水素処理と水素化分解－クンルンコンサルティング

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水素処理と水素化分解は、クリーン燃料を製造するための主要な技術であり、製油所に比較的柔軟な処理能力をもたらし、同時にますます厳しくなる石油製品の品質基準を満たすことができる。近年、水素処理技術と水素化分解技術は、製油所が処理効率を向上させる上で重要な役割を果たしており、発展を重ねる中でますます成熟しつつある。1）通常の原料油の水素化処理技術
通常の原料油の水素化処理技術は、工程面では既に非常に成熟している。この技術の研究開発の焦点は、反応性能を向上させるための新しいプロセス案の開発や、触媒がより高い活性を発揮できるような新しい反応器内部構造の設計にある；多くのプロセス技術が比較的成熟しているため、触媒の革新が通常の原料油の水素処理の発展の見通しを決定づけている。現在、工業的に利用されている水素処理プロセスの中で、（1）よく用いられているプロセスには、アルベマール社が軽油を原料とするUD-HDS（超深度水素脱硫）プロセスがある；Axens社のナフサを原料とするPrime-G+（選択的加水素脱硫）プロセス；アクセンス社のディーゼルを原料とするPrime-Dプロセス；EMRE/KBR社のHYDROFININGプロセス；UOP社の、VGOおよび留分油を原料とするMQD Unionfining（最高量の高品質留分油を生産するための共同精製）プロセス（2）は、ULSDを生産しつつ、窒素分、密度、芳香族成分、オクタン価も規格要求を満たすようにするプロセスであり、その例としてはAlbemarle社のUD-HDSやHDArが挙げられる；アクセンス社のPrime-D；SINOPECのFHIとSSHT；ハルドール・トップソー社は、NiMo触媒を用いた通常の水素化処理工程およびHDS/HDA工程を採用している；ショー/バスフのREDARやUOPのMQD Unionfiningなど。（3）ディーゼル油の低温流動性を向上させることができる脱蝋プロセスには、Albemarle社のCFI、EMRE/KBRのMIDW、Haldor Topsøe社のディーゼル脱蝋プロセス、ハンガリーのMOL社のMOLDew、UOP社のUnicracking/DW、SINOPEC社のFDWなどがある。（4）水素消費量を削減できるプロセスには、DuPont社のIsoThermingや、原料油を反応器に送る前に水素で飽和させるSK社のHDS前処理プロセス、そしてLCOまたはCGOを含む原料油を水素化処理する前にそこに含まれる水素消費性化合物を除去する方法がある；Axens社のPrime-G+、EMRE社のSCANfining、およびUOP社のSelectfiningプロセス。触媒に関しては、既に工業的に利用されている通常の原料油の水素化処理用触媒は、大きく以下の数種類に分けられます：ナフサ/分留油/ワックスオイルの水素化処理用触媒；FCCガソリン選択的加水素脱硫触媒；ガソリン後処理の必要がないFCC前処理触媒；水素化分解前処理触媒；重質原料水素化処理触媒；ディーゼル脱蝋触媒；保護剤；2）通常の原料油の水素化分解技術　現在、水素化分解装置は以前よりも低品質な原料を処理する能力が高く、最終製品の規格により近いディーゼル燃料をより多く供給できる。一方、触媒分解によって得られる製品は、ますます厳しくなるディーゼル燃料の品質基準を満たすためにさらなる改質が必要となる。したがって、水素化分解プロセスは、触媒分解プロセスよりも優れた変換手段として徐々に普及しつつある。実用化されている水素化分解プロセスにおいては、（1）単段循環と二段循環が最も広く用いられている水素化分解プロセス方式である。二段循環方式は、単段循環方式に比べて選択性と反応性の両方で優れている。一般的に、2段循環は完全転換を目標とする大型水素化分解装置に適しており、高窒素含有の原料油の処理も可能である；シングルステージ装置は、投資コストに制約のある製油所にとって最適な選択肢です。（2）より低い厳しい条件（例えば、より低い圧力、温度、水素消費量）で運用可能な水素化分解プロセスは、従来の単段循環式水素化分解プロセスと比較して、より低い圧力、触媒温度、水素消費量で同等またはそれ以上の留出油収率を得ることができる。（3）製油所の水素化操作の柔軟性を高めることができる部分的変換水素化分解プロセスには、主にChevron Lummus Global社の最適化部分的変換（OPC）プロセスおよび選択的段階分離（Selective Staging）プロセス、Haldor Topsøe社の段階的部分的変換（SPC）プロセスがある；UOP社の先進的な部分変換Unicracking（APCU）プロセス；（4）水素消費量を効果的に削減できる水素化分解プロセス；（5）LCOをディーゼル調合成分として使用できるように改質する水素化分解技術。水素化分解触媒に関しては、既に工業的に利用されているものは、一般的に活性金属を酸性担体に负载したものである。金属はほとんどがPt、Pd、Ni、Mo、Co、Wなどで構成されており、一部の触媒には活性と選択性を高めるために有機助剤（例えばB、P、またはSi）も添加されている；担体は分子ふるいおよび/または無定形材料であり、分子ふるいを担体とする触媒は水素化分解によるガソリン製造に適しており、無定形材料を担体とする場合はディーゼル油の多量生産に適している。3）スラッジオイル水素化処理技術　原油がますます重質化し、高付加価値製品への需要が高まる中、精製業者は変化する市場環境において利益率を維持するという課題に直面している。残油水素処理は、現在の製油所においてこれらの原料を高品質で高付加価値のある製品に変換するための最適な工業的手法の一つであり、これらの原料を転換すると同時にHDM、HDN、HDS、コークス分およびアスファルテンの除去も実現できる。通常の水素処理技術と比較して、残油水素処理では操作温度や圧力がより高くなるため、設備投資コストや運用コストもそれに応じて増加する。残油水素処理技術の進展は、主にプロセス、触媒、および反応器設計に表れている。工程面において、既に工業化されている残油水素処理プロセスには、主にAxens社のHyvahlプロセスがある；シェブロン・ラムマス・グローバル社のRDS/VRDSプロセス；エクソンモービル社のレジディファイニングプロセス；Shell Global SolutionsのSROH重油水素化脱硫プロセス；UOPのRCD Unionfiningプロセス；触媒に関しては、工業的に使用される触媒は、Al2O3、SiO2、またはSiO2/Al2O3の担体にCo、Mo、Ni、またはWの酸化物を担持させて得られるものである。必要な転換率を達成し、目標とする製品の要件を満たすためには、触媒の活性、粒子サイズ、孔径および孔の分布、選択性、形状を最適化する必要がある。工業用残油水素化処理触媒を供給できる企業には、Catalysts and Chemicals Industries、Criterion Catalysts&Technologies、Haldor Topsøe、Sinopecなどが主に挙げられる。反応器に関しては、残油水素化プロセスで使用可能な反応器には、固定層、沸騰層、流動層、スラリー層の4種類があり、主に原料油の性質や求められる製品の状況によって決定されます。一部の工程では、処理プロセスを最適化するために、組合せ型反応器（例：固定層＋流動層）方式が採用されている。一部のプロセスでは、HDS反応器の上流に保護ベッド反応器を設置することで、残油中のほとんどの金属やアスファルテンを除去し、下流のHDS触媒が早期に不活性化するのを防ぎます。4）スラッジオイル水素化分解技術　世界の多くの地域には、大量の非在来型の重質原油資源が埋蔵されており、スラッジオイル水素化分解技術は、これらの原料を高付加価値製品に変換する上で重要な役割を果たすことになる。残油水素化分解プロセスは、適切なFCC原料（ガソリン製造用）および高品質な超低硫黄ディーゼルを供給するために利用できる。既に工業化されているスラッジオイル水素化分解プロセスで使用される反応器は、固定床または沸騰床である。典型的な固定床プロセスは、Shell Global Solutions社のHYCON残油水素化分解プロセスです。沸騰床反応器は、いつでも新しい触媒を投入し、廃触媒を排出できるため、高金属含有量の原料油を処理することができる。典型的な沸騰床残油水素化分解プロセスには、（1）Axens社のH-Oilが含まれる；（2）CLGのLC-FININGおよびLC-MAXプロセス；（3）ヘッドウォーターズ社のHCATプロセス；（4）中国石化抚研院と洛陽院が共同で開発したSTRONGプロセス；固定床と沸騰床技術に共通する最大の欠点は、高い転換率下で残油の安定性が低下し、それによって得られる最高転換率レベルが制限されることである。したがって、スラリー床を用いた新しい重油水素化分解技術の開発は、近年この分野における重要な発展課題となっている。しかし、スラリー床式水素化分解プロセスは現在まだ工業化されておらず、主なプロセスには以下のものがある：（1）BP/KBR社のVCC；（2）エニ社のEST；（3）PDVSA社のHDHPLUS；（4）UOP社Uniflex；（5）中国石油化学科学研究院のRMDプロセス。