コールタールの沸騰床水素化と固定床水素化のプロセス比較

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この投稿は、2017年12月29日14時21分にliuquan1100によって最終的に編集されました。原料は中低温炭タールの全留分で、プラントの処理能力は年間10万トンです。水素化システムの操作圧力は16.6MPa（G）であり、これは2016年に全国で定められたガソリンやディーゼル燃料の品質基準、すなわち国V基準を満たすためのものです。 上海新佑能源科技有限公司のこれまでの石炭タール加工の経験によると、石炭タールは密度が高く、C/H比も大きく、硫黄・窒素・コロイド状アスファルテンの含有量も多いため、媒体が容易にコークス化して設備や配管を詰まらせ、加工が困難である。このため、2種類の加工案を提示し、比較選定していただきます。（一）案1：固定床水素化プロセス　概要：石炭タールからコールタールを除去し、固定床水素化精製と水素化クラッキングの2段階の水素化処理を行うことで、高品質な石油製品を生産する。10000 Nm3/h規模の水素製造装置が併設されている。 石炭タール水素化装置において、現在最も成熟したプロセスは「常圧・減圧前処理＋水素化精製＋尾油水素化分解」プロセスを採用するものであり、まず固定床水素化に適さないアスファルトや固体不純物、水分を除去し、350℃の尾油を水素化分解システムに送る。水素精製後の350℃以上の留分は水素クラッキングシステムに送られ、高分子が開環してより小さな分子（ナフサ、ディーゼル留分）にクラッキングされる。クラッキング反応の生成物は製品分留塔に送られて製品分離が行われる。このプロセスにおいて触媒の選択性は、多環式および稠環式炭化水素を開環・裂化できるだけでなく、生成物中の側鎖数も保証しなければならず、製品面ではC1～C4成分の低収率（4％未満）を制御し、ナフサとディーゼル製品の比率を3:7とし、ディーゼル製品の凝固点を-20℃以下にする必要がある。開環・クラッキング過程において油品の側鎖が過剰に切断されると、製品の総収率に影響を与えるだけでなく、軽油製品の低凝固点という利点も損なわれ、水素消費量も増加する。その結果、プロジェクト全体の経済性に悪影響を及ぼすことになる。 案1　物質収支表
項目　物質名　重量％　キログラム/時　万トン/年　備考
投入量　石炭タール　100　12500　10　8000時間
　　　　　水素　7　875　0.6　10000Nm3/時
　　　　　DMDS　0.4　50　0.04
　　　　　硫化剤
合計　107.4　13425　10.64

排出量　H2S+NH3　1.34　167.50　0.134
　　　　　乾ガス　2.46　307.50　0.246
　　　　　ナフサ　18　2250.0　1.80
　　　　　軽油　59.87　7483.75　5.987
　　　　　水　5.49　686.25　0.549
　　　　　残油　0.24　30.00　0.024
　　　　　石炭アスファルト　20　2500　2.0
合計　107.40　13425　10.74

この案における製品の各品質指標はすべて高く、製品の収率はやや低い。また、少量の残油（重質船用燃料油）が排出され、副産物としてアスファルトが得られる。ディーゼル製品は、低凝固点で低硫黄・低窒素を特徴とする高オクタン価の完成品で、市場価格は高い。（二）案2：沸騰床＋固定床水素化プロセス　概要：コールタールの全留分を沸騰床水素化に投入し、得られたガソリン留分油を固定床水素化精製に、重質留分油を水素化精製＋裂解に投入して完成品を製造する。本計画には、13000Nm3/hの製氷装置が設置される。 コールタールの全留分におけるアスファルテンの含有量は約50％に達し、従来の加工方法を用いた場合、液収率はわずか76％である。上海新佑能源科技有限公司の沸騰床処理技術を使用すれば、石炭タール中のガム質・アスファルテンを軽質化させ、製品の液収率を90％～95％まで向上させることができる。コールタールの全留分を沸騰床水素化反応器で水素化により軽質化することで、S、N、Oおよび金属成分が85％以上除去され、同時にゲル質およびアスファルテンの軽質化率は90％以上となる。反応分離後に得られたガソリン留分は固定床精製水素化反応器に送られ、留分中のS、N、Oおよび金属成分が効果的に除去されると同時に、オレフィン類、ジエン類、芳香族が飽和し、ナフサ成分は規格を満たす。一方、沸騰床で生成された重質留分はまずフィルターでろ過・加圧された後、固定床精製・裂化反応器に送られる。ここでこの留分が水素化裂化され、高分子が開環してより小さな分子（ナフサ、ディーゼル留分）に裂化される。裂化反応が終了すると、生成物は製品分留塔に送られて製品分離が行われる。このプロセスにおいて触媒の選択性は、多環式および縮合環式炭化水素を開環・裂化できるだけでなく、生成物中の側鎖数も保証しなければならず、製品面ではC1～C4成分の低収率（4％未満）を制御し、ナフサとディーゼル製品の比率を3:8とし、かつディーゼル製品の凝固点を-20℃以下にする必要がある。開環・クラッキング過程において油品の側鎖が過剰に切断されると、製品の総収率に影響を与えるだけでなく、軽油製品の低凝固点という利点も損なわれ、水素消費量も増加する。その結果、プロジェクト全体の経済性に悪影響を及ぼすことになる。 案二の物質収支表　項目　物質名　重量％　キログラム/時　万トン/年　備考　入り側　コールタール　100　12,500　10　8,000時間　水素　9　1,125　0.9　13,000Nm3/時　DMDS　0.3　37.5　0.03　硫化剤　合計　109.3　13,662.5　10.93　出ていく側　H2S+NH3　1.37　171.25　0.137　乾ガス　5　625.00　0.50　ナフサ　25.38　3,172.5　2.538　軽油　69.19　8,468.75　6.919　水　6.86　857.5　0.686　残油　1.5　187.5　0.15　重質船舶用燃料油　合計　109.3　13,662.5　10.93　案一の総投資額は30,899万元で、そのうち建設投資が30,570万元。案二の総投資額は29,170万元で、建設投資が28,822万元。　案の比較選定　本プロジェクトの二つの案ともに、プロジェクトの承認要件を満たしている。比較すると、案（二）の方が案（一）よりも優れており、その点は以下の通りである：1、沸騰床技術を採用しており、工程がより先進的で、熱の取り出し、温度上昇、コーク生成の問題をうまく解決している；2. 原料転化率がより高く、石炭ピッチを高品質で付加価値の高いガソリン・軽油に変換できる；3、水素化装置の長期間にわたる連続運転を確保し、（沸騰床式水素化では2年以上、固定床式水素化では8～10ヶ月）、運用の難易度を低下させ、投資額も少なくて済む；4. 触媒のオンライン再生が可能で、停止して取り付け・取り外しする必要がなく、装置の安定かつ長期にわたる最適運転を実現しやすい；5、経済的効果がより高く、同時に装置の処理能力も大幅に向上し、潜在的な利益はさらに顕著です。年産15万トンの流動床タール水素化の実用化プラントが、15年8月に河北省黄驊市で稼働に成功し、プロセスが確立され、理想的な効果を達成した。