【化学ニュース－アルキル化】近年のアルキル化技術の新たな進展

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この投稿は、2016年6月9日08:01に小工1985によって最終的に編集されました。アメリカの『化学工学』誌2016年5月号の報道によると、アルキル化はますます重要度を高めている石油精製技術であり、低炭素オレフィンとイソブタンを反応させてトリメチルペンタン異性体、すなわちアルキル化油を生成するものです。このアルキル化油は、清浄なガソリンの調合成分として使用できます。アルキル化オイルは高品質なガソリン成分で、オクタン価が高く、蒸気圧が低く、硫黄含有量が少なく、芳香族を含みません。アルキル化油の需要は増加しており、その主な理由は、経済成長に伴うガソリン需要の増加、**より厳格なガソリン基準の導入、アロマチック化合物やオレフィンといった高オクタン価成分の含有量を削減するという基準要求、そして高性能エンジンへの需要にある。ガソリンの硫黄含有量を厳しく制限するためには、より厳しい水素化処理が必要となり、その結果ガソリンのオクタン価が低下する。アルキル化オイルは、高オクタン価で低硫黄の調合成分であり、完成したガソリンのオクタン価を向上させることができます。もう一つの要因は、アメリカのシェール鉱床から安価なブタンを得ることができ、アルキル化に大量の安価な原料を供給できる点です。ここ数ヶ月で、固体酸触媒を用いたアルキル化技術が進展してきました。長年の開発を経て、有害で腐食性の強い液体酸（フッ化水素酸や硫酸）触媒に代わることが可能な固体酸アルキル化触媒が実用化されつつあります。今年のAFPM会議において、CB&I社は世界初の工業規模の固体酸触媒アルキル化装置の進捗を発表しました。この装置は中国山東省の恵豐石化社の子会社である淄博海逸精細化工社に建設され、2015年8月に稼働を開始しました。この装置は、CB&I、ヤバオ、そしてフィンランドのNeste社が共同で開発したAlkyClean技術を採用しており、アルキル化油の生産能力は1日2700バレル（年間10万トン）です。CB&I社によると、これまで山東省に建設されたこの装置の性能はすべて、予定通りに達しているとのことです。稼働開始以来、アルキル化オイル製品の品質は非常に優れていることが確認されており、研究法オクタン価（RON）は96～98の間で、通常のアルキル化オイルの研究法オクタン価よりも明らかに高い。研究法オクタン価は、アルキル化油がガソリンの調合成分として利用される際の価値を示す重要な指標です。AlkyClean技術は、ヤーボー社が開発したAlkyStar触媒を使用しており、これは頑丈で耐久性に優れた固定層ゼオライト触媒です。この触媒は、CB&I社の新しい反応器プロセスと組み合わせることで、AlkyCleanプロセスが液体酸触媒を使用せずに高品質なアルキル化油製品を生産できるようにし、プロセスをより安全かつ信頼性の高いものにしています。後処理が不要で、酸に溶ける油状廃棄物も発生しないため、非常に効率的なアルキル化油製造技術である。KBR社は今年2月、同社のK-SAAT固体酸アルキル化技術に関する最初の技術移転契約が締結されたと発表しました。KBR社と契約を結んだのは東營海科瑞林化工公司で、東營市に生産設備を建設する。KBR社は特許技術、基本プロセス設計、重要な装置および触媒を提供します。この装置は2017年の第1四半期に稼働する見込みです。K-SAATプロセスの特徴は、ExSactと呼ばれる固体酸触媒を使用することです。これは改良された、現在市販されているゼオライト触媒で、液体酸触媒と比べて人体や環境への害がはるかに少ないです。この利点と建設投資の少なさが、海科社が通常の硫酸アルキル化技術ではなくK-SAATプロセスを採用するという決定に影響を与えた主な要因である。KBR社の触媒裂解およびアルキル化技術マネージャーであるガウタム・クリシュナイアは、固体酸触媒を用いたアルキル化装置の運用コストも低く抑えられると述べている。これは、K-SAAT装置のメンテナンスコストが少なく、また硫酸を使用するアルキル化装置に必要な冷却設備も不要だからだ。また、液体酸の再生や固体廃棄物処理（酸アルカリ中和）も必要ありません。KBRはExelusと協力してこのグリーン化学技術を開発し、現在KBR社はExelus社のExSact触媒の唯一のライセンシーです。K-SAATプロセスは2基の反応器を使用し、1基でアルキル化運転を行い、もう1基は再生または予備として使用される。水素を用いて触媒を完全に再生し、その過程でソフトコークス（各種の高度に不飽和な炭化水素）や触媒に吸着した汚染物質がすべて除去されて吹き飛ばされる。すでに開発に成功したExSact触媒は、多くの点で液体酸触媒や他の固体酸触媒よりも優れている。製品の選択性を高めるため、触媒の酸中心および孔構造が最適化されました。他の固体酸触媒と比較して、ExSact触媒を用いたアルキル化の運転サイクルはより長くなる；原料の出所や成分（エチレン、プロピレン、ブテン、ペンテンはいずれもオレフィンとして使用できる）には大きな柔軟性がある。それとは異なり、液体酸アルキル化法ではエチレンを用いてアルキル化することはできない。なぜなら、エチレンを使用すると安定したエステルが生成されるからである。また、KBR社の固体酸プロセスは、原料中の汚染物質（水分、硫黄、ジエン、酸化物、ニトリル化合物など）に対して優れた耐性を持っています。硫酸触媒を用いたアルキル化技術の進展　工業規模での固体酸アルキル化プロセスの登場にもかかわらず、液体酸触媒を用いたアルキル化装置の革新的な応用は止まっていない。デュポン社は、その硫酸アルキル化技術をいくつかの特殊な原料に応用している。今年3月、デュポン社は、100％ブテンを原料とするアルキル化装置一式を供給する契約を中国の製油所と締結したと発表しました。デュポン社のクリーンテクノロジー部門のグローバルセールスマネージャーであるジーニー・ブランザルは、デュポン社のアルキル化分野における化学的基盤は長年にわたって存在しており、現在の経済状況はブタンを用いてアルキル化オイル、すなわち「専用アルキル化」技術を製造するのに好都合だと述べている。この独特な加工工程は、以前は採算が合いませんでした。ブランザルによると、多くの企業が市場で安価に低価値なブタンを入手し、脱水素装置でイソブテンに加工した後、そのイソブテンをアルキル化装置に送って高価値なアルキル化油を生産しているという。しかし、デュポンの技術はブタンに限らず、高濃度のプロピレンや100％のペンテンの処理も可能である。中国の大連恒力石化は、デュポン社とアルキル化および廃酸再生（SAR）技術の供給に関する契約を締結し、長興島港湾工業区に新設される製油所に生産設備を建設している。現在、恆力石化は2018年に建設を計画しており、2019年の稼働が見込まれています。デュポン社は、自社のStratcoアルキル化技術およびMECS廃酸再生技術を採用する。精製・化学統合型コンビナートにデュポン社の技術を導入することで、恒力公司は100％イソブテン原料を使用して高品質なアルキル化オイル製品を生産できるようになる。デュポン社のStratco技術部門のグローバルビジネスマネージャーであるケヴィン・ボックウィンケルは、「恆力集団の装置には独自の原料が使用されており、これはブタンを用いてアルキル化油を製造する装置が世界中で増加していることから、ガソリン市場におけるアルキル化油の新時代の始まりを示している」と述べている。恒力公司のアルキル化装置は、Stratco接触反応器においてデュポン社のXP2特許技術が採用される。ボックウィンケルによると、XP2技術の設計により、チューブアレイの伝熱面が非常に効率的に活用され、顕著な工程上の利点を通じてアルキル化油の品質が向上するという。