『製油所における水素化分解の品質向上と効率化への役割』

Thread Content

アメリカの『ヒドロカーボン・プロセッシング』によると、水素化分解は製油所において最も重要な触媒変換装置であり、原料油の処理における柔軟性と、製品の配合における柔軟性の両方を備えている。ここ数年で、いくつかの装置がこの柔軟性を非常に高いレベルまで引き出している。 一部の精製所では、処理が困難な原料油を処理するために水素化クラッキング装置を利用しており、また別の精製所では水素化クラッキング装置の処理方式を変更し、潤滑油用ベースオイルや石油化学原料市場で機会を模索している。これらの製油所は水素化分解装置の差別化運転を実現し、いずれも経済効率を向上させました。 石油精製企業は、依然として不安定な利益状況と不確実な将来に直面している。現在は石油価格が低く、精製所は適正な利益を得られているものの、大量の石油製品の市場競争は激しい。ガソリン、ジェット燃料、ディーゼルといった従来の石油製品の需要は引き続き減少し続ける見通しだ。アジアや中東に建設された新しい高効率な精製所により、市場の競争はさらに激しくなっている。一部の精製所は、競争力を高める方策を選択している。現在、いくつかの製油所では水素化分解装置の柔軟性を活用して競争力を向上させる取り組みが行われており、その例は以下の通りである。一つ目は、製油所が安価な重質で品質の悪い原油を処理することである。高酸度原油を処理する製油所には、装置運転の信頼性や予期せぬ停止のリスクがあるが、特に常圧・減圧蒸留装置において、これらの問題は現在すべて解決されている。品質の悪い重質原油を処理する製油所において、多量の芳香族化合物により生成される留分油の品質が大きな圧力にさらされ、高品質な潤滑油基油の生産が非常に困難になっている。 水素化分解と留分油の水素処理技術を組み合わせることで、先進的なプロセスフローが生まれました。特別に設計された触媒を用いることで、ディーゼル油の密度や芳香族成分の含有量を低下させ、沸点を大幅に変化させるとともに低温での流動性を向上させるため、高芳香族成分を含む原料油の処理も問題なく行えるようになる。低品質で重質な高金属含有原油を処理する製油所では、鉄、ニッケル、バナジウム、マグネシウム、ナトリウム、カルシウムといった大量の金属が、深刻なコークス化など多くの問題を引き起こしますが、最近ではデメタライゼーション技術が大きく進展しています。適切な触媒を選び、保護ベッド触媒を用いることで、高活性触媒が正常に機能することが保証される。 低品質で重質な高窒素原油を処理する製油所において、高い窒素含有量は水素化分解装置の前処理触媒に大きな負担をかけ、装置の処理能力にも影響を与える。しかし、より高い活性を持つ水素化前処理触媒や、より高い活性と選択性を持つ水素化分解触媒がすでに開発されている。これら2種類の触媒を組み合わせ、前処理触媒で加工が困難な原料油を処理することで、製品収率や装置の運転サイクルに大きな損失が生じることはない。 二、水素化クラッキング装置による非標準原油の処理
非標準原油の処理とは、従来の水素化クラッキング用の減圧ガスオイルに、遅延焦化、溶剤脱アスファルテン、ボイリングベッド水素化クラッキング、そして（近い将来には）ススベッド水素化クラッキングによって生産されるガスオイルなどのクラッキング成分を混ぜ合わせることである。これらの原料（コークス化重質ガスオイルや脱アスファルテン油を含む）は、窒素分、コーンスターチ残炭、金属含有量が非常に高いため、加工が困難である。一部の原料油は既に裂化されているため「抑制」作用があり、そのため加工がより困難になる。新世代の触媒の登場とその性能は、これらの原料を経済的かつ効率的に処理するための鍵であり、新しく建設される水素化分解装置であれ、既存の水素化分解装置の改修であれ、同様です。 三、水素化分解による潤滑油基油や分解用原料の生産　中留分油は通常価値の高い製品だが、一部の地域では潤滑油基油や分解用原料の方が経済的に有利であるため、一部の精製所ではこれらの市場機会を活用している。潤滑油のベースオイル市場においては、その一因として、溶剤精製技術を用いて生産されるクラスIのベースオイル製品が、異性化脱蝋／水素化後の精製技術を用いて生産されるクラスII/IIIのベースオイルへと移行しつつあることが挙げられます。クラスIの基本油の需要は大幅に減少する見込みで、特にヨーロッパと北米では既に一部のクラスI基本油製造プラントが停止しており、新たに建設されるのはすべてクラスII/IIIの基本油プラントです。重要な点は、クラスII/IIIの基本油は一般的に水素化分解プラントのタールを原料として製造されることです。もちろん、クラスIIIのベースオイルは、高い転換率を持つ水素化分解残油を用いて製造する必要があります。なぜなら、高い転換率の水素化分解残油を使うことによってのみ、粘度指数120～130の高粘度ベースオイルを得ることができるからです。今後、すべての潤滑油基油は水素化分解装置から供給される見込みです。 潤滑油基油の製造用原料には、水素化分解装置内の蒸留塔底部に残る未反応油の特性、特に粘度指数や芳香族炭化水素、硫黄および窒素含有量を深く理解する必要がある。水素化クラッキング装置のプロセスフローと適切な触媒システムの選定は、最高の収率と高品質な基油製品を得るための鍵となります。 分解原料の生産において、長年にわたりエチレンを製造するための最良の原料はエタンでした。現在も依然としてエチレンを製造するのに最適な原料ではあるが、供給源の制約から原料の多様化が求められ、液化ガスやナフサ、水素処理を施した減圧軽油が利用されており、最近では水素化分解によって未反応の残油も利用されている。原料が重くなると、エチレンの収率は低下し、望ましくない他の生成物が増えます。しかし、原材料の価格はすでに下がっています。 石油精製業と同様に、石油化学業界にも独自の景気サイクルが存在し、石油精製・化学を一体化した企業において長期的な成功の鍵は、原料油の柔軟性にある。水素化分解にはここで重要な利点がある。水素を未反応の生成物に選択的に加えるため、収率の損失が生じる可能性もある。しかし、水素含有量が高いほど、分解によるエチレンの収率も高くなり、これがこの原料の価値である。多くの現代の分解装置は、エタンからナフサ、水素化分解残油に至るまで、さまざまな原料を処理できるように設計されている。 シェル・ペルニス製油所の水素化分解装置と、近隣のモールデイク石油化学工場の分解装置との間の統合が、このことを示している。2013年に水素化分解装置の運転サイクルが終わりに近づいた際、同装置の技術専門家は、新しい水素化分解触媒に交換することで高付加価値な中留分油の収率を向上させることができると評価した。しかし、このような変化はどれも、近隣のモールデイク石油化学工場にとって不利な点がある。なぜなら、その石油化学工場も水素化分解の残油を分解装置の原料として使用しているからだ。新しい触媒によって水素化分解後の残油の水素含有量が低下すると、分解装置のエチレン収率や分解炉の運転サイクルに深刻な影響が出ます。そのため、技術専門家たちは、新しく使用される触媒が水素化分解後の残油の品質に悪影響を与えないようにし、同時に中留分油の収率も向上させてくれることを望んでいます。 このような統合型企業は**触媒の交換をより複雑にし、最終的に承認された方針は企業統合の価値を高め、製油所と石油化学工場の両方で利益を増やすことでした。プロジェクトチームが触媒交換後に行った評価の結果、企業の総利益は年間500万ドル増加した。 四、水素化分解によるプラスチック分解用原料または潤滑油基油の製造手法の組み合わせ案 現在、水素化分解装置の柔軟性を活用してプラスチック分解用原料や潤滑油基油を製造し、工場全体の利益を向上させる技術には以下の4つがある：1つ目は、高真空減圧蒸留－水素化分解の組み合わせである。減圧蒸留によって減圧ガスオイルの収率を最大限に高めることで、水素化分解用の原料油をより多く確保できるだけでなく、残油処理装置の規模も縮小し、投資も削減できる。実践により、最新世代の減圧蒸留技術である高真空減圧蒸留は、多量の減圧ガスオイルを生産できるだけでなく、重金属（ニッケルとバナジウム）、残炭、そしてC7アスファルテン（最も重要）の含有量も水素化分解装置が許容する範囲内に保つことができることが証明されている。データによると、改良された高真空減圧蒸留装置により、減圧ガスオイルの収率は約2％向上し、装置の運転サイクルを3年から4年に延長するのにも寄与している。改修にかかる投資は少なく、投資回収期間は1年未満です。また、改造の内容は多くなく、主に新しいスプレーディストリビューター、新しい洗油層用整流充填材、そして新しいスチームリフタートレイの設置であり、改造にかかる時間も短く、製油所の定期的な大規模修理期間中に完了することができる。 二つ目は、遅延重質油分解－水素化分解の組み合わせです。遅延焦化は最も効果的な残油処理技術と考えられているが、焦化重ガスオイルは下流装置での処理に影響を与える。水素化分解装置において、コーク化重質ガスオイルを減圧ガスオイルと一緒に処理すると、潤滑油基油の原料に影響を与えるという見解がある。実際、最新の水素化分解技術を用いれば、コークス化重質ガスオイルと減圧ガスオイルを一緒に処理し、高品質なクリーン燃料や潤滑油の基油原料を製造することができる。遅延重質油化－水素化分解の組み合わせは、燃料油を生産しなくてもよく、製油所に原油処理の柔軟性をもたらす非常に効果的な組み合わせです。水素化分解装置は製油所での原油切り替えによって得られる高窒素・高芳香族系の原料を処理できるため、遅延焦化装置は非常に処理が困難な残油を処理することができる。 三つ目は、溶剤脱アスファルテン－水素化分解の組み合わせです。溶剤脱アスファルテンと脱アスファルテン油の水素化分解を組み合わせる方法は、特に残油の直接水素化分解と比較して、最も投資が少なくて済む残油変換手法である。金属や残炭の含有量が高いため、従来は脱アスファルテン油を触媒分解する方法が用いられている。減圧ガスオイルは金属含有量が約1～2ppm、残炭分が約0.5～1.0重量％であるのに対し、脱アスファルト油は通常金属含有量が15～30ppm、残炭分が約6～10重量％である。よく設計された触媒システムと、前処理およびクラッキング触媒を組み合わせることで、これらの不純物を比較的容易に処理することができる。脱アスファルテン油は、「クリーン」な水素化分解原料であり、減圧ガスオイルと比べてC7アスファルテン含有量が極めて低い。工業データによると、脱瀝青油のC7瀝青質含有量はわずか10ppmであるのに対し、減圧ガスオイルのC7瀝青質含有量は700ppmにも達する。重要なのは、アスファルト除去油に用いる触媒について十分に理解していることです。常圧残油の脱金属と比べて、脱瀝青油の脱金属は速くて簡単である。設計される反応条件は、ゆっくりと脱金属し、触媒上に沈着する金属量を最大限にするものでなければならない。触媒の選択も非常に重要であり、前処理用触媒と裂化用触媒の両方において同様です。なぜなら、選択性と活性の間でバランスを取り、脱アスファルテン油の性質、特にその中に含まれる大きな炭化水素分子に適応させる必要があるからです。先進的な溶剤脱アスファルテン装置を使用することで、高い収率で、かつ不純物がほとんど含まれない脱アスファルテン油を得ることができる。不純物が水素化分解装置の運転に与える影響は顕著に異なり、最も影響が大きいのはC7アスファルテンで、その次に金属、残炭、窒素の順であり、最も影響が小さいのは硫黄である。 四つ目は、水素化分解－異性化脱蝋の組み合わせです。潤滑油ベースオイルの製造工程は、溶剤精製から急速に異性化脱蝋へと移行している。基油の品質向上は、特定の原油を用いるかどうかに決定されません。基油の収率が向上すれば、市場が求める高品質なグレードIII基油をより容易に製造できるようになります。水素化分解と異性化脱蝋の組み合わせは、製油所が処理しにくい原油を扱う戦略と一致しており、水素化分解は重要かつ実行可能な装置である。 典型的な組み合わせとして、常圧残油を高真空減圧蒸留装置に送り、深度フラッシュにより最大量の水素化分解用原料である減圧軽油を得る。水素化分解の転化率は、製品品質と収率のバランスを取るために細かく調整することができ、異性化脱蝋/水素化後処理装置により、所望の第II類または第III類の基油製品を生産することが可能である。もし、より重質な500Nのベースオイルに十分な需要がある場合は、脱アスファルテン油を加えることができる（韓国の現代石油公社の生産方式もこれに該当する）。脱パラフィン油の加工ルートでもクラスIIのブライトストックを製造可能である。現在市場にはこの製品は存在しないが、より多くのクラスI基油製造装置が停止し、従来のブライトストックの供給がなくなった場合、需要が生まれるだろう。