特開 2023-59095 水添油の製造方法及び燃料代替方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023059095

(43)【公開日】2023-04-26

(54)【発明の名称】水添油の製造方法及び燃料代替方法

(51)【国際特許分類】

   C10G 45/02 20060101AFI20230419BHJP

【ＦＩ】

C10G45/02

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021169008

(22)【出願日】2021-10-14

(71)【出願人】

【識別番号】591067794

【氏名又は名称】ＪＦＥケミカル株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100103850

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 秀▲てつ▼

(74)【代理人】

【識別番号】100105854

【弁理士】

【氏名又は名称】廣瀬 一

(74)【代理人】

【識別番号】100116012

【弁理士】

【氏名又は名称】宮坂 徹

(74)【代理人】

【識別番号】100066980

【弁理士】

【氏名又は名称】森 哲也

(72)【発明者】

【氏名】能登 俊光

【テーマコード（参考）】

4H129

【Ｆターム（参考）】

4H129AA03

4H129CA07

4H129CA21

4H129CA25

4H129CA29

4H129DA16

4H129DA17

4H129KA07

4H129KA08

4H129NA02

4H129NA04

4H129NA27

(57)【要約】

【課題】硫黄含有量及び窒素含有量の低い水添油を安定的に製造することができる、水添油の製造方法及び燃料代替方法を提供すること。
【解決手段】重質成分及び芳香族炭化水素化合物の含有濃度が異なる複数種の粗軽油を、前蒸留塔３に供給する供給工程と、前蒸留塔３で、複数種の粗軽油を、重質成分と芳香族炭化水素化合物とに分離する前蒸留工程と、前蒸留工程で分離された芳香族炭化水素化合物に水素を添加し、水添処理を行う水添工程と、を備え、供給工程では、複数種の粗軽油の供給比率を所定の範囲内とする。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

重質成分及び芳香族炭化水素化合物の含有濃度が異なる複数種の粗軽油を、前蒸留塔に供給する供給工程と、
前記前蒸留塔で、前記複数種の粗軽油を、重質成分と芳香族炭化水素化合物とに分離する前蒸留工程と、
前記前蒸留工程で分離された前記芳香族炭化水素化合物に水素を添加し、水添処理を行う水添工程と、
を備え、
前記供給工程では、前記複数種の粗軽油の供給比率を所定の範囲内とする、
水添油の製造方法。

【請求項2】

前記供給工程では、前記複数種の粗軽油の供給比率を一定とする、請求項１に記載の水添油の製造方法。

【請求項3】

前蒸留塔に供給された前記複数種の粗軽油中の芳香族炭化水素化合物の合計の含有量が、重質成分と芳香族炭化水素化合物の合計量に対して７６．０質量％～８４．０質量％であり、前記複数種の粗軽油中の重質成分の合計の含有量が重質成分と芳香族炭化水素化合物の合計量に対して２４．０質量％～１６．０質量％である、請求項１又は２に記載の水添油の製造方法。

【請求項4】

請求項１～３のいずれか１項に記載の製造方法で製造された水添油を代替燃料として用いる、燃料代替方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、水添油の製造方法及び燃料代替方法に関する。

【背景技術】

【0002】

製銑工場や圧延工場等を有する製鉄所では、コークス炉で発生するコークス炉ガスを加熱炉等の燃料として使用している。しかしながら、コークス炉ガスは製鉄所内のガス供給バランスの制約があることから、供給量に制約が生じることがあるため、コークス炉ガス以外の燃料（「代替燃料」ともいう。）をさらに用いる必要があった。

【0003】

コークス炉ガス以外の燃料としては、窒素及び硫黄の含有量の少ない石油由来の原料を購入し、処理することで生成される副生油を代替燃料として用いることで、設備の高稼働を実現していた。しかし、現在は、市況変化により石油由来の原料の購入が難しくなってきていることから、石油由来の原料によらない他の代替燃料が求められている。

【0004】

例えば、特許文献１には、石炭のコークス化の際に生成する軽油である粗軽油から分離された芳香族炭化水素化合物に、水添脱硫用触媒の存在下で水素と接触させることで、脱硫処理を施し、化学原料として用いる方法が開示されている。なお、本明細書では、粗軽油から分離された後に、水素添加が行われた芳香族炭化水素化合物を水添油ともいう。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１０－１０６０５７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

粗軽油から分離された芳香族炭化水素化合物には硫黄が含まれるため、この硫黄を除去しないと代替燃料としては使用することができない。しかしながら、特許文献１の技術では、硫黄を安定的に除去することができない場合があり、硫黄含有量の低い水添油を安定的に製造することが困難であった。

【0007】

また、芳香族炭化水素化合物には窒素も含まれるため、芳香族炭化水素化合物を代替燃料として用いるためには、窒素も安定的に除去する必要もあった。

【0008】

そこで、本発明は、上記の課題に着目してなされたものであり、硫黄含有量及び窒素含有量の低い水添油を安定的に製造することができる、水添油の製造方法及び燃料代替方法を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の一態様によれば、重質成分及び芳香族炭化水素化合物の含有濃度が異なる複数種の粗軽油を、前蒸留塔に供給する供給工程と、上記前蒸留塔で、上記複数種の粗軽油を、重質成分と芳香族炭化水素化合物とに分離する前蒸留工程と、上記前蒸留工程で分離された上記芳香族炭化水素化合物に水素を添加し、水添処理を行う水添工程と、を備え、上記供給工程では、上記複数種の粗軽油の供給比率を所定の範囲内とする、水添油の製造方法が提供される。

【0010】

本発明の一態様によれば、上記の製造方法で製造された水添油を代替燃料として用いる、燃料代替方法が提供される。

【発明の効果】

【0011】

本発明の一態様によれば、硫黄含有量及び窒素含有量の低い水添油を安定的に製造することができる、水添油の製造方法及び燃料代替方法が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の一実施形態における水添油の製造設備を示す模式図である。

【図2】実施例の結果を示すグラフであり、（Ａ）は粗軽油の供給比率を示すトレンドであり、（Ｂ）は粗軽油に含まれる重質成分の含有量と芳香族炭化水素化合物のトレンドである。

【図3】実施例における、反応時間と窒素濃度との関係を示すグラフである。

【図4】実施例における、反応時間と硫黄濃度との関係を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下の詳細な説明では、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付し、重複する説明を省略する。各図面は模式的なものであり、現実のものとは異なる場合が含まれる。また、以下に示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において種々の変更を加えることができる。

【0014】

＜水添油の製造設備＞
図１には、本発明の一実施形態における水添油の製造設備１を示す。製造設備１は、２つのタンク２Ａ，２Ｂと、前蒸留塔３と、水素添加反応器４とを備える。

【0015】

粗軽油は、石炭のコークス化の際に生成する軽油であり、主にコークス炉ガスから捕集される。粗軽油には、高沸点成分である重質成分と、低沸点成分である芳香族炭化水素化合物とが含まれる。粗軽油の重質成分は、大部分が９個以上の炭素原子を含む化合物からなり、ナフタリンやインデン、スチレン等を含む。また、芳香族炭化水素化合物は、大部分はベンゼン、トルエン、各種キシレンからなる。

【0016】

２つのタンク２Ａ，２Ｂには、異なる成分の粗軽油がそれぞれ貯蔵される。粗軽油は、コークス炉の違いやコークス炉の操業条件の違いから、成分が異なる。具体的には、粗軽油の成分が異なるとは、重質成分と芳香族炭化水素化合物との含有量の比が異なることをいう。本実施形態では、異なるコークス炉であるコークス炉ａとコークス炉ｂとから発生した粗軽油が、タンク２Ａ，２Ｂにそれぞれ貯蔵されるとしてもよい。

【0017】

前蒸留塔３は、２つのタンク２Ａ，２Ｂの少なくとも一方から供給される粗軽油を蒸留し、高沸点成分である重質成分と低沸点成分である芳香族炭化水素化合物とに分離する装置である。前蒸留塔３で分離された重質成分と芳香族炭化水素化合物とは、前蒸留塔３の塔底と塔頂とからそれぞれ抽出されて次工程へと送られる。また、前蒸留塔３で分離された芳香族炭化水素化合物は、水素添加反応器４へと送られるが、その供給経路において水素が添加される。

【0018】

水素添加反応器４は、前蒸留塔３で分離された芳香族炭化水素化合物に対して、水添処理を行う装置である。水素添加反応器４では、高温高圧下で、粗軽油の芳香族炭化水素化合物と水素とを水添脱硫用触媒の存在下で接触させることで、水添反応が生じる。これにより、芳香族炭化水素化合物中の、硫黄と窒素が除去（脱窒及び脱硫）される。そして、水添処理が行われた芳香族炭化水素化合物が、水添油となる。

【0019】

＜水添油の製造方法＞
本実施形態に係る水添油の製造方法について説明する。本実施形態では、まず、２つのタンク２Ａ，２Ｂから、重質成分及び芳香族炭化水素化合物の含有量が異なる２種の粗軽油を前蒸留塔３へと供給する（供給工程）。供給工程では、タンク２Ａから供給される粗軽油（粗軽油Ａともいう。）と、タンク２Ｂから供給される粗軽油（粗軽油Ｂともいう。）との供給量の比率（供給比率）が一定となるように粗軽油の供給が行われる。粗軽油の供給比率は、特に限定されないが、２種の粗軽油の発生量に応じた供給バランス等から、混合した粗軽油を安定的に供給可能な比率とすることが好ましい。また、前記複数種の粗軽油中の芳香族炭化水素化合物の合計の含有量が重質成分と芳香族炭化水素化合物の合計量に対して７６．０質量％～８４．０質量％とし、前記複数種の粗軽油中の重質成分の合計の含有量が重質成分と芳香族炭化水素化合物の合計量に対して２４．０質量％～１６．０質量％となるように複数種の粗軽油を前蒸留塔に供給するのが好ましい。

【0020】

また、粗軽油の供給量、つまり粗軽油Ａと粗軽油Ｂの合計の供給量は、生産状況や粗軽油の供給量などに応じて、日単位や週単位といったある程度長い期間、一定の供給量となるように設定される。すなわち、供給工程では、２種の粗軽油が、一定の供給比率かつ一定の供給量で前蒸留塔３に供給される。
供給量の具体的な値は、処理量や前蒸留塔等の設備仕様等によりそれぞれ最適な値となり、一例として実施例に記載した。

【0021】

供給工程の後、前蒸留塔３で、供給された２種の粗軽油を、重質成分と芳香族炭化水素化合物とに分離する（前蒸留工程）。前蒸留工程では、粗軽油を蒸留し、高沸点成分である重質成分と低沸点成分である芳香族炭化水素化合物とに粗軽油を分離する。そして、分離された重質成分と芳香族炭化水素化合物とは、前蒸留塔３の塔底と塔頂とからそれぞれ抽出される。粗軽油は主に芳香族炭化水素化合物と重質成分とからなる。このため、供給工程で一定の供給比率かつ一定の供給量で粗軽油を供給することにより、前蒸留塔３からは、一定量の重質成分と、一定量の芳香族炭化水素化合物とがそれぞれ抽出される。

【0022】

前蒸留工程の後、前蒸留工程で分離された芳香族炭化水素化合物に水素を添加し、水添処理を行う（水添工程）。水添工程では、前蒸留塔３から抽出された芳香族炭化水素化合物に水素が添加されて、水素添加反応器４へと送られる。そして、高温高圧下で、粗軽油の芳香族炭化水素化合物と水素とを水添脱硫用触媒の存在下で接触させることで、水添反応が生じ、水添処理が行われる。水添処理では、芳香族炭化水素化合物が脱窒及び脱硫される。その後、水添処理された芳香族炭化水素化合物が、水添油として水素添加反応器４から抽出される。

【0023】

水添工程における反応温度や反応時間は特に限定されないが、例えば、反応温度を３００℃以上３２０℃以下とし、反応時間が２６００秒以上３０００秒以下となるように水添処理を行ってもよい。反応温度や反応時間は、芳香族炭化水素化合物の供給量や、水素添加反応器４の寸法・仕様等によって適宜設定される。

【0024】

水添処理では、芳香族炭化水素化合物の供給量が変動すると、反応時間も変動してしまうため、安定して脱窒及び脱硫を行うことができない。また、水添処理では、芳香族炭化水素化合物の供給量が変動すると、水素添加反応器４内の温度（反応温度）が変化してしまうため、これも安定して脱窒及び脱硫を行うことができない要因となる。しかし、本実施形態では、供給工程で一定の供給比率かつ一定の供給量で粗軽油を供給するため、水素添加反応器４には、一定の供給量で芳香族炭化水素化合物が供給される。このため、安定した温度、安定した処理時間で、水添処理を行うことができ、窒素含有量及び硫黄含有量が安定して低い水添油を製造することができる。

【0025】

このようにして製造された水添油は、加熱炉などの代替燃料として用いることができる。本実施形態に係る製造方法で製造された水添油は、硫黄含有量及び窒素含有量が低いため、加熱炉からの硫黄や窒素の酸化物の排出量を低減することができる。

【0026】

＜変形例＞
以上で、特定の実施形態を参照して本発明を説明したが、これら説明によって発明を限定することを意図するものではない。本発明の説明を参照することにより、当業者には、開示された実施形態とともに種々の変形例を含む本発明の別の実施形態も明らかである。従って、特許請求の範囲に記載された発明の実施形態には、本明細書に記載したこれらの変形例を単独または組み合わせて含む実施形態も網羅すると解すべきである。

【0027】

例えば、上記実施形態では、２種の成分の異なる粗軽油を用いるとしたが、本発明はかかる例に限定されない。用いられる粗軽油は、複数であればよく、例えば、３種以上の成分の異なる粗軽油を用いてもよい。この場合においても、各粗軽油の発生量に応じた供給バランスなどに応じて、一定の供給比率となるように粗軽油を混合させて用いることが好ましい。

【0028】

また、上記実施形態では、供給工程において、一定の供給比率で２種の粗軽油を供給するとしたが、本発明はかかる例に限定されない。供給比率は、製造される水添油の硫黄含有量及び窒素含有量に品質上問題がないようであれば、一定でなくともよく、所定の範囲に設定されてもよい。同様な理由から、粗軽油の供給量についても一定ではなく、所定の範囲となるように設定されてもよい。例えば、水添油を加熱炉に用いる場合には、硫黄含有量及び窒素含有量は、２ｍａｓｓｐｐｍ以下であることが好ましい。このため、硫黄含有量及び窒素含有量が安定して２ｍａｓｓｐｐｍ以下となるようであれば、粗軽油の供給比率及び供給量をそれぞれ一定の範囲をもった値として設定してもよい。

【実施例0029】

次に、発明者が行った実施例について説明する。実施例では、図１に示す製造設備を用いて、表１に示す成分が異なる２種の粗軽油である粗軽油Ａ及び粗軽油Ｂを原料として水添油の製造を行った。粗軽油Ａと粗軽油Ｂとの供給比率は、粗軽油全体の供給量を１として、粗軽油Ａが０．８２、粗軽油Ｂが０．１８とした（芳香族炭化水素化合物の合計の含有量が重質成分と芳香族炭化水素化合物の合計量に対して８１．６質量％、前記複数種の粗軽油中の重質成分の合計の含有量が重質成分と芳香族炭化水素化合物の合計量に対して１８．４質量％）。供給比率は、粗軽油Ａ及び粗軽油Ｂの発生量に応じて設定したものである。なお、実施例は、８８日間の長期にわたって行っており、発生量の変動から、粗軽油Ａと粗軽油Ｂとの供給比率を、粗軽油Ａが０．７９に対して、粗軽油Ｂを０．２１とする期間もあった（芳香族炭化水素化合物の合計の含有量が重質成分と芳香族炭化水素化合物の合計量に対して８１．６質量％、前記複数種の粗軽油中の重質成分の合計の含有量が重質成分と芳香族炭化水素化合物の合計量に対して１８．４質量％）。また、実施例では、水添工程における反応温度は３００℃～３２０℃であり、反応時間は２６００秒～３０００秒であった。さらに、実施例では、粗軽油の供給量は、１６ｔ／ｈ～１９ｔ／ｈであり、前蒸留工程における重質成分の発生量は２．５ｔ／ｈ～４．５ｔ／ｈであり、前蒸留工程における芳香族炭化水素化合物の発生量は１３．０ｔ／ｈ～１５．０ｔ／ｈであった。さらに、水添工程で添加される水素量は４００Ｎｍ^３／ｈ～４７０Ｎｍ^３／ｈであった。

【0030】

【表1】

【0031】

図２（Ａ）には、実施例における供給比率のトレンドを示し、図２（Ｂ）には、供給工程で供給された粗軽油の重質成分の含有量と、芳香族炭化水素化合物の含有量とのトレンドを示す。図２（Ａ）に示す供給比率は、供給工程における粗軽油全体の供給量を１とした場合における、粗軽油Ａの供給量（Ａ／（Ａ＋Ｂ））の比率を示す。また、図２における一点鎖線は、装入比率の制御を始めたタイミングを示すものであり、図２（Ａ）における装入比率制御前の装入比率は従来通り、瞬間的な発生量の変動等に応じて細かく変動させた。図２（Ｂ）に示すように、上記実施形態のように装入比率を制御することで、供給工程で供給される粗軽油の重質成分の濃度及び芳香族炭化水素化合物の濃度が安定することが確認できた。

【0032】

図３には、供給比率制御を行わない期間と供給比率制御を行なった期間とにおける、水添工程の反応時間と製造された水添油の窒素濃度との関係を示す。また、図４には、供給比率制御を行わない期間と供給比率制御を行なった期間とにおける、水添工程の反応時間と製造された水添油の硫黄濃度との関係を示す。供給比率制御を行うことにより、反応時間にバラつきがなくなり、水添油中の窒素濃度と硫黄濃度とがそれぞれ安定して２ｍａｓｓｐｐｍ以下まで低減できることが確認できた。すなわち、上記実施形態に係る水添油の製造方法によれば、窒素含有量及び硫黄含有量の低い水添油が安定して製造できることが確認できた。

【符号の説明】

【0033】

１ 製造設備
２Ａ，２Ｂ タンク
３ 前蒸留塔
４ 水素添加反応器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】