JP7722830B2 - Information processing method, naphtha yield calculation device, naphtha yield calculation program, and non-transitory computer-readable recording medium - Google Patents
Information processing method, naphtha yield calculation device, naphtha yield calculation program, and non-transitory computer-readable recording mediumInfo
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Description
本発明は、情報処理方法、ナフサ得量算出装置、ナフサ得量算出プログラム、及びコンピュータの非一時的可読記録媒体に関する。 The present invention relates to an information processing method, a naphtha yield calculation device, a naphtha yield calculation program, and a non-transitory computer-readable recording medium.
軽油基材は、原油を常圧蒸留して得られる常圧蒸留軽油を水素化処理することにより製造されている。水素化処理は、水素存在下、常圧蒸留軽油を水素化処理触媒に接触処理することにより行われる。 Diesel base stock is produced by hydrotreating atmospheric distillation diesel oil, which is obtained by atmospheric distillation of crude oil. Hydrotreating is carried out by contacting atmospheric distillation diesel oil with a hydrotreating catalyst in the presence of hydrogen.
常圧蒸留軽油の水素化処理においては、副生成物としてコークが生成し、コークが水素化処理触媒に堆積することにより、水素化処理触媒の活性は経時的に低下する。したがって、生成油中の硫黄含有量を一定レベル以下に保つため、水素化処理触媒の活性低下に対して、反応温度を上げて運転を行わなければならない。 During the hydrotreatment of atmospheric distillation gas oil, coke is produced as a by-product, and as the coke accumulates on the hydrotreatment catalyst, the activity of the hydrotreatment catalyst decreases over time. Therefore, in order to keep the sulfur content in the produced oil below a certain level, the reaction temperature must be increased to counteract the decrease in activity of the hydrotreatment catalyst.
また、常圧蒸留軽油の水素化処理においては、副生成物としてナフサ等の軽質留分が生成し、この軽質留分の管理を行う必要がある。ナフサ等の軽質留分の得量は、水素化処理触媒の分解活性や、反応温度の変化によって経時的に変動する。 In addition, during the hydrotreating of atmospheric distillation gas oil, light fractions such as naphtha are produced as by-products, and these light fractions must be managed. The yield of light fractions such as naphtha fluctuates over time depending on the cracking activity of the hydrotreating catalyst and changes in reaction temperature.
常圧蒸留軽油の水素化処理装置には、上述のナフサ等の軽質留分の抜き出し能力に上限値があり、このナフサ等の軽質留分抜き出しがボトルネックとなる場合は、軽油留分の処理量の制約を受けることになる。したがって、ナフサ等の軽質留分の得量を精度よく推定するための方法が望まれている。 Atmospheric distillation diesel hydrotreating units have an upper limit to their extraction capacity for light fractions such as naphtha, and if the extraction of light fractions such as naphtha becomes a bottleneck, the throughput of diesel fractions will be limited. Therefore, a method for accurately estimating the yield of light fractions such as naphtha is desired.
原油精製分野において、各種条件を精度よく推定するための方法については種々の検討が行われている。例えば、特許文献1には、常圧蒸留軽油を含む原料油の水素化処理において、原料油として、性状の異なる常圧蒸留軽油を含む原料油に切り替える場合に、切り替え前の常圧蒸留軽油の性状に関する情報及び運転条件と、切り替え後の常圧蒸留軽油の性状に関する情報及び反応温度以外の運転条件から、切り替え後に必要となる反応温度を推定する方法が開示されている。 In the field of crude oil refining, various methods for accurately estimating various conditions have been studied. For example, Patent Document 1 discloses a method for estimating the reaction temperature required after switching to a feedstock containing atmospheric distillation light oil with different properties in the hydroprocessing of the feedstock containing atmospheric distillation light oil, based on information about the properties of the atmospheric distillation light oil before the switch and the operating conditions, and information about the properties of the atmospheric distillation light oil after the switch and the operating conditions other than the reaction temperature.
一方で、ナフサ等の軽質留分の得量を推定するための方法は、現状、存在せず、過去の運転における実績データを使用するというのが現状である。 However, there is currently no method for estimating the yield of light fractions such as naphtha, and the current method is to use actual data from past operations.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、常圧蒸留軽油を含む原料油の水素化処理反応に関して、所定の反応条件におけるナフサ得量を推定することができる情報処理方法、及び前記ナフサ得量を推定することができるナフサ得量算出装置、コンピュータを、前記ナフサ得量算出装置として機能させるためのナフサ得量算出プログラム、及び前記プログラムを記憶したコンピュータの非一時的可読記録媒体を提供することを課題とする。 The present invention was made in consideration of the above circumstances, and aims to provide an information processing method capable of estimating naphtha yield under specified reaction conditions for the hydrotreating reaction of feedstock oil, including atmospheric distillation gas oil; a naphtha yield calculation device capable of estimating the naphtha yield; a naphtha yield calculation program for causing a computer to function as the naphtha yield calculation device; and a non-transitory computer-readable recording medium storing the program.
上記課題を解決するため、本発明は、以下の態様を有する。
[1] 常圧蒸留軽油を含む原料油の水素化処理反応に関して、反応を開始してから所定時間経過した際の原料油に関する情報、生成油に関する情報、及び運転条件に関する情報を取得する情報取得ステップと、取得した前記原料油に関する情報、前記生成油に関する情報、及び前記運転条件に関する情報に基づき、劣化関数により、触媒の脱硫反応の劣化度及び分解反応の劣化度を算出する劣化度算出ステップと、前記触媒の脱硫反応の劣化度に基づき、前記原料油に関する情報、前記生成油に関する情報、及び前記運転条件を満たすために必要な反応温度を算出する反応温度算出ステップと、前記反応温度及び前記触媒の分解反応の劣化度に基づき、ナフサ得量を算出するナフサ得量算出ステップと、を含む、情報処理方法。
[2] 前記劣化関数は、コークの堆積による触媒の劣化に関するコーク劣化関数であり、触媒の易失活活性種の劣化に関する易失活活性種劣化関数と、触媒の難失活活性種の劣化に関する難失活活性種劣化関数から構成される、[1]に記載の情報処理方法。
[3] 前記原料油に関する情報は、原料油中の硫黄濃度に関する情報を含み、前記生成油に関する情報は、生成油中の硫黄濃度に関する情報を含む、[1]又は[2]に記載の情報処理方法。
[4] 前記運転条件に関する情報は、水素分圧に関する情報、触媒充填量に関する情報、原料油の供給量に関する情報、及び水素の供給量に関する情報を含む、[1]~[3]のいずれか一項に記載の情報処理方法。
[5] 常圧蒸留軽油を含む原料油の水素化処理反応に関して、反応を開始してから所定時間経過した際の原料油に関する情報、生成油に関する情報、及び運転条件に関する情報を取得する取得部と、前記取得部で取得した前記原料油に関する情報、前記生成油に関する情報、及び前記運転条件に関する情報に基づき、劣化関数により、触媒の脱硫反応の劣化度及び分解反応の劣化度を算出し、算出した前記触媒の脱硫反応の劣化度に基づき、前記原料油に関する情報、前記生成油に関する情報、及び前記運転条件を満たすために必要な反応温度を算出し、算出した前記反応温度及び前記触媒の分解反応の劣化度に基づきナフサ得量を算出する演算部と、を含む、ナフサ得量算出装置。
[6] 前記劣化関数は、コークの堆積による触媒の劣化に関するコーク劣化関数であり、触媒の易失活活性種の劣化に関する易失活活性種劣化関数と、触媒の難失活活性種の劣化に関する難失活活性種劣化関数から構成される、[5]に記載のナフサ得量算出装置。
[7] 前記原料油に関する情報は、原料油中の硫黄濃度に関する情報を含み、前記生成油に関する情報は、生成油中の硫黄濃度に関する情報を含む、[5]又は[6]に記載のナフサ得量算出装置。
[8] 前記運転条件に関する情報は、水素分圧に関する情報、触媒充填量に関する情報、原料油の供給量に関する情報、及び水素の供給量に関する情報を含む、[5]~[7]のいずれか一項に記載のナフサ得量算出装置。
[9] コンピュータを、[5]~[8]のいずれか一項に記載のナフサ得量算出装置として機能させるためのナフサ得量算出プログラム。
[10] [9]に記載のプログラムを記憶したコンピュータの非一時的可読記録媒体。
In order to solve the above problems, the present invention has the following aspects.
[1] An information processing method, comprising: an information acquisition step for acquiring information on the feedstock, information on the product oil, and information on operating conditions when a predetermined time has elapsed since the start of the reaction, regarding a hydrotreating reaction of a feedstock containing atmospheric distillation gas oil; a deterioration degree calculation step for calculating a deterioration level of a desulfurization reaction and a deterioration level of a cracking reaction of a catalyst using a deterioration function based on the acquired information on the feedstock, information on the product oil, and information on the operating conditions; a reaction temperature calculation step for calculating a reaction temperature necessary to satisfy the information on the feedstock, information on the product oil, and the operating conditions based on the deterioration level of the desulfurization reaction of the catalyst; and a naphtha yield calculation step for calculating a naphtha yield based on the reaction temperature and the deterioration level of the cracking reaction of the catalyst.
[2] The deterioration function is a coke deterioration function relating to catalyst deterioration due to coke deposition, and is composed of an easily deactivated active species deterioration function relating to the deterioration of easily deactivated active species of the catalyst and a hardly deactivated active species deterioration function relating to the deterioration of hardly deactivated active species of the catalyst. The information processing method described in [1].
[3] The information processing method according to [1] or [2], wherein the information about the feedstock oil includes information about the sulfur concentration in the feedstock oil, and the information about the product oil includes information about the sulfur concentration in the product oil.
[4] The information processing method according to any one of [1] to [3], wherein the information about the operating conditions includes information about hydrogen partial pressure, information about catalyst loading, information about the feedstock supply rate, and information about the hydrogen supply rate.
[5] A naphtha yield calculation device including: an acquisition unit that acquires information about the feedstock oil, information about the product oil, and information about operating conditions when a predetermined time has elapsed since the start of the hydrotreating reaction of a feedstock oil containing atmospheric distillation gas oil; and a calculation unit that calculates the degradation degree of the desulfurization reaction and the degradation degree of the cracking reaction of the catalyst using a degradation function based on the information about the feedstock oil, the information about the product oil, and the information about the operating conditions acquired by the acquisition unit, calculates the information about the feedstock oil, the information about the product oil, and the reaction temperature necessary to satisfy the operating conditions based on the calculated degradation degree of the desulfurization reaction of the catalyst, and calculates the naphtha yield based on the calculated reaction temperature and the degradation degree of the cracking reaction of the catalyst.
[6] The naphtha yield calculation device according to [5], wherein the deactivation function is a coke deactivation function relating to catalyst deactivation due to coke deposition, and is composed of an easily deactivated active species deactivation function relating to deactivation of easily deactivated active species of the catalyst, and a hardly deactivated active species deactivation function relating to deactivation of hardly deactivated active species of the catalyst.
[7] The naphtha yield calculation device according to [5] or [6], wherein the information about the feed oil includes information about the sulfur concentration in the feed oil, and the information about the product oil includes information about the sulfur concentration in the product oil.
[8] The naphtha yield calculation device according to any one of [5] to [7], wherein the information on the operating conditions includes information on hydrogen partial pressure, information on catalyst loading, information on the feedstock oil supply amount, and information on the hydrogen supply amount.
[9] A naphtha yield calculation program for causing a computer to function as the naphtha yield calculation device according to any one of [5] to [8].
[10] A non-transitory computer-readable recording medium storing the program according to [9].
本発明によれば、常圧蒸留軽油を含む原料油の水素化処理反応に関して、所定の反応条件におけるナフサ得量を算出することができる情報処理方法、及び前記ナフサ得量を算出することができるナフサ得量算出装置、コンピュータを、前記ナフサ得量算出装置として機能させるためのナフサ得量算出プログラム、及び前記プログラムを記憶したコンピュータの非一時的可読記録媒体を提供することができる。 The present invention provides an information processing method capable of calculating naphtha yield under specified reaction conditions for the hydrotreating reaction of feedstock oil, including atmospheric distillation gas oil, a naphtha yield calculation device capable of calculating the naphtha yield, a naphtha yield calculation program for causing a computer to function as the naphtha yield calculation device, and a non-transitory computer-readable recording medium storing the program.
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明するが、以下の記載は本発明の実施態様の一例であり、本発明はこれらの内容に限定されず、その要旨の範囲内で変形して実施することができる。 The following describes in detail the embodiments of the present invention. However, the following description is merely an example of an embodiment of the present invention, and the present invention is not limited to these details and can be modified and implemented within the scope of its essence.
≪情報処理方法≫
本実施形態の情報処理方法は、常圧蒸留軽油を含む原料油の水素化処理反応に関して、反応を開始してから所定時間経過した際の原料油に関する情報、生成油に関する情報、及び運転条件に関する情報を取得する情報取得ステップ(図1のS1)と、取得した前記原料油に関する情報、前記生成油に関する情報、及び前記運転条件に関する情報に基づき、劣化関数により、触媒の脱硫反応の劣化度及び分解反応の劣化度を算出する劣化度算出ステップ(図1のS2)と、前記触媒の脱硫反応の劣化度に基づき、前記原料油に関する情報、前記生成油に関する情報、及び前記運転条件を満たすために必要な反応温度を算出する反応温度算出ステップ(図1のS3)と、前記反応温度及び前記触媒の分解反応の劣化度に基づき、ナフサ得量を算出するナフサ得量算出ステップ(図1のS4)と、を含む。以下、各ステップについて説明を行う。なお、以下に示す各ステップは、例えば、本実施形態のナフサ得量算出装置1によって実行される。例えば、S1は取得部11によって実行され、S2、S3、S4は計算機本体12における演算部13によって実行される。
<Information processing method>
The information processing method of this embodiment includes an information acquisition step (S1 in FIG. 1) for acquiring information about the feedstock, the product oil, and the operating conditions at a predetermined time after the start of the hydrotreating reaction of a feedstock containing atmospheric distillation gas oil; a degradation degree calculation step (S2 in FIG. 1) for calculating the degradation degree of the desulfurization reaction and the degradation degree of the cracking reaction of the catalyst using a degradation function based on the acquired information about the feedstock, the product oil, and the operating conditions; a reaction temperature calculation step (S3 in FIG. 1) for calculating the reaction temperature required to satisfy the information about the feedstock, the product oil, and the operating conditions based on the degradation degree of the desulfurization reaction of the catalyst; and a naphtha yield calculation step (S4 in FIG. 1) for calculating the naphtha yield based on the reaction temperature and the degradation degree of the cracking reaction of the catalyst. Each step will be described below. Note that each of the steps shown below is executed, for example, by the naphtha yield calculation device 1 of this embodiment. For example, S1 is executed by the acquisition unit 11, and S2, S3, and S4 are executed by the calculation unit 13 in the computer main body 12.
≪情報取得ステップ≫
本実施形態の情報取得ステップは、反応を開始してから所定時間経過した際の原料油に関する情報、生成油に関する情報、及び運転条件に関する情報を取得するステップである。反応を開始してから所定時間経過した際とは、例えば反応を開始してから任意のt日経過時である。tは整数でも小数でもよく、例えばtが0.5の場合、反応を開始してから12時間経過時を意味する。また、t日経過時は、本実施形態の情報処理方法を実施する時からみて過去でも、現在でも、未来でもよい。例えば、本実施形態の情報処理方法を実施する時が、反応を開始してから2日経過時であり、tが4の場合、2日後(未来)における反応温度を推定することとなる。
<Information Acquisition Steps>
The information acquisition step of this embodiment is a step of acquiring information about the feedstock oil, information about the product oil, and information about the operating conditions when a predetermined time has elapsed since the start of the reaction. The predetermined time after the start of the reaction refers to, for example, any t days having elapsed since the start of the reaction. t may be an integer or a decimal; for example, if t is 0.5, it means that 12 hours have elapsed since the start of the reaction. Furthermore, the time when t days have elapsed may be in the past, present, or future from the time when the information processing method of this embodiment is implemented. For example, if the information processing method of this embodiment is implemented two days after the start of the reaction and t is 4, the reaction temperature two days later (in the future) will be estimated.
(原料油に関する情報)
原料油に関する情報としては、原料油の組成に関する情報が例として挙げられる。原料油の組成に関する情報としては、原料油中の硫黄濃度に関する情報が例として挙げられる。
(Information about feedstock oil)
An example of the information about the feedstock oil is information about the composition of the feedstock oil. An example of the information about the composition of the feedstock oil is information about the sulfur concentration in the feedstock oil.
原料油中の硫黄濃度に関する情報は、本分野で公知の硫黄濃度の測定方法により得ることができ、例えば、紫外蛍光法、波長分散蛍光X線法等により求めることができる。また、原料油中の硫黄濃度は、原料油を変更することにより制御することができる。原料油中の硫黄濃度に関する情報は設定値であることが好ましい。すなわち、使用を予定している原料油の硫黄濃度を使用することができる。 Information regarding the sulfur concentration in the feedstock oil can be obtained using sulfur concentration measurement methods known in the art, such as ultraviolet fluorescence spectroscopy and wavelength-dispersive X-ray fluorescence spectroscopy. The sulfur concentration in the feedstock oil can also be controlled by changing the feedstock oil. It is preferable that the information regarding the sulfur concentration in the feedstock oil is a set value. In other words, the sulfur concentration of the feedstock oil planned for use can be used.
(生成油に関する情報)
生成油に関する情報としては、生成油の組成に関する情報が例として挙げられる。生成油の組成に関する情報としては、生成油中の硫黄濃度に関する情報が例として挙げられる。
(Information about produced oil)
Examples of the information about the product oil include information about the composition of the product oil, and information about the sulfur concentration in the product oil.
生成油中の硫黄濃度に関する情報は、上述の原料油の場合と同様に求めることができる。本実施形態においては、生成油中の硫黄濃度に関する情報は、設定値であることが好ましい。すなわち、目的とする生成油の硫黄濃度を使用することができる。 Information regarding the sulfur concentration in the product oil can be obtained in the same manner as in the case of the feedstock oil described above. In this embodiment, the information regarding the sulfur concentration in the product oil is preferably a set value. In other words, the sulfur concentration of the target product oil can be used.
(運転条件に関する情報)
運転条件に関する情報としては、水素分圧に関する情報、触媒充填量に関する情報、原料油の供給量、及び水素の供給量に関する情報が例として挙げられる。例えば、運転条件に関する情報は、水素分圧に関する情報、触媒充填量に関する情報、原料油の供給量に関する情報、及び水素の供給量に関する情報の少なくとも何れかであり、全てであることが好ましい。また、運転条件には、反応を開始してから任意のt日経過時等の時間の情報も含まれる。また、運転条件には、実測のナフサ得量の情報も含まれていてもよい。
(Information about operating conditions)
Examples of information about operating conditions include information about hydrogen partial pressure, information about catalyst loading, information about the feedstock feed rate, and information about the hydrogen feed rate. For example, the information about operating conditions is at least one of information about hydrogen partial pressure, information about catalyst loading, information about the feedstock feed rate, and information about the hydrogen feed rate, and preferably all of these. The operating conditions also include time information, such as the time when any t days have elapsed since the start of the reaction. The operating conditions may also include information about the actually measured naphtha yield.
水素分圧に関する情報、触媒充填量に関する情報、原料油の供給量に関する情報、及び水素の供給量に関する情報は、本分野において公知の方法により求めることができる。水素分圧に関する情報、触媒充填量に関する情報、原料油の供給量に関する情報、及び水素の供給量に関する情報は、常圧蒸留軽油を含む原料油の水素化処理反応において制御することが可能である。運転条件に関する情報は設定値であることが好ましい。すなわち、予定の運転条件を使用する。 Information regarding hydrogen partial pressure, catalyst loading, feedstock feed rate, and hydrogen feed rate can be determined by methods known in the art. Information regarding hydrogen partial pressure, catalyst loading, feedstock feed rate, and hydrogen feed rate can be controlled in the hydrotreating reaction of feedstocks, including atmospheric distillation gas oil. Information regarding operating conditions is preferably a set value; that is, the planned operating conditions are used.
≪劣化度算出ステップ≫
本実施形態の劣化度算出ステップは、取得した前記原料油に関する情報、前記生成油に関する情報、及び前記運転条件に関する情報に基づき、劣化関数により、触媒の脱硫反応の劣化度及び分解反応の劣化度を算出するステップである。
以下に、脱硫反応の劣化度を算出するステップについて説明する。なお、分解反応の劣化度を算出するステップは後述する。
<Deterioration level calculation step>
The deterioration degree calculation step in this embodiment is a step of calculating the deterioration degree of the desulfurization reaction and the deterioration degree of the cracking reaction of the catalyst using a deterioration function based on the acquired information about the feedstock oil, information about the product oil, and information about the operating conditions.
The step of calculating the degradation degree of the desulfurization reaction will be described below. The step of calculating the degradation degree of the decomposition reaction will be described later.
<脱硫反応の劣化度>
脱硫反応の劣化度は下式1で表される。
Φ=kt/k0 式1
前記式1中、k0は反応0日経過時(すなわち、反応開始時)の触媒の脱硫反応の反応速度定数であり、ktは任意の反応t日経過時の触媒の脱硫反応の反応速度定数である。なお、k0、ktは後述の温度TSORにおける脱硫反応の反応速度定数である。
<Deterioration of desulfurization reaction>
The deterioration degree of the desulfurization reaction is expressed by the following formula 1.
Φ=k t /k 0 Equation 1
In the above formula 1, k0 is the reaction rate constant of the desulfurization reaction of the catalyst after 0 days of reaction (i.e., at the start of the reaction), and kt is the reaction rate constant of the desulfurization reaction of the catalyst after t days of reaction. Note that k0 and kt are reaction rate constants of the desulfurization reaction at a temperature T SOR described below.
本実施形態においては、取得した前記原料油に関する情報、前記生成油に関する情報、及び前記運転条件に関する情報に基づき、脱硫反応の劣化関数により、触媒の脱硫反応の劣化度を算出することができる。 In this embodiment, the degree of degradation of the catalyst's desulfurization reaction can be calculated using the desulfurization reaction degradation function based on the acquired information about the feedstock oil, information about the product oil, and information about the operating conditions.
<脱硫反応の劣化関数1>
脱硫反応の劣化関数は、触媒の脱硫反応の劣化度を算出する関数である。本実施形態においては、脱硫反応の劣化関数は、コークの堆積による触媒の脱硫反応の劣化に関するコーク劣化関数であることが好ましい。コーク劣化関数としては、触媒のコーク劣化に関する劣化度合いを算出可能な関数であれば、特に限定されないが、例えば下式2で表される脱硫反応の劣化関数1が例として挙げられる。
<Degradation function 1 of desulfurization reaction>
The desulfurization reaction deterioration function is a function for calculating the degree of deterioration of the desulfurization reaction of the catalyst. In this embodiment, the desulfurization reaction deterioration function is preferably a coke deterioration function relating to deterioration of the desulfurization reaction of the catalyst due to coke deposition. The coke deterioration function is not particularly limited as long as it is a function capable of calculating the degree of deterioration relating to coke deterioration of the catalyst. For example, desulfurization reaction deterioration function 1 expressed by the following formula 2 can be mentioned as an example.
Φ=exp(-Dt) 式2
前記式2中、Dは触媒の脱硫反応の活性種の劣化係数であり、tは反応経過日数(日)である。
Φ=exp(-Dt) Formula 2
In the above formula 2, D is the deterioration coefficient of the active species of the desulfurization reaction of the catalyst, and t is the number of days elapsed since the reaction began (days).
Dは下式3により、求めることができる。下式3は、特定のパラメータにより触媒の脱硫反応の活性種の劣化係数を算出可能な式であり、本願の発明者らが、実機の運転結果等を基に初めて見出した式である。 D can be calculated using the following equation 3. Equation 3 below is a formula that can calculate the depletion coefficient of the active species in the desulfurization reaction of the catalyst using specific parameters. It was first discovered by the inventors of this application based on the operating results of an actual plant.
本明細書において、「要求温度」とは、所定の反応条件を達成するために必要な反応温度を意味する。すなわち、0日目の要求温度とは、反応開始時において、上記SF、SP、LHSV、G、及びPの反応条件を達成するために必要な反応温度を意味する。 As used herein, the term "required temperature" refers to the reaction temperature required to achieve predetermined reaction conditions. That is, the required temperature on day 0 refers to the reaction temperature required to achieve the reaction conditions S F , S P , LHSV, G, and P at the start of the reaction.
本明細書において、「基準水素分圧」とは、実際の反応条件の標準的な圧力を意味する。後述する水素分圧係数aを決定する際に用いる反応圧力の平均値として求められる。 In this specification, "reference hydrogen partial pressure" refers to the standard pressure under actual reaction conditions. It is calculated as the average reaction pressure used when determining the hydrogen partial pressure coefficient a, which will be described later.
本明細書において、「基準反応温度」とは、実際に運転される可能性のある標準的な運転条件の振れ幅で得られるTSORの平均値を意味する。 In this specification, the "reference reaction temperature" means the average value of T SOR obtained over a range of standard operating conditions that may be actually encountered during operation.
本明細書において、「基準水素/原料油比」とは、実際の反応条件の標準的な水素/原料油比を意味する。後述する水素/原料油比係数bを決定する際に用いる水素/原料油比の平均値として求められる。 In this specification, "reference hydrogen/feed oil ratio" refers to the standard hydrogen/feed oil ratio under actual reaction conditions. It is calculated as the average hydrogen/feed oil ratio used when determining the hydrogen/feed oil ratio coefficient b, which will be described later.
前記式3において、TSORは触媒の脱硫反応の初期活性を表し、αは触媒の脱硫反応の劣化速度を表す。すなわち、TSORとαの数値が大きいほど、触媒の脱硫反応の劣化が大きいことを意味し、この劣化挙動はDの値に反映されることになる。 In Equation 3, T SOR represents the initial activity of the desulfurization reaction of the catalyst, and α represents the deterioration rate of the desulfurization reaction of the catalyst. That is, the larger the values of T SOR and α, the greater the deterioration of the desulfurization reaction of the catalyst, and this deterioration behavior is reflected in the value of D.
前記式3において、(1/SP n-1-1/SF n-1)LHSVで表される項は、脱硫反応速度定数であり、上述した通り、SP、SF、LHSVを設定値とし、一定の条件で運転する場合、定数となる。前記式3において、(PB/P)aで表される項は、水素分圧依存性を示す項であり、上述した通り、Pを設定値とし、一定の条件で運転する場合、定数となる。前記式3において、(GB/G)bで表される項は、水素/原料油比依存性を示す項であり、上述した通り、Gを設定値とし、一定の条件で運転する場合、定数となる。前記式3においてexp[Ec/R(1/TB-1/TSOR)]で表される項は、温度依存性を示す項であり、定数となる。 In the above equation 3, the term expressed by (1/S P n-1 -1/S F n-1 )LHSV is a desulfurization reaction rate constant, and as described above, is a constant when S P , S F , and LHSV are set values and operation is performed under constant conditions. In the above equation 3, the term expressed by (P B /P) a is a term indicating hydrogen partial pressure dependency, and as described above, is a constant when P is set value and operation is performed under constant conditions. In the above equation 3, the term expressed by (G B /G) b is a term indicating hydrogen/feed oil ratio dependency, and as described above, is a constant when G is set value and operation is performed under constant conditions. In the above equation 3, the term expressed by exp[Ec/R(1/T B -1/T SOR )] is a term indicating temperature dependency and is a constant.
前記式3中、SF、SP、LHSV、P、Gは、上述した情報取得ステップで取得した原料油に関する情報、生成油に関する情報、及び運転条件に関する情報に基づき代入される値である。なお、LHSVは、原料油の供給量(体積/h)を触媒充填量(体積)で除すことにより求めることができる。Gは、水素の供給量(Nm3/時間)を原料油の供給量(kL/時間)で除すことにより求めることができる。 In the above formula 3, S F , S P , LHSV, P, and G are values substituted based on the information on the feed oil, the information on the product oil, and the information on the operating conditions acquired in the above-mentioned information acquisition step. Note that LHSV can be calculated by dividing the feed oil supply rate (volume/h) by the catalyst loading rate (volume). G can be calculated by dividing the hydrogen supply rate (Nm 3 /hour) by the feed oil supply rate (kL/hour).
上述した通り、SF、LHSV、P、Gは制御することが可能なパラメータである。また、SPは目的とする生成油の硫黄濃度である。すなわち、前記式3により、上記SF、SP、LHSV、P、及びGの反応条件における、触媒の脱硫反応の活性種の劣化係数を算出することができる。常圧蒸留軽油を含む原料油の水素化処理反応の反応次数であるnの求め方は後述する。 As described above, S F , LHSV, P, and G are controllable parameters. Furthermore, S P is the sulfur concentration of the target product oil. That is, the deterioration coefficient of the active species of the desulfurization reaction of the catalyst under the reaction conditions of S F , S P , LHSV, P, and G can be calculated using Equation 3. The method for determining n, which is the reaction order of the hydrotreating reaction of feedstock oil containing atmospheric distillation gas oil, will be described later.
(基本劣化パラメータの求め方)
前記式3中、α、PB、a、GB、b、Ec、TB、TSORは定数である。以下、これらのパラメータを総称して「基本劣化パラメータ1」という。基本劣化パラメータ1は使用する触媒に応じて定められるパラメータであり、実機で反応を行いながら求めてもよいし、実機運転条件に基づいてベンチスケールにおいて事前に求めてもよい。本実施形態においては、実機運転条件に基づいてベンチスケールにおいて事前に求めることが好ましい。
以下、基本劣化パラメータPB、a、GB、b、Ec、TBの求め方について例を示す。上述の実機での反応、又は実機運転条件に基づいてベンチスケールでの反応で得られたデータから解析される触媒の脱硫反応の劣化挙動(脱硫反応の反応速度定数の変化)から求める方法(PB、a、GB、b、Ec、TBの求め方)である。また、α、TSORの求め方については2例を示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。1例目は、上述の実機での反応、又は実機運転条件に基づいてベンチスケールでの反応で得られたデータから解析される触媒の脱硫反応の劣化挙動(脱硫反応の反応速度定数の変化)から求める方法(α及びTSORの求め方1)であり、2例目は、上述の実機での反応、又は実機運転条件に基づいてベンチスケールでの反応で得られたデータから解析される反応温度プロファイルから求める方法(α及びTSORの求め方2)である。
(How to determine basic degradation parameters)
In the above formula 3, α, P B , a, G B , b, Ec, T B , and T SOR are constants. Hereinafter, these parameters will be collectively referred to as "basic deterioration parameter 1." The basic deterioration parameter 1 is a parameter determined depending on the catalyst used, and may be determined while performing a reaction in an actual machine, or may be determined in advance on a bench scale based on the operating conditions of the actual machine. In this embodiment, it is preferable to determine the parameter in advance on a bench scale based on the operating conditions of the actual machine.
Below, examples of how to determine the basic deterioration parameters P B , a, G B , b, Ec, and T B are shown. These methods (methods for determining P B , a, G B , b, Ec, and T B) are based on the deterioration behavior of the catalyst desulfurization reaction (changes in the reaction rate constant of the desulfurization reaction) analyzed from data obtained from the above-mentioned reaction on the actual plant or a bench-scale reaction under actual plant operating conditions. Two examples of how to determine α and T SOR are shown, but the present invention is not limited to these. The first example is a method (method 1 for determining α and T SOR) in which the parameters are determined from the deterioration behavior of the catalyst desulfurization reaction (changes in the reaction rate constant of the desulfurization reaction) analyzed from data obtained from the above-mentioned reaction on the actual plant or a bench-scale reaction under actual plant operating conditions. The second example is a method (method 2 for determining α and T SOR ) in which the parameters are determined from the reaction temperature profile analyzed from data obtained from the above-mentioned reaction on the actual plant or a bench- scale reaction under actual plant operating conditions.
(PB、a、GB、b、Ec、TBの求め方)
本実施形態の基本劣化パラメータの求め方は、上述の実機での反応、又は実機運転条件に基づいてベンチスケールでの反応で得られたデータから解析される触媒の脱硫反応の劣化挙動に基づく。この触媒の脱硫反応の劣化挙動(劣化度)は、前記式1と同じ考え方となり、下式4で表すことができる。
Φ’=kt’/k0’ 式4
前記式4中、k0’は反応0日経過時(すなわち、反応開始時)の触媒の脱硫反応の反応速度定数であり、kt’は任意の反応t日経過時の触媒の脱硫反応の反応速度定数である。なお、k0’、kt’は後述の温度TSOR’における脱硫反応の反応速度定数である。
(How to find P B , a, G B , b, Ec, and T B )
The method for determining the basic deterioration parameters in this embodiment is based on the deterioration behavior of the desulfurization reaction of the catalyst analyzed from data obtained from the above-mentioned reaction in an actual plant or a bench-scale reaction under actual plant operating conditions. The deterioration behavior (degree of deterioration) of the desulfurization reaction of this catalyst can be expressed by the following equation 4, based on the same concept as equation 1 above.
Φ'=k t '/k 0 ' Equation 4
In the above formula 4, k 0 ' is the reaction rate constant of the desulfurization reaction of the catalyst after 0 days of reaction (i.e., at the start of the reaction), and k t ' is the reaction rate constant of the desulfurization reaction of the catalyst after t days of reaction. Note that k 0 ' and k t ' are reaction rate constants of the desulfurization reaction at a temperature T SOR ' described below.
前記式4は、前記式1と同様、脱硫反応の反応速度定数に基づいた劣化関数である。反応速度定数は下式5のアレニウスの式で表される。 Like Equation 1, Equation 4 is a degradation function based on the reaction rate constant of the desulfurization reaction. The reaction rate constant is expressed by the Arrhenius equation in Equation 5 below.
反応開始時温度TSOR’における脱硫反応の反応速度定数k0’は、反応t日経過時にはkt’に低下する。反応t日経過時に脱硫反応の反応速度定数k0’に相当する活性を得るためには、反応温度をTt’としなければならないものとすると、前記式4及び前記式5より、下式6が導かれる。なお、本実施形態の反応は、常圧蒸留軽油を含む原料油の水素化処理反応のため、活性化エネルギーEを脱硫の活性化エネルギーEa(kJ/mol)としている。 The reaction rate constant k 0 ' of the desulfurization reaction at the reaction start temperature T SOR ' decreases to k t ' after t days of reaction. If the reaction temperature must be set to T t ' to obtain activity equivalent to the reaction rate constant k 0 ' of the desulfurization reaction after t days of reaction, the following formula 6 can be derived from formulas 4 and 5. Note that since the reaction in this embodiment is a hydrotreating reaction of a feedstock oil containing atmospheric distillation gas oil, the activation energy E is set to the desulfurization activation energy Ea (kJ/mol).
(Ec及びTBの求め方)
LHSV、水素分圧、水素/原料油比、原料油中の硫黄濃度を一定の条件とし、生成油中の硫黄濃度を一定の値SPnになるように、一定期間反応を行う。触媒は反応により劣化するため、生成油中の硫黄濃度をSPnとするために、反応温度を上げながら運転を行う。反応時間を横軸に、実測の反応温度を縦軸にプロットし、回帰直線を引くと、y=anx+bn(0<anである。)で表される直線が得られる。an及びbnは触媒の劣化挙動を反映した値である。この直線におけるbnが前記式6におけるTSOR’となる。前記式6において、TSOR’にbnを代入し、Tt’に実測の反応温度を代入すると、任意の反応t日経過時における脱硫反応の劣化度Φ’が得られる。なお、脱硫の活性化エネルギーEaは、後述の方法により求められた値を使用することができる。反応時間を横軸に、Φ’の対数を縦軸にプロットし、回帰直線を引くと、y=-an
’x(|-an
’|=an
’である。)で表される直線が得られる。an
’は、触媒の脱硫反応の劣化速度を表している。
(How to calculate Ec and T B )
The reaction is carried out for a certain period of time under constant conditions of LHSV, hydrogen partial pressure, hydrogen/feed oil ratio, and sulfur concentration in the feed oil so that the sulfur concentration in the product oil reaches a certain value SPn . Because the catalyst deteriorates due to the reaction, operation is carried out while increasing the reaction temperature in order to maintain the sulfur concentration in the product oil at SPn . By plotting the reaction time on the horizontal axis and the measured reaction temperature on the vertical axis and drawing a regression line, a straight line expressed as y = a n x + b n (0 < a n ) is obtained. a n and b n are values reflecting the deterioration behavior of the catalyst. b n in this straight line is T SOR ' in the above-mentioned formula 6. In the above-mentioned formula 6, by substituting b n for T SOR ' and substituting the measured reaction temperature for T t ', the deterioration degree Φ' of the desulfurization reaction after any t days of reaction can be obtained. Note that the desulfurization activation energy Ea can be a value determined by the method described below. Plotting the logarithm of Φ' on the vertical axis against the reaction time on the horizontal axis and drawing a regression line gives a straight line expressed as y = -a n ' x (|-a n ' | = a n ' ), where a n ' represents the degradation rate of the catalyst desulfurization reaction.
n種類の硫黄濃度SPnについて同様の反応を行い、同様にして、n個のan、bnを求め、上記と同様の方法により、n個のan
’を得る。nは3以上の整数である。nの数が多い方が、より精度の高いEcを得ることができる。一方、nの数が多すぎると、Ecを得るために時間が掛かり効率的ではない。本実施形態においては、nは3~20であることが好ましく、3~10であることがより好ましい。
このようにして得られたn個のan
’及びbnを下式7にそれぞれ代入する。下式7は、コークの活性化エネルギー、及び基準反応温度を算出可能な式であり、本願の発明者らが、実機の運転結果等を基に初めて見出した式である。
The same reaction is carried out for n types of sulfur concentration S Pn , and n a n and b n are determined in the same manner, and n a n ' are obtained by the same method as above. n is an integer of 3 or more. The larger the number of n, the more accurate Ec can be obtained. On the other hand, if the number of n is too large, it takes a long time to obtain Ec, which is not efficient. In this embodiment, n is preferably 3 to 20, and more preferably 3 to 10.
The n a n 's and b n values thus obtained are respectively substituted into the following formula 7. The following formula 7 is an equation that can calculate the activation energy and reference reaction temperature of coke, and was first discovered by the inventors of the present application based on the operating results of an actual machine, etc.
ln(an
’)=ln(A)-(Ec/Rbn) 式7
前記式7中、Aは頻度因子であり、Ecはコーク劣化の活性化エネルギー(kJ/mol)であり、Rは気体定数:0.00831(kJ/(mol・K))である。
ln( an ' )=ln(A)-(Ec/ Rbn ) Equation 7
In Equation 7, A is a frequency factor, Ec is the activation energy of coke deterioration (kJ/mol), and R is the gas constant: 0.00831 (kJ/(mol·K)).
n個のan ’及びbnの組み合わせに関し、ln(an ’)を縦軸に、1/bnを横軸にプロットし、回帰直線を引き、その傾きを求める。この傾きはEc/Rであるため、傾きからRを除すことによりコーク劣化の活性化エネルギーEcを求めることができる。 For n combinations of a n ' and b n , ln(a n ' ) is plotted on the vertical axis and 1/b n on the horizontal axis, a regression line is drawn, and its slope is calculated. Since this slope is Ec/R, the activation energy of coke deterioration, Ec, can be calculated by subtracting R from the slope.
また、n個のbnを平均することによりTBを求めることができる。 Also, T B can be obtained by averaging n b n values.
Ec及びTBを求める上でのLHSV、水素分圧、水素/原料油比、原料油中の硫黄濃度は、実機運転条件に即した条件とすることが好ましい。
そのようなLHSVとしては、例えば0.3~2.0h-1であり、水素分圧としては、例えば3~7MPaであり、水素/原料油比としては、例えば100~700[Nm3/kL]であり、原料油中の硫黄濃度としては、例えば0.5~2.0質量%である。
n種類の硫黄濃度SPnも同様に実機運転条件に即した条件とすることが好ましい。このようなSPnとしては、例えば0.001質量%以下である。
反応期間としては、例えば30~1600日である。
In determining Ec and TB , it is preferable that the LHSV, hydrogen partial pressure, hydrogen/feed oil ratio, and sulfur concentration in the feed oil are conditions that correspond to the operating conditions of an actual plant.
Such an LHSV is, for example, 0.3 to 2.0 h −1 , the hydrogen partial pressure is, for example, 3 to 7 MPa, the hydrogen/feed oil ratio is, for example, 100 to 700 [Nm 3 /kL], and the sulfur concentration in the feed oil is, for example, 0.5 to 2.0 mass %.
Similarly, it is preferable that the n-type sulfur concentrations S Pn are set to conditions that correspond to the actual operating conditions of the engine. For example, S Pn is 0.001 mass % or less.
The reaction period is, for example, 30 to 1600 days.
(PB及びaの求め方)
LHSV、水素/原料油比、原料油中の硫黄濃度、生成油中の硫黄濃度を一定の条件とし、水素分圧Pmの条件で、一定期間反応を行う。触媒は反応により劣化するため、生成油中の硫黄濃度を一定の値とするために、反応温度を上げながら運転を行う。反応時間を横軸に、実測の反応温度を縦軸にプロットし、回帰直線を引くと、y=amx+bm(0<amである。)で表される直線が得られる。この直線におけるbmが前記式6におけるTSOR’となる。前記式6において、TSOR’にbmを代入し、Tt’に実測の反応温度を代入すると、任意の反応t日経過時における脱硫反応の劣化度Φ’が得られる。反応時間を横軸に、Φ’の対数を縦軸にプロットし、回帰直線を引くと、y=-am
’x(|-am
’|=am
’である。)で表される直線が得られる。am
’は、触媒の脱硫反応の劣化速度を表している。
(How to calculate P B and a)
The reaction is carried out for a certain period of time under conditions of constant LHSV, hydrogen/feed oil ratio, sulfur concentration in the feed oil, and sulfur concentration in the product oil, and hydrogen partial pressure Pm . Because the catalyst deteriorates due to the reaction, operation is carried out while increasing the reaction temperature in order to maintain a constant sulfur concentration in the product oil. When the reaction time is plotted on the horizontal axis and the measured reaction temperature on the vertical axis and a regression line is drawn, a straight line expressed as y = amx + bm (0 < am ) is obtained. bm on this line is T SOR ' in the above-mentioned formula 6. When bm is substituted for T SOR ' in the above-mentioned formula 6 and the measured reaction temperature is substituted for Tt ', the degree of deterioration Φ' of the desulfurization reaction after any t days of reaction has elapsed can be obtained. When the reaction time is plotted on the horizontal axis and the logarithm of Φ' on the vertical axis and a regression line is drawn, a straight line expressed as y = -a m ' x (|-a m ' | = a m ' ) is obtained. a m ' represents the deterioration rate of the desulfurization reaction of the catalyst.
m種類の水素分圧Pmについて同様の反応を行い、同様にして、m個のam、bmを求め、上記と同様の方法により、m個のam
’を得る。mは3以上の整数である。mの数が多い方が、より精度の高いaを得ることができる。一方、mの数が多すぎると、aを得るために時間が掛かり効率的ではない。本実施形態においては、mは3~20であることが好ましく、3~10であることがより好ましい。
このようにして得られたm個のam’及びPmを下式8にそれぞれ代入する。下式8は、水素分圧係数、及び基準水素分圧を算出可能な式であり、本願の発明者らが、実機の運転結果等を基に初めて見出した式である。
The same reaction is carried out for m types of hydrogen partial pressure P m , m a m and b m are determined in the same manner, and m a m ' are obtained by the same method as above. m is an integer of 3 or more. The larger the number of m, the more accurate a can be obtained. On the other hand, if the number of m is too large, it takes a long time to obtain a, which is not efficient. In this embodiment, m is preferably 3 to 20, and more preferably 3 to 10.
The m a m 's and P m obtained in this way are respectively substituted into the following formula 8. The following formula 8 is an equation that can calculate the hydrogen partial pressure coefficient and the reference hydrogen partial pressure, and was first discovered by the inventors of the present application based on the operating results of an actual machine, etc.
ln(am
’)=-aln(Pm)+B1 式8
前記式8中、B1は0とすることができる。
ln( am ' )=-aln( Pm )+B1 Equation 8
In the formula 8, B1 can be 0.
m個のam’及びPmの組み合わせに関し、ln(am ’)を縦軸に、ln(Pm)を横軸にプロットし、回帰直線を引き、その傾きを求める。この傾きが水素分圧係数aである。 For m combinations of a m ' and P m , ln(a m ' ) is plotted on the vertical axis and ln(P m ) on the horizontal axis, a regression line is drawn, and the slope is determined. This slope is the hydrogen partial pressure coefficient a.
また、上記m種類の水素分圧Pmを平均することによりPBを求めることができる。 In addition, P B can be obtained by averaging the m types of hydrogen partial pressures P m .
a及びPBを求める上でのLHSV、水素/原料油比、原料油中の硫黄濃度、生成油中の硫黄濃度は、実機運転条件に即した条件とすることが好ましい。
そのようなLHSVとしては、例えば0.3~2.0h-1であり、水素/原料油比としては、例えば100~700[Nm3/kL]であり、原料油中の硫黄濃度としては、例えば0.5~2.0質量%であり、生成油中の硫黄濃度としては、例えば0.001質量%以下である。
m個の水素分圧Pmも同様に実機運転条件に即した条件とすることが好ましい。このようなPmとしては、例えば3~7MPaである。反応期間としては、例えば30~1600日である。
In determining a and P B , the LHSV, hydrogen/feed oil ratio, sulfur concentration in the feed oil, and sulfur concentration in the product oil are preferably set to conditions that correspond to the operating conditions of an actual plant.
Such an LHSV is, for example, 0.3 to 2.0 h −1 , the hydrogen/feed oil ratio is, for example, 100 to 700 [Nm 3 /kL], the sulfur concentration in the feed oil is, for example, 0.5 to 2.0 mass %, and the sulfur concentration in the product oil is, for example, 0.001 mass % or less.
Similarly, it is preferable that the hydrogen partial pressure Pm of m units is set to a condition that corresponds to the operating conditions of the actual plant. Such Pm is, for example, 3 to 7 MPa. The reaction period is, for example, 30 to 1600 days.
(GB、bの求め方)
LHSV、水素分圧、原料油中の硫黄濃度、生成油中の硫黄濃度を一定の条件とし、水素/原料油比Ghの条件で、一定期間反応を行う。触媒は反応により劣化するため、生成油中の硫黄濃度を一定の値とするために、反応温度を上げながら運転を行う。反応時間を横軸に、実測の反応温度を縦軸にプロットし、回帰直線を引くと、y=ahx+bh(0<ahである。)で表される直線が得られる。この直線におけるbhが前記式6におけるTSOR’となる。前記式6において、TSOR’にbhを代入し、Tt
’に実測の反応温度を代入すると、任意の反応t日経過時における脱硫反応の劣化度Φ’が得られる。反応時間を横軸に、Φ’の対数を縦軸にプロットし、回帰直線を引くと、y=-ah
’x(|-ah
’|=ah
’である。)で表される直線が得られる。ah
’は、触媒の脱硫反応の劣化速度を表している。
(How to find GB and b)
The reaction is carried out for a certain period of time under the conditions of constant LHSV, hydrogen partial pressure, sulfur concentration in the feed oil, and sulfur concentration in the product oil, and a hydrogen/feed oil ratio of G h . Because the catalyst deteriorates due to the reaction, operation is carried out while increasing the reaction temperature in order to maintain a constant sulfur concentration in the product oil. When the reaction time is plotted on the horizontal axis and the measured reaction temperature on the vertical axis and a regression line is drawn, a straight line expressed as y = a h x + b h (0 < a h ) is obtained. b h in this line is T SOR ' in the above-mentioned formula 6. When b h is substituted for T SOR ' in the above-mentioned formula 6 and the measured reaction temperature is substituted for T t ' , the deterioration degree Φ' of the desulfurization reaction after any t days of reaction has elapsed can be obtained. When the reaction time is plotted on the horizontal axis and the logarithm of Φ' on the vertical axis and a regression line is drawn, a straight line expressed as y = - a h ' x (|- a h ' | = a h ' ) is obtained. a h ' represents the deterioration rate of the desulfurization reaction of the catalyst.
h種類の水素/原料油比Ghについて同様の反応を行い、同様にして、h個のah、bhを求め、上記と同様の方法により、h個のah
’を得る。hは3以上の整数である。hの数が多い方が、より精度の高いbを得ることができる。一方、hの数が多すぎると、bを得るために時間が掛かり効率的ではない。本実施形態においては、hは3~20であることが好ましく、3~10であることがより好ましい。
このようにして得られたh個のah’及びGhを下式9にそれぞれ代入する。下式9は、水素/原料油比係数、及び基準水素/原料油比を算出可能な式であり、本願の発明者らが、実機の運転結果等を基に初めて見出した式である。
The same reaction is carried out for h types of hydrogen/feed oil ratios Gh , h a h and b h are determined in the same manner, and h a h ' are obtained by the same method as above. h is an integer of 3 or more. The larger the number of h, the more accurate b can be obtained. On the other hand, if the number of h is too large, it takes a long time to obtain b, which is not efficient. In this embodiment, h is preferably 3 to 20, and more preferably 3 to 10.
The h a 's and G h's thus obtained are respectively substituted into the following formula 9. The following formula 9 is an equation that can calculate the hydrogen/feed oil ratio coefficient and the reference hydrogen/feed oil ratio, and was first discovered by the inventors of the present application based on the operating results of an actual plant, etc.
ln(ah’)=-bln(Gh)+B2 式9
前記式9中、B2は0とすることができる。
ln( ah ')=-bln( Gh )+B2 Equation 9
In the formula 9, B2 can be 0.
h個のah’及びGhの組み合わせに関し、ln(ah’)を縦軸に、ln(Gh)を横軸にプロットし、回帰直線を引き、その傾きを求める。この傾きが水素/原料油比係数bである。 For h combinations of a h ' and G h , ln(a h ') is plotted on the vertical axis and ln(G h ) on the horizontal axis, a regression line is drawn, and the slope is determined. This slope is the hydrogen/feed oil ratio coefficient b.
また、上記h種類の水素/原料油比Ghを平均することにより、GBを求めることができる。 Moreover, GB can be obtained by averaging the above h types of hydrogen/feedstock ratios Gh .
b及びGBを求める上でのLHSV、水素分圧、原料油中の硫黄濃度、生成油中の硫黄濃度は、実機運転条件に即した条件とすることが好ましい。
そのようなLHSVとしては、例えば0.3~2.0h-1であり、水素分圧としては、例えば3~7MPaであり、原料油中の硫黄濃度としては、例えば0.5~2.0質量%であり、生成油中の硫黄濃度としては、例えば0.001質量%以下である。
h種類の水素/原料油比Ghも同様に実機運転条件に即した条件とすることが好ましい。このようなGhとしては、例えば100~700[Nm3/kL]である。反応期間としては、例えば30~1600日である。
In determining b and GB , it is preferable that the LHSV, hydrogen partial pressure, sulfur concentration in the feed oil, and sulfur concentration in the product oil are conditions that correspond to the operating conditions of an actual plant.
Such an LHSV is, for example, 0.3 to 2.0 h −1 , the hydrogen partial pressure is, for example, 3 to 7 MPa, the sulfur concentration in the feed oil is, for example, 0.5 to 2.0 mass%, and the sulfur concentration in the product oil is, for example, 0.001 mass% or less.
Similarly, it is preferable that the hydrogen/feedstock ratio G h of the h types is set to a condition that corresponds to the actual operating conditions. Such G h is, for example, 100 to 700 [Nm 3 /kL]. The reaction period is, for example, 30 to 1600 days.
(α及びTSORの求め方1)
実機又はベンチスケールにおいて、想定する実機運転条件のLHSV、水素分圧、水素/原料油比、原料油中の硫黄濃度、生成油中の硫黄濃度となるように、一定期間反応を行う。触媒は反応により劣化するため、反応温度を上げながら運転を行う。想定する実機運転条件とは、(Ec及びTBの求め方)、(PB及びaの求め方)、(GB、bの求め方)で説明した運転条件が例として挙げられる。反応時間を横軸に、実測の反応温度を縦軸にプロットし、回帰直線を引くと、y=aαx+bαで表される直線が得られる。この直線におけるaαが前記式3におけるαに相関した値であり、bαが前記式3におけるTSORとなる。前記式6において、TSOR’にbαを代入し、Tt’に実測の反応温度を代入すると、任意の反応t日経過時における脱硫反応の劣化度Φ’が得られる。反応時間を横軸に、Φ’の対数を縦軸にプロットし、回帰直線を引くと、y=-aα
’x(|-aα
’|=aα
’とする。)で表される直線が得られる。aα
’は、触媒の脱硫反応の劣化速度を表している。
(Method 1 for determining α and T SOR )
In an actual plant or on a bench scale, the reaction is carried out for a certain period of time so that the LHSV, hydrogen partial pressure, hydrogen/feed oil ratio, sulfur concentration in the feed oil, and sulfur concentration in the product oil are the assumed actual plant operating conditions. Because the catalyst deteriorates due to the reaction, operation is carried out while increasing the reaction temperature. Examples of the assumed actual plant operating conditions include the operating conditions described in (How to determine Ec and T B ), (How to determine P B and a), and (How to determine G B and b). By plotting the reaction time on the horizontal axis and the measured reaction temperature on the vertical axis and drawing a regression line, a straight line expressed as y = a α x + b α is obtained. In this line, a α is a value correlated with α in Equation 3, and b α is T SOR in Equation 3. Substituting b α for T SOR ′ and the measured reaction temperature for T t ′ in Equation 6 gives the degree of deterioration Φ′ of the desulfurization reaction after any t days of reaction have elapsed. Plotting the logarithm of Φ' on the vertical axis against the reaction time on the horizontal axis yields a regression line expressed as y = -a α ' x (where |-a α ' | = a α ' ), where a α ' represents the degradation rate of the desulfurization reaction of the catalyst.
運転条件であるSP、SF、LHSV、P、G及び前記の方法で求めたPB、a、GB、b、Ec、TB、TSOR(すなわち、bα)を前記式3に代入してDを求める。求められたDを前記式2に代入するとΦが得られる。この場合、Φはαの関数となる。反応時間を横軸に、Φの対数を縦軸にプロットし、αを0<αとなるように変えて回帰直線を引くと、y=-aα ”x(|-aα ”|=aα ”である。)で表される複数の直線がαの値ごとに得られる。各直線におけるaα ”と、上述のaα ’が等しい値となるときのαを前記式3におけるαとすることができる。 D is determined by substituting the operating conditions S P , S F , LHSV, P, and G, as well as P B , a, G B , b, Ec, T B , and T SOR (i.e., b α ) determined by the above method, into Equation 3. Φ is obtained by substituting the determined D into Equation 2. In this case, Φ is a function of α. If the reaction time is plotted on the horizontal axis and the logarithm of Φ on the vertical axis, and a regression line is drawn while changing α so that α is 0 < α, multiple straight lines expressed as y = -a α " x (|-a α " | = a α " ) are obtained for each value of α. The α when a α " on each straight line is equal to the above-mentioned a α ' can be defined as the α in Equation 3.
(α及びTSORの求め方2)
(α及びTSORの求め方1)と同様の反応を行い、y=aαx+bαで表される直線を得、bαを前記式3におけるTSORとする。運転条件であるSP、SF、LHSV、P、及び前記の方法で求めたPB、a、GB、b、Ec、TB、TSOR(すなわち、bα)を前記式3に代入してDを求める。求められたDを前記式2に代入するとΦが得られる。この場合、Φはαの関数となる。得られたΦを前記式6のΦ’に、TSOR(すなわち、bα)を前記式6のTSOR
’に代入して、Tt’について整理すると、Tt’はαの関数となる。実測の反応温度Tobsに対するTt’の比(Tt’/Tobs)が1となるときのαを前記式3におけるαとすることができる。同様にN個の反応温度Tobsに対するTt’の比(Tt’/Tobs)を計算し、これらの平均が最も1に近づくときのαを前記式3におけるαとすることが好ましい。Nは10以上整数であり、10~500であることが好ましく、50~200であることがより好ましい。
(Method 2 for determining α and T SOR )
A reaction similar to that in (Method 1 for Determining α and T SOR ) is carried out to obtain a straight line expressed as y = a α x + b α , and b α is defined as T SOR in the above formula 3. D is determined by substituting the operating conditions S P , S F , LHSV, and P, and P B , a, G B , b, Ec, T B , and T SOR (i.e., b α ) determined by the above method into the above formula 3. Φ is obtained by substituting the determined D into the above formula 2. In this case, Φ is a function of α. Substituting the obtained Φ into Φ' in the above formula 6 and T SOR (i.e., b α ) into T SOR ' in the above formula 6 and rearranging for T t ', T t ' becomes a function of α. The α in the above formula 3 can be the α when the ratio (T t '/T obs ) of T t ' to the measured reaction temperature T obs is 1. Similarly, it is preferable to calculate N ratios (T t '/T obs ) of T t ' to the reaction temperature T obs , and use the α when the average of these is closest to 1 as the α in the above formula 3. N is an integer of 10 or more, preferably 10 to 500, and more preferably 50 to 200.
<脱硫反応の劣化関数2>
本実施形態においては、コークの堆積による触媒の脱硫反応の劣化に関するコーク劣化関数は、触媒の脱硫反応の易失活活性種の劣化に関する易失活活性種劣化関数と、触媒の脱硫反応の難失活活性種の劣化に関する難失活活性種劣化関数から構成される下式10で表される劣化関数2が好ましい。
<Degradation function 2 of desulfurization reaction>
In this embodiment, the coke deterioration function relating to the deterioration of the desulfurization reaction of the catalyst due to coke deposition is preferably deterioration function 2, expressed by the following equation 10, which is composed of an easily deactivated active species deterioration function relating to the deterioration of easily deactivated active species in the desulfurization reaction of the catalyst and a hardly deactivated active species deterioration function relating to the deterioration of hardly deactivated active species in the desulfurization reaction of the catalyst.
Φ=k1×exp(-D1t)+k2×exp(-D2t) 式10
前記式10中、k1は触媒の脱硫反応の易失活活性種の活性点係数であり、k2は触媒の脱硫反応の難失活活性種の活性点係数であり、活性点係数は両活性種の脱硫反応の相対反応速度定数を表している。D1は触媒の脱硫反応の易失活活性種の劣化係数であり、D2は触媒の脱硫反応の難失活活性種の劣化係数であり、tは反応経過日数(日)であり、k1+k2=1である。
Φ=k 1 ×exp(-D 1 t)+k 2 ×exp(-D 2 t) Equation 10
In Equation 10, k1 is the active site coefficient of the easily deactivated active species in the desulfurization reaction of the catalyst, k2 is the active site coefficient of the resistant to deactivation active species in the desulfurization reaction of the catalyst, and the active site coefficients represent the relative reaction rate constants of the desulfurization reaction of both active species. D1 is the deterioration coefficient of the easily deactivated active species in the desulfurization reaction of the catalyst, D2 is the deterioration coefficient of the resistant to deactivation active species in the desulfurization reaction of the catalyst, t is the number of days elapsed since the reaction began, and k1 + k2 = 1.
常圧蒸留軽油の水素化処理反応においては、上述した通り、コークの堆積により触媒が劣化するため、生成油中の硫黄含有量を一定レベル以下に保つため、反応温度を上げて運転を行う必要がある。常圧蒸留軽油の水素化処理反応において、反応開始初期には、反応温度が急激に上昇する。この反応温度の急激な上昇は、反応開始初期の触媒の急激な劣化を意味する。一方、反応中期以降においては、反応温度は緩やかに上昇する。この反応温度の緩やかな上昇は、反応中期以降の触媒の緩やかな劣化を意味する。 As mentioned above, in the hydrotreating reaction of atmospheric distillation gas oil, catalyst degradation occurs due to coke buildup, so operation must be carried out at elevated reaction temperatures to maintain the sulfur content of the resulting oil below a certain level. In the hydrotreating reaction of atmospheric distillation gas oil, the reaction temperature rises rapidly at the beginning of the reaction. This rapid rise in reaction temperature indicates rapid catalyst degradation at the beginning of the reaction. On the other hand, from the middle of the reaction onwards, the reaction temperature rises gradually. This gradual rise in reaction temperature indicates gradual catalyst degradation at the middle of the reaction onwards.
すなわち、常圧蒸留軽油の水素化処理反応においては、反応開始初期の触媒の急激な劣化と、反応中期以降の触媒のゆるやかな劣化が起こっていることが、反応時間に対する反応温度のプロファイルから示唆される。 In other words, the profile of reaction temperature versus reaction time suggests that in the hydrotreating reaction of atmospheric distillation gas oil, rapid catalyst deterioration occurs at the beginning of the reaction, followed by gradual catalyst deterioration from the middle of the reaction onwards.
本願の発明者らは、上記反応時間に対する反応温度のプロファイルに基づき、触媒には、反応開始初期に失活する脱硫反応の易失活活性種と、反応中期以降に失活する脱硫反応の難失活活性種が存在するとの仮定に基づき、劣化関数1をさらに改良し、劣化関数2を見出した。その結果、劣化関数2によれば、劣化関数1よりも、より精度よく触媒の脱硫反応の劣化度を算出可能となることを見出した。脱硫反応の易失活活性種とは、主に反応初期に活性が失われる活性種であり、脱硫反応の難失活活性種とは、反応中期以降に活性が失われる活性種を意味する。 The inventors of the present application further improved Degradation Function 1 and discovered Degradation Function 2 based on the above-mentioned profile of reaction temperature versus reaction time and the assumption that the catalyst contains active species that are easily deactivated for the desulfurization reaction, which are deactivated early in the reaction, and active species that are difficult to deactivate for the desulfurization reaction, which are deactivated from the middle or later stages of the reaction. As a result, they found that Degradation Function 2 makes it possible to calculate the degree of degradation of the catalyst's desulfurization reaction more accurately than Degradation Function 1. Easily deactivated active species for the desulfurization reaction are active species that lose activity mainly in the early stages of the reaction, and difficult to deactivate active species for the desulfurization reaction are active species that lose activity from the middle or later stages of the reaction.
前記式10において、k1は、触媒の脱硫反応の易失活活性種の活性点係数を示し、k2は、触媒の脱硫反応の難失活活性種の活性点係数を示す。k1及びk2は触媒固有の定数であり、その求め方は後述する。 In the formula 10, k1 represents the active site coefficient of the active species that is easily deactivated in the desulfurization reaction of the catalyst, and k2 represents the active site coefficient of the active species that is difficult to deactivate in the desulfurization reaction of the catalyst. k1 and k2 are constants specific to the catalyst, and their determination will be described later.
D1は下式11により、D2は下式12により求めることができる。 D1 can be calculated by the following formula 11, and D2 can be calculated by the following formula 12.
前記式11及び前記式12中、SFは任意の反応t日経過時の原料油中の硫黄濃度(質量%)であり、SPは任意の反応t日経過時の生成油中の硫黄濃度(質量%)であり、nは、常圧蒸留軽油を含む原料油の水素化処理反応の反応次数であり、LHSVは任意の反応t日経過時の液空間速度(h-1)であり、PBは基準水素分圧(MPa)であり、Pは任意の反応t日経過時の水素分圧(MPa)であり、aは水素分圧係数であり、GBは基準水素/原料油比(Nm3/kL)であり、Gは任意の反応t日経過時の水素/原料油比(Nm3/kL)であり、bは水素/原料油比係数であり、Ecはコーク劣化の活性化エネルギー(kJ/mol)であり、Rは気体定数:0.00831(kJ/(mol・K))であり、TBは基準反応温度(K)であり、TSORは0日目の要求温度(K)である。
前記式11中、α1は脱硫反応の易失活活性点の触媒定数(触媒の脱硫反応の劣化速度を表す定数)であり、前記式12中、α2は脱硫反応の難失活活性点の触媒定数(触媒の脱硫反応の劣化速度を表す定数)である。
In the above formulas 11 and 12, S F is the sulfur concentration (mass%) in the feed oil after t days of reaction, S P is the sulfur concentration (mass%) in the product oil after t days of reaction, n is the reaction order of the hydrotreating reaction of the feed oil containing atmospheric distillation gas oil, LHSV is the liquid hourly space velocity (h −1 ) after t days of reaction, P B is the reference hydrogen partial pressure (MPa), P is the hydrogen partial pressure (MPa) after t days of reaction, a is the hydrogen partial pressure coefficient, G B is the reference hydrogen/feed oil ratio (Nm 3 /kL), G is the hydrogen/feed oil ratio (Nm 3 /kL) after t days of reaction, b is the hydrogen/feed oil ratio coefficient, Ec is the activation energy of coke deterioration (kJ/mol), R is the gas constant: 0.00831 (kJ/(mol·K)), and T B is the reference reaction temperature (K) and T SOR is the required temperature on day 0 (K).
In the above formula 11, α1 is a catalytic constant of the easily deactivated active site in the desulfurization reaction (a constant representing the degradation rate of the desulfurization reaction of the catalyst), and in the above formula 12, α2 is a catalytic constant of the hardly deactivated active site in the desulfurization reaction (a constant representing the degradation rate of the desulfurization reaction of the catalyst).
前記式11及び前記式12中、SF、SP、LHSV、P、Gは、前記式3の説明と同様に、上述した情報取得ステップで取得した原料油に関する情報、生成油に関する情報、及び運転条件に関する情報に基づき代入される値である。なお、LHSVは原料油の供給量(体積/h)を触媒充填量(体積)で除すことにより求めることができる。Gは、水素の供給量(Nm3/時間)を原料油の供給量(kL/時間)で除すことにより求めることができる。 In the above-mentioned formulas 11 and 12, S F , S P , LHSV, P, and G are values substituted based on the information on the feed oil, the information on the product oil, and the information on the operating conditions acquired in the above-mentioned information acquisition step, as in the explanation of the above-mentioned formula 3. Note that LHSV can be calculated by dividing the feed oil supply rate (volume/h) by the catalyst loading rate (volume). G can be calculated by dividing the hydrogen supply rate (Nm 3 /hour) by the feed oil supply rate (kL/hour).
上述した通り、SF、LHSV、P、Gは制御することが可能なパラメータである。また、SPは目的とする生成油の硫黄濃度である。すなわち、前記式11及び前記式12により、上記SF、SP、LHSV、及びPの反応条件における、触媒の脱硫反応の易失活活性種の劣化係数、及び触媒の脱硫反応の難失活活性種の劣化係数をそれぞれ算出することができる。常圧蒸留軽油を含む原料油の水素化処理反応の反応次数であるnの求め方は後述する。 As described above, S F , LHSV, P, and G are controllable parameters. Furthermore, S P is the sulfur concentration of the target product oil. That is, the deterioration coefficient of the easily deactivated active species in the desulfurization reaction of the catalyst and the deterioration coefficient of the hardly deactivated active species in the desulfurization reaction of the catalyst under the reaction conditions of S F , S P , LHSV, and P can be calculated using the above-mentioned Equation 11 and Equation 12. The method for determining n, which is the reaction order of the hydrotreating reaction of feedstock oil containing atmospheric distillation gas oil, will be described later.
(基本劣化パラメータの求め方)
前記式11及び前記式12中、α1、α2、PB、a、GB、b、Ec、TB、TSORは前記式3と同様、定数であり、これらのパラメータを総称して「基本劣化パラメータ2」という。基本劣化パラメータ2は使用する触媒に応じて定められるパラメータであり、実機で反応を行いながら求めてもよいし、実機運転条件に基づいてベンチスケールにおいて事前に求めてもよい。本実施形態においては、実機運転条件に基づいてベンチスケールにおいて事前に求めることが好ましい。前記式11及び前記式12中、PB、a、GB、b、Ec、TBは前記式3と同じ方法により求めることができる。
一方、α1、α2、TSORは例えば以下の2種類の方法により求めることができる。また、前記式10における触媒の脱硫反応の易失活活性種の活性点数係数k1、触媒の脱硫反応の難失活活性種の活性点数係数k2も同時に以下のように求めることができる。
(How to determine basic degradation parameters)
In the above formulas 11 and 12, α 1 , α 2 , P B , a, G B , b, Ec, T B , and T SOR are constants, as in the above formula 3, and these parameters are collectively referred to as "basic deterioration parameter 2." The basic deterioration parameter 2 is a parameter determined depending on the catalyst used, and may be determined while performing a reaction in an actual machine, or may be determined in advance on a bench scale based on the actual machine operating conditions. In this embodiment, it is preferable to determine it in advance on a bench scale based on the actual machine operating conditions. In the above formulas 11 and 12, P B , a, G B , b, Ec, and T B can be determined by the same method as in the above formula 3.
On the other hand, α 1 , α 2 and T SOR can be calculated, for example, by the following two methods. In addition, the active site coefficient k 1 of the easily deactivated active species in the desulfurization reaction of the catalyst and the active site coefficient k 2 of the hardly deactivated active species in the desulfurization reaction of the catalyst in the above formula 10 can also be calculated simultaneously as follows.
(α1、α2、TSOR、k1、及びk2の求め方1)
実機又はベンチスケールにおいて、想定する実機運転条件のLHSV、水素分圧、水素/原料油比、原料油中の硫黄濃度、生成油中の硫黄濃度となるように、一定期間反応を行う。触媒は反応により劣化するため、反応温度を上げながら運転を行う。反応時間を横軸に、反応温度を縦軸にプロットする。これらのプロットの回帰直線を引く場合、上述した通り、反応開始初期(x1~xn)の、急激な反応温度の上昇に相関するy=a1x+b1で表される直線と、反応中期以降(xn+1~xm)の、緩やかな反応温度の上昇に相関するy=a2x+b2で表される2本の直線が得られる。前記式において、a1>a2>0であり、b1<b2であり、x1<xn<xn+1<xmである。xn、xmは反応開始からのn(m)番目のプロットに相関した反応時間を意味する。
(Method 1 for determining α 1 , α 2 , T SOR , k 1 , and k 2 )
In an actual plant or on a bench scale, the reaction is carried out for a certain period of time so that the LHSV, hydrogen partial pressure, hydrogen/feed oil ratio, sulfur concentration in the feed oil, and sulfur concentration in the product oil are the expected operating conditions of the actual plant. Because the catalyst deteriorates during the reaction, operation is carried out while increasing the reaction temperature. Reaction time is plotted on the horizontal axis and reaction temperature on the vertical axis. When drawing a regression line between these plots, as described above, two lines are obtained: one line expressed as y = a 1 x + b 1 , which correlates with the rapid increase in reaction temperature in the early stage of the reaction (x 1 to x n ), and the other line expressed as y = a 2 x + b 2 , which correlates with the gradual increase in reaction temperature from the middle stage of the reaction onwards (x n+ 1 to x m ). In the above formula, a 1 > a 2 > 0, b 1 < b 2 , and x 1 < x n < x n+1 < x m . x n and x m represent the reaction time relative to the n(m)th plot from the start of the reaction.
上述のa1がα1に相関する値であり、b1がk1+k2に相関する値であり、TSORである。また、a2がα2に相関する値であり、b2がk2に相関する値である。次に、y=a1x+b1とy=a2x+b2での交点(xip、yip)を計算する。この交点はy=a1x+b1とy=a2x+b2の変曲点を意味する。すなわち、(xip、yip)までは、触媒の脱硫反応の易失活活性種のみが存在するとみなし、(xip、yip)からは触媒の脱硫反応の易失活活性種及び触媒の脱硫反応の難失活活性種の2つの活性種が存在するとみなす。 The above-mentioned a1 is a value correlated with α1 , b1 is a value correlated with k1 + k2 , and is T SOR . Furthermore, a2 is a value correlated with α2 , and b2 is a value correlated with k2 . Next, the intersection point (x ip , y ip ) at y = a 1 x + b 1 and y = a 2 x + b 2 is calculated. This intersection point represents the inflection point of y = a 1 x + b 1 and y = a 2 x + b 2. In other words, up to (x ip , y ip ), only active species that are easily deactivated in the desulfurization reaction of the catalyst are considered to exist, and from (x ip , y ip ), two active species are considered to exist: an active species that is easily deactivated in the desulfurization reaction of the catalyst and an active species that is difficult to deactivate in the desulfurization reaction of the catalyst.
前記式6において、TSOR’にb1を代入し、Tt’に反応温度を代入すると、任意の反応t日経過時における脱硫反応の劣化度Φ’が得られる。反応時間を横軸に、Φ’の対数を縦軸にプロットし、x1~xipまでの回帰直線を引くと、y=-a1 ’x (|-a1 ’|=a1 ’である。)で表される直線が得られる。また、xip~xmまでの回帰直線を引くと、y=-a2 ’x-b2 ’ (|-a2 ’|=a2 ’であり、|-b2 ’|=b2 ’である。)で表される直線が得られる。a1 ’はα1に相関した値であり、a2 ’はα2に相関した値であり、b2 ’はk2に相関した値である。 In Equation 6, substituting b1 for T SOR ' and substituting the reaction temperature for T t ' gives the degree of degradation Φ' of the desulfurization reaction after any t days of reaction. Plotting the reaction time on the horizontal axis and the logarithm of Φ' on the vertical axis and drawing a regression line from x 1 to x ip gives a line expressed as y = -a 1 ' x (|-a 1 ' | = a 1 ' ). Furthermore, drawing a regression line from x ip to x m gives a line expressed as y = -a 2 ' x -b 2 ' (|-a 2 ' | = a 2 ' and |-b 2 ' | = b 2 ' ). a 1 ' is a value correlated with α 1 , a 2 ' is a value correlated with α 2 , and b 2 ' is a value correlated with k 2 .
k2は、上述の回帰直線で得られたb2
’を下式13に代入して求めることができる。k1はk1+k2=1であるから、k1=1-k2より求めることができる。
k2=exp(-b2
’) 式13
k2 can be found by substituting b2 ' obtained from the regression line described above into the following formula 13. Since k1 is k1 + k2 = 1, k1 can be found from k1 = 1 - k2 .
k 2 =exp(-b 2 ' ) Equation 13
運転条件であるSP、SF、LHSV、P、G及び前記の方法で求めたPB、a、GB、b、Ec、TB、TSOR(b1)を前記式11及び前記式12に代入してD1及びD2を得る。求められたD1、D2、k1、k2を前記式10に代入するとΦが得られる。この場合、Φはα1とα2の関数となる。反応時間を横軸に、Φの対数を縦軸にプロットし、α2=0としてα1を0<α1になるように変えてx1~xipまでの回帰直線を引くと、y=-aα1
”x(|-aα1
“|=aα1
”である。)で表される複数の直線がα1の値ごとに得られる。各直線におけるaα1
”と、上述のa1
’が等しい値となるときのα1を前記式11におけるα1とすることができる。
次に、上述の方法で得られたα1とα2の関数であるΦに、得られたα1を代入し、α2を0<α2になるように変えてxip~xmまでの回帰直線を引くと、y=-aα2
”x-bα2
“(|-aα2
”|=aα2
“である。)で表される複数の直線がα2の値ごとに得られる。各直線におけるaα2と、上述のa2
’が等しい値となるときのα2を前記式12におけるα2とすることができる。
D1 and D2 are obtained by substituting the operating conditions S P , S F , LHSV, P, and G, as well as P B , a, G B , b, Ec, T B , and T SOR (b 1 ) obtained by the above method, into the above equations 11 and 12. Φ is obtained by substituting the obtained D 1 , D 2 , k 1 , and k 2 into the above equation 10. In this case, Φ is a function of α 1 and α 2 . If the reaction time is plotted on the horizontal axis and the logarithm of Φ on the vertical axis, and a regression line is drawn from x 1 to x ip while setting α 2 =0 and changing α 1 so that 0 < α 1 , multiple lines expressed as y = -a α1 '' x (|-a α1 '' | = a α1 '' ) will be obtained for each value of α 1. The α 1 when a α1 '' on each line is equal to the above-mentioned a 1 ' can be taken as the α 1 in the above formula 11.
Next, by substituting the obtained α1 into Φ, which is a function of α1 and α2 obtained by the above method, and drawing a regression line from xip to xm while changing α2 so that 0 < α2 , multiple lines expressed as y = -aα2 " x- bα2 " (| -aα2 " | = aα2 " ) are obtained for each value of α2 . The α2 when aα2 on each line is equal to the above-mentioned a2 ' can be taken as the α2 in the above formula 12 .
(α1、α2、TSOR、k1、及びk2の求め方2)
(α1、α2、TSOR、k1、及びk2の求め方1)と同様の反応を行い、TSOR(b1)を得る。運転条件であるSP、SF、LHSV、P、及び前記の方法で求めたPB、a、Ec、TB、TSOR(b1)を前記式11及び前記式12に代入してD1及びD2を得る。求められたD1、D2を前記式10に代入するとΦが得られる。この場合、Φはα1、α2、k1、k2の関数となる。得られたΦを前記式6のΦ’に、TSOR(すなわち、b1)を前記式6のTSOR
’に代入して、Tt’について整理すると、Tt’はα1、α2、k1、k2の関数となる。α2を0とし、k2=1-k1とするとTt’はα1、k1の関数となる。x1~xipにおける実測の反応温度Tobsに対するTt’の比(Tt’/Tobs)が1となるときのα1、k1の組み合わせを求め、このα1を前記式11におけるα1とすることができる。なお、この時のk1は仮値である。同様にM個の反応温度Tobsに対するTt’の比(Tt’/Tobs)を計算し、これらの平均が最も1に近づくときのα1を前記式11におけるα1とすることが好ましい。Mは10以上整数であり、10~500であることが好ましく、50~200であることがより好ましい。
得られたα1を使用し、k1=1-k2とするとTt’はα2、k2の関数となる。xip~xmにおける実測の反応温度Tobsに対するTt’の比(Tt’/Tobs)が1となるときのα2、k2の組み合わせを求め、このα2、k2を前記式12におけるα2、k2とすることができる。得られたk2をk1=1-k2に代入することによりk1を求め、このk1を前記式11におけるk1とすることができる。同様にL個の反応温度Tobsに対するTt’の比(Tt’/Tobs)を計算し、これらの平均が最も1に近づくときのα2、k2を前記式12におけるα2、k2とすることが好ましい。また、得られたk2から求められたk1を前記式11におけるk1とすることが好ましい。Lは10以上整数であり、10~500であることが好ましく、50~200であることがより好ましい。
(Method 2 for determining α 1 , α 2 , T SOR , k 1 , and k 2 )
A reaction similar to that in (Method 1 for determining α1 , α2 , T SOR , k1 , and k2 ) is carried out to obtain T SOR ( b1 ). D1 and D2 are obtained by substituting the operating conditions S P , SF , LHSV, and P, as well as P B , a, Ec, T B , and T SOR ( b1 ) determined by the above method, into Equations 11 and 12. Φ is obtained by substituting the determined D1 and D2 into Equation 10. In this case, Φ is a function of α1 , α2 , k1 , and k2 . Substituting the obtained Φ for Φ' in the above formula 6 and T SOR (i.e., b 1 ) for T SOR ' in the above formula 6 and rearranging for T t ', T t ' becomes a function of α 1 , α 2 , k 1 , and k 2. If α 2 is set to 0 and k 2 = 1 - k 1 , T t ' becomes a function of α 1 and k 1. The combination of α 1 and k 1 when the ratio of T t ' to the actually measured reaction temperature T obs at x 1 to x ip (T t '/T obs ) is 1 can be found, and this α 1 can be used as α 1 in the above formula 11. Note that k 1 at this time is a provisional value. Similarly, it is preferable to calculate the ratio of T t ' to M reaction temperatures T obs (T t '/T obs ), and define α 1 when the average of these is closest to 1 as α 1 in the above formula 11. M is an integer of 10 or more, preferably 10 to 500, and more preferably 50 to 200.
Using the obtained α1 , and setting k1 = 1 - k2 , Tt ' becomes a function of α2 and k2 . The combination of α2 and k2 when the ratio (Tt'/ Tobs ) of Tt' to the actually measured reaction temperature Tobs at xip to xm is 1 is determined, and these α2 and k2 can be used as α2 and k2 in the above formula 12. By substituting the obtained k2 into k1 = 1 - k2 , k1 is determined, and this k1 can be used as k1 in the above formula 11. Similarly, it is preferable to calculate the ratios ( Tt '/ Tobs ) of Tt ' to L reaction temperatures Tobs , and use the α2 and k2 when their average is closest to 1 as the α2 and k2 in the above formula 12. It is also preferable to use the k1 determined from the obtained k2 as k1 in the above formula 11. L is an integer of 10 or more, preferably 10 to 500, and more preferably 50 to 200.
このように、α1、α2、TSOR、k1、及びk2を求めるためには、y=a1x+b1、y=a2x+b2を得る必要がある。y=a1x+b1、y=a2x+b2は例えば、以下のように求めることができる。 In this way, in order to find α 1 , α 2 , T SOR , k 1 , and k 2 , it is necessary to obtain y = a 1 x + b 1 and y = a 2 x + b 2. For example, y = a 1 x + b 1 and y = a 2 x + b 2 can be found as follows.
上述の方法で、反応時間を横軸に、反応温度を縦軸にプロットする。反応開始から反応終了までの回帰直線を引くと、y=a’x+b’で表される直線が得られる。この直線は、変曲点を考慮していない直線である。反応終了からプロットを順に削除し、相関係数が1に近づくように前記y=a’x+b’を調整し、y=a1’x+b1’を得る。同様に、反応開始からプロットを順に削除し、相関係数が1に近づくように前記y=a’x+b’を調整し、y=a2’x+b2’を得る。y=a1’x+b1’とy=a2’x+b2’の相関係数の平均が最も1に近づく場合の各直線がy=a1x+b1、y=a2x+b2となる。なお、全プロットは、y=a1x+b1、y=a2x+b2のどちらか一方に属するようにする。 Using the method described above, the reaction time is plotted on the horizontal axis and the reaction temperature on the vertical axis. By drawing a regression line from the start of the reaction to the end of the reaction, a straight line expressed as y = a'x + b' is obtained. This line does not take into account the inflection point. Plots are sequentially deleted from the end of the reaction, and the y = a'x + b' is adjusted so that the correlation coefficient approaches 1, resulting in y = a1'x + b1 '. Similarly, plots are sequentially deleted from the start of the reaction, and the y = a'x + b' is adjusted so that the correlation coefficient approaches 1 , resulting in y = a2'x + b2 '. The lines where the average correlation coefficients of y = a1'x + b1' and y = a2'x + b2 ' are closest to 1 are y = a1x + b1 and y = a2x + b2 . All plots belong to either y=a 1 x+b 1 or y=a 2 x+b 2 .
y=a1x+b1、y=a2x+b2を得るために必要な反応時間は通常100日以上である。また、一般に、上記、y=a’x+b’の相関関数が0.5以上となるまで反応を行えば充分である。 The reaction time required to obtain y = a 1 x + b 1 and y = a 2 x + b 2 is usually 100 days or more. In general, it is sufficient to carry out the reaction until the correlation function of y = a'x + b' becomes 0.5 or more.
≪反応温度算出ステップ≫
本実施形態の反応温度算出ステップは、前記触媒の脱硫反応の劣化度に基づき、前記原料油に関する情報、前記生成油に関する情報、及び前記運転条件を満たすために必要な反応温度を算出するステップである。反応温度は、アレニウスの式に基づいた脱硫反応の劣化速度式により算出することが好ましい。
<Reaction temperature calculation step>
The reaction temperature calculation step of this embodiment is a step of calculating a reaction temperature necessary to satisfy the information on the feedstock oil, the information on the product oil, and the operating conditions based on the degree of deterioration of the desulfurization reaction of the catalyst. The reaction temperature is preferably calculated using a desulfurization rate equation based on the Arrhenius equation.
<脱硫反応の劣化速度式>
脱硫反応の劣化速度式は前記式5で表されるアレニウスの式に基づいた式である。前記式6の算出方法と同様に、前記式1及び前記式5より下式14が、導かれる。
<Degradation rate equation for desulfurization reaction>
The deterioration rate equation for the desulfurization reaction is based on the Arrhenius equation expressed by the above-mentioned Equation 5. Similar to the calculation method for the above-mentioned Equation 6, the following Equation 14 is derived from the above-mentioned Equations 1 and 5.
前記式14を整理すると下式15が得られる。
By rearranging the above formula 14, the following formula 15 is obtained.
前記式15に、上述の方法で得られたTSOR、Φを代入することにより、任意の反応t日経過時におけるTt(K)を得ることができる。なお、前記式15における脱硫反応の活性化エネルギーは以下のように求めることができる。 T t (K) after t days of reaction can be obtained by substituting T SOR and Φ obtained by the above-mentioned method into the above-mentioned formula 15. The activation energy of the desulfurization reaction in the above-mentioned formula 15 can be calculated as follows.
(脱硫反応の活性化エネルギーの求め方)
脱硫反応の活性化エネルギーは、前記式5で表されるアレニウスの式に基づいて、本分野で公知の方法により求めることができる。以下、一例を説明する。
(How to calculate the activation energy of the desulfurization reaction)
The activation energy of the desulfurization reaction can be determined by a method known in the art based on the Arrhenius equation represented by the above-mentioned formula 5. An example will be described below.
はじめに、常圧蒸留軽油を含む原料油の脱硫反応の反応次数を求める。反応温度、水素分圧、水素/原料油比、原料油中の硫黄濃度は一定の条件とし、LHSV(x)の条件で、反応を行い、生成油中の硫黄濃度を測定する。下式16で表される脱硫反応速度式のSFに原料油中の硫黄濃度を、SPに得られた生成油中の硫黄濃度を、LHSVにLHSV(x)を代入する。得られた左辺の結果を縦軸に、1/LHSVを横軸にプロットする。なお、この場合、縦軸はnの関数となる。 First, the reaction order of the desulfurization reaction of feedstock oil containing atmospheric distillation gas oil is determined. The reaction temperature, hydrogen partial pressure, hydrogen/feedstock ratio, and sulfur concentration in the feedstock oil are constant, and the reaction is carried out under LHSV(x) conditions, and the sulfur concentration in the product oil is measured. In the desulfurization reaction rate equation expressed by the following equation 16, the sulfur concentration in the feedstock oil is substituted for SF , the sulfur concentration in the resulting product oil for SP , and LHSV(x) for LHSV. The result of the left-hand side obtained is plotted on the vertical axis, and 1/LHSV on the horizontal axis. In this case, the vertical axis is a function of n.
x種類のLHSV(x)について同様の反応を行い、x個の上記プロットを得る。得られたプロットを基に原点を通るように回帰直線を引き、y=cxで表される直線を得る。yは(1/n-1((1/SP n-1)-(1/SF n-1)))であり、xは1/LHSVであり、cはkとなる。excel等で相関関数を求め、相関係数が最も1に近づくnを求める。得られたnが反応次数となる。なお、nは小数点第1位のオーダーで求めればよい。 A similar reaction is carried out for x types of LHSV(x), and x of the above plots are obtained. Based on the obtained plots, a regression line is drawn passing through the origin to obtain a line expressed as y = cx. y is (1/n-1((1/S P n-1 )-(1/S F n-1 ))), x is 1/LHSV, and c is k. The correlation function is calculated using Excel or similar software, and n is determined for which the correlation coefficient is closest to 1. The obtained n is the reaction order. Note that n can be calculated to one decimal place.
上記xは3以上の整数である。xの数が多い方が、より精度の高いnを得ることができる。一方、xの数が多すぎると、nを得るために時間が掛かり効率的ではない。本実施形態においては、xは3~20であることが好ましく、3~10であることがより好ましい。 The above x is an integer of 3 or greater. The larger the number of x, the more accurate n can be obtained. On the other hand, if the number of x is too large, it takes a long time to obtain n, which is inefficient. In this embodiment, x is preferably 3 to 20, and more preferably 3 to 10.
nを求める上での反応温度、水素分圧、水素/原料油比、原料油中の硫黄濃度は、実機運転条件に即した条件とすることが好ましい。
そのような反応温度としては、例えば300~400℃であり、水素分圧としては、例えば3~7MPaであり、水素/原料油比としては、例えば100~700[Nm3/kL]であり、原料油中の硫黄濃度としては、例えば0.5~2.0質量%である。
x種類のLHSV(x)も同様に実機運転条件に即した条件とすることが好ましい。このようなLHSV(x)としては、例えば0.3~2.0h-1である。
In determining n, the reaction temperature, hydrogen partial pressure, hydrogen/feedstock ratio, and sulfur concentration in the feedstock are preferably set to conditions that correspond to the operating conditions of an actual plant.
Such a reaction temperature is, for example, 300 to 400°C, the hydrogen partial pressure is, for example, 3 to 7 MPa, the hydrogen/feedstock ratio is, for example, 100 to 700 [Nm 3 /kL], and the sulfur concentration in the feedstock is, for example, 0.5 to 2.0 mass%.
Similarly, it is preferable that the x types of LHSV(x) are set to conditions that correspond to the actual operating conditions of the engine. Such LHSV(x) is, for example, 0.3 to 2.0 h −1 .
前記式5で表されるアレニウスの式中の活性化エネルギーEを脱硫の活性化エネルギーEaとし、両辺の自然対数を取ると、下式17で表される式となる。
水素分圧、水素/原料油比、LHSV、原料油中の硫黄濃度は一定の条件とし、反応温度T(y)の条件で反応を行い、生成油中の硫黄濃度を測定する。前記式16で表される脱硫反応速度式のSFに原料油中の硫黄濃度を、SPに得られた生成油中の硫黄濃度を、LHSVにLHSVを、上記得られたnを代入して反応速度定数kを求める。得られた反応速度定数を前記式17に代入し、得られた左辺の結果(lnk)を縦軸に、1/T(1/T(y))を横軸にプロットする。 The reaction is carried out under constant conditions of hydrogen partial pressure, hydrogen/feed oil ratio, LHSV, and sulfur concentration in the feed oil at a reaction temperature T(y), and the sulfur concentration in the product oil is measured. The sulfur concentration in the feed oil is substituted for SF , the sulfur concentration in the resulting product oil for SP , LHSV for LHSV, and the obtained n in the desulfurization reaction rate equation expressed by Equation 16 above are substituted for LHSV, and the reaction rate constant k is calculated. The obtained reaction rate constant is substituted into Equation 17 above, and the result (lnk) on the left side of the equation obtained is plotted on the vertical axis and 1/T (1/T(y)) on the horizontal axis.
y種類の反応温度T(y)について同様の反応を行い、y個の上記プロットを得る。得られたプロットより、回帰直線を引き、その傾きを求める。この傾きはEa/Rであるため、傾きからRを除すことにより脱硫の活性化エネルギーEaを求めることができる。 The same reaction is carried out for y different reaction temperatures T(y), and y of the above plots are obtained. A regression line is drawn from the resulting plots, and its slope is determined. Since this slope is Ea/R, the activation energy of desulfurization, Ea, can be determined by subtracting R from the slope.
上記yは3以上の整数である。yの数が多い方が、より精度の高いEaを得ることができる。一方yの数が多すぎると、Eaを得るために時間が掛かり効率的ではない。本実施形態においては、yは3~20であることが好ましく、3~10であることがより好ましい。 The above y is an integer of 3 or greater. The larger the value of y, the more accurate Ea can be obtained. On the other hand, if the value of y is too large, it takes a long time to obtain Ea, which is inefficient. In this embodiment, y is preferably 3 to 20, and more preferably 3 to 10.
Eaを求める上での水素分圧、水素/原料油比、LHSV、原料油中の硫黄濃度は、実機運転条件に即した条件とすることが好ましい。
そのような水素分圧としては、例えば3~7MPaであり、水素/原料油比は100~700[Nm3/kL]であり、LHSVは0.3~2.0h-1であり、原料油中の硫黄濃度は0.5~2.0質量%である。
y種類の反応温度T(y)も同様に実機運転条件に即した条件とすることが好ましい。このようなT(y)としては、300~400℃である。
The hydrogen partial pressure, hydrogen/feed oil ratio, LHSV, and sulfur concentration in the feed oil used to determine Ea are preferably set to conditions that correspond to the operating conditions of an actual plant.
Such hydrogen partial pressure is, for example, 3 to 7 MPa, the hydrogen/feedstock ratio is 100 to 700 [Nm 3 /kL], the LHSV is 0.3 to 2.0 h −1 , and the sulfur concentration in the feedstock is 0.5 to 2.0 mass %.
Similarly, it is preferable that the reaction temperature T(y) of the y types is set to a condition that conforms to the operating conditions of the actual equipment. Such T(y) is 300 to 400°C.
このように得られた各パラメータを前記式15に代入することにより、所定の反応条件を達成するために必要な反応温度Ttを求めることができる。 By substituting each parameter thus obtained into the above-mentioned formula 15, the reaction temperature Tt required to achieve the predetermined reaction conditions can be obtained.
実測の反応温度Tobsに対する、本実施形態の情報処理方法により求められる反応温度Ttの割合であるTt/Tobsは℃換算で、0.97~1.03であることが好ましく、0.985~1.015であることがより好ましい。Tt/Tobsが前記範囲内である場合、精度よく反応温度を推定できていると判断することができる。 The ratio of the reaction temperature Tt determined by the information processing method of this embodiment to the actually measured reaction temperature Tobs , Tt / Tobs , is preferably 0.97 to 1.03, and more preferably 0.985 to 1.015, in °C. When Tt / Tobs is within the above range, it can be determined that the reaction temperature has been estimated with high accuracy.
≪ナフサ得量算出ステップ≫
本実施形態のナフサ得量算出ステップは、前記反応温度Tt及び触媒の分解反応の劣化度に基づき、ナフサ得量を算出する。ナフサ得量は、一次の分解反応速度式に基づいたナフサ得量算出関数により算出することが好ましい。
<Naphtha yield calculation step>
In the naphtha yield calculation step of this embodiment, the naphtha yield is calculated based on the reaction temperature Tt and the deterioration degree of the cracking reaction of the catalyst. The naphtha yield is preferably calculated using a naphtha yield calculation function based on a first-order cracking reaction rate equation.
<ナフサ得量算出関数>
ナフサ得量算出関数は、下式18で表される。
<Naphtha yield calculation function>
The naphtha yield calculation function is expressed by the following equation 18.
前記式18においてLHSVは、上述した情報取得ステップで取得した運転条件に関する情報に基づき代入される値である。なお、LHSVは、原料油の供給量(体積/h)を触媒充填量(体積)で除すことにより求めることができる。ΦCとkC0(Tt)の求め方は後述する。 In the above-mentioned formula 18, LHSV is a value substituted based on the information on the operating conditions acquired in the information acquisition step described above. Note that LHSV can be calculated by dividing the feed oil supply rate (volume/h) by the catalyst loading rate (volume). How to calculate Φ C and k C0(Tt) will be described later.
前記式18における、分解反応の劣化度は下式19で表される。
ΦC=kCt(T0)/kC0(T0) 式19
前記式19中、kC0(T0)は反応0日経過時(すなわち、反応開始時)の触媒(フレッシュ触媒)の分解反応の反応速度定数であり、kCt(T0)は任意の反応t日経過時の触媒の分解反応の反応速度定数である。なお、kCt(T0)、kC0(T0)は上述の温度TSORにおける分解反応の反応速度定数である。
The degradation degree of the decomposition reaction in the above formula 18 is expressed by the following formula 19.
Φ C =k Ct(T0) /k C0(T0) Equation 19
In the above equation 19, k C0(T0) is the reaction rate constant of the decomposition reaction of the catalyst (fresh catalyst) after 0 days of reaction (i.e., at the start of the reaction), and k Ct(T0) is the reaction rate constant of the decomposition reaction of the catalyst after t days of reaction. Note that k Ct(T0) and k C0(T0) are the reaction rate constants of the decomposition reaction at the above-mentioned temperature T SOR .
前記式18は、軽油の分解反応が1次反応であり、かつ分解反応により生成するのがナフサであるとの前提に基づいて導出される式である。以下、前記式18の導出方法を説明する。 Equation 18 is derived based on the assumption that the cracking reaction of diesel is a first-order reaction and that naphtha is produced by the cracking reaction. The method for deriving equation 18 is explained below.
分解反応速度式は下式20で表される。
kCt(Tt)=ln(CF/CP)×LHSV 式20
前記式20中、kCt(Tt)は任意の反応t日経過時の上述の反応温度算出ステップで算出した反応温度Ttにおける触媒の分解反応の反応速度定数(h-1)であり、CFは任意の反応t日経過時の原料油中の軽油濃度(質量%)であり、CPは任意の反応t日経過時の生成油中の軽油濃度(質量%)であり、LHSVは任意の反応t日経過時の液空間速度(h-1)である。
The decomposition reaction rate equation is expressed by the following equation 20.
k Ct(Tt) = ln(C F /C P )×LHSV Equation 20
In the above equation 20, k Ct(Tt) is the reaction rate constant (h −1 ) of the catalytic cracking reaction at the reaction temperature T t calculated in the above-mentioned reaction temperature calculation step after t days of reaction, C F is the diesel oil concentration (mass %) in the feed oil after t days of reaction, C P is the diesel oil concentration (mass %) in the product oil after t days of reaction, and LHSV is the liquid hourly space velocity (h −1 ) after t days of reaction.
CF/CPは無次元であるため、CFを1とすると、任意の反応t日経過時の分解反応の転化率Ct(%)は、Ct=(1-CP)×100となる。したがって、CPは、CP=1-Ct/100で表すことができる。なお、上述した通り、分解反応により生成するのがナフサとの前提から、転化率Ct(%)は同時にナフサの得量(質量%)となる。前記式20にこれらを代入すると、下式21が得られる。 Since C F /C P is dimensionless, if C F is 1, the conversion rate C t (%) of the cracking reaction after any t days of reaction is C t = (1 - C P ) × 100. Therefore, C P can be expressed as C P = 1 - Ct/100. As mentioned above, based on the premise that naphtha is produced by the cracking reaction, the conversion rate C t (%) also becomes the amount of naphtha obtained (mass %). Substituting these into the above formula 20, the following formula 21 is obtained.
ΦC=kCt(Tt)/kC0(Tt) 式23
前記式23中、kC0(Tt)は反応0日経過時(すなわち、反応開始時)の触媒(フレッシュ触媒)の分解反応の反応速度定数であり、kCt(Tt)は任意の反応t日経過時の触媒の分解反応の反応速度定数である。なお、kCt(Tt)、kC0(Tt)は上述の反応温度算出ステップで算出した任意の反応t日経過時の反応温度Ttにおける分解反応の反応速度定数である。
Φ C =k Ct(Tt) /k C0(Tt) Equation 23
In the above formula 23, k C0(Tt) is the reaction rate constant of the decomposition reaction of the catalyst (fresh catalyst) after 0 days of reaction (i.e., at the start of the reaction), and k Ct(Tt) is the reaction rate constant of the decomposition reaction of the catalyst after t days of reaction. Note that k Ct(Tt) and k C0(Tt) are the reaction rate constants of the decomposition reaction at the reaction temperature Tt after t days of reaction calculated in the reaction temperature calculation step described above.
前記式23よりkCt(Tt)=ΦC×kC0(Tt)となり、この値を前記式22に代入することにより、前記式18が導出される。 From the above-mentioned equation 23, k Ct(Tt) =Φ C ×k C0(Tt) , and by substituting this value into the above-mentioned equation 22, the above-mentioned equation 18 is derived.
次に、ΦC、kC0(Tt)の求め方を説明する。 Next, how to obtain Φ C and k C0(Tt) will be described.
(kC0(Tt)の求め方)
kC0(Tt)は使用する触媒に応じて定められるパラメータ(定数)であり、実機で反応を行いながら求めてもよいし、実機運転条件に基づいてベンチスケールにおいて事前に求めてもよい。本実施形態においては、実機運転条件に基づいてベンチスケールにおいて事前に求めることが好ましい。
kC0(Tt)は下式24により求めることができる。下式24は、前記式5で表されるアレニウスの式に基づいた式である。
(How to calculate kC0 (Tt) )
kC0 (Tt) is a parameter (constant) determined depending on the catalyst used, and may be determined while performing the reaction in an actual reaction system, or may be determined in advance on a bench scale based on the operating conditions of the actual reaction system. In this embodiment, it is preferable to determine it in advance on a bench scale based on the operating conditions of the actual reaction system.
kC0 (Tt) can be calculated by the following formula 24. The following formula 24 is based on the Arrhenius equation expressed by the above formula 5.
kC0(T0)は、フレッシュ触媒の前記反応温度TSORにおける分解反応の反応速度定数であるため、前記式21に基づくと、下式25により求めることができる。 Since k C0(T0) is the reaction rate constant of the decomposition reaction of the fresh catalyst at the reaction temperature T SOR , it can be calculated by the following equation 25 based on the above equation 21.
すなわち、kC0(T0)はベンチスケールで、フレッシュ触媒を用いて、反応温度を上述のTSORとし、実機運転条件のLSHVで水素化処理反応を行い、その時のナフサ得量を測定することにより前記式25から求めることができる。 That is, k C0(T0) can be calculated from the above-mentioned formula 25 by performing a hydrotreating reaction on a bench scale using a fresh catalyst, setting the reaction temperature to the above-mentioned T SOR , and performing the hydrotreating reaction at LSHV, which is the operating condition of the actual plant, and measuring the amount of naphtha obtained at that time.
上記ベンチスケールでkC0(T0)を求める際には、水素分圧、水素/原料油比、LHSV、原料油中の硫黄濃度は、実機運転条件に即した条件とすることが好ましい。
そのような水素分圧としては、例えば3~7MPaであり、水素/原料油比は100~700[Nm3/kL]であり、LHSVは0.3~2.0h-1であり、原料油中の硫黄濃度は0.5~2.0質量%である。
When determining kC0 (T0) on the bench scale, it is preferable that the hydrogen partial pressure, hydrogen/feed oil ratio, LHSV, and sulfur concentration in the feed oil are set to conditions that correspond to the operating conditions of an actual plant.
Such hydrogen partial pressure is, for example, 3 to 7 MPa, the hydrogen/feedstock ratio is 100 to 700 [Nm 3 /kL], the LHSV is 0.3 to 2.0 h −1 , and the sulfur concentration in the feedstock is 0.5 to 2.0 mass %.
kC0(T0)は以下のように実機で反応を行いながら求めてもよい。実機の反応開始直後(反応tint日経過時)の反応温度Tintにおける、ナフサの得量及びLHSVを前記式25に代入することにより求めることができる。tintとしては20日以下が好ましく、10日以下がより好ましい。tintが前記上限値以下であると、フレッシュ触媒の分解の反応速度定数と極めて近い値を得ることができる。なおTintは脱硫反応の劣化度から、上述の反応温度算出ステップにより求められる値である。 kC0 (T0) may be determined while carrying out the reaction in an actual reactor as follows. It can be determined by substituting the amount of naphtha obtained and LHSV at the reaction temperature T int immediately after the start of the reaction in the actual reactor (after t int days of reaction) into the above-mentioned formula 25. T int is preferably 20 days or less, more preferably 10 days or less. When t int is equal to or less than the above-mentioned upper limit, a value very close to the reaction rate constant of the decomposition of a fresh catalyst can be obtained. Note that T int is a value determined in the above-mentioned reaction temperature calculation step from the degree of deterioration of the desulfurization reaction.
分解の活性化エネルギーEDは以下のように求めることができる。 The activation energy ED of decomposition can be calculated as follows:
前記式5で表されるアレニウスの式中の活性化エネルギーEを分解の活性化エネルギーEDとし、両辺の自然対数を取ると、下式26で表される式となる。
分解の活性化エネルギーは実機で反応を行いながら求めてもよいし、実機運転条件に基
づいてベンチスケールにおいて事前に求めてもよい。水素分圧、水素/原料油比、LHSV、原料油中の硫黄濃度は一定の条件とし、反応温度T(y’)の条件で反応を行い、生成油中のナフサ得量を測定する。前記式21に得られたナフサ得量及びLHSVを代入して反応速度定数kを求める。得られた反応速度定数を前記式26に代入し、得られた左辺の結果(lnk)を縦軸に、1/T(1/T(y’))を横軸にプロットする。
The activation energy of cracking may be determined while the reaction is carried out in an actual plant, or may be determined in advance on a bench scale based on the operating conditions of the actual plant. The hydrogen partial pressure, hydrogen/feedstock ratio, LHSV, and sulfur concentration in the feedstock are constant, and the reaction is carried out at a reaction temperature T(y'), and the naphtha yield in the product oil is measured. The naphtha yield and LHSV obtained are substituted into Equation 21 to determine the reaction rate constant k. The obtained reaction rate constant is substituted into Equation 26, and the result (lnk) of the left-hand side obtained is plotted on the vertical axis and 1/T (1/T(y')) on the horizontal axis.
y’種類の反応温度T(y’)について同様の反応を行い、y’個の上記プロットを得る。得られたプロットより、回帰直線を引き、その傾きを求める。この傾きはED/Rであるため、傾きからRを除すことにより分解の活性化エネルギーEDを求めることができる。 A similar reaction is carried out for y' types of reaction temperatures T(y'), and y' plots of the above are obtained. A regression line is drawn from the obtained plots, and its slope is determined. Since this slope is ED /R, the activation energy of decomposition ED can be determined by subtracting R from the slope.
上記y’は3以上の整数である。y’の数が多い方が、より精度の高いEDを得ることができる。一方y’の数が多すぎると、EDを得るために時間が掛かり効率的ではない。本実施形態においては、y’は3~20であることが好ましく、3~10であることがより好ましい。 The above y' is an integer of 3 or more. The larger the number of y', the more accurate ED can be obtained. On the other hand, if the number of y' is too large, it takes a long time to obtain ED , which is not efficient. In this embodiment, y' is preferably 3 to 20, and more preferably 3 to 10.
EDを求める上での水素分圧、水素/原料油比、LHSV、原料油中の硫黄濃度は、実機運転条件に即した条件とすることが好ましい。
そのような水素分圧としては、例えば3~7MPaであり、水素/原料油比は100~700[Nm3/kL]であり、LHSVは0.3~2.0h-1であり、原料油中の硫黄濃度は0.5~2.0質量%である。
y’種類の反応温度T(y’)も同様に実機運転条件に即した条件とすることが好ましい。このようなT(y’)としては、300~400℃である。
In determining ED , the hydrogen partial pressure, hydrogen/feed oil ratio, LHSV, and sulfur concentration in the feed oil are preferably set to conditions that correspond to the operating conditions of an actual plant.
Such hydrogen partial pressure is, for example, 3 to 7 MPa, the hydrogen/feedstock ratio is 100 to 700 [Nm 3 /kL], the LHSV is 0.3 to 2.0 h −1 , and the sulfur concentration in the feedstock is 0.5 to 2.0 mass %.
Similarly, it is preferable that the reaction temperature T(y') of the y' types is set to a condition that conforms to the operating conditions of the actual equipment. Such T(y') is 300 to 400°C.
このように得られたkC0(T0)、分解の活性化エネルギーED、TSOR、上述の反応温度算出ステップで算出した反応温度Ttを前記式24に代入することによりkC0(Tt)を求める。 By substituting the thus obtained k C0(T0) , the decomposition activation energy E D , T SOR , and the reaction temperature T t calculated in the reaction temperature calculation step described above into Equation 24, k C0(Tt) is calculated.
<分解反応の劣化度の求め方>
触媒の脱硫反応の活性が低下すると、分解反応活性も低下する。したがって、脱硫反応の劣化度と分解反応の劣化度には相関があると考えられる。本願の発明者らは、この相関に着目し、分解反応の劣化度ΦCを、上述の脱硫反応の劣化度Φに基づいて、求めることができることを初めて見出した。以下、脱硫反応の劣化関数1、脱硫反応の劣化関数2に基づく、分解反応の劣化度ΦCの求め方をそれぞれ説明する。
<How to determine the degradation level of decomposition reaction>
When the desulfurization reaction activity of a catalyst decreases, the cracking reaction activity also decreases. Therefore, it is believed that there is a correlation between the degree of degradation of the desulfurization reaction and the degree of degradation of the cracking reaction. The inventors of the present application focused on this correlation and discovered for the first time that the degree of degradation of the cracking reaction Φ C can be calculated based on the above-mentioned degree of degradation of the desulfurization reaction Φ. Below, we will explain how to calculate the degree of degradation of the cracking reaction Φ C based on the desulfurization reaction deterioration function 1 and the desulfurization reaction deterioration function 2.
(分解反応の劣化度の求め方1)
ΦCの求め方1は、脱硫反応の劣化関数1に基づいて、ΦCを求める方法である。ΦCは下式27により求めることができる。
(Method 1 for determining the degradation level of decomposition reaction)
Method 1 for determining Φ C is a method for determining Φ C based on the degradation function 1 of the desulfurization reaction. Φ C can be determined by the following equation 27.
ΦC=βΦ 式27
前記式27中、ΦCは分解反応の劣化度であり、Φは脱硫反応の劣化度(脱硫反応の劣化関数1)であり、βは分解劣化係数(定数)である。
Φ C = βΦ Equation 27
In the above formula 27, Φ C is the degradation degree of the decomposition reaction, Φ is the degradation degree of the desulfurization reaction (degradation function 1 of the desulfurization reaction), and β is the degradation coefficient of the decomposition reaction (constant).
Φは上述の方法により求めることができるため、βが定まれば、ΦからΦCを求めることができる。なお、前記式27において、反応経過0日時のΦCはβΦ=1である。 Since Φ can be calculated by the above-mentioned method, once β is determined, Φ C can be calculated from Φ. In addition, in the above formula 27, Φ C at the time when the reaction has elapsed 0 is βΦ=1.
実機又はベンチスケールにおいて、想定する実機運転条件のLHSV、水素分圧、水素/原料油比、原料油中の硫黄濃度、生成油中の硫黄濃度となるように、一定期間反応を行う。触媒は反応により劣化するため、反応温度を上げながら運転を行う。この際の反応温度は、上述の反応温度算出ステップで算出した反応温度Ttとすればよい。想定する実機運転条件としては、上述の分解の活性化エネルギーを求める際の条件が例として挙げられる。任意の反応t’日経過時におけるナフサの得量Ct’を測定し、得られたCt’、上述の方法で求めたkC0(Tt)(kC0(Tt’))、及びLHSVを前記式18に代入することにより、ΦCを求める。また、上述の方法により任意の反応t’日経過時におけるΦを求める。複数の反応t’経過時において同様にΦC及びΦを求める。得られた同一の反応経過時における、ΦCとΦの組み合わせについて、Φをx軸に、ΦCをy軸としてプロットを行う。これらのプロットの回帰直線を引く(但しx=0、y=0を通る)。この直線の傾きがβとなる。βを求める上での、プロットの数としては、10~100個が好ましく、10~50個がさらに好ましい。またβを求める上での前記t’としては反応3日経過時以降が好ましい。 In an actual plant or on a bench scale, the reaction is carried out for a certain period of time so that the LHSV, hydrogen partial pressure, hydrogen/feed oil ratio, sulfur concentration in the feed oil, and sulfur concentration in the product oil are those of the assumed actual plant operating conditions. Because the catalyst deteriorates due to the reaction, operation is carried out while increasing the reaction temperature. The reaction temperature at this time may be the reaction temperature Tt calculated in the reaction temperature calculation step described above. Examples of assumed actual plant operating conditions include the conditions used to calculate the activation energy of cracking described above. ΦC is calculated by measuring the amount of naphtha Ct ' obtained after t' days of reaction, and substituting the obtained Ct ' , kC0 (Tt) (kC0 (Tt') ) calculated by the above method, and LHSV into Equation 18. ΦC is also calculated after t' days of reaction using the above method. ΦC and Φ are calculated in the same manner for multiple reactions after t'. The combinations of ΦC and Φ obtained after the same reaction are plotted with Φ on the x-axis and ΦC on the y-axis. A regression line is drawn between these plots (where x=0 and y=0). The slope of this line is β. The number of plots for determining β is preferably 10 to 100, more preferably 10 to 50. Furthermore, the time t' for determining β is preferably 3 days or more after the reaction has started.
(分解反応の劣化度の求め方2)
ΦCの求め方2は、脱硫反応の劣化関数2に基づいて、ΦCを求める方法である。ΦCは下式28により求めることができる。
(Method 2 for determining the degradation level of decomposition reaction)
Method 2 of determining Φ C is a method of determining Φ C based on the degradation function 2 of the desulfurization reaction. Φ C can be determined by the following equation 28.
ΦC=β1Φ1+β2Φ2 式28
前記式28中、ΦCは分解反応の劣化度であり、Φ1は前記式10におけるk1×exp(-D1t)であり、Φ2は前記式10におけるk2×exp(-D2t)であり、β1は触媒の易失活活性種の分解劣化係数(定数)であり、β2は触媒の難失活活性種の分解劣化係数(定数)である。
Φ C = β 1 Φ 1 + β 2 Φ 2 Equation 28
In the above formula 28, Φ C is the degradation degree of the decomposition reaction, Φ 1 is k 1 × exp(−D 1 t) in the above formula 10, Φ 2 is k 2 × exp(−D 2 t) in the above formula 10, β 1 is the decomposition degradation coefficient (constant) of the easily deactivated active species of the catalyst, and β 2 is the decomposition degradation coefficient (constant) of the hardly deactivated active species of the catalyst.
Φ1及びΦ2は上述の方法により求めることができるため、β1及びβ2が定まれば、Φ1及びΦ2からΦCを求めることができる。なお、前記式28において、反応経過0日時のΦCはβ1Φ1+β2Φ2=1である。 Since Φ 1 and Φ 2 can be determined by the above-mentioned method, once β 1 and β 2 are determined, Φ C can be determined from Φ 1 and Φ 2. In addition, in the above formula 28, Φ C at time 0 of reaction elapsed time is β 1 Φ 1 + β 2 Φ 2 = 1.
実機又はベンチスケールにおいて、想定する実機運転条件のLHSV、水素分圧、水素/原料油比、原料油中の硫黄濃度、生成油中の硫黄濃度となるように、一定期間反応を行う。触媒は反応により劣化するため、反応温度を上げながら運転を行う。この際の反応温度は、上述の反応温度算出ステップで算出した反応温度Ttとすればよい。任意の反応t’日経過時におけるナフサの得量Ct’を測定し、得られたCt’、上述の方法で求めたkC0(Tt)(kC0(Tt’))、及びLHSVを前記式18に代入することにより、ΦCを求める。また、上述の方法により任意の反応t’日経過時におけるΦ1、Φ2を求める。得られたΦC、Φ1、Φ2を前記式28に代入する。同様にn数の反応t’日経過時におけるΦCn、Φ1n、Φ2nを得る。それぞれの組み合わせに式28が成り立つとすると、ΦCn=β1’Φ1n+β2’Φ2nの連立二元一次方程式が得られる。この方程式においては、ΦCnを従属変数、Φ1n、及びΦ2nを独立変数とする二元一次回帰により誤差が最小であるβ1‘、β2’を求めることができる。得られたβ1’を、前記式28におけるβ1、得られたβ2’を前記式28におけるβ2とすることができる。β1及びβ2を求める上での、ΦC、Φ1、Φ2の組み合わせの数としては、10~100個が好ましく、10~50個がさらに好ましい。またβ1及びβ2を求める上での前記t’としては反応3日経過時以降が好ましい。 In an actual plant or on a bench scale, the reaction is carried out for a certain period of time so that the LHSV, hydrogen partial pressure, hydrogen/feed oil ratio, sulfur concentration in the feed oil, and sulfur concentration in the product oil are those of the assumed actual plant operating conditions. Because the catalyst deteriorates due to the reaction, operation is carried out while increasing the reaction temperature. The reaction temperature at this time may be the reaction temperature Tt calculated in the reaction temperature calculation step described above. The naphtha yield Ct ' is measured after t' days of reaction have elapsed, and ΦC is calculated by substituting the obtained Ct ', kC0(Tt) (kC0 (Tt') ) calculated by the above method, and LHSV into Equation 18. Also, Φ1 and Φ2 after t' days of reaction are calculated by the above method. The obtained ΦC , Φ1 , and Φ2 are substituted into Equation 28. Similarly, ΦCn , Φ1n , and Φ2n are obtained after t' days of reaction for n numbers of times. If Equation 28 is satisfied for each combination, a simultaneous two-variable linear equation of Φ Cn = β 1 'Φ 1n + β 2 'Φ 2n is obtained. In this equation, β 1 ' and β 2 ' with minimum error can be determined by two-variable linear regression with Φ Cn as the dependent variable and Φ 1n and Φ 2n as independent variables. The obtained β 1 ' can be used as β 1 in Equation 28, and the obtained β 2 ' can be used as β 2 in Equation 28. The number of combinations of Φ C , Φ 1 , and Φ 2 in determining β 1 and β 2 is preferably 10 to 100, and more preferably 10 to 50. Furthermore, the t' in determining β 1 and β 2 is preferably after 3 days of reaction have elapsed.
以上の方法により得られたβ又はβ1及びβ2を用いて前記式27又は前記式28よりΦCを求めることができる。 Using β or β1 and β2 obtained by the above method, ΦC can be calculated from the above formula 27 or formula 28.
上述の方法で得られたkC0(Tt)、前記式27又は前記式28で求められたΦC、及びLHSVを前記式18に代入することにより、任意の反応t日経過時のナフサ得量を求めることができる。 By substituting k C0(Tt) obtained by the above-mentioned method, Φ C obtained by the above-mentioned formula 27 or the above-mentioned formula 28, and LHSV into the above-mentioned formula 18, the yield of naphtha after t days of reaction can be calculated.
実測のナフサ得量Cobsに対する、本実施形態の情報処理方法により求められるナフサ得量Ctの割合であるCt/Cobsは質量%換算で、0.80~1.20であることが好ましく、0.85~1.15であることがより好ましい。Ct/Cobsが前記範囲内である場合、精度よくナフサ得量を推定できていると判断することができる。 The ratio of the naphtha yield Ct calculated by the information processing method of this embodiment to the actually measured naphtha yield C obs , C t /C obs , is preferably 0.80 to 1.20, and more preferably 0.85 to 1.15, in mass %. When C t /C obs is within the above range, it can be determined that the naphtha yield has been estimated with high accuracy.
≪情報出力ステップ≫
このようにして得られた前記ナフサ得量を示す情報を出力する情報出力ステップ(図1のS5)をさらに有してもよい。例えば、S5は出力部14によって実行される。
<<Information output step>>
The method may further include an information output step (S5 in FIG. 1) of outputting information indicating the naphtha yield thus obtained. For example, S5 is executed by the output unit 14.
≪常圧蒸留軽油を含む原料油の水素化処理反応≫
常圧蒸留軽油を含む原料油の水素化処理反応について概要を説明する。
常圧蒸留軽油は、原油を常圧蒸留して得られる、沸点範囲が150~380℃の留分である。常圧蒸留軽油の密度は0.83~0.90g/mLである。原料油中の常圧蒸留軽油の含有量としては、例えば50~100体積%でもよく、80~100体積%でもよい。
なお、原料油に含まれる常圧蒸留軽油及び分解軽油以外の油種としては、流動接触分解装置や直接脱硫装置や間接脱硫装置等から得られる軽油留分などが挙げられる。
<Hydrotreatment reaction of feedstock oil including atmospheric distillation gas oil>
The hydrotreating reaction of feedstock oils including atmospheric distillation gas oil will be outlined below.
Atmospheric distillation gas oil is a fraction obtained by atmospheric distillation of crude oil and has a boiling point range of 150 to 380°C. The density of atmospheric distillation gas oil is 0.83 to 0.90 g/mL. The content of atmospheric distillation gas oil in the feedstock oil may be, for example, 50 to 100% by volume, or 80 to 100% by volume.
In addition, examples of oil types contained in the feedstock other than atmospheric distillation light oil and cracked light oil include light oil fractions obtained from fluid catalytic cracking units, direct desulfurization units, indirect desulfurization units, and the like.
常圧蒸留軽油を含む原料油の水素化処理反応は、水素存在下、常圧蒸留軽油を含む原料油と水素化処理触媒とを接触処理することにより行うことができる。
水素化処理触媒は、特に限定されるものではなく、本分野において公知の水素化処理触媒を使用することができる。触媒の担体として、種々のものが使用でき、例えばシリカ、アルミナ、ボリア、マグネシア、チタニア、シリカ-アルミナ、シリカ-マグネシア、シリカ-ジルコニア、シリカ-トリア、シリカ-ベリリア、シリカ-チタニア、シリカ-ボリア、アルミナ-ジルコニア、アルミナ-チタニア、アルミナ-ボリア、アルミナ-クロミア、チタニア-ジルコニア、シリカ-アルミナ-トリア、シリカ-アルミナ-ジルコニア、シリカ-アルミナ-マグネシア、シリカ-マグネシア-ジルコニアなど、又はこれらの2種以上の混合物が挙げられる。これらの無機酸化物のうち、好ましいものとしては、アルミナ、シリカ-アルミナ、アルミナ-チタニア、アルミナ-ボリア、アルミナ-ジルコニアが挙げられ、特に好ましくは、アルミナが挙げられ、アルミナの中でもγアルミナが特に好ましい。これらの無機酸化物は、1種単体で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
The hydrotreating reaction of a feedstock containing atmospheric distillation gas oil can be carried out by contacting the feedstock containing atmospheric distillation gas oil with a hydrotreating catalyst in the presence of hydrogen.
The hydrotreating catalyst is not particularly limited, and any hydrotreating catalyst known in the art can be used. Various catalyst supports can be used, including, for example, silica, alumina, boria, magnesia, titania, silica-alumina, silica-magnesia, silica-zirconia, silica-thoria, silica-beryllia, silica-titania, silica-boria, alumina-zirconia, alumina-titania, alumina-boria, alumina-chromia, titania-zirconia, silica-alumina-thoria, silica-alumina-zirconia, silica-alumina-magnesia, silica-magnesia-zirconia, and the like, or mixtures of two or more of these. Among these inorganic oxides, preferred are alumina, silica-alumina, alumina-titania, alumina-boria, and alumina-zirconia, with alumina being particularly preferred, and among aluminas, γ-alumina being particularly preferred. These inorganic oxides may be used alone or in combination of two or more.
前記担体に活性成分として含有させる金属は、周期表第6族金属及び第8~10族金属の中から選ばれる少なくとも1種類以上の金属であり、好ましくはモリブデン、タングステン、コバルト及びニッケルの金属である。これらの金属は、金属状態又は金属酸化物、金属硫化物の何れの形態でも有効であり、また、イオン交換などにより金属が触媒担体と結合した形態で存在してもよい。この金属成分の含有量は、通常、触媒基準かつ酸化物換算で、約10~25質量%の範囲内である。金属含有量が10質量%より少ないと、活性点として働く金属の絶対量が少ないために、脱硫活性を始めとする水素化処理活性(以下、簡単に水素化処理活性と言う)が発現せず、逆に担持される金属の含有量が25質量%より多すぎると、金属の凝集が起こり活性点の数が減少し、その結果、水素化処理活性が却って低下するからである。更に、必要に応じて、元素周期律表第6族金属及び第8族金属からなる活性金属に加えて、リン、ホウ素、亜鉛、ジルコニア等を含ませることができる。本発明方法を適用するに当たり、触媒層の形態には制約はなく、例えば固定床、移動床、流動床等の触媒層の反応器に適用できる。 The metal contained in the support as an active component is at least one metal selected from Group 6 and Groups 8-10 of the Periodic Table, preferably molybdenum, tungsten, cobalt, and nickel. These metals are effective in the metallic state, metal oxide, or metal sulfide form. They may also be bonded to the catalyst support by ion exchange or other methods. The content of this metal component is typically within the range of approximately 10-25 mass% of the catalyst, calculated as oxide. If the metal content is less than 10 mass%, the absolute amount of metal acting as active sites is low, preventing hydrotreating activity (hereinafter simply referred to as hydrotreating activity), including desulfurization activity. Conversely, if the supported metal content is greater than 25 mass%, metal aggregation occurs, reducing the number of active sites and, as a result, reducing hydrotreating activity. Furthermore, if necessary, phosphorus, boron, zinc, zirconia, etc. can be contained in addition to the active metals consisting of Groups 6 and 8 of the Periodic Table. When applying the method of the present invention, there are no restrictions on the form of the catalyst bed, and it can be applied to catalyst bed reactors such as fixed beds, moving beds, and fluidized beds.
常圧蒸留軽油を含む原料油の水素化処理反応における条件としては、一般に反応温度が300~400℃、好ましくは330~400℃であり、水素分圧が3~7MPa、好ましくは4~7MPaであり、LHSVが0.3~2.0hr-1、好ましくは0.5~1.5hr-1であり、水素/原料油比が100~700(Nm3/kL)、好ましくは200~500(Nm3/kL)である。 The conditions for the hydrotreating reaction of feedstock containing atmospheric distillation gas oil are generally a reaction temperature of 300 to 400°C, preferably 330 to 400°C, a hydrogen partial pressure of 3 to 7 MPa, preferably 4 to 7 MPa, an LHSV of 0.3 to 2.0 hr -1 , preferably 0.5 to 1.5 hr -1 , and a hydrogen/feedstock ratio of 100 to 700 (Nm 3 /kL), preferably 200 to 500 (Nm 3 /kL).
常圧蒸留軽油を含む原料油中の硫黄濃度は、通常0.5~2.0質量%である。また、生成油中の硫黄濃度は、0.001質量%以下である。 The sulfur concentration in feedstock oil, including atmospheric distillation gas oil, is typically 0.5 to 2.0 mass%. The sulfur concentration in the resulting oil is 0.001 mass% or less.
本明細書において、「ナフサ」とは、沸点範囲が175℃以下であり、水素化処理反応により分解して得られる炭素数5~10の成分である。
ナフサの得量は、本分野で公知のナフサの得量の測定方法により得ることができ、例えば、ASTM D-6730のような蒸留試験により175℃以下の留分の割合から算出する等が例として挙げられる。
In this specification, "naphtha" refers to a component having a boiling point range of 175°C or less and having 5 to 10 carbon atoms, which is obtained by cracking in a hydrotreating reaction.
The yield of naphtha can be obtained by a method for measuring the yield of naphtha known in the art, and examples thereof include calculation from the proportion of fractions at 175°C or less in a distillation test such as ASTM D-6730.
≪ナフサ得量算出装置≫
本実施形態のナフサ得量算出装置は、常圧蒸留軽油を含む原料油の水素化処理反応に関して、反応を開始してから所定時間経過した際の原料油に関する情報、生成油に関する情報、及び運転条件に関する情報を取得する取得部と、前記取得部で取得した前記原料油に関する情報、前記生成油に関する情報、及び前記運転条件に関する情報に基づき、劣化関数により、触媒の劣化度を算出し、算出した前記触媒の劣化度に基づき、前記原料油に関する情報、前記生成油に関する情報、及び前記運転条件を満たすために必要な反応温度を算出し、算出した前記反応温度及び前記触媒の劣化度に基づき、ナフサ得量を算出する演算部と、を含む。
<Naphtha yield calculation device>
The naphtha yield calculation device of this embodiment includes an acquisition unit that acquires information about the feedstock oil, information about the product oil, and information about operating conditions when a predetermined time has elapsed since the start of the reaction, regarding the hydrotreating reaction of feedstock oil containing atmospheric distillation gas oil; and a calculation unit that calculates a catalyst degradation level using a degradation function based on the information about the feedstock oil, information about the product oil, and information about the operating conditions acquired by the acquisition unit, calculates the information about the feedstock oil, information about the product oil, and a reaction temperature necessary to satisfy the operating conditions based on the calculated catalyst degradation level, and calculates the naphtha yield based on the calculated reaction temperature and the catalyst degradation level.
本実施形態のナフサ得量算出装置1は、パーソナルコンピューターやサーバー装置や専用装置等の情報処理装置を用いて構成される。ナフサ得量算出装置1は、1台又は複数台の情報処理装置を用いて構成されてもよい。例えば、ナフサ得量算出装置1は、クラスタマシンとして構築されてもよいし、クラウドとして構築されてもよいし、どのような態様で構築されてもよい。ナフサ得量算出装置1は、具体的には図2に示されるように取得部11と、取得部からの情報を処理する計算機本体12とを有する。ナフサ得量算出装置1は、計算機本体12において処理された情報を外部に出力する出力部14を有していてもよい。これらの構成要素は、例えば、CPU(Central Processing Unit)等のハードウェアプロセッサがプログラム(ソフトウェア)を実行することにより実現される。また、これらの構成要素のうち一部または全部は、LSI(Large Scale Integrated circuit)やASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field-Programmable Gate Array)、GPU(Graphics Processing Unit)等のハードウェア(回路部;circuitryを含む)によって実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの協働によって実現されてもよい。プログラムは、予めHDD(Hard Disk Drive)やフラッシュメモリ等の記憶装置(非一過性の記憶媒体を備える記憶装置)に格納されていてもよいし、DVDやCD-ROM等の着脱可能な記憶媒体(非一過性の記憶媒体)に格納されており、記憶媒体がドライブ装置に装着されることで記憶装置にインストールされてもよい。記憶装置は、例えば、HDD、フラッシュメモリ、EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)、ROM(Read Only Memory)、またはRAM(Random Access Memory)等により構成される。 The naphtha yield calculation device 1 of this embodiment is configured using an information processing device such as a personal computer, a server device, or a dedicated device. The naphtha yield calculation device 1 may be configured using one or more information processing devices. For example, the naphtha yield calculation device 1 may be configured as a cluster machine, a cloud, or in any other manner. Specifically, as shown in FIG. 2, the naphtha yield calculation device 1 has an acquisition unit 11 and a computer main body 12 that processes information from the acquisition unit. The naphtha yield calculation device 1 may also have an output unit 14 that outputs information processed in the computer main body 12 to the outside. These components are implemented, for example, by a hardware processor such as a CPU (Central Processing Unit) executing a program (software). Furthermore, some or all of these components may be implemented by hardware (including circuitry) such as an LSI (Large Scale Integrated circuit), ASIC (Application Specific Integrated Circuit), FPGA (Field-Programmable Gate Array), or GPU (Graphics Processing Unit), or by a combination of software and hardware. The program may be stored in advance in a storage device (a storage device with a non-transitory storage medium) such as an HDD (Hard Disk Drive) or flash memory, or may be stored in a removable storage medium (a non-transitory storage medium) such as a DVD or CD-ROM, and installed in the storage device by inserting the storage medium into a drive. The storage device may be configured, for example, with an HDD, flash memory, EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory), ROM (Read Only Memory), or RAM (Random Access Memory).
取得部11は、反応のオペレーターによって所定の情報が入力され、この入力により取得した情報を計算機本体12に送信するものである。本実施形態の取得部11が取得する情報は、常圧蒸留軽油を含む原料油の水素化処理反応に関して、反応を開始してから所定時間経過した際の原料油に関する情報、生成油に関する情報、及び運転条件に関する情報である。反応を開始してから所定時間経過した際の原料油に関する情報、生成油に関する情報、及び運転条件に関する情報としては上述した通りである。例えば、取得部11は、上述した情報取得ステップを実行する。取得部11は、反応を開始してから所定時間経過した際の原料油に関する情報、生成油に関する情報、及び運転条件に関する情報を取得すればよく、その取得方法には特に限定されない。 The acquisition unit 11 receives predetermined information input by a reaction operator and transmits the information acquired through this input to the computer main body 12. The information acquired by the acquisition unit 11 in this embodiment is, for a hydrotreating reaction of a feedstock containing atmospheric distillation gas oil, information on the feedstock, information on the product oil, and information on operating conditions a predetermined time after the start of the reaction. The information on the feedstock, information on the product oil, and information on operating conditions a predetermined time after the start of the reaction are as described above. For example, the acquisition unit 11 executes the information acquisition step described above. The acquisition unit 11 only needs to acquire information on the feedstock, information on the product oil, and information on operating conditions a predetermined time after the start of the reaction, and there are no particular limitations on the method of acquisition.
本実施形態では、取得部11は単一のキーボードによって構成されている。取得部11の具体的構成は、限定されず、本実施形態ではキーボードであるが、タッチパネル等であってもよい。なお、各種情報を取得する取得部が別々に構成され、それぞれが独立して計算機本体12に接続されてもよい。また、取得部11は、反応器の制御等に用いられる計算機等から有線又は無線により前記の各情報を直接取得するように構成されてもよい。 In this embodiment, the acquisition unit 11 is configured with a single keyboard. The specific configuration of the acquisition unit 11 is not limited, and although it is a keyboard in this embodiment, it may also be a touch panel or the like. It is also possible for acquisition units that acquire various types of information to be configured separately and each to be independently connected to the computer main body 12. The acquisition unit 11 may also be configured to directly acquire each of the above-mentioned information via wired or wireless connections from a computer or the like used for controlling the reactor, etc.
計算機本体12は、例えば、種々の情報を処理可能な、いわゆるコンピュータである。計算機本体12は、演算部13を備える。例えば、この計算機本体12には、所定のプログラムが組み込まれ、このプログラムの実行によって機能的に演算部13が構成される。具体的には、この演算部13において、前記取得部11で取得した反応を開始してから所定時間経過した際の原料油に関する情報、生成油に関する情報、及び運転条件に関する情報に基づき、劣化関数により、触媒の劣化度を算出し、前記触媒の劣化度に基づき、前記原料油に関する情報、前記生成油に関する情報、及び前記運転条件を満たすために必要な反応温度を算出し、前記反応温度及び前記触媒の劣化度に基づき、ナフサ得量を算出する。劣化関数としては上述した通りである。上述したように反応温度は、例えば劣化速度式から求めることができる。また、ナフサ得量は、例えばナフサ得量関数から求めることができる。例えば、演算部13は、上述した劣化度算出ステップ、反応温度算出ステップ、及びナフサ得量算出ステップを実行する。演算部13は、例えば、CPU(Central Processing Unit)又はMPU(Micro Processing Unit)などのプロセッサ及び不揮発性又は揮発性の半導体メモリ(例えば、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、フラッシュメモリ、EPROM(Erasable Programmable Read Only Memory)、EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory))を備えてもよい。例えば、演算部13は、MCUなどのマイクロコントローラであってもよい。 The computer main body 12 is, for example, a so-called computer capable of processing various types of information. The computer main body 12 includes an arithmetic unit 13. For example, a predetermined program is installed in the computer main body 12, and the arithmetic unit 13 is functionally configured by executing this program. Specifically, the arithmetic unit 13 calculates the catalyst deterioration level using a deterioration function based on the information on the feedstock oil, the information on the product oil, and the information on the operating conditions acquired by the acquisition unit 11 at a predetermined time after the start of the reaction. Based on the catalyst deterioration level, the arithmetic unit 13 calculates the reaction temperature required to satisfy the information on the feedstock oil, the information on the product oil, and the operating conditions. The naphtha yield is calculated based on the reaction temperature and the catalyst deterioration level. The deterioration function is as described above. As described above, the reaction temperature can be calculated, for example, from a deterioration rate equation. Furthermore, the naphtha yield can be calculated, for example, from a naphtha yield function. For example, the arithmetic unit 13 executes the deterioration level calculation step, reaction temperature calculation step, and naphtha yield calculation step described above. The calculation unit 13 may include, for example, a processor such as a CPU (Central Processing Unit) or an MPU (Micro Processing Unit), and non-volatile or volatile semiconductor memory (for example, RAM (Random Access Memory), ROM (Read Only Memory), flash memory, EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory), or EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)). For example, the calculation unit 13 may be a microcontroller such as an MCU.
演算部13は、上記のように求めた前記原料油に関する情報、前記生成油に関する情報、及び前記運転条件を満たすために必要な反応温度におけるナフサ得量を示す情報を出力部14に出力してもよい。 The calculation unit 13 may output to the output unit 14 information regarding the feedstock oil obtained as described above, information regarding the product oil, and information indicating the naphtha yield at the reaction temperature required to satisfy the operating conditions.
出力部14は、計算機本体12(詳しくは、演算部13)が出力した計算結果(反応温度)を受信し、受信した計算結果を外部に出力するものである。本実施形態の出力部14は、CRTディスプレイや液晶ディスプレイ、PDP等の表示部によって構成されているが、これに限定されず、プリンタ等の印刷部や、他の装置(例えば、常圧蒸留軽油を含む原料油の水素化処理反応の制御等に用いられる計算機等)等へ出力するように構成されてもよい。また、出力部14は、これらを組み合わせたものでもよい。例えば、出力部14は、上述した情報出力ステップを実行する。 The output unit 14 receives the calculation results (reaction temperatures) output by the computer main body 12 (more specifically, the calculation unit 13) and outputs the received calculation results to the outside. In this embodiment, the output unit 14 is configured as a display unit such as a CRT display, LCD display, or PDP, but is not limited to this and may be configured to output to a printing unit such as a printer, or to other devices (for example, a computer used to control the hydrotreating reaction of feedstock oil including atmospheric distillation diesel). The output unit 14 may also be a combination of these. For example, the output unit 14 executes the information output step described above.
また、本実施形態においては、コンピュータをナフサ得量算出装置として機能させるためのナフサ得量算出プログラム及び当該プログラムを記憶したコンピュータの非一時的可読記録媒体が提供される。コンピュータの非一時的可読記録媒体としては、例えば、磁気テープ(デジタルデータストレージ(DSS)など)、磁気ディスク(ハードディスクドライブ(HDD)、フレキシブルディスク(FD)など)、光ディスク(コンパクトディスク(CD)、デジタルバーサタイルディスク(DVD)、ブルーレイディスク(BD)など)、光磁気ディスク(MO)、フラッシュメモリ(SSD(Solid State Drive)、メモリーカード、USBメモリなど)が挙げられる。 In addition, this embodiment provides a naphtha yield calculation program for causing a computer to function as a naphtha yield calculation device, and a non-transitory computer-readable recording medium storing the program. Examples of non-transitory computer-readable recording media include magnetic tape (such as digital data storage (DSS)), magnetic disks (such as hard disk drives (HDDs) and flexible disks (FDs)), optical disks (such as compact disks (CDs), digital versatile disks (DVDs), and Blu-ray disks (BDs)), magneto-optical disks (MOs), and flash memory (such as solid-state drives (SSDs), memory cards, and USB memory).
<情報処理方法及びナフサ得量算出装置の活用方法>
本実施形態の情報処理方法及びナフサ得量算出装置によると、常圧蒸留軽油を含む原料油の水素化処理反応に関して、所定の反応条件を達成するために必要な反応温度におけるナフサ得量を推定することができる。本実施形態の情報処理方法及びナフサ得量算出装置によると、ナフサ得量の推定値の経時的なプロットを得ることができる。前記プロットと、常圧蒸留軽油の水素化処理装置のナフサの抜出能力の上限値等との関係から、以下のような活用法が考えられる。
<Method of using the information processing method and naphtha yield calculation device>
The information processing method and naphtha yield calculation device of this embodiment can estimate the naphtha yield at the reaction temperature required to achieve predetermined reaction conditions for the hydrotreating reaction of feedstock oil containing atmospheric distillation gas oil.The information processing method and naphtha yield calculation device of this embodiment can obtain a plot of estimated naphtha yield over time.The relationship between the plot and the upper limit of the naphtha withdrawal capacity of the atmospheric distillation gas oil hydrotreating treatment device can be considered for the following applications.
活用方法としては、ナフサの抜出能力の上限値以下のナフサ得量とするための反応条件(反応温度、処理量(LHSV))を推定すること、将来のナフサ生成量を事前に推定して知ることで分解ナフサを使用した二次処理装置の生産計画を立案出来ること等がある。すなわち、所定の運転時間において、所定のナフサ得量を設定すると、前記式18は、KCO(Tt)、ΦC、LHSVの関数となる。前記式18の等式が成り立つような、kCO(Tt)、ΦC、LHSVの組み合わせを求める。この組み合わせにおける反応条件が、ナフサの抜出能力の上限値以下のナフサ得量とすることや将来のナフサ生成量を事前に判る推定反応条件となる。 Utilization methods include estimating reaction conditions (reaction temperature, throughput (LHSV)) for achieving a naphtha yield below the upper limit of naphtha withdrawal capacity, and formulating a production plan for a secondary treatment facility using cracked naphtha by estimating and knowing the future naphtha production volume in advance. That is, when a predetermined naphtha yield volume is set for a predetermined operating time, the above equation 18 becomes a function of KCO (Tt) , ΦC , and LHSV. A combination of kCO (Tt) , ΦC , and LHSV that satisfies the equation of the above equation 18 is found. The reaction conditions in this combination become estimated reaction conditions that achieve a naphtha yield below the upper limit of naphtha withdrawal capacity and that allow the future naphtha production volume to be known in advance.
以下、実施例により本発明を更に具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 The present invention will be explained in more detail below using examples, but the present invention is not limited to the following examples.
[実施例1]
ベンチスケールで、常圧蒸留軽油を99体積%含む原料油を水素化処理触媒Aに接触処理させることにより水素化処理反応を行った。得られた結果を基に、脱硫反応の劣化関数を算出した。なお、本実施例では前記式10で表される脱硫反応の劣化関数2を使用した。前記式10~12におけるパラメータを上述の方法により求めた所、k1=0.45、k2=0.55、α1=0.01、α2=0.002、PB=3.234(MPa)、a=2、GB=400(Nm3/kL)、b=1.3、EC=83.1(kJ/mol)、TB=625(K)、TSOR=630(K)、n=1.2であった。
ベンチスケールで行った水素化処理反応と同じ原料油、水素化処理触媒を用いて、実機で反応を行った。前記式11及び12における運転条件として、SF=1.57(質量%)、P=4.9(MPa)、G=250(Nm3/kL)、LHSV=2.0(h-1)、SP=0.0008(質量%)とした。
また、事前に上述の方法で、脱硫の活性化エネルギー、分解の活性化エネルギーを求めた所、Ea=120(kJ/mol)、ED=120(kJ/mol)であった。
[Example 1]
A bench-scale hydrotreating reaction was carried out by contacting a feedstock containing 99% by volume of atmospheric distillation gas oil with hydrotreating catalyst A. Based on the obtained results, the deterioration function of the desulfurization reaction was calculated. In this example, the deterioration function 2 of the desulfurization reaction represented by equation 10 was used. The parameters in equations 10 to 12 were determined by the above-mentioned method, and the following were found: k 1 =0.45, k 2 =0.55, α 1 =0.01, α 2 =0.002, P B =3.234 (MPa), a=2, G B =400 (Nm 3 /kL), b=1.3, E C =83.1 (kJ/mol), T B =625 (K), T SOR =630 (K), and n=1.2.
The reaction was carried out in an actual plant using the same feedstock and hydrotreating catalyst as in the bench-scale hydrotreating reaction. The operating conditions in Equations 11 and 12 were: S F = 1.57 (mass%), P = 4.9 (MPa), G = 250 (Nm 3 /kL), LHSV = 2.0 (h −1 ), and S P = 0.0008 (mass%).
Furthermore, the activation energy of desulfurization and the activation energy of decomposition were determined in advance by the above-mentioned method, and were found to be Ea = 120 (kJ/mol) and E D = 120 (kJ/mol).
反応経過1日時におけるナフサ得量の実測値から前記式25より、kC0(T0)を求めた所、0.14[h-1]であった。また、この際の反応温度の実測値T0は631(K)であった。その後の反応開始初期において、前記式10で求められたΦ1(k1×exp(-D1t))及びΦ2(k2×exp(-D2t))と、ナフサ得量の実測値、前記kC0(T0)、及びLHSVにより前記式18から求められたΦCから、前記式28によりβ1、β2を求めた所、β1=0.45、β2=1.35であった。
以上のパラメータを用いて、前記式15より(1)要求温度Ttを、前記式18より(3)ナフサ得量Ctを求めた。結果を表1に示す。
When k C0(T0) was calculated from the measured value of the naphtha yield at one day and time of reaction using the formula 25, it was 0.14 [h −1 ]. The measured value of the reaction temperature at this time, T0 , was 631 (K). Thereafter, in the initial stage of the reaction, β 1 and β 2 were calculated from Φ 1 (k 1 × exp(−D 1 t)) and Φ 2 (k 2 × exp(−D 2 t)) calculated using the formula 10, the measured value of the naphtha yield, the k C0(T0) , and Φ C calculated from the formula 18 using LHSV using the formula 28 , and the results were β 1 = 0.45 and β 2 = 1.35.
Using the above parameters, (1) the required temperature Tt was calculated from the above-mentioned formula 15, and (3) the naphtha yield Ct was calculated from the above-mentioned formula 18. The results are shown in Table 1.
[実施例2]
ベンチスケールで、常圧蒸留軽油を99体積%含む原料油を水素化処理触媒Bに接触処理させることにより水素化処理反応を行った。得られた結果を基に、劣化関数を算出した。なお、本実施例では前記式10で表される劣化関数2を使用した。前記式10~12における基本劣化パラメータを上述の方法により求めた所、k1=0.45、k2=0.55、α1=0.01、α2=0.002、PB=3.234(MPa)、a=2、GB=400(Nm3/kL)、b=1.3、EC=83.1(kJ/mol)、TB=625(K)、TSOR=629(K)、n=1.2であった。
ベンチスケールで行った水素化処理反応と同じ原料油、水素化処理触媒を用いて、実機で反応を行った。前記式11及び12における運転条件として、SF=1.57(質量%)、P=4.9(MPa)、G=250(Nm3/kL)、LHSV=2.0(h-1)、SP=0.0008(質量%)とした。
また、事前に上述の方法で、脱硫の活性化エネルギー、分解の活性化エネルギーを求めた所、Ea=120(kJ/mol)、ED=120(kJ/mol)であった。
[Example 2]
A bench-scale hydrotreating reaction was carried out by contacting a feedstock containing 99% by volume of atmospheric distillation gas oil with hydrotreating catalyst B. Based on the obtained results, a degradation function was calculated. In this example, degradation function 2 represented by equation 10 was used. The basic degradation parameters in equations 10 to 12 were determined by the above-mentioned method, and the following were found: k 1 =0.45, k 2 =0.55, α 1 =0.01, α 2 =0.002, P B =3.234 (MPa), a=2, G B =400 (Nm 3 /kL), b=1.3, E C =83.1 (kJ/mol), T B =625 (K), T SOR =629 (K), and n=1.2.
The reaction was carried out in an actual plant using the same feedstock and hydrotreating catalyst as in the bench-scale hydrotreating reaction. The operating conditions in Equations 11 and 12 were: S F = 1.57 (mass%), P = 4.9 (MPa), G = 250 (Nm 3 /kL), LHSV = 2.0 (h −1 ), and S P = 0.0008 (mass%).
Furthermore, the activation energy of desulfurization and the activation energy of decomposition were determined in advance by the above-mentioned method, and were found to be Ea = 120 (kJ/mol) and E D = 120 (kJ/mol).
反応経過1日時におけるナフサ得量の実測値から前記式25より、kC0(T0)を求めた所、0.069[h-1]であった。また、この際の反応温度の実測値T0は629(K)であった。その後の反応開始初期において、前記式10で求められたΦ1(k1×exp(-D1t))及びΦ2(k2×exp(-D2t))と、ナフサ得量の実測値、前記kC0(T0)、及びLHSVにより前記式18から求められたΦCから、前記式28によりβ1、β2を求めた所、β1=0.45、β2=1.35であった。
以上のパラメータを用いて、前記式15より(1)要求温度Ttを、前記式18より(3)ナフサ得量Ctを求めた。結果を表2に示す。
When k C0(T0) was calculated from the measured value of the naphtha yield at one day and time of reaction using Equation 25, it was 0.069 [h −1 ]. The measured value of the reaction temperature at this time, T0 , was 629 (K). Thereafter, in the initial stage of the reaction, β 1 and β 2 were calculated from Φ 1 (k 1 × exp(−D 1 t)) and Φ 2 (k 2 × exp(−D 2 t)) calculated using Equation 10, the measured value of the naphtha yield, k C0(T0) , and Φ C calculated from Equation 18 using LHSV using Equation 28 , and the results were β 1 = 0.45 and β 2 = 1.35.
Using the above parameters, (1) the required temperature Tt was calculated from the above-mentioned formula 15, and (3) the naphtha yield Ct was calculated from the above-mentioned formula 18. The results are shown in Table 2.
表1、2に示された通り、本発明によって求められたナフサ得量Ctは、ナフサ得量の実測値とほぼ同等となることがわかった。 As shown in Tables 1 and 2, it was found that the naphtha yield Ct calculated by the present invention was almost equal to the actually measured value of the naphtha yield.
1・・・ナフサ得量算出装置
11・・・取得部
12・・・計算機本体
13・・・演算部
14・・・出力部
1... Naphtha yield calculation device 11... Acquisition unit 12... Computer main body 13... Calculation unit 14... Output unit
Claims (6)
取得した前記原料油に関する情報、前記生成油に関する情報、及び前記運転条件に関する情報に基づき、劣化関数により、触媒の脱硫反応の劣化度及び分解反応の劣化度を算出する劣化度算出ステップと、
前記触媒の脱硫反応の劣化度に基づき、前記原料油に関する情報、前記生成油に関する情報、及び前記運転条件を満たすために必要な反応温度を算出する反応温度算出ステップと、
前記反応温度及び前記触媒の分解反応の劣化度に基づき、ナフサ得量を算出するナフサ得量算出ステップと、を含む、情報処理方法であって、
前記劣化関数は、下式2で表される関数である、情報処理方法。
Φ=exp(-Dt) 式2
前記式2中、Φは触媒の劣化度であり、Dは触媒の活性種の劣化係数であり下式3から算出され、tは反応経過日数(日)である。
a deterioration degree calculation step of calculating a deterioration degree of a desulfurization reaction and a deterioration degree of a cracking reaction of the catalyst using a deterioration function based on the acquired information on the feedstock oil, the information on the product oil, and the information on the operating conditions;
a reaction temperature calculation step of calculating information about the feed oil, information about the product oil, and a reaction temperature necessary to satisfy the operating conditions based on the degree of deterioration of the desulfurization reaction of the catalyst;
and a naphtha yield calculation step of calculating a naphtha yield based on the reaction temperature and a deterioration degree of the decomposition reaction of the catalyst ,
The information processing method, wherein the degradation function is a function expressed by the following equation 2 :
Φ=exp(-Dt) Formula 2
In the above formula 2, Φ is the degree of deterioration of the catalyst, D is the deterioration coefficient of the active species of the catalyst and is calculated using the following formula 3, and t is the number of days elapsed since the reaction began.
取得した前記原料油に関する情報、前記生成油に関する情報、及び前記運転条件に関する情報に基づき、劣化関数により、触媒の脱硫反応の劣化度及び分解反応の劣化度を算出する劣化度算出ステップと、
前記触媒の脱硫反応の劣化度に基づき、前記原料油に関する情報、前記生成油に関する情報、及び前記運転条件を満たすために必要な反応温度を算出する反応温度算出ステップと、
前記反応温度及び前記触媒の分解反応の劣化度に基づき、ナフサ得量を算出するナフサ得量算出ステップと、を含む、情報処理方法であって、
前記劣化関数は、下式10で表される関数である、情報処理方法。
Φ=k 1 ×exp(-D 1 t)+k 2 ×exp(-D 2 t) 式10
前記式10中、k 1 は触媒の脱硫反応の易失活活性種の活性点係数であり、k 2 は触媒の脱硫反応の難失活活性種の活性点係数であり、活性点係数は両活性種の脱硫反応の相対反応速度定数を表す。D 1 は触媒の脱硫反応の易失活活性種の劣化係数であり下式11から算出され、D 2 は触媒の脱硫反応の難失活活性種の劣化係数であり下式12から算出され、tは反応経過日数(日)であり、k 1 +k 2 =1であり、k 1 及びk 2 は、実機で反応を行いながら求められる、又は実機運転条件に基づいてベンチスケールにおいて事前に求められる。
a deterioration degree calculation step of calculating a deterioration degree of a desulfurization reaction and a deterioration degree of a cracking reaction of the catalyst using a deterioration function based on the acquired information on the feedstock oil, the information on the product oil, and the information on the operating conditions;
a reaction temperature calculation step of calculating information about the feed oil, information about the product oil, and a reaction temperature necessary to satisfy the operating conditions based on the degree of deterioration of the desulfurization reaction of the catalyst;
and a naphtha yield calculation step of calculating a naphtha yield based on the reaction temperature and a deterioration degree of the decomposition reaction of the catalyst,
The information processing method, wherein the degradation function is a function expressed by the following equation 10 :
Φ=k 1 ×exp(-D 1 t)+k 2 ×exp(-D 2 t) Equation 10
In Equation 10, k1 is the active site coefficient of the easily deactivated active species in the desulfurization reaction of the catalyst, k2 is the active site coefficient of the resistant to deactivation active species in the desulfurization reaction of the catalyst, and the active site coefficients represent the relative reaction rate constants of the desulfurization reaction of both active species. D1 is the deterioration coefficient of the easily deactivated active species in the desulfurization reaction of the catalyst and is calculated from Equation 11 below, D2 is the deterioration coefficient of the resistant to deactivation active species in the desulfurization reaction of the catalyst and is calculated from Equation 12 below, t is the number of days elapsed since the reaction began (days), k1 + k2 = 1, and k1 and k2 are determined during the reaction in an actual system or are determined in advance on a bench scale based on the operating conditions of the actual system.
前記劣化関数は、下式2で表される関数である、ナフサ得量算出装置。
Φ=exp(-Dt) 式2
前記式2中、Φは触媒の劣化度であり、Dは触媒の活性種の劣化係数であり下式3から算出され、tは反応経過日数(日)である。
The naphtha yield calculation device, wherein the deterioration function is a function expressed by the following equation 2 .
Φ=exp(-Dt) Formula 2
In the above formula 2, Φ is the degree of deterioration of the catalyst, D is the deterioration coefficient of the active species of the catalyst and is calculated using the following formula 3, and t is the number of days elapsed since the reaction began.
前記劣化関数は、下式10で表される関数である、ナフサ得量算出装置。
Φ=k 1 ×exp(-D 1 t)+k 2 ×exp(-D 2 t) 式10
前記式10中、k 1 は触媒の脱硫反応の易失活活性種の活性点係数であり、k 2 は触媒の脱硫反応の難失活活性種の活性点係数であり、活性点係数は両活性種の脱硫反応の相対反応速度定数を表す。D 1 は触媒の脱硫反応の易失活活性種の劣化係数であり下式11から算出され、D 2 は触媒の脱硫反応の難失活活性種の劣化係数であり下式12から算出され、tは反応経過日数(日)であり、k 1 +k 2 =1であり、k 1 及びk 2 は、実機で反応を行いながら求められる、又は実機運転条件に基づいてベンチスケールにおいて事前に求められる。
The naphtha yield calculation device, wherein the deterioration function is a function expressed by the following equation 10 .
Φ=k 1 ×exp(-D 1 t)+k 2 ×exp(-D 2 t) Equation 10
In Equation 10, k1 is the active site coefficient of the easily deactivated active species in the desulfurization reaction of the catalyst, k2 is the active site coefficient of the resistant to deactivation active species in the desulfurization reaction of the catalyst, and the active site coefficients represent the relative reaction rate constants of the desulfurization reaction of both active species. D1 is the deterioration coefficient of the easily deactivated active species in the desulfurization reaction of the catalyst and is calculated from Equation 11 below, D2 is the deterioration coefficient of the resistant to deactivation active species in the desulfurization reaction of the catalyst and is calculated from Equation 12 below, t is the number of days elapsed since the reaction began (days), k1 + k2 = 1, and k1 and k2 are determined during the reaction in an actual system or are determined in advance on a bench scale based on the operating conditions of the actual system.
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| WO2018216746A1 (en) | 2017-05-25 | 2018-11-29 | コスモ石油株式会社 | Method, server, computer-readable command, and recording medium for providing recommended operation condition for plant |
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| 出井一夫 他,軽・重質油水素化脱硫反応における触媒活性劣化の動力学的モデルと解析法,化学工学論文集,第21巻第6号,1995年,https://www.jstage.jst.go.jp/article/kakoronbunshu1975/21/6/21_6_972/_pdf |
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