JP7806453B2 - Naphtha inspection method - Google Patents
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Description
本発明は、管式加熱法又はスチーム・クラッキング法により、ナフサを分解して低級オレフィンを製造するにあたり、低級オレフィンの製造に用いる原料ナフサとしての合否を判定する、ナフサの検査方法に関する。 The present invention relates to a naphtha inspection method for determining whether naphtha is suitable as a raw material for use in producing lower olefins by cracking naphtha using a tubular heating method or a steam cracking method.
Very Large Crude(Oil)Carrier(以下、「VLCC」と称する。)で運ばれてきたナフサは、エチレンやプロピレン等の石油化学製品を製造するエチレンプラントに供される前に、一旦ナフサタンクに揚げられる。原料ナフサは、その産出地により含有成分や性状に違いがあるため、上記の石油化学製品製造プロセスでは、運ばれてきたナフサをそのままエチレンプラントに供給することもあれば、或いは又、運ばれてきたナフサを予めタンク内に貯蔵されたナフサに適当な混合比率で混合したり、或いは、1つまたは2つ以上のタンク内に貯蔵されたナフサを適当な混合比率で混合したりしてエチレンプラントに供給して、各種石油化学製品の製造が行われる。 Naphtha transported in Very Large Crude (Oil) Carriers (hereinafter referred to as "VLCCs") is first pumped into naphtha tanks before being sent to ethylene plants where petrochemical products such as ethylene and propylene are produced. Because the components and properties of raw naphtha vary depending on its place of origin, in the above-mentioned petrochemical production process, the transported naphtha is sometimes supplied to the ethylene plant as is, or it is mixed with naphtha stored in advance in a tank at an appropriate ratio, or naphtha stored in one or more tanks is mixed at an appropriate ratio and supplied to the ethylene plant to produce various petrochemical products.
エチレンやプロピレン等の低級オレフィンの代表的な製造方法としては、ナフサ(30~230℃程度の沸点範囲をもつ原油由来の炭化水素混合物)を水蒸気の存在下に熱分解(スチーム・クラッキング)する方法が知られている(例えば特許文献1)。 A typical method for producing lower olefins such as ethylene and propylene involves thermal cracking (steam cracking) of naphtha (a crude oil-derived hydrocarbon mixture with a boiling point range of approximately 30 to 230°C) in the presence of steam (see, for example, Patent Document 1).
ナフサには、含酸素化合物が含まれており、ナフサを熱分解して各種低級オレフィンを製造する際、含酸素化合物の熱分解物に由来するメタノールを生成する場合がある。なお、ナフサに含まれる含酸素化合物は種々存在するが、それら含酸素化合物からメタノールが生成する割合は一定ではなく、その詳細は明らかにされていない。
含酸素化合物の熱分解物に由来するメタノールは、プロピレン等の製品低級オレフィンに混入すると、プロピレン等の低級オレフィンを重合する際に用いる触媒の性能を低下させるという問題があった。
Naphtha contains oxygen-containing compounds, and when naphtha is thermally cracked to produce various lower olefins, methanol may be produced from the pyrolysis products of the oxygen-containing compounds. Although naphtha contains a variety of oxygen-containing compounds, the ratio of methanol produced from these oxygen-containing compounds is not constant, and the details have not been made clear.
Methanol derived from the thermal decomposition products of oxygen-containing compounds has the problem that, when mixed with the product lower olefins such as propylene, it reduces the performance of the catalyst used in polymerizing the lower olefins such as propylene.
このため、ナフサ中の含酸素化合物の含有濃度がナフサの品質の良否の判断基準とされており、通常、ナフサの購入者は、購入したナフサの含酸素化合物含有量を検査し、含酸素化合物含有量が所定値以下のナフサに、他のナフサをブレンドせずに低級オレフィンの製造に用いることもあれば、一方で、含酸素化合物含有量が多いナフサには、含酸素化合物含有濃度が低いナフサをブレンドし、ナフサ中の含酸素化合物の含有濃度を低減してから、低級オレフィンの製造に用いている。 For this reason, the concentration of oxygen-containing compounds in naphtha is used as a criterion for judging the quality of naphtha. Naphtha purchasers typically inspect the oxygen-containing compound content of the naphtha they purchase, and use naphtha with an oxygen-containing compound content below a specified value for the production of light olefins without blending it with other naphthas. Conversely, naphtha with a high oxygen-containing compound content is blended with naphtha with a low oxygen-containing compound concentration to reduce the oxygen-containing compound concentration in the naphtha before using it for the production of light olefins.
前述のとおり、従来、ナフサに含まれる含酸素化合物の種類と、該含酸素化合物の熱分解に由来するメタノールの生成量との関係についての詳細は明らかにされていなかった。そのため、ナフサ中の含酸素化合物の含有濃度からナフサの良否を判定しても、必ずしもその含有濃度に、実際に熱分解により低級オレフィンを製造した際のメタノール生成濃度が比例するとは限らなかった。即ち、メタノール生成濃度の低い良質なナフサを的確に判定する方法はこれまで知られていなかった。 As mentioned above, the relationship between the types of oxygen-containing compounds contained in naphtha and the amount of methanol produced from the thermal decomposition of those oxygen-containing compounds had not previously been clarified. Therefore, even if the quality of naphtha was determined based on the concentration of oxygen-containing compounds contained in the naphtha, the concentration of methanol produced when lower olefins were actually produced by thermal decomposition was not necessarily proportional to that concentration. In other words, no method had been known to accurately determine high-quality naphtha with a low concentration of methanol produced.
本発明はこれらの問題点を解決することを目的とする。すなわち、本発明は、管式加熱法又はスチーム・クラッキング法により、エーテルを含有するナフサを分解して低級オレフィンを製造するにあたり、低級オレフィン製造に用いる原料ナフサとしての合否を的確に判定するためのナフサの検査方法を提供することを課題とする。 The objective of the present invention is to solve these problems. Specifically, the objective of the present invention is to provide a naphtha inspection method that accurately determines whether or not naphtha containing ethers is acceptable as a raw material for use in producing lower olefins when the naphtha is cracked using a tubular heating method or a steam cracking method to produce lower olefins.
本発明者らは、上記課題を解決すべく検討を重ねた結果、含酸素化合物の中でもエーテル結合の酸素原子に対して非対称構造を有する特定のエーテルが、ナフサの熱分解工程において分子中の特定の結合が選択的に分解し易く、特に、分解によりメタノールを生成し易いこと、該非対称構造を有する特定のエーテル、より好ましくは非対称構造を有する特定のエーテルの、エーテル結合の酸素原子に結合する2つの炭素原子の電荷の値の差の絶対値ΔE[単位:e]が所定値以上であるエーテルに由来する酸素原子の含有量でナフサの良否を判定できるとの知見を得、この知見に基づき本発明を完成させた。 As a result of extensive research aimed at solving the above-mentioned problems, the inventors discovered that, among oxygen-containing compounds, certain ethers that have an asymmetric structure with respect to the oxygen atom of the ether bond are prone to selective decomposition of specific bonds in the molecule during the naphtha thermal cracking process, and are particularly prone to producing methanol through decomposition. They also discovered that the quality of naphtha can be determined based on the content of oxygen atoms derived from such specific ethers with an asymmetric structure, more preferably specific ethers with an asymmetric structure, where the absolute value ΔE [unit: e] of the difference in the electric charges of the two carbon atoms bonded to the oxygen atom of the ether bond is a predetermined value or greater. Based on this discovery, the present invention was completed.
即ち、本発明は、
管式加熱法又はスチーム・クラッキング法により、エーテルを含有するナフサを分解して低級オレフィンを製造するにあたり、該ナフサについて、低級オレフィン製造に用いる原料ナフサとしての合否を判定するためのナフサの検査方法であって、
ガスクロマトグラフィー法によって測定した、非対称構造を有する前記エーテルの含有量が、該エーテルに由来する酸素原子の含有量に換算して20,000質量ppm以下であるナフサを、低級オレフィン製造に用いる原料ナフサとして合格とする、ナフサの検査方法、
を要旨とする。
That is, the present invention provides:
A naphtha inspection method for determining whether or not a naphtha containing ether is acceptable as a raw material naphtha to be used in the production of lower olefins by cracking the naphtha using a tubular heating method or a steam cracking method, comprising:
a naphtha inspection method, in which naphtha having a content of the ether having an asymmetric structure, measured by gas chromatography, converted into a content of oxygen atoms derived from the ether, of 20,000 mass ppm or less is deemed acceptable as a raw material naphtha to be used in the production of lower olefins;
The summary is as follows.
本発明によれば、熱分解における低級オレフィン製造時のメタノール生成量の少ないナフサをより的確に判定し、このようなナフサを用いてメタノール含有濃度の低い低級オレフィンを製造することができる。具体的には、ナフサ中の特定のエーテル、具体的には非対称構造を有するエーテルに由来する酸素原子の含有量が所定値以下である場合に、低級オレフィン製造時のメタノール生成濃度の低い良質な原料ナフサとして的確に判定することができる。 According to the present invention, naphtha that produces a low amount of methanol during the production of lower olefins by thermal cracking can be more accurately identified, and such naphtha can be used to produce lower olefins with a low concentration of methanol. Specifically, when the content of oxygen atoms derived from specific ethers, specifically ethers with an asymmetric structure, in naphtha is below a predetermined value, it can be accurately identified as a high-quality raw material naphtha that produces a low concentration of methanol during the production of lower olefins.
さらに、本発明によれば、ナフサ中の特定のエーテル、具体的にはエーテル結合を構成している酸素原子と結合する2つの炭素原子について、密度汎関数法によって求めた、一方の炭素原子の電荷E1と他方の炭素原子の電荷E2との差の絶対値ΔE(ΔE=|E1-E2|)が0.05[単位:e]以上であるエーテルに由来する酸素原子の含有量から、ナフサの低級オレフィン原料としての良否を、より的確に判定することができる。
このため、例えば、含酸素化合物の含有濃度が高いために安価なナフサの中から、ΔEが0.05[単位:e]以上のエーテルに由来する酸素原子の含有量の低いナフサを選択して、安価な原料ナフサを用いた上でメタノール生成濃度を抑えて高純度の低級オレフィンを製造することができる。また、含酸素化合物の含有濃度が高いナフサであっても、ΔEが0.05[単位:e]以上のエーテルに由来する酸素原子の含有量が低いものであれば、含酸素化合物含有濃度の低いナフサをブレンドすることなく、そのまま原料ナフサとして用いることができる。
Furthermore, according to the present invention, the suitability of naphtha as a lower olefin raw material can be more accurately determined from the content of oxygen atoms derived from specific ethers in naphtha, specifically, ethers in which the absolute value ΔE (ΔE=|E1-E2|) of the difference between the charge E1 of one carbon atom and the charge E2 of the other carbon atom, determined by density functional theory, is 0.05 (unit: e) or more for two carbon atoms bonded to oxygen atoms constituting an ether bond.
Therefore, for example, by selecting naphtha having a low content of oxygen atoms derived from ethers with a ΔE of 0.05 (unit: e) or more from among naphthas that are inexpensive due to their high concentration of oxygen-containing compounds, it is possible to produce high-purity lower olefins using inexpensive naphtha as a raw material while suppressing the concentration of methanol produced. Furthermore, even if naphtha has a high concentration of oxygen-containing compounds, if it has a low content of oxygen atoms derived from ethers with a ΔE of 0.05 (unit: e) or more, it can be used as the raw material naphtha as is without blending it with naphtha having a low concentration of oxygen-containing compounds.
以下、本発明を詳細に説明するが、本発明は以下の説明に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、任意に変形して実施することができる。 The present invention is described in detail below, but the present invention is not limited to the following description and can be modified and implemented as desired without departing from the spirit of the present invention.
なお、特に断らない限り、本明細書において「~」を用いて表される数値範囲は、「~」の前後に記載された数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味し、「A~B」は、A以上B以下であることを意味する。 Unless otherwise specified, numerical ranges expressed using "~" in this specification mean a range that includes the numbers written before and after "~" as the lower and upper limits, and "A~B" means greater than or equal to A and less than or equal to B.
本発明において、「低級オレフィン」とは、1分子中に不飽和結合を1個又は2個含む炭素数2~4の不飽和炭化水素を意味し、具体的にはエチレン、プロピレン、1-ブテン、2-ブテン、イソブテン、1,2-ブタジエン及び1,3-ブタジエンが挙げられる。 In the present invention, "lower olefin" refers to an unsaturated hydrocarbon having 2 to 4 carbon atoms and containing one or two unsaturated bonds per molecule, and specific examples include ethylene, propylene, 1-butene, 2-butene, isobutene, 1,2-butadiene, and 1,3-butadiene.
[ナフサの検査方法]
本発明のナフサの検査方法は、管式加熱法又はスチーム・クラッキング法により、エーテルを含有するナフサを分解して低級オレフィンを製造するにあたり、該ナフサについて、低級オレフィン製造に用いる原料ナフサとしての合否を判定するためのナフサの検査方法であって、ガスクロマトグラフィー法によって測定した、非対称構造を有する前記エーテル(以下、「非対称エーテル」と称す場合がある。)の含有量が、該エーテルに由来する酸素原子(以下、「エーテル酸素原子」又は「非対称エーテル酸素原子」と称す場合がある。)の含有量に換算して20,000質量ppm以下であるナフサを、低級オレフィン製造に用いる原料ナフサとして合格とする。
[Naphtha inspection method]
The naphtha inspection method of the present invention is a naphtha inspection method for determining whether or not a naphtha containing ethers is acceptable as a raw material naphtha to be used in the production of lower olefins by cracking the naphtha using a tubular heating method or a steam cracking method, and naphtha having a content of ethers having an asymmetric structure (hereinafter sometimes referred to as "asymmetric ethers") measured by gas chromatography, converted into a content of oxygen atoms derived from the ethers (hereinafter sometimes referred to as "ether oxygen atoms" or "asymmetric ether oxygen atoms") of 20,000 mass ppm or less, is deemed to be acceptable as a raw material naphtha to be used in the production of lower olefins.
本発明では、上記の通り、ナフサ中の非対称エーテル酸素原子の含有量に基づいて低級オレフィン製造用原料ナフサとしての合否を判定と、更に、ナフサの比重に基づく判定及び/又はナフサ中の直鎖状パラフィン及び分岐状パラフィンの含有量に基づく判定とを行って、低級オレフィン製造用原料ナフサとしての合否を判定してもよい。
以下に、非対称エーテル酸素原子の含有量に基づく判定を「判定基準I」と称し、比重に基づく判定を「判定基準II」と称し、直鎖状パラフィン及び分岐状パラフィンの含有量に基づく判定を「判定基準III」と称す。
In the present invention, as described above, the acceptability of naphtha as a raw material for lower olefin production may be determined based on the content of asymmetric ether oxygen atoms in the naphtha, and further based on the specific gravity of the naphtha and/or the contents of linear paraffins and branched paraffins in the naphtha to determine the acceptability of naphtha as a raw material for lower olefin production.
Hereinafter, the judgment based on the content of asymmetric ether oxygen atoms will be referred to as "judgment criterion I," the judgment based on the specific gravity will be referred to as "judgment criterion II," and the judgment based on the contents of linear paraffins and branched paraffins will be referred to as "judgment criterion III."
<メカニズム>
エーテルは、低級オレフィンの製造用原料であるナフサに含まれる化合物である。
本発明において測定対象とする、非対称エーテルは、エーテル酸素原子に対して非対称構造を有する。
<Mechanism>
Ethers are compounds found in naphtha, a raw material used in the production of lower olefins.
The asymmetric ethers to be measured in the present invention have an asymmetric structure with respect to the ether oxygen atom.
この測定対象の非対称エーテルの中でも、非対称エーテル酸素原子と結合する2つの炭素原子について、密度汎関数法によって求めた、一方の炭素原子の電荷E1[単位:e]と他方の炭素原子の電荷E2[単位:e]との差の絶対値ΔE(ΔE=|E1-E2|)が0.05[単位:e]以上であるものは、これを測定対象とすることで、原料ナフサを熱分解して得られた低級オレフィン中のメタノールの含有量をより効果的に低減することができる。
なお、本明細書において、「e」は電子素量を意味し、e=1.602176634×10-19[単位:C]である。
前記2つの炭素原子の電荷の値は、前記エーテルの分子構造について、密度汎関数法(DFT)計算を行い算出される。DFTの計算条件には、基底関数系としてdef-TZVPを使用し、溶媒効果としてCOSMO溶媒和モデル(COnductor like Screening MOdel)を採用し、解析方法としてMullikenの電荷密度解析法(Population Analysis)を用いることができる。
前記ΔEの計算には、量子化学計算ソフト「TURBOMOLE」(TURBOMOLE社製)及びTURBOMOLE用のグラフィカルユーザーインターフェイス「TmoleX」(TURBOMOLE社製)を使用できる。
Among the asymmetric ethers to be measured, those for which the absolute value ΔE (ΔE=|E1-E2|) of the difference between the charge E1 [unit: e] of one carbon atom and the charge E2 [unit: e] of the other carbon atom, as determined by density functional theory, is 0.05 [unit: e] or more, can be used to measure the methanol content in the lower olefins obtained by thermal cracking of the raw naphtha, thereby making it possible to more effectively reduce the methanol content in the lower olefins obtained by thermal cracking of the raw naphtha.
In this specification, "e" means the elementary electron quantity, and e=1.602176634×10 −19 [unit: C].
The charge values of the two carbon atoms are calculated by performing density functional theory (DFT) calculations on the molecular structure of the ether. The DFT calculation conditions include using def-TZVP as the basis set, the COSMO solvation model (Conductor-like Screening Model) as the solvent effect, and Mulliken's population analysis.
The ΔE can be calculated using quantum chemistry calculation software "TURBOMOLE" (manufactured by TURBOMOLE) and a graphical user interface for TURBOMOLE, "TmoleX" (manufactured by TURBOMOLE).
一般的に、前記ΔEが大きいエーテルは、エーテル酸素原子に対して非対称構造を有する、非対称エーテルである。本発明者らは、非対称エーテルは、熱分解条件下で熱分解してメタノールを生成し易い傾向があることを見出した。
さらに本発明者らは、エーテルのΔEが大きいほど、エーテル酸素原子に結合する2つの炭素原子間に電荷の偏りがあるため、このようなエーテルは熱分解条件下で熱分解してメタノールを生成し易い傾向があることを見出した。
In general, ethers with a large ΔE are asymmetric ethers having an asymmetric structure with respect to the ether oxygen atom. The present inventors have found that asymmetric ethers tend to be easily thermally decomposed to produce methanol under thermal decomposition conditions.
Furthermore, the present inventors have found that the larger the ΔE of an ether, the more biased the charge is between the two carbon atoms bonded to the ether oxygen atom, and therefore, such an ether tends to be easily thermally decomposed to produce methanol under pyrolysis conditions.
さらに、本発明者らは、ナフサ中の非対称エーテル、より好ましくは前記ΔE[単位:e]が0.05以上である非対称エーテルに由来する酸素原子の含有量が20,000質量ppm以下のナフサであれば、これを熱分解して得られた低級オレフィン中のメタノールの含有濃度をより顕著に低減できることを見出した。 Furthermore, the inventors have discovered that if the naphtha contains asymmetric ethers, more preferably asymmetric ethers with a ΔE (unit: e) of 0.05 or more, and the content of oxygen atoms derived from these is 20,000 mass ppm or less, the methanol concentration in the lower olefins obtained by thermal cracking this naphtha can be more significantly reduced.
例えば、エーテル酸素原子に対して非対称構造を有する非対称エーテルとして、2-メトキシブタン(CH3CH2CH(CH3)-O-CH3)、メトキシシクロペンタン(C5H9-O-CH3)、1-メトキシプロパン(CH3CH2CH2-O-CH3)は、ΔE[単位:e]がそれぞれ0.181、0.151、0.084であり、ΔEが大きく、電荷の偏りが大きいため、分子中の特定の結合が選択的に分解され易い。その結果、これらのエーテルを含有するナフサの熱分解工程において、前記エーテルはメタノールを生成し易い。 For example, asymmetric ethers having an asymmetric structure with respect to the ether oxygen atom, 2-methoxybutane ( CH3CH2CH ( CH3 )-O- CH3 ), methoxycyclopentane ( C5H9 - O - CH3 ), and 1-methoxypropane ( CH3CH2CH2 - O- CH3 ) have ΔE [unit: e] of 0.181, 0.151, and 0.084 , respectively. Because ΔE is large and the charge is highly biased, specific bonds in the molecule are likely to be selectively decomposed. As a result, in the thermal cracking process of naphtha containing these ethers, the ethers are likely to produce methanol.
一方、エーテル酸素原子に対して対称構造を有するエーテル(以下、「対称エーテル」という。)として、ジメチルエーテル(CH3-O-CH3)、ジエチルエーテル(CH3-CH2-O-CH2-CH3)、ジイソプロピルエーテル((CH3)2CH-O-CH(CH3)2)、ジプロピルエーテル(CH3-CH2-CH2-O-CH2-CH2-CH3)は、ΔE[単位:e]がそれぞれ0.004、0.001、0.010、0.000であり、ΔEが小さく、電荷の偏りが小さいため、分子中の特定の結合が選択的に分解されるということが起こりにくい。その結果、これらの対称エーテルを含有するナフサの熱分解工程において、前記対称エーテルはメタノールを生成し難い。 On the other hand, ethers having a symmetric structure with respect to the ether oxygen atom (hereinafter referred to as "symmetric ethers"), such as dimethyl ether ( CH3 -O- CH3 ), diethyl ether ( CH3 - CH2 -O- CH2 - CH3 ), diisopropyl ether (( CH3 ) 2CH -O-CH( CH3 ) 2 ), and dipropyl ether ( CH3 - CH2 - CH2 -O- CH2 - CH2 - CH3 ), have ΔE [unit: e] of 0.004, 0.001, 0.010, and 0.000, respectively. Because ΔE is small and charge imbalance is small, selective decomposition of specific bonds in the molecule is unlikely to occur. As a result, in the thermal cracking process of naphtha containing these symmetric ethers, the symmetric ethers are unlikely to produce methanol.
本発明のナフサの検査方法では、非対称エーテル酸素原子の含有量が20,000質量ppm以下のナフサを低級オレフィン製造用原料ナフサとして合格と判定し、このようなナフサを低級オレフィンの製造原料として用いることで、メタノール生成量を抑えて製品価値の高い低級オレフィンを製造することができる。 In the naphtha inspection method of the present invention, naphtha with an asymmetric ether oxygen atom content of 20,000 ppm by mass or less is determined to be acceptable as a naphtha feedstock for the production of light olefins. By using such naphtha as a feedstock for the production of light olefins, it is possible to reduce the amount of methanol produced and produce light olefins with high commercial value.
<判定基準I>
判定基準Iでは、ガスクロマトグラフィー法によりナフサ中の非対称エーテルの含有量を測定し、非対称エーテル酸素原子の含有量としての換算値が20,000質量ppm以下であるものを合格と判定する。
ナフサ中の非対称エーテル酸素原子の含有量が20,000質量ppm以下であれば、このナフサを熱分解して得られた低級オレフィン中の生成メタノールの含有量を低減できる。合格と評価する非対称エーテル酸素原子含有量の値は、1,000質量ppm以下であることが好ましく、100質量ppm以下であることがより好ましく、さらに好ましくは50質量ppm以下である。
<Judgment Criteria I>
In Criterion I, the content of asymmetric ether in naphtha is measured by gas chromatography, and naphtha having a converted value of 20,000 mass ppm or less asymmetric ether oxygen atom content is judged to be acceptable.
If the content of asymmetric ether oxygen atoms in naphtha is 20,000 ppm by mass or less, the content of methanol produced in lower olefins obtained by thermal cracking of this naphtha can be reduced. The value of the asymmetric ether oxygen atom content evaluated as passing is preferably 1,000 ppm by mass or less, more preferably 100 ppm by mass or less, and even more preferably 50 ppm by mass or less.
一方で、合格と評価する非対称エーテル酸素原子含有量の値の下限は特に限定されない。通常は、一般的な分析機器であるGC及びGC/MS測定による定量下限値から0.1質量ppm以上であるが、0.2質量ppm以上であることが好ましく、0.5質量ppm以上であることがより好ましく、1質量ppm以上であることがさらに好ましく、10質量ppm以上であることが特に好ましく、20質量ppm以上であることが最も好ましい。 On the other hand, there is no particular lower limit for the asymmetric ether oxygen atom content value that is evaluated as passing. It is usually 0.1 ppm by mass or more from the lower limit of quantitation measured by GC and GC/MS, which are common analytical instruments, but 0.2 ppm by mass or more is preferable, 0.5 ppm by mass or more is more preferable, 1 ppm by mass or more is even more preferable, 10 ppm by mass or more is particularly preferable, and 20 ppm by mass or more is most preferable.
なお、判定基準Iにおいて、評価対象とする非対称エーテルは、エーテル酸素原子と結合する2つの炭素原子について、密度汎関数法によって求めた、一方の炭素原子の電荷E1と他方の炭素原子の電荷E2との差の絶対値ΔE(ΔE=|E1-E2|)が0.05[単位:e]以上であることが、本発明により合格と判定したナフサを熱分解して得られた低級オレフィン中のメタノールの含有量をより効果的に低減することができる観点からが好ましい。 In addition, in Criterion I, it is preferable that the asymmetric ether to be evaluated has an absolute value ΔE (ΔE = |E1 - E2|) of the difference between the charge E1 of one carbon atom and the charge E2 of the other carbon atom, calculated by density functional theory, for the two carbon atoms bonded to the ether oxygen atom, of 0.05 (unit: e) or more, from the perspective of more effectively reducing the methanol content in the lower olefins obtained by thermal cracking naphtha that has been determined to be acceptable according to the present invention.
本発明に係る非対称エーテルとしては、2-メトキシブタン(CH3CH2CH(CH3)-O-CH3)、メトキシシクロペンタン(C5H9-O-CH3)、1-メトキシプロパン(CH3CH2CH2-O-CH3)等が挙げられるが、何らこれらに限定されない。 Asymmetric ethers according to the present invention include, but are not limited to, 2-methoxybutane (CH 3 CH 2 CH(CH 3 )—O—CH 3 ), methoxycyclopentane (C 5 H 9 —O—CH 3 ), 1-methoxypropane (CH 3 CH 2 CH 2 —O—CH 3 ), and the like.
前記非対称エーテルは、本発明により合格と判定したナフサを熱分解して得られる低級オレフィン中の生成メタノールの含有量を効果的に低減できることから、分子中にエーテル酸素原子を1つのみ有するモノエーテルであることが好ましい。 The asymmetric ether is preferably a monoether having only one ether oxygen atom in the molecule, since this can effectively reduce the content of methanol produced in the lower olefins obtained by thermal cracking naphtha that has been determined to be acceptable according to the present invention.
さらに、前記ΔE[単位:e]が0.05以上の非対称エーテルは、分子中の少なくとも1つのエーテル結合のΔEの値が0.05以上のものであるが、ΔEの値とメタノールの生成量との相関性が高いため、得られる低級オレフィン中の生成メタノールの含有量を効果的に低減できることから、分子中にエーテル酸素原子を1つのみ有するモノエーテルであることが好ましい。 Furthermore, the asymmetric ether having a ΔE (unit: e) of 0.05 or greater is one in which the ΔE value of at least one ether bond in the molecule is 0.05 or greater. However, since there is a high correlation between the ΔE value and the amount of methanol produced, it is preferable for the ether to be a monoether having only one ether oxygen atom in the molecule, as this can effectively reduce the content of produced methanol in the resulting lower olefin.
また、前記非対称エーテル、好ましくは、前記ΔEが0.05以上の非対称エーテルは、2-メトキシブタン、メトキシシクロペンタン、1-メトキシプロパンのように、エーテル酸素原子と結合する2つの炭素原子の一方がメチル基の炭素原子であることが、得られる低級オレフィン中の生成メタノールの含有量をより効果的に低減できることから、好ましい。 Furthermore, the asymmetric ether, preferably an asymmetric ether with a ΔE of 0.05 or greater, is preferably one in which one of the two carbon atoms bonded to the ether oxygen atom is a carbon atom of a methyl group, such as in 2-methoxybutane, methoxycyclopentane, and 1-methoxypropane, since this more effectively reduces the content of produced methanol in the resulting lower olefin.
なお、エーテルが、1分子中に2以上のエーテル結合を有する場合には、各エーテル結合部のΔEは各々のエーテル酸素原子に結合する2つの炭素原子の電荷の差の絶対値として求められ、前記エーテルのΔEは、2以上のΔEの中で最も大きい値のことをいう。 When an ether has two or more ether bonds in one molecule, the ΔE of each ether bond is calculated as the absolute value of the difference in charge between the two carbon atoms bonded to each ether oxygen atom, and the ΔE of the ether is the largest value among the two or more ΔEs.
<判定基準II>
判定基準IIでは、ナフサの比重を測定し、比重が0.60g/ml以上0.80g/ml以下であるナフサを、低級オレフィン製造に用いる原料ナフサとして合格と判定する。
ナフサ密度とナフサの組成には相関関係があることが知られており、本発明における低級オレフィン、すなわち、1分子中に不飽和結合を1個又は2個含む炭素数2~4の不飽和炭化水素を、副生成物の生成を抑制し、且つ、高い収率で製造することができる観点から、ナフサの比重は0.60g/ml以上0.8g/ml以下であることが好ましく、0.66g/ml以上0.71g/ml以下であることがより好ましい。
ナフサの比重は、JIS K2249-1:2011を用いて測定できる。
<Judgment Criteria II>
In Criterion II, the specific gravity of naphtha is measured, and naphtha having a specific gravity of 0.60 g/ml or more and 0.80 g/ml or less is judged to be acceptable as a raw material naphtha used in the production of lower olefins.
It is known that there is a correlation between naphtha density and naphtha composition, and from the viewpoint of being able to produce the lower olefins of the present invention, i.e., unsaturated hydrocarbons having 2 to 4 carbon atoms and containing one or two unsaturated bonds per molecule, in a high yield while suppressing the production of by-products, the specific gravity of naphtha is preferably 0.60 g/ml or more and 0.8 g/ml or less, and more preferably 0.66 g/ml or more and 0.71 g/ml or less.
The specific gravity of naphtha can be measured using JIS K2249-1:2011.
<判定基準III>
判定基準IIIでは、ナフサの直鎖状パラフィンの含有量と分岐状パラフィンの含有量を測定し、直鎖状パラフィンの含有量P1が20質量%以上70質量%以下で、分岐状パラフィンの含有量P2が20質量%以上70質量%以下であるナフサを、低級オレフィン製造に用いる原料ナフサとして合格とする。直鎖状パラフィン、分岐状パラフィンの含有量がそれぞれ上記範囲内のものであれば、本発明における低級オレフィン、すなわち、1分子中に不飽和結合を1個又は2個含む炭素数2~4の不飽和炭化水素を、副生成物の生成を抑制し、且つ、高い収率で製造することができる。直鎖状パラフィン、分岐状パラフィンの含有量はより好ましくはそれぞれ25質量%以上65質量%以下である。
<Criterion III>
In Criterion III, the linear paraffin content and branched paraffin content of naphtha are measured, and naphtha having a linear paraffin content P1 of 20% by mass or more and 70% by mass or less and a branched paraffin content P2 of 20% by mass or more and 70% by mass or less is deemed acceptable as a raw naphtha for use in the production of lower olefins. If the linear paraffin and branched paraffin contents are each within the above ranges, the lower olefins of the present invention, i.e., unsaturated hydrocarbons having 2 to 4 carbon atoms and containing one or two unsaturated bonds per molecule, can be produced in high yield while suppressing the production of by-products. The linear paraffin and branched paraffin contents are more preferably 25% by mass or more and 65% by mass or less, respectively.
また、判定基準IIIにおいては、直鎖状パラフィンの含有量P1の分岐状パラフィンの含有量P2に対する比率(P1/P2)を求め、このP1/P2が0.3以上3.5以下であるナフサを、低級オレフィン製造に用いる原料ナフサとして合格とする判定を組み合わせて行ってもよい。P1/P2が上記範囲内であれば、本発明における低級オレフィン、すなわち、1分子中に不飽和結合を1個又は2個含む炭素数2~4の不飽和炭化水素を、副生成物の生成を抑制し、且つ、高い収率で製造することができる。P1/P2はより好ましくは0.5以上2.5以下である。 In addition, Criterion III may also be performed in combination with the determination of the ratio (P1/P2) of the linear paraffin content P1 to the branched paraffin content P2, and determining that naphtha with a P1/P2 ratio of 0.3 to 3.5 is acceptable as a feedstock naphtha for use in lower olefin production. If P1/P2 is within the above range, the lower olefins of the present invention, i.e., unsaturated hydrocarbons with 2 to 4 carbon atoms containing one or two unsaturated bonds per molecule, can be produced in high yield while suppressing the generation of by-products. P1/P2 is more preferably 0.5 to 2.5.
ナフサ中の直鎖状パラフィン及び分岐状パラフィンの含有量は、ガスクロマトグラフィー法により測定することができる。 The content of linear paraffins and branched paraffins in naphtha can be measured by gas chromatography.
<判定手順>
上記判定基準Iと判定基準II及び/又は判定基準IIIとを採用する場合、これらの判定は、どのような順番で行ってもよいが、以下の(1)~(3)のような手順で行うことが好ましい。
(1) 判定基準Iで合格と判定されたものについて、判定基準IIで判定し、合格とされたものを低級オレフィン製造に用いる原料ナフサとする。
(2) 判定基準Iで合格と判定されたものについて、判定基準IIで判定し、合格とされたものについて、更に判定基準IIIで判定し、合格とされたものを低級オレフィン製造に用いる原料ナフサとする。
(3) 判定基準Iで合格と判定されたものについて、判定基準IIIで判定し、合格とされたものを低級オレフィン製造に用いる原料ナフサとする。
<Determination procedure>
When the above-mentioned Criterion I and Criterion II and/or Criterion III are adopted, these judgments may be made in any order, but it is preferable to perform them in the following procedures (1) to (3).
(1) Those that pass the Judgment Criterion I are judged according to the Judgment Criterion II, and those that pass are used as raw naphtha for the production of lower olefins.
(2) Those that pass the Judgment Criterion I are judged according to the Judgment Criterion II, and those that pass are further judged according to the Judgment Criterion III, and those that pass are used as raw naphtha for the production of lower olefins.
(3) Those that pass the Judgment Criterion I are judged according to the Judgment Criterion III, and those that pass are used as raw naphtha for the production of lower olefins.
<原料ナフサ>
本発明で検査対象とする低級オレフィン製造用の原料ナフサとは、タンクに貯蔵されているナフサ(在庫ナフサ)であってもよく、系外から運ばれてきてこの在庫ナフサに混合される受入ナフサであってもよく、タンク内で在庫ナフサと受入ナフサとが混合された混合ナフサであってもよい。本発明は、特に在庫ナフサを有するタンク内に受入ナフサを受け入れて混合した後の混合ナフサの検査に好適である。
<Raw material naphtha>
The naphtha raw material for producing lower olefins that is the subject of inspection in the present invention may be naphtha stored in a tank (inventory naphtha), may be incoming naphtha that is transported from outside the system and mixed with this inventory naphtha, or may be a blended naphtha in which inventory naphtha and incoming naphtha are mixed in a tank. The present invention is particularly suitable for inspecting a blended naphtha after incoming naphtha is received into a tank containing inventory naphtha and mixed therewith.
本発明のナフサの検査方法により合格と判定されたナフサは、低級オレフィンの製造の原料ナフサとして低級オレフィンの製造工程に送給される。
一方、本発明のナフサの検査方法により不合格(即ち、前述の判定基準を満たさない)と判定されたナフサは別のナフサを混合するなどして、判定基準を満たすように調整した後、低級オレフィンの製造の原料ナフサとして低級オレフィンの製造工程に送給することができる。
即ち、例えば、判定基準Iを満たさず不合格と判定されたナフサであれば、別途ガスクロマトグラフィー法による測定で非対称エーテル酸素原子含有量が低いナフサを混合して判定基準Iを満たすようにして低級オレフィンの製造の原料ナフサとして低級オレフィンの製造工程に送給することができる。
Naphtha that has been determined to pass the naphtha inspection method of the present invention is fed to the process for producing lower olefins as a raw naphtha for producing lower olefins.
On the other hand, naphtha determined to be unacceptable (i.e., not satisfying the above-mentioned criteria) by the naphtha inspection method of the present invention can be adjusted to satisfy the criteria by, for example, mixing with another naphtha, and then fed to a lower olefin production process as a raw naphtha for the production of lower olefins.
That is, for example, if naphtha is determined to be unacceptable because it does not satisfy the judgment criterion I, it can be mixed with naphtha having a low asymmetric ether oxygen atom content as measured by gas chromatography so as to satisfy the judgment criterion I, and then the resulting mixture can be fed to a production process of lower olefins as a raw material naphtha for the production of lower olefins.
<ナフサの分解>
本発明のナフサの検査方法により合格と判定されたナフサを用いて、管式加熱法又はスチーム・クラッキング法により、低級オレフィンを製造することができる。
<Naphtha cracking>
Naphtha that has been determined to pass the naphtha inspection method of the present invention can be used to produce lower olefins by a tube heating method or a steam cracking method.
例えば、合格と判定されたナフサを、水蒸気の存在下、700~1000℃の温度において熱分解(スチーム・クラッキング)させることにより低級オレフィンを得る。 For example, naphtha that has been judged to be acceptable is thermally cracked (steam cracked) in the presence of steam at temperatures between 700 and 1000°C to obtain lower olefins.
熱分解の条件のうち、ナフサと水蒸気との比率は、ナフサ100質量部に対して水蒸気20~100質量部であることが好ましく、30~70質量部であることが更に好ましく、35~60質量部であることが特に好ましい。水蒸気量が20質量部未満の場合には、熱分解炉内に設置された分解反応を行うための配管への炭素質物質の沈着が多くなる傾向にある。他方、水蒸気量が100質量部を超える場合には、水蒸気に与える熱量が増大し、装置にかかるエネルギー負荷が過大なものとなる。 Among the conditions for thermal cracking, the ratio of naphtha to steam is preferably 20 to 100 parts by mass of steam per 100 parts by mass of naphtha, more preferably 30 to 70 parts by mass, and particularly preferably 35 to 60 parts by mass. If the amount of steam is less than 20 parts by mass, there is a tendency for carbonaceous material to deposit in large amounts on the piping used for the cracking reaction installed in the thermal cracking furnace. On the other hand, if the amount of steam exceeds 100 parts by mass, the amount of heat given to the steam increases, resulting in an excessive energy load on the equipment.
また、熱分解の反応温度は、通常700~1000℃であり、好ましくは750~950℃である。反応温度が700℃未満の場合はナフサの熱分解が十分に進行せず、目的とする低級オレフィンの収率が低下する。他方、反応温度が1000℃を超える場合には、ナフサの熱分解が過剰となり、メタン等の好ましくない副生成物の発生が増加して、目的とする低級オレフィンの収率が低下する傾向となる。 The reaction temperature for thermal cracking is typically 700 to 1000°C, preferably 750 to 950°C. If the reaction temperature is below 700°C, the thermal cracking of naphtha will not proceed sufficiently, resulting in a lower yield of the desired lower olefins. On the other hand, if the reaction temperature exceeds 1000°C, the thermal cracking of naphtha will be excessive, resulting in increased production of undesirable by-products such as methane, and a lower yield of the desired lower olefins.
また、熱分解の反応時間は、好ましくは0.01~1秒、より好ましくは0.04~0.7秒である。反応時間が0.01秒未満の場合はナフサの熱分解が十分に進行せず、目的とする低級オレフィンの収率が低下する傾向となる。他方、反応時間が1秒を超える場合には、ナフサの熱分解が過剰となり、メタン等の好ましくない副生成物の発生が増加して目的とする低級オレフィンの収率が低下する傾向となる。 The reaction time for thermal cracking is preferably 0.01 to 1 second, more preferably 0.04 to 0.7 seconds. If the reaction time is less than 0.01 second, the thermal cracking of naphtha will not proceed sufficiently, and the yield of the desired lower olefins will tend to decrease. On the other hand, if the reaction time exceeds 1 second, the thermal cracking of naphtha will be excessive, increasing the generation of undesirable by-products such as methane, and the yield of the desired lower olefins will tend to decrease.
また、熱分解の反応圧力は、好ましくは0.01~1.5MPa(ゲージ圧力)、より好ましくは0.05~0.5MPa(ゲージ圧力)、さらに好ましくは0.07~0.2MPa(ゲージ圧力)である。 The reaction pressure for pyrolysis is preferably 0.01 to 1.5 MPa (gauge pressure), more preferably 0.05 to 0.5 MPa (gauge pressure), and even more preferably 0.07 to 0.2 MPa (gauge pressure).
熱分解の反応域を出た反応生成物は、急冷することによって、過剰な分解の進行を抑制することができる。冷却温度は、特に限定されないが、例えば、工業的スケールで実施する場合は、好ましくは200~700℃、より好ましくは250~650℃とすることができ、パイロットや実験室等の小スケールで実施する場合は、好ましくは0~100℃、より好ましくは3~40℃とすることができる。 The reaction product that has left the pyrolysis reaction zone can be rapidly cooled to prevent excessive decomposition. The cooling temperature is not particularly limited, but for example, when carried out on an industrial scale, it is preferably 200 to 700°C, more preferably 250 to 650°C. When carried out on a small scale, such as in a pilot or laboratory, it is preferably 0 to 100°C, more preferably 3 to 40°C.
このようにして得られる低級オレフィンを含む反応生成物については、常法に従って、精製、分画等の処理を行うことができる。これにより、エチレン、プロピレン、ブテン、ブタジエン等の低級オレフィン、芳香族炭化水素類、その他の炭化水素類がそれぞれ得られる。また、エタン、プロパン等の飽和炭化水素は、回収して再び熱分解に供することができる。なお、低級オレフィンのうちブテン及びブタジエンは、通常、ブタンとの混合物として得られる。そのため、別工程にてブタジエンを溶媒抽出により単離し、抽出残であるブテン及びブタンの混合物については別工程で重合、精留等により利用、分画することが好ましい。 The reaction products containing lower olefins obtained in this manner can be purified, fractionated, and so on, according to conventional methods. This yields lower olefins such as ethylene, propylene, butene, and butadiene, aromatic hydrocarbons, and other hydrocarbons. Saturated hydrocarbons such as ethane and propane can be recovered and subjected to thermal cracking again. Among the lower olefins, butene and butadiene are usually obtained as a mixture with butane. Therefore, it is preferable to isolate butadiene by solvent extraction in a separate process, and then utilize or fractionate the remaining butene and butane mixture in a separate process, such as polymerization or rectification.
本発明のナフサの検査方法により合格と判定されたナフサを用いることで、低級オレフィン製造時のメタノールの生成を抑えて、メタノール含有量の少ない低級オレフィン、特にメタノール含有量の少ないプロピレンを製造することができる。 By using naphtha that has passed the naphtha inspection method of the present invention, it is possible to suppress the production of methanol during the production of lower olefins, and produce lower olefins with a low methanol content, particularly propylene with a low methanol content.
前述のとおり、メタノールは、プロピレン等の低級オレフィンを重合する際の重合触媒に悪影響を与えることから、本発明に従って、メタノールの生成量の少ない原料ナフサを判定することは、プロピレン等の低級オレフィンを製造する場合に有効である。 As mentioned above, methanol has a detrimental effect on the polymerization catalyst used to polymerize lower olefins such as propylene. Therefore, determining which naphtha feedstocks produce less methanol according to the present invention is effective when producing lower olefins such as propylene.
本発明により合格と判定された原料ナフサを用いて製造された低級オレフィン中のメタノールの含有量は、特に限定されないが、前記低級オレフィンの総質量に対して、好ましくは10,000質量ppm以下であり、より好ましくは1,000質量ppm以下、さらに好ましくは100質量ppm以下、特に好ましくは10質量ppm以下、とりわけ好ましくは5質量ppm以下であり、最も好ましくは1質量ppm以下である。ここで、低級オレフィン中のメタノールの含有量はガスクロマトグラフィー法によって測定することができる。 The methanol content in lower olefins produced using feed naphtha judged to be acceptable according to the present invention is not particularly limited, but is preferably 10,000 ppm by mass or less, more preferably 1,000 ppm by mass or less, even more preferably 100 ppm by mass or less, particularly preferably 10 ppm by mass or less, especially preferably 5 ppm by mass or less, and most preferably 1 ppm by mass or less, relative to the total mass of the lower olefins. Here, the methanol content in the lower olefins can be measured by gas chromatography.
以下に実施例に代わる実験例及び比較実験例を挙げて、本発明をより具体的に説明する。 The present invention will be explained in more detail below using experimental examples and comparative experimental examples that serve as alternatives to the working examples.
実験例及び比較実験例で使用した化合物の名称は以下のとおりである。
2-メトキシブタン(東京化成工業(株)製)
メトキシシクロペンタン(東京化成工業(株)製)
1-メトキシプロパン(東京化成工業(株)製)
ジメチルエーテル(小池化学(株)製)
ジエチルエーテル(東京化成工業(株)製)
ジイソプロピルエーテル(東京化成工業(株)製)
ジプロピルエーテル(東京化成工業(株)製)
The names of the compounds used in the experimental examples and comparative experimental examples are as follows:
2-Methoxybutane (Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.)
Methoxycyclopentane (Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.)
1-Methoxypropane (Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.)
Dimethyl ether (Koike Chemical Co., Ltd.)
Diethyl ether (Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.)
Diisopropyl ether (Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.)
Dipropyl ether (Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.)
<評価方法>
(1)ΔEの計算方法
実験例及び比較実験例に用いたエーテルについて、該エーテル中のエーテル酸素原子に結合する2つの炭素原子の電荷の差の絶対値ΔE[単位:e]を下記の手順に従って計算した。
前記エーテルの分子構造について、密度汎関数法(DFT)計算を行い、前記2つの炭素原子の電荷の値を算出した。DFTの計算条件には、基底関数系としてdef-TZVPを使用し、溶媒効果としてCOSMO溶媒和モデル(COnductor like Screening MOdel)を採用し、解析方法としてMullikenの電荷密度解析法(Population Analysis)を用いた。
次いで、前記エーテル中のエーテル結合の酸素原子に結合する2つの炭素原子について、一方の炭素原子の電荷E1と他方の炭素原子の電荷E2との差の絶対値ΔE(ΔE=|E1-E2|)(単位:e)を算出した。なお、「e」は電子素量を意味し、e=1.602176634×10-19[単位:C]である。例えば、ΔEが0.05[単位:e]である場合、これをSI系単位で表すと、ΔE=0.05×1.602176634×10-19[単位:C]である。
前記ΔEの計算には、量子化学計算ソフト「TURBOMOLE ver7.2」(TURBOMOLE社製)及びTURBOMOLE用のグラフィカルユーザーインターフェイス「TmoleX ver4.4.1」(TURBOMOLE社製)を使用した。
<Evaluation method>
(1) Method for Calculating ΔE For the ethers used in the Experimental Examples and Comparative Experimental Examples, the absolute value ΔE [unit: e] of the difference in charge between the two carbon atoms bonded to the ether oxygen atom in the ether was calculated according to the following procedure.
Density functional theory (DFT) calculations were performed on the molecular structure of the ether to calculate the charge values of the two carbon atoms. The DFT calculation conditions used def-TZVP as the basis set, the COSMO solvation model (Conductor-like Screening Model) as the solvent effect, and Mulliken's population analysis method.
Next, for the two carbon atoms bonded to the oxygen atom of the ether bond in the ether, the absolute value ΔE (ΔE = |E1 - E2|) (unit: e) of the difference between the charge E1 of one carbon atom and the charge E2 of the other carbon atom was calculated. Note that "e" means the elementary electron quantity, and e = 1.602176634 × 10 -19 [unit: C]. For example, when ΔE is 0.05 [unit: e], this can be expressed in SI units as ΔE = 0.05 × 1.602176634 × 10 -19 [unit: C].
The calculation of ΔE was carried out using quantum chemistry calculation software "TURBOMOLE ver. 7.2" (manufactured by TURBOMOLE) and a graphical user interface for TURBOMOLE "TmoleX ver. 4.4.1" (manufactured by TURBOMOLE).
(2)メタノール生成比率Bの算出
ナフサの熱分解に由来して生成したメタノールは、実質的に、実験例及び比較実験例で得られた凝縮水に含まれ、ガス成分及び油分には含まれないことから、実験例及び比較実験例で得られた凝縮水のメタノール生成比率Bを、ガスクロマトグラフィー質量分析測定装置(GC/MS装置)(装置名:GCMS-QP2010Ultra、(株)島津製作所製)を用いて、下記の条件で測定した。
なお、実験例及び比較実験例に用いたブランクナフサからはメタノールが生成しないことを事前に確認した。
<GC/MS測定条件>
キャリアガス: ヘリウム、線速40cm/sec
カラム: SUPELCOWAX-10(Supelco社製、内径0.32mm×
長さ60m×膜厚0.25μm)
温度(昇温条件): 50℃(保持時間5分)→20℃/分で昇温→200℃(保持
時間2.5分)
注入口温度: 200℃
MSインターフェース温度: 200℃
イオン源温度: 200℃
サンプル量: 0.5μL
スプリット比: 1:5
測定モード: SIM(m/z=31)
(2) Calculation of Methanol Production Ratio B Methanol produced by the thermal decomposition of naphtha is substantially contained in the condensed water obtained in the Experimental Examples and Comparative Experimental Examples, but is not contained in the gas components and oil content. Therefore, the methanol production ratio B of the condensed water obtained in the Experimental Examples and Comparative Experimental Examples was measured under the following conditions using a gas chromatography mass spectrometry measuring device (GC/MS device) (device name: GCMS-QP2010Ultra, manufactured by Shimadzu Corporation).
It was confirmed in advance that no methanol was produced from the blank naphtha used in the experimental examples and comparative experimental examples.
<GC/MS measurement conditions>
Carrier gas: Helium, linear velocity 40 cm/sec
Column: SUPELCO WAX-10 (Supelco, inner diameter 0.32 mm)
Length 60m x film thickness 0.25μm)
Temperature (heating conditions): 50°C (holding time 5 minutes) → Heating at 20°C/minute → 200°C (holding time 2.5 minutes)
Inlet temperature: 200℃
MS interface temperature: 200°C
Ion source temperature: 200°C
Sample volume: 0.5 μL
Split ratio: 1:5
Measurement mode: SIM (m / z = 31)
実験例及び比較実験例で得られた凝縮水から熱分解生成物であるメタノールの生成量を定量し、濃度既知のメタノールの標準溶液を用いて予め作成した検量線に基づいて、下記式より添加したエーテルに対するメタノール生成比率Bを求めた。 The amount of methanol produced as a thermal decomposition product from the condensed water obtained in the experimental and comparative experimental examples was quantified, and the methanol production ratio B relative to the added ether was calculated using the following formula based on a calibration curve previously prepared using a standard solution of methanol of known concentration.
[メタノール生成比率B]=[凝縮水中のメタノール中の酸素原子数]÷[ブランクナフサに添加したエーテル中の酸素原子数] [Methanol production ratio B] = [Number of oxygen atoms in methanol in condensed water] ÷ [Number of oxygen atoms in ether added to blank naphtha]
つまり、メタノール生成比率Bが1.00の場合は、添加したエーテルがすべてメタノールとして定量されたことを意味する。なお、ここで添加したエーテル中に含まれる酸素原子の数は、エーテル化合物1分子当たり1酸素原子である。 In other words, when the methanol production ratio B is 1.00, it means that all of the added ether was quantified as methanol. Note that the number of oxygen atoms contained in the added ether is one oxygen atom per molecule of ether compound.
[実験例1]
原料として使用するブランクナフサ(比重0.66g/ml、直鎖状パラフィンの含有量P1:45質量%、分岐状パラフィンの含有量P2:40質量%、P1/P2:1.1)に対し、2-メトキシブタンをエーテル由来の酸素原子の含有量として50質量ppmとなるように添加し、次いで、水蒸気の存在下に熱分解炉を用いて下記熱分解条件で熱分解した。得られた熱分解生成物を5℃で急冷し、気液分離器を用いて0.1MPa(ゲージ圧力)下、5℃の条件で気液分離して、ガス成分と分離液を得た。さらに前記分離液を、分液ロートを用いて大気圧下、室温の条件で油分と凝縮水とに油水分離した。
[Experimental Example 1]
2-Methoxybutane was added to blank naphtha (specific gravity 0.66 g/ml, linear paraffin content P1: 45 mass%, branched paraffin content P2: 40 mass%, P1/P2: 1.1) used as a raw material so that the content of ether-derived oxygen atoms was 50 ppm by mass, and then thermally decomposed in the presence of water vapor using a thermal cracking furnace under the following thermal decomposition conditions. The resulting thermal decomposition product was quenched at 5°C and subjected to gas-liquid separation using a gas-liquid separator under conditions of 0.1 MPa (gauge pressure) and 5°C to obtain gas components and separated liquid. The separated liquid was then subjected to oil-water separation into oil and condensed water using a separatory funnel under atmospheric pressure and room temperature.
<熱分解条件>
ナフサ流量:83.1g/hr
水蒸気/ナフサ質量比:0.4
滞留時間:0.6秒
熱分解温度:810℃
熱分解圧力:0.1MPa(ゲージ圧力)
<Pyrolysis conditions>
Naphtha flow rate: 83.1 g/hr
Steam/naphtha mass ratio: 0.4
Residence time: 0.6 seconds Pyrolysis temperature: 810℃
Pyrolysis pressure: 0.1 MPa (gauge pressure)
上述した方法により前記凝縮水のメタノール生成比率Bを測定し、ΔEの値と共に、表1に示した。また、ΔEとメタノール生成比率Bの関係を図1に示した。 The methanol production ratio B of the condensed water was measured using the method described above, and is shown in Table 1 along with the ΔE value. The relationship between ΔE and the methanol production ratio B is also shown in Figure 1.
[実験例2~3、比較実験例4~7]
エーテルの種類及び該エーテル由来の酸素原子の含有量を表1記載のとおりに変更した以外は、実験例1と同様の条件で、ガス成分、油分及び凝縮水を得、同様に評価を行った。評価結果を表1及び図1に示した。
なお、実験例1とは表1記載の実験例1-1乃至実験例1-3のことをいう。実験例2とは表1記載の実験例2-1乃至実験例2-3のことをいう。実験例3は表1記載の実験例3-1乃至実験例3-3のことをいう。図1には、実験例1-1、実験例2-1、実験例3-1及び比較実験例4~7をプロットした。
[Experimental Examples 2-3, Comparative Experimental Examples 4-7]
Gas components, oil content, and condensed water were obtained and evaluated under the same conditions as in Experimental Example 1, except that the type of ether and the content of oxygen atoms derived from the ether were changed as shown in Table 1. The evaluation results are shown in Table 1 and Figure 1.
Note that Experimental Example 1 refers to Experimental Examples 1-1 to 1-3 listed in Table 1. Experimental Example 2 refers to Experimental Examples 2-1 to 2-3 listed in Table 1. Experimental Example 3 refers to Experimental Examples 3-1 to 3-3 listed in Table 1. Experimental Examples 1-1, 2-1, 3-1, and Comparative Experimental Examples 4 to 7 are plotted in Figure 1.
実験例1~3及び比較実験例4~7の対比から、エーテルのΔEの値とメタノール生成比率Bとには相関があり、エーテル酸素原子に対して非対称構造を有するエーテルは、メタノール生成比率Bが高く、メタノールを生成し易いことが分かる。さらに、ΔEが0.05以上のエーテルは、ΔEの値が大きいほどメタノールを多く生成する傾向があることが分かる。 A comparison of Experimental Examples 1-3 and Comparative Experimental Examples 4-7 reveals that there is a correlation between the ether's ΔE value and the methanol production ratio B, and that ethers with an asymmetric structure relative to the ether oxygen atom have a high methanol production ratio B and are more likely to produce methanol. Furthermore, it is clear that ethers with a ΔE of 0.05 or greater tend to produce more methanol as the ΔE value increases.
また、表1の実験例1~3より、エーテル結合を構成している酸素原子に対して非対称構造を有するエーテルは、エーテル酸素原子濃度が20,000質量ppm以下の条件において、エーテル酸素原子濃度を50質量ppm、500質量ppm、5,000質量ppmとしたところ、メタノール生成比率がほぼ同等の値であった。その理由として、非対称構造を有するエーテルは、ΔEが大きいため、エーテル酸素原子に結合する2つの炭素原子間において電荷の偏りが大きく、熱分解条件下で熱分解してメタノールを生成し易いためと推察される。 Furthermore, Experimental Examples 1 to 3 in Table 1 show that ethers having an asymmetric structure with respect to the oxygen atoms constituting the ether bond had approximately the same methanol production ratio when the ether oxygen atom concentration was 50 ppm by mass, 500 ppm by mass, and 5,000 ppm by mass, under conditions where the ether oxygen atom concentration was 20,000 ppm by mass or less. This is presumably because ethers having an asymmetric structure have a large ΔE, resulting in a large imbalance in the charge between the two carbon atoms bonded to the ether oxygen atom, making them more susceptible to thermal decomposition under thermal decomposition conditions to produce methanol.
従って、エーテルの中でもエーテル酸素原子に対して非対称構造を有するエーテルの含有濃度が所定値以下であるナフサを、低級オレフィン製造用原料ナフサとして合格と判定し、このようなナフサを低級オレフィンの製造に用いることで、メタノール生成濃度を抑えて製品価値の高い低級オレフィンを製造することができることが分かる。
Therefore, naphtha having a content concentration of ethers having an asymmetric structure with respect to the ether oxygen atom of not more than a predetermined value is judged to be acceptable as a raw material naphtha for producing light olefins, and it is found that by using such naphtha for producing light olefins, it is possible to suppress the concentration of methanol produced and produce light olefins with high commercial value.
Claims (12)
前記エーテルが非対称構造を有するモノエーテルであり、
前記エーテルのエーテル結合を構成している酸素原子と結合する2つの炭素原子の一方がメチル基由来の炭素原子であり、
ガスクロマトグラフィー法によって測定した、前記エーテルの含有量が、該エーテルに由来する酸素原子の含有量に換算して20,000質量ppm以下であるナフサを、低級オレフィン製造に用いる原料ナフサとして合格とする、ナフサの検査方法。 A naphtha inspection method for determining whether or not a naphtha containing ether is acceptable as a raw material naphtha to be used in the production of lower olefins by cracking the naphtha using a tubular heating method or a steam cracking method, comprising:
the ether is a monoether having an asymmetric structure,
one of the two carbon atoms bonded to the oxygen atom constituting the ether bond of the ether is a carbon atom derived from a methyl group,
The naphtha inspection method includes determining that naphtha having an ether content of 20,000 mass ppm or less, calculated as a content of oxygen atoms derived from the ether, as measured by gas chromatography , is acceptable as a raw material naphtha to be used in the production of lower olefins.
但し、eは電子素量を意味し、e=1.602176634×10-19[単位:C]である。 The naphtha inspection method according to any one of claims 1 to 3, wherein the ether has an absolute value ΔE (ΔE = |E1 - E2|) of a difference between an electric charge E1 of one carbon atom and an electric charge E2 of the other carbon atom, which is determined by a density functional theory method, of 0.05 [unit: e] or more.
Here, e represents the elementary electron quantity, and e=1.602176634×10 −19 [unit: C].
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