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れいなやぶき
4 years ago
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2 目次 1. 背景目的 2. 開発計画 2.1 全体 (5 年間 ) 年度年度の結果 3.1 触媒グレーディング技術の開発 3.2 RDS システム技術の開発 3.3 RFCC 反応制御技術の開発 4. まとめ

3 1. 背景目的 RDS/RFCC 装置の最大活用最大効率運転により石油の更なるノーブルユースを実現する (1) 温度偏差改善のための触媒グレーディング技術の開発高性能ガードシステムによる 1 年安定運転重油脱硫装置 (RDS) ガード触媒システム重油流動接触分解装置 (RFCC) 製品得率増大 ( ガソリン等 ) 重質油 ( 残油 ) メイン触媒システム (HDM+HDS) 分解残渣油高硫黄重油低減 (2) RFCC 分解向上のための RDS システム技術の開発 RFCC での分解に適した DSAR の製造脱硫重油 (3) DSAR 性状に対応した RFCC 反応制御技術の開発転化率向上製品硫黄分低減 3

4 4 DSAR の分子組成で RDS と RFCC を連成し全体最適を実現する残油脱硫重油 (AR) RDS (DSAR) RFCC 高付加価値炭化水素 1. 従来の経験に加えて分子レベルの反応メカニズムを考慮することで更なる効率運転を図る ( ペトロリオミクス ) 2. 極大メリットが得られるように RDS/RFCC の触媒システムを選びそれぞれの運転を厳密操作する ( 全体最適処理技術 )

5 5 2. 開発計画 2.1 全体 (5 年間 ) 研究内容 H28 (2016) H29 (2017) H30 (2018) R1 (2019) R2 (2020) (1) 温度偏差改善のための触媒クレーティンク技術の開発 MICRO SIM / MACRO SIM MACRO SIM 触媒グレーディング評価 SIM 実証評価 MACRO SIM (2) RFCC 分解向上のための RDS 触媒システム技術の開発ベンチ基礎実験触媒システムコンセフト検討運転条件触媒システムの影響確認候補触媒システム評価有望触媒システムライフテスト新規触媒サンプルバスケット EOR 性能評価 RDS 選定 RDS+RFCC 組合せシステム実機実証 ( 性能評価 ) 改良検討 (3) 最適 DSAR 性状に対応した RFCC 反応制御技術の開発 RDS システム反応条件の RFCC 分解性への影響把握 (MAT) 上記 RDS システムに適した RFCC 反応評価製品 S 分布制御技術 RFCC 選定

6 2.2 開発計画 (2018 年度 ) 年月平成 30 年度項目 4 月 5 月 6 月 7 月 8 月 9 月 10 月 11 月 12 月 1 月 2 月 3 月 1 反応温度偏差改善のための触媒グレーディング技術の開発開発 SIM(MICRO+MACRO) を実機適用レベルで活用新規ガードシステム提案 2 RFCC 分解向上のための RDS 触媒システム技術の開発実機に適用できるレベルでの新規 RDS 触媒システムの適用判断開発 SIM の活用による各種グレーディングのスタディー開発 RDS 触媒システムのライフテストテスト結果の解析とそれに基づく適用判断ガードシステムの提案 3 最適 DSAR 性状に対応した RFCC 反応制御技術の開発最適 DSAR に適合した有望 RFCC 触媒選定 ( 製品中硫黄分布制御考慮 ) 最適 DSAR の詳細組成構造解析候補触媒を用いた MAT 評価 MAT 生成油の分析有望 RFCC 触媒の選定開発技術の適用により実証運転内容を固める 6

7 年度の結果 3.1 触媒グレーディング技術の開発ミクロ SIM モデルの構築 DEM (Discrete Element Method) + MPS (Moving Particle Semi-implicit) 異なる形状サイズの触媒を積層したモデルを開発し層界面の気液流動微粒子滞留への影響も解析できるようにした 7

8 8 ミクロ SIM モデルを用いたガード触媒システムの検討球型グレーディングロッド型グレーディング Side view Top view Side view Top view Layer1 Layer1 Layer2 Layer2 Layer3 Layer3

9 ミクロSIMモデルを用いたガード触媒システムの検討液分散性 (Time=1.5sec) 球型グレーディングロッド型グレーディング Side view Top view Side view Top view ロッド型グレーディングの方が液分散性に優れる 9

10 ミクロSIMモデルを用いたガード触媒システムの検討微粒子 (dp=500μm) の分布球型グレーディングロッド型グレーディング Side view Top view Side view Top view 球型ではスケールはある層のある点に集中ロッド型ではシステム全体で捕捉できる 10

11 3.2 RDS システム技術の開発 RDS 触媒システムの開発方針これまでの結果から RDS でシビアに反応した深脱 DSAR が RFCC の分解反応性に優れ 1 2 環アロマが FG 収率の向上に寄与していることが分ったしかし単純に RDS を高過酷度運転するとコークによる触媒の劣化が促進されて急速に活性が低下し 1 年間の安定運転が達成できなくなる RFCC 反応化学を踏まえた新規な開発コンセプト RFCC で分解反応に大きく寄与する軽質成分 (1A 2A) は RDS でシビアに水素化脱硫を行う RFCC でコークとなり燃焼される重質成分 (PA As) は RDS ではできるだけ反応させずにスルーして RDS 触媒のコーク劣化を回避するペトロリオミクスを活用し分子レベルで反応を制御する! 11

12 フラクション中 S 量 (wt%) ラボスケールでの実験検証 A 2A ベース生成油改良 1 生成油原料油ベース生成油改良 1 生成油図原料油生成油の各フラクション中の硫黄量 (S ターゲット 0.3%) PA As Sa 1A 2A 3A+ Po PA As RFCC で分解され易い 1A 2A を深脱しコークになり易い PA As はスルーコンセプト通りに反応を制御 12

13 ΔlnA(HDS) [-] ( ベース対比 ) 旧システムベース新システム改良 1 改良システム 2 ラボスケールでの実験検証 Cat. Life [bbl / lb] ベースと比べて改良 1 改良 2は積算通油量に対する頻度因子が相対的に大きい長期に亘り高活性を維持 ( 触媒劣化を回避 ) 13

14 3.3 RFCC 反応制御技術の開発 RFCC 触媒システムの開発方針従来不明であった DSAR の分子サイズを詳細組成構造解析の結果から推定できる可能性がある DSAR の分子サイズ分布にマッチした細孔径分布を有する触媒を選定するペトロリオミクスを活用し分子レベルで反応を制御する! 重質油の分子サイズは従来は不明であった細孔径分布の評価方法は確立されている (N 2 吸着 ) Sato et al., Sekiyu Gakkaishi, Vol. 29, No. 1,

15 DSAR 分子サイズの推定方法詳細組成構造解析により得られる JACD 情報分子内のコア数各コアの環数架橋炭素数側鎖炭素数等触媒細孔内拡散の考え方側鎖は柔軟であり分子の拡散にはあまり影響しない側鎖を除いた主骨格の大きさの 6 倍程度が適切そこで分子に含まれる各コアの大きさと架橋の長さを足し合わせたものを主骨格の大きさとみなして解析小細孔中細孔一次分解油 DSRC 主骨格の大きさ 15

16 JACD 情報 DSAR 分子の例コア 1 1 環サイズ ( 最大 ) 4 環 6A =24A 1 環 2 環架橋サイズ結合 5 本 1A =5A コア 2 4 環サイズ ( 最大 ) 6 環 6A =36A 1 環 1 環ヘテロ環 (1 環 ) 付加ナフテン環 (1 環 ) 基本コア (3 環 ) 架橋炭素 (4 個 ) 基本コア (4 環 ) 付加ナフテン環 (2 環 ) ヘテロ環 ( なし ) 側鎖炭素数 37 主骨格の大きさコア 1(24A ) + 架橋 (5A ) + コア 2(36A ) = 65A DSRC 中の約 10 万分子全てについて主骨格の大きさを算出した 16

17 各種 DSAR の分子のサイズ分布主骨格の大きさこの結果から RFCC 触媒の細孔は100~250A が適切と判断し実機実証用触媒を選定中 17

18 18 4. まとめ # 項目目標達成度 1 反応温度偏差改善のための触媒グレーディング技術の開発 2 RFCC 分解向上のための RDS 触媒システム技術の開発 3 最適 DSAR 性状に対応した RFCC 反応制御技術の開発ミクロSIMを適用レベルで開発しそのシミュレーション結果に基づいてガード触媒を選定した偏流時の流動状態予測のためのマクロSIMの開発に目処をつけた新規なコンセプトに基づいてRFCCでの分解向上に有望なRDS 触媒システムを見出したベンチ評価によりその実用性 ( 触媒寿命 ) を確認した DSAR 分子の組成構造解析結果に基づいて最適な触媒細孔径を見積りそれに合致する細孔を有するRFCC 触媒の分解活性が高いことを確認した 100% 100% 100%

19 2019 年度計画年月平成 31 年度項目 4 月 5 月 6 月 7 月 8 月 9 月 10 月 11 月 12 月 1 月 2 月 3 月 1 反応温度偏差改善のための触媒グレーディング技術の開発従来システムの評価新規システムの検証過去データに基づく従来ガード触媒システムの性能解析検証運転による新規システムの性能確認 2 RFCC 分解向上のための RDS 触媒システム技術の開発新規触媒システムの装置導入運転期間毎のパフォーマンス確認搬入充填 SOR 評価 MOR 評価 EOR 評価 3 DSAR 性状に対応した RFCC 反応制御技術の開発新規システムの装置導入 RDS/RFCC 全体最適検証添加剤との組み合わせ検討触媒メークアップ平衡化 RDS 温度偏差 RFCC 液収率 2019 年度は実機運転により開発技術を実証する ( ガード RDS RFCC 各触媒システムの優位性を確認しプロセス全体を最適化する ) 19

20 以上

PEC News 2004_3....PDF00

PEC News 2004_3....PDF00 2004 March 3 C O N T E N T S Petroleum Energy Center News 1 13 1 2 3 3 4 3 5 6 3 7 8 3 9 ロ芳香環の水素化通常の縮合多環芳香族の水素化には図17 芳香環の水素化水素化活性の強化 NiMo系あるいはNiW系触媒が有効でありこれらの水素化活性を高めることでメチル基による反応阻害を緩和し 4,6DMDBT等