H−Oilと Coker における減圧蒸留残渣油の処理能力について〈中嶋解直・中島規裕・大山72隆〉

説1

H−OilとCokerにおける減圧蒸留残渣油の処理能力について
製造部操業管理製造部プロセス技術

グループ

グループ

なかじま中嶋ただしなかしま直製造部プロセス技術
グループ

のりひろ

中島おおやま規裕

大山たかし隆2. H− Oil プロセス

1. はじめに2017 年 10 月、経済産業省よりエネルギー供給構造高度

H − Oil プロセスは減圧蒸留残渣油を高圧水素下で水化法に基づく第 3 次告示（第 3 次高度化法）が公示され素化分解し、軽質炭化水素、ナフサ、中間留分、FCC 原た。この告示は、残油処理を向上させ、需要減退の著し料、脱硫燃料油、コーカー原料油等を製造する触媒反応

い重油の白油化を促すことを目的としている。

プロセスである。水素化脱硫触媒を使用するため、重質

第 3 次高度化法では、石油精製業者に対して特定残油処理装置への減圧蒸留残渣油の通油量の増加を指示して原料の脱硫、脱窒素、脱メタル反応を水素化分解と同時に行うことで良質な製品を得られる利点がある。

いる。ここで、「特定残油処理装置」とは、流動接触分解

H−Oilプロセスでは反応器に沸騰床式反応器（Ebullated装置（FCC : Fluid Catalytic Cracking）、残油流動接触

Bed Reactor）を使用している。沸騰床式反応器の構造を分解装置（RFCC : Residue Fluid Catalytic Cracking）、

図 2 に示す。水素と混合された原料油は反応器底部に供

重 油 直 接 脱 硫 装 置（RDS : Residue Desulfurization）、給される。反応器底部はグリッドプレートで上部の沸騰反残油水素化分解装置（H − Oil）、および残油熱分解装置

応床と下部のプレナムチャンバーに仕切られている。グリッ（Coker）のことをいい、「減圧蒸留残渣油」とは、真沸点

ドプレートには多数のバブルキャップ型ディストリビュー

1）で 565℃以上の留分のことをいう 。

ターが設置されており、原料油と水素を均一に分散して触ここで、当社が有する特定残渣油処理装置が、単位通媒層に供給している。触媒は水素と原料の上昇流により油量あたりどの程度の減圧蒸留残渣油を処理できるかに沸騰状態（液が連続層でガスの気泡が分散している状態）ついて、FCC を 1 としたときの比較を図 1 に示す。特定で流動しているため、触媒層体積は沸騰停止状態に対し残渣油処理装置のうち H − Oil と Coker は減圧蒸留残渣て 30% 程度膨張している。触媒層を通過した反応生成物油そのものを処理する装置であるため、FCC、RFCC おは反応器上部のリサイクルカップで気液分離される。リサ

よび RDS と比較して処理できる減圧蒸留残渣油通油量のイクルカップ内の液留分はダウンカマーから沸騰床ポンプ比率が高いことが見て取れる。

経由で内部循環液として反応器底部のプレナムチャンバー

本稿では、第 3 次高度化法とも関連し、残渣油の高付加価値化のため安定高稼働が求められる H − Oil プロセに送られ、原料油および水素と混合され再度触媒層で水素化分解される。

スおよび Coker プロセスについてその特徴を解説する。

図1

各特定残渣油処理設備の単位通油量あたりにおける減圧蒸留残渣油の処理能力

JXTG Technical Review・第 60巻第2号（ 2018年7月）

図2− 32 −H − Oil 沸騰床式反応器

73

H−Oilと Coker における減圧蒸留残渣油の処理能力について〈中嶋直・中島規裕・大山隆〉

沸騰床式反応器の特徴および利点は以下の通りである。

残渣油はさらに減圧蒸留塔に送られて VGO 留分が分離・ 沸 騰床ポンプで未分解液を内部循環させることで、反回収される。減圧蒸留塔の残油は熱交換器を通り、重油応機内の温度がほぼ等温になっており、反応機内全域のブレンド基材としてタンクに落油される。また、減圧残を高温に維持し、分解反応を促進できる。

油の一部はパイプラインを経由して他社のコーカーに送ら・ 固定床式反応器とは異なり、気液混相下で触媒粒子がれ更にアップグレーディング処理される。表 1 に H − Oil

沸騰状態で流動するため、油、水素、触媒の三者の接プロセスの代表的な運転条件を、表 2 に原料および製品触効率がすぐれている。また、固定床反応器でみられの代表性状を示す 2）。
H − Oil プロセスを安定的に稼働するうえで、アスファるような局部的な発熱反応やコーキングが抑制でき、運ルテンの析出に伴う系内の汚れをコントロールすることが転中の差圧上昇がない。
・ 触媒の添加と抜出を運転中に行うことができるため、触重要である。一例として減圧蒸留塔の残油熱交換器にお媒上のコークやメタル分を調整し、触媒活性をコントローける閉塞がある。この熱交換器では日常的に閉塞が進行ルできる。通常、触媒活性が一定になるよう触媒添加し、し、通常、約 10 日に 1 回の頻度でシェル＆チューブ型熱運転期間中の製品品質は基本的に一定となる。

交を開放し洗浄作業を行っている。当該熱交換器は並列

H − Oil プロセスの概略フローを図 3 に示す。減 圧蒸2 系統構成となっており、交互に運転と洗浄とを切り替え

留残渣油は水素と共に、直列 2 基の反応器に導入される。

ることで、装置本体を停止させることなく連続運転を行え

水素化分 解油は高圧セパレーター、中圧セパレーター、るようになっているが、想定を超える速度で閉塞が進行す

低圧セパレーターによって順次圧力が下げられ、ストレーると洗浄作業が間に合わなくなるため、装置の稼働率等にナーを経て常圧蒸留塔、減圧蒸留塔で構成されるフラク影響を及ぼすこととなる。熱交換器の閉塞度合いは、処ショネータセクションに送られる。常圧蒸留塔では、ガス、理原油種や分解率に影響をうけるため、原油選択や触媒ナフサ留分、LGO 留分が分離回収され、常圧蒸留塔の添加を含めた運転条件調整が重要となる。

図3
表1

H − Oil プロセスの概略フロー図と熱交換器閉塞の例

代表的な運転条件

表2523℃ + 分解率（vol%）65脱硫率（%）

91

脱 CCR 率
化学水素消費量

原料油および製品の代表性状

収率
硫黄窒素
CCR
金属（vol%） （wt%） （wtppm） （wt%） （wtppm）

（%）

69

原料油

100

3−1（Nm kL ）240

C1 − C3

3.1wt%

5.4

5000

23151

C41.9

C5 ～ 82℃

3.30.00

582 ～ 182℃

8.50.02120

182 ～ 343℃

21.40.05

370

343 ～ 538℃

33.90.31

1320

1.2

<2538℃ +

38.0

1.14

3890

18.849合計

107.00.53

2010

7.1

19− 33 −JXTG Technical Review・第60巻第2号（2018年7月）

H−Oilと Coker における減圧蒸留残渣油の処理能力について〈中嶋直・中島

3. Coker（ディレードコーキング）プロセス

規裕・大山隆〉

74

プロセスの特徴は次の通り。代表的なディレードコーキ
ングプロセスのフローを図 4 に示す 5）。原料油は精留塔

ディレードコーキングプロセスは、高温、低圧下で触媒底部に送入され、ここで、コークドラム塔頂から送られてを使用せずに重質油を熱分解し、分解ガス、分解油、コーきた蒸気の凝縮油と共に加熱炉へ送られ、炉内で十分にクスを製造するプロセスである。一般的に重質油の処理は、分解温度まで加熱されてコークドラムに張り込まれる。加水素添加型、炭素除去型、ガス化型の 3 つのタイプに大熱された油は、コークドラム内で分解・重縮合反応を繰り別されるが、本プロセスは、典型的な炭素除去型であり、返し、徐々にコークスが生成されてコークドラム内に堆積

3）

世界の重質油処理の 3 割程度を占めている 。日本国内していく。コークドラムは 2 個以上設置され、一定時間毎

では数少ないものの、本プロセスは世界的に使用されていに切り替えて堆積したコークスを取り出す。

る主流の重質油処理プロセスである。

本プロセスの運転は、コークス収率の増減が経済性に本プロセスの長所は、RDS、FCC、H − Oil のように最も影響するが、コークス収率は、運転条件と原料油の高価な触媒を使用しないことに加え、原料油中の金属分性状によって決まり、概ね推定も可能である。コークス収や残留炭素分に対する制限がなく、技術的には全ての重率に影響する代表的な運転条件は次の項目である。

質油の処理ができることである。近年、安価な重質原油・加熱炉出口温度：COTを購入し、それから得られる減圧蒸留残渣油を処理して・リサイクル比：CFR収益改善に寄与している。反面、短所は化学反応がラジ・コークドラム圧力：Press

カル反応であるため、分解生成物が不飽和分（オレフィン）を多く含み、水素化処理などの二次処理が必要であるこ

重質油の分解を目的にしたディレードコーキングプロセと、また、生成するコークスの価値が用途によって大きくスの運転で重要視されることは、“如何に加熱炉チューブ異なることである。

内でのコーキングを抑制して分解だけを行い、コークドラ本プロセスの運転は、分解油をより多く生産することをム内で生成するコークス収率を少なく抑えることができる目的にする場合と電気製鋼用人造黒鉛電極や電気自動車

か”である。熱分解反応は、原料油の組成と運転条件に用リチウム二次イオン電池の負極材などの高付加価値な炭大きく影響されるが、特に加熱炉における温度と時間が重4）素材の生産を目的にする場合とでは大きく異なる 。前者

要な因子である。例えば、加熱炉出口温度を高くすればは、付加価値が低い燃料用に使用する高硫黄分のコークコークス収率は低下するが、高過ぎると加熱炉チューブ内スを副生するので、できるだけコークスの収率が低くなるにコークスが生成し、チューブの閉塞等のトラブルや後述ように運転条件が設定されるが、コークスボイラーを用いする加熱炉チューブのコークスの除去作業（チューブ内デて発電と組み合わせると採算性が大きく向上する。一方、コーキング）の頻度が増加する問題が生じる。コークス収

後者は、分解装置として重要な FCC の残渣油を中心にし率に影響する代表的な運動条件は図 5 の項目である。

た原料油を使用し、運転条件は、コークス収率ができるだけ高くなるように設定される。ここで製造されるコークスは、針状を呈するのでニードルコークスと呼ばれている。

図4
JXTG Technical Review・第 60巻

ディレードコーキングプロセスの概略フロー図

第2号（ 2018年7月）− 34 −

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H−Oilと Coker における減圧蒸留残渣油の処理能力について〈中嶋直・中島規裕・大山隆〉

4. おわりに
当社は 2017 年 4 月に JX グループと東燃ゼネラルグループが経営統合し誕生した。経営統合を機に、旧社がそれぞれ保有していた設備や技術力・知見を最大限活用していくことで統合シナジーの最大化を目指すとともに、原料重質化や特定残渣油処理設備の安定高稼働に取り組んでいく。
− 引用文献 −1）橘川武郎； ペトロテック, 41,（4）, 258（2018）
図5

コークス収率と運転変数の関係

2）公益社団法人石油学会；新版石油精製プロセス，講談社，2014 年，p193

高 硫黄分の減 圧蒸留残 渣油を原 料にしたディレード

3）永 松 茂 樹 , 阿 部 純； ペトロテック, 29,（11）, 836

コーキングプロセス（目的生産物が分解油の場合）に関し、（2006）

表 3 に代表的な原料油の性状、表 4 に分解油の性状を示

4）炭 素材料学会カーボン用語辞典編集委員会編； カーボ

した 2）。

ン用語辞典 , p184, アグネ承風社

原料油は、硫黄分、金属分、残炭が高く、この原料油

5）中野 進 , 大山 隆； ペトロテック, 31,（1）, 57（2008）の性状を反映してコークスの硫黄分、金属分が高い。なお、
コークス収率は、一般的には 30 ～ 40mass% である。
表3

原料油の代表性状

密度g/cm3

1.01 ～ 1.04

硫黄分

wt%

2.5 ～ 5.0

窒素分

wt%

0.4

Ni+Vwtppm

30 ～ 200残炭wt%

16 ～ 28表4

分解油およびコークスの代表性状
分解ガスおよび留出油

収率wt%
3

コークス

ガス

LPG

ナフサ

経由

重油

63

1222

2334（MW：22）

0.54

0.71

0.85

0.94

0.7

蒸留

5%

℃

（H2）

（C3）

6185

290

−

（組成）

95%

℃

（C2）

（C4）

165

350

530

−

硫黄分

wt%

−

0.008

0.6

2.2

3.8

7.1

窒素分

wt%

−

−0.005

0.07

0.25

0.9

揮発分

wt%

−

−

−

−

−

12Ni+V

wtppm−−−−0.1

450

−

−−

−

−

90

密度g/cmHCI（破砕指数）− 35 −JXTG Technical Review・第60巻第2号（2018年7月）