接触改質

接触改質

接触改質は、石油精製における重要なプロセスの一つで、原油の蒸留によって得られるガソリン留分のオクタン価を触媒反応を用いて向上させる技術です。これはしばしばリフォーミングやリホーミングとも呼ばれます。

プロセスの流れ

まず、原油を蒸留することで得られる重質ナフサ留分は、オクタン価が40から50程度と低く、パラフィンやシクロアルカンが主成分として含まれています。このため、ガソリン燃料としては適さないため、水素化脱硫処理が行われます。この処理では、ナフサ中に含まれる硫黄や窒素、金属などの不純物を除去し、触媒反応が行える品質を確保します。

触媒の種類と反応条件

接触改質に用いる触媒は、固体酸の一種である焼成ゼオライトを担体とし、貴金属の白金やレニウムに塩素を添加したものが主流です。反応は水素の存在下で約500℃の高温において進行します。接触改質の反応機構は以下の通りです。

1. 貴金属触媒によって、直鎖アルカンが脱水素されてアルケンに変換されます。
2. この生成物であるアルケンは触媒からプロトンを受け取ることでカルボカチオンに変化します。
3. カルボカチオンは水素原子やアルキル基の転位を起こしたり、環化したりし、安定性の高いアルキル基の置換が多く行われるため、より分岐の多いアルケンが生成されやすくなります。また、環化した一部はさらなる脱水素により芳香族炭化水素に変わります。
4. 最後に、分岐アルケンは貴金属によって再水素化されて分岐アルカンとなるのです。

この一連の反応によって、芳香族炭化水素が主成分の改質ガソリンや水素、そしてC4以下の軽質炭化水素が生成されます。ただし、反応に伴って炭素質のコークが触媒上に蓄積し、触媒の失活を引き起こすことがあります。脱水素反応は水素分圧が低い条件で平衡上有利ですが、コーク析出を抑えるために、水素を原料に加えることが重要です。

生成物の分離と利用

反応によって生成された混合物は、熱交換器で冷却され、気液分離を行います。生成された気体は主に水素を含み、他の設備で使用されるか、コンプレッサーを通じて再び反応器に戻されます。液体は蒸留プロセスを経て、C4以下の留分と改質ガソリンに分けられます。この改質ガソリンはオクタン価が100に達し、ベンゼン、トルエン、キシレン（BTX）と呼ばれる芳香族炭化水素が豊富に含まれており、石油化学の原料としても重要です。

触媒の再生

触媒がコークによって失活した場合、再生処理を行うことで再び使用可能になります。コークの除去、塩素化、還元などのプロセスを踏むことで、場合によっては反応器を停止せずとも連続的に触媒を再生することが可能です。この方式は最近の新設プラントで主流となっており、Continuous Catalyst Regeneration（CCR）と呼ばれます。

この連続触媒再生技術により、反応器内で改質反応を維持しつつ触媒を再生できるため、低水素分圧の条件下でも運転可能となり、水素化分解によるC4以下留分の生成を抑えつつ、改質ガソリンと水素の収率を向上させるメリットがあります。

もう一度検索