ES2221612T3 - Composicion catalitica de metales mezclados, su preparacion y uso. - Google Patents
Composicion catalitica de metales mezclados, su preparacion y uso.Info
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- B01J23/76—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36
- B01J23/84—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36 with arsenic, antimony, bismuth, vanadium, niobium, tantalum, polonium, chromium, molybdenum, tungsten, manganese, technetium or rhenium
- B01J23/85—Chromium, molybdenum or tungsten
-
- B01J35/392—
-
- B01J35/397—
-
- B01J35/615—
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- B01J37/02—Impregnation, coating or precipitation
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- B01J37/031—Precipitation
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
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Abstract
Un proceso para preparar una composición catalítica que comprende partículas de catalizador a granel que comprenden al menos un metal no noble del Grupo VIII y al menos dos metales del Grupo VIB, comprendiendo dicho proceso combinar y hacer reaccionar al menos un componente metálico no noble del Grupo VIII con al menos dos componentes metálicos del Grupo VIB en presencia de un líquido prótico, permaneciendo al menos uno de los componentes metálicos al menos parcialmente en estado sólido durante todo el proceso, comprendiendo dichos metales del Grupo VIII y del Grupo VIB de 50% en peso a 100% en peso, calculado en forma de óxidos, del peso total de dichas partículas de catalizador a granel, siendo la solubilidad de esos componentes metálicos que están al menos parcialmente en estado sólido durante la reacción inferior a 0, 05 mol/100 ml de agua a 18º C.
Description
Composición catalítica de metales mezclados, su
preparación y uso.
El invento se refiere a un proceso para la
preparación de una composición catalítica de metales mezclados que
comprende partículas de catalizador a granel que comprenden al
menos un metal no noble del Grupo VIII y al menos dos metales del
Grupo VIB, a la composición catalítica que se obtiene mediante dicho
proceso y a la utilización de dicha composición como catalizador en
aplicaciones de hidroprocesado.
En el hidroprocesado de materias hidrocarbonadas,
las materias primas se hidrotratan y/o hidrocraquean en presencia
de hidrógeno. El hidroprocesado abarca todos los procesos en los
que una corriente de alimentación hidrocarbonada se hace reaccionar
con hidrógeno a temperatura y presión elevadas, incluyendo procesos
tales como hidrogenación, hidrodesulfuración,
hidrodesnitrogenación, hidrodesmetalización, hidrodesaromatización,
hidroisomerización, hidrodesencerado, hidrocraqueo y hidrocraqueo en
condiciones de presión suave, lo que comúnmente se llama
hidrocraqueo suave.
En general, los catalizadores de hidroprocesado
están compuestos por un vehículo con un componente metálico del
Grupo VIB y un componente metálico no noble del Grupo VIII
depositados sobre él. Generalmente, tales catalizadores se preparan
impregnando un vehículo con disoluciones acuosas de compuestos de
los metales en cuestión, seguido de una o más etapas secado y
calcinación. Tal proceso de preparación del catalizador se
describe, por ejemplo, en la patente de EE.UU. 2.873.257 y en la
patente europea 0469675.
Una técnica alternativa para la preparación de
los catalizadores anteriores se describe en la patente de EE.UU.
4.113.605, en la que, por ejemplo, se hace reaccionar carbonato de
níquel con, por ejemplo, MoO_{3} para formar molibdato de níquel
cristalino, que posteriormente se mezcla y se somete a extrusión con
alúmina.
La patente alemana 3029266 describe un proceso
similar, en el que el carbonato de níquel se mezcla con WO_{3}, y
la composición resultante se mezcla con alúmina impregnada con, por
ejemplo, nitrato de níquel y wolframato de amonio.
Dado que el vehículo por sí solo carece o
presenta escasa actividad catalítica, la actividad de los
catalizadores anteriores que contienen vehículo en el
hidroprocesado es bastante moderada. Por tanto, uno de los objetivos
del presente invento es proporcionar un catalizador que pueda
aplicarse sin vehículo. Generalmente, tales catalizadores sin
vehículo se denominan catalizadores a granel.
La preparación de catalizadores a granel se
conoce, por ejemplo, a partir de la patente británica 836.936 y la
patente europea 0 014 218. Por ejemplo, el catalizador de la
patente europea 0 014 218 se prepara mediante secado por
pulverización de una suspensión acuosa de carbonato de potasio,
dicromato de potasio, óxido de vanadio, óxido de hierro, cemento
portland, metil-celulosa y grafito.
Debe notarse que todos los catalizadores
anteriores comprenden un metal no noble del Grupo VIII y un metal
del Grupo VIB. Tales catalizadores presentan sólo actividad
moderada en el hidroprocesado. Por tanto, es un objetivo del
presente invento proporcionar catalizadores con actividad catalítica
mejorada.
Un desarrollo más reciente es la aplicación de
catalizadores que comprenden un metal no noble del Grupo VIII y dos
metales del Grupo VIB.
Tal catalizador se describe, por ejemplo, en la
patente japonesa 09000929, en la patente de EE.UU. 4.596.785, en la
patente de EE.UU. 4.820.677, en la patente de EE.UU. 3.678.124, en
la patente de EE.UU. 4.153.578, y en la solicitud de patente
internacional no prepublicada WO 9903578.
El catalizador de la patente japonesa 09000929,
que es un catalizador que contiene vehículo, se prepara impregnando
un soporte inorgánico con cobalto o níquel como metal no noble del
Grupo VIII y molibdeno y wolframio como metales del Grupo VIB.
El catalizador de la patente de EE.UU. 4.596.785
comprende los disulfuros de al menos un metal no noble del Grupo
VIII y al menos un metal del Grupo VIB. El catalizador de la patente
de EE.UU. 4.820.677 es un sulfuro amorfo que comprende hierro como
metal no noble del Grupo VIII y un metal que se escoge entre
molibdeno, wolframio o sus mezclas como metal del Grupo VIB, así
como también un ligando polidentado tal como etilendiamina. En
ambas referencias, el catalizador se prepara vía
co-precipitación de fuentes solubles en agua de un
metal no noble del Grupo VIII y dos metales del Grupo VIB en
presencia de sulfuros. El precipitado se separa, se seca y se
calcina. Todas las etapas han de llevarse a cabo en atmósfera
inerte, lo que implica que se necesitan técnicas sofisticadas para
llevar a cabo el proceso. Además, debido a esta técnica de
co-precipitación hay grandes cantidades de agua
residual.
Por tanto, es un objetivo del presente invento
proporcionar un proceso que sea técnicamente simple, robusto, que
no requiera manejo bajo atmósfera inerte durante la preparación del
catalizador y en el que puedan evitarse grandes cantidades de agua
residual.
La patente de EE.UU. 3.678.124 describe
catalizadores oxidados a granel para ser utilizados en la
deshidrogenación oxidativa de hidrocarburos de parafinas. Los
catalizadores se preparan por co-precipitación de
los componentes solubles en agua de los correspondientes metales.
De nuevo, la técnica de co-precipitación da lugar a
grandes cantidades de agua residual.
El catalizador de la patente de EE.UU. 4.153.578
es un catalizador de níquel Raney para ser utilizado en la
hidrogenación de butindiol. El catalizador se prepara poniendo en
contacto níquel Raney que de manera opcional contiene, por ejemplo,
wolframio con un componente de molibdeno, en presencia de agua. El
molibdeno se adsorbe sobre el níquel Raney mediante agitación
mecánica de la suspensión resultante a temperatura ambiente.
La patente británica 1 282 950 describe un
proceso para la preparación de geles transparentes que contienen
hierro y molibdeno y a sus utilizaciones. Los geles se preparan
mediante un proceso en el que los materiales de partida se mezclan
en presencia de una cantidad de agua no superior a la que se
requiere para formar disoluciones saturadas individuales de los
compuestos. Los compuestos escogidos presentan una elevada
solubilidad.
El documento CZ 158758 describe la preparación de
dos precipitados por separado combinando disoluciones de varios
compuestos. El primer precipitado se prepara combinando
disoluciones de molibdato de amonio y cloruro de hierro (III). El
segundo precipitado se prepara combinando disoluciones de molibdato
de amonio y cloruro de cromo (III). Los precipitados se lavan con
un exceso de agua destilada, que se elimina por decantación. Se
combinan las suspensiones de los dos precipitados, la mezcla se
filtra, la torta filtrante se lava con agua destilada y se seca de
forma estática al aire a temperatura ambiente, se le confiere por
extrusión, se seca a temperatura ambiente, a continuación a 120ºC y
posteriormente se calcina a 420ºC. En esta referencia, se combinan
los componentes sólidos que comprenden dos metales del Grupo VI y
un metal del Grupo VII, pero no reaccionan para formar un nuevo
material.
Finalmente, en la solicitud de patente
internacional no prepublicada WO 9903578, se preparan catalizadores
por co-precipitación de ciertas cantidades de una
fuente de níquel, molibdeno y wolframio, en ausencia de
sulfuros.
Se ha comprobado que todos los objetivos
anteriores pueden alcanzarse mediante un proceso que comprende
combinar y hacer reaccionar al menos un componente metálico no
noble del Grupo VIII con al menos dos componentes metálicos del
Grupo VIB en presencia de un líquido prótico, permaneciendo al
menos uno de los componentes metálicos al menos parcialmente en
estado sólido durante todo el proceso, comprendiendo dichos metales
del Grupo VIII y del Grupo VIB de 50% a 100% en peso, calculado en
forma de óxidos, del total del peso de dichas partículas del
catalizador a granel, siendo la solubilidad de los componentes
metálicos que están al menos parcialmente en estado sólido durante
la reacción inferior a 0,05 mol/100 ml de agua a 18ºC.
Por medio del proceso de acuerdo con el invento
es posible preparar partículas de catalizador con un elevado
contenido en metales, mientras que la utilización de al menos un
componente que permanece al menos parcialmente en estado sólido
conduce a una disminución de la producción de agua residual que
contiene sales.
Otro aspecto del presente invento es una nueva
composición catalítica.
Otro aspecto del presente invento es la
utilización de la composición anterior para el hidroprocesado de
materias hidrocarbonadas.
El presente invento va destinado a un proceso
para preparar una composición catalítica que contiene partículas de
catalizador a granel que comprenden al menos un metal no noble del
Grupo VIII y al menos dos metales del Grupo VIB, comprendiendo el
proceso combinar y hacer reaccionar al menos un componente metálico
no noble del Grupo VIII con al menos dos componentes metálicos del
Grupo VIB en presencia de un líquido prótico, permaneciendo al menos
uno de los componentes metálicos al menos parcialmente en estado
sólido durante todo el proceso. Los metales del Grupo VIII y del
Grupo VIB comprenden de 50% en peso a 100% en peso, calculado en
forma de óxidos, del peso total de dichas partículas del
catalizador a granel. La solubilidad de los componentes metálicos
que están al menos parcialmente en estado sólido durante la
reacción es inferior a 0,05 mol/100 ml de agua a 18ºC.
Por eso, resulta esencial para el proceso del
invento que al menos un componente metálico permanezca al menos
parcialmente en estado sólido durante todo el proceso del invento.
Este proceso comprende combinar y hacer reaccionar los componentes
metálicos. Más particularmente, comprende añadir los componentes
metálicos unos a otros y simultáneamente y/o posteriormente hacerlos
reaccionar. Por consiguiente, resulta esencial para el proceso del
invento que al menos un componente metálico se añada al menos
parcialmente en estado sólido y que este componente metálico
permanezca al menos parcialmente en estado sólido durante toda la
reacción. La expresión "al menos parcialmente en estado sólido"
en este contexto significa que al menos parte del componente
metálico está presente como componente metálico sólido y, de manera
opcional, otra parte del componente metálico está presente como
disolución de este metal en el líquido prótico. Un ejemplo típico
de esto es una suspensión de un componente metálico en un líquido
prótico, en la que el metal está presente al menos parcialmente en
forma de sólido, y de manera opcional parcialmente disuelto en el
líquido prótico.
Es posible preparar primero una suspensión de un
componente metálico en el líquido prótico y añadir, simultáneamente
o uno tras otro, la(s) disolución(es) y/o además
la(s) suspensión(es) que comprenden el(los)
componente(s) metálico(s) suspendido(s) y/o
disuelto(s) en el líquido prótico. También es posible
combinar primero las disoluciones, bien simultáneamente o una tras
otra, y posteriormente añadir la(s) suspensión(es) y
de manera opcional la(s) disolución(es), bien de
manera simultánea o una tras otra.
En todos los casos, la suspensión que comprende
el componente metálico puede prepararse suspendiendo un componente
metálico sólido en el líquido prótico.
No obstante, resulta también posible preparar la
suspensión mediante co-precipitación de uno o más
componentes metálicos. La suspensión resultante puede aplicarse
como tal en el proceso del invento, es decir, se añaden a la
suspensión resultante más componentes metálicos en disolución, en
forma de suspensión o de por sí. La suspensión resultante también
puede aplicarse tras separación sólido-líquido y/o
tras ser opcionalmente secada y/o tras ser opcionalmente tratada
térmicamente y/o tras ser opcionalmente humectada o resuspendida en
el líquido prótico.
En vez de una suspensión del componente metálico,
puede usarse un componente metálico en estado seco o humectado.
Debe notarse que las alternativas del proceso
anterior son sólo algunos ejemplos para ilustrar la adición de
componentes metálicos a la mezcla de reacción. En general, todos
los órdenes de adición son posibles. Preferiblemente, todos los
componentes metálicos del Grupo VIII se combinan de manera
simultánea y todos los componentes metálicos del Grupo VIB se
combinan de manera simultánea, y posteriormente se combinan las dos
mezclas resultantes.
Con tal de que al menos un componente metálico
esté al menos parcialmente en estado sólido durante el proceso del
invento, el número de componentes metálicos que están al menos
parcialmente en estado sólido no resulta crítico. De esta forma, es
posible que todos los componentes metálicos se combinen en el
proceso del invento, para ser aplicados al menos parcialmente en
estado sólido. De manera alternativa, un componente metálico que
esté al menos parcialmente en estado sólido puede combinarse con un
componente metálico que esté en estado de soluto. Por ejemplo, se
añade uno de los componentes metálicos al menos parcialmente en
estado sólido, y al menos dos y preferiblemente dos metales
componentes metálicos se añaden en estado de soluto.
Que un componente metálico se añada "en estado
de soluto" significa que toda la cantidad de este componente
metálico se añade en forma de disolución de este componente metálico
en el líquido prótico.
Sin desear estar apoyado por una ninguna teoría,
el solicitante piensa que los componentes metálicos que se añaden
durante el proceso del invento interactúan al menos en parte: el
líquido prótico es responsable del transporte de los componentes
metálicos disueltos. Debido a este transporte, los componentes
metálicos entran en contacto unos con otros y pueden reaccionar. Se
piensa que esta reacción incluso puede tener lugar si todos los
componentes metálicos se encuentran prácticamente en su totalidad
en estado sólido. Debido a la presencia del líquido prótico, una
pequeña parte de los componentes metálicos puede incluso disolverse
y posteriormente reaccionar como se ha descrito anteriormente. Por
tanto, la presencia de un líquido prótico durante el proceso del
presente invento se considera crítica.
La reacción puede controlarse mediante técnicas
convencionales tales como espectroscopía de infrarrojos o
espectroscopía de Raman. En este caso, la reacción queda indicada
por cambios de señal. En algunos casos, también es posible
controlar la reacción registrando el pH de la mezcla de reacción. En
este caso, la reacción queda indicada por un cambio de pH. Además,
la difracción de rayos-X sirve para controlar si la
reacción se ha producido de forma completa. Esto se describirá con
más detalle en el capítulo "Composición catalítica del
invento".
Está claro que no resulta apropiado preparar
primero una disolución que contenga todos los componentes metálicos
necesarios para la preparación de cierta composición catalítica y
posteriormente coprecipitar estos componentes. Tampoco resulta
apropiado para el proceso del invento añadir los componentes
metálicos al menos parcialmente en estado sólido y escoger las
condiciones de proceso, tales como temperatura, pH o cantidad de
líquido prótico, de tal forma que todos los componentes metálicos
añadidos estén presentes completamente en estado de soluto al menos
en alguna etapa. Por el contrario, según se ha establecido
anteriormente, al menos uno de los componentes metálicos que se
añade al menos parcialmente en estado sólido debe permanecer al
menos parcialmente en estado sólido durante toda la etapa de
reacción.
Preferiblemente, al menos 1% en peso, incluso más
preferiblemente al menos 10% en peso, y incluso más preferiblemente
al menos 15% en peso del componente metálico se añade en estado
sólido durante el proceso del invento, basado en el peso total de
todos los componentes metálicos del Grupo VIB y del Grupo VIII,
calculado en forma de óxidos metálicos. Cuando se desee obtener un
rendimiento elevado, es decir, una cantidad elevada de composición
catalítica final, el método preferido es la utilización de
componentes metálicos de los cuáles una elevada cantidad permanece
en estado sólido durante el proceso del invento. En ese caso,
pequeñas cantidades de componentes metálicos permanecen disueltos en
el líquido madre y se reduce la cantidad de componentes metálicos
que acaban en el agua residual durante la posterior separación
sólido-líquido. Puede evitarse completamente
cualquier pérdida de componentes metálicos si el líquido madre
resultante de la separación sólido-líquido se
recicla en el proceso. Nótese que una ventaja particular del
proceso del presente invento en comparación con la preparación de
un catalizador basada en un proceso de
co-precipitación, es que la cantidad de agua
residual puede reducirse considerablemente.
Dependiendo de la reactividad de los componentes
metálicos, preferiblemente al menos 0,01% en peso, más
preferiblemente al menos 0,05% en peso, y del modo más preferido al
menos 0,1% en peso de todos los componentes metálicos empleados
inicialmente en el proceso del invento se añaden en forma de
disolución, basado en el peso total de componentes metálicos,
calculado como óxidos metálicos. De esta forma, el contacto
apropiado entre los componentes metálicos queda garantizado. Si la
reactividad de un componente metálico a añadir en particular es
baja, es recomendable añadir una cantidad elevada de este componente
metálico en forma de disolución.
El líquido prótico a aplicar en el proceso del
presente invento puede ser cualquier líquido prótico. Ejemplos son
agua, ácidos carboxílicos y alcoholes tales como metanol, etanol o
sus mezclas. Preferiblemente, en el proceso del presente invento,
se utiliza un líquido que comprende agua, tal como mezclas de un
alcohol y agua y más preferiblemente agua. También pueden aplicarse
de manera simultánea diferentes líquidos próticos en el proceso del
presente invento. Por ejemplo, es posible añadir una suspensión de
un componente metálico en etanol a una disolución acuosa de otro
componente metálico. En algunos casos, puede utilizarse un
componente metálico que se disuelva en su propia agua de
cristalización. En este caso, el agua de cristalización sirve como
líquido prótico. Por supuesto, debe escogerse el líquido de forma
que no interfiera con la reacción.
Al menos un componente metálico no noble del
Grupo VIII y al menos dos componentes metálicos del Grupo VIB se
aplican en el proceso del invento. Metales apropiados del Grupo VIB
incluyen cromo, molibdeno, wolframio o sus mezclas, siendo lo más
preferido una combinación de molibdeno y wolframio. Metales no
nobles del Grupo VIII incluyen hierro, cobalto, níquel o sus
mezclas, preferiblemente cobalto y/o níquel. Preferiblemente, en el
proceso del invento, se aplica una combinación de componentes
metálicos que comprende níquel, molibdeno y wolframio o níquel,
cobalto, molibdeno y wolframio, o cobalto, molibdeno y
wolframio.
Es preferible que níquel y cobalto formen al
menos 50% en peso del total de componentes metálicos no nobles del
Grupo VIII, calculado en forma de óxidos, más preferiblemente al
menos 70% en peso, e incluso más preferiblemente al menos 90% en
peso. Puede ser especialmente preferido que el componente metálico
no noble del Grupo VIII consista esencialmente en níquel y/o
cobalto.
Es preferible que molibdeno y wolframio formen al
menos 50% en peso del total de componentes metálicos del Grupo VIB,
calculado en forma de óxidos, más preferiblemente al menos 70% en
peso, e incluso más preferiblemente al menos 90% en peso. Puede ser
especialmente preferido que el componente metálico no noble del
Grupo VIII consista esencialmente en molibdeno y wolframio.
Generalmente, la relación en moles de metales no
nobles del Grupo VIB y del Grupo VIII aplicada en el proceso del
invento varía 10:1-1:10 y preferiblemente
3:1-1:3. Generalmente, la relación en moles de los
diferentes metales del Grupo VIB entre ellos no es crítica. Se
obtiene lo mismo cuando se aplica más de un metal no noble del
Grupo VIII. Cuando se aplican molibdeno y wolframio como metales
del Grupo VIB, la relación en moles de molibdeno:wolframio
preferiblemente está dentro del intervalo 9:1-1:19,
más preferiblemente 3:1-1:9, y del modo más
preferido 3:1-1:6.
Si el líquido prótico es agua, generalmente la
solubilidad de los componentes metálicos no nobles del Grupo VIII y
de los componentes metálicos del Grupo VIB que están al menos
parcialmente en estado sólido durante el proceso del invento es
menor que 0,05 mol/(100 ml de agua a 18ºC).
Si el líquido prótico es agua, componentes
metálicos no nobles del Grupo VIII que están al menos parcialmente
en estado sólido durante el proceso del invento comprenden
componentes metálico no nobles del Grupo VIII con baja solubilidad
en agua tales como citratos, oxalatos, carbonatos,
hidroxicarbonatos, hidróxidos, fosfatos, fosfuros, sulfuros,
aluminatos, molibdatos, wolframatos, óxidos y sus mezclas.
Preferiblemente, los componentes metálicos no nobles del Grupo VIII
que están al menos parcialmente en estado sólido durante el proceso
del invento comprenden, y más preferiblemente consisten
esencialmente en, oxalatos, carbonatos, hidroxicarbonatos,
hidróxidos, fosfatos, molibdatos, wolframatos, óxidos y sus
mezclas, siendo hidroxicarbonatos y carbonatos los más preferidos.
Generalmente, la relación en moles entre los grupos hidróxido y los
grupos carbonato en el hidroxicarbonato está dentro del intervalo
0-4, preferiblemente 0-2, más
preferiblemente 0-1, y del modo más preferido
0,1-0,8. Del modo más preferido, el componente
metálico no noble del Grupo VIII que está al menos parcialmente en
estado sólido durante el proceso del invento es una sal metálica no
noble del Grupo VIII.
Si el líquido prótico es agua, componentes
apropiados de níquel o cobalto que están al menos parcialmente en
estado sólido durante el proceso del invento comprenden componentes
de níquel o cobalto insolubles en agua tales como oxalatos,
citratos, aluminatos, carbonatos, hidroxicarbonatos, hidróxidos,
molibdatos, fosfatos, fosfuros, sulfuros, wolframatos, óxidos y sus
mezclas de níquel y/o cobalto. Preferiblemente, el compuesto de
níquel o cobalto comprende, y más preferiblemente consiste
esencialmente en, oxalatos, citratos, carbonatos,
hidroxicarbonatos, hidróxidos, molibdatos, fosfatos, wolframatos,
óxidos o sus mezclas de níquel y/o cobalto, siendo hidroxicarbonato
de níquel y/o cobalto, hidróxido de níquel y/o cobalto, carbonato
de níquel y/o cobalto o sus mezclas los más preferidos.
Generalmente, la relación en moles entre los grupos hidróxido y los
grupos carbonato en el hidroxicarbonato de níquel o cobalto o
níquel-cobalto está dentro del intervalo
0-4, preferiblemente 0-2, más
preferiblemente 0-1, y del modo más preferido
0,1-0,8. Componentes apropiados de hierro que están
al menos parcialmente en estado sólido son citrato de hierro (II),
carbonato de hierro, hidroxicarbonato, hidróxido, fosfato, fosfuro,
sulfuro, óxido o sus mezclas, siendo citrato de hierro (II),
carbonato de hierro, hidroxicarbonato, hidróxido, fosfato, fosfuro,
óxido o sus mezclas los más preferidos.
Si el líquido prótico es agua, componentes
metálicos apropiados del Grupo VIB que están al menos parcialmente
en estado sólido durante el contacto comprenden componentes
metálicos del Grupo VIB con una baja solubilidad en agua, tales
como di- y trióxidos, carburos, nitruros, sales de aluminio, ácidos,
sulfuros o sus mezclas. Componentes metálicos del Grupo VIB
preferidos que están al menos parcialmente en estado sólido durante
el contacto comprenden, y preferiblemente consisten esencialmente
en, di- y trióxidos, ácidos y sus mezclas.
Componentes de molibdeno apropiados que están al
menos parcialmente en estado sólido durante el proceso del invento
comprenden componentes de molibdeno insolubles en agua tales como
di- y trióxido de molibdeno, sulfuro de molibdeno, carburo de
molibdeno, nitruro de molibdeno, molibdato de aluminio, ácidos
molíbdicos (por ejemplo, H_{2}MoO_{4}), fosfomolibdato de amonio
o sus mezclas, siendo preferidos ácido molíbdico y di- y trióxido
de molibdeno.
Finalmente, componentes de wolframio apropiados
que están al menos parcialmente en estado sólido durante el proceso
del invento comprenden compuestos de wolframio insolubles en agua,
tales como d- y trióxido de wolframio, sulfuro de wolframio
(WS_{2} y WS_{3}), carburo de wolframio, ácido ortowolfrámico
(H_{2}WO_{4}\cdotH_{2}O), nitruro de wolframio, wolframato
de aluminio (también meta- o poliwolframato), fosfowolframato de
amonio o sus mezclas, siendo preferidos ácido
orto-wolfrámico y di- y trióxido de wolframio.
Generalmente, todos los componentes anteriores se
encuentran disponibles a nivel comercial o pueden prepararse por,
por ejemplo, precipitación, por ejemplo, hidroxicarbonato de níquel
puede prepararse a partir de una disolución de cloruro, sulfato o
nitrato de níquel añadiendo la cantidad apropiada de carbonato de
sodio. Generalmente, los expertos en la técnica saben que las
condiciones de precipitación deben escogerse de forma que se
obtengan la morfología y la textura deseadas.
En general, se prefieren los componentes
metálicos que pueden contener principalmente C, O y/o H además del
metal ya que son menos perjudiciales para el medio ambiente. Los
carbonatos e hidroxicarbonatos metálicos no nobles del Grupo VIII
constituyen componentes metálicos preferidos a añadir al menos
parcialmente en estado sólido, ya que cuando se aplica carbonato o
hidroxicarbonato se desprende CO_{2} que ejerce una influencia
positiva sobre el pH de la mezcla de reacción. Además, debido a que
el carbonato se transforma en CO_{2} y no acaba en el agua
residual, resulta posible reciclar el agua residual. Además, en
este caso no es necesaria ninguna etapa de lavado para eliminar
aniones no deseados de las partículas del catalizador a granel
resultante.
Componentes metálicos no nobles del Grupo VIII
preferidos a añadir en estado de soluto comprenden sales metálicas
no nobles del Grupo VIII, tales como nitratos, sulfatos, acetatos,
cloruros, formiatos, hipofosfitos y sus mezclas. Ejemplos incluyen
componentes de níquel y/o cobalto solubles en agua, por ejemplo,
sales de níquel y/o cobalto solubles en agua tales como nitratos,
sulfatos, acetatos, cloruros, formiatos o sus mezclas de níquel y/o
cobalto, así como también hipofosfito de níquel. Componentes de
hierro apropiados a añadir en estado de soluto comprenden acetato,
cloruro, formiato, nitrato, sulfato de hierro o sus mezclas.
Componentes metálicos del Grupo VIB apropiados a
añadir en estado de soluto incluyen sales metálicas del Grupo VIB
solubles en agua tales como monomolibdatos y wolframatos de metal
alcalino o amonio normal, así como también
isopoli-compuestos de molibdeno y wolframio solubles
en agua, tales como ácido metawolfrámico, o
heteropoli-compuestos de molibdeno o wolframio
solubles en agua que además comprenden, por ejemplo, P, Si, Ni o Co
o sus combinaciones. Isopoli- y
heteropoli-compuestos solubles en agua apropiados se
presentan en Molybdenum Chemicals, Chemical data series,
Bulletin Cdb-14b, Febrero 1969 y en Molybdenum
Chemicals, Chemical data series, Bulletin
Cdb-14a-revised, Noviembre 1969.
Compuestos de cromo solubles en agua apropiados son, por ejemplo,
cromatos normales, isopolicromatos y sulfato de cromo y amonio.
Combinaciones preferidas de componentes metálicos
son carbonatos y/o hidroxicarbonatos metálicos no nobles del Grupo
VIII, tales como carbonato y/o hidroxicarbonato de níquel o cobalto,
con un óxido metálico del Grupo VIB y/o un ácido del Grupo VIB, tal
como la combinación de ácido wolfrámico y óxido de molibdeno, o la
combinación de trióxido de molibdeno y trióxido de wolframio, o un
hidroxicarbonato y/o carbonato del Grupo VIII, tal como
hidroxicarbonato y/o carbonato de níquel o cobalto, con sales
metálicas del Grupo VIB, tal como dimolibdato de amonio,
heptamolibdato de amonio y metawolframato de amonio. Está dentro de
la capacidad de los expertos escoger otras combinaciones apropiadas
de componentes metálicos.
Se ha comprobado que la morfología y la textura
del componente o componentes metálicos que permanecen al menos
parcialmente en estado sólido durante el proceso del invento pueden
mantenerse durante el proceso del presente invento. Por
consiguiente, aplicando partículas de componentes metálicos con una
determinada morfología y textura, pueden controlarse en cierta
medida la morfología y la textura de las partículas de catalizador
a granel contenidas en la composición catalítica final.
"Morfología y textura" en el sentido del presente invento se
refieren a volumen, distribución de tamaño de poro, superficie
específica, forma y tamaño de las partículas. Las "partículas del
catalizador a granel" contenidas en la composición catalítica
final se describirán en el capítulo "Composición catalítica del
presente invento".
Generalmente, la superficie especifica de las
partículas de catalizador oxidado a granel es la menos 60%,
preferiblemente al menos 70%, y más preferiblemente al menos 80% de
la superficie específica del componente metálico que permanece al
menos parcialmente en estado sólido durante el proceso del invento.
La superficie específica se expresa en este caso como superficie
específica por peso de este componente metálico, calculado en forma
de óxido metálico. Además, el diámetro medio de poro (determinado
por adsorción de nitrógeno) de las partículas de catalizador
oxidado a granel generalmente es de al menos 40% y preferiblemente
al menos 50% del diámetro medio de poro del componente metálico que
permanece al menos parcialmente en estado sólido durante el proceso
del invento. Además, el volumen de poro (determinado por adsorción
de nitrógeno) de las partículas de catalizador oxidado generalmente
es de al menos 40% y preferiblemente de al menos 50% del volumen de
poro del componente metálico que permanece al menos parcialmente en
estado sólido durante el proceso del invento, expresándose el
volumen de poro como volumen de los poros por peso de este
componente metálico, calculado en forma de óxido metálico.
Generalmente, que el tamaño de partícula se
conserve depende del grado de daño mecánico experimentado por las
partículas de catalizador oxidado a granel durante el proceso,
especialmente durante las etapas tales como mezcla y amasado. Es
posible conservar el diámetro de partícula en gran medida si estos
tratamientos son cortos y delicados. En este caso, el diámetro medio
de partícula de las partículas de catalizador oxidado a granel
generalmente es de al menos 80% y preferiblemente de al menos 90%
del diámetro medio de partícula del componente metálico que
permanece al menos parcialmente en estado sólido durante el proceso
del invento. El tamaño de partícula también puede verse afectado
por tratamientos tales como secado por pulverización, especialmente
si están presentes otros materiales. Está dentro de la capacidad de
los expertos escoger condiciones apropiadas con el fin de controlar
la distribución del tamaño de partícula durante tales
tratamientos.
Cuando un se escoge componente metálico que se
añade al menos parcialmente en estado sólido y que tiene un
diámetro medio de partícula grande, se piensa que los otros
componentes metálicos sólo reaccionan con la capa más externa de
las partículas grandes del componente metálico. En este caso, se
obtiene la estructura de partículas de catalizador a granel llamada
"núcleo-cubierta".
Pueden lograrse una morfología y textura
apropiadas del(de los) componente(s)
metálico(s) bien aplicando componentes metálicos preformados
apropiados o bien preparando estos componentes metálicos mediante la
precipitación anteriormente descrita o
re-cristalización o cualquier otra técnica conocida
por el experto, en condiciones tales que se obtengan una morfología
y textura apropiadas. La selección de las condiciones de
precipitación apropiadas puede llevarse a cabo mediante experimentos
rutinarios.
Con el fin de obtener una composición catalítica
final con una elevada actividad catalítica, es preferible que el
componente o componentes metálicos que están al menos parcialmente
en estado sólido durante el proceso del invento sean componentes
metálicos porosos. Es deseable que el volumen total de poro y la
distribución del tamaño de poro de estos componentes metálicos sean
similares a las de los catalizadores de hidroprocesado
convencionales. Generalmente, los catalizadores de hidroprocesado
convencionales tienen un volumen de poro de 0,05-5
ml/g, preferiblemente de 0,1-4 ml/g, más
preferiblemente de 0,1-3 ml/g y del modo más
preferido de 0,1-2 ml/g, determinado por
porosimetría de agua o de mercurio. Además, los catalizadores de
hidroprocesado convencionales generalmente tienen una superficie
específica de al menos 10 m^{2}/g, más preferiblemente de al
menos 50 m^{2}/g y del modo más preferido de al menos 100
m^{2}/g, determinado mediante el método B.E.T.
Preferiblemente, el diámetro medio de partícula
del componente o componentes metálicos que están al menos
parcialmente en estado sólido durante el proceso del invento está
dentro del intervalo de al menos 0,5 \mum, preferiblemente al
menos 1 \mum, y del modo más preferido al menos 2 \mum, pero
preferiblemente no más de 5000 \mum, más preferiblemente no más
de 1000 \mum, incluso más preferiblemente no más de 500 \mum, y
del modo más preferido no más de 150 \mum. Incluso más
preferiblemente, el diámetro medio de partícula está dentro del
intervalo 1-150 \mum, y del modo más preferido
dentro del intervalo 2-150 \mum. Generalmente,
cuanto menor es el tamaño de partícula de los componentes
metálicos, mayor es su reactividad. Por tanto, componentes metálicos
con tamaño de partícula por debajo de los límites inferiores
preferidos son, en principio, realizaciones preferidas del presente
invento. No obstante, por razones de salud, seguridad y de tipo
medioambiental, el manejo de partículas tan pequeñas requiere
precauciones especiales.
A continuación, se describen condiciones de
proceso preferidas durante la combinación de los componentes
metálicos y la (posterior) etapa de reacción:
Generalmente, las condiciones de proceso durante
la combinación de los componentes metálicos no son críticas. Es
posible añadir todos los componentes a temperatura ambiente y a su
pH natural (si se aplica una disolución o una suspensión).
Generalmente, por supuesto, es preferible mantener la temperatura
de los componentes metálicos a añadir por debajo del punto de
ebullición de la mezcla de reacción, para garantizar un fácil
manejo de los componentes durante la adición. No obstante, si se
desea, también pueden aplicarse temperaturas por encima del punto
de ebullición de la mezcla de reacción o diferentes valores de pH.
Si la etapa de reacción se lleva a cabo a temperatura elevada, las
suspensiones y opcionalmente las disoluciones que se añaden a la
mezcla de reacción generalmente pueden precalentarse hasta una
temperatura elevada que puede ser igual a la temperatura de
reacción.
Como se ha mencionado anteriormente, la adición
de uno o más componentes metálicos también puede llevarse a cabo
mientras los componentes metálicos combinados reaccionan entre sí.
En este caso, la combinación de los componentes metálicos y su
reacción se solapan y constituyen una sola etapa del proceso.
Durante y/o después de su adición, los
componentes metálicos generalmente se agitan a cierta temperatura
durante un determinado periodo de tiempo para dejar que la reacción
tenga lugar. Preferiblemente, la temperatura de reacción está
dentro del intervalo 0-300ºC, más preferiblemente
50-300ºC, incluso más preferiblemente
70-200ºC, y del modo más preferido en el intervalo
70-180ºC. Si la temperatura está por debajo del
punto de ebullición de la mezcla de reacción, generalmente el
proceso se lleva a cabo a presión atmosférica. Por encima de esta
temperatura, la reacción generalmente se lleva a cabo a presión
elevada, preferiblemente en un autoclave y/o mezclador
estático.
Generalmente, la mezcla se mantiene a su pH
natural durante la etapa de reacción. Preferiblemente, el pH está
dentro del intervalo 0-12, más preferiblemente en
el intervalo 1-10, e incluso más preferiblemente en
el intervalo 3-8. Según se ha establecido
anteriormente, la temperatura y el pH deben escogerse con cuidado,
de forma que no todos los metales se disuelvan durante la etapa de
reacción.
Generalmente, el tiempo de reacción está dentro
del intervalo de 1 minuto a varios días, más preferiblemente en el
intervalo de 1 minuto a 24 horas, y del modo más preferido en el
intervalo de 5 minutos a 20 horas. Como se ha mencionado
anteriormente, el tiempo de reacción depende de la temperatura.
Tras la etapa de reacción, si fuese necesario, el
sólido puede separarse del líquido, por ejemplo, mediante
filtración.
El proceso del presente invento puede llevarse a
cabo tanto como proceso discontinuo como proceso continuo.
Si se desea, puede añadirse un material escogido
entre el grupo de materiales aglutinantes, catalizadores de
hidroprocesado convencionales, componentes de craqueo o sus
mezclas, durante la preparación descrita anteriormente de las
partículas de catalizador a granel o a las partículas después de su
preparación, como se aclara a continuación. Detalles de estos
materiales se recogen a continuación en el capítulo (B).
Para esta realización del proceso, están
disponibles las siguientes opciones: generalmente, los componentes
metálicos no nobles del Grupo VIB y del Grupo VIII pueden
combinarse con cualesquiera materiales anteriores antes o durante
la reacción de los componentes metálicos. Por ejemplo, pueden
añadirse al material bien simultáneamente o uno tras otro. De
manera alternativa, los componentes metálicos no nobles del Grupo
VIB y del Grupo VIII pueden combinarse como se ha descrito
anteriormente, y posteriormente añadirse un material a los
componentes metálicos combinados. Además, es posible combinar parte
de los componentes metálicos no nobles del Grupo VIB y del Grupo
VIII bien simultáneamente o bien uno tras otro, añadir
posteriormente el material, y finalmente añadir el resto de
componentes metálicos no nobles del Grupo VIB y del Grupo VIII bien
simultáneamente o uno tras otro. Por ejemplo, es posible primero
mezclar y moldear con el material un componente metálico no noble
del Grupo VIB y del Grupo VIII que está al menos parcialmente en
estado sólido durante el proceso del invento y, posteriormente,
añadir
\hbox{otro(s)}componente(s) metálico(s) no noble(s) del Grupo VIB y del Grupo VIII a la mezcla opcionalmente moldeada. No obstante, también es importante combinar el material con el componente(s) metálico(s) no noble(s) del Grupo VIB y del Grupo VIII en estado de soluto y posteriormente añadir un componente metálico al menos parcialmente en estado sólido. Finalmente, es posible la adición simultánea de los componentes metálicos y el material.
Como se ha establecido anteriormente, el material
a añadir durante la preparación de las partículas de catalizador a
granel puede ser un material aglutinante. Material aglutinante de
acuerdo con el presente invento significa aglutinante y/o sus
precursores. Si se añade un precursor en forma de disolución, debe
tenerse precaución para que el aglutinante se convierta al estado
sólido durante el proceso del invento. Esto puede lograrse ajustando
las condiciones de pH de tal forma que tenga lugar la precipitación
del aglutinante. Las condiciones apropiadas para la precipitación
del aglutinante son conocidas por los expertos y no necesitan más
explicación. Si la cantidad de líquido de la composición catalítica
resultante es muy elevada, opcionalmente puede llevarse a cabo una
separación sólido-líquido.
Adicionalmente, durante la preparación de las
partículas de catalizador a granel y de la misma forma que se ha
descrito para los materiales anteriores, es posible añadir otros
materiales tales como compuestos que contienen fósforo, compuestos
que contienen boro, compuestos que contienen silicio, compuestos que
contienen flúor, metales de transición adicionales, metales de las
tierras raras o sus mezclas. A continuación, se aportan detalles
sobre estos otros materiales.
Nótese que, sin tener en cuenta si alguno de los
(otros) materiales anteriores se añade durante la preparación de
las partículas, las partículas resultantes del proceso descrito
anteriormente como (A) se denotarán como "partículas de
catalizador a granel" en el presente invento.
Preferiblemente, las partículas de catalizador a
granel bien como tales o bien comprendiendo cualquiera de los
(otros) materiales anteriores están sujetas a una o más de las
siguientes etapas del proceso de
(i) asociación con un material que se escoge en
el grupo de materiales aglutinantes, catalizadores de
hidroprocesado convencionales, componentes de craqueo o sus
mezclas,
(ii) secado por pulverización, secado
(evaporación súbita), molienda, amasado, mezcla en suspensión,
mezcla en seco o en húmedo o sus combinaciones
(iii) conformación,
(iv) secado y/o tratamiento térmico, y
(v) sulfuración.
Estas etapas del proceso se explican con más
detalle a continuación:
Etapa (i) del
proceso
El material puede añadirse en estado seco,
tratado térmicamente o no, en estado humectado y/o suspendido y/o
en forma de disolución.
El material puede añadirse durante la preparación
de las partículas de catalizador a granel (véase anteriormente),
después de la preparación de la composición catalítica a granel
pero antes de cualquier etapa (ii) y/o durante y/o después de
cualquier etapa (ii) pero antes de cualquier etapa (iii) de
conformación.
Preferiblemente, el material se añade después de
la preparación de las partículas de catalizador a granel y antes
del secado por pulverización o cualquier técnica alternativa, o, si
el secado por pulverización o las técnicas alternativas no se
aplican, antes de la conformación. De manera opcional, la
composición catalítica a granel preparada como se ha descrito
anteriormente puede someterse a separación
sólido-líquido antes de formar los materiales
compuestos con el material. Tras la separación
sólido-líquido, de manera opcional, puede incluirse
una etapa de lavado. Además, es posible tratar térmicamente la
composición catalítica a granel después de la separación
sólido-líquido opcional y de la etapa de secado y
antes de la asociación con el material.
En todas las alternativas de proceso descritas
anteriormente, la expresión "asociación de la composición
catalítica a granel con un material" significa que el material
se añade a la composición catalítica a granel o al revés y la
composición resultante se mezcla. Preferiblemente, la mezcla se hace
en presencia de un líquido ("mezcla húmeda"). Esto mejora la
resistencia mecánica de la composición catalítica final.
Se ha comprobado que la asociación de las
partículas de catalizador a granel con el material y/o la
incorporación del material durante la preparación de las partículas
de catalizador a granel conduce a composiciones catalíticas a granel
de resistencia mecánica particularmente elevada, en particular si
el tamaño medio de partícula de las partículas de catalizador a
granel está dentro del intervalo de al menos 0,5 \mum, más
preferiblemente al menos 1 \mum, y del modo más preferido al
menos 2 \mum, pero preferiblemente no más de 5000 \mum, más
preferiblemente no más de 1000 \mum, incluso más preferiblemente
no más de 500 \mum, y del modo más preferido no más de 150 \mum.
Incluso más preferiblemente, el diámetro medio de partícula está
dentro del intervalo de 1-150 \mum y del modo más
preferido dentro del intervalo 2-150 \mum.
La asociación de las partículas de catalizador a
granel con el material da lugar a partículas de catalizador a
granel incrustadas en este material o al revés. Normalmente, la
morfología de las partículas de catalizador a granel se mantiene
esencialmente en la composición catalítica resultante.
Como se ha mencionado anteriormente, el material
puede escogerse entre un material aglutinante, un catalizador de
hidroprocesado convencional, un componente de craqueo o sus
mezclas. Estos materiales se describirán con más detalle a
continuación.
Los materiales aglutinantes a aplicar pueden ser
cualesquiera materiales convencionalmente aplicados como
aglutinantes en catalizadores de hidroprocesado. Ejemplos son
sílice, sílice-alúmina, tal como
sílice-alúmina convencional, alúmina revestida con
sílice y sílice revestida con alúmina, alúmina como
(pseudo)boemita, o gibsita, titania, alúmina revestida con
titania, circonia, arcillas catiónicas o arcillas aniónicas tal
como saponita, bentonita, caolín, sepiolita o hidrotalcita o sus
mezclas. Aglutinantes preferidos son sílice,
sílice-alúmina, alúmina, titania, alúmina revestida
de titania, circonia, bentonita o sus mezclas. Estos aglutinantes
pueden aplicarse como tales o tras peptización.
También es posible aplicar precursores de estos
aglutinantes que durante el proceso del invento se convierten en
cualquiera de los aglutinantes descritos anteriormente. Precursores
apropiados son, por ejemplo, aluminatos de metales alcalinos (para
obtener un aglutinante de alúmina), vidrio soluble (para obtener un
aglutinante de sílice), una mezcla de aluminatos de metales
alcalinos y vidrio soluble (para obtener un aglutinante de
sílice-alúmina), una mezcla de fuentes de metales
di-, tri- y/o tetravalentes tales como una mezcla de sales de
magnesio, aluminio y/o silicio solubles en agua (para preparar una
arcilla catiónica y/o una arcilla aniónica), clorhidrol de
aluminio, sulfato de aluminio, nitrato de aluminio, cloruro de
aluminio o sus mezclas.
Si se desea, pueden formarse compuestos del
material aglutinante con el compuesto que contiene un metal del
Grupo VIB y/o el compuesto que contiene un metal no noble del Grupo
VIII, antes de asociar con la composición catalítica a granel y/o
antes de ser añadido durante su preparación. La asociación del
material aglutinante con cualquiera de estos compuestos que
contienen metal puede llevarse a cabo mediante impregnación del
aglutinante con estos materiales. Técnicas de impregnación
apropiadas son conocidas por los expertos en la técnica. Si el
aglutinante se peptiza, también es posible llevar a cabo la
peptización en presencia de compuestos que contienen metales no
nobles del Grupo VIB y del Grupo VIII.
Si se aplica alúmina como aglutinante, la
superficie específica de la alúmina normalmente está dentro del
intervalo 50-600 m^{2}/g y preferiblemente
100-450 m^{2}/g, medida por el método B.E.T.
Preferiblemente, el volumen de poro de la alúmina está dentro del
intervalo 0,1-1,5 ml/g, medido por adsorción de
nitrógeno. Antes de la caracterización de la alúmina, ésta se trata
térmicamente a 600ºC durante 1 hora.
Generalmente, el material aglutinante a añadir en
el proceso del invento tiene menos actividad catalítica que la
composición catalítica a granel o no presenta ninguna actividad
catalítica. Por consiguiente, añadiendo un material aglutinante, la
actividad de la composición catalítica a granel puede reducirse.
Además, la adición del material aglutinante puede conduce a un
aumento considerable de la resistencia mecánica de la composición
catalítica final. Por tanto, la cantidad de material aglutinante a
añadir en el proceso del invento generalmente depende de la
actividad deseada y/o de la resistencia mecánica deseada de la
composición catalítica final. Cantidades de aglutinante de
0-95% en peso de la composición total puede resultar
apropiadas, dependiendo de la aplicación catalítica prevista. No
obstante, para aprovechar la actividad resultante inusualmente
elevada de la composición del presente invento, las cantidades de
aglutinante a añadir generalmente están dentro del intervalo de
0-75% en peso de la composición total,
preferiblemente 0-50% en peso, más preferiblemente
0-30% en peso.
Catalizadores de hidroprocesado convencionales
son, por ejemplo, catalizadores convencionales de
hidrodesulfuración, hidrodesnitrogenación o hidrocraqueo. Estos
catalizadores pueden añadirse en estado usado, regenerado, nuevo o
sulfurado. Si se desea, el catalizador de hidroprocesado
convencional puede molerse o tratarse de otra forma convencional
antes de ser aplicado en el proceso del invento.
Un componente de craqueo de acuerdo con el
presente invento es cualquier componente de craqueo convencional tal
como arcillas catiónicas, arcillas aniónicas, componentes de
craqueo cristalinos tales como zeolitas, por ejemplo,
ZSM-5 (ultra-estable), zeolita Y,
zeolita X, ALPOs, SAPOs, MCM-41, componentes de
craqueo amorfos tales como sílice-alúmina o sus
mezclas. Estará claro que algunos materiales pueden actuar como
aglutinante y como componente de craqueo al mismo tiempo. Por
ejemplo, la sílice-alúmina puede tener una función
de craqueo y aglutinante al mismo tiempo.
Si se desea, pueden formarse compuestos del
componente de craqueo con un metal del Grupo VIB y/o con un metal
no noble del Grupo VIII, antes de asociar con la composición
catalítica a granel y/o antes de añadirlo durante su preparación.
La asociación del componente de craqueo con cualquiera de estos
materiales puede adoptar la forma de impregnación del componente de
craqueo con estos materiales.
Generalmente, la adición de alguno los
componentes de craqueo descritos anteriormente, si es que se añade
alguno, depende de la aplicación catalítica prevista de la
composición catalítica final. Preferiblemente, si la composición
resultante se va a aplicar en hidroprocesado, se añade un componente
de craqueo cristalino Si la composición catalítica final va a ser
utilizada en aplicaciones de hidrotratamiento o hidrocraqueo suave,
preferiblemente se añaden otros componentes de craqueo tales como
sílice-alúmina o arcillas catiónicas. La cantidad
de material de craqueo que se añade depende de la actividad deseada
de la composición final y de la aplicación prevista, y de esta
forma puede variar de 0 a 90% en peso, basado en el peso total de
la composición de catalizador.
De manera opcional, pueden incorporarse a la
composición catalítica otros materiales tales como compuestos que
contiene fósforo, compuestos que contienen boro, compuestos que
contienen silicio, compuestos que contiene flúor, compuestos
adicionales de metales de transición, compuestos de metales de las
tierras raras o sus mezclas.
Como compuestos que contienen fósforo pueden
aplicarse fosfato de amonio, ácido fosfórico o compuestos que
contienen fósforo orgánico. Pueden añadirse compuestos que
contienen fósforo en cualquier etapa del proceso del presente
invento antes de la etapa de conformación y/o después de la etapa de
conformación. Si el material aglutinante se peptiza, también pueden
utilizarse compuestos que contienen fósforo para la peptización.
Por ejemplo, puede peptizarse un aglutinante de alúmina poniéndolo
en contacto con ácido fosfórico o con una mezcla de ácido fosfórico
y ácido nítrico.
Como compuestos que contienen boro pueden
aplicarse, por ejemplo, ácido bórico heteropolicompuestos de boro
con molibdeno y/o wolframio, y como compuestos que contiene flúor
puede aplicarse, por ejemplo, fluoruro de amonio. Compuestos
típicos que contienen silicio son vidrio soluble, gel de sílice,
tetraetilortosilicato o heteropolicompuestos de silicio con
molibdeno y/o wolframio. Además, si se desea una combinación de F
con Si, B y P, respectivamente, pueden aplicarse compuestos tales
como ácido fluorosilícico, ácido fluorobórico, ácido
difluorofosfórico o ácido hexafluorofosfórico.
Metales de transición adicionales apropiados son,
por ejemplo, renio, manganeso, rutenio, rodio, indio, cromo,
vanadio, hierro, platino, paladio, titanio, circonio, niobio,
cobalto, níquel, molibdeno o wolframio. Estos metales pueden
añadirse en cualquier etapa del proceso del presente invento antes
de la etapa de conformación. Aparte de añadir estos metales durante
el proceso del invento, también es posible asociar a partir de la
composición catalítica final. De esta forma, es posible impregnar
la composición catalítica final con una disolución de impregnación
que comprende alguno de estos metales.
Etapa (ii) del
proceso
De manera opcional, las partículas de catalizador
a granel que comprenden cualquiera de los (otros) materiales
anteriores pueden someterse a secado por pulverización, secado
(evaporación súbita), molienda, amasado, mezcla de suspensión,
mezcla seca o húmeda o sus combinaciones, prefiriéndose una
combinación de mezcla húmeda y amasado o mezcla de suspensión y
secado por pulverización.
Estas técnicas pueden aplicarse bien antes o bien
después de que se añadan los (otros) materiales anteriores (si es
que se añaden), después de la separación
sólido-líquido, antes o después del tratamiento
térmico y después de la re-humectación.
Preferiblemente, las partículas de catalizador a
granel son sometidas a un proceso de asociación con cualquiera de
los materiales anteriores, y sometidas a cualquiera de las técnicas
anteriores. Se piensa que aplicando cualquiera de las técnicas
descritas anteriormente de secado por pulverización, secado
(evaporación súbita), molienda, amasado, mezcla de suspensión,
mezcla seca o húmeda o sus combinaciones, mejora el grado de mezcla
entre la composición catalítica a granel y cualquiera de los
materiales anteriores. Esto hace referencia a los casos en los que
el material se añade antes y después de la aplicación de cualquiera
de los métodos descritos anteriormente. No obstante, generalmente,
es preferible añadir el material antes de la etapa (ii). Si el
material se añade después de la etapa (ii), preferiblemente, la
composición resultante se mezcla completamente mediante cualquier
técnica convencional antes de cualesquiera otras etapas del proceso
tales como la etapa de conformación. Un ventaja de, por ejemplo, el
secado por pulverización es que no se obtienen corrientes de agua
residual al aplicar esta técnica.
Típicamente, el secado por pulverización se lleva
a cabo a una temperatura de salida dentro del intervalo 100º-200ºC,
y preferiblemente 120º-180ºC.
La mezcla seca significa mezclar las partículas
de catalizador a granel en estado seco con cualquiera de los
materiales anteriores en estado seco. La mezcla húmeda, por
ejemplo, comprende mezclar la torta filtrante húmeda que comprende
las partículas de catalizador a granel y opcionalmente cualquiera de
los materiales anteriores en forma de polvo o torta filtrante
húmeda, con el fin de formar a partir de ello una pasta
homogénea.
Etapa (iii) del
proceso
Si se desea, de manera opcional, el catalizador a
granel que comprende cualquiera de los (otros) materiales
anteriores puede someterse a una etapa de conformación después de
que se haya aplicado la etapa (ii). La etapa de conformación
comprende extrusión, formación de bolitas, rebordeado y/o secado
por pulverización. Debe notarse que si la composición catalítica se
aplica en reactores de tipo suspensión, lechos fluidizados, lechos
móviles o lechos expandidos, generalmente se aplica secado por
pulverización o rebordeado. Para aplicaciones de lecho fijo o lecho
fluidizado, generalmente la composición catalítica se somete a un
proceso de extrusión, formación de bolitas y/o rebordeado. En el
último caso, pueden añadirse cualesquiera aditivos utilizados
convencionalmente para facilitar la etapa de conformación, en
cualquier momento antes o durante la etapa de conformación. Estos
aditivos pueden comprender estearato de aluminio, tensioactivos,
grafito, almidón, metilcelulosa, bentonita, polietilenglicoles,
poli(óxidos de etileno) o sus mezclas. Además, cuando se emplea
como aglutinante, puede resultar deseable añadir ácidos tales como
ácido nítrico antes de la etapa de conformación, con el fin de
aumentar la resistencia mecánica de los productos extruídos.
Si la etapa de conformación comprende extrusión,
rebordeado y/o secado por pulverización, es preferible que la etapa
de conformación se lleve a cabo en presencia de un líquido, tal
como agua. Preferiblemente, en el caso de extrusión y/o rebordeado,
la cantidad de líquido en la mezcla de conformación, expresado en
LOI, están dentro del intervalo 20-80%.
Si se desea, puede aplicarse extrusión coaxial de
cualquiera de los materiales anteriores con las partículas de
catalizador a granel, que opcionalmente comprenden cualquiera de
los materiales anteriores. Más particularmente, pueden
co-extruirse dos mezclas, en cuyo caso las
partículas de catalizador a granel que opcionalmente comprenden
cualquiera de los materiales anteriores están presentes en el medio
interno de extrusión, mientras que cualquiera de los materiales
anteriores sin las partículas de catalizador a granel está presente
en el medio externo de extrusión o al revés.
Etapa
(iv)
Después de etapa de secado opcional,
preferiblemente por encima de 100ºC, la composición catalítica
resultante conformada puede tratarse térmicamente si se desea. No
obstante, el tratamiento térmico no resulta esencial para el proceso
del invento. El "tratamiento térmico" de acuerdo con el
presente invento se refiere a un tratamiento llevado a cabo a
temperatura de, por ejemplo, 100-600ºC,
preferiblemente de 150º a 550ºC, más preferiblemente de 150ºC a
450ºC, durante un tiempo que varía de 0,5 a 48 horas en un gas
inerte tal como nitrógeno, o un gas que contiene oxígeno, tal como
aire u oxígeno puro. El tratamiento térmico puede llevarse a cabo
en presencia de vapor de agua.
En todas las etapas de proceso anteriores, debe
controlarse la cantidad de líquido. Si, por ejemplo, antes de
someter a la composición catalítica a secado por pulverización la
cantidad de líquido es demasiado baja, debe añadirse líquido
adicional. Si, por otra parte, por ejemplo, antes de someter a
extrusión a la composición catalítica la cantidad de líquido es
demasiado elevada, debe reducirse la cantidad de líquido mediante,
por ejemplo, separación sólido-líquido a través de,
por ejemplo, filtración, decantación o evaporación y, si fuese
necesario, el material resultante puede secarse y posteriormente
re-humectarse en cierta medida. Para todas las
etapas de proceso anteriores, está dentro del alcance de las
personas expertas el control apropiado de la cantidad de
líquido.
Etapa (v) del
proceso
El proceso del presente invento además puede
comprender una etapa de sulfuración. Generalmente, la sulfuración
se lleva a cabo poniendo en contacto las partículas de catalizador
a granel directamente después de su preparación o después de una
cualquiera de las etapas de proceso (i)-(iv) con un compuesto que
contiene azufre tal como azufre elemental, ácido sulfhídrico, DMDS o
polisulfuros. La etapa de sulfuración puede llevarse a cabo en fase
líquida o gaseosa. La sulfuración puede llevarse a cabo después de
la preparación de la composición catalítica a granel pero antes de
la etapa (i) y/o después de la etapa (i) pero antes de la etapa
(ii) y/o después de la etapa (ii) pero antes de la etapa (iii) y/o
después de la etapa (iii) pero antes de la etapa (iv) y/o después
de la etapa (iv). Es preferible que la sulfuración no se lleve a
cabo antes de cualquier etapa del proceso en la que los sulfuros
metálicos obtenidos se conviertan en sus óxidos. Tales etapas del
proceso son, por ejemplo, el tratamiento térmico o secado por
pulverización o cualquier otro tratamiento de alta temperatura si
se lleva a cabo en atmósfera que contiene oxígeno. Por
consiguiente, si se somete a la composición catalítica a secado por
pulverización y/o cualquier técnica alternativa o a tratamiento
térmico en atmósfera que contiene oxígeno, preferiblemente la
sulfuración se lleva a cabo después de la aplicación de estos
métodos. Por supuesto, si estos métodos se aplican en atmósfera
inerte, la sulfuración también puede llevarse a cabo antes de estos
métodos.
Si la composición catalítica se emplea en
procesos de lecho fijo, preferiblemente la sulfuración se lleva a
cabo después de la etapa de conformación y, si aplica, después del
último tratamiento térmico en atmósfera oxidante.
Generalmente, la sulfuración se lleva a cabo
in situ y/o ex situ. Preferiblemente, la sulfuración
se lleva a cabo ex situ, es decir, la sulfuración se lleva a
cabo en un reactor por separado antes de que la composición
catalítica sulfurada se alimente a la unidad de hidroprocesado.
Además, es preferible que la composición catalítica se sulfure tanto
ex situ como in situ.
Un proceso preferido del presente invento
comprende las siguientes etapas de proceso sucesivas de preparar
las partículas de catalizador a granel como se ha descrito
anteriormente, mezclar en forma de suspensión las partículas de
catalizador a granel obtenidas con, por ejemplo, un aglutinante,
secar por pulverización la composición resultante, humectar,
amasar, someter a extrusión, secar, calcinar y sulfurar. Otra
realización del proceso preferida comprende las siguientes etapas
sucesivas de preparar las partículas de catalizador a granel como
se ha descrito anteriormente, separar las partículas vía filtración,
mezclar de forma húmeda la torta filtrante con un material, tal
como un aglutinante, amasar, someter a extrusión, secar, calcinar y
sulfurar.
El invento además está relacionado con una
composición catalítica que se obtiene mediante el proceso descrito
anteriormente. Preferiblemente, el invento está relacionado con una
composición catalítica que se obtiene mediante la etapa de proceso
(A) y opcionalmente una o más etapas de proceso B(i)-(iv)
descritas anteriormente.
En una realización preferida, el invento está
relacionado con una composición catalítica que se obtiene mediante
el proceso descrito anteriormente, en el que la morfología
del(de los) componente(s) metálico(s) que
está(n) al menos parcialmente en estado sólido durante el proceso se
mantiene en la composición catalítica. Este aspecto relacionado con
que la morfología se mantenga se describe con más detalle en el
capítulo "Proceso del presente invento".
Además, el invento está relacionado con una
composición catalítica que comprende partículas de catalizador a
granel que comprenden al menos un metal no noble del Grupo VIII y
al menos dos metales del Grupo VIB, estando dichos metales
presentes en su estado oxidado y/o sulfurado, en el que la relación
en moles entre los metales del Grupo VIB y los metales no nobles
del Grupo VIII varía de 3:1 a 1:3, constituyendo dichos metales del
Grupo VIII y del Grupo VIB de 50% en peso a 100% en peso, calculado
en forma de óxidos, del peso total de dichas partículas del
catalizador a granel, constituyendo níquel y cobalto al menos 70%
en peso del total de los componentes metálicos no nobles del Grupo
VIII, calculado en forma de óxidos, en el que, cuando los
componentes metálicos están presentes en la composición catalítica
en su estado oxidado, la composición catalítica tiene un patrón de
difracción de rayos-X en el que
- cuando los metales del Grupo VIB son molibdeno, wolframio, y, de manera opcional, cromo, la composición catalítica tiene un patrón de difracción de rayos-X en el que la anchura total característica a la mitad del máximo del pico localizado a ángulo 2 teta = 53,6º (\pm 0,7º) no es superior a 2,5º.
- cuando los metales del Grupo VIB son molibdeno y cromo, la composición catalítica tiene un patrón de difracción de rayos-X en el que la anchura total característica a la mitad del máximo del pico localizado a ángulo 2 teta = 63,5º (\pm 0,6º) no es superior a 4º, o
- cuando los metales del Grupo VIB son wolframio y cromo, la composición catalítica tiene un patrón de difracción de rayos-X en el que la anchura total característica a la mitad del máximo del pico localizado a ángulo 2 teta = 53,6º (\pm 0,7º) no es superior a 4º.
Preferiblemente, la anchura total característica
a la mitad del máximo no es superior a 2,2º, más preferiblemente
2,0º, incluso más preferiblemente 1,8º, y del modo más preferido no
es superior a 1,6º (cuando los metales del Grupo VIB son molibdeno,
wolframio y, de manera opcional, cromo) o no es superior a 3,5º,
más preferiblemente 3,0º, incluso más preferiblemente 2,5º, y del
modo más preferido 2,0º (cuando los metales del Grupo VIB son
molibdeno y cromo o wolframio y cromo).
Preferiblemente, el patrón de difracción de
rayos-X muestra dos picos en las posiciones de
ángulo 2 teta = 38,7º (\pm 0,6º) y 40,8º (\pm 0,7º) (estos
picos son denominados doblete P) y/o dos picos en las posiciones de
ángulo 2 teta = 61,1º (\pm 1,5º) y 64,1º (\pm 1,2º) (estos
picos se denominan doblete Q) cuando los metales del Grupo VIB son
molibdeno, wolframio y, de manera opcional, cromo.
A partir de la anchura total característica a la
mitad del máximo de las composiciones catalíticas oxidado del
presente invento y, de manera opcional, de la presencia de al menos
uno de los dobletes P y Q, puede deducirse que la microestructura
del catalizador del presente invento difiere de la correspondiente
a los catalizadores preparados vía co-precipitación
descritos en el documento WO 9903578 o la patente de EE.UU.
3.678.124.
Los patrones típicos de difracción de
rayos-X se describen en los ejemplos.
El patrón de difracción de
rayos-X de las partículas de catalizador a granel
no contiene ninguno de los picos característicos de los componentes
metálicos que se van a hacer reaccionar. Por supuesto, si se desea,
también es posible escoger las cantidades de componentes metálicos
de tal forma que se obtengan partículas de catalizador a granel
caracterizadas por un patrón de rayos-X que
comprenda uno o más picos característicos de al menos uno de estos
componentes metálicos. Si, por ejemplo, se añade una cantidad
elevada del componente metálico que está al menos parcialmente en
estado sólido durante el proceso del invento, o si se añade este
componente metálico en forma de partículas grandes, pueden aparecer
trazas de pequeñas cantidades de este componente metálico en el
patrón de difracción de rayos-X de las partículas
resultantes de catalizador a granel.
La relación en moles de metales no nobles del
Grupo VIII varía de 3:1 a 1:3. En el caso de partículas con
estructura de núcleo-cubierta, estas relaciones en
moles, por supuesto, se aplican a los metales contenidos en la
cubierta. Generalmente, la relación en moles entre los metales del
Grupo VIB no es crítica. Cuando se aplica más de un metal no noble
del Grupo VIII ocurre lo mismo. En los casos en los molibdeno y
wolframio están presentes como metales del Grupo VIB,
preferiblemente la relación en moles de molibdeno:wolframio está
dentro del intervalo de 9:1 a 1:19, más preferiblemente de 3:1 a
1:9, y del modo más preferido de 3:1 a 1:6.
Las partículas de catalizador a granel comprenden
al menos un componente metálico no noble del Grupo VIII y al menos
dos componentes metálicos del Grupo VIB. Metales del Grupo VIB
apropiados incluyen cromo, molibdeno, wolframio o sus mezclas,
prefiriéndose una combinación de molibdeno y wolframio. Metales no
nobles del Grupo VIII incluyen hierro, cobalto, níquel o sus
mezclas, preferiblemente níquel y/o cobalto.
Preferiblemente, las partículas de catalizador a
granel del invento contienen una combinación de metales que
comprenden níquel, molibdeno y wolframio o níquel, cobalto,
molibdeno y wolframio, o cobalto, molibdeno y wolframio.
El níquel y el cobalto constituyen al menos 70%
en peso del total de componentes metálicos no nobles del Grupo
VIII, calculado en forma de óxidos, más preferiblemente al menos
90% en peso. Puede ser especialmente preferido que el componente
metálico no noble del Grupo VIII consista esencialmente en níquel
y/o cobalto.
Es preferible que el molibdeno y el wolframio
constituyan al menos 50% en peso del total de componentes metálicos
del Grupo VIB, calculado en forma de trióxidos, más preferiblemente
al menos 70% en peso, incluso más preferiblemente al menos 90% en
peso. Puede ser especialmente preferido que el componente metálico
del Grupo VIB consista esencialmente en molibdeno y wolframio.
Preferiblemente, las partículas de catalizador a
granel comprendidas en estas composiciones catalíticas tienen una
superficie específica B.E.T. de al menos 10m^{2}/g, más
preferiblemente de al menos 50 m^{2}/g y del modo más preferido
de al menos 80 m^{2}/g, medido por medio del método B.E.T.
Si durante la preparación de las partículas de
catalizador a granel no se ha añadido ninguno de los (otros)
materiales anteriores, tales como material aglutinante, componente
de craqueo o catalizador de hidroprocesado convencional, las
partículas de catalizador a granel comprenderán alrededor de 100% en
peso de metales del Grupo VIB y de metales no nobles del Grupo
VIII. Si se ha añadido alguno de los materiales anteriores durante
la preparación de las partículas de catalizador a granel,
comprenderán 50-100% en peso y preferiblemente
70-100% en peso de los metales del Grupo VIB y de
los metales no nobles del Grupo VIII, siendo el equilibrio
cualquiera de los (otros) materiales mencionados anteriormente. La
cantidad de metales del Grupo VIB y de metales no nobles del Grupo
VIII puede determinarse por TEM-EDX, AAS o ICP.
Preferiblemente, el diámetro medio de poro (50%
del volumen de poro está por debajo de dicho diámetro, el otro 50%
está por encima) de las partículas de catalizador oxidado a granel
es 3-25 nm, más preferiblemente 5-15
nm (determinado por adsorción de N_{2}).
Preferiblemente, el volumen total de poro de las
partículas de catalizador oxidado a granel es de al menos 0,05 ml/g
y más preferiblemente al menos 0,1 ml/g, determinado por adsorción
de N_{2}.
Es deseable que la distribución de tamaño de poro
de las partículas de catalizador a granel sea aproximadamente la
misma que la de los catalizadores de hidroprocesado convencionales.
Mas particularmente, preferiblemente, las partículas de catalizador
a granel tienen un diámetro medio de poro de 3-25
nm, determinado por adsorción de nitrógeno, un volumen de poro de
0,05-5 ml/g, más preferiblemente de
0,1-4 ml/g, incluso más preferiblemente de
0,1-3 ml/g, y del modo más preferido de
0,1-2 ml/g, determinado por adsorción de
nitrógeno.
Además, preferiblemente, estas partículas de
catalizador a granel tienen un tamaño medio de partícula dentro del
intervalo de al menos 0,5 \mum, más preferiblemente al menos 1
\mum, y del modo más preferido al menos 2 \mum, pero
preferiblemente no más de 5000 \mum, más preferiblemente no más de
1000 \mum, incluso más preferiblemente no más de 500 \mum, y
del modo más preferido no más de 150 \mum. Incluso más
preferiblemente, el diámetro medio de partícula está dentro del
intervalo 1-150 \mum, y del modo más preferido
dentro del intervalo de 2-150 \mum.
Como se ha mencionado anteriormente, si se desea,
es posible preparar partículas de catalizador a granel con
estructura de núcleo-cubierta utilizando el proceso
del invento. En estas partículas, al menos uno de los metales se
distribuye anisotrópicamente en las partículas de catalizador a
granel. La concentración del metal, el componente metálico que está
al menos parcialmente en estado sólido durante el proceso del
invento, generalmente es mayor en la parte interna, es decir, el
núcleo de las partículas finales de catalizador a granel, que en la
parte externa, es decir la cubierta de las partículas finales de
catalizador a granel. Generalmente, la concentración de este metal
en la cubierta de las partículas finales de catalizador a granel es
como máximo 95% y en la mayoría de los casos como máximo 90% de la
concentración de este metal en el núcleo de las partículas finales
de catalizador a granel. Además, se ha comprobado que el metal del
componente metálico que se aplica en estado de soluto durante el
proceso del invento se distribuye anisotrópicamente en las
partículas finales de catalizador a granel. Más particularmente, la
concentración de este metal en el núcleo de las partículas finales
de catalizador a granel generalmente es inferior a la concentración
de este metal en la cubierta. Incluso más particularmente, la
concentración de este metal en el núcleo de las partículas finales
de catalizador a granel es como máximo 80% y frecuentemente como
máximo 70% y a menudo como máximo 60% de la concentración de este
metal en la cubierta. Debe notarse que las distribuciones de metales
anisotrópicas descritas anteriormente, si es que las hubiera,
pueden estar presentes en la composición catalítica del invento sin
tener en cuenta si la composición catalítica se ha tratado
térmicamente o se ha sulfurado. En los casos anteriores,
generalmente la cubierta tiene un espesor de
10-1.000 nm.
Aunque la distribución de metal anisotrópica
puede lograrse con el proceso del invento, generalmente los metales
del Grupo VIB y los metales no nobles del Grupo VIII se distribuyen
homogéneamente en las partículas de catalizador a granel.
Generalmente, se prefiere esta realización.
Preferiblemente, la composición catalítica
comprende de manera adicional un material aglutinante apropiado.
Preferiblemente, materiales aglutinantes apropiados son los
descritos anteriormente. Generalmente, las partículas se incrustan
en el material aglutinante, que funciona como un pegamento para
mantener las partículas juntas. Preferiblemente, las partículas de
distribuyen homogéneamente con el aglutinante. Generalmente, la
presencia del aglutinante conduce a una resistencia mecánica
mejorada de la composición catalítica final. Generalmente, la
composición catalítica del invento tiene una resistencia mecánica,
expresada como resistencia a la compresión lateral, de al menos 0,45
Kg/mm (1 lb/mm), preferiblemente de al menos 1,36 Kg/mm (3 lb/mm))
(medida sobre materiales extruídos con un diámetro de
1-2 mm).
La cantidad de aglutinante depende, int.
al., de la actividad deseada de la composición catalítica.
Cantidades de aglutinante de 0-95% en peso de la
composición total pueden resultar apropiadas, dependiendo de la
aplicación catalítica prevista. No obstante, para aprovechar la
inusualmente elevada actividad de la composición del presente
invento, las cantidades de aglutinante están dentro del intervalo
de 0-50% en peso, preferiblemente de
0-30% en peso.
Si se desea, la composición catalítica puede
comprender un componente de craqueo apropiado. Preferiblemente,
componentes de craqueo apropiados son los descritos anteriormente.
Preferiblemente, la cantidad de componente de craqueo está dentro
del intervalo 0-90% en peso, basado en el peso total
de la composición catalítica.
Además, la composición catalítica puede
comprender catalizadores de hidroprocesado adicionales.
Generalmente, los catalizadores de hidroprocesado adicionales
comprenden cualquiera de los materiales aglutinantes y componentes
de craqueo descritos anteriormente. Generalmente, los metales de
hidrogenación de los catalizadores de hidroprocesados
convencionales comprenden metales no nobles del Grupo VIII y del
Grupo VIB tales como combinaciones de níquel y cobalto con
molibdeno o wolframio. Catalizadores de hidroprocesado
convencionales apropiados son, por ejemplo, catalizadores de
hidrotratamiento o hidrocraqueo. Los catalizadores pueden estar en
forma utilizada, regenerada, nuevos o sulfurados.
Además, la composición catalítica puede
comprender cualquier otro material que esté convencionalmente
presente en los catalizadores de hidroprocesado tal como compuestos
que contengan fósforo, compuestos que contengan boro, compuestos
que contengan silicio, compuestos que contengan flúor, metales de
transición adicionales, metales de las tierras raras o sus mezclas.
A continuación, se dan detalles sobre estos otros materiales.
Generalmente, los metales de transición o de las tierras raras
están presentes en forma oxidada cuando la composición catalítica
se ha tratado térmicamente en una atmósfera oxidante, y/o en forma
sulfurada cuando la composición catalítica se ha sulfurado.
Para obtener composiciones catalíticas con
resistencia mecánica elevada, puede ser deseable que la composición
catalítica del invento tenga una macroporosidad baja.
Preferiblemente, menos de 30% del volumen de poros de la
composición catalítica se encuentra en forma de poros con un
diámetro mayor que 100 nm (determinado por intrusión de mercurio,
ángulo de contacto: 130º), más preferiblemente menos de 20%.
Generalmente, la composición catalítica oxidada
del presente invento comprende 10-100% en peso,
preferiblemente 25-100% en peso, más preferiblemente
45-100% en peso, y del modo más preferido
65-100% en peso de metales no nobles del Grupo VIII
y del Grupo VIB, basado en el peso total de la composición
catalítica, calculado en forma de óxidos metálicos.
Nótese que un catalizador preparado vía
impregnación paso a paso con disoluciones de metales no nobles del
Grupo VIII y del Grupo VIB sobre un vehículo de alúmina como se
describe en la patente japonesa 09000929 no comprende ninguna
partícula de catalizador a granel y, de esta forma, tiene una
morfología que es completamente diferente a la del presente
invento.
Si se desea, la composición catalítica del
presente invento puede sulfurarse. Por consiguiente, el presente
invento además concierne a una composición catalítica que comprende
partículas de catalizador a granel sulfurado que comprenden al
menos un metal no noble del Grupo VIII y al menos dos metales del
Grupo VIB y, en la que el grado de sulfuración en las condiciones
de utilización no supera 90%.
Además, el presente invento hace referencia a una
composición catalítica que comprende partículas de catalizador a
granel sulfurado que comprenden al menos un metal no noble del
Grupo VIII y al menos dos metales del Grupo VIB y, en la que el
grado de sulfuración en condiciones de utilización no supera 90%, y
en la que la composición catalítica no comprende formas sulfuradas
de un compuesto de fórmula Ni_{b}Mo_{c}W_{d}O_{z}, con
b/(c+d) dentro del intervalo 0,75-1,5, o incluso
0,5-3 y c/d dentro del intervalo
0,1-10 o incluso siendo igual o mayor que 0,01, y z
= [2b+6(c+d)]/2, o en la que la composición catalítica
incluso no comprende ninguna forma sulfurada de molibdato de níquel
en la que al menos una parte, pero menos del total de molibdeno,
está sustituido por wolframio, como se describe en la aplicación de
patente internacional no pre-publicada WO
9903578.
Estará claro que la composición catalítica
sulfurada anterior puede comprender cualquiera de los (otros)
materiales descritos anteriormente.
El presente invento además hace referencia a una
composición catalítica sulfurada, con forma característica, que
comprende
(i) partículas de catalizador a granel sulfurado
que comprenden al menos un metal no noble del Grupo VIII y al menos
dos metales del Grupo VIB, en las que el grado de sulfuración en
condiciones de utilización no supera 90% y
(ii) un material que se escoge entre el grupo de
materiales aglutinantes, catalizadores de hidroprocesado
convencionales, componentes de craqueo o sus mezclas.
Es esencial que el grado de sulfuración de las
partículas de catalizador a granel sulfurado en condiciones de
utilización no exceda 90%. Preferiblemente, el grado de sulfuración
en condiciones de utilización está dentro del intervalo
10-90%, más preferiblemente 20-90%,
y del modo más preferido 40-90%. El grado de
sulfuración se determina como se describe en el capítulo "métodos
de caracterización".
Si se aplican técnicas de sulfuración
convencionales en el proceso del presente invento, el grado de
sulfuración de las partículas de catalizador a granel sulfurado
antes de su utilización es esencialmente idéntico al grado de
sulfuración en condiciones de utilización. No obstante, si se
aplican técnicas de sulfuración muy específicas, podría ser que el
grado de sulfuración antes de la utilización del catalizador fuese
mayor que durante su utilización, ya que durante la utilización
parte de los sulfuros o del azufre elemental es eliminado del
catalizador. En este caso, el grado de sulfuración es el que resulta
durante la utilización del catalizador y no el anterior a ella. Las
condiciones de utilización son las descritas a continuación en el
capítulo "utilización de acuerdo con el invento". Que el
catalizador se encuentre en "condiciones de utilización"
significa que está sometido a estas condiciones durante un período
de tiempo lo suficientemente largo como para que el catalizador
alcance el equilibrio con su medio de reacción.
Es preferible que la composición catalítica del
presente invento esté esencialmente libre de disulfuros de metales
no nobles del Grupo VIII. Más particularmente, preferiblemente los
metales no nobles del Grupo VIII están presentes como (metal no
noble del Grupo VIII)_{y}S_{x}, con s/y dentro del
intervalo 0,5-1,5.
Nótese que las composiciones catalíticas
sulfurado del presente invento tienen un rendimiento catalítico
mejor que los catalizadores que comprenden un metal no noble del
Grupo VIII y sólo un metal del Grupo VIB.
Las partículas de catalizador sulfurado y
conformado pueden adoptar diferentes formas. Formas apropiadas
incluyen esferas, cilindros, anillos y polilóbulos simétricos o
asimétricos, por ejemplo tri- y tetralóbulos. Las partículas que se
obtiene por extrusión, rebordeado o un proceso de formación de
píldoras normalmente tienen un diámetro dentro del intervalo
0,2-10 mm, y de igual forma su longitud se
encuentra dentro del intervalo 0,5-20 mm.
Generalmente, las partículas que se obtienen por un proceso de
secado por pulverización tienen un diámetro medio de partícula
dentro del intervalo 1 \mum-100 \mum.
A continuación se aportan detalles sobre
materiales aglutinantes, componentes de craqueo, catalizadores de
hidroprocesado convencionales y sobre cualesquiera otros materiales
así como también sobre sus cantidades. Además, a continuación, se
aportan detalles sobre los metales no nobles del Grupo VIII y sobre
los metales del Grupo VIB que contienen las composiciones
catalíticas sulfurado y sobre sus cantidades.
Nótese que la estructura de
núcleo-cubierta descrita anteriormente para la
composición catalítica oxidada no se destruye por sulfuración, es
decir, las composiciones catalíticas sulfurado también pueden
comprender esta estructura de núcleo-cubierta.
Nótese además que los catalizadores sulfurados
son materiales al menos parcialmente cristalinos, es decir, el
patrón de difracción de rayos-X de las partículas
de catalizador a granel sulfurado generalmente comprende varios
picos cristalinos característicos sulfuros de metales no nobles del
Grupo VIII y de metales del Grupo VIB.
De igual manera que para la composición
catalítica oxidada, preferiblemente, menos de 30% del volumen de
los poros de la composición catalítica sulfurada está en forma de
poros con un diámetro mayor que 100 nm (determinado por intrusión
de mercurio, ángulo de contacto: 130º), más preferiblemente menos de
20%.
Generalmente, los diámetros medios de partícula
de las partículas de catalizador a granel sulfurado son idénticos a
los aportados anteriormente para las partículas de catalizador a
granel oxidado.
La composición catalítica de acuerdo con el
invento puede utilizarse en prácticamente todos los procesos de
hidroprocesado, para tratar una variedad de corrientes de
alimentación en una amplio rango de condiciones de reacción, por
ejemplo, a temperaturas dentro del intervalo 200º-450ºC, presiones
de hidrógeno dentro del intervalo 5-300 bares, y
velocidades espaciales (LHSV) dentro del intervalo
0,05-10 h^{-1}. El término "hidroprocesado"
en este contexto engloba todos los procesos en los que se hace
reaccionar una corriente de alimentación hidrocarbonada con
hidrógeno a temperatura elevada y presión elevada, incluyendo
procesos tales como hidrogenación, hidrodesulfuración,
hidrodesnitrogenación, hidrodesmetalación, hidrodesaromatización,
hidroisomerización, hidrodesencerado, hidrocraqueo e hidrocraqueo
en condiciones de presión suave, lo que comúnmente se denomina
hidrocraqueo suave. La composición catalítica del invento es
particularmente apropiada para materias hidrocarbonadas en
hidrotratamiento. Tales procesos de hidrotratamiento comprenden,
por ejemplo, hidrodesulfuración, hidrodesnitrogenación e
hidrodesaromatización de materias hidrocarbonadas. Materias primas
apropiadas son, por ejemplo, destilados intermedios, queroseno,
naftas, gasóleos obtenidos a vacío y gasóleos pesados. Pueden
aplicarse condiciones de proceso convencionales, tales como
temperaturas dentro del intervalo 250º-450ºC, presiones dentro del
intervalo 5-250 bares, velocidades espaciales
dentro del intervalo 0,1-10 h^{-1}, y relaciones
de H_{2}/petróleo dentro del intervalo 50-2000
Nl/l.
En primer lugar, se midió la longitud, por
ejemplo, de la partícula extruída, y a continuación se sometió a la
partícula extruída a carga de compresión (25 libras en 8,6
segundos) por medio de un pistón móvil. Se midió la fuerza
necesaria para comprimir la partícula. Se repitió el procedimiento
con al menos 40 partículas extruídas y se calculó la media como
Kg/mm o fuerza (libras) por unidad de longitud (mm).
Preferiblemente, el método se aplicó a partículas conformadas con
una longitud inferior a 7 mm.
La medida de adsorción de N_{2} se llevó a cabo
como se describe en la Tésis Doctoral de J.C.P. Broekhoff (Delft
University of Technology 1969).
Determinación cualitativa: Es posible detectar
fácilmente la presencia de componentes metálicos sólidos durante el
proceso del invento mediante inspección visual al menos si los
componentes metálicos están presentes en forma de partículas con un
diámetro mayor que la longitud de onda de la luz visible. Por
supuesto, también pueden emplearse métodos tales como dispersión de
luz cuasi-elástica (QELS) o dispersión casi hacia
delante, conocidos por los expertos, con el fin de verificar que en
ningún momento del proceso del invento todos los metales están en
estado de soluto.
Determinación cuantitativa: si los componentes
metálicos que se añaden al menos parcialmente en estado sólido se
añaden en forma de suspensión(es), la cantidad de
componentes metálicos sólidos añadida durante el proceso del invento
puede determinarse mediante filtración de la(s)
suspensión(es) a añadir, en las condiciones que se aplican
durante la adición (temperatura, pH, presión, cantidad de líquido),
de tal forma que todo el material sólido que
\hbox{contiene(n)}la(s) suspensión(es) se recoge en la torta filtrante sólida. A partir del peso del sólido y de la torta filtrante sólida, puede determinarse el peso de componentes metálicos sólidos mediante técnicas estándar. Por supuesto, si además de los componentes metálicos sólidos están presentes otros componentes en la torta filtrante, tales como un aglutinante sólido, el peso de este sólido y del aglutinante seco debe restarse del peso del sólido y del peso de la torta filtrante seca.
La cantidad de componentes metálicos sólidos en
la torta filtrante también puede determinarse mediante técnicas
estándar tales como espectroscopía de absorción atómica (AAS), XRF,
análisis químico en húmedo o ICP.
Si los componentes metálicos que se añaden al
menos parcialmente en estado sólido se añaden en estado humectado o
seco, generalmente la filtración no es posible. En este caso, se
considera que el peso de los componentes metálicos sólidos es igual
al peso de componentes metálicos correspondientes empleados
inicialmente, en base seca. El peso total de todos los componentes
metálicos es la cantidad de todos los componentes metálicos
empleados inicialmente, en base seca, calculado en forma de
óxidos.
Se determinó la anchura total característica a la
mitad del máximo de los catalizadores oxidados en base al patrón de
difracción de rayos-X de los catalizadores,
empleando un fondo lineal:
(a) si los metales del Grupo VIB son molibdeno y
wolframio: la anchura total característica a la mitad del máximo es
la anchura total a la mitad del máximo (en términos de 2 teta) del
pico a ángulo 2 teta = 53,6º (\pm 0,7º).
(b) si los metales del Grupo VIB son molibdeno y
cromo: la anchura total característica a la mitad del máximo es la
anchura total a la mitad del máximo (en términos de 2 teta) del
pico a ángulo 2 teta = 63,5º (\pm 0,6º).
(c) si los metales del Grupo VIB son wolframio y
cromo: la anchura total característica a la mitad del máximo es la
anchura total a la mitad del máximo (en términos de 2 teta) del
pico a ángulo 2 teta = 53,6º (\pm 0,7º).
(d) si los metales del Grupo VIB son molibdeno,
wolframio y cromo: la anchura total característica a la mitad del
máximo es la anchura total a la mitad del máximo (en términos de
2\theta) del pico a ángulo 2 teta = 53,6º (\pm 0,7º).
Para la determinación del patrón de difracción de
rayos-X puede utilizarse un difractómetro de polvo
estándar (por ejemplo, Philips PW1050), equipado con un
monocromador de grafito. Las condiciones de medida pueden ser, por
ejemplo, las siguientes:
Ajuste del generador de rayos-X:
40 kV y 40 mA
Longitud de onda: 1,5418 angstroms
Divergencia y rendijas
anti-dispersión: 1º
Rendija del detector: 0,2 mm
Tamaño de la etapa: 0,04 (ángulo 2 teta)
Tiempo/etapa: 20 segundos.
Cualquier resto de azufre que contenía la
composición catalítica a granel sulfurado se oxidó en corriente de
oxígeno por calentamiento en un horno de inducción. El dióxido de
azufre resultante se analizó utilizando una célula de infrarrojos
con un sistema de detección basado en las características IR del
dióxido de azufre. Para obtener la cantidad de azufre, se compararon
las señales del dióxido de azufre con las obtenidas en la
calibración llevada a cabo con estándares conocidos. A
continuación, se calculó el grado de sulfuración como la relación
entre la cantidad de azufre que contenían las partículas de
catalizador a granel sulfurado y la cantidad de azufre que tendrían
las partículas de catalizador a granel si todos los metales del
Grupo VIB y metales no nobles del Grupo VIII estuvieran presentes
en forma de sus disulfuros.
Estará claro para los expertos que el catalizador
cuyo grado de sulfuración se mide se manipula en atmósfera inerte
antes de la determinación del grado de sulfuración.
A continuación se ilustrará el invento mediante
los siguientes Ejemplos:
Se disolvieron 17,65 g de heptamolibdato de
amonio (NH_{4})_{6}Mo_{7}O_{24} \cdot 4H_{2}O
(0,1 moles de Mo, ex. Aldrich) y 24,60 g de metawolframato de amonio
(NH_{4})_{6}H_{2}W_{12}O_{40} (0,1 moles de W, ex.
Strem Chemical) en 800 ml de agua, dando lugar a una disolución con
un pH de alrededor de 5,2 a temperatura ambiente. A continuación,
se calentó la disolución a 90ºC (disolución A).
Se formó una suspensión de 35,3 g de
hidroxicarbonato de níquel 2NiCO_{3} \cdot
3Ni(OH)_{2} \cdot 4 H_{2}O (0,3 moles de Ni, ex.
Aldrich) en 200 ml de agua, y se calentó esta suspensión a 90ºC
(suspensión B). El hidroxicarbonato de níquel tenia una superficie
específica B.E.T. de 239 m^{2}/g (= 376 m^{2}/g de NiO), un
volumen de poros de 0,39 cm^{3}/g (= 0,62 cm^{3}/g de NiO)
(medido por adsorción de nitrógeno), un diámetro medio de poro de
6,2 nm, y un diámetro medio de partícula de 11,1 micrómetros.
A continuación, se añadió la suspensión B a la
disolución A durante 10 minutos, y se mantuvo la suspensión
resultante a 90ºC durante un período de 18-20 horas
con agitación continua. Al final de este período, se filtró la
suspensión. El sólido resultante se secó a 120ºC durante 4 horas y
posteriormente se calcinó a 400ºC. El rendimiento fue de alrededor
de 92%, basado en el peso calculado de todos los componentes
metálicos que se habían convertido en sus óxidos.
Las partículas de catalizador a granel oxidado
tenían una superficie específica B.E.T. de 167 m^{2}/g (= 486
m^{2}/g de NiO = 128% de la superficie específica correspondiente
del hidroxicarbonato de níquel), un volumen de poros de 0,13
cm^{3}/g (= 0,39 cm^{3}/g NiO = 63% del volumen de poros del
hidroxicarbonato de níquel), un diámetro medio de poro de 3,4 nm (=
55% del diámetro medio de poro del hidroxicarbonato de níquel), y un
diámetro medio de partícula de 10,6 micrómetros (= 95% del diámetro
medio de partícula del hidroxicarbonato de níquel).
La Figura 1 muestra el patrón de difracción de
rayos-X obtenido después de la etapa de
calcinación. Se determinó que la anchura total a la mitad del máximo
era de 1,38º (en base al pico a ángulo 2 teta=53,82º).
Posteriormente, el catalizador se sulfuró: se
colocaron 1,5-2 g de catalizador en una cápsula de
cuarzo que se introdujo en un tubo de cuarzo horizontal y se colocó
en un horno Lindberg. Se elevó la temperatura hasta 370ºC durante
alrededor de una hora con flujo de nitrógeno de 50 ml/min y se
mantuvo el flujo durante 1,5 h a 370ºC. Se desconectó el nitrógeno,
y a continuación se añadió al reactor H_{2}S/H_{2} al 10% a 20
ml/min. Se elevó la temperatura hasta 400ºC y se mantuvo durante 2
horas. A continuación se retiró el calentamiento y se enfrió el
catalizador hasta 70ºC con flujo de H_{2}S/H_{2}, en cuyo
instante se interrumpió el flujo y se enfrió el catalizador hasta
temperatura ambiente en presencia de nitrógeno.
Se evaluó el catalizador sulfurado en un reactor
discontinuo Carberry modificado de 300 ml diseñado para flujo
constante de hidrógeno. Se formaron píldoras del catalizador y se
tamizaron hasta un tamaño de malla metálica de 20/40, y se
introdujo un gramo en una cápsula de acero inoxidable, intercalado
entre capas de bolas de mullita. Se añadieron al autoclave 100 ml de
corriente de alimentación líquida, que contenía 5% en peso de
dibenzotiofeno (DBT) en decalina. Se pasó un flujo de hidrógeno de
100 ml/min a través del reactor, y se mantuvo la presión a 3150 kPa
empleando un regulador de contrapresión. Se elevó la temperatura a
350ºC a 5-6ºC/min, y se llevó a cabo el ensayo bien
hasta que 50% del DBT se había convertido o bien hasta que habían
transcurrido 7 horas. Se tomó una pequeña alícuota de producto cada
30 minutos y se analizó por cromatografía de gases (GC). Se
calcularon las constantes de velocidad para la conversión total tal
como describen M. Daage y R.R. Chianelly (J. Catal. 149,
414-427 (1994)).
Se midió un valor para la conversión de DBT total
(expresada como constante de velocidad) a 350ºC (\chi_{total}) de
138\cdot10^{6} moléculas/(g\cdots).
Ejemplo comparativo
A
Se preparó un catalizador como se describe en el
Ejemplo 1, con la excepción de que sólo se aplicó un componente
metálico del Grupo VIB: se preparó un catalizador como en el
Ejemplo 1 empleando 35,3 g de heptamolibdato de amonio
(NH_{4})_{6}Mo_{7}O_{24} \cdot 4H_{2}O (0,2 moles
de Mo) y 35,3 g de hidroxicarbonato de níquel 2NiCO_{3} \cdot
3Ni(OH)_{2} \cdot 4 H_{2}O (0,3 moles de Ni). El
rendimiento fue de alrededor de 85%, basado en el peso calculado de
todos los componentes metálicos que se habían convertido en sus
óxidos. El catalizador se sulfuró y se sometió a ensayo como se
describe en el Ejemplo 1. Se midió un valor para la conversión de
DBT total (expresada como constante de velocidad) a 350ºC
(\chi_{total}) de 95,2\cdot10^{6} moléculas/(g\cdots), que
fue significativamente inferior al del Ejemplo 1.
Ejemplo comparativo
B
Se preparó un catalizador como se describe en el
Ejemplo 1, con la excepción de que sólo se utilizó un componente
metálico del Grupo VIB: se preparó un catalizador como en el
Ejemplo 1 empleando 49,2 g de metawolframato de amonio
(NH_{4})_{6}H_{2}W_{12}O_{40} (0,2 moles de W) y
35,3 g de hidroxicarbonato de níquel 2NiCO_{3} \cdot
3Ni(OH)_{2} \cdot 4 H_{2}O (0,3 moles de Ni). El
rendimiento fue de alrededor de 90%, basado en el peso calculado de
todos los componentes metálicos que se habían convertido en sus
óxidos. El catalizador se sulfuró y se sometió a ensayo como se
describe en el Ejemplo 1. Se midió un valor para la conversión de
DBT total (expresada como constante de velocidad) a 350ºC
(\chi_{total}) de 107\cdot10^{6} moléculas/(g\cdots), que
fue significativamente inferior al del Ejemplo 1.
Se formó una suspensión de 28,8 g de MoO_{3}
(0,2 moles de Mo, ex. Aldrich) y 50,0 g de ácido wolfrámico
H_{2}WO_{4} (0,2 moles de W, ex. Aldrich) en 800 ml de agua
(suspensión A) y se calentó a 90ºC. Se formó una suspensión de 70,6
g de hidroxicarbonato de níquel 2NiCO_{3} \cdot
3Ni(OH)_{2} \cdot 4 H_{2}O (0,6 moles de Ni, ex.
Aldrich) en 200 ml de agua y se calentó a 90ºC (suspensión B).
Se añadió la suspensión B a la suspensión A
durante 60 minutos, y la mezcla resultante se mantuvo a 90ºC
durante un período de 18 horas con agitación constante. Transcurrido
este tiempo, la suspensión se filtró y el sólido resultante se secó
a 120ºC durante 4-8 horas y se calcinó a 400ºC. El
rendimiento fue de alrededor de 90%, basado en el peso calculado de
todos los componentes metálicos que se habían convertido en sus
óxidos.
Las partículas de catalizador a granel oxidado
tenían una superficie específica B.E.T. de 139 m^{2}/g (= 374
m^{2}/g de NiO=99% de la superficie específica correspondiente
del hidroxicarbonato de níquel), un volumen de poros de 0,13
cm^{3}/g (= 0,35 cm^{3}/g de NiO = 56% del volumen de poros del
hidroxicarbonato de níquel), un diámetro medio de poro de 3,7 cm (=
60% del diámetro medio de poro del hidroxicarbonato de níquel), y
un diámetro medio de partícula de 14,5 micrómetros (= 131% del
diámetro medio de partícula del hidroxicarbonato de níquel).
El patrón de difracción de
rayos-X de las partículas de catalizador a granel
oxidado comprendió picos a ángulo 2 teta= 23,95º (muy ancho), 30,72º
(muy ancho), 35,72º, 38,76º, 40,93º, 53,80º, 61,67º y 64,23º.
Se determinó que la anchura total característica
a la mitad del máximo fue de 1,60º para la composición catalítica
calcinado (determinado sobre la base del pico a ángulo 2 teta=
53,80º).
El catalizador se sulfuró y el rendimiento
catalítico se sometió a ensayo como se describe en el Ejemplo 1. Se
midió un valor para la conversión total a 350ºC (\chi_{total}) de
144\cdot10^{6} moléculas/(g\cdots).
El grado de sulfuración en condiciones de
utilización fue de 62%.
Se repitió la preparación del Ejemplo 2, con la
excepción de que en vez de H_{2}WO_{4} se empleó
(NH_{4})_{6}H_{2}W_{12}O_{40}. El rendimiento fue
de alrededor de 96%, basado en el peso calculado de todos los
componentes metálicos que se habían convertido en sus óxidos.
Se repitió el Ejemplo 2 con diferentes cantidades
de níquel. La siguiente Tabla recoge los rendimientos y la anchura
total característica a la mitad del máximo (determinada sobre la
base de los picos en el intervalo de ángulo 2 teta=
53,66-53,92º).
Se repitió el Ejemplo 4 con diferentes relaciones
de molibdeno:wolframio.
La siguiente Tabla recoge los rendimientos y las
anchuras totales características a la mitad del máximo (determinada
sobre la base de los picos en el intervalo de ángulo 2 teta=
53,80-53,94º).
Se preparó una composición catalítica de forma
análoga al procedimiento descrito en el Ejemplo 1. La mezcla
resultante se secó por pulverización. El polvo seco por
pulverización contenía 43,5% en peso de NiO, 20,1% en peso de
MoO_{3} y 34,7% en peso de WO_{3}. El volumen de poros de las
partículas de catalizador a granel secadas por pulverización fue de
0,14 ml/g, medido por adsorción de nitrógeno, y la superficie
específica B.E.T. fue de 171 m^{2}/g.
Las partículas de catalizador a granel se
mezclaron de forma húmeda con 20% en peso de aglutinante de
alúmina, basado en el peso total de la composición catalítica. Se
ajustó el contenido de agua de la mezcla, con el fin de obtener una
mezcla susceptible de ser sometida a extrusión, y posteriormente se
sometió la mezcla a extrusión. Tras la extrusión, la fracción
extruída se secó a 120ºC y se calcinó a 385ºC. La composición
catalítica resultante tenía una superficie específica B.E.T. de 202
m^{2}/g, un volumen de poros medido por porosimetría de mercurio
de 0,25 ml/g, y una resistencia a la compresión lateral de 2,5 kg/mm
(5,4 libras/mm).
Parte del catalizador resultante se sulfuró
empleando un SRGO (gasóleo de primera destilación) marcado con DMDS
(disulfuro de dimetilo) para obtener un contenido total de S de
2,5% en peso a 30 bares (LSHV = 4 hr^{-1}, H:petróleo = 200). Se
elevó la temperatura del catalizador desde temperatura ambiente
hasta 320ºC, empleando una rampa de 0,5ºC/min, y se mantuvo a 320ºC
durante 10 horas. A continuación, se enfriaron las muestras hasta
temperatura ambiente.
El grado de sulfuración de la composición
catalítica sulfurada en condiciones de utilización fue de 52%.
Otra parte del catalizador se sulfuró con una
corriente de alimentación marcada con DMDS. A continuación, el
catalizador sulfurado de esta forma se sometió a ensayo con LCCO
(aceite de ciclo fluido craqueado). Se midió la actividad
volumétrica relativa en la hidrodesnitrogenación y fue de 281,
comparada con un catalizador que contiene níquel y molibdeno sobre
un soporte de alúmina disponible comercialmente.
Se preparó una composición catalítica de forma
análoga al procedimiento descrito en el Ejemplo 1. Una vez que la
reacción se completó, se formó una co-suspensión de
alúmina peptizada (15% en peso, basado en el peso total de la
composición catalítica) con las partículas de catalizador a granel,
y la suspensión se secó por pulverización. El catalizador
resultante contenía 13,2% en peso de Al_{2}O_{3}, 33,9% en peso
de NiO, 20,5% en peso de MoO_{3} y 30,2% en peso de WO_{3}. El
volumen de poros de la composición catalítica oxidada fue de 0,17
ml/g, medido por adsorción de nitrógeno, y la superficie específica
B.E.T. fue de 114 m^{2}/g. Las partículas secadas por
pulverización se mezclaron con la cantidad de agua necesaria para
formar una mezcla susceptible de someterla a extrusión. La mezcla
resultante se sometió a extrusión y las fracciones extruídas
resultantes se secaron a 120ºC y se calcinaron a 385ºC.
La composición catalítica resultante tenía una
superficie específica B.E.T. de 133 m^{2}/g, un volumen de poros
medido por porosimetría de mercurio de 0,24 ml/g, y una resistencia
a la compresión lateral de 2,40 kg/mm (5,3 libras/mm).
Parte del catalizador resultante se sulfuró
utilizando una mezcla de H_{2}S al 10% en volumen en H_{2} a
presión atmosférica (GHSV (velocidad espacial de gas a la hora) =
ca. 8700 Nm3\cdotm\cdoth^{-1}). Se elevó la temperatura del
catalizador desde temperatura ambiente hasta 400ºC, empleando una
rampa de 6ºC/min, y se mantuvo a 400ºC durante 2 horas. A
continuación, se enfrió la muestra a temperatura ambiente en la
mezcla de H_{2}S/H_{2}.
El grado de sulfuración de la composición
catalítica sulfurada en condiciones de utilización fue de 64%.
Otra parte del catalizador se sulfuró con una
corriente de alimentación marcada con DMDS. A continuación, el
catalizador sulfurado de esta forma se sometió a ensayo con LCCO
(aceite de ciclo fluido craqueado). Se midió la actividad
volumétrica relativa en la hidrodesnitrogenación y fue de 235,
comparada con un catalizador que contiene níquel y molibdeno sobre
un soporte de alúmina disponible comercialmente.
Claims (20)
1. Un proceso para preparar una composición
catalítica que comprende partículas de catalizador a granel que
comprenden al menos un metal no noble del Grupo VIII y al menos dos
metales del Grupo VIB, comprendiendo dicho proceso combinar y hacer
reaccionar al menos un componente metálico no noble del Grupo VIII
con al menos dos componentes metálicos del Grupo VIB en presencia de
un líquido prótico, permaneciendo al menos uno de los componentes
metálicos al menos parcialmente en estado sólido durante todo el
proceso, comprendiendo dichos metales del Grupo VIII y del Grupo
VIB de 50% en peso a 100% en peso, calculado en forma de óxidos,
del peso total de dichas partículas de catalizador a granel, siendo
la solubilidad de esos componentes metálicos que están al menos
parcialmente en estado sólido durante la reacción inferior a 0,05
mol/100 ml de agua a 18ºC.
2. El proceso de la reivindicación 1, en el que
al menos uno de los componentes metálicos está al menos
parcialmente en estado sólido y al menos uno de los componentes
metálicos está en estado de soluto durante la combinación de los
componentes metálicos.
3. El proceso de la reivindicación 1, en el que
todos los componentes metálicos están al menos parcialmente en
estado sólido durante la combinación de los componentes
metálicos.
4. El proceso de una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que el líquido prótico comprende
agua.
5. El proceso de una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que el metal no noble del Grupo
VIII comprende cobalto, níquel, hierro o sus mezclas.
6. El proceso de la reivindicación 5, en el que
níquel y cobalto constituyen al menos 50% en peso del total de
componentes metálicos no nobles del Grupo VIII, calculado en forma
de óxidos, preferiblemente al menos 70% en peso, más
preferiblemente al menos 90% en peso.
7. El proceso de una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que los metales del Grupo VIB
comprenden al menos dos de cromo, molibdeno y wolframio.
8. El proceso de la reivindicación 7, en el que
molibdeno y wolframio constituyen al menos 50% en peso del total de
componentes metálicos del Grupo VI, calculado en forma de
trióxidos, preferiblemente al menos 70% en peso, más
preferiblemente al menos 90% en peso.
9. El proceso de una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que, durante la combinación y/o
reacción de los componentes metálicos, se añade un material que se
escoge en el grupo formado por materiales aglutinantes,
catalizadores de hidroprocesado convencionales, componentes de
craqueo o sus mezclas.
10. El proceso de una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que las partículas de
catalizador a granel se someten a una o más de las siguientes
etapas de proceso:
(i) asociación con un material que se escoge en
el grupo formado por materiales aglutinantes, catalizadores de
hidroprocesado convencionales, componentes de craqueo o sus
mezclas,
(ii) secado por pulverización, secado
(evaporación súbita), molienda, amasado, mezcla en suspensión,
mezcla en seco o en húmedo o sus combinaciones
(iii) conformación,
(iv) secado y/o tratamiento térmico, y
(v) sulfuración.
11. El proceso de la reivindicación 10 que
comprende las etapas posteriores de
- \bullet
- combinación y reacción de al menos un componente metálico no noble del Grupo VIII con al menos dos componentes metálicos del Grupo VIB en presencia de un líquido prótico, permaneciendo al menos uno de los componentes metálicos al menos parcialmente en estado sólido durante todo el proceso
- \bullet
- secado opcional y/o lavado
- \bullet
- asociación del material con un material que se escoge en el grupo formado por materiales aglutinantes, componentes de craqueo, catalizadores de hidroprocesado convencionales o sus mezclas,
- \bullet
- conformación opcional, y
- \bullet
- sulfuración opcional
12. El proceso de la reivindicación 10 que
comprende las etapas posteriores de
- \bullet
- combinar y hacer reaccionar al menos un componente metálico no noble del Grupo VIII con al menos dos componentes metálicos del Grupo VIB en presencia de un líquido prótico, permaneciendo al menos uno de los componentes metálicos al menos parcialmente en estado sólido durante todo el proceso, estando presente durante la reacción un material que se escoge en el grupo formado por materiales aglutinantes, componentes de craqueo, catalizadores de hidroprocesado convencionales o sus mezclas
- \bullet
- opcionalmente secar y/o lavar
- \bullet
- opcionalmente conformar, y
- \bullet
- opcionalmente sulfurar.
13. El proceso de la reivindicación 11 ó 12, en
el que se lleva a cabo una etapa de conformación.
14. Una composición catalítica que comprende
partículas de catalizador a granel que comprenden al menos un metal
no noble del Grupo VIII y al menos dos metales del Grupo VIB,
estando dichos metales presentes en su estado oxidado y/o sulfurado,
en el que la relación molar entre los metales del Grupo VIB y los
metales no nobles del Grupo VIII varía de 3:1 a 1:3, constituyendo
dichos metales del Grupo VIII y del Grupo VIB de 50% en peso a 100%
en peso, calculado en forma de óxidos, del peso total de dichas
partículas de catalizador a granel, constituyendo níquel y cobalto
al menos 70% en peso del total de componentes metálicos no nobles
del Grupo VIII, calculado en forma de óxidos, en el que, cuando los
componentes metálicos están presentes en la composición catalítica
en su estado oxidado, la composición catalítica tiene un patrón de
difracción de rayos-X en el que
cuando los metales del Grupo VIB son molibdeno,
wolframio y, de manera opcional, cromo, la composición catalítica
tiene un patrón de difracción de rayos-X en el que
la anchura total característica a la mitad del máximo del pico
localizado a ángulo 2 teta = 53,6º (\pm 0,7º) no es superior a
2,5º
cuando los metales del Grupo VIB son molibdeno y
cromo, la composición catalítica tiene un patrón de difracción de
rayos-X en el que la anchura total característica a
la mitad del máximo del pico localizado a ángulo 2 teta = 63,5º
(\pm 0,6º) no es superior a 4º, o
cuando los metales del Grupo VIB son wolframio y
cromo, la composición catalítica tiene un patrón de difracción de
rayos-X en el que la anchura total característica a
la mitad del máximo del pico localizado a ángulo 2 teta = 53,6º
(\pm 0,7º) no es superior a 4º.
15. La composición catalítica de la
reivindicación 14, en la que la anchura total característica a la
mitad del máximo no es superior a 2,0º cuando los metales del Grupo
VIB son molibdeno, wolframio y, de manera opcional, cromo, o no es
superior a 3,0º cuando los metales del Grupo VIB son molibdeno y
cromo o wolframio y cromo.
16. La composición catalítica de la
reivindicación 14 ó 15, en la que molibdeno y wolframio constituyen
al menos 50% en peso del total de componentes metálicos del Grupo
VI, calculado en forma de trióxidos, preferiblemente al menos 70%
en peso, más preferiblemente al menos 90% en peso.
17. La composición catalítica de una cualquiera
de las reivindicaciones 14-16, que comprende
partículas de catalizador a granel sulfurado, que comprenden al
menos un componente metálico no noble del Grupo VIII y al menos dos
componentes metálicos del Grupo VIB, estando la composición
catalítica esencialmente libre de disulfuros metálicos no nobles
del Grupo VIII.
18. La composición catalítica de la
reivindicación 17, en la que los metales no nobles del Grupo VIII
están presentes como (metal no noble del Grupo III)_{y}Sx,
estando x/y dentro del intervalo 0,5-1,5.
19. La composición catalítica de la
reivindicación 17 ó 18 que comprende partículas de catalizador a
granel sulfurado, que comprenden al menos un componente metálico no
noble del Grupo VIII y al menos dos componentes metálicos del Grupo
VIB, en la que el grado de sulfuración en condiciones de utilización
no es superior a 90%.
20. La utilización de la composición catalítica
de una cualquiera de las reivindicaciones 14-19 para
hidroprocesar materias hidrocarbonadas.
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