JP2002536165A - 転移アルミナ上のニッケル触媒 - Google Patents
転移アルミナ上のニッケル触媒Info
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Abstract
Description
した触媒に関する。
は80ないし250℃の範囲の温度に混合物を加熱し、可能ならば加圧下、例え
ば絶対圧30バールまでの圧力で、そこに水素を供給することによって、バッチ
式スラリー法でしばしば部分的に又は完全に水素化されるかのいずれかである。
部分的水素化において、圧力は通常絶対圧10バールより低く、例えば絶対圧2
ないし4バールである。油又は脂肪の水素化において、触媒は、短時間で所望の
程度の水素化を達成することができ、及び/又は少量のニッケルを使用すること
ができるような、高い活性を有していなければならない。部分水素化の場合、触
媒は、油及び脂肪の過度の水素化をできるだけ少なくするように、良好な選択性
を示すものでなければならない。更に、残留触媒が水素化された油又は脂肪から
容易に濾過することができ、そして触媒が良好な再使用特性を示すことが好まし
い。
り、そして特にニッケルグラムあたりの高いニッケル表面積によって特徴づけら
れる。高いニッケル含有率を有する典型的な触媒は、欧州特許第0 168 0
91号に記載されており、この中で触媒は、ニッケル化合物の沈殿によって製造
され、そして次いで可溶性アルミニウム化合物を、沈殿の熟成、即ちエージング
中に、沈殿したニッケル化合物のスラリーに加える。得られた触媒前駆体の還元
後、還元された触媒は、典型的に全ニッケルのグラム当たり90ないし150m 2 の程度のニッケル表面積を有する。触媒は、2ないし10の範囲のニッケル/
アルミニウム原子比を有する。2より大きいニッケル/アルミニウム原子比を有
する還元された触媒は、約66重量%より多い全ニッケル含有率を有し、全ニッ
ケルの少なくとも70重量%は、元素状ニッケルに還元されている。
するが、しかし高いニッケル表面積を更に有するニッケル/アルミナ水素化触媒
は、米国特許第4 490 480号に記載されている。この後者の参考文献の方
法において、ニッケルアンミン錯体特に炭酸ニッケルアンミンは、転移アルミナ
(transition alumina)の存在中で加熱され:これによりアルミナと緊密に結合
した、水酸化ニッケル又は塩基性炭酸ニッケルのようなニッケル化合物の沈殿が
得られる。この後者の方法において、アルミナ粉末は、ニッケル錯体の溶液とス
ラリー化するか、又はアルミナから成型された、約1.5mmより大きい最低寸
法を典型的に有する球又は円筒形の押し出し成型品のような造型品を、ニッケル
錯体の溶液で含浸することができる。全ニッケルのグラム当たり130m2より
大きい、そして実際にある場合には全ニッケルのグラム当たり200m2より大
きいニッケル表面積を有する触媒が記載されているが、このように高い表面積を
有する製品は、全て前記のアルミナ造型品を使用した含浸経路によって製造され
:アルミナ粉末をニッケル錯体とスラリー化することによって製造される触媒は
、全ニッケルのグラム当たり130m2より有意に低いニッケル表面積を有する
。前もって成型されたアルミナ造型品を使用して製造された触媒は、固定床式水
素化法において用途を有するが、これらは、その大きさがこれらをスラリーから
沈降する傾向があり、そして更に部分的水素化に使用された場合、油及び脂肪の
過度の水素添加を与える傾向があるために、前記のバッチ式スラリー水素化に対
しては不適当である。前記の米国特許第4 490 480号は、バッチ式スラリ
ー水素添加に適した触媒は、前記のアルミナ造型品を使用した含浸経路によって
製造された高ニッケル表面積触媒を、粉砕することによって製造することができ
ることを示している。然しながら、このような技術によるこのような触媒の製造
は、アルミナを造型品に形成する付加的な加工工程、及びその後の粉砕工程を含
む。
直接製造される触媒は、更に前記の米国特許第4 490 480号に記載され
ている。然しながら、このような物質が、油の水素化において比較的良好でない
活性を有していたことが見出された。
粒子サイズを有するアルミナ粉末を使用した場合、アルミナ粉末のスラリーを使
用した、前記の方法によって製造することができることが見出された。驚くべき
ことに、小さい粒子サイズのアルミナの使用にもかかわらず、触媒は、水素化さ
れた油又は脂肪から容易に濾過することができる。
ことは、英国特許第926 235号において提案されている。然しながら、小
さい粒子サイズのキーゼルグールを使用して製造した触媒は、転移アルミナに対
して、高いニッケル表面積を示さないことが見出された。
2]を有する転移アルミナ粉末を、ニッケルアンミン錯体の水溶液とスラリー化
し、スラリーを加熱して、ニッケルアミン錯体を不溶性ニッケル化合物の沈殿を
伴なって分解させ、固体残留物を水性媒体から濾過し、乾燥し、そして所望によ
り固体残留物をカ焼後、固体残留物を還元することを含む、5ないし75重量%
の全ニッケルを含む、ニッケル/アルミナ触媒を製造する方法を提供する。
量を意味する。然しながら一般的に還元された触媒中の全ニッケルの少なくとも
70重量%は元素状態であろう。
D[3,2]の用語は、M.Alderliestenによって“A Nome
nclature for Mean Particle Diameters
”;Anal.Proc.,vol 21,May 1984,pages 1
67−172の論文中に定義され、そして例えばMalvern Master
sizerを使用したレーザー回折によって都合よく行われる粒子サイズ分析か
ら計算される。
ルミナであることができる。これらの物質は水酸化アルミニウムの400−75
0℃でのカ焼によって形成することができ、そして一般的に150−400m2
/gの範囲のBET表面積を有する。別の方法として、転移アルミナは、デルタ
−アルミナ形であることができ、これはデルタ−及びシータ−アルミナのような
高温形を含み、これらはガンマ形を約800℃より高い温度に加熱することによ
って形成することができる。デルタ形アルミナは、一般的に50−150m2/
gの範囲のBET表面積を有する。転移アルミナは、Al2O3のモル当たり0.
5モルより少ない水を含み、実際の水の量はこれらが加熱された温度に依存する
。アルミナは、好ましくは少なくとも0.2ml/g、特に0.3ないし1ml
/gの範囲の細孔体積を有する、多孔質でなければならない。
性の触媒を与えるように見受けられるために、比較的大きい平均細孔直径を有す
ることが好ましい。好ましいアルミナは、少なくとも12nm、特に15ないし
30nmの範囲の平均細孔直径を有する。[平均細孔直径の用語は、窒素の物理
吸着等温曲線の相対圧力0.98における脱着分岐から測定された細孔体積の4
倍を、BET表面積で割ったものを意味する]。触媒の製造中、ニッケル化合物
はアルミナの細孔中に沈殿し、そして従って触媒の平均細孔直径は、使用したア
ルミナのそれより小さくなり、そしてニッケルの比率が増加するに応じて減少す
るであろう。還元された触媒が、少なくとも10nm、好ましくは15nmより
大きい、そして特に15ないし25nmの範囲の平均細孔直径を有することが好
ましい。
ルミナの粒子サイズと同じであり、そして従って触媒は一般的に1ないし20μ
mの範囲の表面積加重平均直径D[3,2]を有し、そして好ましくは10μm
より小さく、特に8μmより小さい。
り少ない全ニッケルを含む。約55%まで、好ましくは5ないし45重量%の全
ニッケルを含む触媒は、典型的には全ニッケルのグラム当たり、130より大き
い、好ましくは150より大きい、更に好ましくは180より大きい、そして特
に200m2より大きいニッケル表面積を有する。
グラム当たり少なくとも130m2のニッケル表面積、及び1μmないし20μ
mの範囲の表面積加重平均直径D[3,2]を有するニッケル/アルミナ粒状触
媒を提供する。
al and Chemical Aspects of Adsorbent
s and Catalysts”,Academic Press,1970
London and New York、494及び495頁に記載されて
いるように測定することができ、そして触媒中の還元された、即ち元素状ニッケ
ルの表面積の測定法である。
ル含有率が増加するのに応じて減少する傾向があることが見出された。然しなが
ら、大きい細孔サイズのアルミナを使用して製造され、そして比較的大量のニッ
ケルを含む触媒は、これらがそれほど高いニッケル表面積を有することができな
いにもかかわらず、驚くほど活性で、そして選択的であることも更に見出された
。従って少なくとも20重量%の全ニッケルを含み、10nmより大きい平均細
孔直径及び110m2/g全ニッケルより大きいニッケル表面積を有する、有用
な触媒は、大きい細孔のアルミナを使用して製造することができる。
のグラム当たり少なくとも110m2のニッケル表面積、1μmないし20μm
の範囲の表面積加重平均直径D[3,2]、及び少なくとも10nm、好ましく
は12nmより大きい、そして特に15ないし25nmの範囲の平均細孔直径を
有するニッケル/転移アルミナ粒状触媒が更に提供する。
低いニッケル表面積を有する触媒は、平均細孔直径が15nmより大きいことを
条件に、良好な活性及び選択性を有するように見受けられる。
のグラム当たり少なくとも80m2のニッケル表面積、1μmないし20μmの
範囲の表面積加重平均直径D[3,2]、及び少なくとも15nmの平均細孔直
径を有する粒状ニッケル/転移アルミナ触媒が提供される。
性炭酸ニッケルを水性水酸化アンモニウム中の炭酸アンモニウムの溶液中に溶解
した産物の水溶液とスラリー化して、所望のニッケル含有率の製品を得ることに
よって製造することができる。ニッケルアンミン錯体の溶液は、好ましくは9な
いし10.5のpHを有する。次いでスラリーを、例えば60ないし100℃の
範囲の温度に加熱して、ニッケルアミン錯体を分解させて、アンモニア及び二酸
化炭素を放出させ、そして不溶性ニッケル化合物、例えば塩基性炭酸ニッケルを
、転移アルミナの表面及び細孔中に沈殿させる。次いで沈殿したニッケル化合物
を保持するアルミナを水性媒体から濾過し、そして乾燥する。次いでこれを空気
中で、例えば250ないし450℃の範囲の温度でカ焼して、沈殿したニッケル
化合物を酸化ニッケルに分解することができる。酸化ニッケルの還元により、高
いニッケル表面積が生成される。別の方法として、沈殿したニッケル化合物を、
直接、即ちカ焼工程を必要とせずに還元することができる。還元は、予備的なカ
焼工程が使用されたか否かに関わらず、水素の存在中で、250ないし450℃
の範囲の温度で加熱することによって行われる。
びヒマワリ油の水素化に特別な用途がある。別の方法として、触媒は、他の水素
化反応、例えばオレフィン化合物、例えばロウ、ニトロ又はニトリル化合物の水
素化、例えばニトロベンゼンのアニリンへの転換又はニトリルのアミンへの転換
に使用することができる。これらは、更にパラフィンロウの水素化に使用して、
その微量の不飽和分を除去することができる。
は脂肪の原料中に懸濁され、そして混合物を、可能ならば加圧下で加熱し、この
間に水素が導入され、例えば混合物を通して散布される。都合よくは、触媒は、
適当な担体媒体、例えば硬化大豆油中に分散された触媒粒子の濃縮物として水素
化容器に投入される。好ましくは前記濃縮物中の触媒の量は、濃縮物が5ないし
30%、好ましくは10ないし25重量%の全ニッケル含有率を有するようなも
のである。
って、転移アルミナ及び未還元のニッケル化合物、例えば酸化物を含む、可能な
らば濃縮物、即ち前記のように担体中に分散された前駆体を、水素化されるべき
物質と共に水素化反応器に投入し、そして混合物を、水素を混合物を通して散布
しながら加熱することができる。
媒前駆体を提供し、これは、250ないし450℃の範囲の温度で水素で還元さ
れた場合、5ないし55重量%の全ニッケルを含み、全ニッケルのグラム当たり
少なくとも130m2のニッケル表面積、及び1μmないし20μm、好ましく
は10μmより小さい表面積加重平均直径D[3,2]を有する粒状触媒を与え
る。
を提供し、これは、250ないし450℃の範囲の温度で水素で還元された場合
、20ないし75重量%の全ニッケルを含み、全ニッケルのグラム当たり少なく
とも80m2のニッケル表面積、及び1μmないし20μm、好ましくは10μ
mより小さい表面積加重平均直径D[3,2]、並びに10nmより大きい平均
細孔直径を有する粒状触媒を与える。
い限り、全てのパーセント及びパーツパーミリオン(ppm)は、重量による。
ニッケル表面積は、1時間の還元時間を使用して、前記のB.G.Linsen
によって編集された“Physical and Chemical Aspe
cts of Adsorbents and Catalysts”,Aca
demic Press,1970 London and New York
、494−495頁に記載されているように測定される。
孔容積を有し、そして3.87μmの表面積加重平均直径D[3,2]を有する
シータ形アルミナであった。従って平均細孔直径は、約16nmであった。
基性炭酸ニッケル(48%ニッケル、20%CO3)、37.4gの炭酸アンモ
ニウム(32.5%NH3、55%CO)及び133gの30%NH3を水中に溶
解することによって得た。
分な原液を、凝縮機を備えた撹拌された容器に投入した。水溶液のpHは、10
.2であった。混合物を撹拌しながら沸騰するまで加熱し、そして約90分後、
溶液が透明になるまで約96℃で穏やかな沸騰を維持した。次いで固体を濾過し
手取り出し、洗浄し、そして次いで120℃の空気で一晩乾燥した。次いで19
.6%のニッケル含有率を有する得られた触媒前駆体を、430℃に加熱しなが
ら触媒の層を通して水素を通過させることによって還元した。
ッケルのグラム当たり約187m2のニッケル表面積(触媒のグラム当たり約4
6m2)を有していた。触媒の平均細孔直径は、約9.5nmであり、BET表
面積は、135m2/gであった。
同じであった。 実施例2(比較例) 触媒Bと規定する触媒を、欧州特許第0 168 091号の方法に従って、
アルカリ性沈殿剤として、リットル当たり、66.6gの炭酸ナトリウム及び2
5.4gの水酸化ナトリウムを含む溶液、並びにリットル当たり35gのニッケ
ルを含む溶液を使用して製造した。これらの2種類の溶液を、沈殿容器に連続し
て送入した。周囲温度(22℃)、30秒の平均滞留時間、及び25kW/m3
の撹拌エネルギーをこの沈殿において使用した。この撹拌容器中に存在する溶液
を、連続的に70℃に保たれた安定化反応器に送入した。リットル当たり10g
のAlを含むアルミン酸ナトリウム溶液を、2kW/m3のエネルギー投入量で
穏やかに撹拌しながら、安定化反応器中に更に連続して送入した。第2の反応器
に存在するスラリーを、第3の容器に収集し、そして60℃で5時間維持した。
次いでスラリーを濾過し、そして70℃で水で洗浄した。洗浄した沈殿を、70
℃で水中に再スラリー化し、そしてその後噴霧乾燥した。噴霧乾燥した産物の元
素分析は、次の組成、45%のニッケル、4.0%のアルミニウム、0.02%
のナトリウムを与えた。噴霧乾燥した産物を、430℃の水素の流れ中で30分
間還元し、そして次いで触媒Bとして使用した。ニッケル表面積は、全ニッケル
のグラム当たり115m2であった。
0ppmの遊離脂肪酸、100ppmの水並びに0ppmの石鹸及びSを含む大
豆油を使用する。200gの油及び必要な量の還元された触媒を、密閉され、撹
拌された水素化反応器に投入する。混合物を160℃に加熱し、そして水素をス
ラリーを通して絶対圧2バールの圧力で散布する。水素化は等温で行う。油に吸
収される水素の量をモニターし、そしてIVを70に低下させるために必要な水
素の量が一旦使用された時点で試験を終了する。70のIVに達する水素化の時
間を、触媒の活性の基準として使用する。
mの遊離脂肪酸、600ppmの水、4ppmの石鹸及び0.5ppmのSを含
むヒマワリ油を使用する。水素化は、120℃、及び絶対圧4バールの圧力以外
は、先に記載したように行い、そして80のIVに達する時間を測定する。
使用することができることから、比較触媒B及びCより有意に活性なことが分か
る。
及び35℃における固体脂肪含有率、及びトランス−異性体含有率を測定するこ
とによって評価した。
いて、0.045gの濾過助剤(Harborlite 700)を加えた17
0mlの水素化された油を、その底部に0.5m2の面積の出口を有する容器中
で、110℃に加熱し、そして絶対圧3バールに維持する。この出口は、鉄線の
支持体を含み、その上に0.02gの濾過助剤で前もって被覆された綿布が固定
されて、全ての油が綿布を通して濾過されなければならないようにされている。
120gの油を濾過するために要する時間を、濾過性の基準として使用する。選
択性及び濾過性は、以下の表に示す。
アンミン錯体溶液を使用した以外は、実施例1の方法を繰り返した。還元された
触媒は、33.7%の全ニッケル含有率及び全ニッケルのグラム当たり161m 2 のニッケル表面積を有していた。
なったニッケル含有率の範囲の触媒前駆体、そして従って還元された触媒(触媒
D、E、及びF)を得た以外は、実施例1の方法を繰り返した。
使用したアルミナは、約145m3/gの表面積及び約0.85ml/gの細孔
容積を有し、そして2.08μmの表面積加重平均直径D[3,2]を有するガ
ンマ形アルミナの転移アルミナであった。平均細孔直径は約23nmであった。
実施例4のように、異なったニッケル含有率の範囲の触媒(触媒G、H、I、J
及びK)を製造した。
ッケルの結合は、低いニッケル表面積となるのに対し、大きい細孔サイズのアル
ミナの使用は、比較的高いニッケル表面積を有する触媒を得ることを可能にする
ことを証明する。触媒(触媒F及びKを除く)を、実施例1−2のように試験し
、そして結果を以下の表に示す。
℃の代わりに360℃で還元して、触媒L及びMをそれぞれ製造し、そして次い
でそれを上記のように試験した。ニッケル表面積を触媒Lについて測定し、そし
て114m2/g全ニッケル、即ち、430℃で還元された対応する触媒、触媒
Jと同様(115m2/g全ニッケル)であることが見出された。結果を以下の
表に示す。
き触媒が、より低い還元温度を使用して得ることができることを示している。特
に、高いニッケル含有率(67.3%)の触媒Kは、430℃で還元された場合
に、比較的低いニッケル表面積(88m2/g全ニッケル)を有していたのに対
して、より低い温度、360℃で還元された対応する触媒、触媒Mの性能は、か
なり低いニッケル含有率(35.5%)であるが、しかしかなり大きいニッケル
表面積(177m2/g全ニッケル)を有する触媒Hのそれと同等か又はそれ以
上であることは注目される。
レードQ1037及びQ1058をそれぞれ使用して、実施例1に記載した方法
に従って調製した。グレードQ1037は、4.4μmの表面積加重平均直径D
[3,2]、0.44ml/gの細孔容積及び137m2/gのBET表面積を
有し、約13nmの平均細孔直径を与えた。グレードQ1058は、1.5μm
の粒子サイズ(d 3,2)、0.34ml/gの細孔容積及び117m2/g
のBET表面積を有し、約12nmの平均細孔直径を与えた。触媒を、2.25
のアルミナ:ニッケルの重量比を使用して調製した。
して結果を以下の表8に示す。
Claims (16)
- 【請求項1】 5ないし75重量%の全ニッケルを含み、全ニッケルのグラ
ム当たり少なくとも80m2のニッケル表面積、及び1μmないし20μmの範
囲の表面積加重平均直径D[3,2]を有する、ニッケル/転移アルミナ粒状触
媒。 - 【請求項2】 全ニッケルのグラム当たり少なくとも110m2のニッケル
表面積を有する、請求項1に記載の粒状触媒。 - 【請求項3】 5ないし55重量%の全ニッケルを含み、全ニッケルのグラ
ム当たり少なくとも130m2のニッケル表面積、及び1μmないし20μmの
範囲の表面積加重平均直径D[3,2]を有する、請求項1又は2のいずれか1
項に記載のニッケル/転移アルミナ粒状触媒。 - 【請求項4】 20ないし35重量%の範囲の全ニッケル含有率を有する、
請求項3に記載の粒状触媒。 - 【請求項5】 10nmより大きい平均細孔直径を有する、請求項3又は4
に記載の粒状触媒。 - 【請求項6】 20ないし75重量%の全ニッケルを含み、全ニッケルのグ
ラム当たり少なくとも80m2のニッケル表面積、1μmないし20μmの範囲
の表面積加重平均直径D[3,2]及び15nmより大きい平均細孔直径を有す
る、請求項1に記載のニッケル/転移アルミナ粒状触媒。 - 【請求項7】 全ニッケルのグラム当たり約110m2のニッケル表面積を
有する、請求項6に記載の粒状触媒。 - 【請求項8】 20ないし75重量%の全ニッケルを含み、全ニッケルのグ
ラム当たり少なくとも110m2のニッケル表面積を有し、そして粒子が、1μ
mないし20μmの範囲の表面積加重平均直径D[3,2]及び10nmより大
きい平均細孔直径を有する、請求項1に記載のニッケル/転移アルミナ粒状触媒
。 - 【請求項9】 70重量%より低い全ニッケル含有率を有する、請求項1な
いし8のいずれか1項に記載の粒状触媒。 - 【請求項10】 10μmより小さい表面積加重平均直径を有する、請求項
1ないし9のいずれか1項に記載の粒状触媒。 - 【請求項11】 転移アルミナ及び250ないし450℃の範囲の温度で水
素で還元された場合、請求項1ないし10のいずれか1項に記載の粒状触媒を与
える、還元可能なニッケル化合物を含む触媒前駆体。 - 【請求項12】 1μmないし20μmの範囲の表面積加重平均直径D[3
,2]を有する転移アルミナ粉末を、ニッケルアンミン錯体の水溶液とスラリー
化し、前記スラリーを加熱して、ニッケルアミン錯体を不溶性ニッケル化合物の
沈殿を伴なって分解させ、前記固体残留物を前記水性媒体から濾過し、乾燥し、
そして所望による前記固体残留物のカ焼後、前記固体残留物を還元することを含
む、5ないし75重量%の全ニッケルを含むニッケル/アルミナ触媒を製造する
方法。 - 【請求項13】 前記アルミナ粉末が、少なくとも12nmの平均細孔直径
を有する、請求項12に記載の方法。 - 【請求項14】 前記転移アルミナが、デルタ−アルミナである、請求項1
2又は13のいずれか1項に記載の方法。 - 【請求項15】 請求項1ないし10のいずれか1項に記載の粒状触媒、又
は請求項11に記載の触媒前駆体、或いは請求項12ないし14のいずれか1項
に記載の方法によって製造された粒状触媒を含む、担体中に分散された、10な
いし25重量%のニッケルを含む濃縮物。 - 【請求項16】 水素化における、請求項1ないし10のいずれか1項に記
載の粒状触媒、又は請求項12ないし14のいずれか1項に記載の方法によって
製造された触媒の使用、或いは請求項11に記載の触媒前駆体、又は請求項15
に記載の濃縮物の使用。
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