JP2003093883A - 水素化処理触媒 - Google Patents
水素化処理触媒Info
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- Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)
Abstract
分解活性、脱硫活性が高い水素化処理触媒を提供する。 【解決手段】 超安定Y型ゼオライトと周期律表第6族
金属および/または第8族金属から選ばれた活性金属成
分を含有する水素化処理触媒であって、該超安定Y型ゼ
オライトの細孔直径3.5〜5nmの範囲の細孔容積y
が、下記式の関係を満たすものであることを特徴とする
水素化処理触媒。 2.11×10-3x−0.140≦y≦2.11×10
-3x−0.110 〔式中、yは、超安定Y型ゼオライトの細孔直径3.5
〜5nmの範囲の細孔容積(ml/g)を表し、xは、
超安定Y型ゼオライトの出発原料NaY型ゼオライトの
結晶子径(nm)を表す。但し、xは、66.5nm以
上である。〕
Description
する。更に詳しくは、細孔直径3.5〜5nmの範囲の
細孔容積が制御された超安定Y型ゼオライトを用いるこ
とにより、炭化水素油、特に軽油の水素処理に使用した
ときに、分解活性および脱硫活性が高い水素化処理触媒
に関する。
とする水素化処理触媒には、超安定Y型ゼオライト(以
下、USYということがある。)に水素化活性金属成分
を担持した触媒が使用されてきた。例えば、特開平2−
214544号公報には、アルミナとUSYからなる担
体に、周期律表第5族金属、第6族金属および第8族金
属から選ばれる少なくとも1種の水素化活性金属とホウ
素および/またはリンを担持してなることを特徴とする
重質石油類の水素化分解触媒が開示されている。
細孔分布などの特性を有するため、接触分解、水素化分
解、異性化、アルキル化、リホーミングなどの石油精製
用触媒として広く使用されているほか、吸着剤などにも
利用されている。特に、水素化分解触媒に使用される超
安定Y型ゼオライトは、ゼオライト特有の均一細孔以外
に大孔径細孔を有することが望ましい。
H4 +にイオン交換して、水熱法によってSiO2/Al2
O3比を向上させた超安定Y型ゼオライトは、Y型ゼオ
ライト特有の細孔以外に大孔径細孔を有することが知ら
れている〔例えば、堀越ら、日本化学会誌、(3)、3
98(1989)〕。しかし、従来のこのような方法で
得られる超安定Y型ゼオライトは、大孔径細孔の容積が
小さいため、該容積を大きくすることが望まれていた。
(a)結晶度100〜130%、(b)比表面積 50
0〜800m2/g、(c)SiO2/Al2O3のモル比
が8〜18、(d)細孔径が600Å以下である細孔の
全細孔容積が0.35〜0.50ml/g、(e)細孔
径が20Å未満である細孔の細孔容積が0.15〜0.
35ml/g、(f)細孔径20Å〜600Åの範囲に
ある細孔の細孔容積(PVm)が0.15〜0.30m
l/g、(g)細孔径20Å〜600Åの範囲にある細
孔の細孔容積(PVm)のうち、細孔径35Å〜50Å
の細孔の細孔容積(PVs)が0.10〜0.25ml
/g、(h)PVmとPVsの差(PVm−PVs)が
0.05ml/g以下、であることを特徴とする均一な
ミクロポアと均一なメソポアの2種類の細孔を有するフ
ォージャサイト型ゼオライトおよびその製造方法が提案
されている。
は、ゼオライトY物質の2〜60nm範囲の直径のメソ
ポア容量を、処理溶液の大気圧沸点以上の温度におい
て、そのゼオライトを熱水処理することによって増加さ
せる方法が記載されている。
の大部分は、細孔直径が3.5〜5nmの範囲の均一な
細孔であることが知られている。しかし、従来の処理方
法では、細孔直径3.5〜5nmの細孔の細孔容積を制
御することができなかったし、また、制御された超安定
Y型ゼオライトも知られていなかった。
直径3.5〜5nmの範囲の細孔容積が制御された超安
定Y型ゼオライトを用いることにより、炭化水素油、特
に軽油の水素分解に使用したときに、分解活性および脱
硫活性が高い水素化処理触媒を提供することにある。
型ゼオライトの大孔径細孔の大部分を占める細孔直径
3.5〜5nmの範囲の均一な細孔の細孔容積を制御す
る方法について鋭意研究をした結果、出発原料NaY型
ゼオライトの結晶子径と超安定Y型ゼオライトの細孔直
径3.5〜5nmの範囲の細孔容積とが密接な関係にあ
ること、そして、細孔直径3.5〜5nmの範囲の細孔
容積が制御された超安定Y型ゼオライトを使用した水素
化処理触媒は、炭化水素油、特に、軽油の水素処理に使
用した場合に、高い分解活性と脱硫活性を示すことを見
出し、本発明を完成するに至った。
トと周期律表第6族金属および/または第8族金属から
選ばれた活性金属成分を含有する水素化処理触媒であっ
て、該超安定Y型ゼオライトの細孔直径3.5〜5nm
の範囲の細孔容積yが、下記式の関係を満たすものであ
ることを特徴とする水素化処理触媒に関する。 2.11×10-3x−0.140≦y≦2.11×10
-3x−0.110 〔式中、yは、超安定Y型ゼオライトの細孔直径3.5
〜5nmの範囲の細孔容積(ml/g)を表し、xは、
超安定Y型ゼオライトの出発原料NaY型ゼオライトの
結晶子径(nm)を表す。但し、xは、66.5nm以
上である。〕
する。本発明の水素化処理触媒は、後述する特定の超安
定Y型ゼオライトと周期律表第6族金属および/または
第8族金属から選ばれた活性金属成分を含有する。
の出発原料であるNaY型ゼオライトの結晶子径(x)
は66.5nm以上であることが必要である。該結晶子
径(x)が66.5nmより小さい場合には、得られる
超安定Y型ゼオライトの細孔直径3.5〜5nmの範囲
の細孔容積(y)はほとんど生成しないため好ましくな
い。出発原料NaY型ゼオライトの該結晶子径(x)
は、好ましくは75nm以上であり、更に好ましくは8
0nm以上、500nm以下の範囲にあることが望まし
い。特に、水素化処理触媒に利用される超安定Y型ゼオ
ライトは、細孔容積(y)の大きいものが好ましく、該
結晶子径(x)は、90〜300nmの範囲にあるもの
が望ましい。
ゼオライトの結晶子径(x)とは、X線回折の(53
3)面の回折線プロファイルをGauss関数型で近似
してScherrerの式により求めた値である。
オライトの細孔直径3.5〜5nmの範囲の細孔容積
(y)が出発原料NaY型ゼオライトの結晶子径(x)
と下記の式(I)で表される関係にあることが大切であ
る。 2.11×10-3x−0.140≦y≦2.11×10-3x−0.110 (I) 〔式中、yは、超安定Y型ゼオライトの細孔直径3.5
〜5nmの範囲の細孔容積(ml/g)を表し、xは、
超安定Y型ゼオライトの出発原料NaY型ゼオライトの
結晶子径(nm)を表す。但し、xは、66.5nm以
上である。〕
イトの結晶子径(x)の大きさを適宜選択することによ
り、超安定Y型ゼオライトにおける細孔直径3.5〜5
nmの範囲の細孔容積(y)を目的とする細孔容積
(y)に制御することが可能となる。なお、結晶子径
(x)の大きさが異なる出発原料NaY型ゼオライト
は、NaY型ゼオライトの種子を使用する合成方法にお
いて、合成時における種子量を変化させることにより製
造することができる。
細孔直径3.5〜5nmの範囲の細孔容積(y)とは、
窒素吸脱着等温線の脱着等温線からB.J.H法で計算
した細孔分布より求めた値である。
の制御された細孔容積(y)を有する外、単位格子定数
(UD)が2.455nm以下、好ましくは2.450
〜2.419nmの範囲であることが望ましい。また、
該超安定Y型ゼオライトは、SiO2/Al2O3モル比
が8以上であることが望ましく、比表面積が400〜9
00m2/gの範囲にあることが望ましく、また結晶度
(リンデ社SK−40を100%とした相対結晶度)は
95%以上であることが望ましい。
結晶子径が66.5nm以上である出発原料NaY型ゼ
オライトをアンモニウムイオンでイオン交換してイオン
交換率80%以上にしたNH4Y型ゼオライトを水蒸気
雰囲気中で加熱処理して単位格子定数を2.455nm
以下にした後、鉱酸などの脱アルミニウム剤で処理し、
骨格外アルミニウムを除去して製造することができる。
Y型ゼオライトを含有する耐火性無機酸化物からなる担
体に、周期律表第6族金属および/または第8族金属か
ら選ばれた少なくとも一種の活性金属成分を担持した触
媒が好適である。耐火性無機酸化物としては、通常、水
素化処理触媒に使用される耐火性無機酸化物が使用可能
で、具体的には、アルミナ、シリカ、チタニア、ジルコ
ニア、アルミナ−シリカ、アルミナ−チタニア、アルミ
ナ−ボリア、アルミナ−リン、アルミナ−ボリア−リ
ン、アルミナ−チタニア−ボリア、アルミナ−チタニア
−リンなどが例示される。担体中に含有される該超安定
Y型ゼオライトの量は、1〜50質量%、好ましくは5
〜20質量%の範囲が望ましい。
たは第8族金属から選ばれた活性金属成分としては、モ
リブデン、タングステン、ニッケル、コバルト、ロジウ
ム、パラジウム、白金などが例示される。特に、モリブ
デン、タングステン、ニッケル、コバルトが好ましく、
ニッケルおよび/またはコバルトとモリブデンおよび/
またはタングステンの組み合わせが望ましい。該活性金
属成分の含有量は、通常の水素化処理触媒で使用される
量が用いられる。好ましい該活性金属成分の含有量は、
酸化物として、モリブデン、タングステンでは5〜25
質量%、ニッケル、コバルトでは0.5〜10質量%、
ロジウム、パラジウム、白金では0.01〜2質量%の
範囲が望ましい。
の超安定Y型ゼオライトと耐火性無機酸化物の前駆体と
を混合した後、所望の形状に成型し、乾燥、焼成して得
た担体に、前述の活性金属成分の前駆物質を周知の方法
により担持し、乾燥、焼成して製造される。
通常の水素化処理条件で使用可能である。特に本発明の
水素化処理触媒は減圧軽油の水素化処理に好適に使用す
ることができる。このときの水素化処理条件としては、
例えば、反応温度300〜450℃、水素分圧2.0〜
20MPa、液空間速度0.1〜4hr-1などの条件が
好ましく採用される。
定Y型ゼオライトは、ゼオライト特有の均一細孔以外
に、制御された細孔直径3.5〜5nmの範囲の細孔容
積を有するため、炭化水素油、特に、減圧軽油の水素処
理に使用して、高い分解活性、高い脱硫活性を示す。
本発明はこれにより限定されるものでない。
であるNaY型ゼオライト(A、B、C、D、Eの5
種)を調製した。各ゼオライトの性状を表1に示す。表
1示すA、B、C、DおよびEのNaY型ゼオライト4
113gを、それぞれ60℃の温水33リットルに懸濁
した。次いで、ゼオライトに対して1モル倍の硫安92
4gを加え、90℃で1時間攪拌してイオン交換した。
その後、濾過し、再度、硫安924gを60℃の温水1
0リットルに溶解した溶液で同様にイオン交換した後、
濾過し、60℃の純水30リットルで洗浄し、乾燥、粉
砕を行ない、各々65%イオン交換されたY型ゼオライ
ト(NH4 65Y)を得た。
Y)3487gを回転スチミング装置で600℃で1時
間飽和水蒸気雰囲気中で焼成して焼成Y型ゼオライト
(H65Y)を得た。
18gを60℃の温水30リットルに懸濁し、硫安をゼ
オライトに対して2モル倍量の1848gを加え、90
℃で1時間攪拌してイオン交換した後、濾過し、60℃
の純水30リットルで洗浄した。洗浄したゼオライト
を、再度、60℃の温水30リットルに懸濁し、この懸
濁に硫安1812gを加え、90℃で1時間攪拌してイ
オン交換した。その後、濾過し、60℃の純水30リッ
トルで洗浄し、乾燥、粉砕を行ない、各々85%イオン
交換されたY型ゼオライト(NH4 85Y)を得た。
ト(NH4 85Y)2952gを回転スチミング装置で7
80℃で1時間飽和水蒸気雰囲気中で焼成して格子定数
2.431〜2.432nmの焼成Y型ゼオライト(H
85Y)を得た。
gを60℃温水30リットルに懸濁し、この懸濁液に2
5%硫酸5530gを徐々に添加した後、95℃で1時
間攪拌して脱アルミニウム処理をした。その後、濾過、
洗浄、乾燥を行い超安定Y型ゼオライトA、B、C、D
およびEを得た。各超安定Y型ゼオライトA〜Eの性状
を表2に示す。また、出発原料NaY型ゼオライトの結
晶子径(x)と超安定Y型ゼオライトの細孔直径3.5
〜5nmの範囲の細孔容積(y)の関係を図1に示す。
トの結晶子径(x)と超安定Y型ゼオライトの細孔直径
3.5〜5nmの範囲の細孔容積(y)の関係は、次の
実験式(II)で表される。 y=2.11×10-3x−0.125 (II) 〔式中、yは、超安定Y型ゼオライトの細孔直径3.5
〜5nmの範囲の細孔容積(ml/g)を表し、xは、
超安定Y型ゼオライトの出発原料NaY型ゼオライトの
結晶子径(nm)を表す。但し、xは、66.5nm以
上である。〕
測定値との標準誤差(σ)は、±0.005(ml/
g)であり、誤差範囲を3σ=±0.015(ml/
g)とすると、超安定Y型ゼオライトの細孔直径3.5
〜5nmの範囲の細孔容積(y)は、下記式(I)で表
される。 2.11×10-3x−0.140≦y≦2.11×10-3x−0.110 (I) 〔式中、yは、超安定Y型ゼオライトの細孔直径3.5
〜5nmの範囲の細孔容積(ml/g)を表し、xは、
超安定Y型ゼオライトの出発原料NaY型ゼオライトの
結晶子径(nm)を表す。但し、xは、66.5nm以
上である。〕
イトE(出発原料NaY型ゼオライトEから得られたU
SY)を使用して水素化処理触媒を調製した。すなわ
ち、スチームジャケット付100リットルタンクにAl
2O3濃度換算で22%のアルミン酸ナトリウム水溶液8
8.82kgを入れ、イオン交換水で希釈し40kgと
した後、26質量%グルコン酸ナトリウム0.22kg
を加え攪拌しながら60℃に加温した。一方、50リッ
トル容器にAl2O3濃度換算で7%の硫酸アルミニウム
水溶液13.86kgを入れ60℃の温水で希釈し40
kgとした。ロータリーポンプを用いてアルミン酸ナト
リウム溶液中に硫酸アルミニウム溶液を一定速度で添加
して、pH=7.2とし、アルミナ水和物の懸濁スラリ
ーを得た。該懸濁スラリーを攪拌しながら60℃で1時
間熟成した後、懸濁スラリーを脱水、洗浄した。洗浄後
のケーキ状スラリーをイオン交換水で希釈し、Al2O3
濃度で10質量%になるようにした後、15%アンモニ
ア水を用いてスラリーのpHを10.5に調製した。こ
れを還流器付熟成タンクに移し、攪拌しながら95℃で
10時間熟成してアルミナ水和物熟成スラリーを得た。
0.27kg(固形分重量)をイオン交換水0.63リ
ットルに懸濁させ、ゼオライトの懸濁溶液を調製した。
この懸濁溶液をAl2O3換算で2.35kgの前述のア
ルミナ水和物熟成スラリーと混合した後、スチームジャ
ケットを備えた双腕式ニーダーで練りながら加温し、所
定の水分量まで濃縮した。これにホウ酸(B2O3換算)
0.74kg及びイオン交換水0.84kgを加えた
後、所定の水分量まで更に捏和した。得られた捏和物を
押出成形機で直径1.8mmの円柱状に成形し110℃
で乾燥させた。乾燥したペレットは電気炉中で550℃
の温度で焼成して、超安定Y型ゼオライトEを10質量
%含有する担体を得た。
及び炭酸ニッケル75.4gをイオン交換水600ml
に加え、さらに含カルボン酸化合物を加えて攪拌、加熱
して溶解した。この溶液を前述の担体1.00kgに含
浸した後、乾燥させ、550℃で1時間焼成して水素化
処理触媒Eを調製した。該水素化処理触媒Eの活性金属
組成はMoO3が14.0質量%、NiOが3.8質量
%で、触媒の窒素吸着法による細孔容積は0.40ml
/g、比表面積は230m2/g、水銀圧入法による細
孔径は7.8nmであった。
例1の超安定Y型ゼオライトC(出発原料NaY型ゼオ
ライトCから得られたUSY)を使用して水素化処理触
媒Cを調製した。該水素化処理触媒Cの活性金属組成は
MoO3が14.0質量%、NiOが3.8質量%で、
触媒の窒素吸着法による細孔容積は0.39ml/g、
比表面積は242m2/g、水銀圧入法による細孔径は
7.6nmであった。
の超安定Y型ゼオライトを使用して水素化処理触媒Zを
調製した。このゼオライトのNaY型ゼオライトの結晶
子径は35nmであり、超安定Y型ゼオライトの細孔直
径3.5〜5nmの範囲の細孔容積は0.005ml/
gである。該水素化処理触媒Zの活性金属組成はMoO
3が14.0質量%、NiOが3.8質量%で、触媒の
窒素吸着法による細孔容積は0.40ml/g、比表面
積は238m2/g、水銀圧入法による細孔径は7.7
nmであった。
水素化処理触媒E、C及びZを用いて、減圧留出油(V
GO)の水素化処理を行い、脱硫活性、分解活性を測定
した。反応装置には固定床流通式反応装置を用いた。反
応条件および用いた原料油VGOの性状をそれぞれ表3
および表4に示す。
定し、硫黄の除去率を求め比較例1の水素化処理触媒Z
の活性と比較した。また、生成油を蒸留装置にかけ、3
60℃より高沸点分(360℃+)の含有量を測定し、
原料油中の量に対する減少率を分解活性として評価し
た。反応温度380℃における触媒Zに対する相対活性
を表5に示した。
理触媒EおよびCは、水素化処理触媒Zに比較して、脱
硫、分解共に高活性を示した。
の範囲の細孔容積を制御した超安定Y型ゼオライトを用
い、これを炭化水素油の水素化処理触媒として使用した
とき、すぐれた脱硫活性および分解活性を発揮する。
と超安定Y型ゼオライトの細孔直径3.5〜5nmの範
囲の細孔容積(y)との関係を示すグラフである。
Claims (2)
- 【請求項1】 超安定Y型ゼオライトと周期律表第6族
金属および/または第8族金属から選ばれた活性金属成
分を含有する水素化処理触媒であって、該超安定Y型ゼ
オライトの細孔直径3.5〜5nmの範囲の細孔容積y
が、下記式の関係を満たすものであることを特徴とする
水素化処理触媒。 2.11×10-3x−0.140≦y≦2.11×10
-3x−0.110 〔式中、yは、超安定Y型ゼオライトの細孔直径3.5
〜5nmの範囲の細孔容積(ml/g)を表し、xは、
超安定Y型ゼオライトの出発原料NaY型ゼオライトの
結晶子径(nm)を表す。但し、xは、66.5nm以
上である。〕 - 【請求項2】 前記xが75nm以上500nm以下で
あることを特徴とする請求項1に記載の水素化処理触
媒。
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