JP2004500465A - Fccナフサの水素処理 - Google Patents
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Abstract
水素化脱硫に対する選択性が増大された、オレフィン質成分を含む炭化水素原料の水素化脱硫であって、原料および水素を水素化脱硫条件下に硫化触媒と接触させることにより行われ、該硫化触媒は、(i)少なくとも一種の第VIII族非貴金属;(ii)少なくとも一種の第VIB族金属;並びに(iii)第IB、IIBおよびIVA族金属よりなる群から選ばれる少なくとも一種の金属を無機酸化物担体に担持されて含む。
Description
【0001】
本発明は、概して炭化水素物質の品質向上に関する。より詳しくは、本発明は、実質的にオレフィンを水素添加することなく、オレフィンを含む炭化水素物質における硫黄汚染物質の量を低減することに関する。
【0002】
発明の背景
ナフサストリーム、特に、流動接触分解などの分解プロセスの生成物であるものには、望ましくない硫黄汚染物質が含まれる。例えば、混合ナフサストリームであるガソリンでは、これらの汚染物質が接触転化装置の機能に対して有する効果のため、硫黄汚染物質の許容可能なレベルが限定されている。硫黄汚染されたナフサは、非常に多くの水素化脱硫(HDS)触媒およびプロセスによって脱硫することができるが、一方で水素化はしばしば、ナフサストリーム中のオレフィンの多大な減少に起因する顕著なオクタンロスをもたらす。当然ながら、オレフィンの水素添加に対して水素化脱硫(HDS)が優先される触媒およびプロセスを開発するための、非常に多くの試みが為された。より高い選択性が得られる点に関してはある程度の成功が達成されたものの、選択性の増大はしばしば、活性ロスの代償として得られる。
【0003】
従って、オレフィンの水素添加を最小にして、分解ナフサを水素化脱硫するための改良された触媒およびプロセスの必要性が依然として存在する。
【0004】
発明の概要
簡単に述べると、炭化水素原料を、硫化触媒の存在下に水素化脱硫条件で水素と接触させて、実質的にオレフィン質成分を水素添加することなく、該原料の水素化脱硫を行なうことを含む、オレフィン質成分を含む炭化水素原料の硫黄含有量の低減方法であって、該触媒が(i)少なくとも一種の第VIII族非貴金属;(ii)少なくとも一種の第VIB族金属;並びに(iii)第IB、IIBおよびIVA族金属よりなる群から選ばれる少なくとも一種の金属を、無機酸化物担体に担持されて含むことを特徴とする硫黄含有量の低減方法が提供される。
【0005】
発明の詳細な説明
本発明によって処理される原料は、典型的には、一般に分解ナフサまたはガソリン混合原料と呼ばれるものである。流動接触分解(FCC)ナフサは、本発明によって処理することができる適切な原料の特定の例である。
【0006】
本発明を実施するための適切な硫化触媒には、
(i)少なくとも一種の第VIII族非貴金属;
(ii)少なくとも一種の第VIB族金属;並びに
(iii)第IB、IIBおよびIVA族金属よりなる群から選ばれる少なくとも一種の金属
が無機酸化物担体に担持されて含まれる。典型的には、触媒の全重量を基準として、第VIII族金属は約0.1〜約15wt%の範囲の量、第VIB族金属は約0.1〜約40wt%の範囲の量、第IB、IIBおよびIVA族金属よりなる群から選ばれる少なくとも一種の金属は約0.01〜約10wt%の範囲の量で存在する。適切な触媒の代表的な例には、Co−Mo−Cu、Co−Mo−Zn、Co−Mo−Sn、Co−Mo−Cu−Zn、Co−Mo−Sn−Znなどが含まれる。
【0007】
触媒の担体には、アルミナ、シリカ、チタニア、マグネシア、シリカ−アルミナおよびそれらの混合物などの無機酸化物が含まれる。アルミナは好ましい担体であり、大細孔アルミナとして特徴付けられるアルミナは、優れた活性および活性持続性をもたらす点でより好ましい。典型的な大細孔アルミナは、約100m2/g超の表面積、約0.60ml/g超の細孔容積、約105オングストローム超の平均細孔直径を有する。好ましいアルミナは、170m2/g超の表面積、および115オングストローム超の平均細孔直径を有する。
【0008】
触媒金属は、周知の技術によって担体上に析出する。金属が担体上に析出する順序は大幅に変化しうる。例えば、金属が同時に、または連続して析出してもよく、二種の金属が同時に析出し、第三の金属が他の二種の金属が析出される前または後のいずれかに別に析出してもよい。好ましくは、金属は初期湿潤法により担体に導入される。金属を析出させた後、乾燥および焼成のための周知技術を用いてもよい。従って、それぞれの金属の添加後、または全ての金属を添加した後に、乾燥および焼成を行ってもよい。乾燥および焼成は、例えば、空気中において100℃〜約600℃で行うことができる。同様に、触媒活性化のための公知技術が用いられる。従って、硫化水素および水素の混合物、または水素の存在下に硫化水素前駆体を用いて、触媒の硫化処理を達成することができる。
【0009】
本発明を実施するに際しては、水素化脱硫条件下に、原料を硫化触媒と接触させる。これらの条件は、原料および触媒によって異なるが、適切な条件を表1に示す。
【0010】
【表1】
【0011】
次の実施例により、本発明を更に説明する。
【0012】
実施例1(比較例)
4.0wt%のCoOおよび15.0wt%のMoO3を含む市販HDS触媒を、10%硫化水素を含む水素で処理することによって活性化した。n−ヘプタン、オクテン−1およびm−キシレンを各々約33wt%、硫黄を2−メチルチオフェンとして2000wppm、並びに窒素をアニリンとして20wppm含む原料に対して、触媒を評価した。この評価の結果を表2に示す。
【0013】
実施例2
実施例1の市販HDS触媒に硝酸銅を含浸して、約2wt%のCuを取り込ませた。前処理および活性化の後、Co−Mo−Cu触媒を、実施例1の原料について試験した。結果を表2に纏める。
【0014】
実施例3
実施例1の市販HDS触媒に塩化錫を含浸して、約3wt%のSnを取り込ませた。前処理および活性化の後、Co−Mo−Sn触媒を、実施例1の原料について試験した。結果を表2に纏める。
【0015】
【表2】
【0016】
表2の触媒に対する反応条件は、同等に高レベルのHDSで、相対的な選択性を比較できるように選択された。OSは、オレフィンの飽和度の尺度であり、選択性ファクターは、HDSおよびOSの比から計算される。表2は、CuおよびSnを添加して変性した本発明の触媒が、ベースケースの触媒より実質的に選択的であることを示す。
【0017】
実施例4(比較例)および5〜8
アルミナに炭酸コバルトおよびヘプタモリブデン酸アンモニウムを含浸して、Co−MoHDS触媒を合成した。乾燥し、400℃で3時間焼成した後、Co−Mo触媒に硝酸銅を含浸して、約3wt%のCoO、11wt%のMoO3および1〜6wt%のCuを含む一連のCo−Mo−Cu触媒を調製した。実施例1の記載と同様に触媒を試験した。結果を表3に纏める。
【0018】
【表3】
【0019】
表3のデータから、本発明の触媒は、そのCuを含まない類縁体より選択的であることが示される。
【0020】
実施例9(比較例)
実施例4の触媒および実施例7の触媒を、実施例1におけると同様にして、通常のHDSレベルを通常の温度でもたらすプロセス条件で試験した。表4に示される結果から、本発明のCo−Mo−Cu触媒は本質的により選択的であり、選択性の利点が反応条件による人為的な結果でないことが確認される。
【0021】
【表4】
【0022】
実施例10(比較例)
約2wt%のCoO、7wt%のMoO3および0.6wt%のKを含む市販HDS触媒を前処理し、実施例1と同様に試験した。試験の結果を表5に示す。
【0023】
実施例11
実施例10の触媒に、約0.9wt%のCuを添加して変成した。触媒を活性化し、実施例1と同様に試験した。試験の結果を表5に含める。
【0024】
【表5】
【0025】
表2、3および5のデータから、本発明のCo−Mo−Cu触媒は、金属の充填とは無関係に、参照触媒より選択的であることが示される。
【0026】
実施例12
実施例7の触媒を活性化し、実施例1と同様に試験した。高温・低圧で運転することによって、触媒を、選択性に有利な過酷度の高いプロセス条件に付した。この試験の選択された期間における代表的なデータを、表6に示す。
【0027】
【表6】
【0028】
表6から、反応温度が上昇し、圧力が低下した場合に、オレフィン飽和がより少なく、反応の選択性が増加することが示される。通常条件における平衡2および6を比較すると、過酷度の高い条件で延長された運転の後にも、本発明の触媒は、高いHDS活性、低減されたオレフィン飽和活性、および実質的により高い選択性ファクターを保持することが示される。データから、本発明の触媒は、OSよりHDSに有利な過酷度の高い条件において、失活に対して耐性があることを示す。
【0029】
実施例13(比較例)
約1wt%のCoOおよび4wt%のMoO3を含む市販触媒を用いて、200〜450゜Fキャットナフサを、500゜F、235psigH2、2600SCF/B、および6.5LHSVの条件で処理した。結果を表7に纏める。
【0030】
実施例14
実施例2の触媒を用いて、200〜450゜Fキャットナフサを、500゜F、235psigH2、2600SCF/B、および6.5LHSVの条件で処理した。結果を表7に纏める。
【0031】
【表7】
【0032】
本発明の触媒は、この原料の処理に関して参照触媒より選択的である。表7から、参照触媒の活性が約30%減少するのに対し、本発明の触媒の、150時間に及ぶ運転でも失活を経験しないという優れた安定性が確認される。
【0033】
実施例15(比較例)
実施例4の触媒を用いて、200〜450゜Fキャットナフサを処理した。結果を表8に纏める。
【0034】
実施例16
実施例6の触媒を用いて、200〜450゜Fキャットナフサを処理した。結果を表8に纏める。
【0035】
【表8】
【0036】
データから、最初のプロセス条件においては、いずれの触媒も、通油800時間を経て失活を経験しなかったことが示される。選択性に有利な高温・低圧条件に付された場合、本発明の触媒には失活に対する耐性があるのに対し、参照触媒は200時間以内に20%の失活を経験した。
【0037】
実施例17(比較例)
大細孔アルミナに炭酸コバルトおよびヘプタモリブデン酸アンモニウムを含浸して、Co−MoHDS触媒を合成した。乾燥し、400℃で3時間焼成した後、触媒を実施例1の場合と同様にして試験した。結果を表9に纏める。
【0038】
実施例18
大細孔アルミナに炭酸コバルトおよびヘプタモリブデン酸アンモニウムを含浸して、Co−MoHDS触媒を合成した。乾燥し、400℃で3時間焼成した後、触媒に硝酸銅を含浸して、約3wt%のCoO、11wt%のMoO3および4wt%のCuを含むCo−Mo−Cu触媒を調製した。触媒を実施例1の場合と同様にして試験した。結果を表9に纏める。
【0039】
【表9】
【0040】
この結果から、大細孔アルミナ上に調製されたCo−Mo触媒には、通常のアルミナを用いたその類縁体より活性があることが示される。大細孔アルミナ上に調製されたCo−Mo−Cu触媒は、通常のアルミナを用いたその類縁体と同等の活性を示す条件において、より選択的である。
本発明は、概して炭化水素物質の品質向上に関する。より詳しくは、本発明は、実質的にオレフィンを水素添加することなく、オレフィンを含む炭化水素物質における硫黄汚染物質の量を低減することに関する。
【0002】
発明の背景
ナフサストリーム、特に、流動接触分解などの分解プロセスの生成物であるものには、望ましくない硫黄汚染物質が含まれる。例えば、混合ナフサストリームであるガソリンでは、これらの汚染物質が接触転化装置の機能に対して有する効果のため、硫黄汚染物質の許容可能なレベルが限定されている。硫黄汚染されたナフサは、非常に多くの水素化脱硫(HDS)触媒およびプロセスによって脱硫することができるが、一方で水素化はしばしば、ナフサストリーム中のオレフィンの多大な減少に起因する顕著なオクタンロスをもたらす。当然ながら、オレフィンの水素添加に対して水素化脱硫(HDS)が優先される触媒およびプロセスを開発するための、非常に多くの試みが為された。より高い選択性が得られる点に関してはある程度の成功が達成されたものの、選択性の増大はしばしば、活性ロスの代償として得られる。
【0003】
従って、オレフィンの水素添加を最小にして、分解ナフサを水素化脱硫するための改良された触媒およびプロセスの必要性が依然として存在する。
【0004】
発明の概要
簡単に述べると、炭化水素原料を、硫化触媒の存在下に水素化脱硫条件で水素と接触させて、実質的にオレフィン質成分を水素添加することなく、該原料の水素化脱硫を行なうことを含む、オレフィン質成分を含む炭化水素原料の硫黄含有量の低減方法であって、該触媒が(i)少なくとも一種の第VIII族非貴金属;(ii)少なくとも一種の第VIB族金属;並びに(iii)第IB、IIBおよびIVA族金属よりなる群から選ばれる少なくとも一種の金属を、無機酸化物担体に担持されて含むことを特徴とする硫黄含有量の低減方法が提供される。
【0005】
発明の詳細な説明
本発明によって処理される原料は、典型的には、一般に分解ナフサまたはガソリン混合原料と呼ばれるものである。流動接触分解(FCC)ナフサは、本発明によって処理することができる適切な原料の特定の例である。
【0006】
本発明を実施するための適切な硫化触媒には、
(i)少なくとも一種の第VIII族非貴金属;
(ii)少なくとも一種の第VIB族金属;並びに
(iii)第IB、IIBおよびIVA族金属よりなる群から選ばれる少なくとも一種の金属
が無機酸化物担体に担持されて含まれる。典型的には、触媒の全重量を基準として、第VIII族金属は約0.1〜約15wt%の範囲の量、第VIB族金属は約0.1〜約40wt%の範囲の量、第IB、IIBおよびIVA族金属よりなる群から選ばれる少なくとも一種の金属は約0.01〜約10wt%の範囲の量で存在する。適切な触媒の代表的な例には、Co−Mo−Cu、Co−Mo−Zn、Co−Mo−Sn、Co−Mo−Cu−Zn、Co−Mo−Sn−Znなどが含まれる。
【0007】
触媒の担体には、アルミナ、シリカ、チタニア、マグネシア、シリカ−アルミナおよびそれらの混合物などの無機酸化物が含まれる。アルミナは好ましい担体であり、大細孔アルミナとして特徴付けられるアルミナは、優れた活性および活性持続性をもたらす点でより好ましい。典型的な大細孔アルミナは、約100m2/g超の表面積、約0.60ml/g超の細孔容積、約105オングストローム超の平均細孔直径を有する。好ましいアルミナは、170m2/g超の表面積、および115オングストローム超の平均細孔直径を有する。
【0008】
触媒金属は、周知の技術によって担体上に析出する。金属が担体上に析出する順序は大幅に変化しうる。例えば、金属が同時に、または連続して析出してもよく、二種の金属が同時に析出し、第三の金属が他の二種の金属が析出される前または後のいずれかに別に析出してもよい。好ましくは、金属は初期湿潤法により担体に導入される。金属を析出させた後、乾燥および焼成のための周知技術を用いてもよい。従って、それぞれの金属の添加後、または全ての金属を添加した後に、乾燥および焼成を行ってもよい。乾燥および焼成は、例えば、空気中において100℃〜約600℃で行うことができる。同様に、触媒活性化のための公知技術が用いられる。従って、硫化水素および水素の混合物、または水素の存在下に硫化水素前駆体を用いて、触媒の硫化処理を達成することができる。
【0009】
本発明を実施するに際しては、水素化脱硫条件下に、原料を硫化触媒と接触させる。これらの条件は、原料および触媒によって異なるが、適切な条件を表1に示す。
【0010】
【表1】
【0011】
次の実施例により、本発明を更に説明する。
【0012】
実施例1(比較例)
4.0wt%のCoOおよび15.0wt%のMoO3を含む市販HDS触媒を、10%硫化水素を含む水素で処理することによって活性化した。n−ヘプタン、オクテン−1およびm−キシレンを各々約33wt%、硫黄を2−メチルチオフェンとして2000wppm、並びに窒素をアニリンとして20wppm含む原料に対して、触媒を評価した。この評価の結果を表2に示す。
【0013】
実施例2
実施例1の市販HDS触媒に硝酸銅を含浸して、約2wt%のCuを取り込ませた。前処理および活性化の後、Co−Mo−Cu触媒を、実施例1の原料について試験した。結果を表2に纏める。
【0014】
実施例3
実施例1の市販HDS触媒に塩化錫を含浸して、約3wt%のSnを取り込ませた。前処理および活性化の後、Co−Mo−Sn触媒を、実施例1の原料について試験した。結果を表2に纏める。
【0015】
【表2】
【0016】
表2の触媒に対する反応条件は、同等に高レベルのHDSで、相対的な選択性を比較できるように選択された。OSは、オレフィンの飽和度の尺度であり、選択性ファクターは、HDSおよびOSの比から計算される。表2は、CuおよびSnを添加して変性した本発明の触媒が、ベースケースの触媒より実質的に選択的であることを示す。
【0017】
実施例4(比較例)および5〜8
アルミナに炭酸コバルトおよびヘプタモリブデン酸アンモニウムを含浸して、Co−MoHDS触媒を合成した。乾燥し、400℃で3時間焼成した後、Co−Mo触媒に硝酸銅を含浸して、約3wt%のCoO、11wt%のMoO3および1〜6wt%のCuを含む一連のCo−Mo−Cu触媒を調製した。実施例1の記載と同様に触媒を試験した。結果を表3に纏める。
【0018】
【表3】
【0019】
表3のデータから、本発明の触媒は、そのCuを含まない類縁体より選択的であることが示される。
【0020】
実施例9(比較例)
実施例4の触媒および実施例7の触媒を、実施例1におけると同様にして、通常のHDSレベルを通常の温度でもたらすプロセス条件で試験した。表4に示される結果から、本発明のCo−Mo−Cu触媒は本質的により選択的であり、選択性の利点が反応条件による人為的な結果でないことが確認される。
【0021】
【表4】
【0022】
実施例10(比較例)
約2wt%のCoO、7wt%のMoO3および0.6wt%のKを含む市販HDS触媒を前処理し、実施例1と同様に試験した。試験の結果を表5に示す。
【0023】
実施例11
実施例10の触媒に、約0.9wt%のCuを添加して変成した。触媒を活性化し、実施例1と同様に試験した。試験の結果を表5に含める。
【0024】
【表5】
【0025】
表2、3および5のデータから、本発明のCo−Mo−Cu触媒は、金属の充填とは無関係に、参照触媒より選択的であることが示される。
【0026】
実施例12
実施例7の触媒を活性化し、実施例1と同様に試験した。高温・低圧で運転することによって、触媒を、選択性に有利な過酷度の高いプロセス条件に付した。この試験の選択された期間における代表的なデータを、表6に示す。
【0027】
【表6】
【0028】
表6から、反応温度が上昇し、圧力が低下した場合に、オレフィン飽和がより少なく、反応の選択性が増加することが示される。通常条件における平衡2および6を比較すると、過酷度の高い条件で延長された運転の後にも、本発明の触媒は、高いHDS活性、低減されたオレフィン飽和活性、および実質的により高い選択性ファクターを保持することが示される。データから、本発明の触媒は、OSよりHDSに有利な過酷度の高い条件において、失活に対して耐性があることを示す。
【0029】
実施例13(比較例)
約1wt%のCoOおよび4wt%のMoO3を含む市販触媒を用いて、200〜450゜Fキャットナフサを、500゜F、235psigH2、2600SCF/B、および6.5LHSVの条件で処理した。結果を表7に纏める。
【0030】
実施例14
実施例2の触媒を用いて、200〜450゜Fキャットナフサを、500゜F、235psigH2、2600SCF/B、および6.5LHSVの条件で処理した。結果を表7に纏める。
【0031】
【表7】
【0032】
本発明の触媒は、この原料の処理に関して参照触媒より選択的である。表7から、参照触媒の活性が約30%減少するのに対し、本発明の触媒の、150時間に及ぶ運転でも失活を経験しないという優れた安定性が確認される。
【0033】
実施例15(比較例)
実施例4の触媒を用いて、200〜450゜Fキャットナフサを処理した。結果を表8に纏める。
【0034】
実施例16
実施例6の触媒を用いて、200〜450゜Fキャットナフサを処理した。結果を表8に纏める。
【0035】
【表8】
【0036】
データから、最初のプロセス条件においては、いずれの触媒も、通油800時間を経て失活を経験しなかったことが示される。選択性に有利な高温・低圧条件に付された場合、本発明の触媒には失活に対する耐性があるのに対し、参照触媒は200時間以内に20%の失活を経験した。
【0037】
実施例17(比較例)
大細孔アルミナに炭酸コバルトおよびヘプタモリブデン酸アンモニウムを含浸して、Co−MoHDS触媒を合成した。乾燥し、400℃で3時間焼成した後、触媒を実施例1の場合と同様にして試験した。結果を表9に纏める。
【0038】
実施例18
大細孔アルミナに炭酸コバルトおよびヘプタモリブデン酸アンモニウムを含浸して、Co−MoHDS触媒を合成した。乾燥し、400℃で3時間焼成した後、触媒に硝酸銅を含浸して、約3wt%のCoO、11wt%のMoO3および4wt%のCuを含むCo−Mo−Cu触媒を調製した。触媒を実施例1の場合と同様にして試験した。結果を表9に纏める。
【0039】
【表9】
【0040】
この結果から、大細孔アルミナ上に調製されたCo−Mo触媒には、通常のアルミナを用いたその類縁体より活性があることが示される。大細孔アルミナ上に調製されたCo−Mo−Cu触媒は、通常のアルミナを用いたその類縁体と同等の活性を示す条件において、より選択的である。
Claims (9)
- 炭化水素原料を、硫化触媒の存在下に水素化脱硫条件で水素と接触させて、実質的にオレフィン質成分を水素添加することなく、該原料の水素化脱硫を行なうことを含む、オレフィン質成分を含む炭化水素原料の硫黄含有量の低減方法であって、該触媒が、
(i)少なくとも一種の第VIII族非貴金属;
(ii)少なくとも一種の第VIB族金属;並びに
(iii)第IB、IIBおよびIVA族金属よりなる群から選ばれる少なくとも一種の金属
を、無機酸化物担体に担持されて含むことを特徴とする硫黄含有量の低減方法。 - 前記炭化水素原料は、分解ナフサであることを特徴とする請求項1に記載の硫黄含有量の低減方法。
- 前記水素化脱硫条件は、200〜400℃の範囲の温度、10〜1000psigの圧力、100〜6000SCF/Bの量の水素、および0.1〜20hr−1のLHSVを含むことを特徴とする請求項2に記載の硫黄含有量の低減方法。
- 前記触媒は、一種の第VIII族金属、一種の第VIB族金属、および第IB、IIBまたはIVA族金属のいずれかを含むことを特徴とする請求項3に記載の硫黄含有量の低減方法。
- 前記触媒の全重量を基準として、前記第VIII族金属は0.1〜15wt%の範囲の量、前記第VIB族金属は0.1〜40wt%の範囲の量、および前記第IB、IIBまたはIVA族金属は0.01〜10wt%の範囲の量で存在することを特徴とする請求項4に記載の硫黄含有量の低減方法。
- 前記第VIII族金属はCoであり、前記第VIB族金属はMoであり、および前記第IB族金属を含み、該第IB族金属はCuであることを特徴とする請求項5に記載の硫黄含有量の低減方法。
- 前記第VIII族金属はCoであり、前記第VIB族金属はMoであり、および前記第IVA族金属を含み、該第IVA族金属はSnであることを特徴とする請求項5に記載の硫黄含有量の低減方法。
- 前記触媒の前記無機酸化物担体は、大細孔アルミナであることを特徴とする請求項5に記載の硫黄含有量の低減方法。
- 前記アルミナは、100m2/g超の表面積、0.6ml/g超の細孔容積、および105オングストローム超の平均細孔直径を有することを特徴とする請求項8に記載の硫黄含有量の低減方法。
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