JP2005509043A - 炭化水素液体からのイオウの除去方法 - Google Patents
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Abstract
Description
マイナス50メッシュ以下のニッケルとアルミニウムの合金の粒子を高分子量ポリマー単独と、あるいは更に鉱物油などのこのポリマー用の可塑剤と最初に混合する。加えて、不活性な充填剤、安定剤などの少量(約10重量%までの)の他の成分をこの混合物に添加することができる。
(1)混和操作
本明細書中で使用される固定床触媒の形成に使用する初期の成分の混合は、いかなる慣用の手段によっても実施可能である。例えば、Haakeレオメーター、またはBanburyあるいはBrabenderミキサーを用いて、これらを混合することができる。連続的な混和が望ましい場合には、かみ合い型2軸スクリュー混和機の使用が望ましい。例は、Baker Perkins Co.により製造されるMP混和機とWerner and Pfleidererにより製造されているZSK混和機である。慣用の単軸熱可塑性樹脂の押し出し機を多数回通すことによって、許容可能な混和物も製造してもよい。
(a)マイナス50メッシュ以下、好ましくは約マイナス100メッシュ、そして更に好ましくはマイナス200メッシュの粒径の;約60−90重量部、好ましくは約70−85重量部のNi−Al合金の粒子;
(b)約1−30重量部の、好ましくは約2−20重量部の高分子量ポリマー;および
(c)0−40重量部の、好ましくは約10−30重量部で、全混合物の約0−70容積%、好ましくは約35−55容積%に同等の可塑剤
を含んでなる。
(2)混合物の賦型
次に、完成した固定床触媒中で望まれる幾何学的な形を考慮して、生成した混合物を賦型物に成形する。押出しは最も単純な成形方法の一つである。例えば、この混合物を慣用の押し出し機で中実の棒、管(中空あるいは羽根(vaned)付)、およびフィラメントとして押し出すことができ、既知の方法ですべてを所望の長さのセグメントに切断することができる。最も単純で、最も有効な賦型物のいくつかは、1/32、1/16、1/8または1/4インチ直径の棒を棒の直径の2分の1ないし6倍に切断することにより製造されるペレットである。中空円筒および径方向羽根付の触媒ペレットを種々の押出し法により作製してもよい。内部の補強羽根付きの円筒形、中空環状構造の押し出し物を開示している、例えば、(特許文献21)と(特許文献22)を見られたい。圧縮および射出成形などの他の熱可塑性樹脂成形法も使用してもよい。一般的に思い付くことは、使用前(ポリマー−結合触媒の場合)または焼成前に(本件仮焼触媒の場合)この混合物を最終的な形に賦型することである。加熱するとポリマー含有塊を賦型することが更に容易であるので、この混合物を賦型時に加熱することが好ましい。
(3)可塑剤(油)除去
段階(2)において種々の方法により作製される賦型物から可塑剤を除去することができる。2つの最良の方法は、溶媒(例えば、ヘキサン)により抽出すること、あるいは、この可塑剤が充分に揮発性(ある鉱物油のように)である場合には、賦型物を空気循環型オーブン中約100℃で数時間加熱し、油を蒸発させ、除去すること;本質的に、賦型物を乾燥することである。可塑剤の除去は、本質的にポリマーマトリックス中のラネー法合金の粒子からなる賦型された組成物を残す。すなわち、この時点では、この組成物は、本質的に
(a)50メッシュパスの、好ましくは100メッシュパスの、そして更に好ましくは米国標準篩サイズの200メッシュパスの、約60−99重量部の、好ましくは約80−98重量部の合金の粒子;
(b)約1−30重量部の、好ましくは約2−20重量部の高分子量ポリマー;および
(c)可塑剤の除去により残される、この混合物の約0.1−70容積%、好ましくは約35−55容積%の均一な空隙
の緊密な混合物からなる。
(a)Alの溶出
強苛性ソーダ溶液(通常、約6N)によりAlを部分的に溶出することを述べる。溶出を熱時、例えば約90℃で、しかし好ましくは100℃以下で行う。NaOHによる溶出は発熱的であり、冷水を周期的に添加して、温度を90℃に維持してもよい。溶出は数時間必要とすることもあり、好ましくは更に1時間の新しい水酸化ナトリウム溶液により終結される。次に、この水のpHが約9未満まで低下するまで、溶出された賦型物を水により連続的に洗浄する。この結果は、ラネー法により作製されるラネーNi固定床触媒粒子のポリマー結合凝集物からなる賦型物である。これらの粒子は、元のポリマーマトリックスによりなお連結されている。この時点において、この賦型された触媒は、Alの大部分あるいは殆ど全部が除去されていて、ラネー法金属を残す点で(3)の組成物と異なる。このように、この触媒は、本質的に
(a)残存するAlと共に、約15−50重量部の、好ましくは約20−47重量部のラネーNi金属の粒子;
(b)約1−30重量部の、好ましくは約2−20重量部の高分子量ポリマー;および
(c)この全混合物の約0.1−90容積%、好ましくは約40−80容積%のこの混合物内の均一な空隙
の緊密な混合物からなる。
仮焼
(3)の賦型物を加熱して、ポリマーを除去し、続いて仮焼して、合金粒子を多孔性金属構造に溶融する。同時に、このAl金属の一部はアルファ−アルミナに転化される。このように、この組成物を最初に約200°−700℃で好ましくは空気または酸素の存在下炉中で仮焼する。温度を上昇し、仮焼を850°と1,200℃の間の温度で完結させる。900℃で約1ないし2時間の仮焼が最適である。1,200℃を超えて加熱を継続することは無意味である。
i)使用済みの固定床触媒を例えば、過酸化水素、アルカリ金属次亜塩素酸塩(例えば、NaOCl)、アルカリ金属硝酸塩(例えば、NaNO3)またはアルカリ金属亜硝酸塩(例えば、NaNO2)、アルカリ金属過ホウ酸塩(例えば、NaBO3)、ペルオキシ酸(例えば、ペルオキシ酢酸)などの温和な化学酸化剤水溶液により処理すること(これは、外周圧力および室温〜この水溶液の沸点、好ましくは室温〜この沸点の約10℃下にわたる温度で行われ、これに続いて、水または温和なアルカリ性溶液により洗浄して、未反応の酸化剤および/またはいかなる残存酸化イオウ種も除去してもよい);
ii)使用済みの固定床触媒を水素ガスにより100℃〜500℃の、好ましくは200〜400℃の高温で処理すること;
iii)使用済みの触媒を本明細書中上述するように、温和な化学酸化剤により処理し、続いてこの材料を本明細書中上述するように高温で水素にさらすこと(温和な酸化剤単独の使用は、この触媒の一部を酸化状態したがって低活性の形に残し、水素による単なる処理は、完全除去が困難であるバルクのスルフィドを生成するので、使用済みの触媒を処理するにはこの方法が最も好ましい。この処理物を記述したシーケンスで合体することは、この両方の懸念を軽減して、イオウ化合物を実質的に含まない活性触媒を生成することが判明した);あるいは
iv)a)この有機酸がラネーNiと高反応性を有さず、そしてb)この金属イオンが酸性溶液中で不溶性であり、そしてアルカリ性溶液中で可溶性であるスルフィド(MSx、ここで、Xは1−5である)を形成し、そしてc)この有機酸塩が少なくとも部分的に水溶性である前提で、使用済みの固定床触媒を有機酸の金属塩と接触することにより、使用済みの固定床触媒を処理すること
により実施可能である。
一連の促進された顆粒状固定床触媒を下記に述べる方法で形成した:
A.58重量パーセントのAlと42重量パーセントのNiを有する合金を最初に粉砕することにより、Raney(R)ニッケル合金の試料を作製した。この粉砕した材料を米国標準篩No.8および12の篩を通過させて、「8×12メッシュ」の粒径材料の材料を得た。粒子床から溶出溶液を再循環することにより、この材料を有用な触媒に転化した。この溶出溶液は5000gの4重量パーセントの水酸化ナトリウムからなり、これを227gの8×12合金顆粒の処理に使用した。流速は3.9リットル/分であった。38℃の温度に維持しながら、この溶出を30分間行った。次に、流出液が9.5未満のpHを有するまで、この触媒を3630gの3重量パーセントのNaOH溶液により、そして次に約20Lの水により38℃で処理した。
B.初期の合金は4重量パーセントのMoを含有し、NiとAlが実施例1の合金に関して述べたのと同一の比で存在する;
C.液中に溶解した0.5重量パーセントのZnOを更に含有する5重量パーセントのNaOH水溶液により活性化を行った。生成した触媒は2.8重量パーセントのZnを含有した;
D.NaOH溶液による活性化に引き続いて、この材料を溶液K2ReCl6と接触させて、0.2重量パーセントのReを有する生成物を与える;そして
E.NaOH溶液による活性化に引き続いて、この材料を溶液K3ReCl6と接触させて、0.3重量パーセントのReを有する生成物を与える。
促進され押出された固定床触媒材料の一連の試料を下記に述べる方法で形成した:
A.教示を引用により本明細書の中に組み込んだ、(特許文献23)および(特許文献24)に記述されているのと同一の方法で粉末化された58重量パーセントのAl/48重量パーセントのNi合金、潤滑剤としてのポリエチレンオキシドポリマーとグリセリンの混合物を混和した。Haakeレオメーターを用いて1/8インチの円形断面積ダイヘッドからこの混合物を押し出した。このポリマーと潤滑剤を不活性な雰囲気下での加熱により除去し、次に、この固定床触媒前駆体を900℃で1時間仮焼した。次に、生成した仮焼固定床触媒前駆体を20パーセントのNaOHを有する728gの再循環水溶液と90℃で60分間接触させることにより、NaOHを用いてこれを溶出させた。これに続いて、25重量パーセントのNaOHを含有する3640gの再循環水溶液と90℃で更に60分間接触させた。最後に、この材料を水により洗浄して、9.5未満のpHを得た。
B.NaOHによる処理の後、この固定床触媒をヘプタモリブデン酸アンモニウムを含有する溶液と接触させて、2.8重量パーセントのMoをこの生成した固定床触媒生成物中に堆積させた;
C.この初期の合金は2.0重量パーセントのFe金属を含有していた;
D.この初期の組成物を1/16インチ直径で押し出し、そしてNaOHとの接触による活性化の後、最終生成物中で0.4重量パーセントのPdを堆積させる量でテトラアンミンPdCl2を含有する水溶液とこの材料を接触させた;
E.この初期の組成物を1/16インチ直径で押し出し、K2ReCl6の溶液と接触させた。この生成した材料を分析したが、これは最終生成物中に0.1重量パーセントのReを有していた;
F.NaOH溶液による活性化の後、テトラアンミン塩化白金を含有する水溶液とこの材料を接触させた。この生成した材料は、最終生成物中で0.03重量パーセントのPtを含有していた。
実施例1および2の触媒を次の方法に従って分析した:
B.E.T.表面積:(非特許文献6)に記述されている手順に従う;
CO化学吸着:(非特許文献6)に記述されているようにO℃で行ったパルス法、式:表面積(Ni)=[体積CO/g触媒]/0.587を用いて計算;
重量パーセントNi:酸中で触媒試料を溶解した後にICP−AES法。
重量で正規化した表面積にこのタイプの触媒に適切な見掛けの嵩密度(ABD)(顆粒状タイプに対して1.8g/ccおよび押し出しタイプに対して0.6g/cc)を掛けることにより、B.E.T.および化学吸着表面積を充填床容積に正規化した。水で被覆された触媒試料の沈降容積を求め、次に、試料全体を真空乾燥し、その後不活性ガス雰囲気下で秤量することにより、ABDを計算した。重量/容積比がABDに等しい。この比は使用した異なる組成にわたって無視し程度で変わる。
次の一般的な方法を使用して、イオウ吸着を求めた:触媒の各試料を水の下で0.43"(1.1cm)内径の垂直に立てたステンレス鋼管の中に充填した。この充填管にガスまたは液体のいずれかを触媒床に制御された速度でポンプ注入させる配管系を備えた。クラムシェル形抵抗加熱炉をこの管の触媒を収容した部分の周りに置いて、初期乾燥、イオウ種吸着、および再生段階時に触媒床を加熱した。
実施例lAの顆粒状Ni触媒をこの反応器に装填し、次の特定のパラメーターを用いて概ね上述したようにガソリンと接触させた:
吸着温度〜25℃(外周温度)
0.5ml/分のガソリン流速(時間当たりの重量空間速度(WHSV)=60分×(0.5ml/分)×(0.73g/mL)/21.6g触媒=1.0)。
使用した触媒が実施例1Bの顆粒状Mo/Ni触媒であったことを除いて実施例4−4Aの手順に追従した。
使用した触媒が実施例2Bの押し出されたMo/Ni触媒であったことを除いて実施例4−4Aの手順に追従した。
350℃をH2還元温度として使用したことを除いて実施例1Aの顆粒状Ni触媒を用いて実施例4−4Aの手順を繰り返した。
実施例1Bの顆粒状Mo/Ni触媒を用いて実施例7の手順を繰り返した。
実施例2Aの押し出されたNi触媒を用いて実施例7の手順を繰り返した。
実施例2Bの押し出されたMo/Ni触媒を用いて実施例7の手順を繰り返した。
実施例2Dの押し出されたPd/Ni触媒を用いて実施例7の手順を繰り返した。
実施例2Eの顆粒状Re/Ni触媒について実施例7の手順を繰り返した。
実施例1Cの顆粒状Zn/Ni触媒について実施例4−4Aの吸着段階を繰り返した。再生または以降の再試験を行わなかった。
実施例1Dの顆粒状Re/Ni触媒について実施例4−4Aの吸着段階を繰り返した。再生または以降の再試験を行わなかった。
実施例1Eの顆粒状Ru/Ni触媒について実施例4−4Aの吸着段階を繰り返した。再生または以降の再試験を行わなかった。
実施例2Cの押しされたFe/Ni触媒について実施例4−4Aの吸着段階を繰り返した。再生または以降の再試験を行わなかった。
ガソリンとの接触の前に、以前に未使用の触媒を流通H2中200℃で2時間前処理し、次に外周温度まで冷却したことを除いて、実施例1Aの顆粒状Ni触媒について実施例4−4Aの吸着段階を繰り返した。再生または以降の再試験を行わなかった。
実施例1Bの顆粒状Mo/Ni触媒について実施例17の手順を繰り返した。
実施例2Bの押し出されたMo/Ni触媒について実施例17の手順を繰り返した。
実施例2Dの押し出されたPd/Ni触媒について実施例17の手順を繰り返した。
実施例2Fの押し出されたPt/Ni触媒について実施例17の手順を繰り返した。
酸化段階をH2還元段階の前に行ったことを除いて、実施例1Bの顆粒状Mo/Ni触媒を用いて実施例8の手順を繰り返した。特に、60mlの1.5%NaOCl溶液を触媒床に70℃でポンプ注入し、続いてこの温度を70℃に維持しながら、60mlの水をポンプ注入した。
この触媒が実施例2Bの押し出されたMo/Ni触媒であることを除いて、実施例22の手順を繰り返した。実施例4−23の結果を下記の表2に示す。
この触媒が実施例1Aの顆粒状Ni触媒であることおよびこのイオウ吸着段階を125℃で行ったことを除いて、実施例4−4Aの手順を繰り返した。
H2再生段階を350℃で行ったことを除いて、実施例24の手順を実施例1Aの顆粒状Ni触媒に施した。
この触媒を3回の吸着サイクルと2サイクルの再生にかけたことを除いて、実施例25の手順を実施例1Bの顆粒状Mo/Ni触媒に施した。
実施例1Bの顆粒状Mo/Ni触媒を実施例18に述べたのと同一の方法でH2中200℃で前処理した。この触媒を3回の吸収パスについて吸収、酸化および再生にかけた。H2を用いて再生段階を200℃で行った。
Claims (28)
- a)イオウ含有炭化水素液体をスポンジニッケル金属合金から構成される充填床触媒組成物と接触させて、イオウ含量が低減した炭化水素液体を生成させ;
b)イオウ含量が低減した該炭化水素液体を分離および回収し;
c)該充填床触媒組成物を過酸化水素、アルカリ金属次亜塩素酸塩、アルカリ金属硝酸塩、有機ペルオキシ酸またはこれらの混合物から選ばれる酸化剤水溶液により処理して、これを再生することにより、その中に含有されるイオウを除去し;
d)段階c)の該再生された充填床触媒組成物を単独であるいは追加の充填床触媒組成物と共に追加のイオウ含有炭化水素液体と接触させて、これからイオウを除去し;そして
e)段階b)、c)、d)およびe)を循環的に繰り返す
ことを含んでなる炭化水素液体の脱硫方法。 - 該イオウ含有炭化水素液体を約20℃〜150℃の温度および約1気圧で充填床触媒組成物と接触させる請求項1の方法。
- 該イオウ含有炭化水素液体を約20℃〜150℃の温度および大気圧〜約1MPaの圧力で充填床触媒組成物と接触させる請求項1の方法。
- 段階c)が約50℃〜該酸化剤水性溶液の沸点の温度で行われる請求項1、2あるいは3の方法。
- 該酸化剤が次亜塩素酸ナトリウム、亜硝酸ナトリウムまたは硝酸ナトリウムである請求項4の方法。
- 該酸化剤がペルオキシ酢酸である請求項4の方法。
- 該段階c)が該触媒を水により、あるいはアルカリ性溶液により洗浄することを更に包含する請求項1の方法。
- 該段階a)、b)およびd)を各々第1の反応域中で行い、そして段階c)を第2の反応域中で行う請求項1、2、3あるいは7の方法。
- a)イオウ含有炭化水素液体をスポンジニッケル金属合金から構成される充填床触媒組成物と接触させて、イオウ含量が低減した炭化水素液体を生成させ;
b)イオウ含量が低減した該炭化水素液体を分離および回収し;
c)該充填床触媒組成物を水素ガスにより高温で処理することにより、これを再生して、その中に含有されるイオウを除去し;
d)段階c)の該再生された充填床触媒組成物を単独であるいは追加の充填床触媒組成物と共に追加のイオウ含有炭化水素液体と接触させて、これからイオウを除去し;そして
e)段階b)、c)、d)およびe)を循環的に繰り返す
ことを含んでなる炭化水素液体の脱硫方法。 - 該イオウ含有炭化水素液体を約20℃〜150℃の温度および約1気圧で充填床触媒組成物と接触させる請求項9の方法。
- 該イオウ含有炭化水素液体を約20℃〜70℃の温度および大気圧〜約1MPaの圧力で充填床触媒組成物と接触させる請求項9の方法。
- 段階c)を約100℃〜約500℃で行う請求項9、10あるいは11の方法。
- 段階c)を約200℃〜約400℃で行う請求項9、10あるいは11の方法。
- 段階c)が該使用済み溶液をアルデヒド、ケトンまたはアルカノールから選ばれる液体により最初に洗浄することを更に含んでなる請求項9、10あるいは11の方法。
- 該液体がアセトンまたはC1−C3アルカノールから選ばれる請求項14の方法。
- 該段階a)、b)およびd)を各々第1の反応域中で行い、そして段階c)を第2の反応域中で行う請求項9、10、あるいは11の方法。
- a)イオウ含有炭化水素液体をスポンジニッケル金属合金から構成される充填床触媒組成物と接触させて、イオウ含量が低減した炭化水素液体を生成させ;
b)イオウ含量が低減した該炭化水素液体を分離および回収し;
c)酸がラネーNiに関して実質的に不活性であり、そして該金属がイオウと反応して、酸性水溶液に不溶性で、そして高温でアルカリ性水溶液に可溶性であるスルフィドを形成し、この中に含有されるイオウを除去し、触媒スラリーを生成させ得ることを条件として、該充填床触媒組成物を有機酸の水溶性金属塩と接触させることにより、これを再生し;
d)段階c)の触媒をアルカリ性水溶液と接触させて、少なくとも約6.5のpHの生成スラリーを提供し;
e)該再生された充填床触媒組成物を単独であるいは追加の充填床触媒組成物と共に追加のイオウ含有炭化水素液体と接触させて、これからイオウを除去し;そして
f)段階b)、c)、d)およびe)を循環的に繰り返す
ことを含んでなる炭化水素液体の脱硫方法。 - 該イオウ含有炭化水素液体を約20℃〜150℃の温度および約1気圧で充填床触媒組成物と接触させる請求項17の方法。
- 該イオウ含有炭化水素液体を約20℃〜150℃の温度および大気圧〜約1MPaの圧力で充填床触媒組成物と接触させる請求項17の方法。
- 段階c)を室温〜約90℃で行う請求項17の方法。
- 該有機酸が飽和した脂肪族モノカルボン酸、飽和ジカルボン酸、飽和トリカルボン酸、ヒドロキシ置換脂肪族酸または脂環式有機酸およびこれらの混合物からなる群から選ばれる請求項17の方法。
- 該段階a)、b)およびd)を各々第1の反応域中で行い、そして段階c)を第2の反応域中で行う請求項17、18あるいは19の方法。
- a)イオウ含有炭化水素液体を第1の反応域においてスポンジニッケル金属合金から構成される充填床触媒組成物と接触させて、イオウ含量が低減した炭化水素液体を生成させ;
b)イオウ含量が低減した該炭化水素液体を分離および回収し;
c)該充填床触媒組成物を第2の反応域において過酸化水素、アルカリ金属次亜塩素酸塩、アルカリ金属硝酸塩、有機ペルオキシ酸またはこれらの混合物から選ばれる酸化剤水溶液と接触させて、これを再生することにより、その中に含有されるイオウを除去し;
d)段階c)の充填床触媒組成物を水素ガスにより高温で処理し;
e)段階d)の触媒組成物を該第1の反応域に戻し、そして該再生された充填床触媒組成物を単独であるいは追加の充填床触媒組成物と共に追加のイオウ含有炭化水素液体と接触させて、これからイオウを除去し;そして
f)段階b)、c)、d)およびe)を循環的に繰り返す
ことを含んでなる炭化水素液体の脱硫方法。 - 該イオウ含有炭化水素液体を約20℃〜150℃の温度および約1気圧で充填床触媒組成物と接触させる請求項23の方法。
- 該イオウ含有炭化水素液体を約20℃〜150℃の温度および大気圧〜約1MPaの圧力で充填床触媒組成物と接触させる請求項23の方法。
- 段階c)を約50℃〜該酸化剤水性溶液の沸点の温度で行う請求項23、24あるいは25の方法。
- 段階d)を約100℃〜500℃で行う請求項26の方法。
- 該段階a)、b)およびd)を各々第1の反応域中で行い、そして段階c)を第2の反応域中で行う請求項23、24あるいは25の方法。
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