JP2007203297A - 水素化精製用触媒 - Google Patents

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Abstract

【課題】脱金属活性と金属堆積容量がともに高い水素化精製用触媒を提供する。
【解決手段】耐火性多孔質担体に水素化活性金属成分を担持した水素化精製用触媒は、窒素吸着法により測定した中央細孔直径が8〜20nmであり、窒素吸着法により測定した細孔容積が0.56cm/g以上であり;且つ水銀圧入法により測定した50nm以上の細孔直径を有する細孔の細孔容積が0.32cm/g以上である。重質油の水素化脱金属において脱金属活性及び金属堆積容量のいずれもが高い。水素化精製用触媒は、γ−アルミナを主成分とし、細孔容積が0.75cm/g以上であり、平均粒子直径が10〜200μmである多孔性の原料粉体を混練し、成形及び焼成し、活性金属成分を担持させることにより得られる。
【選択図】 なし

Description

本発明は、石油留分などの炭化水素の水素化精製に用いられる触媒及びその製造方法に関し、特に、原油、タールサンド、シェールオイル、石炭液化油などの重質油を常圧蒸留または減圧蒸留することにより得られる各種の重質留分及び残渣油などを水素化脱金属するために用いられる触媒及びその製造方法に関する。
常圧蒸留または減圧蒸留の残渣油などの重質油には、ニッケル、バナジウムなどの金属分が多く含まれている。この金属分は、脱硫、脱窒素、分解などのための水素化精製触媒を被毒し、触媒活性を低下させるため、予め、脱金属を目的とした水素化精製用触媒(以下、脱金属触媒ともいう)で処理を行っている。
かかる脱金属触媒は、同程度の中央細孔直径を有し且つ同じ活性金属種が担持されていても、脱金属活性及び金属堆積容量(触媒が活性を失うまでに細孔内に堆積可能な金属量)が大きく異なることがわかっている。これは、細孔径分布またはその他の触媒構造が相違するためであると考えられる。例えば、脱金属触媒として細孔直径60nm以下の細孔にほとんどの細孔容積を有する触媒を用いた場合、脱金属活性は高まるが、細孔入口近傍に多くの金属が堆積し、細孔入口を閉塞するために金属堆積容量が小さくなってしまう。これに対し、細孔直径60nm以下の細孔群(メソポア)を有するとともに、細孔直径60nmを超える細孔群(マクロポア)を有する触媒(バイモーダル型触媒)を用いた場合には、金属堆積容量を大きくすることができるが、相対的に脱金属活性は低下してしまう。
従来、上記のようなバイモーダル型触媒として、特公昭60−49135号(ローヌ・プーラン・アンデュストリ)及び特開平6−88081号(テキサコ・デベロップメント・コーポレーション)が知られている。しかしながら、本発明との関係において、前者は球状担体を開示しているが、触媒が脱金属反応に用いられることは何ら言及していない。後者の文献は、全細孔容積が0.5〜0.8cm/gの担体を教示しているが、触媒の金属堆積容量は高くない。
すなわち、従来、脱金属活性と金属堆積容量の両方が高い水素化精製触媒は存在していなかった。
本発明の目的は、脱金属活性と金属堆積容量がともに高い水素化精製触媒及びその製造方法を提供することである。
本発明の第1の態様に従えば、耐火性多孔質担体に水素化活性金属成分を担持した水素化精製用触媒において、
窒素吸着法により測定した中央細孔直径が8〜20nmであり;
窒素吸着法により測定した細孔容積が0.56cm/g以上であり;且つ
水銀圧入法により測定した50nm以上の細孔直径を有する細孔の細孔容積が0.32cm/g以上であることを特徴とする水素化精製用触媒が提供される。
本発明の水素化精製用触媒は、中央細孔直径と、窒素吸着法により測定した細孔(概ね60nm以下の細孔直径を有する細孔)の細孔容積と、水銀圧入法により測定した細孔であって50nmを超える細孔直径を有する細孔の細孔容積とを前記規定範囲の値とすることにより、水素化精製、特には、水素化脱金属において、脱金属活性及び金属堆積容量をいずれも高くすることができ、それゆえ、長期間に渡って高い金属分除去率を維持することができる。例えば、本発明の水素化精製用触媒は、後に定義した条件の下で100gの新触媒に対して70g以上の有効メタル堆積量を示すことが分かった。本発明の触媒は、重質油の脱金属または脱アスファルテンに特に好適に用いられる。
本発明の水素化精製触媒は、一層良好な脱金属活性を有するためには、水銀圧入法により測定して0.87cm/g以上の細孔容積を有するのが好ましい。また、水素化精製触媒は、充分な機械的強度が得られるという理由から、水銀圧入法により測定して1000nm以上の細孔直径を有する細孔の細孔容積が0.2cm/g以下であることが望ましい。また、本発明の触媒は、脱金属活性が高いのでかさ密度を0.52cm/g以下にすることができる。これにより、触媒が充填された反応器の荷重を減らすことができ、差圧が多少高くても反応器の耐久性を向上させ得る。
本発明の水素化精製触媒は、水素化活性金属成分として、モリブデンを2〜6重量%含み得、ニッケルまたはコバルトを0.5〜2重量%含み得る。さらに、水素化精製触媒はリンまたはホウ素を0.5〜1.5重量%含み得る。
本発明の第2の態様に従えば、水素化活性金属を含む水素化精製用触媒の製造方法であって:γ−アルミナを主成分とし、細孔容積が0.75cm/g以上であり、平均粒子直径が10〜200μmである多孔性の原料粉体を混練して混練物を調製すること;上記混練物を成形及び焼成すること;及び、活性金属成分を混練物または焼成後の混練物に担持させることを含む水素化精製用触媒の製造方法が提供される。本発明の方法では、主成分としてγ−アルミナ粉体を用い、且つ上記規定の細孔容積及び平均粒子径を有する多孔性の粉体を原料として用いているために、脱金属活性と金属堆積容量がともに高い水素化精製触媒及びそれに用いられる触媒担体を容易に且つ低コストで製造することができる。
本書において、「γ−アルミナを主成分とする」とは、原料粉体の70重量%以上がγ−アルミナであることを意味し、残部は、例えば、擬ベーマイトなどのベーマイトにし得る。触媒の脱金属活性と金属堆積容量を一層良好にするには、原料粉体の90重量%以上、特には、95重量%以上がγ−アルミナであることが好ましい。さらに、望ましくは、原料粉体のほぼ100%がγ−アルミナ粉体である。また、本書において、用語「γ−アルミナ」とは、波長0.154nmのX線回析において、2θ=46°及び67°にピークを有する遷移アルミナである。γ−アルミナ粉体は、ベーマイト粉体を焼成することによって調製するのが好適である。本明細書でベーマイト粉体とは、ベーマイトまたは擬ベーマイトの粉体を意味する。なお、擬ベーマイトは、結晶内に余分の水分子を持つα−アルミナ水和物であり、Al・XHOで表され、Xは1以上2未満である。
本発明の水素化精製触媒の製造方法において、成形コスト及び触媒担体の高空隙率という観点から、例えば、成形器を用いた押出成形により成形するのが好ましい。
以下に本発明の水素化精製触媒及びその製造方法を具体的に説明する。
i)触媒の中央細孔直径、細孔容積及び比表面積
本発明の水素化精製触媒において、窒素吸着法により測定された細孔、例えば、1.8〜60nmの細孔直径を有する細孔の中央細孔直径は、8nm以上、例えば、8〜20nm、好ましくは8〜15nm、特に好ましくは8〜13nmである。水素化精製触媒において、窒素吸着法により測定された細孔、例えば、1.8〜60nmの細孔直径を有する細孔の細孔容積は、0.56cm/g以上、好ましくは0.56〜1.0cm/g、特に好ましくは0.56〜0.8cm/g、一層特に好ましくは0.62〜0.8cm/gである。本発明の触媒の比表面積は、150m/g以上、好ましくは170〜300m/g、特に好ましくは180〜280m/gである。上記中央細孔直径、細孔容積及び比表面積は、窒素吸着法により測定される。中央細孔直径は、窒素ガスの脱離過程における相対圧0.967の条件で得られる窒素ガスの吸着量を液体として換算した体積の値を細孔容積(V)とし、BJH法によって算出された細孔容積と細孔直径の関係から、細孔直径の大きい側からの累積細孔容積が細孔容積Vの半分(V/2)となる細孔直径として測定することができる。窒素吸着法により細孔直径約2〜60nmの細孔分布を測定することができる。なお、BJH法は、Journal of The American Chemical Society,vol.73,p.373〜(1951)に開示されている。
本発明の水素化精製触媒において、水銀圧入法により測定した細孔の細孔容積は、0.87cm/g以上、好ましくは0.87〜1.1cm/g、特に好ましくは0.88〜1.05cm/gである。また、水銀圧入法により測定した細孔の内、1000nm以上の細孔直径を有する細孔の細孔容積は、0.2cm/g以下であることが好ましい。なお、水銀圧入法による測定は、水銀の接触角度140°、表面張力480dyne/cmとし、2〜4225kg/cm(30.4〜60000psia)の範囲で行った。
本発明において、細孔容積の測定に窒素吸着法と水銀圧入法を用いたのは、当業界で知られたように、前者の方法は細孔壁に吸着した窒素量を測定しているために約60nm以下の比較的小さい細孔直径の細孔の細孔容積しか測定することができず、一方、後者では、細孔に充填された水銀の容量を測定するために数nm以上の広範囲の細孔直径を有する細孔を測定することができるからである。
ii)触媒のかさ密度
本発明による触媒のかさ密度は、0.52cm/g以下、特には0.40〜0.52cm/g、さらには0.42〜0.52cm/gが好ましい。これを超えた場合には、脱金属性能が相対的に低下する。本発明の触媒を得るために用いられる触媒用担体のかさ密度は、0.50cm/g以下、特には、0.35〜0.50cm/gが好ましい。かさ密度は、目盛りのついた100cmのシリンダーに触媒又は担体を充填し、100回振動を与えた後の見かけ上の体積から求めることができる。
iii)耐火性多孔質担体
本発明による触媒の好ましい担体は、γ−アルミナを主成分とし、細孔容積が0.75cm/g以上であり、平均粒子直径が10〜200μmである多孔性の原料粉体を混練して混練物を調製し、この混練物を成形・焼成して製造することができる。このγ−アルミナは、触媒重量に対し70%以上、特には80%以上含有されていることが好ましい。この触媒は、γ−アルミナ以外にシリカ−アルミナ、ゼオライト、ボリア、チタニア、ジルコニア、マグネシアまたはその他の複合酸化物を含んでもよい。γ−アルミナを主成分として用いるのは、得られる触媒担体がγ−アルミナであれば高活性となるからである。
担体の製造に用いられる多孔性の原料粉体は、γ−アルミナを主成分とし、細孔容積が0.75cm/g以上、特には0.9〜1.3cm/gであり、平均粒子直径が10〜200μm、特には10〜150μm、さらには30〜150μmであることが好ましい。なお、ここでいう細孔容積の値は、窒素ガスの脱離過程における相対圧0.967の条件で得られる窒素ガスの吸着量を液体として換算した体積の値として測定できる。また、ここでいう平均粒子直径とは、湿式のレーザー光散乱法で測定される粒度分布のメジアン直径として測定できる。
細孔容積が0.75cm/g未満または平均粒子直径10μm未満の原料粉体を用いると、混練物の可塑性が悪く、これを成形すると成形体の構造に欠陥が生じ、触媒の摩耗強度が低くなる。このような触媒を反応器に充填すると、充填の際に粉が生成し、触媒の空隙を埋めて、差圧増大の原因となる。平均粒子直径が200μmを越える原料粉体を用いると、触媒の破壊強度が小さくなり、反応器に充填後、触媒自体の荷重により破壊してしまう。
この原料粉体には、シリカ−アルミナ、ゼオライト、ボリア、チタニア、ジルコニア、マグネシアまたはその他の複合酸化物を含むことができるが、原料粉体の内、担体の重量に対し、70%以上、特には80%以上をγ−アルミナとすることが好ましい。細孔直径2〜60nmの細孔分布における中央細孔直径が8〜15nmであり、比表面積が230〜330m/gであることが、高い触媒活性を得るために好ましい。原料粉体の主成分となるγ−アルミナは、擬ベーマイト粉体を450〜650℃で焼成したものであることが好ましい。
iv)混練
混練は、一般に触媒調製に用いられている混練機により行うことができる。上述の原料粉体に水を加えて投入し、攪拌羽根で混合する方法が好適に用いられる。通常、混練の際には水を加えるが、加える液体としては、アルコールやケトンでもよい。また、硝酸、酢酸、蟻酸などの酸やアンモニアなどの塩基、有機化合物、界面活性剤、活性成分等を加えて混練してもよく、特には、水溶性セルロースエーテルなどの有機化合物からなるバインダー成分を原料粉体に対して0.2〜5重量%加えることが好ましい。混練時間及び混練温度は、適宜選択できるが、混線物を直径33mm、高さ40mmの円柱状の試験体にし、重さ1192gの円盤(直径120mm、高さ7.5mm)を試験体の底面から186mmの高さから落下させ(Pfefferkornの可塑性試験機;セラミックスの製造プロセス−粉末調整と成形−、窯業協会編集委員会講座小委員会編、社団法人窯業協会、1984)、変形した試験体の高さ(以下、PF値という)が、15mmから25mmとなるまで混練することが好ましい。
v)成形・焼成
成形は、プランジャー式押出機、スクリュー式押出機などの装置を用いて、容易にペレット状、ハニカム状などの形状とすることができる。本発明においては、プランジャー式押出機が好適である。通常、0.5〜6mm径、特には、0.5〜5mm径の円柱状、中空円筒状、断面が三葉または四葉の柱状などの形状の成形体が用いられる。成形した後、常温〜150℃で、特には100〜140℃で乾燥した後、350〜900℃で0.5時間以上、特には500〜850℃で0.5〜5時間焼成することが好ましい。
vi)水素化活性金属成分
水素化活性金属成分としては、第6族、第8族、第9族及び第10族元素を、特には、モリブデン、タングステン、ニッケル、コバルトの中から1種、あるいは2種以上組み合わせて用いることが好適である。これらの元素は、触媒中に金属、酸化物あるいは硫化物状態で含有させることが好ましい。これらの元素の含有量は、金属重量の合計として触媒全体中に0.1重量%〜20重量%の範囲が好ましく、特には、1重量%〜10重量%の範囲が好ましい。
水素化活性金属成分を触媒中に含有させる方法としては、担持法、練り込み法などを用いることができる。少なくとも1種類の水素化活性金属成分を練り込み法により含有させることで、脱金属活性を高めることができる。練り込み法としては、水素化活性金属成分を予め原料粉体に含ませておいてもよいし、原料粉体とともに混練して練り込んでもよい。
また、水素化活性金属成分を触媒担体に担持してもよく、担持する方法としては、通常用いられる含浸法、例えば、pore−filling法、加熱含浸法、真空含浸法等、浸漬法等の公知の手法を用いることができる。金属成分を担持した後、80〜200℃の温度で10分〜24時間乾燥し、400〜600℃、特には、450〜550℃の温度で15分〜10時間焼成することが好ましい。
vii)他の活性成分
本発明の触媒には、リンおよび/またはホウ素の酸化物を触媒中に元素重量として0.1重量%〜20重量%、特には、0.2重量%〜5重量%、一層特には0.5重量%〜1.5重量%加えることが好ましく、これにより、脱金属活性が向上する。
viii)水素化精製の対象物
本発明の触媒は、沸点が350℃以上の留分を含む重質油、すなわち、原油、タールサンド、シェールオイルあるいは石炭液化油等を常圧蒸留または減圧蒸留することにより得られる各種の重質留分や残渣油、あるいはこれらの分解、異性化、改質、溶剤抽出等の処理を行った重質油に、好ましく用いられるが、特には、減圧残渣油、常圧残渣油など金属分を多く含む、具体的には、ニッケルまたはバナジウムなどを金属重量として45重量ppm以上、特に、50重量ppm以上、さらには60重量ppm以上含む重質油の処理に好適である。また、アスファルテン分を3%以上含む重質油の処理に好適である。なお、代表的なアスファルテン分の測定は、アメリカ鉱山局法(Anal. Chem.,Vol.20,p460−,(1968))により規定されている。
ix)水素化精製条件
本発明の触媒を用いて重質油を水素化精製する場合の好ましい条件は、反応温度300〜450℃、水素分圧30〜250kg/cm、液空間速度0.1〜10hr−1、水素対重質油の比100〜4000L/L、より好ましくは、反応温度350〜420℃、水素分圧80〜200kg/cm、液空間速度0.15〜1.0hr−1、水素対重質油の比500〜1000L/Lである。
以下、本発明の水素化精製触媒の製造方法及び触媒を用いた原油の脱金属活性試験について実施例及び比較例を用いて具体的に説明する。
(1)触媒の調製
実施例1
〔触媒3056の調製〕
市販の擬ベーマイトからなる粉体Aを600℃で焼成し、γ−アルミナからなる粉体Gを作製した。この粉体Gの物性は、平均粒子直径が101μm、比表面積が268m/g、細孔容積が1.01cm/g、中央細孔直径が12nmであった。ここに示した細孔特性は、Micromeritics社製ASAP2400型測定機を用いて測定した。平均粒子直径は、日機装(株)MICROTRAC粒度分析計を用い、湿式法で測定した。この分析計は、試料を水中に分散させ、レーザー光を照射し、その前方散乱光により粒度分析を行う。
次いで、得られた粉体G1500gに、イオン交換水2058g、水溶性セルロースエーテル15gを加えて混練を行った。スクリュー式押し出し成形機を用いて、混練物を直径1.6mmの円形開口から押し出し、円柱状の成形物とした。この成形物を、乾燥機を用いて130℃で15時間乾燥させた後、空気の気流下で800℃で1時間焼成を行い、担体とした。
この担体に、モリブデン酸アンモニウム水溶液からなる担持液をスプレー法で含浸し、130℃で20時間乾燥した後、硝酸ニッケル水溶液からなる担持液を再度スプレー法で含浸し、130℃で20時間乾燥し、空気の気流下で450℃で25分間焼成を行い、モリブデンを3.0重量%、ニッケルを1.0重量%含有する触媒3056を調製した。
実施例2
〔触媒3066の調製〕
実施例1で調製した粉体G1500gに、イオン交換水2177g、水溶性セルロースエーテル15gを加えて混練を行った。PF値が20mmになるまで混練した。次いで、プランジャー式押し出し成形機を用いて成形し、実施例1と同様の条件で焼成して担体とした。得られた担体に、モリブデン酸アンモニウム、硝酸ニッケル及びリン酸の水溶液からなる担持液をスプレー法で含浸し、130℃で20時間乾燥し、空気の気流下で450℃で25分間焼成を行い、モリブデンを3.0重量%、ニッケルを1.0重量%、リンを0.6重量%含有する触媒3066を調製した。
実施例3
〔触媒3070の調製〕
実施例1と同様にして調製した担体に、モリブデン酸アンモニウム及びホウ酸の水溶液からなる担持液をスプレー法で含浸し、130℃で20時間乾燥した後、硝酸ニッケル水溶液からなる担持液を再度スプレー法で含浸し、130℃で20時間乾燥し、空気の気流下で450℃で25分間焼成を行い、モリブデンを3.0重量%、ニッケルを1.0重量%、ホウ素を1.0重量%含有する触媒3070を調製した。
実施例4
〔触媒3057の調製〕
粉体G1500gに、モリブデン酸アンモニウム水溶液2062g、水溶性セルロースエーテル7gを加えて混練を行った。スクリュー式押し出し成形機を用いて、混練物を直径1.6mmの円形開口から押し出し、円柱状の成形物とした。この成形物を、乾燥機を用いて130℃で15時間乾燥させた後、空気の気流下で600℃で1時間焼成を行い、担体とした。
この担体に、硝酸ニッケル水溶液からなる担持液をスプレー法で含浸し、130℃で20時間乾燥した後、空気の気流下で450℃で25分間焼成を行い、モリブデンを3.0重量%、ニッケルを1.0重量%含有する触媒3057を調製した。
実施例5
〔触媒3058の調製〕
乾燥後の成形物を空気の気流下で800℃で1時間焼成を行って担体とした以外は、実施例4と同様にして触媒を調製し、モリブデンを3.0重量%、ニッケルを1.0重量%含有する触媒3058を得た。
実施例6
〔触媒3009の調製〕
市販の擬ベーマイトからなる粉体Bを600℃で焼成し、γ−アルミナからなる粉体Hを作製した。この粉体Hの物性は、平均粒子直径が12μm、比表面積が236m2/g、細孔容積が0.82cm/g、中央細孔直径が12nmであった。粉体H1137g及び擬ベーマイトからなる粉体E363gに、イオン交換水1627gを加えて混練を行った。スクリュー式押し出し成形機を用いて、混練物を直径1.6mmの円形開口から押し出し、円柱状の成形物とした。この成形物を、乾燥機を用いて130℃で15時間乾燥させた後、空気の気流下で600℃で1時間焼成を行い、担体とした。
この担体を用いて、実施例1と同様にして触媒を調製し、モリブデンを3.0重量%、ニッケルを1.0重量%含有する触媒3009を得た。
実施例7
〔触媒3032の調製〕
乾燥後の成形物を空気の気流下で800℃で1時間焼成を行った以外は、実施例6と同様にして担体を調製した。得られた担体を用いて、実施例2(触媒3066)と同様にして触媒を調製し、モリブデンを3.0重量%、ニッケルを1.0重量%、リンを1.0重量%含有する触媒3032を得た。
実施例8
〔触媒3076の調製〕
PF値が19mmとなるまで混練した混練物を直径1.3mmの円形開口から押し出した以外は、実施例2(触媒3066)と同様にして触媒を調製し、モリブデンを3.0重量%、ニッケルを1.0重量%、リンを0.6重量%含有する触媒3076を得た。
実施例9
〔触媒3087の調製〕
PF値が16mmとなるまで混練した混練物を直径1.7mmの四葉状開口から押し出した以外は、実施例2(触媒3066)と同様にして触媒を調製し、モリブデンを3.0重量%、ニッケルを1.0重量%、リンを0.6重量%、それぞれ含有する触媒3087を得た。
比較例1
〔触媒3043の調製〕
市販の擬ベーマイトからなる粉体Cを600℃で焼成し、γ−アルミナからなる粉体Iを調製した。この粉体Iの物性は、平均粒子直径が17μm、比表面積が256m/g、細孔容積が0.70cm/g、中央細孔直径が10nmであった。
粉体Iを用いて、空気の気流下で600℃で1時間焼成して担体とした以外は、実施例1(触媒3056)と同様にして触媒を調製し、モリブデンを3.0重量%、ニッケルを1.0重量%含有する触媒3043を得た。
比較例2
〔触媒3010の調製〕
実施例6で用いた粉体H8059及び粉体E695gに対して、イオン交換水1589gを加えて混練を行った。次いで、実施例6(触媒3009)と同様にして触媒を調製し、モリブデンを3.0重量%、ニッケルを1.0重量%含有する触媒3010を得た。
比較例3
〔触媒3093の調製〕
粉体G1500gに、イオン交換水2068g、水溶性セルロースエーテル15gを加え、PF値が25mmになるまで混練した。次いで、実施例2(触媒3066)と同様にして触媒を調製し、モリブデンを3.0重量%、ニッケルを1.0重量%、リンを0.6重量%含有する触媒3093を得た。
比較例4
〔触媒3041の調製〕
1456gの粉体I及び市販の擬ベーマイトからなる粉体F44gに、イオン交換水431g、硝酸水溶液1000g、ポリビニルアルコール水溶液255gを加えて混練を行った。次いで、比較例1(触媒3043)と同様にして触媒を調製し、モリブデンを3.0重量%、ニッケルを1.0重量%含有する触媒3041を得た。
比較例5
〔触媒3021の調製〕
市販の擬ベーマイトからなる粉体Dを600℃で焼成し、γ−アルミナからなる粉体Jを調製した。この粉体Jの物性は、平均粒子直径が66μm、比表面積が299m/g、細孔容積が0.92cm/g、中央細孔直径が11nmであった。
粉体J1500gに、イオン交換水854g、硝酸水溶液752gを加えて混練を行った。次いで、プランジャー式押し出し成形機を用いて成形する以外は、比較例1(触媒3043)と同様にして触媒を調製し、モリブデンを3.0重量%、ニッケルを1.0重量%含有する触媒3021を得た。
比較例6
〔触媒3023の調製〕
粉体J1162g及び粉体E338gに、イオン交換水1381gを加えて混練を行った。次いで、比較例1(触媒3043)と同様にして触媒を調製し、モリブデンを3.0重量%、ニッケルを1.0重量%含有する触媒3023を得た。
比較例7
〔触媒3025の調製〕
粉体J1500gに、イオン交換水792g及び硝酸水溶液753gを加えて混練を行った。次いで、プランジャー式押し出し成形機を用いて成形する以外は、実施例1(触媒3056)と同様にして触媒を調製して、モリブデンを6.0重量%、ニッケルを1.5重量%含有する触媒3025を得た。
比較例8
〔触媒HOP606〕
市販されているバイモーダル触媒HOP606(オリエントキャタリスト製)を用いた。
比較例9
〔触媒3069の調製〕
粉体Iを粉体Gの代わりに用いた以外は、実施例2(触媒3066)と同様にして触媒を調製し、モリブデンを3.0重量%、ニッケルを1.0重量%、リンを0.6重量%それぞれ含有する触媒3069を得た。
(2)触媒の物性評価
上記実施例及び比較例で製造した触媒の比表面積、細孔容積及び中央細孔直径を、それぞれ、前述の窒素吸着法で測定した。測定結果を図1の表1−Aに示す。また、それらの触媒の細孔容積を、前述の水銀圧入法を用いて測定した。水銀圧入法を用いて50nm以上の細孔直径の細孔の細孔容積及び1000nm以上の細孔直径の細孔の細孔容積についても測定した。それらの水銀圧入法による細孔容積の測定結果を、図2に示した表1−Bに示す。
なお、表1−Aには、前述した触媒形状及び寸法、担持した活性成分及び担体重量に対するγ−アルミナの重量比についても合わせて示した。また、触媒のかさ密度の測定結果について、表1−B中に示した。かさ密度の測定は、内径28mm、測定容器100cmのシリンダーを有する測定装置(SEISIN TAPDENSERKYT−3000)を用いて測定した。さらに、表1−Bには、成形時に用いた押し出し機の種類を、S(スクリュー式押し出し機)またはP(プランジャー式押し出し機)により示した。
表1−A及び1−Bの結果より、実施例1〜9の触媒では、窒素吸着法による細孔容積は0.59cm/g以上であり、中央細孔直径が8.2nm以上であり、水銀圧入法による細孔容積は0.88cm/g以上であり、水銀圧入法により測定した50nm以上の細孔直径の細孔の細孔容積は0.33cm/g以上であることがわかる。
(3)触媒の脱メタル活性の評価
上記実施例及び比較例で製造した触媒の脱金属活性を評価するために、下記表2に示した性状のボスカン原油とラタウィ残渣油を原料油として用い、下記表3の運転条件で水素化脱金属反応を行った。
なお、ラタウィ残渣油は、ラタウィ原油の常圧残渣油50%と減圧残渣油50%の混合油である。
Figure 2007203297
Figure 2007203297
硫化処理した各触媒を用いて、表3に示した触媒反応条件下で反応温度380℃から385℃、390℃に昇温して、ラタウィ残渣油を原油油として水素化精製反応を行って精製油のバナジウム及びニッケル濃度を測定した。測定されたバナジウム及びニッケル濃度から390℃の1次脱金属反応速度定数を求めて初期脱金属活性として、それらの値を表1‐Bに示した。
実施例2,6,7,8,9及び比較例3,7,8で得られた触媒については、原料油をボスカン原油に切り替えて反応温度390℃で水素化精製を継続することにより触媒上のバナジウム及びニッケル金属堆積量の増加及び脱金属率の変化を求めた。その結果を、図3に示した。図3中、縦軸は脱金属率を示し、横軸は新触媒100gに堆積した金属量(g)を示す。
図3からわかるように、使用初期の脱金属率は、HOP606を除く触媒ではほぼ同じであるが、金属堆積量が増えると、触媒3025(比較例7)3093(比較例3)は急速に脱金属率が低下して、触媒活性を失ってゆく。これに対して、実施例の触媒は金属堆積量が増えても比較的高い脱金属活性を維持していることがわかる。
脱金属堆積量の値を評価する基準として、以下のようにして有効金属堆積量を定義した。有効金属堆積量は、バナジウム及びニッケル含有量が非常に多いボスカン原油を、反応温度390℃、水素圧力140kg/cmG、液空間速度1.0hr−1、水素オイル比670NL/NLの条件で反応を行い、脱メタル率が50%まで低下した時点までに、充填時の触媒重量100gに対して、触媒上に蓄積したバナジウム及びニッケルを合計した重量で定義する。触媒上に蓄積したバナジウム及びニッケルの重量は、原料油と精製油のバナジウム及びニッケルの濃度差を経時的に積算することによって求められる。実施例2,6,7,8,9及び比較例3,7,8で得られた触媒についての有効金属堆積量の値を、図3及び表1‐Bに示した。有効金属堆積量の値から触媒の寿命を評価することができる。すなわち、実施例に従う触媒は比較例の触媒に比べて、バナジウム及びニッケルが触媒細孔に堆積しても良好な脱金属活性を長期間に渡って維持することができる。
なお、表1‐Bには、初期脱金属活性と有効金属堆積量の観点から総合評価を示した。評価において、○は両者が高い値を示していることを意味し、×はいずれかが、低い値を示していることを意味する。
以上のことより、本発明に従う水素化精製触媒は、脱金属活性及び有効金属堆積量のいずれもが従来の水素化精製触媒に比べて優れていることがわかる。
実施例6及び比較例8については、ボスカン原油を用い、金属堆積量の増加と脱金属率の変化を求める途中で原料油を一時的にラタウィ残渣油に交換して、脱アスファルテン率の変化を求めた。その結果を、図4に示した。図4中、縦軸は脱アスファルテン率を示し、横軸は新触媒100gに堆積した金属量(g)を示す。
図4から分かるように、実施例の触媒は、金属堆積量が増えても高い脱アスファルテン率を維持していることがわかる。
(4)触媒の摩耗率の評価
実施例2、比較例3及び9の触媒の摩耗率を、標準試験法(ASTM D4058−92)により求めた。その結果を表1−Bに示した。細孔容積が0.75cm/g以上の粉体を用いた触媒は、摩耗率が低く、水素化精製反応器の差圧上昇などを生じないことがわかる。
本発明の水素化精製触媒は、脱金属活性が高く、有効金属堆積量が多いために、減圧残渣油、常圧残渣油などニッケルまたはバナジウムなどの金属分を多く含む重質油の脱金属処理に好適である。また、アスファルテン分を3%以上含む重質油の処理にも好適である。また、本発明の水素化精製触媒の製造方法を用いることにより、脱金属活性及び有効金属堆積量に優れた水素化精製触媒を容易に且つ低コストで製造することができる。
図1は、実施例及び比較例で製造した触媒の特性を示す表(表1−A)である。 図2は、実施例及び比較例で製造した触媒の性能を示す表(表1−B)である。 図3は、実施例及び比較例で調製した触媒の金属堆積量の増加に伴う脱金属率の変化を示すグラフである。 図4は、実施例及び比較例で調整した触媒の金属堆積量の増加に伴う脱アスファルテン率の変化を示すグラフである。

Claims (6)

  1. 耐火性多孔質担体に水素化活性金属成分を担持した水素化精製用触媒において、
    窒素吸着法により測定した中央細孔径が8〜20nmであり;
    窒素吸着法により測定した細孔容積が0.56cm/g以上であり;且つ
    水銀圧入法により測定した50nm以上の細孔直径を有する細孔の細孔容積が0.32cm/g以上であり、
    水銀圧入法により測定した細孔容積が0.87cm/g以上であり、
    水素化活性金属成分として、モリブデンを2〜6重量%、ニッケルまたはコバルトを0.5〜2重量%含み、
    比表面積が180〜280m/gであることを特徴とする水素化精製用触媒。
  2. 水銀圧入法により測定した1000nm以上の細孔直径を有する細孔の細孔容積が0.2cm/g以下であることを特徴とする請求項1に記載の水素化精製用触媒。
  3. かさ密度が、0.52cm/g以下であることを特徴とする請求項1に記載の水素化精製用触媒。
  4. リンまたはホウ素を0.5〜1.5重量%含むことを特徴とする請求項1に記載の水素化精製用触媒。
  5. 押出成形により成形されたことを特徴とする請求項1に記載の水素化精製用触媒。
  6. 100gの新触媒に対して70g以上の有効メタル堆積量を有することを特徴とする請求項1に記載の水素化精製用触媒。
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