JP2009513786A - バルク二元金属触媒を用いる水素処理 - Google Patents

バルク二元金属触媒を用いる水素処理 Download PDF

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Abstract

本発明は、炭化水素質原料ストリームを、バルク二元金属触媒を用いる水素処理によって品質向上するための方法に関する。より詳しくは、本発明は、硫黄および窒素を、燃料または潤滑油の原料などの炭化水素原料から除去するための接触水素化方法に関する。触媒は、第VIII族金属および第VIB族金属を含むバルク触媒である。
【選択図】なし

Description

本発明は、炭化水素質原料ストリームを、バルク二元金属触媒を用いる水素処理によって品質向上するための方法に関する。より詳しくは、本発明は、硫黄および窒素を、燃料プロセスへの原料または潤滑油プロセスへの原料などの炭化水素原料から除去するための接触水素化方法に関する。触媒は、第VIII族金属および第VIB族金属を含むバルク触媒である。
環境規制および運転上の圧力の増大により、低い硫黄レベルおよび窒素レベルを有する炭化水素が必要となっている。水素処理は、炭化水素を、触媒の存在下に水素を用いて処理する工程を含むが、これは、ヘテロ原子(例えば、硫黄および窒素)を除去するための従来法である。
従来の水素処理(即ち、炭化水素の品質向上に関する当業者に知られる)の触媒は、一般に、第VIB族金属を、一種以上の第VIII族金属と共に耐火性担体に担持して含む。水素化脱硫、並びに水素化脱窒素に特に適切な水素処理触媒は、一般に、モリブデンまたはタングステンをアルミナに担持して、コバルト、ニッケル、鉄、またはそれらの組合せなどの金属で助触されて含む。アルミナ担持のコバルト助触モリブデン触媒は、制限規格が水素化脱硫である場合に最も広く用いられ、一方アルミナ担持のニッケル助触モリブデン触媒は、水素化脱窒素、部分芳香族飽和、並びに水素化脱硫に対して最も広く用いられる。
担持二元金属水素処理触媒を用いる一つの例は、特許文献1に開示される。これには、機械的に強固な担持触媒粒子(コバルト、ニッケル、モリブデン、バナジウム、またはタングステンの組合せを含む)の製造方法が記載される。この特許には、ニッケルタングステン担持触媒が記載される。これは、担体物質83重量%および金属化合物17重量%を含む湿潤ケーキを押出し成形し、続いて566℃で焼成することによって得られる。同様に、ロシア特許文献である特許文献2には、ニッケルタングステン二元金属担持触媒が記載される。これは、塩基性炭酸ニッケル、タングステン酸、および担体物質(乾燥アルミナゲルおよび水酸化アルミニウムからなる特定の担体を含む)40重量%超を混合し、混合物を押出し成形し、乾燥し、350〜450℃で焼成することによって作製される。担持触媒に加えて、バルク二元金属触媒(これはまた、「非担持」触媒と呼ばれる)を用いる水素処理がまた知られる。しかし、それらの水素処理性能は、一般に、一種のみではなく二種の第VIB族金属を含むバルク三元金属触媒より劣る。
例えば、特許文献3には、バルク二元および三元金属水素処理触媒が記載される。その際、三元金属バルク触媒は、原料が硫黄を含むが、窒素を含まない場合の比較で、実質的に、同様に調製される二元金属バルク触媒より高い触媒活性を有する。特許文献4は、バルク三元金属触媒が、バルク二元金属触媒を超えて、より大きな水素処理効果を示すという点で類似する。同様に調製される二元金属触媒を超える性能を示すバルク三元金属触媒の他の例は、特許文献5に開示される。
近年、結晶性が低減された二元金属バルク触媒が、特許文献6に記載されている。触媒(バルク金属酸化物触媒)は、それらの酸化物または硫化物の形態の一種以上の第VIII族金属および一種以上の第VIb族金属、および耐火性酸化物を含むが、これは、金属化合物、耐火性酸化物物質、およびアルカリ化合物(好ましくはアンモニア)をプロトン性液体に制御して沈殿させ、金属および耐火性酸化物物質のアンモニウム錯体を形成し、続いて加熱することによって調製される。同様に、特許文献7には、二元金属第VIB族/第VIII族触媒を用いて潤滑油基油が製造されることが記載される。バルク触媒は、第VIII族金属を含む一つの固体化合物および第VIB族金属を含む一つの溶質化合物を、耐火性金属の存在下に、アンモニア溶液を添加した後に反応させることによって作製される。触媒は、XRD分析によって示される際に、非晶質である。
従って、依然として、炭化水素の水素処理に対して、少なくともバルク三元金属触媒と同様に効果的であるバルク二元金属水素処理触媒に対する必要性がある。
GB820536号明細書 RU2114696号明細書 国際公開第00/41810号パンフレット 国際公開第99/03578号パンフレット 国際公開第00/41811号パンフレット 国際公開第2004/073859号パンフレット 国際公開第2005/005582号パンフレット JCPDS−ICDD PDFカード(15−0755または72−1189または72−0480) Paul A.WebbおよびClyde Orr著「微細粒子技術における分析方法」(Micromeritics Instrument Corporation、Norcross、GA、USA)(ISBN 0−9656783−0−X、1977年) P.Barrett、L.G.Joyner、P.P.Halenda著「多孔質物質における細孔容積および面積分布の決定、I.窒素等温線からの計算」(J.Am.Chem.Soc.、第73巻、第373〜380頁、1951年) S.Brunauer、P.H.Emmett、およびE.Teller著「多分子層におけるガス吸着」(J.Am.Chem.Soc.、第60巻、第309〜319頁、1938年)
本発明は、原料を、触媒有効量のバルク触媒の存在下に、接触転化条件下で水素と接触させる工程を含む方法による炭化水素原料の水素処理に関する。バルク触媒は、第VIII族金属および第VIB族金属を含み、その際触媒は、非晶質触媒でなく、第VIB族金属がタングステンである場合には、原料は硫黄および窒素の両者を含むものである。用語「非晶質でない」は、一種以上の不規則相がまた、触媒中に存在するとしても、少なくとも一種の結晶質相が存在することを意味する。
他の実施形態においては、本発明は、原料を、触媒有効量のバルク触媒の存在下に、接触転化条件下で水素と接触させる工程を含む方法による炭化水素原料の水素処理に関する。バルク触媒は、ニッケルおよびタングステンを含み、その際原料は、硫黄および窒素の両者を含む。好ましい実施形態においては、水素処理には、原料の超深水素化脱硫が含まれる。より好ましくは、水素処理圧少なくとも20バールである。他の好ましい実施形態においては、バルク触媒は、水素化分解原料ストリームの水素化脱硫および水素化脱窒素予備処理のための方法で、または潤滑油製造のための方法で用いられる。
他の実施形態においては、本発明は、原料を、触媒有効量のバルク触媒の存在下に、接触転化条件下で水素と接触させる工程を含む方法による炭化水素原料の水素処理に関する。バルク触媒は、第VIII族金属および第VIB族金属を含み、その際触媒は、非晶質触媒でなく、第VIB族金属がタングステンである場合には、触媒は、合成から、原料および水素を接触水素処理条件下で接触する工程まで、温度400℃未満で保持されているものである。
他の実施形態においては、本発明は、原料を、触媒有効量のバルク触媒の存在下に、接触転化条件下で水素と接触させる工程を含む方法による炭化水素原料の水素処理に関する。バルク触媒は、第VIII族金属および第VIB族金属を含み、その際触媒は、非晶質触媒でなく、第VIB族金属がタングステンである場合には、触媒は、第一および第二の固体金属化合物から合成され、いずれも、少なくとも一部が、触媒の合成を通じて固体状態のままであるものである。
他の実施形態においては、本発明は、原料を、触媒有効量のバルク触媒の存在下に、接触転化条件下で水素と接触させる工程を含む方法による炭化水素原料の水素処理に関する。バルク触媒は、第VIII族金属および第VIB族金属を含み、その際触媒は、非晶質触媒でなく、第VIB族金属がタングステンである場合には、触媒は、ニッケル/タングステンモル比が1.5未満のニッケルタングステンバルク金属触媒である。
他の実施形態においては、本プロセスは、更に、炭化水素生成物をプロセスから除去する工程を含み、その際炭化水素生成物は、炭化水素原料より、少ない窒素、少ない硫黄、または少ない硫黄および少ない窒素を含む。好ましい実施形態においては、原料は、硫黄および窒素を含む炭化水素油であり、炭化水素生成物は、硫黄約30ppm未満、より好ましくは硫黄約10ppm未満を含む。触媒による水素化脱硫後の残留硫黄レベルは、典型的には、約30未満、好ましくは約20未満、より好ましくは約10未満、最も好ましくは約5wppm未満である。残留窒素レベルは、更により低く、好ましくは約15未満、より好ましくは約10未満、更により好ましくは約5未満、最も好ましくは約3wppm未満である。残留硫黄レベル約10未満および残留窒素レベル約3wppm未満を達成するためには、好ましくは約20超、より好ましくは約30超、最も好ましくは約40バール超のより高い水素処理圧が用いられるのが好ましい。
他の実施形態においては、触媒は、バルク触媒粒子少なくとも60重量%を含む。
触媒は、任意に、(第VIB族金属の全量に対して)10モル%未満の第二の第VIB族金属を含むことができる。また、任意に更に、(第VIB族金属の全量に対して)10モル%未満の第V族金属を含むことができる。
実施形態においては、本方法は、更に、硫黄および窒素の少なくとも一種を含む蒸気生成物を形成する工程を含む。関連する実施形態においては、蒸気生成物は、炭化水素生成物から分離され、蒸気生成物は、プロセスから追い出される。
実施形態においては、接触転化条件は、有機的に結合された硫黄および有機的に結合された窒素の少なくとも一部を、それぞれ、硫化水素およびアンモニアに転化するのに効果的な水素化条件である。関連する実施形態においては、本方法は、炭化水素生成物を(i)水素化分解する工程および(ii)水素添加する工程の少なくとも一種を更に含む。
実施形態においては、炭化水素生成物は、貯蔵および/または更なる処理のために、プロセスから除去される。例えば、液体生成物は、生成物の沸点範囲により、(i)燃料油(ディーゼル油など)、または(ii)潤滑油(潤滑油基油など)として有用である。
本発明は、次のように記載されるであろう。即ち、第一節は接触水素処理を記載し、第二節はバルク二元金属水素処理触媒を記載し、第三節はバルク多元金属触媒の作製方法を記載し、第四節は実施例を含むであろう。
第I節−接触水素処理
本発明は、原料を、接触有効量のバルク触媒の存在下に、触媒転化条件下で水素と接触させることを含む方法による炭化水素原料の水素処理を含む。バルク触媒は、第VIII族金属および第VIB族金属を含む。実施形態においては、第VIB族金属成分は、モリブデン、タングステン、およびそれらの混合物から選択され、第VIII族金属成分は、ニッケル、コバルト、鉄、およびそれらの混合物から選択される。バルク金属触媒の金属成分(酸化物として計算される)は、触媒の少なくとも60重量%を含む。触媒は、非晶質ではない。即ち、触媒は、例えばX線回折によって明示されるように、少なくともいくらかの結晶性を示す。
これらの触媒は、窒素および硫黄を炭化水素原料から除去するのに効果的であり、特に、窒素および硫黄の両方を含む原料を水素処理するのに効果的である。炭化水素質原料ストリームとバルク金属水素処理触媒との接触は、水素含有処理ガスの存在下に生じ、反応段は、効果的な水素処理条件下で運転される。炭化水素質原料ストリームとバルク金属水素処理触媒との接触は、少なくとも、原料に比較して窒素、硫黄、またはその両方が少ない液体炭化水素生成物を製造する。
炭化水素原料は、水素および炭素を含む物質であり、これは、原油から、タールサンドから、並びに石炭液化、シェール油、および炭化水素合成から得られるか、または誘導される。炭化水素原料には、ナフサ沸点範囲〜重質原料材(軽油および残油など)で沸騰する原料が含まれ、また、フィッシャー−トロプシュプロセスから誘導されるものも含まれる。典型的には、原料の沸点範囲は、約40℃〜約1000℃であろう。適切な原料ストリームの限定しない例には、減圧軽油、留出油(ナフサ、ディーゼル、灯油、およびジェット燃料を含む)、重質軽油、ラフィネート、潤滑油、サイクル油、ワックス質油などが含まれる。
炭化水素原料は、一般に、窒素および硫黄などの汚染物を、しばしば有機的に結合された形態で含む。原料の窒素含有量は、原料の重量を基準として、窒素約50wppm〜約5000wppm、または窒素約75wppm〜約800wppm、または窒素約100wppm〜約700wppmの範囲であることができる。窒素は、塩基性および非塩基性の両窒素種として現れる。塩基性窒素種の例には、キノリンおよび置換キノリンが含まれ、非塩基性窒素種の例には、カルバゾールおよび置換カルバゾールが含まれてもよい。
原料の硫黄含有量は、一般に、原料の重量を基準として、約50wppm〜約5wppm、または約100wppm〜約5000wppm、または約100wppm〜約3000wppmの範囲である。分離、抽出、水素処理等などの先行処理に付される原料は、実質的に、より少ない硫黄を有してもよい。例えば、75wppm〜500wppmの範囲である。原料の硫黄は、通常、有機的に結合された硫黄として存在するであろう。即ち、硫黄化合物としては、単一の脂肪族、ナフテン、並びに芳香族メルカプタン、硫化物、ジおよびポリ硫化物などである。他の有機的に結合された硫黄化合物には、複素環硫黄化合物の種類が含まれる。チオフェン、テトラヒドロチオフェン、ベンゾチオフェン、並びにそれらのより高級な同族体および類似体などである。原料はまた、オレフィンおよび芳香族炭化水素を含むことができ、芳香族は、典型的には、原料の重量を基準として、約0.05重量%〜約50重量%の範囲の量で存在する。
実施形態においては、本発明は、原料を、触媒の存在下に、接触水素処理条件下で水素と接触させる工程に関する。水素は、水素含有処理ガスの形態であってもよい。用語「水素処理」は、水素の存在下に行われる接触プロセスを意味する。この用語には、重質石油原料材のより低沸点の生成物への水素転化、留出油沸点範囲の原料材の水素化分解、ヘテロ原子(硫黄、窒素、および酸素など)を除去するための種々の石油原料材の水素化、不飽和炭化水素の水素添加、ワックス(特に、フィッシャー−トロプシュワックス)の水素異性化および/または接触脱ロウ、重質炭化水素の脱金属、および開環などのプロセスが含まれる。従って、「効果的な水素処理条件」は、選択された際には、水素処理プロセスの所望の結果を達成する条件であると考えられるべきである。例えば、効果的な水素異性化および/または接触脱ロウ条件は、選択された際に、所望の程度の脱ロウを達成して、所望の生成物が製造される条件であると考えられるべきである。
好ましい実施形態においては、効果的な水素処理条件は、効果的な水素化条件、即ち、(i)水素添加、または(ii)水素化分解の少なくとも一つに効果的な条件である。一般に、水素化条件は、原料中のヘテロ原子の少なくとも一部の除去、および原料中の芳香族の少なくとも一部の水素添加をもたらすであろう。水素化条件には、典型的には、温度範囲約100℃〜約450℃、好ましくは約200℃〜約370℃、より好ましくは約230℃〜約350℃が含まれる。典型的な重量空間速度(「WHSV」)は、約0.05〜約20時−1、好ましくは約0.5〜約5時−1の範囲である。いかなる効果的な圧力も、用いられることができ、圧力は、典型的には、約5〜約250バールの範囲である。水素(H)/油比は、一般に、約5〜約2000NL/Lの範囲である。プロセス条件は、当業者に知られるように、原料沸点範囲および規格によって異なってもよい。一般に、原料の沸点が増大するにつれて、条件の過酷度はまた、増大するであろう。次の表は、原料の範囲に対する典型的な条件を示すのに用いる。
Figure 2009513786
本方法は、水素または水素含有処理ガスを用いる。処理ガスは、実質的に純粋の水素を含むことができるか、または製油所水素ストリーム中に典型的に見出される他の成分の混合物であることができる。処理ガスは、殆ど、より好ましくは全く硫化水素を含まないことが好ましい。処理ガスの純度は、水素少なくとも約50体積%、好ましくは水素少なくとも約75体積%、より好ましくは水素少なくとも約90体積%であるべきである。処理ガスは、純粋の、または実質的に純粋の水素であることができる。
水素処理は、反応段において生じる。反応段は、一つ以上の反応器または反応域を含むことができ、そのそれぞれは、同じか、または異なる触媒の一つ以上の触媒床を含む。少なくとも一つの床は、バルク二元金属触媒を含むであろう。他のタイプの触媒床/反応器が用いられることができるものの、固定床が好ましい。これらの他のタイプの触媒床には、流動床、沸騰床、スラリー床、および移動床が含まれる。反応器、反応域、または同じ反応器中の触媒床の間の段間冷却または加熱が用いられることができる。水素処理中に生成される熱の一部は、回収されることができる。この熱回収の選択肢が利用不可である場合には、従来の冷却が、冷却水または空気などの冷却設備によって、または水素クエンチストリームを用いることによって行われてもよい。このように、最適な反応温度が、より容易に保持されることができる。
第II節−バルク二元金属触媒
実施形態においては、本発明は、バルク二元金属触媒を用いる炭化水素原料の水素処理に関する。先行技術の三元金属バルク触媒は、先行技術の二元金属バルク触媒に比較して、水素化脱硫においてより高い活性を有する。しかし、これは、二種の異なる第VIB族金属化合物が存在することから、製造プロセスがより複雑であるという二元金属触媒を超える欠点がある。二元金属触媒を超える三元金属触媒の更なる明らかな欠点は、金属を、廃(または使用済みまたは部分的に使用済み)触媒から再生することがより困難であることである。何故なら、二種の異なる第VIB族金属を、高収率で分離することは困難であるからである。比較すると、本発明のバルク触媒は、少なくとも先行技術の多元金属触媒のものと少なくとも同じくらい(そうでなければ、より)簡単な方法によって作製されることができる。更に、構成金属のリサイクルはより容易である。触媒は、高い水素化脱硫および水素化脱窒素の活性を有し、生成物中の非常に低いレベルの残留硫黄を達成することができる。意外にも、触媒は、非常に高い水素化脱硫活性を有し、これは、特に原料窒素の存在下に、同等の三元金属触媒に非常に近いか、またはそれより更に良好であることが見出された。特許文献3に開示される比較例Bのニッケルタングステン触媒の比較的低い活性(DBT試験で測定される)を考慮して、本発明の方法に従って作製されたニッケル−タングステンバルク触媒が、非常に高い活性を有し、実際の窒素含有および硫黄含有原料の水素処理において、非常に低い硫黄レベルを達成することが可能であることを見出したことは、意外であった。いかなる理論またはモデルにも束縛されることを望むものではないが、本発明のバルク触媒は、その硫黄除去の活性に比べて、窒素除去に対するより高い相対活性を有することが明らかである。窒素の超深除去は、窒素化合物を基本的に強度吸着することによって触媒被毒を防止し、脱硫活性の低減を防止する。これにより、低い生成物窒素および低い生成物硫黄がもたらされる。
触媒が、ニッケル−タングステン触媒である場合には、水素化脱硫または(「HDS」)の活性は、水素処理圧力による。従って、触媒の好都合に高い触媒活性は、高圧で更により顕著である。従って、触媒は、水素化分解原料ストリームの水素化脱硫および水素化脱窒素前処理のためのプロセス、または潤滑油基油の製造のためのプロセスにおいて、最も好都合に用いられる。
実施形態においては、非晶質ではないバルク二元金属触媒は、ニッケルタングステン金属酸化物粒子を含む。下記は、触媒を合成するための一方法の要約である。これは、次節でより詳細に説明されるであろう。
先ず、スラリーが、第VIII族金属を含む第一の固体金属化合物、および第VIB族金属を含む第二の固体金属化合物を、プロトン性液体中に懸濁して形成される。スラリーは、好ましくは更に、(第VIB族金属の全量に対して)10モル%未満の第二の第VIB族金属を含み、かつ好ましくは更に、(第VIB族金属の全てに対して)10モル%未満の第V族金属を含み、かつ任意に更に、第二の第VIII族金属を含む。最も好ましくは、スラリーは、単一の第VIII族金属(好都合にはニッケル)、単一の第VIB族金属(好都合にはタングステン)、および(第VIB族金属に対して)10モル%未満の第V族金属を、プロトン性液体中に含む。次いで、触媒は、第一および第二の固体金属化合物を、高温で反応させることによって形成される。それによって、第一および第二の固体金属化合物は、少なくとも一部が、全反応を通じて固体状態のままであり、ニッケルタングステン酸化物バルク触媒が形成される。
形成されるバルク金属触媒が、本質的に、ニッケルタングステン金属酸化物粒子からなる実施形態においては、ニッケルタングステンバルク触媒は、実質的に二元金属であり、実質的に、第VIB族金属としてタングステンのみ、最も好ましくはまた、第VIII族金属としてニッケルのみを有する。あまり好ましくないものの、触媒は、他の金属を含んでもよい。バルク触媒は、任意に更に、(第VIB族金属の全量に対して)10モル%未満の第二の第VIB族金属を含んでもよい。バルク触媒は、任意に更に、(第VIB族金属の全てに対して)10モル%未満の第V族金属を含んでもよい。好ましい実施形態においては、バルク触媒は、第V族非貴金属(好ましくはニオブ)を、(第VIB族金属の全てに対して)0.1〜10モル%、より好ましくは0.1〜9モル%、好都合には0.1〜8モル%(0.1〜7モル%など)、更により好ましくは0.1〜5モル%の量で含む。第V族金属は、比較的少量で存在する場合でさえ、活性を増大することが見出された。バルク触媒は、任意に更に、第二の第VIII族金属、例えばコバルトを含んでもよい。その場合には、第二の第VIII族金属は、好ましくは(第VIII族金属の全てに対して)10モル%未満の量で存在する。バルク触媒は、本質的に、第VIII族金属としてニッケルのみ、および第VIB族金属としてタングステンのみを含むことが最も好ましい。
本バルク二元金属触媒は、熱処理に敏感である。従って、バルク触媒は、完全な結晶質構造への転移が生じる温度未満の温度で熱処理されるべきである。これは、水素処理で用いる前に、バルク触媒の製造プロセスにおけるいかなる熱処理工程でも、およびその全てで適用される。これは、特にまた、複合化および成形後に、成形されたバルク触媒粒子の熱処理に適用される。好ましくは、バルク触媒は、約450℃未満、より好ましくは約400℃未満、更により好ましくは約375℃未満、最も好ましくは約350℃未満で熱処理される。
バルク触媒の第VIII族金属/第VIB族金属モル比(例えば、ニッケル/タングステンモル比)は、原則として、幅広い範囲(例えば約0.1〜約5)で異なることができる。一般に、良好な結果は、金属モル比約0.2〜約4で得られることができる。この範囲においては、二つの異なる部分範囲が区別された。金属モル比範囲約0.2〜約1においては、第一および第二の金属化合物が大気圧条件下で反応される場合に、活性バルク触媒を得ることがより困難であることができる。このモル金属比においては、および大気圧条件下では、XRDパターンは、恐らくは依然として存在するいくつかの素材により、しかし主には、同定されない不活性化合物の結晶構造により、多数のピークを示した。
意外にも、金属モル比が、約0.2〜約1である場合には、良好なバルク触媒(この文脈における「良好な」および「より良好な」とは、高い、またはより高い水素化脱硫活性を有するバルク触媒を意味する)は、第一および第二の金属化合物の間の反応が、熱水条件下に、1バールより高い圧力で起こる場合に得られることができることが見出された。プロトン性液体が水である好ましい場合においては、熱水条件は、好ましくは、合成混合物が、密封された槽中で、自原的圧力下に約100℃超に加熱されることを意味する。プロトン性液体が水とは異なる場合には、熱水条件は、合成混合物が、密封された槽中で自原的圧力下に、プロトン性液体の大気沸点超に加熱されることを意味する。好ましくは、熱水条件により、金属モル比は、約0.3超、好ましくは約0.4超、より好ましくは約0.5超、更により好ましくは約0.6超、最も好ましくは約0.7超であるべきである。
金属モル比が約1超である場合には、熱水条件を用いる必要はない(しかし、依然として可能である)。そのため、熱水および雰囲気圧条件のいずれでも触媒を作製することが可能である。触媒の活性形態が、適用される条件下で形成される場合には、熱水または大気圧経路によって得られる触媒は、殆ど類似する。また、金属モル比約1以上、好ましくは約1〜約3を有するバルク触媒の活性は、第一および第二の金属化合物間の反応が、熱水条件下に、約1バールより高い圧力で起こる場合には、いくらかより高くてよいことが見出された。従って、本発明の一実施形態においては、本発明のバルク触媒は、第一および第二の金属化合物における反応が熱水条件で起こるプロセスにおいて、特にプロトン性液体/溶剤が水であり、かつ反応が熱水条件下に約100℃超の反応温度および約1バールより高い圧力でなされるプロセスにおいて製造される。反応は、好ましくは、オートクレーブ中自原的圧力下に、約105℃〜約180℃(約110℃〜約170℃など)、より好ましくは約120℃〜約160℃、更により好ましくは約140〜約160℃の温度でなされる。熱水条件は、好都合には、金属モル比約0.2〜約1.5、好ましくは約0.2〜約1.3、より好ましくは約0.2〜約1.2、最も好ましくは約0.2〜約1で適用される。
プロセスの経済的な観点から、大気圧反応条件を用いることは、より魅力的である。従って、本発明による好ましいバルク触媒は、金属モル比約1〜約4、より好ましくは約1〜約2、最も好ましくは約1〜約1.5を有し、反応が実質的に大気圧でなされるプロセスによって入手可能である。典型的には、プロトン性液体は、水であり、大気圧条件下の反応温度は、約120℃未満、通常約100℃未満である。反応は、高温、好ましくは約50℃超、より好ましくは約60℃超、より好ましくは約70℃超、最も好ましくは約80℃超で行われる。大気圧反応条件下で、より高い触媒活性を有するバルク金属触媒は、金属モル比約1超、好ましくは約1.1超、より好ましくは約1.2超、更により好ましくは約1.3超、最も好ましくは約1.4超を選択することによって得られることができる。高すぎる金属モル比は、しかし、好ましくない。何故なら、触媒合成中に、ニッケル化合物の不完全な反応がもたらされてもよいからである。その問題を防止する観点で、金属モル比は、好ましくは約2未満、より好ましくは約1.5未満である。
熱水および大気の両反応条件下での反応時間は、反応を実質的に完了するのに十分に長く選択される。反応は、異なる金属酸化物粒子のX線回折パターンが未反応の出発化合物の反射を示さない場合に完了する。典型的には、反応は、少なくとも2時間、好ましくは少なくとも4時間、より好ましくは少なくとも6時間、最も好ましくは少なくとも8時間行われる。本発明のバルク二元金属触媒は、単一の反射を約60°〜約65°(回折角2θ)に、主反射を約32°〜約36°(2θ)および約50°〜約55°(2θ)に有するX線回折パターンを有する準安定六方晶系構造を有する(銅アノードを用いる)。X線粉末回折パターンは、酸素格子の八面体空隙にニッケルおよびタングステンが殆ど不規則に分布した最密六方晶系(cph)酸素格子を示す。その際、aおよびb軸は、cph構造の同じ格子における二つの隣接する酸素原子の間の距離と一致する長さを有し、c軸は、cph構造の二つの連続する層の間の二倍の距離の長さを有する。非晶質相がまた存在してもよいものの、他の結晶質化合物の反射は、実質的に、X線回折パターンには存在しないことが好ましい。いかなる理論またはモデルにも束縛されることを望むものではないが、準安定六方晶系相の存在は、酸化物バルク触媒の高い触媒活性を示すことが明らかである。本発明の好ましい触媒における準安定六方晶系NiWOの結晶質構造は、格子パラメーターa=2.92Å、b=2.93Å、およびc=4.64Åを有する。全て、+/−0.02Åである。
高温で、六方晶系相は、「規則正しい」斜方NiWOに転移される。これは、標準的な粉末回折データベース(非特許文献1)と比較することによって同定されることができる。その際、それは、「ニッケルタングステン酸化物」として列記される。本発明により調製されたバルク二元金属触媒のX線回折パターンは、一般に、特許文献3に記載される先行技術の三元金属Ni/Mo/Wバルク触媒のX線回折パターンに類似し、先行技術の回折パターンは、二つのピーク(二重項Q)を約60°〜約65°(2θ)の間に示し、本発明のニッケルタングステン触媒の準安定六方晶系相構造は、単一の反射を約63°〜約64°(2θ)に示すという相違がある。
実質的に非晶質のNiMo二元金属触媒を記載する特許文献6とは対照的に、本触媒の高い触媒活性は、準安定六方晶系相の存在に関連することが認められた。特許文献6の触媒は、非晶質である。これは、半値全幅[FWHM]2.5°未満を有する十分に展開されていない主反射を有するX線回折パターンによって示される。
実施形態においては、触媒は、ニッケルタングステン酸化物バルク触媒である。関連する実施形態においては、触媒を作製する際に用いられる第一および第二の固体金属化合物はいずれも、少なくとも一部が、全反応を通じて固体状のままであり、ニッケルタングステン酸化物バルク触媒が形成される。用語「少なくとも一部が固体状である」とは、金属化合物の少なくとも一部が、固体金属化合物として存在し、任意に、金属化合物の他の一部が、プロトン性液体におけるこの金属化合物の溶液として存在することを意味する。このプロセスは、固体−固体プロセスと呼ばれ、特許文献3に、三元金属バルク触媒を調製するためのいくつかの実行可能な調製経路の一つとして記載される。特許文献3の比較例Bに記載される二元金属触媒は、ニッケル化合物のみが、少なくとも一部が、全反応を通じて固体状のままであるプロセスにおいて調製された。この先行技術の固体−溶質経路は、より低い活性をもたらすことが見出された。これは、以下に記載される実施例で例示される。
反応工程の後、金属酸化物粒子は、好ましくは、少なくとも約0.5μm、より好ましくは少なくとも約1μm、最も好ましくは少なくとも約2μm、しかし好ましくは約5000μm以下、より好ましくは約1000μm以下、更により好ましくは約500μm以下、最も好ましくは約150μm以下の範囲の中央粒径を有する。更により好ましくは、中央粒径は、約1〜約150μm、最も好ましくは約2〜約150μmの範囲にある。好ましくは、金属酸化物粒子の中央粒径は、実質的に、複合化および成形後に、バルク触媒中で変化しないまま残る。
バルク金属触媒は、触媒配合剤と組み合わせて複合化され、成形されることができる。これらの場合においては、触媒粒子は、バルク金属酸化物粒子少なくとも約60重量%(バルク触媒の全重量に対する金属酸化物を基準として計算される重量%)を含む。これは、金属酸化物を、担体物質上に、実質的に約60重量%未満の量で沈積して有する担持触媒とは区別される。好ましくは、バルク触媒は、バルク金属酸化物粒子少なくとも約70重量%、より好ましくは少なくとも約75重量%、更により好ましくは少なくとも約80重量%、最も好ましくは少なくとも約85重量%を含み、残りの0〜40重量%は、結合剤物質、従来の水素処理触媒、および分解化合物からなる群から選択される一種以上の物質である。典型的には、バルク金属酸化物粒子を結合剤と複合化した後、組成物は、成形されて(好ましくは押出し成形されて)、成形されたバルク金属触媒粒子が形成される。本発明はまた、バルク金属酸化物粒子を含む成形されたバルク金属触媒粒子に関する。従って、一実施形態においては、バルク金属触媒は、成形された粒子の形態である。これは、例えば、金属酸化物粒子、および更なる物質(特に結合剤物質)約0〜約40重量%(バルク金属触媒の全重量に対する)を含む組成物を押出し成形することによって製造される。バルク金属触媒は、更に、予め形成されたキャリヤー物質を含まないという点で担持触媒とは区別される。バルク金属触媒は、最も好ましくは、二元金属である。即ち、実質的には、第VIB族金属としてタングステンのみを有し、好ましくはまた、第VIII族金属としてニッケルのみを有する。
実施形態においては、バルク触媒は、好ましくは複合化および成形後、B.E.T.表面積少なくとも約10m/g、より好ましくは少なくとも50m/g、最も好ましくは少なくとも約80m/gを有する。これは、B.E.T法により測定される。金属酸化物粒子の中央細孔径(細孔容積の50%は、前記直径未満であり、残りの50%は、それを超える)は、好ましくは約3〜約25nm、より好ましくは約5〜約15nm(N吸着によって決定される)である。金属酸化物粒子の全細孔容積は、好ましくは少なくとも約0.05ml/g、より好ましくは少なくとも約0.1ml/gである。これは、N吸着によって決定される。
実施形態においては、バルク触媒の細孔径分布は、好ましくは、複合化および成形後、従来の水素処理触媒のそれとほぼ同じである。より詳しくは、金属酸化物粒子は、好ましくは中央細孔径約3〜約25nm(窒素吸着によって決定される)、細孔容積約0.05〜約5ml/g、より好ましくは約0.1〜約4ml/g、更により好ましくは約0.1〜約3ml/g、最も好ましくは約0.1〜約2ml/g(窒素吸着によって決定される)を有する。
一般に、複合化および成形後のバルク触媒は、機械的強度(側面破壊強度(SCS)と表わされる)少なくとも約1ポンド/mm、好ましくは少なくとも約3ポンド/mm(直径約1〜約2mmの押出し成形物について測定される)を有する。バルク触媒のSCSは、適切に、金属酸化物粒子を十分な量の結合剤と複合化することによって、増大されることができる。
高い機械的強度を有する触媒組成物を得るために、本発明の触媒組成物は、低いマクロ多孔度を有することが望ましいことがある。好ましくは、触媒組成物の細孔容積約30%未満は、約100nm(水銀圧入法により決定される。接触角:約130°)より高い直径を有する細孔にある。より好ましくは約20%未満である。
本発明はまた、硫化されたバルク金属酸化物触媒を含む硫化されたバルク金属触媒に関する。一般に、硫化されたバルク金属触媒中の金属硫化物粒子の中央粒径は、金属酸化物粒子に関して上記されるものと同じである。
第III節−バルク二元金属触媒の作製
本発明は、更に、バルクニッケルタングステン酸化物触媒の製造法に関し、本方法は、
(i)第VIII族金属(ニッケル)を含む第一の固体金属化合物、および第VIB族金属(タングステン)を含む第二の固体金属化合物を、プロトン性液体中に含むスラリーを形成し、スラリーは、好ましくは更に、(第VIB族金属の全量に対して)10モル%未満の第二の第VIB族金属を含み、かつ好ましくは更に、(第VIB族金属の全てに対して)10モル%未満の第V族金属を含む工程、および
(ii)第一および第二の固体金属化合物を、高温で、かつバルクニッケルタングステン酸化物粒子を形成するのに十分な時間反応させ、それにより第一および第二の固体金属化合物は、少なくとも一部が、全反応を通じて固体状のままであり、バルクニッケルタングステン酸化物粒子が形成される工程
を含む。
本方法は、任意に更に、次のプロセス工程の一つ以上を含む。即ち、
(iii)バルクニッケルタングステン酸化物粒子をスラリーから分離する工程、
(iv)バルクニッケルタングステン酸化物粒子を、金属化合物を組み合わせるか、および/または反応させる前、その最中、或いはその後に、結合剤物質、従来の水素処理触媒、および分解化合物からなる群から選択される一種以上の物質(バルク金属触媒の全重量に対して)0〜40重量%と複合化する工程、
(v)噴霧乾燥、(フラッシュ)乾燥、ミリング、混練、スラリー混合、乾燥または湿潤混合、或いはそれらの組合せを行う工程、
(vi)成形する工程、および
(vii)結晶質構造への転移が生じる温度未満、好ましくは350℃未満の温度で乾燥および/または熱処理をする工程
である。
固体−固体合成は、種々の異なるバルク金属触媒の製造法の一つとして、特許文献3に詳細に記載される。これは、参照により本明細書に援用される。
工程(i)
本発明の方法に適用されるべきプロトン性液体は、いかなるプロトン性液体でもあることができる。例は、水、カルボン酸、およびアルコール(メタノール、エタノール、またはそれらの混合物など)である。本発明の方法におけるプロトン性液体としては、水を含む液体(アルコールおよび水の混合物など、より好ましくは水)が用いられるのが好ましい。また、異なるプロトン性液体が、本発明の方法において同時に適用されることができる。例えば、金属化合物のエタノール中懸濁液を、別の金属化合物の水性懸濁液へ添加することが可能である。当然ながら、反応を阻害しないプロトン性液体が、選択されなければならない。プロトン性液体が水である場合には、第VIII族非貴金属化合物および第VIB族金属化合物の溶解性(少なくとも一部が、本発明の方法を通じて固体状態にある)は、一般に、約0.05モル未満/(18℃の水100ml)である。
プロトン性液体が水である場合には、少なくとも一部が反応を通じて固体状態にある適切なニッケル化合物は、シュウ酸塩、クエン酸塩、炭酸塩、ヒドロキシ炭酸塩、水酸化物、モリブデン酸塩、リン酸塩、タングステン酸塩、酸化物、またはそれらの混合物を含み、より好ましくはそれらから本質的になり、ヒドロキシ炭酸ニッケル、水酸化ニッケル、炭酸ニッケル、またはそれらの混合物が、最も好ましい。一般に、ヒドロキシ炭酸ニッケル中の水酸基および炭酸塩基の間のモル比は、0〜4、好ましくは0〜2、より好ましくは0〜1、最も好ましくは0.1〜0.8の範囲にある。
少なくとも一部が、本発明の方法を通じて固体状態にある適切なタングステン化合物は、水不溶性タングステン化合物を含む。二酸化および三酸化タングステン、硫化タングステン(WSおよびWS)、炭化タングステン、オルトタングステン酸(HWO O)、窒化タングステン、タングステン酸アルミニウム(また、メタ−またはポリタングステン酸塩)、リンタングステン酸アンモニウム、またはそれらの混合物などであり、オルトタングステン酸並びに二酸化および三酸化タングステンが好ましい。好ましくは、第一および第二の金属化合物の間の反応は、酸/塩基反応であり、第一または第二の金属化合物は、塩基性固体であり、他の金属化合物は、酸化物固体化合物である。
実施形態においては、第一および第二の固体金属化合物は、窒素原子を含まず、工程iii)で反応された金属酸化物粒子から分離されたプロトン性液体は、少なくとも一部が再利用されて、工程i)のスラリーが形成される。最も好ましくは、このプロセスにおいては、第一の金属化合物は、(ヒドロキシ)炭酸ニッケルであり、第二の金属化合物は、酸化タングステン、またはタングステン酸である。
この手順は、いくつかの理由で好都合である。金属化合物が窒素原子を含まないことに加えて、また、反応は、反応混合物へのアンモニアの添加を必要としない。そのため、本方法は、実質的に窒素原子を含まない。リサイクルを繰り返した際に、プロトン性液体において、アンモニウムおよび/または硝酸塩などの遊離したイオンの蓄積がなく、得られる分離された酸化物粒子を洗浄する必要がない。更に、貴金属の損失が低減され、望ましくない硝酸アンモニウム塩の形成のリスクが殆どない。更に、触媒が二元金属であることから、反応工程における化学が、より単純である。何故なら、単に一種の第VIB族金属であるからである。従って、反応後に分離された液体をリサイクルする際に、第VIB族金属中の組成変動が殆どない。化合物は、少なくとも一部が、全反応を通じて固体のままであることから、プロトン性液体中に溶解される金属の量は少なく、従って損失がより少ない。更に、廃二元金属触媒は、三元金属触媒より構成金属へのリサイクルがより容易である。何故なら、二種の第VIB族金属の困難な分離の必要性がないからである。ニッケルおよびタングステンを分離するための従来のプロセスが用いられることができる。これは、リサイクルプロセスの複雑性の低減、費用の低減、および金属回収収率の増大の点で好都合である。
高い触媒活性を有する最終触媒組成物を得るために、第一および第二の固体金属化合物は、多孔質金属化合物であることが好ましい。第一の金属化合物、好ましくはヒドロキシ炭酸Niについては、表面積(SA):SA>220m/g、細孔容積pV>0.29cm/g(窒素吸着によって測定される)、平均細孔直径MPD>3.8nm(窒素吸着によって測定される)であり、第二の金属化合物、好ましくはタングステン酸については、SA>19m/g、pV>0.04cm/g(窒素吸着によって測定される)、およびMPD>6.1nm(窒素吸着によって測定される)である。これらの金属化合物の全細孔容積および細孔径分布は、従来の水素処理触媒のそれに類似であることが望ましい。好ましくは、細孔容積は、約0.05〜約5ml/g、好ましくは約0.05〜約4ml/g、より好ましくは約0.05〜約3ml/g、最も好ましくは約0.05〜約2ml/gである。これは、水銀または水多孔度測定によって決定される。更に、表面積は、好ましくは、少なくとも約10m/g、より好ましくは少なくとも20m/g、最も好ましくは少なくとも約30m/gである。これは、BET法により決定される。
第一および第二の固体金属化合物の中央粒径は、好ましくは少なくとも0.5μm、より好ましくは少なくとも1μm、最も好ましくは少なくとも2μm、しかし好ましくは5000μm以下、より好ましくは1000μm以下、更により好ましくは500μm以下、最も好ましくは150μm以下の範囲にある。更により好ましくは、中央粒径は、1〜150μmの範囲、最も好ましくは2〜150μmの範囲にある。一般に、金属化合物の粒径が小さいほど、その反応性は高くなる。とはいえ、それらは、安全性および環境のリスクの観点で、扱うのに困難であることがあり、特別な予防措置を必要とすることがある。
好ましい実施形態においては、バルク金属酸化物触媒の合成混合物は、有機添加剤Rを全く含まない。これは、(i)芳香族アミン、環式アミン、および多環式アミン(芳香族アミン、通常C〜C20芳香族アミンなどであり、ピロリジンは、一つの例であろう)、(ii)式Rのアンモニウムおよびホスホニウムイオン(式中、Qは、窒素またはリンであり、R、R、R、およびRの少なくとも一種は、炭素原子8〜36個のアリールまたはアルキル(例えば、−C1021、−C1633、および−C1837、またはそれらの混合物)であり、R、R、R、およびRの残りは、水素、炭素原子1〜5個のアルキル、および組合せの添加剤からなる群から選択される)からなる群から選択される。これらの指向剤の限定しない例には、セチルトリメチルアンモニウム、セチルトリメチルホスホニウム、オクタデシルトリメチルホスホニウム、セチルピリジニウム、ミリスチルトリメチルアンモニウム、デシルトリメチルアンモニウム、ドデシルトリメチルアンモニウム、およびジメチルジドデシルアンモニウムが含まれる。即ち、上記のアンモニウムまたはホスホニウムイオンが誘導される化合物は、例えば、水酸化物、ハロゲン化物、ケイ酸塩、またはそれらの混合物であってもよい。
工程(ii)
添加中および/またはその後に、スラリーは、反応温度および圧力で、反応を起こすことができる一定(および十分な)時間維持される。一般に、スラリーは、反応工程において、その本来のpHで維持される。特に、特許文献6とは対照的に、好ましくは、アンモニウムは全く添加されない。pHは、好ましくは約0〜約12の範囲、より好ましくは約3〜約9の範囲、更により好ましくは約5〜約8の範囲にある。上記されているように、pHおよび温度は、金属が、反応工程中に完全には溶解されないように選択されることが注意されなければならない。プロトン性液体の量は重大ではないが、一方では、好都合には、撹拌されることができるスラリーを得るのに十分に高く選択され、他方では、好都合には、廃液の不必要な生成を回避するのに十分に低く選択される。
バルク触媒の性能に重要なパラメーター、特に反応温度および圧力、第VIII族/第VIB族金属の金属モル比、熱水反応条件、および反応時間は、バルク触媒の説明に、より詳細に上記される。上記されるように、第VIII族/第VIB族金属の金属モル比が、約0.2〜約1であり、プロトン性液体が水である場合には、反応は、最も好都合には、熱水条件下に、反応温度約100℃超および圧力約1バール超でなされる。金属モル比が約1超である場合には、得られる触媒はまた、好都合には、熱水条件下に製造されて、より高い活性が達成されることができるか、またはより低いニッケルモル比が用いられるか、或いはより早く反応されることができる。しかし、プロセス自体の簡易性および経済性の観点で、バルク触媒は、(好ましくは)反応が、実質的に大気圧および約120℃未満の温度でなされるプロセスにおいて製造されることができる。
工程(iii)
反応工程後、必要に応じて、得られる金属酸化物粒子は、例えばろ過または噴霧乾燥により、液体から分離されることができる。他の一実施形態においては、液体が固体反応生成物から分離されることを全く必要としないこのような少量のプロトン性液体が用いられる。湿潤反応生成物は、以下に定義される更なる物質と任意に複合化された後、直接成形され、次いで乾燥されることができる。金属酸化物粒子の分離については、原則として、いかなる固−液分離技術も用いられることができる。分離は、更なる物質と複合化される前、またはその後になされることができる。固−液分離の後、任意に、洗浄工程が含まれることができる。更に、任意の固−液分離および乾燥工程の後、並びに更なる物質と複合化される前に、バルク触媒を熱処理することが可能である。
工程(iv)
所望により、結合剤物質、従来の水素処理触媒、分解化合物、またはそれらの混合物からなる群から選択される更なる物質は、バルク金属酸化物粒子の上記される調製中に添加されるか、またはその調製後にバルク金属酸化物粒子へ添加されることができる。好ましくは、この更なる物質は、バルク金属酸化物粒子の調製後、および分離工程の前に、しかし、いかなる場合においても成形工程の前に、スラリーへ添加される。それは、主に、混合/混練工程における液体からの分離後に添加される。触媒中の金属酸化物粒子と複合化されることができる他の更なる物質の例は、特許文献3に記載される。
上記される全てのプロセスの代案においては、用語「バルク触媒と物質との複合化」は、物質が、バルク触媒へ添加されるかまたはその逆であり、得られた組成物が混合されることを意味する。混合は、好ましくは、液体の存在下になされる(「湿潤混合」)。これは、最終触媒組成物の機械的強度を向上する。
特に、金属酸化物粒子の中央粒径が、少なくとも約0.5μm、より好ましくは少なくとも約1μm、最も好ましくは少なくとも約2μm、しかし好ましくは約5000μm以下、より好ましくは約1000μm以下、更により好ましくは500μm以下、最も好ましくは約150μm以下の範囲にある場合に、金属酸化物粒子と前記更なる物質との複合化および/または金属酸化物粒子の調製中の物質の組合せは、特に高い機械的強度のバルク触媒をもたらす。更により好ましくは、中央粒径は、約1〜約150μmの範囲、最も好ましくは約2〜約150μmの範囲にある。
金属酸化物粒子と物質との複合化は、金属酸化物粒子をこの物質に埋込まれるか、またはその逆である。通常、金属酸化物粒子の形態は、本質的に、得られるバルク触媒に保持される。
適用されるべき結合剤物質は、従来結合剤として水素処理触媒で適用されるいかなる物質であってもよい。例は、シリカ、シリカ−アルミナ(従来のシリカ−アルミナ、シリカ被覆アルミナ、およびアルミナ被覆シリカなど)、アルミナ((プソイド)ベーマイト、またはギブサイトなど)、チタニア、チタニア被覆アルミナ、ジルコニア、カチオン粘土またはアニオン粘土(サポナイト、ベントナイト、カオリン、セピオライト、またはハイドロタルサイトなど)、またはそれらの混合物である。好ましい結合剤は、シリカ、シリカ−アルミナ、アルミナ、チタニア、チタニア被覆アルミナ、ジルコニア、ベントナイト、またはそれらの混合物である。これらの結合剤は、そのままの状態で、または解膠後に適用されてもよい。
工程(v)
任意に、上の更なる物質のいかなるものをも含むスラリーは、噴霧乾燥、(フラッシュ)乾燥、ミリング、混練、スラリー混合、乾燥または湿潤混合、或いはそれらの組合せに付されることができ、湿潤混合および混練、またはスラリー混合および噴霧乾燥の組合せが好ましい。これらの技術は、上記の(更なる)物質のいかなるものも添加される前または後のいずれか(添加される場合)、固−液分離の後、熱処理の前または後、および再湿潤の後で適用されることができる。
工程(vi)
所望により、上記の更なる物質のいかなるものとも任意に混合される金属酸化物粒子は、適用される工程(ii)の後、任意に成形されてもよい。成形は、押出し成形、ペレット化、ビード化および/または噴霧乾燥を含む。成形を容易にするのに従来用いられるいかなる添加剤も、添加されることができる。これらの添加剤は、ステアリン酸アルミニウム、表面活性剤、黒鉛、澱粉、メチルセルロース、ベントナイト、ポリエチレングリコール、ポリエチレンオキシド、またはそれらの混合物を含んでもよい。成形が、押出し成形、ビード化、および/または噴霧乾燥を含む場合には、成形工程は、水などの液体の存在下に行われることが好ましい。好ましくは、押出し成形および/またはビードについては、成形混合物中の液体の量は、点火損失(LOI)と表わされて、約20〜約80%の範囲にある。
本発明で用いられるバルク金属水素処理触媒は、多くの異なる形状に形成されることができる。適切な形状の限定しない例には、粉末、球形、円筒形、環形、および対称または非対象の多葉形、例えば三葉形および四葉形が含まれる。押出し成形、ビード化、またはペレット化から得られる粒子は、通常、約0.2〜約10mmの範囲の直径を有し、その長さは、同様に約0.5〜約20mmの範囲にある。これらの粒子は一般に好ましい。例えば噴霧乾燥から得られるものを含む粉末は、一般に、約1μm〜約100μmの範囲の中央粒径を有するが、この一般的な範囲からの逸脱は起こりうる。
工程(vii)
任意の乾燥工程の後、好ましくは約100℃超で、得られる成形触媒組成物は、所望により熱処理されてもよい。熱処理は、しかし、本発明の方法にとって本質ではない。上記されるように、バルク触媒は、結晶質構造に容易に転化する、温度感受性の準安定六方晶系相を有する。従って、金属酸化物粒子は、好ましくは、結晶質構造へのこれらの転移が生じる温度未満の温度で熱処理される。好ましくは約450℃未満、より好ましくは約400℃未満、更により好ましくは約375℃未満、最も好ましくは更に約350℃未満である。この熱処理は、典型的には、複合化および成形の後、最終バルク触媒に対してなされる。熱処理時間は、約0.5〜約48時間で異なることができ、窒素などの不活性ガス中、または酸素含有ガス(空気または純酸素など)中で行われることができる。熱処理は、水蒸気の存在下に行われることができる。
バルク二元金属触媒は、一般に、硫化された形態で用いられる。触媒の硫化は、触媒を硫化形態にするのに効果的ないかなる方法(従来の硫化方法を含む)にもよって達成されることができる。例えば、触媒は、一種以上の硫黄化合物(硫黄含有液体など)と接触されることができる。これらの液体は、硫黄成分の液体形態であってもよい。それはまた、硫黄化合物の溶液であってもよい。元素硫黄について、硫黄を、溶融または昇華により触媒に組込むことが可能である。また、ガス状相の生成物を、硫黄含有ガス(HSなど)と接触させることによって、硫化することが可能である。最終的に、また、触媒を、硫黄含有炭化水素原料(例えば、二硫化ジメチル(DMDS)などの硫黄含有化合物でスパイクされた炭化水素原料)と接触させることによって、硫化することが可能である。用いられる方法によって、硫化(即ち、触媒と硫黄含有化合物との接触)は、現場および/または現場外で行われることができる。生成物とガス状硫黄化合物(HSなど)との接触は、現場外または現場でなされることができる。生成物と硫黄含有炭化水素原料との接触は、好ましくは現場でなされる。触媒と元素硫黄、或いは液体または上述される溶解硫黄化合物との接触(上記される)は、一般に、現場外でなされるであろう。この場合には、しかし、硫黄含有物質を、水素を用いる活性化工程に付すことが望ましいことがある。水素を用いる活性化は、現場外または現場でなされることができる。本明細書の文脈においては、現場の表示は、触媒が、最終的に炭化水素原料の水素処理で用いられるであろう装置において行われるプロセスを云う。逆に、現場外は、これらの装置の外部で行われるプロセスを云う。触媒組成物は、現場外および現場の両方で硫化されることが好ましい。
実施形態においては、次の連続するプロセス工程が用いられて、バルク触媒が調製される。即ち、スラリー中の第一および第二の化合物を上述されるプロトン性液体と接触および反応させる工程、得られる酸化物金属粒子を例えば結合剤とスラリー混合する工程、粒子をろ過により分離する工程、ろ過ケーキを結合剤などの物質と湿潤混合する工程、混練、押出し成形、乾燥、焼成、および硫化である。
触媒は、次の方法を用いて特徴づけられる。
(A)側面破壊強度の決定
先ず、例えば押出し成形物の粒子の長さを測定し、次いで押出し成形物の粒子を、可動ピストンによって圧縮負荷(25ポンド/8.6秒)に付した。粒子を破壊するのに必要な力を、測定した。手順を、少なくとも40個の押出し成形物の粒子について繰返し、平均値を、力(ポンド)/単位長(mm)として計算した。本方法を、好ましくは、7mmを超えない長さを有する成形された形状の粒子に適用した。
(B)多孔度測定
吸着測定を、非特許文献2に記載されるように行った。中央細孔径MPDをいう場合には、BJH法(非特許文献3)に従って、窒素等温収着曲線の脱離分枝から抽出される細孔径分布が引用される。全表面積を、BET法(非特許文献4)によって決定した。
マクロ細孔容積の決定(典型的には、60nm以上の細孔直径を有する細孔に対する)を、水銀(Hg)多孔度法(例えば、非特許文献2に記載される)によって行った。用いた接触角は、140゜であった。
(C)添加された固体金属化合物の量
(i)定性的決定:本発明の方法を通じて、固体金属化合物の存在は、金属化合物が可視光の波長より大きな直径を有する粒子の形態で存在する場合には少なくとも、容易に、目視観察によって検知されることができる。当然ながら、準弾性光散乱(QELS)または近前方散乱(当業者には知られる)などの方法はまた、本発明の方法におけるいかなる点でも、全ての金属は、溶質状態にないであろうことを証明するのに用いられることができる。中央粒径はまた、光散乱(近前方散乱)によって決定される。
(ii)定量的決定:少なくとも一部が固体状態で添加される金属化合物が、懸濁液として加えられる場合には、本発明の方法を通じて加えられる固体金属化合物の量は、添加を通じて適用される条件(温度、pH、圧力、液体の量)下に添加されるべき懸濁液を、懸濁液に含まれる全ての固体金属が固体ろ過ケーキとして集められるようにして、ろ過することによって決定されることができる。固体および乾燥されたろ過ケーキの重量から、固体金属化合物の重量が、標準的な技術によって決定されることができる。当然ながら、固体金属化合物とは別に、更なる固体化合物(固体結合剤など)がろ過ケーキ中に存在する場合には、この固体および乾燥された結合剤の重量を、固体および乾燥されたろ過ケーキの重量から差引かなければならない。ろ過ケーキ中の固体金属化合物の量はまた、原子吸光分光法(AAS)、XRF、湿式化学分析、またはICPなどの標準的な技術によって決定されることができる。
少なくとも一部が、固体状態で添加される金属化合物が、湿潤または乾燥状態で添加される場合には、ろ過は、典型的には、不可能である。この場合には、固体金属化合物の重量は、無水ベースで、対応する初期に用いられた金属化合物の重量に等しいとみなされる。全金属化合物の全重量は、初期に用いられた全金属化合物の量(無水ベース、金属酸化物として計算される)である。
(D)X線特性半値全幅
酸化物触媒の特性半値全幅を、触媒のX線回折パターンに基づいて決定した。特性半値全幅は、2θ=53.6゜(±0.7゜)および2θ=35゜(±0.7゜)におけるピークの半値全幅(2θ散乱角による)である。X線回折パターンの決定については、グラファイトモノクロメーターを備えた標準粉末回折計(例えば、フィリップスPW1050)が用いられることができる。測定条件は、例えば、次のように選択されることができる。即ち、X線発生装置の設定(40kVおよび40mA)、波長1.5418Å、発散および非分散スリット(v20(変数))、検出装置スリット(0.6mm)、ステップサイズ(0.05(゜2θ))、時間/ステップ(2秒)である。説明されるように、バルク触媒は、少なくとも一部が、六方晶系構造を有する。これは、単一の反射を約58〜約65゜(2θ)に、主反射を約35および約53゜(2θ)近くに有するX線回折パターンによって特性付けられる。X線回折パターンにおける主反射は、半値全幅(FWHM)約2.5゜(2θ)未満を有する。
第IV節−実施例
本発明は、更に、次に記載される実施例によって説明される。R3は、第一および第二の両金属化合物が、少なくとも一部が、反応中に固体である反応プロセスを意味する。R2は、第一または第二の両金属化合物のいずれかが、少なくとも一部が、反応中に固体である反応経路を意味する。即ち、三種以上の金属が、合成混合物中に存在する場合には、第一および第二の金属化合物以外の金属は、少なくとも一部が、反応を通じて固体であるか、または溶解されるかのいずれかであることができる。R1は、全ての金属化合物が、反応中に、懸濁媒体に溶解されるプロセスを意味する。反応は、HTが言及されることを除いて大気条件下で行われた。これは、触媒合成が、水熱条件下で行われたことを意味する。CBDは、触媒の圧密バルク密度を意味する。ディーゼル水素処理試験の結果を表11に示す。ここで、RVAおよびRWAは、それぞれ、相対容積活性および相対重量活性であり、反応器に充填された全触媒量に基づく。HDNは水素化脱窒素であり、HDSは水素化脱硫である。試験を、二つの異なる温度および圧力の条件1および2を用いて行った。語尾に添えた1および2(例えば、RWA1およびRWA2)は、それぞれ、試験条件1および2をいう。RWA/HDN1は、反応性生物中の窒素レベルが、非常に低かったので、測定が不正確であり、また試料間の相違が非常に小さいので、試料間の触媒活性の相違が確認されなかったことから示されない。更に、水素化後の残留窒素および硫黄レベルを決定し、表11の欄S1、S2、およびN1に示す。試験においては、D1、D2、D3、D4、およびD5と示される、異なるディーゼル試験手順が用いられた。試験条件D1、D2、D3、D4、およびD5下でそれぞれ得られた参照触媒(参照1、参照2、および参照3)のRWA/RVA値を、任意に100と定めた。全ての他のRWA/RVA値を、同じ条件下で行われた一連の試験について、これらの参照触媒に対して計算した。
参照触媒1(参照1:Ni1.5−Mo0.5−W0.5、R3、90℃)
MoO(0.1モルMo、例えばAldrich)14.4g、およびタングステン酸HWO(0.1モルW、例えばAldrich)25.0gを、水800mlにスラリー化し(懸濁液A)、90℃へ加熱した。ヒドロキシ炭酸ニッケル2NiCO 3Ni(OH) 4HO(0.3モルNi、例えばAldrich)35.3gを、水200mlに懸濁し、90℃へ加熱した(懸濁液B)。この実施例および他の実施例に用いられたヒドロキシ炭酸ニッケルは、B.E.T.表面積239m/gを有した。懸濁液Bを、懸濁液Aへ60分間で添加し、得られた混合物を、90℃で、連続的に撹拌しながら16時間(終夜)保持した。この時間後に、懸濁液をろ過した。収率は、98%超(その酸化物へ転化された全金属化合物の計算重量を基準とする)であった。得られたろ過ケーキを、結合剤2.5重量%(触媒組成物の全重量を基準とする)と湿潤混合した。混合物の水含有量を、押出し成形可能な混合物が得られるように調節し、混合物を、続いて、押出し成形した。得られた固形物を、120℃で16時間(終夜)乾燥し、300℃で1時間焼成した。触媒を、硫化し、ディーゼル試験手順D1およびD2の手順を用いて試験した。
実施例A(Ni1.5−Mo1、R2、90℃)
ヘプタモリブデン酸アンモニウム(NHMo24 4HO(0.2モルMo、例えばAldrich)35.3gを、水800mlに溶解し、室温で、pH約5.2の溶液を得た。溶液を、続いて、90℃へ加熱した(溶液A)。ヒドロキシ炭酸ニッケル2NiCO 3Ni(OH) 4HO(0.3モルNi、例えばAldrich)35.3gを、水200mlに懸濁し、この懸濁液を、90℃へ加熱した(懸濁液B)。懸濁液Bを、溶液Aへ10分間で添加し、得られた懸濁液を、90℃で、連続的に撹拌しながら16時間保持した。収率は、約85%であった。得られたろ過ケーキを、参照触媒R1について記載されるように、(10重量%の結合剤と)押出し成形し、乾燥し、焼成し、硫化し、ディーゼル試験手順D2の手順を用いて試験した。
実施例B(Ni1.5−W1、R2、90℃)
触媒を、用いられた唯一の第VIB族金属成分がタングステンであったことを除いて、実施例Aに記載されるように調製した。即ち、触媒を、メタタングステン酸アンモニウム(NH1240(0.2モルW、例えばStream Chemical)49.2g、およびヒドロキシ炭酸ニッケル2NiCO 3Ni(OH) 4HO(0.3モルNi)35.3gを用いて、参照例R1におけるように調製した。収率は、その酸化物へ転化された全金属成分の計算重量を基準として、約97%であった。得られたろ過ケーキを、参照触媒1について記載されるように、(10重量%の結合剤と共に)押出し成形し、乾燥し、焼成し、硫化し、ディーゼル試験手順D2を用いて試験した。
実施例C(Ni1.5−Mo1、R3、90℃)
触媒を、唯一の第VIB族金属成分が用いられたことを除いて、参照触媒1に記載されるように調製した。即ち、触媒を、三酸化モリブデン(0.2モルMo、例えばAldrich)28.8g、およびヒドロキシ炭酸ニッケル2NiCO 3Ni(OH) 4HO(0.3モルNi)35.3gを用いて調製した。収率は、その酸化物へ転化された全金属成分の計算重量を基準として、約98%であった。得られたろ過ケーキを、参照触媒1について記載されるように、(2.5重量%の結合剤と共に)押出し成形し、乾燥し、焼成し、硫化し、ディーゼル試験手順D1を用いて試験した。
参照触媒2(参照2:Ni1−Mo0.5−W0.5、R3、90℃)
触媒を、より低い量のNiが用いられたことを除いて、参照触媒1について記載されるように調製した。即ち、触媒を、MoO(0.1モルMo、例えばAldrich)14.4g、タングステン酸HWO(0.1モルW、例えばAldrich)25.0g、およびヒドロキシ炭酸ニッケル2NiCO 3Ni(OH) 4HO(0.2モルNi、例えばAldrich)23.5gを用いて調製した。収率は、98%超であった。得られたろ過ケーキを、120℃で終夜乾燥した。得られたろ過ケーキを、参照触媒R1に記載されるように、結合剤10重量%の結合剤と湿潤混合し、押出し成形し、乾燥し、焼成し、硫化し、ディーゼル試験手順D3およびD4を用いて試験した。
実施例D(Ni1.5−W1、R3、90℃)
触媒を、唯一の第VIB族金属成分が用いられたことを除いて、参照触媒1について記載されるように調製した。即ち、触媒を、タングステン酸(0.2モルW、例えばAldrich)50.0g、およびヒドロキシ炭酸ニッケル2NiCO 3Ni(OH) 4HO(0.3モルNi)35.3gを用いて調製した。収率は、その酸化物へ転化された全金属成分の計算重量を基準として、約99%であった。得られたろ過ケーキを、参照例R1に記載されるように、(2.5重量%の結合剤と共に)押出し成形し、乾燥し、焼成し、硫化し、ディーゼル試験手順D1を用いて試験した。
実施例E(Ni0.75−W1、R3、HT、150℃)
Ni/Wモル比が0.75/1である触媒を、反応が、オートクレーブ中、自原的圧力下に反応温度150℃で行われ、かつ反応時間が、約6時間であったことを除いて、参照触媒2について記載されたものに類似の方法で調製した。炭酸ニッケル(0.015モルNi)1.76gを、タングステン酸(0.02モルW)4.99gと共に水100ccへ添加した。懸濁液を、全容積275ccの密封されたWeflon(商標)槽に入れ、10℃/分で150℃へ加熱し、その温度で、連続的に撹拌しながら6時間保持した。試料を室温へ冷却し、固形物をろ過し、終夜120℃で乾燥した。得られた物質をペレット化し、ペレットを粉砕し、40〜60メッシュ画分を、ふるい分けすることによって分離した。物質を、次いで、硫化し、ディーゼル試験手順D3の手順を用いて試験した。
実施例F(Ni1−W1、R3、HT、150℃)
触媒を、Ni/Wモル比が、1/1であり、かつ反応が、オートクレーブ中自原的圧力下に反応温度150℃で行われ、炭酸ニッケル(0.02モルNi)2.35gを、タングステン酸(0.02モルW)4.99gと共に水100ccへ添加したことを除いて、実施例Dに記載されるように調製した。懸濁液を、全容積275ccの密封されたWeflon(商標)槽に入れ、10℃/分で150℃へ加熱し、その温度で、連続的に撹拌しながら6時間保持した。試料を室温へ冷却し、固形物をろ過し、終夜120℃で乾燥した。得られた物質をペレット化し、ペレットを粉砕し、40〜60メッシュ画分を、ふるい分けすることによって分離した。物質を、次いで、硫化し、ディーゼル試験手順D3の手順を用いて試験した。
実施例G(Ni0.5−W1、R3、HT、150℃)
触媒を、Ni/Wモル比が、0.5/1であったことを除いて、実施例Dに記載されるように調製した。炭酸ニッケル(0.01モルNi)1.17gを、タングステン酸(0.02モルW)4.99gと共に水100ccへ添加した。懸濁液を、全容積275ccの密封されたWeflon(商標)槽に入れ、10℃/分で150℃へ加熱し、その温度で、連続的に撹拌しながら6時間保持した。試料を室温へ冷却し、固形物をろ過し、終夜120℃で乾燥した。得られた物質を、参照例1に記載されるように、10重量%結合剤と湿潤混合し、押出し成形し、乾燥し、焼成し、硫化し、ディーゼル試験手順D4を用いて試験した。
実施例H(Ni0.5−W0.975−Nb0.025、R3、HT、150℃)
触媒を、ニオブが添加され、かつNi/W/Nbモル比が、0.5/0.975/0.025であったことを除いて、実施例Gに記載されるように調製した。炭酸ニッケル(0.01モルNi)1.17gを、タングステン酸(0.0195モルW)4.87gおよびニオブ酸(0.0005モルNb、例えばCBBM Industries)0.08gと共に水100ccへ添加した。懸濁液を、全容積275ccの密封されたWeflon(商標)槽に入れ、10℃/分で150℃へ加熱し、その温度で、連続的に撹拌しながら6時間保持した。試料を室温へ冷却し、固形物をろ過し、終夜120℃で乾燥した。得られた物質を、参照例1に記載されるように、(10重量%結合剤と)押出し成形し、乾燥し、焼成し、硫化し、ディーゼル試験手順D4を用いて試験した。
実施例I(Ni1−Mo0.5−W0.5、R3、HT、150℃)
触媒を、Ni/Mo/Wモル比1/0.5/0.5で調製した。炭酸ニッケル(0.02モルNi)2.35gを、タングステン酸(0.01モルW)2.5gおよびMoO(0.01モルMn)1.44gと共に水100ccへ添加した。懸濁液を、全容積275ccの密封されたWeflon(商標)槽に入れ、10℃/分で150℃へ加熱し、自原的圧力下にその温度で、連続的に撹拌しながら6時間保持した。試料を室温へ冷却し、固形物をろ過し、終夜120℃で乾燥した。得られた物質をペレット化し、ペレットを粉砕し、40〜60メッシュ画分を、ふるい分けすることによって分離した。触媒を硫化し、ディーゼル試験手順D3を用いて試験した。
参照触媒3(参照3:Ni1−W0.5−Mo0.5、R3、90℃)
ヒドロキシ炭酸ニッケル2NiCO 3Ni(OH) 4HO(1.6モルNi)188gを、水8000mlに懸濁し、得られたスラリーを、60℃へ加熱した。続いて、MoO(0.8モルMo)115.2gおよびタングステン酸HWO(0.8モルW)200gを加え、得られたスラリーを、95℃へ加熱し、その温度で、連続的に撹拌しながら約24時間保持した。この時間後に、懸濁液をろ過した。得られたろ過ケーキを、結合剤10重量%(触媒組成物の全重量を基準とする)と湿潤混合した。混合物の水含有量を、押出し成形可能な混合物が得られるように調節し、混合物を、続いて、押出し成形した。得られた固形物を、120℃で16時間(終夜)乾燥し、300℃で1時間焼成した。押出し成形物を、粉砕し、40〜60メッシュ画分を、ふるいわけすることによって分離した。物質を、次いで硫化し、ディーゼル試験手順D5を用いて試験した。
実施例J(Ni1−W1、R3、90℃)
タングステン酸HWO(0.2モルW)50.0gを、ヒドロキシ炭酸ニッケル2NiCO 3Ni(OH) 4HO(0.2モルNi)23.5gと共に水1リットルにスラリー化した。2種の固形物の懸濁液を、90℃へ加熱し、その温度で、連続的に撹拌しながら20時間(終夜)保持した。この時間後に、懸濁液をろ過した。得られた固形物を、120℃で16時間(終夜)乾燥した。得られた固形物をペレット化し、ペレットを粉砕し、40〜60メッシュ画分を、ふるい分けすることによって分離した。物質を、次いで300℃で1時間焼成した。物質を、次いで硫化し、ディーゼル試験手順D5を用いて試験した。
実施例K(Ni1−W1、R3、HT、125℃)
触媒を、マイクロ波照射で加熱されたオートクレーブ反応器中自原的圧力下に、反応温度125℃および反応時間約6時間で調製した。炭酸ニッケル(0.02モルNi)2.35gを、タングステン酸(0.02モルW)4.99gと共に水100ccへ添加した。懸濁液を、全容積275ccの密封されたWeflon(商標)槽に入れ、10℃/分で125℃へ加熱し、自原的圧力下にその温度で、連続的に撹拌しながら6時間保持した。試料を室温へ冷却し、固形物をろ過し、終夜120℃で乾燥した。得られた物質をペレット化し、ペレットを粉砕し、40〜60メッシュ画分を、ふるい分けすることによって分離した。物質を、次いで300℃で1時間焼成した。物質を、次いで硫化し、ディーゼル試験手順D5を用いて試験した。
実施例L(Ni1−W1、R3、HT、150℃)
触媒を、マイクロ波照射で加熱されたオートクレーブ反応器中自原的圧力下に、反応温度150℃および反応時間約6時間で調製した。炭酸ニッケル(0.02モルNi)2.35gを、タングステン酸(0.02モルW)4.99gと共に水100ccへ添加した。懸濁液を、全容積275ccの密封されたWeflon(商標)槽に入れ、マイクロ波照射により、10℃/分で150℃へ加熱し、自原的圧力下にその温度で、連続的に撹拌しながら6時間保持した。試料を室温へ冷却し、固形物をろ過し、終夜120℃で乾燥した。得られた物質をペレット化し、ペレットを粉砕し、40〜60メッシュ画分を、ふるい分けすることによって分離した。物質を、次いで300℃で1時間焼成した。物質を、次いで硫化し、ディーゼル試験手順D5を用いて試験した。
実施例M(Ni1−W1、R3、HT、175℃)
触媒を、マイクロ波照射で加熱されたオートクレーブ反応器中自原的圧力下に、反応温度175℃および反応時間約6時間で調製した。炭酸ニッケル(0.02モルNi)2.35gを、タングステン酸(0.02モルW)4.99gと共に水100ccへ添加した。懸濁液を、全容積275ccの密封されたWeflon(商標)槽に入れ、10℃/分で175℃へ加熱し、その温度で、連続的に撹拌しながら6時間保持した。試料を室温へ冷却し、固形物をろ過し、終夜120℃で乾燥した。得られた物質をペレット化し、ペレットを粉砕し、40〜60メッシュ画分を、ふるい分けすることによって分離した。物質を、次いで300℃で1時間焼成した。物質を、次いで硫化し、ディーゼル試験手順D5を用いて試験した。
実施例N(Ni1−W0.975−Nb0.025、R3、90℃)
タングステン酸HWO(0.195モルW)48.7gを、ヒドロキシ炭酸ニッケル2NiCO 3Ni(OH) 4HO(0.2モルNi)23.5gおよびニオブ酸(0.005モルNb)0.8gと共に水1リットルにスラリー化した。3種の固形物の懸濁液を、90℃へ加熱し、その温度で、連続的に撹拌しながら20時間(終夜)保持した。この時間後に、懸濁液をろ過した。得られた固形物を120℃で16時間(終夜)乾燥した。得られた固形物をペレット化し、ペレットを粉砕し、40〜60メッシュ画分を、ふるい分けすることによって分離した。物質を、次いで300℃で1時間焼成した。物質を、次いで硫化し、ディーゼル試験手順D5を用いて試験した。
実施例O(Ni1−W0.95−Nb0.05、R3、90℃)
タングステン酸HWO(0.19モルW)47.4gを、ヒドロキシ炭酸ニッケル2NiCO 3Ni(OH) 4HO(0.2モルNi)23.5gおよびニオブ酸(0.01モルNb)1.6gと共に水1リットルにスラリー化した。3種の固形物の懸濁液を、90℃へ加熱し、その温度で、連続的に撹拌しながら20時間(終夜)保持した。この時間後に、懸濁液をろ過した。得られた固形物を120℃で16時間(終夜)乾燥した。得られた固形物をペレット化し、ペレットを粉砕し、40〜60メッシュ画分を、ふるい分けすることによって分離した。物質を、次いで300℃で1時間焼成した。物質を、次いで硫化し、ディーゼル試験手順D5を用いて試験した。
実施例P(Ni1−W0.925−Nb0.075、R3、90℃)
タングステン酸HWO(0.185モルW)46.2gを、ヒドロキシ炭酸ニッケル2NiCO 3Ni(OH) 4HO(0.2モルNi)23.5gおよびニオブ酸(0.015モルNb)2.4gと共に水1リットルにスラリー化した。3種の固形物の懸濁液を、90℃へ加熱し、その温度で、連続的に撹拌しながら20時間(終夜)保持した。この時間後に、懸濁液をろ過した。得られた固形物を120℃で16時間(終夜)乾燥した。得られた固形物をペレット化し、ペレットを粉砕し、40〜60メッシュ画分を、ふるい分けすることによって分離した。物質を、次いで300℃で1時間焼成した。物質を、次いで硫化し、ディーゼル試験手順D5を用いて試験した。
実施例Q(Ni1−W0.975−Nb0.025、HT、150℃)
触媒を、マイクロ波照射で加熱されたオートクレーブ反応器中自原的圧力下に、反応温度150℃および反応時間約6時間で調製した。炭酸ニッケル(0.02モルNi)2.35gを、タングステン酸(0.0195モルW)4.87gおよびニオブ酸(0.0005モルNb)0.080gと共に水100ccへ添加した。懸濁液を、全容積275ccの密封されたWeflon(商標)槽に入れ、10℃/分で150℃へ加熱し、その温度で、連続的に撹拌しながら6時間保持した。試料を室温へ冷却し、固形物をろ過し、終夜120℃で乾燥した。得られた物質をペレット化し、ペレットを粉砕し、40〜60メッシュ画分を、ふるい分けすることによって分離した。物質を、次いで300℃で1時間焼成した。物質を、次いで硫化し、ディーゼル試験手順D5を用いて試験した。
実施例R(Ni1−W0.95−Nb0.05、R3、HT、150℃)
触媒を、マイクロ波照射で加熱されたオートクレーブ反応器中自原的圧力下に、反応温度150℃および反応時間約6時間で調製した。炭酸ニッケル(0.02モルNi)2.35gを、タングステン酸(0.019モルW)4.74gおよびニオブ酸(0.001モルNb)0.16gと共に水100ccへ添加した。懸濁液を、全容積275ccの密封されたWeflon(商標)槽に入れ、10℃/分で150℃へ加熱し、その温度で、連続的に撹拌しながら6時間保持した。試料を室温へ冷却し、固形物をろ過し、終夜120℃で乾燥した。得られた物質をペレット化し、ペレットを粉砕し、40〜60メッシュ画分を、ふるい分けすることによって分離した。物質を、次いで300℃で1時間焼成した。物質を、次いで硫化し、ディーゼル試験手順D5を用いて試験した。
実施例S(Ni1−W0.925−Nb0.075、R3、HT、150℃)
触媒を、マイクロ波照射で加熱されたオートクレーブ反応器中自原的圧力下に、反応温度150℃および反応時間約6時間で調製した。炭酸ニッケル(0.02モルNi)2.35gを、タングステン酸(0.0185モルW)4.62gおよびニオブ酸(0.0015モルNb)0.24gと共に水100ccへ添加した。懸濁液を、全容積275ccの密封されたWeflon(商標)槽に入れ、10℃/分で150℃へ加熱し、その温度で、連続的に撹拌しながら6時間保持した。試料を室温へ冷却し、固形物をろ過し、終夜120℃で乾燥した。得られた物質をペレット化し、ペレットを粉砕し、40〜60メッシュ画分を、ふるい分けすることによって分離した。物質を、次いで300℃で1時間焼成した。物質を、次いで硫化し、ディーゼル試験手順D5を用いて試験した。
実施例T(Ni1−W1、R3、90℃、7日間)
タングステン酸HWO(0.2モルW)50.0gを、ヒドロキシ炭酸ニッケル2NiCO 3Ni(OH) 4HO(0.2モルNi)23.5gと共に水1リットルにスラリー化した。2種の固形物の懸濁液を、90℃へ加熱し、その温度で、連続的に撹拌しながら7日間保持した。この時間後に、懸濁液をろ過した。得られた固形物を120℃で16時間(終夜)乾燥した。得られた固形物をペレット化し、ペレットを粉砕し、40〜60メッシュ画分を、ふるい分けすることによって分離した。物質を、次いで300℃で1時間焼成した。物質を、次いで硫化し、ディーゼル試験手順D5を用いて試験した。
実施例U(Ni1.5−W1、R3、HT、150℃)
触媒を、マイクロ波照射で加熱されたオートクレーブ反応器中自原的圧力下に、反応温度150℃および反応時間約6時間で調製した。炭酸ニッケル(0.03モルNi)3.53gを、タングステン酸(0.02モルW)4.99gと共に水100ccへ添加した。懸濁液を、全容積275ccの密封されたWeflon(商標)槽に入れ、10℃/分で150℃へ加熱し、その温度で、連続的に撹拌しながら6時間保持した。試料を室温へ冷却し、固形物をろ過し、終夜120℃で乾燥した。得られた物質をペレット化し、ペレットを粉砕し、40〜60メッシュ画分を、ふるい分けすることによって分離した。物質を、次いで300℃で1時間焼成した。物質を、次いで硫化し、ディーゼル試験手順D5を用いて試験した。
実施例V(Ni0.9−W1、R1、90℃)
メタタングステン酸アンモニウム(0.2モルW)49.2gを、水800mlに溶解した。これは、pH約5.2の溶液をもたらした。この溶液へ、水酸化アンモニウム0.4モル(約30ml)を加え、pHの約9.8への上昇がもたらされた。この溶液を、90℃へ加熱した(溶液A)。第二の溶液を、硝酸ニッケル六水和物(0.18モルNi)52.4gを水50mlに溶解することによって調製した。溶液を、90℃で保持した(溶液B)。溶液Bを、溶液Aへ、速度7ml/分で滴下して加えた。形成された懸濁液を、30分間撹拌し、一方温度を、90℃で保持した。物質を、高温でろ過し、空気中120℃で終夜乾燥した。得られた物質をペレット化し、ペレットを粉砕し、40〜60メッシュ画分を、ふるい分けすることによって分離した。物質を、次いで300℃で1時間焼成した。物質を、次いで硫化し、ディーゼル試験手順D5を用いて試験した。
実施例W(Ni0.9−W1、R1、HT、150℃)
触媒を、マイクロ波照射で加熱されたオートクレーブ反応器中自原的圧力下に、反応温度150℃および反応時間30分で調製した。水100cc中硝酸ニッケル六水和物(0.036モルNi)10.48gの溶液へ、メタタングステン酸アンモニウム(0.04モルW)9.86gおよび水酸化アンモニウム溶液(0.08モルNHOH)約6mlを加えた。懸濁液を、全容積275ccの密封されたWeflon(商標)槽に入れ、10℃/分で150℃へ加熱し、その温度で、連続的に撹拌しながら30分間保持した。試料を室温へ冷却し、固形物をろ過し、洗浄し、終夜120℃で乾燥した。得られた物質をペレット化し、ペレットを粉砕し、40〜60メッシュ画分を、ふるい分けすることによって分離した。物質を、次いで300℃で1時間焼成した。物質を、次いで硫化し、ディーゼル試験手順D5を用いて試験した。
実施例X(Ni1−W1、R2、90℃)
メタタングステン酸アンモニウム(NH1240(0.2モルW)49.2gを、水800mlに溶解した。これは、室温で、pH約5.2の溶液をもたらした。この溶液を、続いて、90℃へ加熱した(溶液A)。ヒドロキシ炭酸ニッケル2NiCO 3Ni(OH) 4HO(0.2モルNi)23.5gを、水200mlに懸濁し、この懸濁液を、90℃へ加熱した(懸濁液B)。次いで、懸濁液Bを、溶液Aへ10分間で添加し、得られた懸濁液を、90℃で、連続的に撹拌しながら16時間保持した。得られた固形物を、120℃で16時間(終夜)乾燥した。得られた固形物をペレット化し、ペレットを粉砕し、40〜60メッシュ画分を、ふるい分けすることによって分離した。物質を、次いで硫化し、ディーゼル試験手順D5を用いて試験した。
実施例Y(Ni1−W1、R2、HT、150℃)
触媒を、マイクロ波照射で加熱されたオートクレーブ反応器中自原的圧力下に、反応温度150℃および反応時間約6時間で調製した。炭酸ニッケル(0.03モルNi)3.52gを、メタタングステン酸アンモニウム(0.03モルW)7.40gと共に水150ccへ加えた。懸濁液を、全容積275ccの密封されたWeflon(商標)槽に入れ、マイクロ波照射により、10℃/分で150℃へ加熱し、自原的圧力下に、その温度で、連続的に撹拌しながら6時間保持した。試料を室温へ冷却し、固形物をろ過し、終夜120℃で乾燥した。得られた物質をペレット化し、ペレットを粉砕し、40〜60メッシュ画分を、ふるい分けすることによって分離した。物質を、次いで300℃で1時間焼成した。物質を、次いで硫化し、ディーゼル試験手順D5を用いて試験した。
ディーゼル試験手順D1
触媒を、流下式管状反応器で試験した。各反応管は、触媒10mlを、等量のSiC粒子と混合し、かつSiC粒子層の間に挟んで含む。試験する前に、触媒を、表2に記載される原料を用いる液相予備硫化により予備硫化した。これは、二硫化ジメチルで、全硫黄含有量3.7重量%へスパイクされたものである。予備硫化触媒を、次いで、表2に示される特性を有するディーゼル原料材の水素処理で試験した。
Figure 2009513786
触媒を、表3に示される二つの条件下で試験した。
Figure 2009513786
ディーゼル試験手順D2
触媒を、反応器に、D1に記載されると類似の方法で充填した。試験する前に、触媒を、表4に下記される原料を用いる液相予備硫化により予備硫化した。これは、二硫化ジメチルで、全硫黄含有量3.7重量%へスパイクされたものである。予備硫化触媒を、次いで、表4に示される特性を有するディーゼル原料材の水素処理で試験した。
Figure 2009513786
触媒を、表5に示される二つの条件下で試験した。
Figure 2009513786
ディーゼル試験手順D3
触媒を、反応器に、D1に記載されると類似の方法で充填した。試験する前に、触媒を、表6に下記される原料を用いる液相予備硫化により予備硫化した。これは、二硫化ジメチルで、全硫黄含有量3.7重量%へスパイクされたものである。予備硫化触媒を、次いで、表6に示される特性を有するディーゼル原料材の水素処理で試験した。
Figure 2009513786
触媒を、表7に示される二つの条件下で試験した。
Figure 2009513786
ディーゼル試験手順D4
触媒を、第一の条件における他の空間速度を除いて、D3に示されるように試験した。
Figure 2009513786
ディーゼル試験手順D5
触媒を、反応器に、D1に記載されるのと類似の方法で充填した。試験する前に、触媒を、表9に下記されるLGO原料を用いる液相予備硫化により予備硫化した。これは、二硫化ジメチルで、全硫黄含有量3.7重量%へスパイクされたものである。予備硫化触媒を、次いで、表9に示される特性を有するディーゼル原料材の水素処理で試験した。
Figure 2009513786
触媒を、表10に示される二つの条件下で試験した。
Figure 2009513786
Figure 2009513786
Figure 2009513786
ディーゼル試験手順D2で得られた結果は、R3によって得られた三元金属触媒が、R2によって調製された二元金属触媒より活性であることを示す。
ディーゼル試験手順D1で得られた結果は、Ni/Wモル比1.5を含む合成混合物から、R3によって得られたニッケルタングステン二元金属触媒が、Ni/Moモル比1.5を有する合成混合物から、R3によって得られたニッケルモリブデン二元金属触媒より活性であり、またR3によって得られた三元金属バルク触媒より活性であることを示す。
ディーゼル試験手順D3およびD4で得られた結果は、Ni/Wモル比1未満を有する活性二元金属ニッケルタングステン触媒が、水熱条件を用いて、R3によって得られることができることを示す。
ディーゼル試験手順D5で得られた結果は、より長い反応時間が、大気合成条件下で十分に活性な二元金属触媒を、低いNi/Wモル比を含む合成混合物から得るのに必要であること、および水熱条件は、これらの触媒を調製するのに好ましいことを示す。ディーゼル試験手順D5で得られた結果はまた、合成混合物中の少量のNbが、触媒性能に好都合な効果をもたらすことを示す。

Claims (23)

  1. 炭化水素原料を水素処理する方法であって、前記原料を、触媒有効量のバルク触媒の存在下に、接触転化条件下で水素と接触させる工程を含み、
    前記バルク触媒は、第VIII族金属および第VIB族金属を含み、
    前記触媒は、非晶質触媒でなく、また第VIB族金属がタングステンである場合には、次の条件(a)〜(d)のうち少なくとも一つを満たすことを特徴とする水素処理方法。
    (a)前記原料は、硫黄および窒素の両方を含む
    (b)前記触媒は、合成から、前記原料および水素を接触させる工程まで、400℃より低い温度で保持されている
    (c)前記触媒は、第一の固体金属化合物および第二の固体金属化合物から合成され、いずれも、少なくとも一部が、触媒の合成を通じて固体状態のままである
    (d)前記触媒は、ニッケル/タングステンモル比が1.5未満のニッケルタングステン酸化物バルク金属触媒である
  2. 前記バルク触媒は、
    (i)ニッケルを含む第一の固体金属化合物、およびタングステンを含む第二の固体金属化合物のプロトン性液体中スラリーを形成する工程;
    (ii)前記第一および第二の固体金属化合物を、高温で圧力下に、ニッケルタングステンバルク触媒粒子を形成するのに十分な時間反応させる工程であって、それにより、前記第一および第二の固体金属化合物は、少なくとも一部が、ニッケルタングステン酸化物バルク触媒粒子を形成する反応全体を通じて固体状態のままである工程;
    (iii)前記酸化物バルク触媒粒子をスラリーから分離する工程;および
    (iv)前記酸化物バルク触媒粒子を、温度250〜450℃であるが、結晶質斜方晶系NiWO構造への転移が生じる温度未満で熱処理する工程
    を含む方法によって製造されるニッケルタングステン酸化物バルク触媒粒子を含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
  3. 前記ニッケルタングステン酸化物バルク金属触媒は、前記炭化水素原料と接触する前に硫化されていることを特徴とする請求項1または2に記載の方法。
  4. 前記バルク触媒は、第VIII族金属/第VIB族金属モル比0.2〜1.5を有することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の方法。
  5. 前記工程(ii)は、プロトン性液体の大気沸点超の温度で行われ、前記反応は、密封された槽中で、自原的圧力下に行われることを特徴とする請求項4に記載の方法。
  6. 前記工程(ii)は、2〜10時間行われることを特徴とする請求項5に記載の方法。
  7. 前記反応混合物は、第V族金属を、0.1〜10モル%(好ましくは1〜6モル%)の(第VIB族金属の全量に対する)量で更に含むことを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の方法。
  8. 前記第V族金属は、ニオブであることを特徴とする請求項7に記載の方法。
  9. 前記ニッケルタングステン酸化物バルク金属触媒は、第VIB族金属として実質的にタングステンのみ、および第VIII族金属として実質的にタングステンのみを含むことを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の方法。
  10. 前記バルク触媒は、少なくとも一部が、単一の反射を58゜〜65゜に有し、且つ主反射を35゜および53゜近くに有するX線回折パターンによって特性付けられる六方晶系構造を有することを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載の方法。
  11. 前記X線回折パターンにおける前記主反射は、半値全幅(FWHM)2.5未満を有することを特徴とする請求項10に記載の方法。
  12. 前記触媒は、結合剤物質、従来の水素処理触媒、または分解化合物からなる群から選択される一種以上の物質0〜40重量%(バルク触媒の全重量に対する重量%)を含むことを特徴とする請求項1〜11のいずれかに記載の方法。
  13. 請求項1〜12のいずれかに記載の方法を含むことを特徴とする水素化分解原料ストリームの前処理方法。
  14. 脱硫工程として、請求項1〜12のいずれかに記載の方法を含むことを特徴とする潤滑油の製造方法。
  15. 炭化水素生成物をプロセスから回収する工程を更に含み、前記炭化水素生成物は、前記炭化水素原料より、少ない窒素、少ない硫黄、または少ない硫黄および少ない窒素を含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
  16. 前記原料は、硫黄および窒素を含む炭化水素油であり、前記硫黄および窒素の少なくとも一部は、有機的に結合された形態にあり、前記炭化水素生成物は、硫黄30ppm未満を含むことを特徴とする請求項15に記載の方法。
  17. 硫黄および窒素の少なくとも一種を含む蒸気生成物を形成する工程を更に含むことを特徴とする請求項16に記載の方法。
  18. 前記蒸気生成物を前記炭化水素生成物から分離する工程、および前記蒸気生成物をプロセスから追い出す工程を更に含むことを特徴とする請求項17に記載の方法。
  19. 前記炭化水素生成物を(i)水素化分解する工程および(ii)水素添加する工程の少なくとも一種を更に含むことを特徴とする請求項18に記載の方法。
  20. 前記炭化水素生成物は、貯蔵および/または更なる処理のために、プロセスから回収されることを特徴とする請求項18に記載の方法。
  21. 前記炭化水素生成物を用いて、(i)燃料油、(ii)ディーゼル油、(iii)潤滑油または(iv)潤滑油基油の少なくとも一種が形成される工程を更に含むことを特徴とする請求項20に記載の方法。
  22. 前記分解化合物は、リン、フッ素またはその両者を含む一種以上の溶解性化合物を含むことを特徴とする請求項12に記載の方法。
  23. 炭化水素原料の水素処理方法であって、前記原料を、触媒有効量のバルク触媒の存在下に、接触転化条件下で水素と接触させる工程を含み、
    前記バルク触媒は、ニッケルおよびタングステンを含み、
    前記原料は、硫黄および窒素の両者を含む
    ことを特徴とする方法。
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