JP2021533250A - 石油炭化水素を触媒的に変換するための方法 - Google Patents
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Abstract
石油炭化水素を接触分解する方法は、石油炭化水素供給物を触媒と接触させて、アップグレードされた石油炭化水素を形成することを含み得る。触媒は、酸化鉄、酸化コバルト、および酸化銅を含み得る。また、ここに開示される触媒を利用することにより、地下石油炭化水素の粘度を低下させるための方法も開示される。
Description
関連出願の相互参照
本開示は、「ＭＥＴＨＯＤＳ ＦＯＲ ＣＡＴＡＬＹＴＩＣＡＬＬＹ ＣＯＮＶＥＲＴＩＮＧ ＰＥＴＲＯＬＥＵＭ ＨＹＤＲＯＣＡＲＢＯＮＳ」と題された米国仮特許出願第６２／７１１，８６３号に対する優先権を主張し、その全体が参照により本開示に組み込まれる。
本開示は、「ＭＥＴＨＯＤＳ ＦＯＲ ＣＡＴＡＬＹＴＩＣＡＬＬＹ ＣＯＮＶＥＲＴＩＮＧ ＰＥＴＲＯＬＥＵＭ ＨＹＤＲＯＣＡＲＢＯＮＳ」と題された米国仮特許出願第６２／７１１，８６３号に対する優先権を主張し、その全体が参照により本開示に組み込まれる。
本開示は、一般に、触媒に関し、より具体的には、担持された金属触媒およびその製造方法に関する。
背景技術
様々な化学プロセスが触媒によって促進される。例えば、触媒は、炭素−炭素結合を切断して新しいより小さな分子を形成する分解反応に利用され得る。そのような分解反応は、石油原料などの物質を、より高品質の油などの所望の生成物に化学的に変換し得る。
様々な化学プロセスが触媒によって促進される。例えば、触媒は、炭素−炭素結合を切断して新しいより小さな分子を形成する分解反応に利用され得る。そのような分解反応は、石油原料などの物質を、より高品質の油などの所望の生成物に化学的に変換し得る。
したがって、分解などの様々な化学プロセスに有用であり得る触媒が必要とされている。ここに記載される１つ以上の実施形態によれば、鉄、コバルト、および銅を含む担持触媒は、タールまたは原油などの石油化学炭化水素の分解などのプロセスのための効果的な触媒であり得る。ここに記載される触媒は、反応物の石油化学炭化水素の粘度と比較して、低粘度の生成物への変換に対して比較的良好な選択性で石油化学炭化水素を分解し得る。例えば、ここに開示される触媒は、タールなどの比較的重質の石油供給物の、より価値のある液体石油化学製品または少なくとも効率的に輸送することができる液体製品への変換を触媒することにおいて良好な機能を有し得る。例えば、タールまたは高粘度原油などの石油ベースの原料をアップグレードして、より大きなＡＰＩ比重を有する生成物を形成し得ると考えられる。
１つ以上の実施形態では、ここに開示される触媒は、まだ地下にある間にタールの粘度を低下させて、表面へのそれらの輸送がより効率的になるようにすることができる。追加の実施形態では、ここに開示される触媒は、当業者によって理解されるように、場合により、他の精製プロセスとともに、精製工程における分解において有益であり得る。
ここに記載される触媒には、鉄、コバルト、および銅が含まれ得る。鉄、コバルト、および銅は、酸化金属として（特定の金属酸化物を１つのみ含む化合物として、または酸化形態で複数の金属を含む化合物としてのいずれかで）触媒中に存在し得る。ここに開示される多金属触媒は、触媒として１つまたは２つの金属のみを含有する従来の触媒と比較して、好ましい触媒性能を有し得ると考えられる。ここに記載されるそのような多金属触媒は、特定の反応のための相互作用エネルギーの微調整を可能にし得、異なる反応ステップのための多数の触媒中心を提供し得る。これらの特性は、ここに開示される多金属触媒に、より低い温度でもより高い効率および液体収率に対する生成物選択性を有する分解の利益を提供し得る。
１つ以上の実施形態によれば、石油炭化水素を接触分解する方法は、石油炭化水素供給物を触媒と接触させて、アップグレードされた石油炭化水素を形成することを含み得る。触媒は、酸化鉄、酸化コバルト、および酸化銅を含み得る。地下石油炭化水素の粘度を低下させるための方法も開示される。
１つ以上の追加の実施形態によれば、地下石油炭化水素の粘度を低下させるための方法は、石油炭化水素貯留層内で地下石油炭化水素を加熱することと、加熱された地下石油炭化水素を触媒と接触させて、地下石油炭化水素の粘度を低下させることと、を含み得る。触媒は、酸化鉄、酸化コバルト、および酸化銅を含み得る。
本開示の概念は、重油またはポリスチレンなどの石油化学製品の分解のための分解触媒を主に参照して、１つ以上の実施形態をここに記載するが、ここに開示される概念は、他の触媒機能への適用性を享受すると考えられる。例えば、限定としてではなく、本開示の概念は、炭素−炭素結合の切断から利益を得る可能性がある他の接触分解プロセスへの適用性を享受すると考えられる。
本開示の特定の実施形態の以下の詳細な説明は、同様の構造が同様の参照番号で示される以下の図面と併せて読むと、最もよく理解することができる。
以下の詳細な説明は、ここに開示される触媒の１つ以上の実施形態を説明する。本開示の１つ以上の実施形態は、酸化鉄、酸化コバルト、および酸化銅を含む触媒酸化金属材料を含み得る触媒を対象とする。いくつかの実施形態では、酸化鉄、酸化コバルト、および酸化銅は、触媒中の大部分、またはすべて、または触媒酸化金属材料を含み得る。１つ以上の実施形態では、触媒は、２ｎｍ〜５０ｎｍの平均細孔径を有する細孔を含むメソポーラス担体材料（「担体」と呼ばれることもある）をさらに含み得る。追加の実施形態は、そのような触媒を作製するための方法を含む。ここに開示される触媒は、少なくとも３つの異なる金属を含む多金属触媒であり得る。
理論によって制限されることなく、少なくとも３つの金属化合物を有する多金属触媒は、構造効果、電子特性、またはその両方において、単金属または二金属触媒とは異なると考えられる。これらの特性は、場合によっては、活性、選択性、またはその両方において、単金属または二金属触媒よりも優れた利点を提示し得る。
多金属触媒中の金属は、それらの金属形態で（すなわち、純粋な金属として）存在する必要はないことを理解されたい。例えば、それらは、それらの酸化物形態で、または異なる金属原子を有する化合物中に存在し得る。例えば、鉄は、触媒中にＦｅ2Ｏ3として存在し得、または鉄およびコバルトもしくは銅などの１つ以上の追加の金属を含む酸化物化合物中に存在し得る。理論によって制限されることなく、金属の選択、それらの相互の比、触媒担体材料の選択、またはこれらの任意の組み合わせが、触媒の有効性において重要な役割を果たす可能性があると考えられる。
ここに開示される触媒は、少なくとも３つの酸化金属（すなわち、酸化鉄、酸化コバルト、および酸化銅）を含む触媒酸化金属材料を含み得る。ここに記載されるように、「酸化金属」は、１つ以上の元素金属を含む金属酸化物などの化学物質中にある任意の酸化元素金属（鉄、コバルト、または銅など）を指し得る。したがって、触媒の酸化金属は、１つ以上の異なる化合物中に含まれ得、金属複数の金属酸化物が同じ化合物中にある。例えば、ここに記載されるように、１つ以上の酸化金属を含む化学物質は、酸化状態の単一の元素金属（すなわち、単一の酸化金属）を含み得るか、あるいは、各々が酸化状態の多数の元素金属を含み得る（すなわち、少なくとも２つ以上の元素金属および酸素を含む化合物）。ここで記載されるように、元素金属は、周期表の任意の金属または半金属元素を指す。酸化金属は、いかなる酸化状態でも存在し得ることを理解されたい。酸化鉄、酸化コバルト、および酸化銅などの開示された酸化金属は、異なる化合物中にあり得、またはすべて単一の化合物中に含まれ得る。
１つ以上の実施形態によれば、触媒酸化金属材料は、少なくとも３つの金属酸化物化合物を含み得、酸化鉄、酸化コバルト、および酸化銅は、別個の金属酸化物化合物中に存在する。例えば、触媒酸化金属材料は、酸化鉄、酸化コバルト、および酸化銅を含み得る。１つ以上の実施形態では、触媒は、限定されないが、酸化鉄（ＩＩ）、酸化鉄（ＩＶ）（ＦｅＯ2）、酸化鉄（ＩＩ、ＩＩＩ）（Ｆｅ3Ｏ4）、酸化鉄（ＩＩ、ＩＩＩ）（Ｆｅ5Ｏ6）、酸化鉄（ＩＩ、ＩＩＩ）（Ｆｅ5Ｏ7、Ｆｅ25Ｏ32、もしくはＦｅ13Ｏ19）、または酸化鉄（ＩＩＩ）（Ｆｅ2Ｏ3）のうちの１つ以上を含み得る。触媒は、限定されないが、酸化コバルト（ＩＩ、ＩＩＩ）（Ｃｏ3Ｏ4）、酸化コバルト（ＩＩ）（ＣｏＯ）、または酸化コバルト（ＩＩＩ）（Ｃｏ2Ｏ3）のうちの１つ以上をさらに含み得る。限定されないが、触媒は、酸化銅（ＩＩ）（ＣｕＯ）、酸化銅（ＩＶ）（ＣｕＯ2もしくはＣｕ2Ｏ）、または酸化銅（ＩＩＩ）（Ｃｕ2Ｏ3）のうちの１つ以上を含み得る。
いくつかの実施形態によれば、触媒酸化金属材料の少なくとも９５重量％は、酸化鉄、酸化コバルト、および酸化銅の組み合わせであり得る。重量パーセントは、担体材料として特徴付けられるものを除いて、触媒中のすべての金属に基づいて計算される。一般に、これらの金属材料は、触媒の触媒機能に寄与し、担体材料上に配置される。１つ以上の実施形態では、触媒酸化金属材料の少なくとも９６重量％、少なくとも９７重量％、少なくとも９８重量％、少なくとも９９重量％、少なくとも９９．５重量％、またはさらに少なくとも９９．９重量％は、酸化鉄、酸化コバルト、および酸化銅の組み合わせであり得る。さらなる実施形態では、触媒酸化金属材料は、本質的に、酸化鉄、酸化銅、および酸化コバルトからなり得るか、またはそれらからなり得る。
追加の実施形態によれば、触媒酸化金属材料は、単一の化合物中に酸化鉄、酸化コバルト、および酸化銅の任意の組み合わせを含み得る。例えば、触媒酸化金属材料は、ここに開示される酸化鉄、酸化コバルト、または酸化銅のいずれかによって形成される化合物を含み得る。酸化鉄および酸化コバルトが単一の化合物に存在する場合、酸化鉄および酸化銅が単一の化合物中に存在する場合、または酸化コバルトおよび酸化鉄が単一の化合物中に存在する場合の実施形態が企図される。追加の実施形態は、酸化鉄、酸化コバルト、および酸化銅を含む化学物質を含む触媒を含み得る。例えば、これらに限定されないが、鉄コバルト酸化物（Ｆｅ2ＣｏＯ4）および銅コバルト酸化物（ＣｕＣｏＯ2）が触媒中に含まれ得る。１つ以上の実施形態では、酸化鉄、酸化コバルト、酸化銅の大部分は、Ｆｅ2Ｏ3、Ｃｕ2Ｏ、ＣｕＯ、およびＣｏ3Ｏ4の形態で存在し得る。
１つ以上の実施形態では、触媒中の鉄原子：コバルト原子：銅原子の重量比は、１：０．４〜０．６：０．５〜０．７であり得る。例えば、１つ以上の実施形態では、触媒中の鉄原子：コバルト原子の重量比は、１：０．４〜１：０．４２、１：０．４２〜１：０．４４、１：０．４４〜１：０．４６、１：０．４６〜１：０．４８、１：０．４８〜１：０．５、１：０．５〜１：０．５２、１：０．５２〜１：０．５４、１：０．５４〜１：０．５６、１：０．５６〜１：０．５８、１：０．５８〜１：０．６、またはそれらの任意の組み合わせであり得る。例えば、１つ以上の実施形態では、触媒中の鉄原子：銅原子の重量比は、１：０．５０〜１：０．５２、１：０．５２〜１：０．５４、１：０．５４〜１：０．５６、１：０．５６〜１：０．５８、１：０．５８〜１：０．６、１：０．６〜１：０．６２、１：０．６２〜１：０．６４、１：０．６４〜１：０．６８、１：０．６８〜１：０．７０、またはそれらの任意の組み合わせであり得る。ここに開示される多数の部分範囲を含む範囲が企図されることを理解されたい。３つの構成成分の比が開示される場合、それらの構成成分のうちの任意の２つは、ここに記載されるように定義された比を有すると企図されることを理解されたい。
理論に拘束されることなく、少なくともいくつかの反応が、担持触媒上で起こるとき、触媒担体材料の特性が反応に影響を与え得ると考えられる。例えば、触媒機能に影響を与え得る触媒担体材料の特性には、関連する溶媒における担体の溶解度、担体の表面積、担体の細孔径、および担体の酸性度のうちの１つ以上が含まれる。
１つ以上の実施形態によれば、触媒担体は、メソポーラスであり得る。特定の理論に拘束されることなく、触媒性能に影響を与え得る触媒担体の別の特性は、細孔径であり得る。多孔性材料は、ミクロポーラス材料、メソポーラス材料、およびマクロポーラス材料として定義することができる。ミクロポーラス材料の細孔径は、２ｎｍ未満であり、メソポーラス材料の細孔径は、２ｎｍ〜５０ｎｍであり、マクロポーラス材料の細孔径は、５０ｎｍを超える。この用途では、個々の各細孔の直径が変動するため、ミクロポーラス、メソポーラス、およびマクロポーラスのカテゴリーはすべて、平均細孔径を指すために使用される。一部の材料は、平均サイズのクラスターを有するか、または細孔構造が大きく異なる階層的であり得るため、１つの材料が多数の細孔径の特徴を有することが可能である。例えば、活性炭は、合成方法に応じて、メソポーラス、ミクロポーラス、またはその両方であり得る。
細孔径は、表面積に影響し得るが、触媒では、細孔径は、どの試薬が細孔内にある触媒中心に到達することができるかに影響を及ぼすのにも役立ち得る。したがって、理論によって制限されることなく、触媒の細孔径が活性および選択性の両方に影響を与え得ると考えられる。ここに記載される触媒は、シリカ、アルミナ、アルミノケイ酸塩、または活性炭などのうちの１つ以上のメソポーラス担体材料を含み得る。
１つ以上の実施形態によれば、触媒の表面積は、１グラムあたり１００平方メートル（ｍ2／ｇ）以上であり得る。例えば、触媒の表面積は、１２５ｍ2／ｇ以上、１５０ｍ2／ｇ以上、１７５ｍ2／ｇ以上、２００ｍ2／ｇ以上、２２５ｍ2／ｇ以上、またはさらに２５０ｍ2／ｇ以上であり得る。触媒の表面積は、主に担体材料の関数であり得る。触媒担体材料の表面積は、担体表面に結合した触媒の利用率を決定するために重要であり得る。理論によって制限されることなく、試薬によってアクセス可能な触媒中心のみが反応に参加することができると考えられており、したがって、試薬によってアクセス不可能な触媒中心は、本質的に無駄になる。比較的大きな表面積の担体を提供することにより、比較的大きな表面積／体積比を有するより小さな触媒粒子を使用し得ると考えられる。担体の表面積は、伝統的に、ｍ2／ｇなどの質量に対する表面積、または１立方メートルあたりの平方メートル（ｍ2／ｍ3）などの体積に対する表面積の単位で表される。触媒担体材料の実際の表面積の決定は、多くの場合、ブルナウアー−エメット−テラー（ＢＥＴ）表面積測定などの分子吸着試験によって実行される。
１つ以上の実施形態によれば、メソポーラス担体材料の表面積は、７００平方メートル／グラム（ｍ2／ｇ）以下であり得る。より小さい表面積のメソポーラス担体材料は、例えば、ポリスチレンまたは石油タールの分解を伴う反応において、液体製品の製造の増加につながり得ることが予想外に見出された。理論によって制限されることなく、より大きな表面積のメソポーラス担体材料は、オリゴマー化経路を優先的に担持すると考えられる。オリゴマー化経路に対するこの選好は、価値のある液体製品の製造を妨げる場合がある。例えば、メソポーラス担体材料の表面積は、６００ｍ2／ｇ以下、５００ｍ2／ｇ以下、４５０ｍ2／ｇ以下、４００ｍ2／ｇ以下、３５０ｍ2／ｇ以下、３００ｍ2／ｇ以下、２５０ｍ2／ｇ以下、２００ｍ2／ｇ以下、１５０ｍ2／ｇ以下、１００ｍ2／ｇ以下、またはさらに５０ｍ2／ｇ以下であり得る。
１つ以上の実施形態によれば、触媒、担体、またはその両方は、反応中に存在するいかなる液体にも不溶性であり得る。関連する溶媒中の触媒担体の不混和性は、触媒反応の不均一性を確実にし得る。生成物と触媒との分離が容易であるため、均一系触媒反応よりも不均一系触媒反応が望まれ得る。不均一系触媒反応は、本開示において、触媒および少なくともいくつかの生成物が異なる相にあるものとして定義される。例えば、固相触媒と固相反応物および少なくとも１つの液相または気相生成物との反応は、不均一と呼ばれる。
１つ以上の実施形態によれば、メソポーラス担体材料は、ガンマアルミナなどのアルミナ材料を含み得る。本開示で使用される場合、場合により、本開示において「酸化アルミニウム」または「アルミナ」とも呼ばれる「アルミナ材料」は、化学式Ａｌ2Ｏ3を共有する材料のカテゴリーである。アルミナ材料は、１つ以上の実施形態では、その両性の性質、比較的大きな表面積、比較的低いコスト、比較的大きな熱伝導率、水性溶媒への不溶性、またはメソポーラス構造のうちの１つ以上のために好適な触媒担体であり得る。アルミナ材料は、アルミナ、アルファアルミナ、ベータアルミナ、ガンマアルミナ、およびシータアルミナを含むがこれらに限定されない、種々の構造に形成することができる。アルファアルミナは、表面積が比較的小さく、触媒活性がほとんどまたはまったくないと考えられる。ベータアルミナは、やや大きな表面積を有する六角形であると考えられる。１つ以上の実施形態では、ガンマアルミナは、その比較的大きな比表面積、比較的大きな活性、良好な耐熱性、およびメソ多孔性のうちの１つ以上のために、触媒で使用するための最も望ましい相であり得る。１つ以上の実施形態によれば、触媒は、摂氏７５０度（℃）を超える、１０００℃を超える、またはさらに１５００℃を超えるなどの５００℃を超える温度に対して熱的に安定であり得る。
１つ以上の実施形態では、担体材料は、少なくとも９５重量パーセント（重量％）、少なくとも９６重量％、少なくとも９７重量％、少なくとも９８重量％、少なくとも９９重量％、少なくとも９９．５重量％、少なくとも９９．９重量％のアルミナを含み得るか、またはさらにアルミナからなる。理論によって制限されることなく、ここで記載されるようないくつかの反応では、アルミナは、良好な表面酸性度レベルを有し、ポリスチレンまたは石油タールから液体製品を製造することができると考えられる。さらに、アルミニウム／シリカハイブリッド（アルミノケイ酸塩およびケイ酸アルミニウムと呼ばれる）は、純粋なアルミナに対して高い表面酸性度レベルを有すると考えられる。したがって、担持材料が比較的大量のアルミニウム／シリカハイブリッド（例えば、５重量％、１０重量％、または２５重量％を超える）を含む場合、それは、架橋反応に有利に働き、液体製品の製造を妨げる傾向がある。
追加の実施形態では、担体材料は、少なくとも５０重量％、少なくとも７５重量％、少なくとも９５重量％、またはさらに少なくとも９９重量％のガンマアルミナを含み得る。
１つ以上の実施形態によれば、メソポーラス担体材料は、シリカ材料を含み得る。本開示で使用される場合、シリカ材料は、場合により、「シリカ」または「二酸化ケイ素」とも本開示で呼ばれ、化学式ＳｉＯ2を共有する材料のカテゴリーである。いくつかの触媒反応では、シリカ材料は、酸性部位がないため、アルミナ材料よりも有利に存在し得る。純粋なシリカ材料は、アルファ石英、ベータ石英、アルファトリジマイト、ベータトリジマイト、アルファクリストバライト、ベータクリストバライト、２次元シリカシート、および他の多くの構造として存在し得る。１つ以上の実施形態では、担体材料は、少なくとも５０重量％、少なくとも７５重量％、少なくとも９５重量％、またはさらに少なくとも９９重量％のシリカ材料を含み得る。
１つ以上の追加の実施形態では、触媒は、ケイ酸塩またはアルミノケイ酸塩を含む階層構造化された材料を含み得る。例えば、触媒は、物質番号４１のモービル組成物（ＭＣＭ−４１）に担持され得る。アルミノケイ酸塩と呼ばれる混合アルミナ−シリカ材料は、アルミナおよびシリカ材料の両方の利点のいくつかを提示する。これらの混合材料は、ＭＣＭ−４１などの階層構造を有する材料にも形成され得る。本開示で使用される場合、ＭＣＭ−４１は、特定の階層構造を有するメソポーラスシリカまたはアルミノケイ酸塩材料のファミリーを指す。理論によって制限されることなく、ゼオライトとは異なり、ＭＣＭ−４１にはブレンステッド酸中心がなく、その酸性度は、アモルファスアルミノケイ酸塩の酸性度に匹敵すると考えられる。アモルファスアルミノケイ酸塩に匹敵するこの酸性度により、ＭＣＭ−４１がポリマーの架橋が望ましくない反応に好適な担体になる。
１つ以上の実施形態では、担体材料は、少なくとも５０重量％、少なくとも７５重量％、少なくとも９５重量％、またはさらに少なくとも９９重量％の１つ以上の階層構造化された材料、そのような階層構造のアルミノケイ酸塩を含み得る。追加の実施形態では、担体材料は、少なくとも５０重量％、少なくとも７５重量％、少なくとも９５重量％、またはさらに少なくとも９９重量％のＭＣＭ−４１を含み得る。
１つ以上の追加の実施形態では、触媒担体は、活性炭を含み得る。一般に、活性炭は、多孔性が増加して表面積が増加するように処理された炭素の形態である。活性炭は、それが製造され得る処理条件に基づく、１つ以上の直径の細孔を有し得る。それはまた、その表面への化学修飾によってさらに活性化され得る。活性炭は、調整可能な細孔径を有する安価で比較的大きな表面積の触媒担体を提示し得る。１つ以上の実施形態では、担体材料は、少なくとも５０重量％、少なくとも７５重量％、少なくとも９５重量％、またはさらに少なくとも９９重量％の活性炭を含み得る。
１つ以上の実施形態では、触媒担体材料は、ゼオライトを実質的に含まなくてもよい。触媒担体材料の１つの一般的なクラスは、ゼオライトである。ゼオライトは、比較的大きな酸性度およびミクロポーラス構造を有する傾向がある。このより大きな酸性度は、いくつかの反応に悪影響を与える可能性がある。例えば、ポリスチレンが存在する場合、ゼオライトのより大きな酸性度が架橋反応を引き起こし得ると考えられる。これらの架橋反応は、ポリスチレンの分解を阻害し得る。理論によって制限されることなく、ゼオライト上の細孔などの微細細孔は、ポリスチレン側鎖などの特定の試薬によってブロックされ得るような不十分なサイズであり得ると考えられる。
１つ以上の実施形態によれば、触媒は、カーボンナノチューブを実質的に含まなくてもよい。一般に、カーボンナノチューブは、円筒形のナノ構造に加工された炭素の形態である。それらは、０．３ｎｍ〜１００ｎｍの範囲の直径を有する単一壁（ＳＷＮＴ）および多数壁（ＭＷＮＴ）を含む形態をとり得る。カーボンナノチューブの構造は、真に多孔性ではないが、チューブに形成されたグラフェンシートにより類似している。理論によって制限されることなく、カーボンナノチューブは、その構造のために、極端な表面積対質量比を有することができると考えられる。カーボンナノチューブは、凝集する傾向があり、反応生成物がカーボンナノチューブのチューブセクションへの侵入をブロックし得るため、触媒状況において課題を提示し得ると考えられる。
１つ以上の実施形態によれば、触媒中の鉄原子、コバルト原子、および銅原子の合計重量は、触媒の総重量の０．１パーセント（％）〜２０％であり得る。活性触媒金属材料と触媒担体材料との比は、触媒活性およびコストの両方に実質的な影響を及ぼし得る。一般に、触媒担体材料は、活性触媒金属材料よりも安価である。このコスト差のために、活性または選択性に影響を与えることなく、これが可能であり得る範囲で、活性触媒金属材料の負荷を最小限に抑えることが望ましい場合がある。例えば、１つ以上の実施形態では、触媒中の鉄原子、コバルト原子、および銅原子の合計重量は、０．００１％〜０．０１％、０．０１％〜０．１％、０．１％〜０．５％、０．５％〜１％、１％〜２％、２％〜３％、３％〜４％、４％〜５％、５％〜６％、６％〜７％、７％〜８％、８％〜９％、９％〜１０％、１０％〜１１％、１１％〜１２％、１２％〜１３％、１３％〜１４％、１４％〜１５％、１５％〜１６％、１６％〜１７％、１７％〜１８％、１８％〜１９％、１９％〜２０％、またはそれらの任意の組み合わせであり得る。ここに開示される多数の部分範囲を含む範囲が企図されることを理解されたい。
いくつかの実施形態によれば、触媒の少なくとも９５重量％は、触媒酸化金属材料とメソポーラス担体材料との組み合わせであり得る。すなわち、個別の触媒粒子の各々は、少なくとも９５重量％、少なくとも９６重量％、少なくとも９７重量％、少なくとも９８重量％、少なくとも９９重量％、または少なくとも９９．５重量％の触媒酸化金属材料とメソポーラス担体材料との組み合わせを含む。
一般に、製造方法は、触媒の最終特徴に大きな影響を及ぼし得る。場合によっては、ここに開示される触媒の製造方法は、触媒部位の場所、触媒金属の酸化状態、結晶構造、および触媒材料間の結合に影響を与え得る。
１つ以上の実施形態によれば、触媒を作製する方法は、鉄前駆体、銅前駆体、およびコバルト前駆体をメソポーラス担体材料と接触させて、含浸担体材料を形成し、含浸担体材料をか焼して、触媒を形成することを含み得る。触媒は、前駆体から形成され得る酸化鉄、酸化コバルト、および酸化銅を含み得る。図１に示されるような１つ以上の実施形態では、そのような方法は、後に記載されるように、触媒を調製するための追加のステップを含み得る。
図１は、ここに記載される触媒を形成する１つ以上の実施形態のフローチャートを示す。図１に記載の１つ以上の実施形態によれば、触媒を作製する方法は、含浸溶液調製ステップ１０１、触媒担体材料排出ステップ１０２、含浸溶液が、排出された触媒担体材料と接触し得る接触ステップ１０３、圧力回復ステップ１０４、撹拌ステップ１０５、乾燥ステップ１０６、およびか焼ステップ１０７を含み得る。
さらに図１を参照すると、この方法は、含浸溶液調製ステップ１０１を含み得る。含浸溶液調製ステップは、触媒前駆体を溶媒と接触させて、含浸溶液を形成することを含み得る。含浸溶液調製ステップは、含浸溶液をメソポーラス担体材料と接触させる前に、含浸溶液を撹拌または混合することをさらに含み得る。溶媒は、水、または酸、または塩基、または有機液体、またはイオン液体、または金属前駆体を溶解することができる任意の他の物質であり得る。ここに記載されるように、触媒前駆体は、鉄、コバルト、銅、またはこれらの任意の組み合わせなどの触媒中の金属の材料を含み得る。
１つ以上の実施形態では、ここに開示される触媒は、金属前駆体から調製され得る。一般に、金属前駆体（すなわち、鉄前駆体、銅前駆体、および銅前駆体）は、触媒中で金属を形成するように変換される。例えば、前駆体の金属部分は、触媒の金属構成成分になり得、前駆体の他の有機成分は、触媒形成プロセスで燃え尽き得る。
１つ以上の実施形態では、金属前駆体は、前駆体溶液の選択された溶媒に可溶であり得る。本開示に記載されているものなどの液体合成手順における金属前駆体の１つの重要な特徴は、金属前駆体と選択された溶媒との適合性であり得る。理論によって制限されることなく、選択された溶媒に溶解しない金属前駆体は、触媒担体材料を効果的にコーティングするのに十分な分散を達成しない場合があると考えられる。
１つ以上の実施形態では、触媒前駆体は、硝酸鉄非水和物（Ｆｅ（ＮＯ3）3・９Ｈ2Ｏ）、硝酸銅三水和物（Ｃｕ（ＮＯ3）2・３Ｈ2Ｏ）、および硝酸コバルト六水和物（Ｃｏ（ＮＯ3）2・６Ｈ2Ｏ）を含み得る。追加の実施形態では、鉄前駆体は、コハク酸鉄（ＩＩ）（Ｃ4Ｈ6ＦｅＯ4）、アセチルアセトナート第二鉄（Ｃ15Ｈ21ＦｅＯ6）、塩化鉄（ＩＩＩ）（ＦｅＣｌ3）、塩化鉄（ＩＩ）（ＦｅＣｌ2）、酢酸鉄（ＩＩ）（Ｆｅ（Ｃ2Ｈ3Ｏ2）2）、または鉄以外の元素を加熱もしくは酸化によって除去することができる任意の他の好適な鉄含有化合物を含み得る。代替の実施形態では、銅前駆体は、酢酸銅（Ｉ）（Ｃ2Ｈ3ＣｕＯ2）、硫酸銅（ＩＩ）（ＣｕＳＯ4）、酢酸銅（ＩＩ）（Ｃ4Ｈ6ＣｕＯ4）、ビス（アセチルアセトナート）銅（ＩＩ）（Ｃ10Ｈ14ＣｕＯ4）、または銅以外の元素を加熱もしくは酸化によって除去することができる任意の他の好適な銅含有化合物を含み得る。代替の実施形態では、コバルト前駆体は、塩化コバルト（ＩＩ）−ＣｏＣｌ2、酢酸コバルト（ＩＩ）（（ＣＨ3Ｏ2）2）、アセチルアセトナートコバルト（Ｃｏ（Ｃ5Ｈ7Ｏ2）3）、またはコバルト以外の元素を加熱もしくは酸化によって除去することができる任意の他の好適なコバルト含有化合物を含み得る。
さらに図１を参照すると、触媒担体材料排出ステップ１０２は、メソポーラス担体材料が鉄前駆体、銅前駆体、およびコバルト前駆体と接触する前に、メソポーラス担体材料を排出することを含み得る。さらに図１を参照し、理論によって制限されることなく、メソポーラス担体材料が排出され（ステップ１０２）、次いで含浸溶液と接触させ（ステップ１０３）、次いで圧力回復ステップ１０４を受けるとき、結果として生じる細孔と周囲空気との間に生じる圧力差は、表面張力を克服し、含浸溶液を細孔に押し込むのに役立ち得ることが考えられる。本開示で使用される場合、排出という用語は、一定期間真空下に保持することを意味する。本開示で使用される場合、「真空」という用語は、絶対真空を指すだけでなく、７５５トル未満、７００トル、６００トル、４００トル、１００トル、１０トル、１トル、または０．００１トルの絶対圧力などの大気圧未満の任意の圧力を指し得ることも理解されたい。
いくつかの実施形態によれば、排出ステップ１０２は、真空下で、例えば、８０℃〜９０℃、９０℃〜１００℃、１００℃〜１１０℃、１１０℃〜１２０℃、１２０℃〜１３０℃、もしくはさらに１３０℃超、またはこれらの範囲の任意の組み合わせの温度で一定時間、メソポーラス担体材料を保持することを含み得る。いくつかの実施形態によれば、持続時間は、１分（分）〜１０分（分）、１０分〜２０分、２０分〜４０分、４０分〜８０分、８０分〜１６０分、１６０分〜３００分、３００分〜６００分、６００分〜１２００分、１２００分〜２４００分、２４００分〜４８００分、もしくは４８００分超、またはこれらの範囲の任意の組み合わせであり得る。
さらに図１を参照すると、撹拌ステップ１０５は、４０℃〜５０℃、５０℃〜６０℃、６０℃〜７０℃、７０℃〜８０℃などの４０℃〜８０℃、またはそれらの任意の組み合わせの温度で、含浸された担体材料を撹拌することを含み得る。撹拌という用語は、例えば、撹拌、超音波処理、振とう、混合などであるがこれらに限定されない、溶液内の分子間の相互作用の増加を引き起こす任意の作用を意味することを意図すると理解されたい。１つ以上の実施形態によれば、担体材料の撹拌は、６０℃、４０℃〜５０℃、５０℃〜６０℃、６０℃〜７０℃、７０℃〜８０℃、またはそれらの任意の組み合わせの温度で３時間生じる。
記載の実施形態によれば、メソポーラス担体材料の含浸は、メソポーラス担体材料を１つ以上の金属触媒前駆体を含む溶液と接触させることを含み得る。例えば、担体材料は、１つ以上の金属触媒前駆体を含む溶液に浸漬されてもよく、含浸方法は時に飽和含浸と称される。飽和含浸の実施形態では、担体は、担体によって吸収される金属触媒前駆体の２〜４倍を含む量の溶液に浸漬することができ、残りの溶液はその後除去される。別の実施形態によれば、その含浸は、時に毛細管含浸または乾式含浸と称される初期湿式含浸によるものであり得る。初期湿式含浸の実施形態では、金属触媒前駆体含有溶液を担体と接触させ、溶液の量は担体の細孔容積にほぼ等しく、毛管作用により溶液を細孔中に引き込むことができる。
再び図１を参照すると、この方法は、含浸された担体材料を乾燥させることを含み得る乾燥ステップ１０６を含み得る。乾燥は、８０℃〜１５０℃の温度の真空下であり得る。１つ以上の実施形態によれば、含浸された担体材料の乾燥は、８０℃〜９０℃、９０℃〜１００℃、１００℃〜１１０℃、１１０℃〜１２０℃、１２０℃〜１５０℃、またはそれらの任意の組み合わせの温度の真空下で生じ得る。ここに開示される多数の部分範囲を含む範囲が企図されることを理解されたい。
さらに図１を参照すると、この方法は、含浸された担体材料を４５０℃を超える温度で加熱することを含み得るか焼ステップ１０７をさらに含み得る。一般に、国際純正応用化学連合（ＩＵＰＡＣ）は、か焼することまたはか焼を、空気または酸素中で比較的高温まで加熱するプロセスとして定義する。しかしながら、か焼はまた、熱分解を引き起こすことを目的とした、酸素の不在下または部分的な不在下での熱処理を指し得る。いくつかの実施形態によれば、担体材料を溶液と接触させた後、担体材料は、少なくとも４５０℃または少なくとも５００℃の温度（５００℃〜６００℃など）で少なくとも３時間（３時間〜６時間など）か焼され得る。例えば、か焼は、５５０℃の温度で４時間であり得る。一般に、含浸プロセスでは、金属触媒を担体材料上に付着させることができる（すなわち、ゼオライトおよび金属酸化物の担体）。金属触媒前駆体は、鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）、コバルト（Ｃｏ）のうちの１つ以上を含み得、含浸に続いて、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｃｏ、またはそれらの組み合わせを含む化合物として触媒担体上に存在する。これらの金属触媒材料は、金属酸化物を含み得るが、金属触媒材料は、いくつかの実施形態ではアルミナであり得る触媒のメソポーラス担体材料とは異なることを理解されたい。
１つ以上の実施形態では、ここに開示される触媒は、ポリスチレンをエチルベンゼンに変換するための良好な触媒機能を有し得る。一般に、ポリスチレンは、最も広く製造され使用されているポリマーのうちの１つであり、スチレンモノマーの繰り返しで構成される。ポリスチレンは、比較的大きなエネルギー密度を有するが、通常はリサイクルされない。産業界は、ポリスチレンをエチルベンゼンなどのより活性な構成化学物質に変換する方法を望み得ると考えられる。１つ以上の実施形態によれば、ポリスチレンを触媒的に変換する方法は、ポリスチレンを触媒と接触させて、エチルベンゼンを含み得る生成物を形成することを含み得、触媒は、酸化鉄を含み得る。１つ以上の追加の実施形態によれば、ポリスチレンを触媒的に変換する方法は、ポリスチレンを含む供給流を触媒と接触させて、エチルベンゼンを含む生成物流を形成することを含み得る。
１つ以上の実施形態によれば、触媒との接触によって変換される供給流は、少なくとも５０重量％のポリスチレン、少なくとも６０重量％のポリスチレン、少なくとも７０重量％のポリスチレン、少なくとも８０重量％のポリスチレン、少なくとも９０重量％のポリスチレン、少なくとも９５重量％のポリスチレン、またはさらに少なくとも９９重量％のポリスチレンなどの少なくとも５０重量％のポリスチレンを含み得る。供給流は、液体、固体、コロイド、または任意の他の化学状態を含み得る。例えば、供給流は、ポリスチレン粒子、水に浮かぶポリスチレン、アセトンと混合されたポリスチレン、溶融ポリスチレン、またはそれらの任意の組み合わせを含み得る。
１つ以上の実施形態によれば、ポリスチレンは、触媒と接触したときに液相にあり得る。ポリスチレンは、最初に触媒と接触したときに固相にある必要はなく、触媒と接触している間に液相に変換され得ることを理解されたい。例えば、固体ポリスチレンは、２５℃で触媒に導入され得、現在の液体ポリスチレンが触媒と接触し得る２５０℃まで温度を上げてもよい。
１つ以上の実施形態によれば、ポリスチレンは、１つ以上の酸素、不活性ガス、または還元ガスを含む雰囲気中で触媒と接触され得る。例えば、ポリスチレンは、空気を含む雰囲気中で触媒と接触させ得、またはポリスチレンは、空気に対して１つ以上の成分が豊富な雰囲気中で触媒と接触され得る。特定の理論に制限されることなく、水素の濃度を上げると反応速度が上がり得ると考えられる。１つ以上の実施形態によれば、ポリスチレンは、１モルパーセント（ｍｏｌ．％）を超える水素、５ｍｏｌ．％を超える水素、１０ｍｏｌ．％を超える水素、２５ｍｏｌ．％を超える水素、５０ｍｏｌ．％を超える水素、７５ｍｏｌ．％を超える水素、９０ｍｏｌ．％を超える水素、またはさらに９９ｍｏｌ．％を超える水素を含む雰囲気中で、触媒と接触され得る。特定の理論に制限されることなく、ポリスチレンの分解から十分な水素が放出され得、追加の水素を有さないことによって選択性が改善され得ると考えられる。いくつかの実施形態によれば、雰囲気は、１ｍｏｌ．％未満の酸素、または１ｍｏｌ．％〜５ｍｏｌ．％の酸素、５ｍｏｌ．％〜１５ｍｏｌ．％の酸素、１５ｍｏｌ．％〜２０ｍｏｌ．％酸素、２０ｍｏｌ．％の酸素〜２２ｍｏｌ．％の酸素、２２ｍｏｌ．％の酸素〜３０ｍｏｌ．％の酸素、３０ｍｏｌ．％の酸素〜４０ｍｏｌ．％の酸素、４０ｍｏｌ．％の酸素〜５０ｍｏｌ．％の酸素、５０ｍｏｌ．％の酸素〜７５ｍｏｌ．％の酸素、７５ｍｏｌ．％の酸素〜９０ｍｏｌ．％の酸素、９０ｍｏｌ．％の酸素〜９５ｍｏｌ．％の酸素、９５ｍｏｌ．％の酸素９９ｍｏｌ．％の酸素、またはそれらの任意の組み合わせを含み得る。
いくつかの実施形態によれば、ポリスチレンは、比較的良好な触媒変換性能を維持しながら、３５０℃未満の温度で触媒と接触され得る。例えば、ポリスチレンは、３５０℃未満、または３２５℃未満、３００℃未満、２７５℃未満、または２５０℃未満の温度で触媒と接触され得る。いくつかの実施形態によれば、ポリスチレンは、１００℃〜１２５℃、１２５℃と１５０℃から、１５０℃と１７５℃から、１７５℃と２００℃から、２００℃と２２５℃から、２２５℃と２４０℃から、２４０℃と２６０℃から、２６０℃と２７５℃から、２７５℃と３００℃から、３００℃と３２５℃から、３２５℃と３５０℃から、またはそれらの任意の組み合わせの温度で触媒と接触され得る。ポリスチレンは、この範囲よりも低い温度で触媒に接触し得、温度は、この範囲内に入るまで上昇し得ることを理解されたい。例えば、いくつかの実施形態では、ポリスチレンは、２５℃の温度で触媒に接触し得、温度は、所定の速度で２５０℃まで上昇し得る。
いくつかの実施形態によれば、ポリスチレンは、流動床反応器、連続撹拌タンク反応器、バッチ反応器、撹拌タンク反応器、スラリー反応器、または移動床反応器のうちの１つの内部の触媒と接触し得る。いくつかの実施形態によれば、ポリスチレンは、不均一な化学反応に好適な任意の反応器内の触媒と接触し得る。ポリスチレンが最初に反応器内の触媒に接触する必要がないことを理解されたい。例えば、いくつかの実施形態では、ポリスチレンは、供給パイプ中の触媒と接触し得、次いで、ポリスチレンおよび触媒の両方が、反応器内で接触し得る。
いくつかの実施形態によれば、エチルベンゼンを含む生成物は、液相および固相を含み得る。いくつかの実施形態によれば、液相と固相との重量比は、２５℃で少なくとも２：１であり得る。例えば、２５℃での液相と固相との重量比は、少なくとも２：１、少なくとも３：１、少なくとも４：１、少なくとも５：１、少なくとも６：１、少なくとも７：１、少なくとも８：１、少なくとも９：１、少なくとも１０：１、少なくとも１１：１、またはそれらの任意の組み合わせであり得る。固相は、未反応のポリスチレン、架橋スチレン材料、固体触媒材料、およびチャーを含み得る。液相は、エチルベンゼン、溶媒、トルエン、スチレン、クメン、アルファ−メチルスチレン、および二量体を含み得る。生成物は、生成物の多くがガスであり得る場合、２５０℃などの２５℃よりも高い温度で形成され得ることを理解されたい。例えば、生成物のエチルベンゼンの沸点は、１３６℃であるため、反応条件では気体であり得るが、２５℃では液体であり得る。
いくつかの実施形態によれば、生成物流は、２５℃で液体画分を含み得る。液体画分は、少なくとも２５重量％の元のポリスチレン中の炭素材料を含み得る。例えば、液体画分は、少なくとも２５重量％、少なくとも５０重量％、少なくとも７５重量％、少なくとも８０重量％、少なくとも８５重量％、少なくとも９０重量％、少なくとも９５重量％、またはさらに少なくとも９０重量％の元のポリスチレン中の炭素材料を含み得る。液体画分は、エチルベンゼン、溶媒、トルエン、スチレン、クメン、アルファ−メチルスチレン、および二量体を含み得る。
いくつかの実施形態によれば、生成物流の液相は、６０ｍｏｌ．％を超えるエチルベンゼンであり得る。例えば、液相は、６０ｍｏｌ．％を超えるエチルベンゼン、７０ｍｏｌ．％を超えるエチルベンゼン、８０ｍｏｌ．％を超えるエチルベンゼン、またはさらに９０ｍｏｌ．％を超えるエチルベンゼンであり得る。エチルベンゼンは、１３６℃を超える温度ではガスであり得るため、ここに開示される比は、２５℃で取得でき得ることを理解されたい。
１つ以上の実施形態では、ここに開示される触媒を利用して、限定されないが、タールなどの石油炭化水素を分解し得る。１つ以上の実施形態によれば、石油炭化水素を接触分解する方法は、石油炭化水素供給物をここに開示される触媒と接触させて、アップグレードされた石油炭化水素を形成することを含み得る。ここに記載されるように、触媒による石油炭化水素の接触は、密度の低下（ＡＰＩ比重の増大）、粘度の低下、または平均分子量の低下のうちの１つ以上を有し得る「アップグレードされた石油炭化水素」を形成する。一般に、アップグレードされた石油炭化水素は、触媒と接触していない前処理された石油炭化水素よりも価値が高い。
ここに記載されるように、「石油炭化水素」は、原油材料などの油、またはならびにガソリンおよびディーゼルなどの石油から精製された生成物を含む化学組成物を指し得る。例えば、石油炭化水素には、液体原油、タールサンド、原油精製からの残留物、および原油精製からの中間留分が含まれ得る。ここに開示される触媒によって分解され得る石油炭化水素は、少なくとも５０重量パーセント重量％、少なくとも７５重量％、少なくとも９５重量％、またはさらに少なくとも９９重量％のそれぞれの開示されたタイプの石油炭化水素を含む供給流にあり得る。
いくつかの実施形態によれば、石油炭化水素供給物は、４０度（°）以下の米国石油協会（ＡＰＩ）比重を有し得る。いくつかの実施形態によれば、石油炭化水素は、３５度以下、３０度、２２．３度、２０度、１０度、８度、６度、またはさらに４度のＡＰＩ比重を有し得る。一般に、ＡＰＩ比重は、石油液体が水と比較してどれだけ重いか軽いかを示す尺度である。
１つ以上の実施形態によれば、処理される石油炭化水素は、瀝青砂またはオイルサンドとしても知られるタールサンドなどのタールを含み得る。一般に、タールサンドは、経済的な生産に十分な量を流すには粘性が高すぎる油を含有する貯留層として定義される。タールサンドは、比較的低い経済的価値を有し得るが、ここに記載されるように、触媒によるアップグレードによってその経済的価値が高まり得る。
１つ以上の実施形態では、石油炭化水素供給物は、原油を含み得る。本開示で使用される場合、原油は、異なる炭化水素の混合物であり得る。原油は、未処理であっても、硫黄、重金属、窒素、および他の同様の汚染物質などの望ましくない物質を除去するために前処理されてもよい。一般に、原油は、軽質留分、中間留分、および残留物を含有し得る。中間留分および残留物は、接触分解されるか、またはより価値のある構成成分に変換され得る。いくつかの実施形態によれば、石油炭化水素供給物は、中間留分もしくは残留物、またはその両方を含み得る。中間留分には、沸点が２００℃〜３００℃の炭化水素が含まれ得る。残留物には、沸点が３００℃を超える炭化水素が含まれ得る。
いくつかの実施形態によれば、供給物の石油炭化水素は、貯留層温度で１００センチポアズを超える粘度を有し得る。例えば、石油炭化水素は、貯留層温度で、１００センチポアを超える、５００センチポアを超える、１，０００センチポアを超える、２，０００センチポアを超える、５，０００センチポアを超える、１０，０００センチポアを超える、もしくはさらに１５，０００センチポアを超える、またはそれらの任意の組み合わせの粘度を有し得る。粘度は、温度の関数であり得、そのような粘度測定値は、定義された温度で取得され得ることを理解されたい。貯留層温度は、貯留層中の乱されていない温度を意味すると理解される。例えば、掘削前の貯留層が５０℃で、過熱蒸気を使用して平均貯留層温度を９０℃まで上げた場合、この測定には５０℃での粘度を使用する必要がある。
１つ以上の実施形態によれば、石油炭化水素は、１００℃〜１０００℃の温度で触媒と接触され得る。例えば、石油炭化水素は、１００℃〜２００℃、２００℃〜３００℃、３００℃〜４００℃、４００℃〜５００℃、５００℃〜６００℃、６００℃〜７００℃、７００℃〜８００℃、８００℃〜９００℃、９００℃〜１０００℃、またはそれらの任意の組み合わせの温度で触媒と接触され得る。ここに開示される多数の部分範囲を含む範囲が企図されることを理解されたい。
１つ以上の実施形態によれば、アップグレードされた石油炭化水素（生成物流のすべてまたは一部分であり得る）は、石油炭化水素供給物よりも少なくとも１度大きいＡＰＩ比重を有し得る。例えば、生成物流は、その事前に分解された状態の石油炭化水素供給物よりも１度、２度、３度、４度、５度、１０度、１５度、２０度、２５度、３０度、３５度、４０度大きいＡＰＩ重力を有し得る。
１つ以上の実施形態では、ここに開示される触媒は、地下環境における石油化学原油原料の分解に利用され得る。１つ以上の実施形態によれば、地下石油炭化水素の粘度を低下させるための方法は、石油炭化水素貯留層内で地下石油炭化水素を加熱することと、加熱された地下石油炭化水素を触媒と接触させて、地下石油炭化水素の粘度を低下させることと、を含み得る。加熱ステップおよび接触ステップの両方が地下で実施され得ることを理解されたい。本開示で使用される場合、石油炭化水素貯留層は、タールなどの石油炭化水素の地下堆積物を指す。
１つ以上の実施形態によれば、この方法は、石油炭化水素貯留層内の地下燃焼ゾーンに点火することをさらに含み得る。本開示で使用される場合、地下燃焼ゾーンは、石油炭化水素の持続燃焼の任意の地下領域を指す。例えば、いくつかの実施形態によれば、地下燃焼ゾーンは、火攻法を含み得る。一般に、火攻法は、注入井の砂面で火を点火することによって貯留層中に火炎面を生成する熱回復の方法である。一般に、注入井の砂面は、貯留層と坑井との間の境界面を指し得る。次いで、酸素含有ガスの注入を使用して、火炎面を維持するのに役立ち得る。特定の理論に制限されることなく、火炎前面からの結果として生じる蒸気、熱、および圧力が、重油を生産井に追いやり得ると考えられる。熱は、ある程度の熱的に誘発された分解を引き起こし得ると考えられるが、依然として、業界ではさらにアップグレードが望まれ得る。
いくつかの実施形態によれば、触媒および生産井は、加熱された石油炭化水素が生産井内の触媒と接触し得るように構造的に構成される。本開示で使用される場合、生産井は、石油炭化水素貯留層から石油炭化水素を除去するために使用され得る装置である。一般に、触媒は、生産井内にパッキングを形成し得る。触媒は、粒状、多孔性、またはラシヒリング、ベルルサドル、インタロックスサドルなどの形状、または固体から液体への接触を増進することが可能な任意の他の形状に形成され得る。理論によって制限されることなく、反応がプラグフロー構成で生じるとき、触媒床の有用な寿命が延長され得ると考えられる。そのような構成では、触媒の不活性化の速度は、パイプの長さに沿って異なり、触媒の新しいセクションが未反応の重油に絶えずさらされ得る。
いくつかの実施形態によれば、触媒および生産井は、加熱された石油炭化水素が生産井に入るときに、加熱された石油炭化水素が触媒に接触し得るように構造的に構成される。例えば、触媒床は、生産井の周りの環状部を構成し得る。環状部は、生産井内にあってもよく、または環状部は、生産井の外部の周りにあってもよい。加熱された石油炭化水素は、穿孔された間隔で生産井に入り得、加熱された石油炭化水素は、生産井の内側または外側のいずれかで、これらの穿孔された間隔で触媒に接触し得る。
いくつかの実施形態によれば、触媒は、生産井を取り囲む砂利パック内に分散され得る。一般に、砂利パックには、生産井の周囲に置かれた特定のサイズの砂利が含まれ得る。理論によって制限されることなく、生産井の周りの触媒の分散は、いくつかの技術的障壁を排除しながら、生産井内のパッキングと同様の結果をもたらし得ることが示される。改善された分散は、比較的高い触媒利用率をもたらし得、触媒のためのスペースの増加は、触媒の失活を相殺するのに役立ち得る。
ここに記載されるプロセスは、油層における地下または製油所の両方で、石油炭化水素の接触分解に有用であり得る。例えば、分解が地下で実行される場合、触媒をより容易に費用効果的に表面に輸送し得るようにタールの粘度を下げるのに特に有用であり得る。他の実施形態では、ここに記載される触媒は、精製工程で使用され得、原油から所望の生成物を形成するための１つ以上の精製プロセスと組み合わされ得る。これらのプロセスは、従来の分解触媒と比較して、比較的低い動作温度、比較的長い動作寿命、および比較的高い変換率などの利点を有し得る。
本開示の実施形態を使用して、ここに記載される触媒属性を例示する触媒システムを製造した。後に続く実施例は、ここに開示される１つ以上の実施形態の例示であり、添付の特許請求の範囲または本出願の他の部分を限定するものと決して解釈されるべきではないことを理解されたい。以下の例では、Ｆｅ、Ｃｕ、およびＣｏへの言及は、それぞれ酸化鉄、酸化銅、および酸化コバルトを指し得ることを理解されたく、例えば、ＦｅＣｕＣｏ／アルミナは、酸化鉄、酸化銅、および酸化コバルトを指し得、ＦｅＣｕＣｏが３つの別個の酸化物化合物、またはＦｅ、Ｃｕ、もしくはＣｏのうちの２つ以上を有する酸化物化合物を含むアルミナ上にすべて担持される。
実施例１−Ｆｅ−Ｃｕ−Ｃｏ／アルミナの調製
１重量パーセント（重量％）の多金属触媒のサンプルを調製するために、５．０グラム（ｇ）のガンマアルミナを一晩排出した。Ｆｅ（ＮＯ3）3・９Ｈ2Ｏ、Ｃｕ（ＮＯ3）2・３Ｈ2Ｏ、およびＣｏ（ＮＯ3）2・６Ｈ2Ｏを測定し、脱イオン水と混合して含浸液を形成した。排出されたガンマアルミナを１０分間超音波処理した後、含浸溶液をアルミナの細孔容積よりわずかに多い量でアルミナに添加した。次いで、得られた混合物を６０℃で３時間撹拌した後、１１０℃の真空オーブン中で一晩乾燥させた。最後に、乾燥したＦｅＣｕＣｏ／Ａｌ2Ｏ3を５５０℃で４時間（時間）空気中でか焼した。
１重量パーセント（重量％）の多金属触媒のサンプルを調製するために、５．０グラム（ｇ）のガンマアルミナを一晩排出した。Ｆｅ（ＮＯ3）3・９Ｈ2Ｏ、Ｃｕ（ＮＯ3）2・３Ｈ2Ｏ、およびＣｏ（ＮＯ3）2・６Ｈ2Ｏを測定し、脱イオン水と混合して含浸液を形成した。排出されたガンマアルミナを１０分間超音波処理した後、含浸溶液をアルミナの細孔容積よりわずかに多い量でアルミナに添加した。次いで、得られた混合物を６０℃で３時間撹拌した後、１１０℃の真空オーブン中で一晩乾燥させた。最後に、乾燥したＦｅＣｕＣｏ／Ａｌ2Ｏ3を５５０℃で４時間（時間）空気中でか焼した。
表１は、実施例１で使用された生のアルミナ担体と実施例１の調製されたＦｅＣｕＣｏ／アルミナ触媒との比較を示す。細孔径は、変化しなかったが、担体の含浸後、ＢＥＴ表面積および細孔容積の両方が減少したことが分かる。これは、一部の細孔が酸化金属で満たされている間、細孔構造が一定のままであったことを示すと考えられる。
図２Ａは、実施例１のアルミナ触媒担体２０１およびＦｅＣｕＣｏ／アルミナ触媒２０２の窒素吸脱着等温線を示す。ヒステリシスループ２０３（アルミナ）および２０４（ＦｅＣｕＣｏ／アルミナ）に示されるＩＶ型のヒステリシスのパターンは、窒素が多層吸着とそれに続く毛管凝縮を介してメソポーラス固体に吸着されていることを示す。
図２Ｂは、アルミナ触媒担体２１１およびＦｅＣｕＣｏ／アルミナ触媒２１２の細孔径分布を示す。両方のサンプルは、２１３（アルミナ）および２１４（ＦｅＣｕＣｏ／アルミナ）で示される、１００オングストロームを中心とするピーク細孔径濃度を有する。
一般に、ＣＯ2温度プログラム脱離（ＴＰＤ）を使用して、固体の塩基度を決定することができる。図３Ａは、実施例１で使用された生のアルミナおよび実施例１で形成されたＦｅＣｕＣｏ／アルミナ触媒のＣＯ2ＴＰＤを示す。アルミナ曲線およびＦｅＣｕＣｏ／アルミナ曲線はどちらも、サイズがほぼ一致する３０１にピークを示す。実施例１の合成手順は、３０３のピークを除去し、４００℃付近で新しい中強度の塩基性ピーク３０２を作成するように見える。
一般に、ＮＨ3温度プログラム脱離（ＴＰＤ）を使用して、固体の酸性度を決定することができる。図３Ｂは、実施例１で使用された生のアルミナ３１２および実施例１で形成されたＦｅＣｕＣｏ／アルミナ触媒３１１のＮＨ3ＴＰＤ曲線を示す。アルミナ担体にＦｅＣｕＣｏを添加した後の強度の変化は、酸性度の増加を示す。酸性度の増加は、鉄のルイス酸性度によるものと考えられる。
図４Ａは、親酸化アルミニウムのＸ線回折（ＸＲＤ）パターンを示し、図４Ｂは、ＦｅＣｕＣｏ／アルミナ触媒のＸＲＤパターンを示す。図４ＡのＸＲＤパターンと４ＢのＸＲＤパターンとの間に有意差はない。これは、アルミナ担体上でのＦｅ−Ｃｕ−Ｃｏの良好な分散を示唆していると考えられる。回折ピークは、１９．８°、３２°、３７．１°、３９．４°、４５．９°、６１．１°、および６６．８°に現れ、これらは、ガンマ−Ａｌ２Ｏ３ＸＲＤパターンに一致する（１１１）、（２２０）、（３３１）、（２２２）、（４００）、（５１１）、および（４４０）に対応する。
実施例２−ポリスチレンのエチルベンゼンへの変換
ポリスチレンをエチルベンゼンに変換するために、２．０ｇのポリスチレンを、２５ｍＬの反応容器中で、実施例１からの２００ｍｇおよび５００ｍｇの触媒と組み合わせた。得られた混合物を撹拌し、空気下で４℃／分の傾斜速度で最終温度２５０℃まで加熱し、２５０℃で９０分間保持した。表２の比較例のデータは、Ｋｉｊｅｎｓｋｉ，Ｊ．ａｎｄ Ｔ．Ｋａｃｚｏｒｅｋ，Ｃａｔａｌｙｔｉｃ ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ｏｆ ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ．Ｐｏｌｉｍｅｒｙ，２００５，５０（１）：ｐ．６０−６３から供給される。
ポリスチレンをエチルベンゼンに変換するために、２．０ｇのポリスチレンを、２５ｍＬの反応容器中で、実施例１からの２００ｍｇおよび５００ｍｇの触媒と組み合わせた。得られた混合物を撹拌し、空気下で４℃／分の傾斜速度で最終温度２５０℃まで加熱し、２５０℃で９０分間保持した。表２の比較例のデータは、Ｋｉｊｅｎｓｋｉ，Ｊ．ａｎｄ Ｔ．Ｋａｃｚｏｒｅｋ，Ｃａｔａｌｙｔｉｃ ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ ｏｆ ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ．Ｐｏｌｉｍｅｒｙ，２００５，５０（１）：ｐ．６０−６３から供給される。
ここで表２を参照すると、本開示のみが、ポリスチレンの触媒分解のための比較的高い液体収率と比較的低い反応温度との所望の組み合わせを提供することが分かる。
図５Ａは、実施例２の反応についての触媒負荷と液体収率との間の関係を示す。５０１、５０３、５０５、および５０７は、それぞれ、２００ミリグラム（ｍｇ）、３００ｍｇ、４００ｍｇ、および５００ｍｇの触媒負荷に対する液体収率のパーセンテージを示す。５０２、５０４、５０６、および５０８は、それぞれ、２００ｍｇ、３００ｍｇ、４００ｍｇ、および５００ｍｇの触媒負荷に対する液体収率のパーセンテージを示す。
図５Ｂは、触媒負荷と液体製品の成分との間の関係を示す。すべての場合において、エチルベンゼンの収率は、８０％以上である。５２１、５３１、５４１、および５５１は、それぞれ、２００ｍｇ、３００ｍｇ、４００ｍｇ、および５００ｍｇの触媒負荷に対するスチレンの収率を示す。５２２、５３２、５５２、および５５２は、それぞれ、２００ｍｇ、３００ｍｇ、４００ｍｇ、および５００ｍｇの触媒負荷に対するクメンの収率を示す。５２３、５３３、５４３、および５５３は、それぞれ、２００ｍｇ、３００ｍｇ、４００ｍｇ、および５００ｍｇの触媒負荷に対するアルファ−メチルスチレンの収率を示す。５２４、５３４、５４４、および５５４は、それぞれ、２００ｍｇ、３００ｍｇ、４００ｍｇ、および５００ｍｇの触媒負荷に対するトルエンの収率を示す。５２５、５３５、５４５、および５５５は、それぞれ、２００ｍｇ、３００ｍｇ、４００ｍｇ、および５００ｍｇの触媒負荷に対するエチルベンゼンの収率を示す。
図６Ａは、実施例１のＦｅＣｕＣｏ／アルミナ触媒の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を示す。この図は、担体内の酸化鉄、酸化コバルト、および酸化銅の均一な分布を示す金属クラスターの欠如を示す。図６Ｂは、実施例２のプロセス後の実施例１のＦｅＣｕＣｏ／アルミナ触媒のＳＥＭ画像を示す。この図の白い点６０１は、反応中に凝集した金属クラスターであると考えられる。
図７Ａは、実施例１の触媒の走査透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）画像を示す。触媒は、図７Ｂに示されるように、反応によって妨害されなかった巣のような構造を有するように見える。図７Ｂは、実施例２の使用済み触媒のＳＴＥＭ画像を示す。
図８Ａは、実施例１のＦｅＣｕＣｏ／アルミナの走査型透過電子顕微鏡−エネルギー分散型分光法（ＳＴＥＭ−ＥＤＳ）を示す。図８Ｂは、実施例２からの使用済みＦｅＣｕＣｏ／アルミナのＳＴＥＭ−ＥＤＳ信号を示す。図８Ｃは、実施例１のＦｅＣｕＣｏ／アルミナの走査型透過電子顕微鏡−電子エネルギー損失分光法（ＳＴＥＭ−ＥＥＬＳ）を示す。図８Ｄは、実施例２からの使用済みＦｅＣｕＣｏ／アルミナのＳＴＥＭ−ＥＥＬＳを示す。
本主題を説明および定義する目的で、パラメータ、変数、または他の特徴「の関数」である本開示の主題の特徴への言及は、その特徴がリストされたパラメータ、変数、または特徴の関数のみであることを示す意図がないことに留意されたい。むしろ、リストされたパラメータ、変数などの「関数」である特徴への言及は、その特徴が、単一のパラメータ、変数など、または複数のパラメータ、変数などの関数であり得るように、無制限であることを意図する。
「少なくとも１つの」構成要素、要素などのこの開示における引用は、冠詞「ａ」または「ａｎ」の代替使用が単一の構成要素、要素などに限定されるべきであるという推論を作成するために使用されるべきではないことにも留意されたい。
特定の方法で「構成されている」、特定の特性を具体化する、または特定の様式で機能する本開示の構成要素の列挙は、意図された用途の列挙とは対照的な構造的列挙であることに留意されたい。より具体的には、構成要素が「構成されている」という様式の参照は、その構成要素の現存する物理的状態を示し、したがって、構成要素の構造的特徴の明確な列挙として解釈されるべきである。
本開示の主題を詳細に、およびその特定の実施形態を参照して説明してきたが、開示された様々な詳細は、本明細書に付随する図面の各々に特定の要素が示されている場合であっても、これらの詳細が、ここに記載される様々な実施形態の必須構成要素である要素と関連することを暗示するものとして解釈されるべきではない。さらに、添付の特許請求の範囲で定義される実施形態を含むが、これらに限定されない本開示の範囲から逸脱することなく、修正および変更が可能であることは明らかである。より具体的には、本開示のいくつかの態様が好ましくはまたは特に有利であると特定されるが、本開示は、必ずしもこれらの態様に限定されないことが企図される。
以下の特許請求の範囲のうちの１つ以上は、「ｗｈｅｒｅ」という用語を移行句として利用することに留意されたい。本主題を定義する目的のために、この用語は、構造の一連の特徴の列挙を導入するために使用される非限定型の移行句として、特許請求の範囲に導入され、より一般的に使用される非限定型の前提事項用語「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」と同様に解釈されるべきであることに留意されたい。
本開示は、１つ以上の態様を含む。第１の態様は、炭化水素を変換するための触媒を含み得、触媒は、酸化鉄、酸化コバルト、および酸化銅を含む触媒酸化金属材料であって、触媒酸化金属材料の少なくとも９５重量％が、酸化鉄、酸化コバルト、および酸化銅の組み合わせである、触媒酸化金属材料と、２ｎｍ〜５０ｎｍの平均細孔径を有する細孔を含むメソポーラス担体材料であって、メソポーラス担体材料の少なくとも９５重量％が、アルミナを含む、メソポーラス担体材料と、を含み、触媒の少なくとも９５重量％が、触媒酸化金属材料とメソポーラス担体材料との組み合わせである。
第２の態様は、触媒中の鉄原子：コバルト原子：銅原子の重量比が、１：０．４〜０．６：０．５〜０．７である第１のいずれかの態様を含み得る。
第３の態様は、メソポーラス支持材料が、アルミナ材料またはシリカ材料を含む、第１または第２の態様のいずれかを含み得る。
第４の態様は、メソポーラス担体材料が、ガンマアルミナを含む、第１〜第３の態様のいずれかを含み得る。
第５の態様は、メソポーラス担体材料が、ケイ酸塩またはアルミノケイ酸塩を含む階層構造化された材料を含む、第１〜第４の態様のいずれかを含み得る。
第６の態様は、階層構造化された材料がＭＣＭ−４１である、第１〜第５の態様のいずれかを含み得る。
第７の態様は、メソポーラス担体材料が活性炭を含む、第１〜第６の態様のいずれかを含み得る。
第８の態様は、触媒中の鉄原子、コバルト原子、および銅原子の合計重量が、触媒の総重量の０．１％〜２０％である、第１〜第７の態様のいずれかを含み得る。
第９の態様は、メソポーラス担体材料が、７００平方メートル／グラム（ｍ2／ｇ）未満の表面積を有する、第１〜第８の態様のいずれかを含み得る。
第１０の態様は、触媒を作製する方法を含み得、この方法は、鉄前駆体、銅前駆体、およびコバルト前駆体をメソポーラス担持材料と接触させて、含浸担持材料を形成することであって、メソポーラス担持材料が、２ｎｍ〜５０ｎｍの平均細孔径を有する細孔を含む、形成することと、含浸された担体材料をか焼して、触媒を形成することと、を含み、触媒は、酸化鉄、酸化コバルト、および酸化銅を含む触媒酸化金属材料を含む。
第１１の態様は、８０℃〜１５０℃の温度での真空下で、含浸された担体材料を乾燥させることをさらに含む、第１〜第１０の態様のいずれかを含み得る。
第１２の態様は、含浸された担体材料のか焼が、含浸された担体材料を４５０℃を超える温度で加熱することを含む、第１〜第１１の態様のいずれかを含み得る。
第１３の態様は、鉄前駆体、銅前駆体、およびコバルト前駆体を溶媒と混合して、含浸溶液を形成することをさらに含み、含浸溶液が、メソポーラス担体材料と接触する、第１〜第１２の態様のいずれかを含み得る。
第１４の態様は、含浸溶液をメソポーラス担体材料と接触させる前に含浸溶液を撹拌することをさらに含む、第１〜第１３の態様のいずれかを含み得る。
第１５の態様は、メソポーラス担体材料が鉄前駆体、銅前駆体、およびコバルト前駆体と接触する前にメソポーラス担体材料を排出することをさらに含む、第１〜第１４の態様のいずれかを含み得る。
第１６の態様は、４０℃〜８０℃の温度で含浸された担体材料を撹拌することをさらに含む、第１〜第１５の態様のいずれかを含み得る。
第１７の態様は、メソポーラス担体材料が７００平方メートル／グラム（ｍ2／ｇ）未満の表面積を有する、第１〜第１６の態様のいずれかを含み得る。
第１８の態様は、触媒酸化金属材料の少なくとも９５重量％が、酸化鉄、酸化コバルト、および酸化銅の組み合わせである、第１〜第１７の態様のいずれかを含み得る。
第１９の態様は、メソポーラス担体材料の少なくとも９５重量％がアルミナを含む、第１〜第１８の態様のいずれかを含み得る。
第２０の態様は、触媒の少なくとも９５重量％が、触媒酸化金属材料とメソポーラス担体材料との組み合わせである、第１〜第１９の態様のいずれかを含み得る。
第２１の態様は、ポリスチレンを触媒的に変換する方法を含み、この方法は、ポリスチレンを触媒と接触させて、エチルベンゼンを含む生成物を形成することを含み、触媒は、酸化鉄、酸化コバルト、および酸化銅を含む触媒酸化金属材料と、２ｎｍ〜５０ｎｍの平均細孔径を有する細孔を含むメソポーラス担持材料と、を含む。
第２２の態様は、ポリスチレンが３５０℃未満の温度で触媒と接触する、第１〜第２１の態様のいずれかを含み得る。
第２３の態様は、ポリスチレンが触媒と接触したときに液相にある、第１〜第２２の態様のいずれかを含み得る。
第２４の態様は、ポリスチレンが、１つ以上の酸素、不活性ガス、または還元ガスを含む雰囲気中で触媒と接触する、第１〜第２３の態様のいずれかを含み得る。
第２５の態様は、エチルベンゼンを含む生成物が、液相および固相を含み、液相と固相との重量比が、２５℃で少なくとも２：１である、第１〜第２４の態様のいずれかを含み得る。
第２６の態様は、液相が６０モルパーセントを超えるエチルベンゼンである、第１〜第２５の態様のいずれかを含み得る。
第２７の態様は、ポリスチレンが、流動床反応器、連続撹拌タンク反応器、バッチ反応器、撹拌タンク反応器、スラリー反応器、または移動床反応器のうちの１つの内部の触媒と接触する、第１〜第２６の態様のいずれかを含み得る。
第２８の態様は、触媒中の鉄原子：コバルト原子：銅原子の重量比が、１：０．４〜０．６：０．５〜０．７である、第１〜第２７の態様のいずれかを含み得る。
第２９の態様は、メソポーラス担体材料が、アルミナ材料またはシリカ材料を含む、第１〜第２８の態様のいずれかを含み得る。
第３０の態様は、メソポーラス担体材料が、ガンマアルミナを含む、第１〜第２９の態様のいずれかを含み得る。
第３１の態様は、触媒酸化金属材料の少なくとも９５重量％が、酸化鉄、酸化コバルト、および酸化銅の組み合わせである、第１〜第３０の態様のいずれかを含み得る。
第３２の態様は、メソポーラス担体材料の少なくとも９５重量％がアルミナを含む、第１〜第３１の態様のいずれかを含み得る。
第３３の態様は、触媒の少なくとも９５重量％が、触媒酸化金属材料とメソポーラス担体材料との組み合わせである、第１〜第３２の態様のいずれかを含み得る。
第３４の態様は、ポリスチレンを触媒的に変換する方法を含み、この方法は、ポリスチレンを含む供給流を触媒と接触させて、エチルベンゼンを含む生成物流を形成することを含み、触媒は、酸化鉄、酸化コバルト、および酸化銅を含む触媒酸化金属材料と、２ｎｍ〜５０ｎｍの平均細孔径を有する細孔を含むメソポーラス担持材料と、を含む。
第３５の態様は、供給流が、少なくとも５０重量％のポリスチレンを含む、第１〜第３４の態様のいずれかを含み得る。
第３６の態様は、生成物流が、２５℃で液体画分を含む、第１〜第３５の態様のいずれかを含み得る。
第３７の態様は、液体画分が、少なくとも６０モルパーセントのエチルベンゼンを含む、第１〜第３６の態様のいずれかを含み得る。
第３８の態様は、メソポーラス担体材料が、アルミナ材料を含み、触媒中の鉄原子：コバルト原子：銅原子の重量比が、１：０．４〜０．６：０．５〜０．７である、第１〜第３７の態様のいずれかを含み得る。
第３９の態様は、触媒酸化金属材料の少なくとも９５重量％が、酸化鉄、酸化コバルト、および酸化銅の組み合わせである、第１〜第３８の態様のいずれかを含み得る。
第４０の態様は、メソポーラス担体材料の少なくとも９５重量％がアルミナを含む、第１〜第３９の態様のいずれかを含み得る。
第４１は、石油炭化水素を接触分解する方法を含み、この方法は、石油炭化水素供給物を触媒と接触させて、アップグレードされた石油炭化水素を形成することを含み、触媒は、酸化鉄、酸化コバルト、および酸化銅を含む触媒酸化金属材料を含む。
第４２の態様は、触媒酸化金属材料の少なくとも９５重量％が、酸化鉄、酸化コバルト、および酸化銅の組み合わせである、第１〜第４１の態様のいずれかを含み得る。
第４３の態様は、触媒が、２ｎｍ〜５０ｎｍの平均細孔径を有する細孔を含むメソポーラス担体材料をさらに含む、第１〜第４２の態様のいずれかを含み得る。
第４４の態様は、メソポーラス担体材料の少なくとも９５重量％が、アルミナを含む、第１〜第４３の態様のいずれかを含み得る。
第４５の態様は、触媒の少なくとも９５重量％が、触媒酸化金属材料とメソポーラス担体材料との組み合わせである、第１〜第４４の態様のいずれかを含み得る。
第４６の態様は、石油炭化水素供給物が、４０度以下のＡＰＩ比重を有する、第１〜第４５の態様のいずれかを含み得る。
第４７の態様は、アップグレードされた石油炭化水素が、触媒と接触する石油炭化水素よりも大きいＡＰＩ比重を有する、第１〜第４６の態様のいずれかを含み得る。
第４８の態様は、石油炭化水素が原油を含む、第１〜第４７の態様のいずれかを含み得る。
第４９の態様は、石油炭化水素がタールを含む、第１〜第４８の態様のいずれかを含み得る。
第５０の態様は、石油炭化水素供給物が、１００℃〜１０００℃の温度で触媒と接触する、第１〜第４９の態様のいずれかを含み得る。
第５１の態様は、メソポーラス担体材料が、アルミナ材料およびシリカ材料の一方または両方を含む、第１〜第５０の態様のいずれかを含み得る。
第５２の態様は、アップグレードされた石油炭化水素が、触媒と接触する石油炭化水素よりも低い粘度を有する、第１〜第５１の態様のいずれかを含み得る。
第５３の態様は、地下石油炭化水素の粘度を低下させるための方法を含み、この方法は、石油炭化水素貯留層内で地下石油炭化水素を加熱することと、加熱された地下石油炭化水素を触媒と接触させて、地下石油炭化水素の粘度を低下させることと、を含み、触媒は、酸化鉄、酸化コバルト、および酸化銅を含む触媒酸化材料を含む。
第５４の態様は、石油炭化水素貯留層内の地下燃焼ゾーンに点火することをさらに含む、第１〜第５３の態様のいずれかを含み得る。
第５５の態様は、加熱された石油炭化水素が、生産井に入る際に加熱された石油炭化水素が触媒と接触する、第１〜第５４の態様のいずれかを含み得る。
第５６の態様は、加熱された石油炭化水素が、生産井内の触媒と接触するように触媒および生産井が構造的に構成されている、第１〜第５５の態様のいずれかを含み得る。
第５７の態様は、触媒が、生産井を取り囲む砂利パック内に分散される、第１〜第５６の態様のいずれかを含み得る。
第５８の態様は、石油炭化水素がタールを含む、第１〜第５７の態様のいずれかを含み得る。
第５９の態様は、石油炭化水素が１００℃〜１０００℃の温度で触媒と接触する、第１〜第５８の態様のいずれかを含み得る。
第６０の態様は、触媒酸化金属材料の少なくとも９５重量％が、酸化鉄、酸化コバルト、および酸化銅の組み合わせである、第１〜第５９の態様のいずれかを含み得る。
Claims (15)
- 石油炭化水素を接触分解する方法であって、前記方法が、
石油炭化水素供給物を触媒と接触させて、アップグレードされた石油炭化水素を形成することを含み、前記触媒が、
酸化鉄、
酸化コバルト、および
酸化銅、を含む触媒酸化金属材料を含む、方法。 - 前記触媒酸化金属材料の少なくとも９５重量％が、酸化鉄、酸化コバルト、および酸化銅の組み合わせである、請求項１に記載の方法。
- 前記触媒が、２ｎｍ〜５０ｎｍの平均細孔径を有する細孔を含むメソポーラス担体材料をさらに含む、請求項１または２に記載の方法。
- 前記メソポーラス担体材料の少なくとも９５重量％が、アルミナを含む、請求項３に記載の方法。
- 前記触媒の少なくとも９５重量％が、前記触媒酸化金属材料と前記メソポーラス担体材料との組み合わせである、請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
- 前記石油炭化水素供給物が、４０度以下のＡＰＩ比重を有する、請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
- 前記アップグレードされた石油炭化水素が、前記触媒と接触する前記石油炭化水素よりも大きいＡＰＩ比重を有する、請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
- 前記石油炭化水素が、原油を含む、請求項１〜７のいずれかに記載の方法。
- 前記石油炭化水素が、タールを含む、請求項１〜８のいずれかに記載の方法。
- 前記石油炭化水素供給物が、１００℃〜１０００℃の温度で前記触媒と接触する、請求項１〜９のいずれかに記載の方法。
- 前記メソポーラス担体材料が、アルミナ材料およびシリカ材料の一方または両方を含む、請求項１〜１０のいずれかに記載の方法。
- 前記アップグレードされた石油炭化水素が、前記触媒と接触する前記石油炭化水素よりも低い粘度を有する、請求項１〜１１のいずれかに記載の方法。
- 地下石油炭化水素の粘度を低下させるための方法であって、前記方法が、
石油炭化水素貯留層内で地下石油炭化水素を加熱することと、
前記加熱された地下石油炭化水素を触媒と接触させて、前記地下石油炭化水素の粘度を低下させることと、を含み、前記触媒が、
酸化鉄、
酸化コバルト、および
酸化銅、を含む触媒酸化物質を含む、方法。 - 前記石油炭化水素貯留層内の地下燃焼ゾーンに点火することをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
- 前記加熱された石油炭化水素が、生産井に入る際に、前記加熱された石油炭化水が、前記触媒に接触するか、
前記触媒および生産井は、前記加熱された石油炭化水素が前記生産井内の前記触媒と接触するように構造的に構成されているか、または
前記触媒が、生産井を取り囲む砂利パック内に分散されるか、のうちの１つ以上である、請求項１３に記載の方法。
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