JP2022542955A - シェル中に分配させられた小粒子の形態にある活性ニッケル相とニッケル-銅アロイとを含む触媒 - Google Patents
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Abstract
開示されるのは、ニッケル、銅およびアルミナ担体を含む触媒であり、前記触媒は、以下の点で特徴付けられる:-ニッケルは、担体の周囲のところのシェル中および担体のコア中の両方に分配され、シェルの厚さは、触媒の径の2%~15%である;シェル対コアのニッケル密度比は、厳密に3超である;-シェルは、触媒中に含有されるニッケルの全重量に相対して25重量%超のニッケル元素を含む;-ニッケル対銅のモル比は、0.5~5である;-ニッケルおよび銅の少なくとも一部は、ニッケル-銅アロイの形態にある;-ニッケル-銅アロイ中のニッケル含有率は、触媒の全重量に相対するニッケル元素の重量で0.5~15重量%である;-触媒中のニッケル粒子のサイズは、7nm未満である。
Description
本発明は、不飽和炭化水素の水素化、より詳細にはポリ不飽和化合物の選択的水素化または芳香族化合物の水素化に特に向けようとするニッケルおよび銅をベースとする担持型金属触媒に関する。
モノ不飽和有機化合物、例えば、エチレンおよびプロピレンは、ポリマー、プラスチックおよび付加価値を有する他の化学製品の製造の根幹のところにある。これらの化合物は、天然ガス、ナフサ、またはガスオイルであって、水蒸気分解または触媒分解の方法によって処理されたものから得られる。これらの方法は、高い温度で行われ、所望のモノ不飽和化合物に加えて、ポリ不飽和有機化合物、例えば、アセチレン、プロパジエンおよびメチルアセチレン(またはプロピン)、1,2-ブタジエンおよび1,3-ブタジエン、ビニルアセチレンおよびエチルアセチレン、および他のポリ不飽和化合物であって、その沸点がC5+ガソリンフラクション(5個以上の炭素原子を有する炭化水素化合物を含有しているガソリン)に相当するもの、特にスチレンまたはインデンの化合物を生じさせる。これらのポリ不飽和化合物は非常に反応性が高く、ポリマー化ユニットに副反応をもたらす。それ故に、これらのフラクションの経済的な使用をなす前にそれらを除去することが必要である。
選択的水素化は、これらの炭化水素供給原料から所望でないポリ不飽和化合物を特異的に除去するために開発された主要な処理である。それにより、ポリ不飽和化合物の完全な飽和、およびそれ故の対応するアルカンまたはナフテンの形成を回避しながらポリ不飽和化合物の対応するアルケンまたは芳香族化合物への転化が可能となる。
選択的水素化触媒は、一般に、周期表の第VIII族、好ましくはパラジウムまたはニッケルからの金属をベースとする。金属は、担体上に沈着させられた金属粒子の形態にある。金属含有率、金属粒子のサイズおよび担体中の活性相の分配は、触媒の活性および選択性に影響力を有する基準の一つである。
担体中の金属粒子の巨視的分布は、重要な基準を、主として迅速かつ連続的な反応、例えば、選択的水素化の面において構成する。一般に、これらの元素を担体の周囲のところのクラストに配置して、活性欠陥および選択性喪失をもたらすかもしれない粒子内物質移動の問題を回避することが望ましい。このような触媒は、「エッグシェル」触媒とも呼ばれる。
このような触媒はパラジウムをベースとする選択的水素化触媒の場合に広く知られている。実際に、低いパラジウム含有率(一般に触媒に相対してパラジウム1重量%未満)および適切な調製方法のために、担体グレインの周囲のところにパラジウムの薄いクラストが得られ得る(特許文献1および2)。
パラジウムをニッケルで置換することがしばしば提案される。ニッケルという金属は、パラジウムより活性に乏しく、したがって、触媒中により大量に持たせることが必要である。それ故に、ニッケルベースの触媒が有する金属含有率は、一般に、触媒に相対するニッケルの重量で5重量%~50重量%である。これらの触媒では、ニッケルは一般に担体内に均一に分配されている。活性および選択性に関してこれらの触媒を改善する一つの考えられる方法は、担体の周囲のところの、クラスト上にニッケルをより集中的に沈着させることによって担体内のニッケルの分配を制御することである。このような触媒は、従来技術から公知である。
文献(特許文献3)には、多孔質担体上にニッケルを有する「エッグシェル」触媒であって、多孔質担体が有する細孔容積は、11.7nm未満のサイズを有する細孔について少なくとも0.2mL/gであり、細孔容積は、11.7nm以上のサイズを有する細孔について少なくとも0.1mL/gであるものが記載されている。ニッケルの50%超は、クラスト中に見いだされ、そのクラストの厚さは、担体の半径の0.15倍に等しい。この触媒は、脂肪の水素化のために用いられる。
文献(特許文献4)には、担持型ニッケル触媒であって、ニッケルの90%超が700μmの厚さのクラスト中に見いだされるものが記載されている。触媒は、ニッケル塩を溶解させるためにアンモニアの溶液を用いて調製される。これらの触媒は、選択的水素化の適用において用いられる。
文献(特許文献5)には、担持型ニッケル触媒であって、ニッケル結晶子のサイズ分配が二峰性であり、ニッケル結晶子の30%~70%が有している平均サイズ(径)が1.0~2.5nmであり、残りのニッケル結晶子が有している平均サイズ(径)が3.0~4.5nmであるものが記載されている。ニッケルは、径の3%~15%の厚さを有するクラスト上およびコアのところに分配され、クラストとコアとの間のニッケル濃度比は、3.0:1~1.3:1である。細孔容積の最低75%は、5.0nm超のサイズを有している細孔中に見いだされる。
(発明の目的)
驚くべきことに、本出願人は、ニッケルおよび銅をベースとし(およびニッケルおよび銅をベースとするアロイが担体上に形成されている)、非常に特殊な方法により得られたアルミナ担体を含んでいる触媒に特殊な有機添加物を添加した後に特定の水熱処理を施すことにより、ニッケルの少なくとも一部が担体の周囲のところのクラスト上に分配され、ニッケルの他の部分が触媒のコア中に分配された触媒が得られることを発見した。いかなる理論にも拘束されることを望むことなく、特殊な有機添加物を、酸溶液の存在中の水熱処理を経た特定のアルミナ担体上のニッケルおよび銅をベースとする触媒と接触させる工程の後に行われる水熱処理は、ニッケルを担体の内部から担体の周囲に少なくとも部分的にマイグレートさせ、それ故に、ニッケルクラストを形成するようである。さらに、本出願人によって、触媒の調製の間に、担体を銅ベースの金属前駆体とニッケルベースの金属前駆体とを同時に含む溶液と接触させる工程と、その次の、低温(150℃~250℃)で還元ガスの存在中で乾燥・還元する工程を行うことによって、ニッケル-銅アロイ(還元された形態にある)を得ることが可能となり、これにより、担体上のニッケル活性相の還元性を大幅に改善することが予想外に可能になることを観察した。さらに、触媒中の銅の存在により、触媒が硫黄を含む炭化水素供給原料と接触する場合に触媒の良好な活性およびより長い耐用期間を維持することが可能となる。実際に、ニッケルと比較して、触媒中に存在する銅は、供給原料中に含まれる硫黄含有化合物をより容易に捕捉し、これにより活性サイトの不可逆的な被毒が制限される。
驚くべきことに、本出願人は、ニッケルおよび銅をベースとし(およびニッケルおよび銅をベースとするアロイが担体上に形成されている)、非常に特殊な方法により得られたアルミナ担体を含んでいる触媒に特殊な有機添加物を添加した後に特定の水熱処理を施すことにより、ニッケルの少なくとも一部が担体の周囲のところのクラスト上に分配され、ニッケルの他の部分が触媒のコア中に分配された触媒が得られることを発見した。いかなる理論にも拘束されることを望むことなく、特殊な有機添加物を、酸溶液の存在中の水熱処理を経た特定のアルミナ担体上のニッケルおよび銅をベースとする触媒と接触させる工程の後に行われる水熱処理は、ニッケルを担体の内部から担体の周囲に少なくとも部分的にマイグレートさせ、それ故に、ニッケルクラストを形成するようである。さらに、本出願人によって、触媒の調製の間に、担体を銅ベースの金属前駆体とニッケルベースの金属前駆体とを同時に含む溶液と接触させる工程と、その次の、低温(150℃~250℃)で還元ガスの存在中で乾燥・還元する工程を行うことによって、ニッケル-銅アロイ(還元された形態にある)を得ることが可能となり、これにより、担体上のニッケル活性相の還元性を大幅に改善することが予想外に可能になることを観察した。さらに、触媒中の銅の存在により、触媒が硫黄を含む炭化水素供給原料と接触する場合に触媒の良好な活性およびより長い耐用期間を維持することが可能となる。実際に、ニッケルと比較して、触媒中に存在する銅は、供給原料中に含まれる硫黄含有化合物をより容易に捕捉し、これにより活性サイトの不可逆的な被毒が制限される。
それ故に、本発明は、新しいタイプの触媒に関し、この触媒により、それの特殊な調製方法のために、ポリ不飽和化合物の選択的水素化反応またはポリ不飽和芳香族化合物の水素化反応の絡み内で活性および選択性に関して少なくとも同等に良好な、さらにはより良好ですらある性能品質を含む触媒を得ることが可能となる一方で、担体中のニッケル活性相のより良好な分配に起因して、従来技術において典型的に用いられるものより低量のニッケル相を用い、このものが試薬およびさらには7nm未満のサイズのニッケル粒子によりアクセスしやすいものとし、ニッケルの一層より大きい固有な活性を付与する。NiCuアロイの存在により、還元ガスの存在中、従来技術で一般的に使用されているのよりも低い温度およびより短い反応時間で金属元素を還元する工程を実施することも可能となる。有利には、従来技術におけるのよりも過酷でない操作条件を使用することにより、ポリ不飽和フラクションの選択的水素化を実施することが望ましい反応器内で還元工程を直接的に実施することが可能となる。
本発明による第1の主題は、ニッケルおよび銅と、アルミナ担体とを含んでおり、ニッケルが触媒の全重量に相対するニッケル元素の重量で1重量%~50重量%の割合で、第2の金属性の元素である銅を、触媒の全重量に相対する銅元素の重量で0.5重量%~15重量%の割合で含んでおり、以下の点:
- ニッケルは、担体の周囲のところのクラスト上と、担体のコア中との両方に分配され、前記クラストの厚さは、触媒の径の2%~15%である点;
- クラストとコアとの間のニッケル密度比は厳密に3超である点;
- 前記クラストは、触媒に含有されるニッケルの全重量に相対して25重量%超のニッケル元素を含む点;
- ニッケルと銅との間のモル比は0.5~5である点;
- ニッケルおよび銅の少なくとも一部は、ニッケル-銅アロイの形態にある点;
- ニッケル-銅アロイ中のニッケル含有率は、触媒の全重量に相対するニッケル元素の重量で0.5重量%~15重量%である点;
- 触媒中のニッケル粒子のサイズは、7nm未満である点
を特徴とする触媒に関する。
- ニッケルは、担体の周囲のところのクラスト上と、担体のコア中との両方に分配され、前記クラストの厚さは、触媒の径の2%~15%である点;
- クラストとコアとの間のニッケル密度比は厳密に3超である点;
- 前記クラストは、触媒に含有されるニッケルの全重量に相対して25重量%超のニッケル元素を含む点;
- ニッケルと銅との間のモル比は0.5~5である点;
- ニッケルおよび銅の少なくとも一部は、ニッケル-銅アロイの形態にある点;
- ニッケル-銅アロイ中のニッケル含有率は、触媒の全重量に相対するニッケル元素の重量で0.5重量%~15重量%である点;
- 触媒中のニッケル粒子のサイズは、7nm未満である点
を特徴とする触媒に関する。
有利には、クラストとコアとの間のニッケル密度比は、3.8~15である。
有利には、前記クラストは、触媒に含有されるニッケルの全重量に相対して40重量%超のニッケル元素を含む。
有利には、触媒のコアとクラストとの間のトランシジョン間隔(transition interval)は、触媒の径の0.05~3%である。
有利には、アルミナ担体の硫黄含有率は、アルミナ担体の全重量に相対して0.001~2重量%であり、前記アルミナ担体のナトリウム含有率は、前記アルミナゲルの全重量に相対して0.001~2重量%である。
有利には、前記クラストの厚さは、触媒の径の2.5%~12%である。
有利には、クラストとコアとの間のニッケル密度比は、3.5超である。
本発明による別の主題は、本発明による触媒を調製する方法に関し、前記方法は、以下の点:
a) アルミナゲルを提供する;
b) 工程a)からのアルミナゲルを形付けする;
c) 工程b)の終わりに得られた形付け済みアルミナゲルを熱処理に付して、アルミナ担体を得る;該熱処理は、オートクレーブにおける酸溶液の存在中の、100~800℃の温度での少なくとも1回の水熱処理工程と、400~1500℃の温度での、水熱処理工程の後に行われる少なくとも1回の焼成工程とを含む;
d) 次のサブ工程の配列を行う;
d1) アルミナ担体を少なくとも1種のニッケル前駆体と接触させて、触媒前駆体を得る;
d2) 工程d1)の終わりに得られた触媒前駆体を、250℃未満の温度で乾燥させる;
d3) 工程d2)の終わりに得られた乾燥済み触媒前駆体を、分子当たり1~14個の炭素原子を含有しているアルデヒド、分子当たり3~18個の炭素原子を含有しているケトンまたはポリケトン、分子当たり2~14個の炭素原子を含有しているエーテルおよびエステル、分子当たり1~14個の炭素原子を含有しているアルコールまたはポリアルコールおよび分子当たり1~14個の炭素原子を含有しているカルボン酸またはポリカルボン酸から選ばれる少なくとも1種の有機添加物を含有している少なくとも1種の溶液と接触させ、有機添加物とニッケルとのモル比は、0.05mol/mol超である;
d4) 工程d3)の終わりに得られた触媒前駆体の水熱処理を、100℃~200℃の温度で、30分~5時間の期間にわたって乾燥ガスの重量(kg)当たり5~650グラムの水を含むガス流下に行う;
e) 以下のサブ工程の配列が行う;
e1) アルミナ担体を、少なくとも1種の銅前駆体および少なくとも1種のニッケル前駆体を含有している少なくとも1種の溶液と接触させ、該溶液は、最終の触媒上で、最終触媒の全重量に相対して0.5重量%~15重量%のニッケル元素の含有率を得るように所望のニッケル濃度にある;
e2) 工程e1)の終わりに得られた触媒前駆体を乾燥させる少なくとも1回の工程を、250℃未満の温度で行う;
工程d)およびe)を別々にあらゆる順序で行う
f) アルミナ担体を、少なくとも1つのカルボン酸基、または少なくとも1つのアルコール基、または少なくとも1つのエステル基、または少なくとも1つのアミド基、または少なくとも1つのアミン基を含んでいる少なくとも1種の有機化合物を含有している少なくとも1種の溶液と接触させる;
工程d)のサブ工程d1)と同時に、または工程d)の前またはその後に、しかし、工程g)の前に工程f)を行い、工程d)の前またはその後に工程f)が行われる場合、前記工程f)は、担体を少なくとも1種の有機化合物を含んでいる前記溶液と接触させた後に250℃未満の温度での触媒前駆体の乾燥を含むことが理解される;
g) 工程a)~f)に由来する触媒前駆体を、150℃以上かつ250℃未満の温度で還元ガスと接触させることによって前記触媒前駆体を還元する
で特徴付けられる。
a) アルミナゲルを提供する;
b) 工程a)からのアルミナゲルを形付けする;
c) 工程b)の終わりに得られた形付け済みアルミナゲルを熱処理に付して、アルミナ担体を得る;該熱処理は、オートクレーブにおける酸溶液の存在中の、100~800℃の温度での少なくとも1回の水熱処理工程と、400~1500℃の温度での、水熱処理工程の後に行われる少なくとも1回の焼成工程とを含む;
d) 次のサブ工程の配列を行う;
d1) アルミナ担体を少なくとも1種のニッケル前駆体と接触させて、触媒前駆体を得る;
d2) 工程d1)の終わりに得られた触媒前駆体を、250℃未満の温度で乾燥させる;
d3) 工程d2)の終わりに得られた乾燥済み触媒前駆体を、分子当たり1~14個の炭素原子を含有しているアルデヒド、分子当たり3~18個の炭素原子を含有しているケトンまたはポリケトン、分子当たり2~14個の炭素原子を含有しているエーテルおよびエステル、分子当たり1~14個の炭素原子を含有しているアルコールまたはポリアルコールおよび分子当たり1~14個の炭素原子を含有しているカルボン酸またはポリカルボン酸から選ばれる少なくとも1種の有機添加物を含有している少なくとも1種の溶液と接触させ、有機添加物とニッケルとのモル比は、0.05mol/mol超である;
d4) 工程d3)の終わりに得られた触媒前駆体の水熱処理を、100℃~200℃の温度で、30分~5時間の期間にわたって乾燥ガスの重量(kg)当たり5~650グラムの水を含むガス流下に行う;
e) 以下のサブ工程の配列が行う;
e1) アルミナ担体を、少なくとも1種の銅前駆体および少なくとも1種のニッケル前駆体を含有している少なくとも1種の溶液と接触させ、該溶液は、最終の触媒上で、最終触媒の全重量に相対して0.5重量%~15重量%のニッケル元素の含有率を得るように所望のニッケル濃度にある;
e2) 工程e1)の終わりに得られた触媒前駆体を乾燥させる少なくとも1回の工程を、250℃未満の温度で行う;
工程d)およびe)を別々にあらゆる順序で行う
f) アルミナ担体を、少なくとも1つのカルボン酸基、または少なくとも1つのアルコール基、または少なくとも1つのエステル基、または少なくとも1つのアミド基、または少なくとも1つのアミン基を含んでいる少なくとも1種の有機化合物を含有している少なくとも1種の溶液と接触させる;
工程d)のサブ工程d1)と同時に、または工程d)の前またはその後に、しかし、工程g)の前に工程f)を行い、工程d)の前またはその後に工程f)が行われる場合、前記工程f)は、担体を少なくとも1種の有機化合物を含んでいる前記溶液と接触させた後に250℃未満の温度での触媒前駆体の乾燥を含むことが理解される;
g) 工程a)~f)に由来する触媒前駆体を、150℃以上かつ250℃未満の温度で還元ガスと接触させることによって前記触媒前駆体を還元する
で特徴付けられる。
有利には、工程f)において導入された前記有機化合物と工程d1)において導入されたニッケル元素との間のモル比は、0.01~5.0mol/molである。
有利には、工程d1)およびf)は、同時に実施される。
有利には、工程f)の有機化合物は、シュウ酸、マロン酸、グリコール酸、乳酸、タルトロン酸、クエン酸、酒石酸、ピルビン酸、レブリン酸、エチレングリコール、プロパン-1,3-ジオール、ブタン-1,4-ジオール、グリセロール、キシリトール、マンニトール、ソルビトール、グリコール、グルコース、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、ホルムアミド、N-メチルホルムアミド、アセトアミド、N-メチルアセトアミド、N,N-ジメチルメタンアミド、2-ピロリドン、γ-ラクタム、ラクトアミド、尿素、アラニン、アルギニン、リジン、プロリン、セリン、EDTAから選ばれる。有利には、銅前駆体は、酢酸銅、銅アセチルアセトナート、硝酸銅、硫酸銅、塩化銅、臭化銅、ヨウ化銅またはフッ化銅から選ばれる。
有利には、工程d3)において、有機添加物は、ギ酸、ホルムアルデヒド、酢酸、クエン酸、シュウ酸、グリコール酸、マロン酸、エタノール、メタノール、ギ酸エチル、ギ酸メチル、パラアルデヒド、アセトアルデヒド、ガンマ-バレロラクトン、グルコース、ソルビトールおよびトリオキサンから選ばれる。
有利には、工程d2)において導入された有機添加物とニッケルとの間のモル比は、0.1~5mol/molである。
有利には、工程f)の有機化合物は、工程d2)の有機添加物とは異なる。
本発明による別の主題は、300℃以下の沸点を有している炭化水素供給原料中に含有される、分子当たり少なくとも2個の炭素原子を含有しているポリ不飽和化合物の選択的水素化のための方法に関し、当該方法は、本発明による触媒の存在中で行われ、その際の温度は、0℃~300℃であり、その際の圧力は、0.1~10MPaであり、本方法が液相で行われる場合にはその際の水素/(水素化されるポリ不飽和化合物)モル比は、0.1~10であり、その際の毎時空間速度は、0.1~200h-1であり、または、本方法が気相で行われる場合にはその際の水素/(水素化されるべきポリ不飽和化合物)のモル比は、0.5~1000であり、その際の毎時空間速度は、100~40000h-1である。
本発明による別の主題は、650℃以下の最終沸点を有している炭化水素供給原料中に含有される少なくとも1種の芳香族またはポリ芳香族の化合物の水素化のための方法に関し、前記方法は気相または液相で、本発明による触媒の存在中で行われ、その際の温度は、30℃~350℃であり、その際の圧力は、0.1~20MPaであり、その際の水素/(水素化されるべき芳香族化合物)のモル比は0.1~10であり、その際の毎期空間速度(HSV)は、。0.05~50h-1である。
(図面の説明)
図1は、触媒中のニッケルの分配を示す図である。x軸は、触媒のエッジ部から測定される触媒の厚さ(μm)に対応する。y軸は、ニッケル密度(Niのグラム/mm3)に対応する。ニッケルは、厚さep1の担体の周囲のところのクラスト上、および担体のコア中に分配される。クラスト上のニッケル密度dcrustは、担体のコア中のニッケル密度dcoreよりも高い。触媒のコアとクラストとの間のトランシジョン間隔は、ep2-ep1で示される厚さを有する。
図1は、触媒中のニッケルの分配を示す図である。x軸は、触媒のエッジ部から測定される触媒の厚さ(μm)に対応する。y軸は、ニッケル密度(Niのグラム/mm3)に対応する。ニッケルは、厚さep1の担体の周囲のところのクラスト上、および担体のコア中に分配される。クラスト上のニッケル密度dcrustは、担体のコア中のニッケル密度dcoreよりも高い。触媒のコアとクラストとの間のトランシジョン間隔は、ep2-ep1で示される厚さを有する。
(発明の詳細な説明)
(1.定義)
本明細書の以降において、化学元素の族は、CAS分類に従って与えられる(CRC Handbook of Chemistry and Physics, Press、編集長D. R. Lide、81版、2000-2001)。例えば、CAS分類による第VIII族は、新IUPAC分類によるカラム8、9、10の金属に相当する。
(1.定義)
本明細書の以降において、化学元素の族は、CAS分類に従って与えられる(CRC Handbook of Chemistry and Physics, Press、編集長D. R. Lide、81版、2000-2001)。例えば、CAS分類による第VIII族は、新IUPAC分類によるカラム8、9、10の金属に相当する。
本明細書では、IUPAC協定により、「ミクロ細孔(micropores)」は、2nm未満、すなわち0.002μm未満の径を有する細孔を意味すると理解される;「メソ細孔(mesopores)」は、2nm以上、すなわち0.002μm以上、かつ、50nm以下、すなわち0.05μm以下の径を有する細孔を意味すると理解され、「マクロ細孔(macropores)」は、50nm超、すなわち0.05μm超の径を有する細孔を意味すると理解される。
担体上の金属性の相の分配を分析するために、クラスト厚さは、キャスタンマイクロプローブ(Castaing microprobe)(または電子マイクロプローブ微量分析)によって測定される。用いられるデバイスは、CAMECA XS100であり、これは、4つのモノクロメータ結晶を備えており、4種の元素の同時分析が可能である。キャスタンマイクロプローブ分析技術は、高エネルギー電子ビームによる固体の元素の励起の後にその固体によって発されるX線の検出からなる。この特徴付けの目的のために、触媒グレインは、エポキシ樹脂のブロックにコーティングされる。これらのブロックは、ビーズまたは押出物の径を通る断面が出されるまで研磨され、次いで、金属エバポレータ中でカーボンを沈着させることによって金属化される。電子プローブは、5個のビーズまたは押出物の径に沿って走査され、固体の成分元素の平均分配プロファイルが得られる。この方法は、当業者に周知であり、L. Sorbierらによる出版物「Measurement of palladium crust thickness on catalyst by EPMA」、Materials Science and Engineering 32 (2012)において定義されている。それにより、所与の元素、ここでは、ニッケルのグレイン内の分配プロファイルを確立することが可能となる。さらに、Ni濃度は、各測定について、したがって、各分析工程について定義されている。したがって、グレイン内のNiの密度は、容積(mm3)当たりのNiの濃度として定義されている。
全細孔容積は、規格ASTM D4284-92による水銀ポロシメトリによって、ぬれ角140°で、例えば商標Micromeritics(登録商標)からのAutopore III(登録商標)モデルデバイスを用いて測定される。
BET比表面積は、規格ASTM D3663-03による窒素物理吸着によって測定される。これは、Rouquerol F.、Rouquerol J.およびSingh K.による研究「Adsorption by Powders & Porous Solids: Principles, Methodology and Applications、Academic Press, 1999に記載されている方法である。
メソ細孔中位径(median mesopore diameter)も、メソ細孔容積を構成する組み合わされた細孔の中で、この径未満のサイズを有する全ての細孔が、水銀ポロシメータによる圧入によって決定される全メソ細孔容積の50%を構成するような径であるとして定義される。
「ニッケル粒子のサイズ」は、酸化物の形態にあるニッケル結晶子の径を意味すると理解される。酸化物の形態にあるニッケル結晶子の径は、X線回折によって、角度2θ=43°のところに位置する回折ラインの幅から(すなわち、結晶学的方位[200]に沿って)シェラーの関係式を用いて決定される。多結晶性サンプルまたは粉体上のX線回折において用いられるこの方法は、回折ピークの半値全幅を粒子のサイズに連結するものであり、この方法は、次の参照文献において詳細に記載されている:Appl. Cryst. (1978), 11, 102-113, "Scherrer after sixty years: A survey and some new results in the determination of crystallite size", J. I. Langford and A. J. C. Wilson。
ニッケルおよび銅の含有率は、蛍光X線によって測定される。
(2.触媒)
本発明は、ニッケルおよび銅をベースとし、触媒の全重量に相対するニッケル元素の重量で1重量%~50重量%の割合とし、触媒の全重量に相対する銅元素の重量で0.5重量~15重量%の割合とし、アルミナ担体を含んでいる触媒に関し、前記触媒は、以下の点:
- ニッケルは、担体の周囲のところのクラスト上、および担体のコア中の両方に分配され、クラスト厚(ep1とも称される)は、触媒の径の2%~15%、好ましくは触媒の径の2.5%~12%、一層より好ましくは触媒の径の3%~10%、一層より好ましくは触媒の径の3%~7.5%である;
- クラストとコアとの間のニッケル密度比(dcrust/dcoreとも称する)は厳密に3超、好ましくは3.5超、好ましくは3.8~15である;
- 前記クラストは、触媒中に含有されるニッケルの全重量に相対して25重量%超、好ましくは40重量%超、より優先的には45重量%~90重量%、一層より好ましくは60重量%~90重量%のニッケル元素を含む;
- ニッケルと銅との間のモル比は、0.5~5mol/mol、好ましくは0.7~4.5mol/mol、より優先的には0.9~4mol/molである;
- ニッケルおよび銅の少なくとも一部は、ニッケル-銅アロイの形態にあり、有利には式NixCuyに対応し、xは0.1~0.9、yは0.1~0.9である;
- 銅-ニッケルアロイに含まれるニッケル含有率は、触媒の全重量に相対するニッケル元素の重量で0.5重量%~15重量%、好ましくは1重量%~12重量%、より優先的には1重量%~10重量%である;
- ニッケル粒子のサイズは、触媒中、酸化物の形態で測定されて、7nm未満、好ましくは5nm未満、より優先的には4nm未満、一層より優先的には3nm未満である
で特徴付けられる。
本発明は、ニッケルおよび銅をベースとし、触媒の全重量に相対するニッケル元素の重量で1重量%~50重量%の割合とし、触媒の全重量に相対する銅元素の重量で0.5重量~15重量%の割合とし、アルミナ担体を含んでいる触媒に関し、前記触媒は、以下の点:
- ニッケルは、担体の周囲のところのクラスト上、および担体のコア中の両方に分配され、クラスト厚(ep1とも称される)は、触媒の径の2%~15%、好ましくは触媒の径の2.5%~12%、一層より好ましくは触媒の径の3%~10%、一層より好ましくは触媒の径の3%~7.5%である;
- クラストとコアとの間のニッケル密度比(dcrust/dcoreとも称する)は厳密に3超、好ましくは3.5超、好ましくは3.8~15である;
- 前記クラストは、触媒中に含有されるニッケルの全重量に相対して25重量%超、好ましくは40重量%超、より優先的には45重量%~90重量%、一層より好ましくは60重量%~90重量%のニッケル元素を含む;
- ニッケルと銅との間のモル比は、0.5~5mol/mol、好ましくは0.7~4.5mol/mol、より優先的には0.9~4mol/molである;
- ニッケルおよび銅の少なくとも一部は、ニッケル-銅アロイの形態にあり、有利には式NixCuyに対応し、xは0.1~0.9、yは0.1~0.9である;
- 銅-ニッケルアロイに含まれるニッケル含有率は、触媒の全重量に相対するニッケル元素の重量で0.5重量%~15重量%、好ましくは1重量%~12重量%、より優先的には1重量%~10重量%である;
- ニッケル粒子のサイズは、触媒中、酸化物の形態で測定されて、7nm未満、好ましくは5nm未満、より優先的には4nm未満、一層より優先的には3nm未満である
で特徴付けられる。
有利には、触媒のエッジ部から触媒の中心までの触媒の厚さにわたって測定されたニッケル密度における変動に関連付けられる、触媒のコアとクラストとの間のトランシジョン間隔(ここでは、コア/クラストトランシジョン間隔、または図1の表記に従ってep2-ep1とも称する)は非常に急激である。好ましくは、コア/クラストトランシジョン間隔は、触媒の径の0.05%~3%、好ましくは触媒の径の0.5%~2.5%である。
本発明による触媒中のニッケル含有率は、触媒の全重量に相対して有利には1重量%~50重量%、触媒の全重量に相対してより優先的には2重量%~40重量%、触媒の全重量に相対して一層より優先的には3重量%~35重量%、触媒の全重量に相対して一層より優先的には5重量%~25重量%である。
銅含有率は、触媒の全重量に相対する銅元素の重量で0.5重量%~15重量%、好ましくは0.5重量%~12重量%、好ましくは0.75重量%~10重量%、一層より優先的には1重量%~9重量%である。
本発明による触媒は、ニッケルの濃度が担体のコア中よりも担体の周囲のところでより高く、担体のコア中の前記ニッケルの濃度が非ゼロである「セミエッグシェル」触媒として記載され得る。
触媒の比表面積は、一般に10m2/g~200m2/g、好ましくは25m2/g~110m2/g、より好ましくは40m2/g~100m2/gである。
触媒の全細孔容積は、一般に0.1mL/g~1mL/g、好ましくは0.2mL/g~0.8mL/g、特に好ましくは0.3mL/g~0.7mL/gである。
触媒の活性相は、第VIB族からの金属を含まない。特に、それはモリブデンまたはタングステンを含まない。
前記触媒(および触媒の調製のために使用される担体)は、グレインの形態にあり、有利には、0.5~10mmの径を有している。グレインは、当業者に知られているあらゆる形態を有してよく、例えば、ビーズ(好ましくは1~8mmの径を有している)の形態、押出物の形態、タブレットの形態または中空シリンダの形態がある。好ましくは、触媒(および触媒の調製のために用いられる担体)は、押出物の形態にあり、それが有する径は、0.5~10mm、好ましくは0.8~3.2mm、大いに好ましくは1.0~2.5mmであり、それが有する長さは、0.5~20mmである。押出物の「径(diameter)」は、これらの押出物の断面において外接する円の径を意味すると意図される。触媒は、有利には、円筒状、多葉状、三葉状または四葉状の押出物の形態で提示され得る。好ましくは、それの形状は、三葉状または四葉状であるだろう。葉の形状は、従来技術から知られている全ての方法により調節され得るだろう。
(3.担体)
このセクションにおいて言及される、アルミナの特徴は、ニッケル活性相の含浸の前のアルミナ、すなわち、本発明による触媒を調製するための方法の工程c)の終わりに得られたアルミナ担体の特徴に対応する。
このセクションにおいて言及される、アルミナの特徴は、ニッケル活性相の含浸の前のアルミナ、すなわち、本発明による触媒を調製するための方法の工程c)の終わりに得られたアルミナ担体の特徴に対応する。
本発明によると、担体は、アルミナである。すなわち、担体は、担体の重量に相対して最低95重量%、好ましくは最低98重量%、特に好ましくは最低99重量%のアルミナを含んでいる。アルミナが有している結晶学的構造は、一般的には、デルタ、ガンマまたはシータのアルミナタイプであり、これらは、単独でまたは混合物として用いられる。
本発明によると、アルミナ担体は、不純物、例えば、CAS分類による第IIA族、第IIIB族、第IVB族、第IIB族、第IIIA族、第IVA族からの金属の酸化物、好ましくはシリカ、二酸化チタン、二酸化ジルコニウム、酸化亜鉛、酸化マグネシウムおよび酸化カルシウム、あるいはアルカリ金属、好ましくは、リチウム、ナトリウムまたはカリウム、および/またはアルカリ土類金属、好ましくは、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウムまたはバリウムあるいは硫黄を含むこともある。
有利には、アルミナ担体の硫黄含有率は、アルミナ担体の全重量に相対して0.001重量%~2重量%であり、前記アルミナ担体のナトリウム含有率は、前記アルミナゲルの全重量に相対して0.001重量%~2重量%である。
アルミナの比表面積は、一般的に10m2/g~250m2/g、好ましくは30m2/g~200m2/g、より好ましくは50m2/g~150m2/gである。
アルミナの細孔容積は、一般的に0.1mL/g~1.2mL/g、好ましくは0.3mL/g~0.9mL/g、大いに好ましくは0.5mL/g~0.9mL/gである。
(触媒を調製するための方法)
本発明による別の主題は、本発明による触媒を調製するための方法であって、少なくとも以下の工程:
a) アルミナゲルを提供する工程;
b) 工程a)からのアルミナゲルを形付けする工程;
c) 工程b)の終わりに得られた形付け済みアルミナゲルを、熱処理に付してアルミナ担体を得る工程であって、該熱処理は、オートクレーブにおける酸溶液の存在中の100℃~800℃の温度での少なくとも1回の水熱処理工程と、400℃~1500℃の温度での、水熱処理工程の後に行われる少なくとも1回の焼成工程とを含んでいる工程;
d) 以下のサブ工程の配列を行う工程;
d1) アルミナ担体を、ニッケル活性相の少なくとも1種の前駆体と接触させて、触媒前駆体を得る工程;
d2) 工程d1)の終わりに得られた触媒前駆体を250℃未満の温度で乾燥させる工程;
d2’) 場合による、工程d2)の終わりに得られた乾燥済み触媒前駆体の熱処理を250℃~1000℃の温度で行い、焼成済み触媒前駆体を得る工程;
d3) 工程d2)(場合によっては工程d2’))の終わりに得られた乾燥済み触媒前駆体を、分子あたり1~14個の炭素原子を含有しているアルデヒド、分子あたり3~18個の炭素原子を含有しているケトンまたはポリケトン、分子あたり2~14個の炭素原子を含有しているエーテルおよびエステル、分子あたり1~14個の炭素原子を含有しているアルコールまたはポリアルコールおよび分子あたり1~14個の炭素原子を含有しているカルボン酸またはポリカルボン酸から選ばれる少なくとも1種の有機添加物を含有している少なくとも1種の溶液と接触させる工程であって、有機添加物とニッケルとの間のモル比は、0.05mol/mol超である、工程;
d4) 工程d3)の終わりに得られた触媒前駆体の水熱処理を、100℃~200℃の温度で30分~5時間の期間にわたって乾燥ガスの重量(kg)当たり5~650グラムの水を含んでいるガス流下に行う工程;
d5) 場合による、工程d4)の終わりに得られた触媒前駆体を50℃~200℃で乾燥させる工程を、乾燥ガスの重量(kg)当たり厳密に水5グラム未満の量の水を含んでいるガス流下に行う工程;
e) 以下のサブ工程の配列を行う工程;
e1) アルミナ担体を、少なくとも1種の銅前駆体と、最終触媒上で、最終触媒の全重量に相対するニッケル元素の重量で0.5重量%~15重量%の含有率を得るように所望のニッケル濃度にある少なくとも1種のニッケル前駆体を含有している少なくとも1種の溶液と接触させる工程;
e2) 工程e1)の終わりに得られた触媒前駆体を乾燥させる少なくとも1回の工程を、250℃未満の温度で行う工程;
e3) 場合による、工程e2)の終わりに得られた触媒前駆体の熱処理を、250℃~1000℃の温度で、水の存在下または非存在下に行う工程;
工程d)およびe)を別々にあらゆる順序で行う;
f) アルミナ担体を、少なくとも1つのカルボン酸基、または少なくとも1つのアルコール基、または少なくとも1つのエステル基、または少なくとも1つのアミド基、または少なくとも1つのアミン基を含んでいる少なくとも1種の有機化合物を含有している少なくとも1種の溶液と接触させる工程;
工程d)のサブ工程d1)と同時に、または工程d)の前またはその後のいずれかに、しかし工程g)の前に、工程f)を行うが、工程d)の前またはその後に工程f)を行う場合に、前記工程f)は、担体を少なくとも1種の有機化合物を含んでいる前記溶液と接触させた後に250℃未満の温度での触媒前駆体の乾燥を含むことが理解される;
g) 工程a)~f)に由来する触媒前駆体を、150℃以上かつ250℃未満の温度で還元ガスと接触させることによって前記触媒前駆体を還元する工程
を含む、方法に関する。
本発明による別の主題は、本発明による触媒を調製するための方法であって、少なくとも以下の工程:
a) アルミナゲルを提供する工程;
b) 工程a)からのアルミナゲルを形付けする工程;
c) 工程b)の終わりに得られた形付け済みアルミナゲルを、熱処理に付してアルミナ担体を得る工程であって、該熱処理は、オートクレーブにおける酸溶液の存在中の100℃~800℃の温度での少なくとも1回の水熱処理工程と、400℃~1500℃の温度での、水熱処理工程の後に行われる少なくとも1回の焼成工程とを含んでいる工程;
d) 以下のサブ工程の配列を行う工程;
d1) アルミナ担体を、ニッケル活性相の少なくとも1種の前駆体と接触させて、触媒前駆体を得る工程;
d2) 工程d1)の終わりに得られた触媒前駆体を250℃未満の温度で乾燥させる工程;
d2’) 場合による、工程d2)の終わりに得られた乾燥済み触媒前駆体の熱処理を250℃~1000℃の温度で行い、焼成済み触媒前駆体を得る工程;
d3) 工程d2)(場合によっては工程d2’))の終わりに得られた乾燥済み触媒前駆体を、分子あたり1~14個の炭素原子を含有しているアルデヒド、分子あたり3~18個の炭素原子を含有しているケトンまたはポリケトン、分子あたり2~14個の炭素原子を含有しているエーテルおよびエステル、分子あたり1~14個の炭素原子を含有しているアルコールまたはポリアルコールおよび分子あたり1~14個の炭素原子を含有しているカルボン酸またはポリカルボン酸から選ばれる少なくとも1種の有機添加物を含有している少なくとも1種の溶液と接触させる工程であって、有機添加物とニッケルとの間のモル比は、0.05mol/mol超である、工程;
d4) 工程d3)の終わりに得られた触媒前駆体の水熱処理を、100℃~200℃の温度で30分~5時間の期間にわたって乾燥ガスの重量(kg)当たり5~650グラムの水を含んでいるガス流下に行う工程;
d5) 場合による、工程d4)の終わりに得られた触媒前駆体を50℃~200℃で乾燥させる工程を、乾燥ガスの重量(kg)当たり厳密に水5グラム未満の量の水を含んでいるガス流下に行う工程;
e) 以下のサブ工程の配列を行う工程;
e1) アルミナ担体を、少なくとも1種の銅前駆体と、最終触媒上で、最終触媒の全重量に相対するニッケル元素の重量で0.5重量%~15重量%の含有率を得るように所望のニッケル濃度にある少なくとも1種のニッケル前駆体を含有している少なくとも1種の溶液と接触させる工程;
e2) 工程e1)の終わりに得られた触媒前駆体を乾燥させる少なくとも1回の工程を、250℃未満の温度で行う工程;
e3) 場合による、工程e2)の終わりに得られた触媒前駆体の熱処理を、250℃~1000℃の温度で、水の存在下または非存在下に行う工程;
工程d)およびe)を別々にあらゆる順序で行う;
f) アルミナ担体を、少なくとも1つのカルボン酸基、または少なくとも1つのアルコール基、または少なくとも1つのエステル基、または少なくとも1つのアミド基、または少なくとも1つのアミン基を含んでいる少なくとも1種の有機化合物を含有している少なくとも1種の溶液と接触させる工程;
工程d)のサブ工程d1)と同時に、または工程d)の前またはその後のいずれかに、しかし工程g)の前に、工程f)を行うが、工程d)の前またはその後に工程f)を行う場合に、前記工程f)は、担体を少なくとも1種の有機化合物を含んでいる前記溶液と接触させた後に250℃未満の温度での触媒前駆体の乾燥を含むことが理解される;
g) 工程a)~f)に由来する触媒前駆体を、150℃以上かつ250℃未満の温度で還元ガスと接触させることによって前記触媒前駆体を還元する工程
を含む、方法に関する。
中間工程が挿入され得(特に追加の乾燥工程)、所定の工程が、複数回連続的に行われ得る(例えば工程d1))。最後に、工程g)の終わりに触媒を用いる前に追加の工程を加えることが可能である。
好ましくは、乾燥させる工程と、その次の焼成の工程とは、形付け工程b)の終わりに(しかし工程c)を行う前に)行われる。
好ましくは、工程d2’)およびd5)は任意ではない。
前記調製方法の工程a)~g)は、以下に詳細に記載される。
(工程a)-アルミナゲル)
本発明による触媒が含むアルミナ担体は、アルミナゲルから得られ、このアルミナゲルは、本質的に、ベーマイトとしても知られているアルミニウムオキシ(ヒドロキシド)(AlO(OH))タイプの前駆体を含む。
本発明による触媒が含むアルミナ担体は、アルミナゲルから得られ、このアルミナゲルは、本質的に、ベーマイトとしても知られているアルミニウムオキシ(ヒドロキシド)(AlO(OH))タイプの前駆体を含む。
本発明によると、アルミナゲル(あるいは他にはベーマイトゲルとして知られている)の合成は、pHにおける変化または当業者に知られている任意の他の方法によって誘導されるアルミニウム塩の塩基性および/または酸性の溶液の沈殿によって行われる(P. Euzen, P. Raybaud, X. Krokidis, H. Toulhoat, J.L. Le Loarer, J.P. Jolivet and C. Froidefond, Alumina, in "Handbook of Porous Solids", edited by F. Schuth, K.S.W. Sing and J. Weitkamp, Wiley-VCH, Weinheim, Germany, 2002, pp. 1591-1677)。
一般に、沈殿反応が行われる際の温度は、5℃~80℃であり、その際のpHは、6~10である。好ましくは、温度は、35℃~70℃であり、pHは、6~10である。
1種の実施形態によると、アルミナゲルは、アルミニウムの酸塩の水溶液を塩基性溶液と接触させることによって得られる。例えば、アルミニウムの酸塩は、硫酸アルミニウム、硝酸アルミニウムまたは塩化アルミニウムからなる群から選ばれ、好ましくは、前記酸塩は硫酸アルミニウムである。塩基性溶液は、優先的には、水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウムから選ばれる。
あるいは、アルミン酸ナトリウムおよびアルミン酸カリウムからなる群から選ばれてよいアルミニウム塩のアルカリ性溶液は、酸性溶液と接触させられてよい。大いに好ましい変形例において、ゲルは、アルミン酸ナトリウム溶液を硝酸と接触させることによって得られる。アルミン酸ナトリウム溶液は、有利には、10-5~10-1mol・L-1の濃度を有し、好ましくは、この濃度は、10-4~10-2mol・L-1である。
別の実施形態によると、アルミナゲルは、アルミニウムの酸塩の水溶液をアルミニウム塩のアルカリ性溶液と接触させることによって得られる。
(工程b)-担体の形付け)
担体は、有利には、当業者に知られているあらゆる技術によって形付けされてよい。形付けは、例えば、混練-押出、ペレット化、ドロップ凝固(油滴)法、回転板上の造粒または当業者に周知である任意の他の方法によって行われてよい。本発明による触媒は、場合によっては、押出物、タブレット、ビーズの形態で製造・使用され得る。本発明による有利な形付け方法は、押出であり、好ましい押出形状は、円筒状、捻れ円筒状または多葉状(例えば2、3、4または5葉)である。
担体は、有利には、当業者に知られているあらゆる技術によって形付けされてよい。形付けは、例えば、混練-押出、ペレット化、ドロップ凝固(油滴)法、回転板上の造粒または当業者に周知である任意の他の方法によって行われてよい。本発明による触媒は、場合によっては、押出物、タブレット、ビーズの形態で製造・使用され得る。本発明による有利な形付け方法は、押出であり、好ましい押出形状は、円筒状、捻れ円筒状または多葉状(例えば2、3、4または5葉)である。
特定の実施形態において、工程a)の終わりに得られたアルミナゲルは、混練する工程に付される。混練する工程は、好ましくは、酸性媒体において行われる。用いられる酸は、例えば、硝酸であってよい。この工程は、ゲルを粘着性のペーストを有する物に転化させることができる既知のツール、例えば、Zアームミキサ、グラインディングミキサ、連続的な一軸または二軸のスクリューによって行われる。1種の有利な実施形態によると、「細孔形成剤(pore-forming agents)」と呼ばれる1種または複数種の化合物が、混練媒体に導入される。これらの化合物は、加熱の際に減成し、それ故に、担体中に多孔性を創出するという特性を有している。例えば、木粉、炭、タールおよびプラスチックが細孔形成化合物として用いられ得る。混練の後にこのようにして得られたペーストは、押出ダイ中に通される。一般的に、押出物が有する径は、0.5~10mm、好ましくは0.8~3.2mm、大いに好ましくは1.0~2.5mmであり、長さは、0.5~20mmである。これらの押出物は、円筒状、多葉状(例えば、三葉状または四葉状)であり得る。
その形付けの後に、担体は、本方法の工程c)による水熱処理を経る前に場合によっては乾燥させられる。例えば、乾燥が行われる際の温度は、50℃~200℃である。乾燥済み担体は、本方法の工程c)による水熱処理を経る前に、場合によっては、焼成される。例えば、焼成は、200℃~1000℃の温度で、乾燥空気の重量(キログラム)当たり150グラムまでの水を含有している空気の流れの存在中または非存在中で行われる。
(工程c)-熱処理)
工程b)の終わりに得られた担体は、次いで、熱処理工程を経る。この熱処理工程により、想定される適用を満たす物理的な特性をそれに与えることが可能となる。
工程b)の終わりに得られた担体は、次いで、熱処理工程を経る。この熱処理工程により、想定される適用を満たす物理的な特性をそれに与えることが可能となる。
用語「水熱処理(hydrothermal treatment)」は、水の存在中でオートクレーブ中に室温より上の温度で通過させることによる処理を意味する。
この水熱処理の間に、形付け済みアルミナは、異なる方法で処理され得る。それ故に、アルミナは、オートクレーブ中に通過させる前に、酸溶液を含浸させられ得、アルミナの水熱処理を蒸気相中または液相中のいずれかで行うことが可能であり、オートクレーブのこの蒸気または液体の相は、酸性または非酸性であることが可能である。水熱処理に先行するこの含浸は、乾式でまたは酸性水溶液中にアルミナを漬けることによって行われてよい。用語「乾式含浸(dry impregnation)」は、アルミナを、処理されるアルミナの全細孔容積以下の容積の溶液と接触させて置くことを意味する。好ましくは、含浸は、乾式で行われる。
酸性溶液を先に含浸させることなく押出し済み担体を処理することも可能であり、この場合における酸性度は、オートクレーブの水性液体によって提供される。
酸性水溶液は、押出物のアルミナの少なくとも一部を溶解させるための少なくとも1種の酸性化合物を含む。用語「押出物のアルミナの少なくとも一部を溶解させるための酸性化合物」は、あらゆる酸性化合物であって、アルミナ押出物と接触させると、アルミニウムイオンの少なくとも一部を溶解させるものを意味すると理解される。酸は、好ましくは、アルミナ押出物の最低0.5重量%のアルミナを溶解させるべきである。
好ましくは、この酸は、強酸、例えば、硝酸、塩化水素酸、過塩素酸、硫酸またはその水溶液が4未満のpHを有するような濃度で用いられる弱酸、例えば、酢酸、またはこれらの酸の混合物から選ばれる。
好ましい実施形態によると、水熱処理は、単独でまたは混合物として利用される硝酸および酢酸の存在中で行われる。オートクレーブは、好ましくは、回転バスケットオートクレーブ、例えば、特許出願EP-A-0 387 109において定義されるものである。
水熱処理は、処理温度に対応する飽和蒸気圧力下にまたは飽和蒸気圧力の70%に少なくとも等しい水蒸気の分圧下に行われてもよい。
好ましくは、水熱処理は、100℃~800℃、好ましくは200℃~700℃の温度で、好ましくは30分~8時間、より優先的には30分~3時間にわたって行われる。
好ましくは、水熱処理の後にオートクレーブにおいて行われる焼成工程は、一般的に400℃~1500℃、好ましくは800℃~1300℃の温度で、一般的には1~5時間にわたって、空気中で行われ、空気の水含有率は、一般的には乾燥空気の重量(キログラム)当たり水0~700gである。
工程c)の終わりに、得られたアルミナは、上記のような固有の組織(textural)特性を呈する。
(工程d))
工程d)は、以下のサブ工程を含む。
工程d)は、以下のサブ工程を含む。
(工程d1)-担体をニッケル活性相の前駆体と接触させる)
担体は、工程d1)の含浸にしたがって、乾式含浸または過剰含浸によって、あるいは他に、沈着-沈殿によって、当業者に周知の方法により、ニッケル活性相の前駆体を含有している溶液と接触させられてよい。
担体は、工程d1)の含浸にしたがって、乾式含浸または過剰含浸によって、あるいは他に、沈着-沈殿によって、当業者に周知の方法により、ニッケル活性相の前駆体を含有している溶液と接触させられてよい。
前記工程d1)は、優先的には、担体の含浸によって行われ、これは、例えば、担体を、ニッケル前駆体を含有している少なくとも1種の水溶液と接触させることからなる。前記溶液のpHは、酸または塩基の任意の添加によって修改変され得るだろう。
好ましくは、前記工程d1)は、乾式含浸によって行われ、これは、担体を、少なくとも1種のニッケル前駆体を含有している、好ましくはこれからなる少なくとも1種の溶液と接触させることからなり、その溶液の容積は、含浸させられるべき担体の細孔容積の0.25~1.5倍である。
好ましくは、前記ニッケル前駆体は、水溶液中に、例えば、硝酸塩、炭酸塩、酢酸塩、塩化物またはシュウ酸塩の形態、ポリ酸または酸アルコールおよびそれの塩によって形成された錯体の形態、アセチルアセトナートにより形成された錯体の形態または水溶液中に可溶な任意の他の無機誘導体の形態で導入され、これは、前記担体と接触させられる。好ましくは、ニッケル前駆体として、硝酸ニッケル、塩化ニッケル、酢酸ニッケルまたはヒドロキシ炭酸ニッケルの使用が有利になされる。大いに好ましくは、ニッケル前駆体は、硝酸ニッケルである。
別の変形例によると、水溶液は、アンモニア水またはアンモニウムNH4
+イオンを含有してよい。
溶液中のニッケルの濃度は、含浸のタイプ(乾式含浸または過剰含浸)および担体の細孔容積に応じて、担持型触媒のために、触媒の全重量に相対するニッケル元素の重量で1重量%~50重量%、より優先的には2重量%~40重量%、一層より優先的には3重量%~35重量%、一層より優先的には5重量%~25重量%のニッケル含有率を得るように調節される。
(工程d2)-乾燥)
乾燥工程は、乾燥ガスの重量(キログラム)当たり水150グラム未満、好ましくは乾燥ガスの重量(キログラム)当たり水50g未満の量の水を含んでいるガス流下に、250℃未満、好ましくは15℃~240℃、より優先的には30℃~220℃、なおさらより優先的には50℃~200℃、一層より優先的には70℃~180℃の温度で、典型的には10分~24時間の期間にわたって行われる。より長い時間の期間は規定外とはしないが、必ずしも何らかの改善を提供するわけではない。
乾燥工程は、乾燥ガスの重量(キログラム)当たり水150グラム未満、好ましくは乾燥ガスの重量(キログラム)当たり水50g未満の量の水を含んでいるガス流下に、250℃未満、好ましくは15℃~240℃、より優先的には30℃~220℃、なおさらより優先的には50℃~200℃、一層より優先的には70℃~180℃の温度で、典型的には10分~24時間の期間にわたって行われる。より長い時間の期間は規定外とはしないが、必ずしも何らかの改善を提供するわけではない。
ガスは、酸素、窒素または不活性ガスを含有してよく、好ましくは、ガスは空気である。
(工程d2’)-焼成(任意))
場合による焼成工程は、乾燥ガスの重量(キログラム)当たり水150グラム未満、好ましくは乾燥ガスの重量(キログラム)当たり水50グラム未満の量の水を含んでいるガス流下に、250℃~1000℃、好ましくは250℃~750℃の温度で行われる。この熱処理の継続期間は、一般的に15分~10時間である。より長い時間の期間は、規定外とはされないが、必ずしも何らかの改善を提供するわけではない。
場合による焼成工程は、乾燥ガスの重量(キログラム)当たり水150グラム未満、好ましくは乾燥ガスの重量(キログラム)当たり水50グラム未満の量の水を含んでいるガス流下に、250℃~1000℃、好ましくは250℃~750℃の温度で行われる。この熱処理の継続期間は、一般的に15分~10時間である。より長い時間の期間は、規定外とはされないが、必ずしも何らかの改善を提供するわけではない。
ガスは、酸素、窒素または不活性ガスを含有してよく、好ましくは、ガスは空気である。
工程d2)またはd2’)の終わりに、ニッケルは、担体上に均一に分配されている。
(工程d3)-添加物)
触媒を調製するための方法の工程d3)によると、工程d2)の終わりに、場合によっては、工程d2’)の終わりに得られた触媒前駆体は、分子当たり1~14個(好ましくは2~12個)の炭素原子を含有しているアルデヒド、分子当たり3~18個(好ましくは3~12個)の炭素原子を含有しているケトンまたはポリケトン、分子当たり2~14個(好ましくは3~12個)の炭素原子を含有しているエーテルまたはエステル、分子当たり1~14個(好ましくは2~12個)の炭素原子を含有しているアルコールまたはポリアルコールおよび分子当たり1~14個(1~12個)の炭素原子を含有しているカルボン酸またはポリカルボン酸から選ばれる少なくとも1種の有機添加物を含んでいる少なくとも1種の溶液と接触させられる。有機添加物は、上記の種々の官能基の組み合わせからなっていてよい。
触媒を調製するための方法の工程d3)によると、工程d2)の終わりに、場合によっては、工程d2’)の終わりに得られた触媒前駆体は、分子当たり1~14個(好ましくは2~12個)の炭素原子を含有しているアルデヒド、分子当たり3~18個(好ましくは3~12個)の炭素原子を含有しているケトンまたはポリケトン、分子当たり2~14個(好ましくは3~12個)の炭素原子を含有しているエーテルまたはエステル、分子当たり1~14個(好ましくは2~12個)の炭素原子を含有しているアルコールまたはポリアルコールおよび分子当たり1~14個(1~12個)の炭素原子を含有しているカルボン酸またはポリカルボン酸から選ばれる少なくとも1種の有機添加物を含んでいる少なくとも1種の溶液と接触させられる。有機添加物は、上記の種々の官能基の組み合わせからなっていてよい。
好ましくは、有機添加物は、ギ酸HCOOH、ホルムアルデヒドCH2O、酢酸CH3COOH、クエン酸、シュウ酸、グリコール酸(HOOC-CH2-OH)、マロン酸(HOOC-CH2-COOH)、エタノール、メタノール、ギ酸エチルHCOOC2H5、ギ酸メチルHCOOCH3、パラアルデヒド(CH3-CHO)3、アセトアルデヒドC2H4O、ガンマ-バレロラクトン(C5H8O2)、グルコース、ソルビトール、トリオキサンから選ばれる。
特に好ましくは、有機添加物は、ギ酸である。
有機添加物を触媒に加える工程(工程d3))が、担体をニッケル活性相の前駆体と接触させる工程の後に行われることは必須である。
好ましくは、前記工程d3)は、工程d2)または工程d2’)の実施の終わりに得られた触媒前駆体に上記の少なくとも1種の有機添加物を含んでいる溶液を含浸させることによって行われる。含浸は、一般的に、水溶液中または有機溶液中または水性または有機性の溶液中の懸濁液中で、好ましくは水溶液中で行われる。操作が有機溶液中または懸濁液で行われる場合、アルコールまたはポリアルコール、グリコールまたはポリグリコールが有機溶媒として好適に用いられることになる。
好ましくは、前記工程d3)は、乾式含浸によって行われ、これは、工程d2)または工程d2’)の実施の終わりに得られた触媒前駆体を上記のような少なくとも1種の有機添加物を含んでいる溶液と接触させることからなり、その溶液の容積は、含浸させられるべき触媒前駆体の細孔容積の0.25~1.5倍である。
含浸が行われる際の温度は、一般的には0℃~50℃、好ましくは10℃~40℃、特に好ましくは室温である。
本発明によると、有機添加物とニッケルとの間のモル比は、0.05mol/mol超、好ましくは0.1~5mol/mol、より優先的には0.12~3mol/mol、一層より好ましくは0.15~2.5mol/molである。
(工程d4)-水熱処理)
本発明による触媒を調製するための方法の工程d4)によると、工程d3)に由来する生成物の水熱処理は、100℃~200℃、好ましくは130℃~170℃、より特定的には約150℃の温度で、乾燥ガスの重量(キログラム)当たり水5~650グラム、好ましくは乾燥ガスの重量(キログラム)当たり水7~150グラム、一層より好ましくは乾燥ガスの重量(キログラム)当たり水10~50グラムを含んでいるガス流下に行われる。ガスは、酸素、窒素または不活性ガスを含有してよく、好ましくは、ガスは空気である。
本発明による触媒を調製するための方法の工程d4)によると、工程d3)に由来する生成物の水熱処理は、100℃~200℃、好ましくは130℃~170℃、より特定的には約150℃の温度で、乾燥ガスの重量(キログラム)当たり水5~650グラム、好ましくは乾燥ガスの重量(キログラム)当たり水7~150グラム、一層より好ましくは乾燥ガスの重量(キログラム)当たり水10~50グラムを含んでいるガス流下に行われる。ガスは、酸素、窒素または不活性ガスを含有してよく、好ましくは、ガスは空気である。
水熱処理の継続期間は、一般的に30分~5時間、好ましくは1~3時間である。
(工程d5)-乾燥(任意))
工程d4)の後に、50℃~200℃で乾燥ガスの重量(キログラム)当たり厳格に水5グラム未満の量の水を含んでいるガス流下に、有利には30分~5時間、好ましくは1~3時間の時間にわたって乾燥させる工程d5)が続けられ得る。
工程d4)の後に、50℃~200℃で乾燥ガスの重量(キログラム)当たり厳格に水5グラム未満の量の水を含んでいるガス流下に、有利には30分~5時間、好ましくは1~3時間の時間にわたって乾燥させる工程d5)が続けられ得る。
ガスは、酸素、窒素または不活性ガスを含有してよく、好ましくは、ガスは空気である。
工程d4)、または場合によっては工程d5)の終わりに、「セミエッグシェル」触媒が図1において図式的に示されるように得られ、その特徴は上記に記載されている。
(工程e))
工程e)は、以下のサブ工程を含む。
工程e)は、以下のサブ工程を含む。
(工程e1)銅およびニッケルの前駆体を担体と接触させる)
アルミナ担体上のニッケルおよび銅の沈着は、乾式含浸または過剰含浸によって、あるいは他に沈着-沈殿によって、当業者に周知の方法に従って行われてよい。
アルミナ担体上のニッケルおよび銅の沈着は、乾式含浸または過剰含浸によって、あるいは他に沈着-沈殿によって、当業者に周知の方法に従って行われてよい。
前記工程e1)は、優先的には、触媒前駆体の含浸によって行われ、この含浸は、例えば、前記担体を、少なくとも1種の溶液と接触させることからなり、この溶液は、水性または有機性のもの(例えば、メタノールまたはエタノールまたはフェノールまたはアセトンまたはトルエンまたはジメチルスルホキシド(DMSO))あるいは他に水と少なくとも1種の有機溶媒との混合物からなり、少なくとも1種のニッケル前駆体および少なくとも1種の銅前駆体を少なくとも部分的に溶解した状態で含んでおり、好ましくこれからなるか、または他に、前記触媒前駆体を、少なくとも1種のコロイド溶液と接触させることからなり、このコロイド溶液は、少なくとも1種のニッケル前駆体および少なくとも1種の銅前駆体を酸化された形態(ニッケルおよび銅の酸化物、オキシ(ヒドロキシド)または水酸化物のナノ粒子)または還元された形態(還元された状態にあるニッケルおよび銅の金属性ナノ粒子)で含んでおり、好ましくはこれらからなる。好ましくは、溶液は水性である。この溶液のpHは、酸または塩基の任意の添加によって改変されてよい。
好ましくは、前記工程e1)は、乾式含浸によって行われ、これは、触媒前駆体の担体を、少なくとも1種のニッケル前駆体および少なくとも1種の銅前駆体を含んでいる、好ましくはこれらからなる溶液と接触させることからなり、溶液の容積は、含浸させられるべき担体の細孔容積の0.25~1.5倍である。
ニッケル前駆体が水溶液中に導入される場合、硝酸塩、炭酸塩、酢酸塩、塩化物、水酸化物、ヒドロキシ炭酸塩、シュウ酸塩、硫酸塩またはギ酸塩の形態、ポリ酸または酸アルコールおよびその塩により形成される錯体の形態、アセチルアセトナートにより形成される錯体の形態、テトラミンまたはヘキサミンの錯体の形態、あるいはその他に水溶液に可溶な任意の他の無機誘導体の形態でニッケル前駆体の使用が有利になされ、前記触媒前駆体と接触させられる。好ましくは、硝酸ニッケル、水酸化ニッケル、炭酸ニッケル、塩化ニッケルまたはヒドロキシ炭酸ニッケルがニッケル前駆体として有利に使用される。大いに好ましくは、ニッケル前駆体は、硝酸ニッケル、炭酸ニッケルまたは水酸化ニッケルである。
銅前駆体が水溶液中に導入される場合、鉱物または有機の形態にある銅前駆体が有利に使用される。鉱物の形態では、銅前駆体は、酢酸銅、銅アセチルアセトナート、硝酸銅、硫酸銅、塩化銅、臭化銅、ヨウ化銅またはフッ化銅から選ばれ得る。大いに好ましくは、銅前駆体塩は、硝酸銅である。
本発明によると、ニッケル前駆体は、工程e1)において、最終触媒(すなわち、還元工程f)またはパッシベーション工程g)が行われるならばパッシベーション工程g)の終わりに得られる触媒)上で、最終触媒の全重量に相対するニッケル元素の重量で0.5重量%~10重量%、好ましくは0.5重量%~8重量%、より優先的には1重量%~7重量%、一層より優先的には1重量%~5重量%の含有率を得るように所望の濃度で供給される。
工程e1)による溶液に導入される銅前駆体(1種または複数種)の量は、全銅含有率が最終触媒(すなわち、還元工程f)またはパッシベーション工程g)が行われるならばパッシベーション工程g)の終わりに得られる触媒)の全重量に相対する銅元素の重量で0.5重量%~15重量%、好ましくは0.5重量%~12重量%、好ましくは0.75重量%~10重量%、一層より優先的には1重量%~9重量%になるように選ばれる。
(工程e2)含浸済み担体を乾燥させる)
含浸済み担体を乾燥させる工程e2)は、250℃未満、好ましくは15℃~180℃、より優先的には30℃~160℃、一層より優先的には50℃~150℃、一層より優先的には70℃~140℃の温度で、典型的には10分~24時間の期間にわたって行われる。より長い期間は規定外とはされないが、必ずしも何らかの改善をもたらすわけではない。
含浸済み担体を乾燥させる工程e2)は、250℃未満、好ましくは15℃~180℃、より優先的には30℃~160℃、一層より優先的には50℃~150℃、一層より優先的には70℃~140℃の温度で、典型的には10分~24時間の期間にわたって行われる。より長い期間は規定外とはされないが、必ずしも何らかの改善をもたらすわけではない。
乾燥工程は、当業者に知られているあらゆる技術によって行われ得る。それは、有利には、不活性雰囲気下または酸素含有雰囲気下または不活性ガスと酸素の混合物下に行われる。それは、有利には、大気圧または減圧で行われる。好ましくは、この工程は、大気圧で空気または窒素の存在中で行われる。
((工程e3)乾燥済み触媒の熱処理(任意の工程))
乾燥済み触媒前駆体は、還元工程f)の前に、250℃~1000℃、好ましくは250℃~750℃の温度で、典型的には15分~10時間の期間にわたって、不活性雰囲気下または酸素含有雰囲気下に、場合によっては水の存在中で、さらなる熱処理工程を経ることができる。より長い処理時間は規定外とはされないが、必ずしも改善を与えるわけではない。
乾燥済み触媒前駆体は、還元工程f)の前に、250℃~1000℃、好ましくは250℃~750℃の温度で、典型的には15分~10時間の期間にわたって、不活性雰囲気下または酸素含有雰囲気下に、場合によっては水の存在中で、さらなる熱処理工程を経ることができる。より長い処理時間は規定外とはされないが、必ずしも改善を与えるわけではない。
用語「熱処理」は、それぞれ、水が存在しない中または水の存在中での温度処理を意味することを意図されている。後者の場合、水蒸気との接触は、大気圧でまたは自発圧力下に行われ得る。水が存在しない中または水が存在する中で、複数回の複合サイクルが行われ得る。このまたはこれらの処理の後に、触媒前駆体は、ニッケルを酸化物の形態、すなわち、NiOの形態で含む。
水が存在する場合、水含有率は、好ましくは、乾燥空気の重量(kg)当たり150~900グラム、一層より好ましくは乾燥空気の重量(kg)当たり250~650グラムである。
(調製方法の他の工程に関連する工程e)の実施)
ニッケル触媒の調製のための方法は、いくつかの実施形態を含む。それらは特にNiCuアロイを構成するニッケルおよび銅の前駆体の導入の順序によって異なっている。ニッケル前駆体を担体と接触させた後、または、ニッケル前駆体を担体と接触させる前のいずれかに、ニッケルおよび銅の前駆体を担体と接触させることが可能である。
ニッケル触媒の調製のための方法は、いくつかの実施形態を含む。それらは特にNiCuアロイを構成するニッケルおよび銅の前駆体の導入の順序によって異なっている。ニッケル前駆体を担体と接触させた後、または、ニッケル前駆体を担体と接触させる前のいずれかに、ニッケルおよび銅の前駆体を担体と接触させることが可能である。
第1の実施形態は、前記工程d)の前に前記工程e)を行うことからなる。
第2の実施形態は、前記工程e)の前に前記工程d)を行うことからなる。
工程e)が工程d)の前またはその後に行われる場合、前記工程e)は、担体を少なくとも1種の有機化合物を含んでいる前記溶液と接触させた後に触媒前駆体を250℃未満の温度で乾燥させることを含む。
(工程f)有機化合物の添加)
前記担体は、少なくとも1つのカルボン酸基、または少なくとも1つのアルコール基、または少なくとも1つのエステル基、または少なくとも1つのアミド基、または少なくとも1つのアミン基を含む少なくとも1種の有機化合物を含有している少なくとも1種の溶液と、前記工程f)の実施により、当業者に周知のあらゆる方法によって接触させられてよい。これは、有機化合物の存在中で調製された本発明による触媒が、このタイプの有機化合物の非存在中で調製された触媒より活性であることがさらに留意されたためである。この効果はニッケル粒子のサイズの減少に関係している。
前記担体は、少なくとも1つのカルボン酸基、または少なくとも1つのアルコール基、または少なくとも1つのエステル基、または少なくとも1つのアミド基、または少なくとも1つのアミン基を含む少なくとも1種の有機化合物を含有している少なくとも1種の溶液と、前記工程f)の実施により、当業者に周知のあらゆる方法によって接触させられてよい。これは、有機化合物の存在中で調製された本発明による触媒が、このタイプの有機化合物の非存在中で調製された触媒より活性であることがさらに留意されたためである。この効果はニッケル粒子のサイズの減少に関係している。
特に、前記工程f)は、当業者に周知の方法に従って、乾式含浸または過剰含浸によって行われてよい。好ましくは、前記工程f)は、乾式含浸によって行われ、これは、触媒の担体を、含浸させられるべき担体の細孔容積の0.25~1.5倍の容積の前記溶液と接触させることからなる。
少なくとも1つのカルボン酸基、または少なくとも1つのアルコール基、または少なくとも1つのエステル基、または少なくとも1つのアミド基、または少なくとも1つのアミン基を含む少なくとも1種の有機化合物を含有している前記溶液は、水性または有機性(例えば、メタノールまたはエタノールまたはフェノールまたはアセトンまたはトルエンまたはジメチルスルホキシド(DMSO))であってもよく、またはその他、水と少なくとも1つの有機溶媒との混合物からなっていてよい。前記有機化合物は、予め、所望の濃度で前記溶液中に少なくとも部分的に溶解させられている。好ましくは、前記溶液は、水性であるか、またはエタノールを含有する。よりなおさら好ましくは、前記溶液は水性である。前記溶液のpHは、酸または塩基の任意の添加によって改変され得るだろう。別の考えられる実施形態では、溶媒は含浸溶液中に存在しなくてもよい。
工程f)が乾式含浸または過剰含浸、好ましくは乾式含浸によって行われる実施形態において、少なくとも前記有機化合物を含有している少なくとも1種の溶液を担体に含浸させることは、有利には、少なくとも2回の含浸サイクルを介して、各サイクルにおいて同一または異なる有機化合物を用いて行われてよい。この場合、各含浸の後に、有利には乾燥と、場合による熱処理とが行われる。
有利には、工程f)において導入される前記有機化合物対工程d1)において導入されるニッケル元素のモル比は、0.01~5.0mol/mol、好ましくは0.05~2.0mol/mol、より優先的には0.1~1.5mol/mol、よりなおさら優先的には0.3~1.2mol/molである。
工程f)による有機化合物は、同一分子内に、複数の同一または異なるカルボン酸、アルコール、エステル、アミドまたはアミンの有機基を含んでもよい。工程f)による有機化合物は、カルボン酸、アルコール、エステル、アミドまたはアミンの有機基から選ばれる複数種の有機基の組み合わせを含んでよい。
好ましくは、工程f)の有機化合物は、工程d2)の有機添加物とは異なっている。
(A) 少なくとも1つのカルボン酸基を含む有機化合物)
本発明による1種の実施形態において、有機化合物は、少なくとも1つのカルボン酸基を含む。
本発明による1種の実施形態において、有機化合物は、少なくとも1つのカルボン酸基を含む。
少なくとも1つのカルボン酸基を含む前記有機化合物は、飽和または不飽和の脂肪族有機化合物または芳香族有機化合物であってよい。好ましくは、飽和または不飽和の脂肪族有機化合物は、1~9個の炭素原子、好ましくは2~7個の炭素原子を含む。好ましくは、芳香族有機化合物は、7~10個の炭素原子、好ましくは7~9個の炭素原子を含む。
少なくとも1つのカルボン酸基を含む前記飽和または不飽和の脂肪族有機化合物または前記芳香族有機化合物は、モノカルボン酸、ジカルボン酸、トリカルボン酸またはテトラカルボン酸から選ばれてよい。
有利には、少なくとも1つのカルボン酸基を含んでいる有機化合物は、エタン二酸(シュウ酸)、プロパン二酸(マロン酸)、ペンタン二酸(グルタル酸)、ヒドロキシ酢酸(グリコール酸)、2-ヒドロキシプロパン酸(乳酸)、2-ヒドロキシプロパン二酸(タルトロン酸)、2-ヒドロキシプロパン-1,2,3-トリカルボン酸(クエン酸)、2,3-ジヒドロキシブタン二酸(酒石酸)、2-オキソプロパン酸(ピルビン酸)または4-オキソペンタン酸(レブリン酸)から選ばれる。
(B)少なくとも1つのアルコール基を含んでいる有機化合物)
本発明による別の実施形態では、有機化合物は、少なくとも1つのアルコール基を含む。
本発明による別の実施形態では、有機化合物は、少なくとも1つのアルコール基を含む。
好ましくは、前記有機化合物は、2~20個の炭素原子、好ましくは2~12個の炭素原子、よりなおさら好ましくは2~8個の炭素原子を含む。
有利には、有機化合物は、メタノール、エタノール、フェノール、エチレングリコール、プロパン-1,3-ジオール、ブタン-1,4-ジオール、ペンタン-1,5-ジオール、ヘキサン-1,6-ジオール、グリセロール、キシリトール、マンニトール、ソルビトール、ピロカテコール、レゾルシノール、ヒドロキノン、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、平均モル質量が600g/mol未満であるポリエチレングリコール、グルコース、マンノース、フルクトース、スクロース、マルトースまたはラクトースから選ばれ、異性体形態のいずれか1つにある。
(C)少なくとも1つのエステル基を含む有機化合物)
本発明による別の実施形態では、有機化合物は、少なくとも1つのエステル基を含む。好ましくは、前記有機化合物は、2~20個の炭素原子、好ましくは3~14個の炭素原子、よりなおさら優先的には3~8個の炭素原子を含む。
本発明による別の実施形態では、有機化合物は、少なくとも1つのエステル基を含む。好ましくは、前記有機化合物は、2~20個の炭素原子、好ましくは3~14個の炭素原子、よりなおさら優先的には3~8個の炭素原子を含む。
前記有機化合物は、線状または環状または不飽和環状のカルボン酸エステル、または環状または線状の炭酸エステル、または他に線状炭酸ジエステルから選ばれてよい。カルボン酸環状エステルの場合、前記化合物はγ-バレロラクトンである。
カルボン酸不飽和環状エステル(環中に不飽和を含む)の場合、化合物はフランまたはピロンまたはそれらの誘導体のいずれか1つ、例えば6-ペンチル-α-ピロンであり得る。
カルボン酸線状エステルの場合、化合物は、実験式RCOOR’に対応する単一のエステル基を含んでいる化合物であってよく、ここで、RおよびR’は線状、分枝または環状のアルキル基、または不飽和を含有しているアルキル基、または1つ以上の芳香環によって置換されたアルキル基、またはアリール基であり、各々は1~15個の炭素原子を含み、同一であっても異なっていてもよい。R基はまた水素原子Hであり得る。前記有機化合物は、好ましくはラウリン酸メチルである。
本発明による別の実施形態において、有機化合物は、少なくとも2つのカルボン酸エステル基を含んでいる化合物であってもよい。好ましくは、前記化合物は、コハク酸ジメチルである。
本発明による別の実施形態において、有機化合物は、少なくとも1つのカルボン酸エステル基と、アルコール、エーテル、ケトンまたはアルデヒドから選ばれる少なくとも1つの第2の官能基とを含んでいる化合物であってもよい。
好ましくは、前記化合物はリンゴ酸ジメチルである。
有利には、前記有機化合物は、少なくとも1つの炭酸エステル基と、少なくとも1つのケトンまたはアルデヒドの基を含む。炭酸環状エステルの場合、化合物は炭酸プロピレンである。炭酸線状エステルの場合、化合物は、炭酸ジメチル、炭酸ジエチルまたは炭酸ジフェニルから選ばれる。炭酸線状ジエステルの場合、化合物は、二炭酸ジメチル、二炭酸ジエチルまたは二炭酸ジ(tert-ブチル)から選ばれる。
(D)少なくとも1つのアミド基を含む有機化合物)
本発明による別の実施形態において、有機化合物は、非環式アミド基またはアルキル置換基、アリール置換基または不飽和を含むアルキル置換基を含んでもよい環式アミド基から選ばれる少なくとも1つのアミド基を含む。アミド基は、第一級、第二級または第三級のアミドから選ばれ得る。
本発明による別の実施形態において、有機化合物は、非環式アミド基またはアルキル置換基、アリール置換基または不飽和を含むアルキル置換基を含んでもよい環式アミド基から選ばれる少なくとも1つのアミド基を含む。アミド基は、第一級、第二級または第三級のアミドから選ばれ得る。
有利には、少なくとも1つのアミド基を含んでいる有機化合物は、ホルムアミド、N-メチルホルムアミド、N,N-ジメチルホルムアミド、N-エチルホルムアミド、N,N-ジエチルホルムアミド、アセトアミド、N-メチルアセトアミド、N,N-ジメチルメタンアミド、N,N-ジエチルアセトアミド、N,N-ジメチルプロピオンアミド、プロパンアミド、2-ピロリドン、N-メチル-2-ピロリドン、γ-ラクタム、カプロラクタム、アセチルロイシン、N-アセチルアスパラギン酸、アミノ馬尿酸、N-アセチルグルタミン酸、4-アセトアミド安息香酸、ラクトアミドおよびグリコールアミド、尿素、N-メチル尿素、N,N’-ジメチル尿素、1,1-ジメチル尿素、およびテトラメチル尿素から選ばれ、その異性体のいずれか1つである。
(E)少なくとも1つのアミン基を含む有機化合物)
本発明による別の実施形態において、有機化合物は、少なくとも1つのアミン基を含む。前記有機化合物は、1~20個の炭素原子、好ましくは1~14個の炭素原子、よりなおさら好ましくは2~8個の炭素原子を含む。
本発明による別の実施形態において、有機化合物は、少なくとも1つのアミン基を含む。前記有機化合物は、1~20個の炭素原子、好ましくは1~14個の炭素原子、よりなおさら好ましくは2~8個の炭素原子を含む。
本発明による1種の実施形態において、前記有機化合物は、実験式CxNyHzに対応する少なくとも1つのアミン基を含み、ここで、1≦x≦20、1≦y≦x、2≦z≦2x+2である。より詳細には、有機化合物は、エチレンジアミン、ジアミノヘキサン、テトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、テトラメチルエチレンジアミン、テトラエチルエチレンジアミン、ジエチレントリアミンおよびトリエチレンテトラミンから選ばれる。
本発明による1種の実施形態において、前記有機化合物は、少なくとも1つのアミン基と、少なくとも1つのカルボン酸基とを含む(アミノ酸)。化合物がアミノ酸である場合、それは、好ましくは、アラニン、アルギニン、リジン、プロリン、セリン、スレオニンまたはEDTAから選ばれる。
上記の全ての実施形態の中で、有機化合物は、シュウ酸、マロン酸、グリコール酸、乳酸、タルトロン酸、クエン酸、酒石酸、ピルビン酸、レブリン酸、エチレングリコール、プロパン-1,3-ジオール、ブタン-1,4-ジオール、グリセロール、キシリトール、マンニトール、ソルビトール、ジエチレングリコール、グルコース、ガンマ-バレロラクトン、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、ホルムアミド、N-メチルホルムアミド、アセトアミド、N-メチルアセトアミド、N,N-ジメチルメタンアミド、2-ピロリドン、γ-ラクタム、ラクトアミド、尿素、アラニン、アルギニン、リジン、プロリン、セリン、EDTAから選ばれる。
(調製方法の他の工程に関連する工程f)の実施)
ニッケル触媒の調製のための方法は、複数種の実施形態を含む。それらは、特に、有機化合物およびニッケル前駆体の導入の順序において異なっており、有機化合物を、ニッケル前駆体を担体と接触させた後、またはニッケル前駆体を担体と接触させる前、またはニッケルを担体と接触させるのと同時にかのいずれかに、有機化合物を担体と接触させることが可能である。
ニッケル触媒の調製のための方法は、複数種の実施形態を含む。それらは、特に、有機化合物およびニッケル前駆体の導入の順序において異なっており、有機化合物を、ニッケル前駆体を担体と接触させた後、またはニッケル前駆体を担体と接触させる前、またはニッケルを担体と接触させるのと同時にかのいずれかに、有機化合物を担体と接触させることが可能である。
第1の実施形態は、前記工程d)の後に前記工程f)を行うことからなる。
第2の実施形態は、前記工程f)の後に前記工程d)を行うことからなる。
工程f)が工程d)の前またはその後に行われる場合、前記工程f)は、担体を、少なくとも1種の有機化合物を含んでいる前記溶液と接触させた後に、触媒前駆体を250℃未満の温度で乾燥させることを含む。
担体をニッケル前駆体と接触させる工程(工程d1))、担体を少なくとも1つのカルボン酸基、または少なくとも1つのアルコール基、または少なくとも1つのエステル基、または少なくとも1つのアミド基、または少なくとも1つのアミン基を含む少なくとも1種の有機化合物を含有している少なくとも1種の溶液と接触させる工程(工程f)の各工程は、それぞれ、少なくとも1回行われ、有利には、複数回、場合によっては、ニッケル前駆体および/または各工程d1)および/またはf)においてそれぞれ同一または異なる有機化合物の存在中で行われてよい。
第3の実施形態は、前記工程d1)および前記工程f)を同時に行うことからなる(同時接触)。この実施形態は、有利には、1回以上の工程d)の実施を含むことができ、場合によっては、各工程d1)において同一のまたは異なるニッケル前駆体を伴う。特に、1回以上の工程d1)が、前記同時接触工程に先行し、かつ/または有利には前記同時接触工程に続き、場合によっては、各工程において同一のまたは異なるニッケル前駆体を伴う。この実施形態は、複数回の同時接触工程を含んでよい:工程d1)およびf)は、同時に複数回、場合によっては、各同時接触工程において同一または異なるニッケル前駆体および/または有機化合物の存在中で行われる。
各接触工程の後に、好ましくは、中間乾燥工程が行われる。中間乾燥工程が行われる際の温度は、250℃未満、好ましくは15~240℃、より好ましくは30~220℃、よりなおさら好ましくは50~200℃、一層より好ましくは70~180℃の温度である。有利には、中間乾燥工程が行われる場合に、中間焼成工程が行われてよい。中間焼成工程が行われる際の温度は、250~1000℃、好ましくは250~750℃である。
有利には、各接触工程の後に、これがニッケル前駆体を担体と接触させる工程であるか、有機化合物を担体と接触させる工程であるか、またはニッケル前駆体および有機化合物を担体と同時に接触させる工程であるかにかかわらず、場合によっては、中間乾燥工程の前に含浸済み担体を熟成静置することが可能である。熟成により、溶液を担体内に均一に分布させることが可能になる。熟成工程が行われる場合、前記工程は、有利には、大気圧または減圧で、不活性雰囲気下または酸素含有雰囲気下または水含有雰囲気下に、10~50℃の温度で、好ましくは周囲温度で行われる。一般に、48時間未満、好ましくは5分~5時間の熟成時間が十分である。より長い期間は規定外とはされないが、必ずしも何らかの改善を提供するわけではない。
(工程g)還元ガスによる還元)
接触反応器における触媒の使用および水素化方法の実施に先行して、還元処理工程g)が還元ガスの存在中で行われ、少なくとも部分的に金属形態にあるニッケルを含んでいる触媒が得られる。この工程は、有利には、現場内(in situ)、すなわち、水素化反応器への触媒の装填の後に行われる。この処理により、前記触媒を活性にし、金属粒子、特にゼロ価状態のニッケルの粒子を形成することが可能となる。触媒還元処理の現場内の実施により、酸素所持化合物またはCO2による触媒のパッシベーションの追加工程をなしで済ますことが可能となる。これは、現場外(ex situ)で、すなわち、芳香族またはポリ芳香族の化合物の水素化のために用いられる反応器の外側で還元処理を行うことによって触媒が調製される場合に必要なケースである。実際に、還元処理が現場外で行われる場合に、(触媒の輸送および水素化反応器への装填の操作の間に)空気の存在中で触媒の金属性の相を保護するためにパッシベーション工程を行うこと、次いで、触媒を還元する新工程を行うことが必要である。
接触反応器における触媒の使用および水素化方法の実施に先行して、還元処理工程g)が還元ガスの存在中で行われ、少なくとも部分的に金属形態にあるニッケルを含んでいる触媒が得られる。この工程は、有利には、現場内(in situ)、すなわち、水素化反応器への触媒の装填の後に行われる。この処理により、前記触媒を活性にし、金属粒子、特にゼロ価状態のニッケルの粒子を形成することが可能となる。触媒還元処理の現場内の実施により、酸素所持化合物またはCO2による触媒のパッシベーションの追加工程をなしで済ますことが可能となる。これは、現場外(ex situ)で、すなわち、芳香族またはポリ芳香族の化合物の水素化のために用いられる反応器の外側で還元処理を行うことによって触媒が調製される場合に必要なケースである。実際に、還元処理が現場外で行われる場合に、(触媒の輸送および水素化反応器への装填の操作の間に)空気の存在中で触媒の金属性の相を保護するためにパッシベーション工程を行うこと、次いで、触媒を還元する新工程を行うことが必要である。
還元ガスは、好ましくは、水素である。水素は、高純度でまたは混合物(例えば、水素/窒素、水素/アルゴンまたは水素/メタンの混合物)として用いられ得る。水素が混合物として用いられる場合、全ての割合が想定され得る。
本発明による調製方法の必須の局面によると、前記還元処理が行われる際の温度は、150℃以上かつ250℃未満、好ましくは160℃~230℃、より優先的には170℃~220℃である。還元処理の継続期間は、5分と5時間未満の間、好ましくは10分~4時間、一層より優先的には、10分~110分である。
少なくとも部分的に還元された形態にあるニッケル-銅アロイの存在により、従来技術におけるのよりも厳しくないニッケル活性相を還元するための操作条件を用いることが可能となり、それ故に、芳香族不飽和化合物の水素化を行うことが望ましい反応器内で直接的に還元工程を行うことが可能となる。
さらに、触媒中の銅の存在により、触媒の良好な活性および触媒の良好な耐用期間を、当該触媒が硫黄を含んでいる炭化水素供給原料と接触して置かれた場合に保護することが可能となる。実際に、ニッケルと比較して、触媒中に存在する銅は、供給原料中に含まれる硫黄含有化合物をより容易に捕捉し、これは活性サイトの不可逆的被毒を制限する。所望の還元温度までの温度上昇は、一般に遅く、例えば0.1~10℃/分、好ましくは0.3~7℃/分に設定される。
水素流量は、L/時/グラム(触媒前駆体)で表されて、0.01~100L/時/グラム(触媒前駆体)、好ましくは0.05~10L/時/グラム(触媒前駆体)、よりなおさら好ましくは0.1~5L/時/グラム(触媒前駆体)である。
((工程h)パッシベーション(任意))
本発明による方法により調製された触媒は、有利には、硫黄含有化合物によるパッシベーション工程を経ることができ、これにより、触媒の選択性を改善し、かつ新触媒の始動の間の熱暴走を回避することが可能となる。パッシベーションは、一般に、硫黄含有化合物によって、新触媒上に存在するニッケルの最も猛毒性の活性サイトを不可逆的に毒すること、それ故に、それの選択性に利益となる触媒の活性を弱めることからなる。パッシベーション工程は、当業者に知られている方法を用いて行われる。
本発明による方法により調製された触媒は、有利には、硫黄含有化合物によるパッシベーション工程を経ることができ、これにより、触媒の選択性を改善し、かつ新触媒の始動の間の熱暴走を回避することが可能となる。パッシベーションは、一般に、硫黄含有化合物によって、新触媒上に存在するニッケルの最も猛毒性の活性サイトを不可逆的に毒すること、それ故に、それの選択性に利益となる触媒の活性を弱めることからなる。パッシベーション工程は、当業者に知られている方法を用いて行われる。
硫黄含有化合物によるパッシベーション工程は、一般に、20℃~350℃、好ましくは40~200℃の温度で、10~240分にわたって行われる。硫黄含有化合物は、例えば、以下の化合物から選ばれる:チオフェン、チオファン、アルキルモノスルフィド、例えば、ジメチルスルフィド、ジエチルスルフィド、ジプロピルスルフィドおよびプロピルメチルスルフィド、あるいはまた式HO-R1-S-S-R2-OHの有機ジスルフィド、例えば式HO-C2H4-S-S-C2H4-OHのジチオジエタノール(しばしばDEODSと称される)。硫黄含有率は、一般に、触媒の全重量に相対する前記元素の重量で0.1重量%~2重量%である。
本発明による1種の実施形態において、触媒の調製は、現場外で、すなわち選択的水素化または芳香族化合物の水素化のための方法の反応ユニットに触媒を装填する前に行われる。
(選択的水素化方法)
本発明の別の主題は、分子当たり少なくとも2個の炭素原子を含有しているポリ不飽和化合物、例えば、ジオレフィン化合物および/またはアセチレン化合物および/またはアルケニル芳香族化合物(スチレン化合物としても知られている)であって、300℃以下の最終沸点を有する炭化水素供給原料中に含有されているものの選択的水素化のための方法にあり、前記方法は、本説明中の上記に記載されたような調製方法によって得られた触媒の存在中で行われ、その際の温度は、0℃~300℃であり、その際の圧力は、0.1~10MPaであり、本方法が液相で行われる場合にはその際の水素/(水素化されるべきポリ不飽和化合物)のモル比は、0.1~10であり、その際の毎時空間速度は、0.1~200h-1であり、または、本方法が気相で行われる場合にはその際の水素/(水素化されるべきポリ不飽和化合物)のモル比は、0.5~1000であり、その際の毎時空間速度は、100~40000h-1である。
本発明の別の主題は、分子当たり少なくとも2個の炭素原子を含有しているポリ不飽和化合物、例えば、ジオレフィン化合物および/またはアセチレン化合物および/またはアルケニル芳香族化合物(スチレン化合物としても知られている)であって、300℃以下の最終沸点を有する炭化水素供給原料中に含有されているものの選択的水素化のための方法にあり、前記方法は、本説明中の上記に記載されたような調製方法によって得られた触媒の存在中で行われ、その際の温度は、0℃~300℃であり、その際の圧力は、0.1~10MPaであり、本方法が液相で行われる場合にはその際の水素/(水素化されるべきポリ不飽和化合物)のモル比は、0.1~10であり、その際の毎時空間速度は、0.1~200h-1であり、または、本方法が気相で行われる場合にはその際の水素/(水素化されるべきポリ不飽和化合物)のモル比は、0.5~1000であり、その際の毎時空間速度は、100~40000h-1である。
モノ不飽和有機化合物、例えば、エチレンおよびプロピレンは、ポリマー、プラスチックおよび付加価値を有する他の化学製品の製造の根源のところにある。これらの化合物は、天然ガス、ナフサまたはガスオイルであって、水蒸気分解または接触分解の方法によって処理されたものから得られる。これらの方法は、高い温度で行われ、望みのモノ不飽和化合物に加えて、ポリ不飽和有機化合物、例えば、アセチレン、プロパジエンおよびメチルアセチレン(またはプロピン)、1,2-ブタジエンおよび1,3-ブタジエン、ビニルアセチレンおよびエチルアセチレン、および他のポリ不飽和化合物であって、その沸点がC5+フラクション(少なくとも5個の炭素原子を有している炭化水素ベースの化合物)に対応するもの、特に、ジオレフィンまたはスチレンまたはインデンの化合物を生じさせる。これらのポリ不飽和化合物は、高度に反応性であり、ポリマー化ユニットにおいて副反応をもたらす。それ故に、これらのフラクションの経済的な使用をなす前にそれらを除去することが必要である。
選択的水素化は、これらの炭化水素供給原料から不要なポリ不飽和化合物を特に除去するように開発された主要な処理である。それにより、ポリ不飽和化合物の完全な飽和およびそれ故の対応するアルカンまたはナフテンの形成を回避しながらポリ不飽和化合物を対応するアルケンまたは芳香族化合物へ転化させることが可能となる。供給原料として用いられる水蒸気分解ガソリンの場合、選択的水素化により、芳香環の水素化を回避しながらアルケニル芳香族化合物を選択的に水素化して芳香族化合物を与えることも可能となる。
選択的水素化方法において処理される炭化水素供給原料は、300℃以下の最終沸点を有し、分子当たり少なくとも2個の炭素原子を含有し、少なくとも1種のポリ不飽和化合物を含む。用語「ポリ不飽和化合物(polyunsaturated compounds)」は、少なくとも1つのアセチレン基および/または少なくとも1つのジエン基および/または少なくとも1つのアルケニル芳香族基を含んでいる化合物を意味することを意図される。
より詳細には、供給原料は、水蒸気分解C2フラクション、水蒸気分解C2-C3フラクション、水蒸気分解C3フラクション、水蒸気分解C4フラクション、水蒸気分解C5フラクションおよび熱分解ガソリンまたはC5+フラクションとしても知られている水蒸気分解ガソリンからなる群から選択される。
水蒸気分解C2フラクションは、本発明による選択的水素化方法の実施のために有利に用いられるものであり、このものは、例えば、以下の組成を呈する:40重量%~95重量%のエチレンおよび0.1重量%~5重量%程度のアセチレン、残部は本質的にエタンおよびメタンである。いくつかの水蒸気分解C2フラクションにおいて、0.1重量%~1重量%のC3化合物が存在してもよい。
水蒸気分解C3フラクションは、本発明による選択的水素化方法の実施のために有利に用いられるものであり、このものは、例えば、以下の平均組成を呈する:90重量%程度のプロピレンおよび1重量%~8重量%程度のプロパジエンおよびメチルアセチレン、残部は本質的にプロパンである。いくつかのC3フラクションにおいて、0.1重量%~2重量%のC2化合物およびC4化合物が存在してもよい。
C2-C3フラクションも、本発明による選択的水素化方法の実施のために有利に用いられ得る。それは、例えば、以下の組成を呈する:0.1重量%~5重量%程度のアセチレン、0.1重量%~3重量%程度のプロパジエンおよびメチルアセチレン、30重量%程度のエチレンおよび5重量%程度のプロピレン、残部は本質的にメタン、エタンおよびプロパンである。この供給原料は、0.1重量%~2重量%のC4化合物を含有してもよい。
水蒸気分解C4フラクションは、本発明による選択的水素化方法の実施のために有利に用いられるものであり、このものは、例えば、以下の重量による平均組成を呈する:1重量%のブタン、46.5重量%のブテン、51重量%のブタジエン、1.3重量%のビニルアセチレンおよび0.2重量%のブチン。いくつかのC4フラクションにおいて、0.1重量%~2重量%のC3化合物およびC5化合物が存在してもよい。
水蒸気分解C5フラクションは、本発明による選択的水素化方法の実施のために有利に用いられるものであり、このものは、例えば、以下の組成を呈する:21重量%のペンタン、45重量%のペンテンおよび34重量%のペンタジエン。
水蒸気分解ガソリンまたは熱分解ガソリンは、本発明による選択的水素化方法の実施のために有利に用いられるものであり、このものは、炭化水素フラクションであって、その沸点が一般的に0~300℃、好ましくは10~250℃であるものに対応する。前記水蒸気分解ガソリン中に存在する水素化されるべきポリ不飽和炭化水素は、特に、ジオレフィン化合物(ブタジエン、イソプレン、シクロペンタジエン、その他)、スチレン化合物(スチレン、α-メチルスチレン、その他)およびインデン化合物(インデン、その他)である。水蒸気分解ガソリンは、一般的に、C5-C12フラクションを、痕跡量のC3、C4、C13、C14およびC15(例えば、これらのフラクションのそれぞれについて0.1重量%~3重量%)とともに含む。例えば、熱分解ガソリンから形成された供給原料は、一般に、以下のような組成を有する:5重量%~30重量%の飽和化合物(パラフィンおよびナフテン)、40重量%~80重量%の芳香族化合物、5重量%~20重量%のモノオレフィン、5重量%~40重量%のジオレフィンおよび1重量%~20重量%のアルケニル芳香族化合物、これらの化合物を合わせて100%である。それは、0~1000重量ppmの硫黄、好ましくは0~500重量ppmの硫黄も含有する。
好ましくは、本発明による選択的水素化方法により処理されるポリ不飽和炭化水素供給原料は、水蒸気分解C2フラクションまたは水蒸気分解C2-C3フラクションまたは水蒸気分解ガソリンである。
本発明による選択的水素化方法は、モノ不飽和炭化水素を水素化することなく、水素化されるべき前記供給原料中に存在する前記ポリ不飽和炭化水素を除去することに目標が置かれる。例えば、前記供給原料がC2フラクションである場合、選択的水素化方法は、アセチレンを選択的に水素化することに目標が置かれる。前記供給原料がC3フラクションである場合、選択的水素化方法は、プロパジエンおよびメチルアセチレンを選択的に水素化することに目標が置かれる。C4フラクションの場合、目的は、ブタジエン、ビニルアセチレン(vinylacetylene:VAC)およびブチンを除去することにある;C5フラクションの場合、目的は、ペンタジエンを除去することにある。前記供給原料が水蒸気分解ガソリンである場合、選択的水素化方法は、処理されるべき前記供給原料中に存在する前記ポリ不飽和炭化水素を選択的に水素化して、ジオレフィン化合物が特に水素化されてモノオレフィンを与えるようしかつ芳香環の水素化を回避しながらスチレンおよびインデンの化合物が特に水素化されて対応する芳香族化合物を与えるようにすることに目標が置かれる。
選択的水素化方法の技術的な実施は、例えば、ポリ不飽和炭化水素供給原料および水素の少なくとも1基の固定床反応器への上昇流または下降流としての注入によって行われる。前記反応器は、等温タイプのものまたは断熱タイプのものであってよい。断熱の反応器が好ましい。ポリ不飽和炭化水素供給原料は、有利には、選択的水素化反応が行われた前記反応器に由来する流出物を、反応器の入口と出口との間に位置する、反応器の種々のポイントに、1回または複数回再注入することによって希釈され得、反応器中の温度勾配が制限される。本発明による選択的水素化方法の技術的な実施は、有利には、反応蒸留塔または反応器-交換器またはスラリータイプの反応器における少なくとも前記担持型触媒の移植によっても行われ得る。水素の流れは、水素化されるべき供給原料と同時におよび/または反応器の1個のまたは複数個の異なるポイントにおいて導入されてよい。
水蒸気分解C2、C2-C3、C3、C4、C5およびC5+フラクションの選択的水素化は、気相または液相で、好ましくは、C3、C4、C5およびC5+フラクションでは液相で、C2およびC2-C3フラクションでは気相で行われ得る。液相反応により、エネルギーコストを低減させかつ触媒のサイクル期間を増大させることが可能となる。
一般的に、分子当たり少なくとも2個の炭素原子を含有しているポリ不飽和化合物を含有し、かつ、300℃以下の最終沸点を有している炭化水素供給原料の選択的水素化が行われる際の温度は、0℃~300℃であり、その際の圧力は、0.1~10MPaであり、液相で行われる方法について、その際の水素/(水素化されるべきポリ不飽和化合物)のモル比は、0.1~10であり、その際の毎時空間速度HSV(供給原料の容積による流量対触媒の容積の比として定義される)は、0.1~200h-1であり、または、気相で行われる方法についてその際の水素/(水素化されるべきポリ不飽和化合物)のモル比は、0.5~1000であり、その際の毎時空間速度HSVは、100~40000h-1である。
本発明による1種の実施形態において、選択的水素化方法が行われ、供給原料がポリ不飽和化合物を含んでいる水蒸気分解ガソリンである場合、(水素)/(水素化されるべきポリ不飽和化合物)のモル比は、一般的に0.5~10、好ましくは0.7~5.0、よりなおさら好ましくは1.0~2.0であり、温度は、0℃~200℃、好ましくは20℃~200℃、よりなおさら好ましくは30℃~180℃であり、毎時空間速度(HSV)は、一般的に0.5~100h-1、好ましくは1~50h-1であり、圧力は、一般的に0.3~8.0MPa、好ましくは1.0~7.0MPa、よりなおさら好ましくは1.5~4.0MPaである。
より優先的には、選択的水素化方法が行われ、供給原料がポリ不飽和化合物を含んでいる水蒸気分解ガソリンである場合、水素/(水素化されるべきポリ不飽和化合物)のモル比は、0.7~5.0であり、温度は、20℃~200℃であり、毎時空間速度(HSV)は、一般的に、1~50h-1であり、圧力は、1.0~7.0MPaである。
よりなおさら優先的には、選択的水素化方法が行われ、供給原料がポリ不飽和化合物を含んでいる水蒸気分解ガソリンである場合、水素/(水素化されるべきポリ不飽和化合物)のモル比は、1.0~2.0であり、温度は、30℃~180℃であり、毎時空間速度(HSV)は、一般的に1~50h-1であり、圧力は、1.5~4.0MPaである。
水素流量は、ポリ不飽和化合物の全てを理論的に水素化しかつ反応器出口において水素の過剰を維持するようその十分な量を利用可能とするように調節される。
本発明による別の実施形態において、選択的水素化方法が行われ、供給原料が水蒸気分解C2フラクションおよび/または水蒸気分解C2-C3フラクションであって、ポリ不飽和化合物を含んでいるものである場合、(水素)/(水素化されるべきポリ不飽和化合物)のモル比は、一般的に0.5~1000、好ましくは0.7~800であり、温度は、0℃~300℃、好ましくは15℃~280℃であり、毎時空間速度(HSV)は、一般的に100~40000h-1、好ましくは500~30000h-1であり、圧力は、一般的に0.1~6.0MPa、好ましくは0.2~5.0MPaである。
(芳香族化合物水素化方法)
本発明の別の主題は、650℃以下、一般的に20℃~650℃、好ましくは20℃~450℃の最終沸点を有している炭化水素供給原料中に含有される少なくとも1種の芳香族またはポリ芳香族の化合物の水素化のための方法にある。少なくとも1種の芳香族またはポリ芳香族の化合物を含有している前記炭化水素供給原料は、以下の石油または石油化学のフラクションから選ばれ得る:接触改質からのリフォメート、ケロセン、軽質ガスオイル、重質ガスオイル、分解蒸留物(cracking distillates)、例えば、FCCリサイクルオイル、コーキングユニットガスオイルまたは水素化分解蒸留物。
本発明の別の主題は、650℃以下、一般的に20℃~650℃、好ましくは20℃~450℃の最終沸点を有している炭化水素供給原料中に含有される少なくとも1種の芳香族またはポリ芳香族の化合物の水素化のための方法にある。少なくとも1種の芳香族またはポリ芳香族の化合物を含有している前記炭化水素供給原料は、以下の石油または石油化学のフラクションから選ばれ得る:接触改質からのリフォメート、ケロセン、軽質ガスオイル、重質ガスオイル、分解蒸留物(cracking distillates)、例えば、FCCリサイクルオイル、コーキングユニットガスオイルまたは水素化分解蒸留物。
本発明による水素化方法において処理される炭化水素供給原料中に含有される芳香族またはポリ芳香族の化合物の含有率は、一般的に0.1~80重量%、好ましくは1~50重量%、特に好ましくは2~35重量%であり、百分率は、炭化水素供給原料の全重量をベースとする。前記炭化水素供給原料中に存在する芳香族化合物は、例えば、ベンゼンまたはアルキル芳香族化合物、例えば、トルエン、エチルベンゼン、o-キシレン、m-キシレンまたはp-キシレン、あるいはまた、複数の芳香環を有している芳香族化合物(ポリ芳香族化合物)、例えば、ナフタレンである。
供給原料の硫黄または塩素の含有率は、一般的に、硫黄または塩素の重量で5000重量ppm未満、好ましくは100重量ppm未満、特に好ましくは10重量ppm未満である。
芳香族またはポリ芳香族の化合物の水素化のための方法の技術的な実施は、例えば、炭化水素供給原料および水素の少なくとも1基の固定床反応器への上昇流または下降流としての注入によって行われる。前記反応器は、等温タイプのものまたは断熱タイプのものであってよい。断熱の反応器が好ましい。炭化水素供給原料は、有利には、反応器の入口と出口との間に位置する、反応器の種々のポイントにおける、芳香族化合物の水素化のための反応が行われた前記反応器に由来する流出物の1回または複数回の再注入によって希釈されてよく、反応器中の温度勾配が制限される。本発明による芳香族化合物の水素化のための方法の技術的な実施は、有利には、反応蒸留塔中または反応器-交換器中またはスラリータイプの反応器中の少なくとも前記担持型触媒の移植によって行われてもよい。水素の流れは,水素化されるべき供給原料と同時におよび/または反応器の1個または複数個の異なるポイントのところで導入されてよい。
芳香族またはポリ不飽和の化合物の水素化は、気相または液相で行われてよく、好ましくは、液相で行われる。一般的には、芳香族またはポリ芳香族の化合物の水素化が行われる際の温度は、30℃~350℃、好ましくは50℃~325℃であり、その際の圧力は、0.1~20MPa、好ましくは0.5~10MPaであり、その際の水素/(水素化されるべき芳香族化合物)のモル比は、0.1~10であり、その際の毎時空間速度HSVは、0.05~50h-1、好ましくは0.1~10h-1であり、炭化水素供給原料は、芳香族またはポリ芳香族の化合物を含有し、650℃以下、一般的には20℃~650℃、好ましくは20℃~450℃の最終沸点を有する。
水素流量は、芳香族化合物の全てを理論的に水素化しかつ反応器出口のところで過剰の水素を維持するのにその十分な量を利用可能なものとするように調節される。
芳香族またはポリ芳香族の化合物の転化率は、炭化水素供給原料中に含有される芳香族またはポリ芳香族の化合物の一般的に20mol%超、好ましくは40mol%超、より好ましくは80mol%超、特に好ましくは90mol%超である。転化率は、炭化水素供給原料中と生成物中との芳香族またはポリ芳香族の化合物の全モルの間の差を炭化水素供給原料中の芳香族またはポリ芳香族の化合物の全モルで除算することによって計算される。
本発明による方法の具体的な代替の形態によると、炭化水素供給原料、例えば、接触改質ユニットに由来するリフォメートのベンゼンの水素化のための方法が行われる。前記炭化水素供給原料中のベンゼン含有率は、一般的に0.1~40重量%、好ましくは0.5~35重量%、特に好ましくは2~30重量%であり、重量百分率は、炭化水素供給原料の全重量をベースとする。
供給原料の硫黄または塩素の含有率は、一般的にそれぞれ硫黄または塩素の重量で10重量ppm未満、好ましくは2重量ppm未満である。
炭化水素供給原料中に含有されるベンゼンの水素化は、気相または液相で行われてよいが、好ましくは、液相で行われる。それが液相で行われる場合、溶媒が存在してよく、例えば、シクロヘキサン、ヘプタンまたはオクタンである。一般的に、ベンゼンの水素化が行われる際の温度は、30℃~250℃、好ましくは50℃~200℃、より好ましくは80℃~180℃であり、その際の圧力は、0.1~10MPa、好ましくは0.5~4MPaであり、その際の水素/(ベンゼン)のモル比は、0.1~10であり、その際の毎時空間速度HSVは、0.05~50h-1、好ましくは0.5~10h-1である。
ベンゼンの転化率は、一般的に50mol%超、好ましくは80mol%超、より好ましくは90mol%超、特に好ましくは98mol%超である。
本発明は、ここから以降、以下の実施例によって例証されることになるが、これらは、決して限定するものではない。
(実施例)
(実施例1:AL-1アルミナの調製)
アルミナゲルの合成を、アルミン酸ナトリウムおよび硫酸アルミニウムの混合物を介して行う。沈殿反応を温度60℃、pH9で、60分にわたって200rpmで撹拌しながら行う。
(実施例1:AL-1アルミナの調製)
アルミナゲルの合成を、アルミン酸ナトリウムおよび硫酸アルミニウムの混合物を介して行う。沈殿反応を温度60℃、pH9で、60分にわたって200rpmで撹拌しながら行う。
このようにして得られたゲルを、Zアームミキサにおいて混練して、ペーストを提供する。三葉形状の1.6mm径のオリフィスを備えたダイ中にペーストを通過させることによって押出を行う。このようにして得られた押出物を乾燥空気の流れ下に150℃で12時間にわたって乾燥させ、次いで、450℃で乾燥空気の流れ下に5時間にわたって焼成する。
押出物は、650℃でアルミナの重量に相対して6.5重量%で酢酸を含有している水溶液の存在中で3時間にわたってオートクレーブにおいて水熱処理を経、次いで、乾燥空気中、1000℃で2時間にわたって管状反応器において焼成する。AL-1アルミナを得る。
AL-1アルミナが有している比表面積は、80m2/gであり、(Hgポロシメトリによって決定される)細孔容積は、0.85mL/gであり、メソ細孔径は、35nmである。
ナトリウム含有率は、アルミナの全重量に相対して0.0350重量%であり、硫黄含有率は、アルミナの全重量に相対して0.15重量%である。
(実施例1a:AL-2アルミナの調製)
アルミナゲルの合成を、アルミン酸ナトリウムおよび硫酸アルミニウムの混合物を介して行う。沈殿反応を温度60℃、pH9で、60分にわたって200rpmで撹拌しながら行う。
アルミナゲルの合成を、アルミン酸ナトリウムおよび硫酸アルミニウムの混合物を介して行う。沈殿反応を温度60℃、pH9で、60分にわたって200rpmで撹拌しながら行う。
このようにして得られたゲルを、Zアームミキサにおいて混錬し、ペーストを提供する。三葉形状の1.6mm径のオリフィスを備えたダイ中にペーストを通過させることによって押出を行う。このようにして得られた押出物を乾燥空気の流れ下に150℃で12時間にわたって乾燥させ、次いで、450℃で乾燥空気の流れ下に5時間にわたって焼成する。AL-2アルミナを得る。
AL-2アルミナが有している比表面積は、255m2/gであり、(Hgポロシメトリによって決定される)細孔容積は、0.7mL/gであり、メソ細孔径は、12nmである。
ナトリウム含有率は、アルミナの全重量に相対して0.0350重量%であり、硫黄含有率は、アルミナの全重量に相対して0.15重量%である。
(実施例2:Ni前駆体の水溶液の調製)
触媒Aの調製のために用いられるNi前駆体の水溶液(溶液S1)の調製を、硝酸ニッケル(NiNO3、供給業者Strem Chemicals(登録商標))43.5gを13mLの容積の蒸留水中に溶解させることによって行う。溶液S1を得る。この溶液S1のNi濃度は溶液の容積(リットル)当たりNi350gである。
触媒Aの調製のために用いられるNi前駆体の水溶液(溶液S1)の調製を、硝酸ニッケル(NiNO3、供給業者Strem Chemicals(登録商標))43.5gを13mLの容積の蒸留水中に溶解させることによって行う。溶液S1を得る。この溶液S1のNi濃度は溶液の容積(リットル)当たりNi350gである。
(実施例3:有機化合物を伴うNi前駆体の水溶液の調製)
触媒B~Gの調製のために用いられるNi前駆体の水溶液(溶液S2)の調製を、硝酸ニッケル(NiNO3、供給業者Strem Chemicals(登録商標))43.5gおよびマロン酸(CAS 141-82-2;供給元Fluka(登録商標))を13mLの容積の蒸留水中に溶解させることによって行う。添加物/Niのモル比は、0.5である。溶液S2を得る。この溶液S2のNi濃度は溶液の容積(リットル)当たりNi350gである。
触媒B~Gの調製のために用いられるNi前駆体の水溶液(溶液S2)の調製を、硝酸ニッケル(NiNO3、供給業者Strem Chemicals(登録商標))43.5gおよびマロン酸(CAS 141-82-2;供給元Fluka(登録商標))を13mLの容積の蒸留水中に溶解させることによって行う。添加物/Niのモル比は、0.5である。溶液S2を得る。この溶液S2のNi濃度は溶液の容積(リットル)当たりNi350gである。
(実施例4:NiCuアロイ(5%Ni)の前駆体の前駆体の水溶液の調製)
触媒C、D、E、およびGの調製のために用いられるNi前駆体の水溶液(溶液S3)の調製を、硝酸ニッケル(NiNO3、供給業者Strem Chemicals(登録商標))14.5gを13mLの容積の蒸留水中に溶解させることによって行う。溶液を得る。この溶液のNi濃度は溶液の容積(リットル)当たりNi116.6gである。次いで、硝酸銅前駆体を加え、Ni/Cuのモル比3(触媒C/F)を特に有するようにする。溶液S3を得る。それにより、NiCuアロイの前駆体を導入することが可能となり、最終触媒に相対するNiの重量含有率は、約5重量%である。
触媒C、D、E、およびGの調製のために用いられるNi前駆体の水溶液(溶液S3)の調製を、硝酸ニッケル(NiNO3、供給業者Strem Chemicals(登録商標))14.5gを13mLの容積の蒸留水中に溶解させることによって行う。溶液を得る。この溶液のNi濃度は溶液の容積(リットル)当たりNi116.6gである。次いで、硝酸銅前駆体を加え、Ni/Cuのモル比3(触媒C/F)を特に有するようにする。溶液S3を得る。それにより、NiCuアロイの前駆体を導入することが可能となり、最終触媒に相対するNiの重量含有率は、約5重量%である。
(実施例5:触媒Aの調製)
実施例3において調製された溶液S2の乾式含浸を、それを滴下することによって、実施例1により得られたAL-1アルミナ10g上に行う。
実施例3において調製された溶液S2の乾式含浸を、それを滴下することによって、実施例1により得られたAL-1アルミナ10g上に行う。
このようにして得られた固体を、続いて、オーブン中120℃で12時間にわたって乾燥させ、次いで、1L/h/g(触媒)の乾燥空気の流れ下に450℃で2時間にわたって焼成する。
この実施例および下記の全ての実施例において用いられる乾燥空気は、乾燥空気の重量(キログラム)当たり5グラム未満の水を含有している。
このようにして得られた触媒前駆体に、1mol/molに等しいHCOOH/Niのモル比でギ酸を含有している水溶液を乾式含浸させる。
ギ酸を含有している水溶液の含浸の終わりに、触媒前駆体は、150℃で2時間にわたって、1L/h/g(触媒)の流量で乾燥空気の重量(キログラム)当たり50グラムの水を含有している空気の流れ下に、次いで、1時間にわたって120℃で乾燥空気の流れ下に熱処理を経る。
次いで、溶液S3を上記触媒前駆体上に乾式含浸させる。この工程において目標とするNi含有率は、最終触媒の重量に相対するNiの重量で5重量%である。続いて、このようにして得られた固体をオーブン中120℃で終夜乾燥させ、次いで、1L/h/g(触媒)の空気の流れ下に450℃で2時間にわたって焼成する。
次いで、触媒前駆体を、下記の実施例12に記載される条件下に還元する。
触媒Aを得る。その特性を下記の表1および表2に報告する。
(実施例6:本発明に合致する触媒Bの調製)
溶液S3を、AL-1担体10g上に滴下で乾式含浸させる。この工程において目標とされるNi含有率は、最終触媒の重量に相対するNiの重量で5重量%である。続いて、このようにして得られた固体をオーブン中120℃で終夜乾燥させ、次いで、1L/h/g(触媒)の空気の流れ下に450℃で2時間にわたって焼成する。最終触媒の前駆体B’を得る。
溶液S3を、AL-1担体10g上に滴下で乾式含浸させる。この工程において目標とされるNi含有率は、最終触媒の重量に相対するNiの重量で5重量%である。続いて、このようにして得られた固体をオーブン中120℃で終夜乾燥させ、次いで、1L/h/g(触媒)の空気の流れ下に450℃で2時間にわたって焼成する。最終触媒の前駆体B’を得る。
次に、実施例3において調製された溶液S2の乾式含浸を、それを滴下することによって、最終触媒前駆体B’に行う。
このようにして得られた固体を、続いて、オーブン中、120℃で12時間にわたって乾燥させ、次いで、1L/h/g(触媒)の乾燥空気の流れ下に450℃で2時間にわたって焼成する。
得られた触媒前駆体に、1mol/molに等しいHCOOH/Niモル比でギ酸を含有している水溶液を乾式含浸させる。
ギ酸を含有している水溶液の含浸の終わりに、触媒前駆体は、150℃で2時間にわたる1L/h/g(触媒)の流量で乾燥空気の重量(キログラム)当たり50グラムの水を含有している空気の流れ下に、次いで1時間にわたって120℃で乾燥空気の流れ下に熱処理を経る。次いで、触媒前駆体を、下記の実施例12に記載される条件下に還元する。
触媒Bを得る。その特性を下記の表1および表2に報告する。
(実施例7:触媒Cの調製(本発明に合致していない))
溶液S3を、AL-1担体10g上に滴下で乾式含浸させる。この工程において目標とされるNi含有率は、最終触媒の重量に相対するNiの重量で5重量%である。続いて、このようにして得られた固体をオーブン中120℃で終夜乾燥させ、次いで、1L/h/g(触媒)の空気の流れ下に450℃で2時間にわたって焼成する。
溶液S3を、AL-1担体10g上に滴下で乾式含浸させる。この工程において目標とされるNi含有率は、最終触媒の重量に相対するNiの重量で5重量%である。続いて、このようにして得られた固体をオーブン中120℃で終夜乾燥させ、次いで、1L/h/g(触媒)の空気の流れ下に450℃で2時間にわたって焼成する。
最終触媒の前駆体C’を得る。
次いで、実施例2において調製された溶液S1の乾式含浸を、それを滴下することによって、最終触媒前駆体C’に行う。
このようにして得られた固体を、続いて、オーブン中、120℃で12時間にわたって乾燥させ、次いで、1L/h/g(触媒)の乾燥空気の流れ下に450℃で2時間にわたって焼成する。
このようにして得られた触媒前駆体に、1mol/molに等しいHCOOH/Niモル比でギ酸を含有している水溶液を乾式含浸させる。
ギ酸を含有している水溶液の含浸の終わりに、触媒前駆体は、150℃で2時間にわたる1L/h/g(触媒)の流量で乾燥空気の重量(キログラム)当たり50グラムの水を含有している空気の流れ下に、次いで1時間にわたって120℃で乾燥空気の流れ下に熱処理を経る。次いで、触媒前駆体を、下記の実施例12に記載される条件下に還元する。
触媒Cを得る。その特徴を下記の表1および表2に報告する。
(実施例8:触媒Dの調製(本発明に合致しない))
S3の溶液を、AL-2担体10g上に滴下で乾式含浸させる。この工程において目標とされるNi含有率は、最終触媒の重量に相対するNiの重量で5重量%である。続いて、このようにして得られた固体をオーブン中120℃で終夜乾燥させ、次いで、1L/h/g(触媒)の空気の流れ下に450℃で2時間にわたって焼成する。
S3の溶液を、AL-2担体10g上に滴下で乾式含浸させる。この工程において目標とされるNi含有率は、最終触媒の重量に相対するNiの重量で5重量%である。続いて、このようにして得られた固体をオーブン中120℃で終夜乾燥させ、次いで、1L/h/g(触媒)の空気の流れ下に450℃で2時間にわたって焼成する。
最終触媒の前駆体D’を得る。
次いで、実施例3において調製された溶液S2の乾式含浸を、それを滴下することによって、最終触媒前駆体D’上に行う。
このようにして得られた固体を、続いて、オーブン中、120℃で12時間にわたって乾燥させ、次いで、1L/h/g(触媒)の乾燥空気の流れ下に450℃で2時間にわたって焼成する。
このようにして得られた触媒前駆体に、1mol/molに等しいHCOOH/Niモル比でギ酸を含有している水溶液を乾式含浸させる。
ギ酸を含有している水溶液の含浸の終わりに、触媒前駆体は、150℃で2時間にわたる1L/h/g(触媒)の流量で乾燥空気の重量(キログラム)当たり50グラムの水を含有している空気の流れ下に、次いで1時間にわたって120℃で乾燥空気の流れ下に熱処理を経る。次いで、触媒前駆体を、下記の実施例12に記載される条件下に還元する。
触媒Dを得る。その特徴を下記の表1および表2に報告する。
(実施例9:触媒Eの調製(本発明に合致していない))
実施例3において調製された溶液S2の乾式含浸を、それを滴下することによって、実施例1により得られたAL-1担体10g上に行う。
実施例3において調製された溶液S2の乾式含浸を、それを滴下することによって、実施例1により得られたAL-1担体10g上に行う。
続いて、このようにして得られた固体をオーブン中120℃で12時間にわたって乾燥させ、次いで、1L/h/g(触媒)の乾燥空気の流れ下に450℃で2時間にわたって焼成する。
この実施例および下記の全ての実施例において用いられる乾燥空気は、空気の重量(キログラム)当たり5グラム未満の水を含有している。
このようにして得られた触媒前駆体E’に、1mol/molに等しいHCOOH/Niモル比でギ酸を含有している水溶液を乾式含浸させる。
ギ酸を含有している水溶液の含浸の終わりに、触媒前駆体は、150℃で2時間にわたる1L/h/g(触媒)の流量で乾燥空気の重量(キログラム)当たり50グラムの水を含有している空気の流れ下に、次いで1時間にわたって120℃で乾燥空気の流れ下に熱処理を経る。
触媒Eを得る。その特徴を下記の表1および表2に報告する。
次いで、触媒前駆体を、下記の実施例12に記載される条件下に還元する。
(実施例10:触媒Fの調製(本発明に合致していない))
S3の溶液を、AL-1担体10g上に滴下で乾式含浸させる。この工程において目標とされるNi含有率は、最終触媒の重量に相対するNiの重量で5重量%である。続いて、このようにして得られた固体をオーブン中120℃で終夜乾燥させ、次いで、1L/h/g(触媒)の空気の流れ下に450℃で2時間にわたって焼成する。
S3の溶液を、AL-1担体10g上に滴下で乾式含浸させる。この工程において目標とされるNi含有率は、最終触媒の重量に相対するNiの重量で5重量%である。続いて、このようにして得られた固体をオーブン中120℃で終夜乾燥させ、次いで、1L/h/g(触媒)の空気の流れ下に450℃で2時間にわたって焼成する。
最終触媒の前駆体F’を得る。
次いで、実施例3において調製された溶液S2の乾式含浸を、それを滴下することによって、触媒前駆体F’上に行う。
このようにして得られた固体を、続いて、オーブン中、120℃で12時間にわたって乾燥させ、次いで、1L/h/g(触媒)の乾燥空気の流れ下に450℃で2時間にわたって焼成する。
触媒Fを得る。その特徴を下記の表1および表2に報告する。
次いで、触媒前駆体を、下記の実施例12に記載される条件下に還元する。
(実施例11:触媒Gの調製(本発明に合致していない))
実施例3において調製された溶液S2の乾式含浸を、それを滴下することによって、実施例1により得られたAL-1担体10g上に行う。
実施例3において調製された溶液S2の乾式含浸を、それを滴下することによって、実施例1により得られたAL-1担体10g上に行う。
続いて、このようにして得られた固体をオーブン中120℃で12時間にわたって乾燥させ、次いで、1L/h/g(触媒)の乾燥空気の流れ下に450℃で2時間にわたって焼成する。次いで、触媒前駆体を下記の実施例9において記載される条件下に還元する。
触媒Gを得る。その特徴を下記の表1および表2に報告する。
次いで、触媒前駆体を、下記の実施例12に記載される条件下に還元する。
(実施例12:特徴付け)
全ての触媒は、含浸の間に目標とされる含有率、すなわち、触媒の全重量に相対して15%のニッケル元素(蛍光X線により特徴付けられる)、および加えられる銅の%(蛍光X線により特徴付けられる)を含む。
全ての触媒は、含浸の間に目標とされる含有率、すなわち、触媒の全重量に相対して15%のニッケル元素(蛍光X線により特徴付けられる)、および加えられる銅の%(蛍光X線により特徴付けられる)を含む。
焼成とその後の還元工程の後に得られたアロイの量を粉末状の触媒のサンプル上のX線回折(XRD)分析により決定した。
還元工程の後に得られた金属の形態にあるニッケルの量を、粉末状の触媒のサンプルに関するX線回折(XRD)分析により決定した。還元工程の間とXRDによる特徴付けの継続期間の途中に、触媒は決して外気に戻らない。回折パターンは、銅のKα1放射線(λ=1.5406Å)による従来の粉末法を用いた回折計による放射線結晶学的分析によって得られる。
還元度を、分析された触媒の各サンプルのディフラクトグラムの全て上の52°2θ付近に位置するNiのラインの面積を計算し、次いで、52°のところのラインの下で可及的に速く周囲温度に達して存在する、アルミナに起因するシグナルを減算することによって計算した。
下記の表1は、170℃での90分にわたる水素流れ下の還元工程の後にXRDによって特徴付けられる全ての触媒AからGについてのニッケル金属Ni°の還元度あるいはまたニッケル金属Ni°の含有率(「活性な」ニッケルの全重量に相対する重量%として表される、すなわち、アロイを構成するニッケルを考慮に入れていない)を照合したものである。これらの値を、従来の還元工程(すなわち、水素流下で400℃の温度で15時間にわたる水素の流れ下の還元)後の触媒G(Ni単独)について得られた還元度とも比較した。
デルタおよびシータの形態にあるアルミナ、ならびに大きなCuOおよびNiOのラインを焼成後の全ての銅・ニッケル含有触媒上に周囲温度において検出する。
還元後、Ni0.76Cu0.24の形態にあるアロイに対応するラインを、還元の後にさらに検出する。
還元力の度合いおよびしたがってNi0の形成を評価するために、約52°2θに位置しているNi0のラインの面積を、全てのディフラクトグラム上で、周囲温度に達してできるだけすぐに52°のところのラインの下に存在する、アルミナに起因するシグナルを減算することによって測定する。それ故に、還元の後に結晶化したNi0の相対的な割合(%)を決定することは可能である。
下記の表1は、170℃での90分にわたる水素流下の還元後にXRDによって特徴付けられる全ての触媒についての還元力度またはNi0含有率を要約する。これらの値を、従来の還元工程(すなわち、400℃の温度での15時間にわたる水素流下の還元)後の触媒G(Ni単独)について得られた還元度とも比較した。
(実施例13:触媒試験:スチレンおよびイソプレンを含有している混合物の選択的水素化における性能(AHYD1))
上記の実施例において記載された触媒A~Gを、スチレンおよびイソプレンを含有している混合物の選択的水素化のための反応に関して試験する。
上記の実施例において記載された触媒A~Gを、スチレンおよびイソプレンを含有している混合物の選択的水素化のための反応に関して試験する。
選択的に水素化されるべき供給原料の組成は、以下の通りである:8重量%のスチレン(供給元Sigma Aldrich(登録商標)、純度99%)、8重量%のイソプレン(供給元Sigma Aldrich(登録商標)、純度99%)および84重量%のn-ヘプタン(溶媒)(供給元VWR(登録商標)、純度>99% Chromanorm(登録商標) HPLC)。この組成は、反応混合物の当初組成に対応している。モデル分子のこの混合物は、熱分解ガソリンの典型である。
選択的水素化反応を500mLステンレス鋼オートクレーブにおいて行う。このオートクレーブは、磁気的に駆動されるメカニカルスターラーを備えており、かつ、100bar(10MPa)の最大圧力および5℃~200℃の温度の下に操作することができる。
n-ヘプタン(供給元VWR(登録商標)、純度>99% Chromanorm HPLC)214mLおよび3mLの量の触媒をオートクレーブに加える。オートクレーブを閉にし、パージする。次いで、オートクレーブを、水素35bar(3.5MPa)下に加圧する。触媒を最初に170℃で90分にわたって1L/h/gの水素流下に(温度上昇勾配は1℃/分である)触媒A~G(ここでは1種の実施形態による本発明による調製方法の工程g)に対応する)について現場内還元する。次いで、オートクレーブを30℃に等しい試験温度とした。時間t=0の時点で、スチレン、イソプレンおよびn-ヘプタンを含有している混合物約30gをオートクレーブに導入する。反応混合物は、そこで、上記の組成を有し、1600rpmで撹拌を開始する。オートクレーブにおいて、反応器の上流に置かれたストレージシリンダを用いて圧力を35bar(3.5MPa)のところで一定に維持する。
別の試験を触媒Aについて行ったが、触媒還元温度は15時間にわたって400℃であった。
反応の進行を、反応媒体から一定時間間隔でサンプルを取ることによってモニタリングする:スチレンは、水素化されてエチルベンゼンを与え、芳香環の水素化はなく、イソプレンは、水素化されてメチルブテンを与える。反応が必要より長く延長されるならば、メチルブテンは、次はそれら自体が水素化されて、イソペンタンを与える。水素消費も、反応器の上流に位置するストレージシリンダ中の圧力における低減によって経時でモニタリングする。触媒活性を分当たりかつNiの重量(グラム)当たりの消費されたH2のモルで表す。
触媒A~Gについて測定された触媒活性を下記の表3に記録する。それらは、従来の還元条件下に(400℃の温度で16時間にわたって水素流下に)調製された触媒Aについて測定された触媒活性(AHYD1)に関連づけられる。
(実施例14:触媒試験:トルエンの水素化における性能(AHYD2))
上記の実施例に記載された触媒A~Gを、トルエンの水素化のための反応に関しても試験する。選択的水素化反応を実施例13において記載されたものと同一のオートクレーブにおいて行う。
上記の実施例に記載された触媒A~Gを、トルエンの水素化のための反応に関しても試験する。選択的水素化反応を実施例13において記載されたものと同一のオートクレーブにおいて行う。
n-ヘプタン(供給元VWR(登録商標)、純度>99% Chromanorm HPLC)214mLおよび3mLの量の触媒をオートクレーブに加える。オートクレーブを閉にし、パージする。次いで、オートクレーブを、水素35bar(3.5MPa)下に加圧する。触媒を最初に170℃で90分にわたって1L/h/gの水素流下に(温度上昇勾配は1℃/分である)触媒A~G(ここでは1種の実施形態による本発明による調製方法の工程g)に対応する)について現場内還元する。n-ヘプタン(供給元VWR(登録商標)、純度>99% Chromanorm HPLC)216mLの添加の後、オートクレーブを閉にし、パージし、次いで、オートクレーブを、水素35bar(3.5MPa)下に加圧し、80℃に等しい試験温度とした。時間t=0の時点で、トルエン(供給元SDS(登録商標)、純度>99.8%)約26gをオートクレーブに導入し(反応混合物の当初組成は、トルエン6重量%/n-ヘプタン94重量%である)、1600rpmで撹拌を開始する。反応器の上流に位置するストレージシリンダを用いてオートクレーブにおける圧力を35bar(3.5MPa)のところに一定に維持する。
一定時間間隔で反応媒体からサンプルを取ることによって反応の進行をモニタリングする:トルエンは、完全に水素化されて、メチルシクロヘキサンを与える。反応器の上流に位置するストレージシリンダ中の圧力における低下によって水素消費も経時でモニタリングする。分当たりかつNiの重量(グラム)当たりの消費されたH2のモルで触媒活性を表す。
触媒A~Gについて測定された触媒活性を下記の表2に記録する。それらは、触媒Cについて測定された触媒活性(AHYD2)に戻って関連付けられる。比較のために、触媒Gも従来の還元条件下に(400℃の温度で16時間にわたって水素流下に現場外フロースルー反応器において)調製された。
これは、本発明に合致しない触媒C~Gと比較した、本発明に合致する触媒A、Bの改善されたAHYD1およびAHYD2の性能を明確に示している。触媒AおよびBは、170℃で最低90%のレベルまで還元され、小さいサイズの粒子を有し、「エッグシェル」に分配されている。触媒Cは、添加物を含まない溶液S2を使用に起因して、大きい粒子を有している。それの触媒活性は、NiCuの添加に起因して還元されたNiの100%の存在のために依然として有利である。触媒DおよびFは、実際に、90%のレベルに還元された小さい粒子を有しているが、それらは、クラストには分配されず、それ故に、活性は低下する。触媒EおよびGは、小さい粒子にもかかわらず、活性ではない。NiCuが存在しないことにより、170℃では水素化における活性相である還元されたNiを得ることが可能となっていない。
Claims (18)
- ニッケルおよび銅を含んでいる触媒であって、触媒の全重量に相対するニッケル元素の重量で1重量%~50重量%の割合にあり、第2の金属性の元素である銅は、触媒の全重量に相対する銅元素の重量で0.5重量%~15重量%の割合にあり、アルミナ担体を含み、
- ニッケルは、担体の周囲のところのクラスト上、および担体のコア中の両方に分配され、前記クラストの厚さは、触媒の径の2%~15%であること;
- クラストとコアとの間のニッケル密度比は、厳密に3超であること;
- 前記クラストは、触媒中に含有されるニッケルの全重量に相対して25重量%超のニッケル元素を含むこと;
- ニッケルと銅との間のモル比は、0.5~5であること;
- ニッケルおよび銅の少なくとも一部は、ニッケル-銅アロイの形態にあること;
- ニッケル-銅アロイ中のニッケル含有率は、触媒の全重量に相対するニッケル元素の重量で0.5重量%~15重量%であること;
- 触媒中の酸化物の形態で測定されるニッケル粒子のサイズは、7nm未満であること
を特徴とする触媒。 - クラストとコアとの間のニッケル密度比は、3.5以上である、請求項1に記載の触媒。
- 前記クラストは、触媒中に含有されるニッケルの全重量に相対して40重量%超のニッケル元素を含む、請求項1または2に記載の触媒。
- 触媒のコアとクラストとの間のトランシジョン間隔は、触媒の径の0.05%~3%である、請求項1~3のいずれか1つに記載の触媒。
- 前記触媒中のニッケル粒子のサイズは、5nm未満であることを特徴とする請求項1~4のいずれか1つに記載の触媒。
- アルミナ担体の硫黄含有率は、アルミナ担体の全重量に相対して0.001重量%~2重量%であり、前記アルミナ担体のナトリウム含有率は、前記アルミナゲルの全重量に相対して0.001重量%~2重量%である、請求項1~5のいずれか1つに記載の触媒。
- 前記クラストの厚さは、触媒の径の2.5%~12%であることを特徴とする請求項1~6のいずれか1つに記載の触媒。
- クラストとコアとの間のニッケル密度比は、3.8~15であることを特徴とする請求項1~7のいずれか1つに記載の触媒。
- 請求項1~8のいずれか1つに記載の触媒を調製する方法であって、以下:
a) アルミナゲルを提供すること;
b) 工程a)からのアルミナゲルを形付けすること;
c) 工程b)の終わりに得られた形付け済みアルミナゲルを、熱処理に付して、アルミナ担体を得ること;該熱処理は、オートクレーブにおける酸溶液の存在中、100℃~800℃の温度での少なくとも1回の水熱処理工程と、400℃~1500℃の温度での、水熱処理の後に行われる少なくとも1回の焼成工程とを含んでいること;
d) 以下のサブ工程の配列を行うこと;
d1) アルミナ担体を、少なくとも1種のニッケル前駆体と接触させて、触媒前駆体を得ること;
d2) 工程d1)の終わりに得られた触媒前駆体を250℃未満の温度で乾燥させること;
d3) 工程d2)の終わりに得られた乾燥済み触媒前駆体を、分子当たり1~14個の炭素原子を含有しているアルデヒド、分子当たり3~18個の炭素原子を含有しているケトンまたはポリケトン、分子当たり2~14個の炭素原子を含有しているエーテルおよびエステル、分子当たり1~14個の炭素原子を含有しているアルコールまたはポリアルコールおよび分子当たり1~14個の炭素原子を含有しているカルボン酸またはポリカルボン酸から選ばれる少なくとも1種の有機添加物を含有している少なくとも1種の溶液と接触させこと;有機添加物とニッケルとの間のモル比は、0.05mol/mol超であること;
d4) 工程d3)の終わりに得られた触媒前駆体の水熱処理を、100℃~200℃の温度で30分~5時間の期間にわたって乾燥ガスの重量(kg)当たり5~650グラムの水を含んでいるガス流下に行うこと;
e) 以下のサブ工程の配列を行うこと;
e1) アルミナ担体を、少なくとも1種の銅前駆体および少なくとも1種のニッケル前駆体を含有している少なくとも1種の溶液と接触させること;該溶液は、最終触媒上で、最終触媒の全重量に相対するニッケル元素の重量で0.5重量%~15重量%の含有率を得るように所望のニッケル濃度にあること;
e2) 工程e1)の終わりに得られた触媒前駆体を乾燥させる少なくとも1回の工程を250℃未満の温度で行うこと;
工程d)およびe)を別々にあらゆる順序で行う;
f) アルミナ担体を、少なくとも1つのカルボン酸基、または少なくとも1つのアルコール基、または少なくとも1つのエステル基、または少なくとも1つのアミド基、または少なくとも1つのアミン基を含んでいる少なくとも1種の有機化合物を含有している少なくとも1種の溶液と接触させること、
工程f)は、工程d)のサブ工程d1)と同時にか、または工程d)の前またはその後、しかし、工程g)の前にかのいずれかで行われ、工程f)が工程d)の前またはその後に行われる場合、前記工程f)は、担体を少なくとも1種の有機化合物を含んでいる前記溶液と接触させた後に、触媒前駆体を250℃未満の温度で乾燥させることを含むことが理解される;
g) 工程a)~f)に由来する触媒前駆体を還元ガスと150℃以上かつ250℃未満の温度で接触させることによって該触媒前駆体を還元すること
を特徴を有する、方法。 - 工程f)において導入された前記有機化合物と工程d1)において同じく導入されたニッケル元素との間のモル比が、0.01~5.0mol/molである、請求項9に記載の方法。
- 工程d1)および工程f)を同時に行う、請求項9または10に記載の方法。
- 工程f)の有機化合物は、シュウ酸、マロン酸、グリコール酸、乳酸、タルトロン酸、クエン酸、酒石酸、ピルビン酸、レブリン酸、エチレングリコール、プロパン-1,3-ジオール、ブタン-1,4-ジオール、グリセロール、キシリトール、マンニトール、ソルビトール、ジエチレングリコール、グルコース、ガンマ-バレロラクトン、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、ホルムアミド、N-メチルホルムアミド、アセトアミド、N-メチルアセトアミド、N,N-ジメチルメタンアミド、2-ピロリドン、γ-ラクタム、ラクトアミド、尿素、アラニン、アルギニン、リジン、プロリン、セリン、EDTAから選ばれる、請求項9~11のいずれか1つに記載の方法。
- 銅前駆体は、酢酸銅、銅アセチルアセトナート、硝酸銅、硫酸銅、塩化銅、臭化銅、ヨウ化銅またはフッ化銅から選ばれる、請求項9~12のいずれか1つに記載の方法。
- 工程d3)において、有機添加物は、ギ酸、ホルムアルデヒド、酢酸、クエン酸、シュウ酸、グリコール酸、マロン酸、エタノール、メタノール、ギ酸エチル、ギ酸メチル、パラアルデヒド、アセトアルデヒド、ガンマ-バレロラクトン、グルコース、ソルビトールおよびトリオキサンから選ばれる、請求項9~13のいずれか1つに記載の方法。
- 工程d2)において導入された有機添加物とニッケルとの間のモル比は、0.1~5mol/molである、請求項9~14のいずれか1つに記載の方法。
- 工程f)の有機化合物は、工程d2)の有機添加物と異なっている、請求項9~15のいずれか1つに記載の方法。
- 300℃以下の最終沸点を有している炭化水素供給原料中に含有される、分子当たり少なくとも2個の炭素原子を含有しているポリ不飽和化合物の選択的水素化のための方法であって、当該方法を請求項1~8のいずれか1つに記載の触媒の存在中で行い、その際の温度は、0℃~300℃であり、その際の圧力は、0.1~10MPaであり、当該方法を液相で行う場合にはその際の水素/(水素化されるべきポリ不飽和化合物)のモル比は、0.1~10であり、その際の毎時空間速度は、0.1~200h-1であり、または、当該方法を気相で行う場合にはその際の水素/(水素化されるべきポリ不飽和化合物)のモル比は、0.5~1000であり、その際の毎時空間速度は、100~40000h-1である、方法。
- 650℃以下の最終沸点を有している炭化水素供給原料中に含有される少なくとも1種の芳香族またはポリ芳香族の化合物の水素化のための方法であって、該方法を気相または液相で、請求項1~8のいずれか1つに記載の触媒の存在中で行い、その際の温度は、30℃~350℃であり、その際の圧力は、0.1~20MPaであり、その際の水素/(水素化されるべき芳香族化合物)のモル比は、0.1~10であり、その際の毎時空間速度HSVは、0.05~50h-1である、方法。
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