JP2024502614A - 高活性水素化処理触媒及びそれを使用するプロセス - Google Patents

高活性水素化処理触媒及びそれを使用するプロセス Download PDF

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Abstract

炭化水素供給原料を水素化処理(hydroprocessing)、水素化処理(hydrotreating)、又は水素化分解するための支持触媒であって、元素周期表の第6族からの少なくとも1つの金属と、第8族、第9族又は第10族からの少なくとも1つの金属と、を含み、任意選択的に、リンを含む、支持触媒。酸化物として計算し、かつ触媒組成物の総重量に基づいて、第6族金属は、約30~約45重量%を構成し、第6族と、第8族、第9族若しくは第10族又はこれらの混合物との金属成分の合計は、約35~約55重量%を構成する。金属、及び存在する場合にはリンは、多孔性無機酸化物担体又は支持体上及び/若しくは内に担持され、金属及びリンを組み込む前の支持体は、約0.8cc/g~約1.5cc/gの総細孔容積(TPV)を有し、かつ規定の細孔サイズ分布を含み、その支持触媒は、規定の細孔サイズ分布を含む。【選択図】図4A

Description

(関連出願の相互参照)
本出願は、2021年1月8日に出願された米国仮特許出願第63/135,167号に対する優先権の利益を主張するものであり、それらの内容は、参照により本明細書に完全に組み込まれる。
石油産業では、炭化水素供給原料を水素化処理(hydrotreating)する際に使用するために、高められた活性、改善された触媒寿命、及び形態学的特性の望ましいバランスを示す、改善された触媒支持体及びそれから誘導された支持触媒が引き続き必要とされている。
粒状形態の多孔性無機担体は、触媒支持体として、また支持触媒を調製するために、有用である。そのような支持触媒は、触媒活性金属、金属酸化物、非金属及び周期表の様々な族の元素に基づく他の金属化合物を含む。担体上の金属及び元素の濃度及び分布、並びに支持体自体の特性は、触媒活性及び触媒寿命の複雑な性質に影響を及ぼす代表的なパラメータである。
炭化水素供給原料を水素化処理(hydrotreating)する際に使用される支持触媒については、表面積、細孔容積、細孔サイズ及び総細孔容積を構成する細孔の細孔サイズ分布などの支持体の形態学的特性が重要である。そのような特性は、活性触媒部位の性質及び濃度、反応物の活性触媒部位への拡散、活性部位からの生成物の拡散、並びに触媒寿命に影響を及ぼす可能性がある。加えて、支持体及びその寸法もまた、機械的強度、密度、及び反応器充填特性にも影響を及ぼし、これらは全て商業的用途において重要である。
石油精製における水素化処理(hydroprocessing)触媒は、商業的使用におけるアルミナ及びシリカ-アルミナの使用に基づくものなどの支持触媒の大きな部分を占めており、そのような水素化処理用途は、広範囲の供給物タイプ及び運転条件に及ぶが、1つ以上の共通の目的、すなわち、ヘテロ原子不純物の除去、例えば、硫黄含有化合物、窒素含有化合物、金属含有化合物(硫黄、窒素及び金属と称されることもある)、アスファルテン、炭素残留物、沈殿物前駆体、及びこれらの混合物の除去、並びに生成物中の水素対炭素(hydrogen to carbon、H/C)比の増加、及び芳香族化合物、密度及び/又は炭素残留物の低減、並びに炭素結合のクラッキングによる沸点範囲及び平均分子量の低減、望ましくは生成物粘度の低減を有する。
精製業者が、処理される供給原料中のより重質で低品質の原油の割合を増加させるにつれて、高レベルの金属、アスファルテン、芳香族、窒素、及び硫黄を含有する留分を処理するためのプロセス及び触媒の必要性がますます増加している。残油脱硫触媒又は減圧軽油(vacuum gas oil、VGO)水素化分解前処理触媒などの触媒が、望ましくない金属及び芳香族を含有する炭化水素留分に曝露される場合、触媒は急速に失活するため、早期交換を受けやすい可能性がある。
VGO水素化分解は、石油原油中の高沸点構成成分炭化水素を、ガソリン、灯油、ジェット燃料、及びディーゼル油などのより価値のある低沸点生成物に転化する触媒化学プロセスである。典型的には、そのプロセスは、高温(例えば、260~425℃)及び高圧(35~200バール又は3.5~20MPa)で水素リッチ雰囲気中で行われる。VGO水素化分解前処理触媒は、典型的には、水素化分解触媒の前に配置され、有機窒素、有機硫黄及び芳香族化合物の含有量を低減することによってVGOを水素化処理する。
一般に、触媒部位の濃度及び活性を最大化するために、大きな表面積を示す水素化処理(hydroprocessing)触媒を設計することが望ましい。しかしながら、表面積及び細孔径は、実用限界内で反比例する。その結果、触媒担体、例えば、アルミナ又はシリカ-アルミナ粒子を含み、主に小さな細孔を含有するものは、最も大きな表面積を示す。対照的に、供給原料成分の拡散のためには、特に触媒が老化して汚染されるにつれて、十分に大きな細孔が必要とされるが、より大きな細孔はより低い表面積を有する。より具体的には、触媒配合者又は設計者及びプロセス技術者は、支持体及びそれに由来する支持触媒の形態学的特性のバランスをしばしば規定する競合的な考慮事項に直面する。
約200オングストローム(Å)(20nm)未満の範囲の直径を有する細孔は、アルミナ又はシリカ-アルミナ水素化触媒の活性部位の数を増加させる効果を有するが、そのような部位は、コークスによって閉塞されやすく、それによって触媒活性の低下を引き起こす可能性がある。逆に、支持触媒が、1000Å(100nm)超の細孔径を有する細孔によって占有されている総細孔容積の約10%超を有する場合、支持触媒の機械的破砕強度及び活性が悪影響を受ける可能性がある。更に、いくつかのアルミナ又はシリカ-アルミナ触媒について、200Å(20nm)~1000Å(100nm)未満の細孔径を有する細孔の濃度を最大化することは、本発明の目的のために、メソ細孔領域と称される領域内で、活性と触媒寿命とのバランスを提供することができる。
したがって、触媒の表面積を増加させると、活性部位の数を増加させることができるが、そのような表面積の増加は、炭化水素供給物中に存在するコークス及び他の成分によって目詰まりしやすい可能性があるより小さい細孔の割合の増加をもたらす。すなわち、表面積を増加させ、かつ、メソ細孔範囲の細孔径を示す支持触媒の濃度を最大化することは、相反する特性である。更に、大きな表面積が望ましいだけでなく、高い温度及び湿度などの石油供給原料転化条件に曝露された場合にも安定なままであるべきである。したがって、特に水素化処理(hydroprocessing)触媒を製造するための触媒的に活性な金属を支持するために使用される際に、触媒担体としての使用に好適な性能特性の組み合わせを提供することができる細孔サイズ分布と全表面積との組み合わせを示す安定な担体粒子が引き続き探索されている。
更に、多孔性担体の物理的及び化学的特性は、その調製時に従う手順に依存する可能性があり、触媒支持体としてのそれらの使用のために担体特性を最適化する試みにおいて多くのプロセスが開発されてきた。好適な多孔性担体材料及び調製方法の例を以下に記載する。一般に、アルミナ支持体は、硫酸アルミニウム、硝酸アルミニウム、又は塩化アルミニウムなどの水溶性酸性アルミニウム含有化合物又はアルミニウム塩と、アルミン酸ナトリウム又はアルミン酸カリウムなどのアルミン酸アルカリ金属とを組み合わせて沈殿物を形成し、次いでこれを更に乾燥させ、典型的には焼成することによって、調製することができる。したがって、アルミナ担体を含む触媒担体が知られているが、なお更に改善された特性を有する担体を提供するためには、更なる改善が必要である。
支持触媒であって、元素周期表の第6族(あるいは第VIB族と称される)からの少なくとも1つの金属と、元素周期表の第8族、第9族又は第10族(あるいは第VIIIB族と呼ばれる)からの少なくとも1つの金属と、を含み、任意選択的に、リンを含み、酸化物として計算し、かつ触媒組成物の総重量に基づいて、第6族金属が、約30~約45重量%を構成し、第6族と、第8族、第9族若しくは第10族又はこれらの混合物との金属成分の合計が、約35~約55重量%を構成し、その金属、及び存在する場合にはリンは、多孔性無機酸化物担体又は支持体上及び/若しくは内に担持され、金属及び存在する場合にはリンを組み込む前の支持体は、約0.8cc/g~約1.5cc/gの総細孔容積(total pore volume、TPV)を有し、かつ、(a)100オングストローム(Å)~200オングストローム(Å)(20nm)の直径を有する細孔において約25%以上~約45%のTPV、(b)200Å(20nm)~1000Å(100nm)未満の直径を有する細孔において約15%超~約30%未満のTPV、(c)1000Å(100nm)以上~30,000Å(3,000nm)の直径を有する細孔において10%以上~30%未満のTPV、(d)100Å(10nm)~200Å(20nm)の直径を有する細孔において約35%以上~約60%のTPV、(e)200Å(20nm)~1000Å(100nm)未満の直径を有する細孔において約15%超~約30%未満のTPV、(f)1000Å(100nm)~30,000Å(3,000nm)の直径を有する細孔において10%以上~30%未満のTPVを含み、細孔特性及び含有量が、水銀ポロシメトリーを使用して測定される、支持触媒。
別の実施形態は、多孔性無機酸化物担体又は支持体であって、約0.8cc/g~約1.5cc/gの総細孔容積(TPV)を有し、かつ、(a)100オングストローム(Å)(10nm)~200Å(20nm)の直径を有する細孔において約25%以上~約45%のTPV、(b)200Å(20nm)~1000Å(100nm)未満の直径を有する細孔において約15%超~約30%未満のTPV、(c)1000Å(100nm)~30,000Å(3,000nm)の直径を有する細孔において10%以上~30%未満のTPVを含む、多孔性無機酸化物担体又は支持体を含む。
更なる実施形態は、パラフィン、芳香族、及びナフテン成分のうちの少なくとも1つを含む炭化水素供給原料を処理して、処理生成物を製造するためのプロセスを含み、そのプロセスは、以下:(I)水素化脱金属、水素化脱窒素、水素化脱硫、水素化脱芳香族、及び水素化分解であって、プロセスが、少なくとも1つの反応器中の供給原料を、水素化処理(hydroprocessing)又は水素化分解条件下で、上記の支持触媒を用いて、水素と接触させ、生成物を回収することを含む、水素化脱金属、水素化脱窒素、水素化脱硫、水素化脱芳香族、及び水素化分解と、(II)600°F(315.6℃)超で沸騰する成分と、硫黄含有化合物、窒素含有化合物、金属含有化合物、アスファルテン、炭素残留物、沈殿物前駆体、及びこれらの混合物からなる群から選択される少なくとも1つの成分と、を含有する炭化水素供給物を水素化処理(hydrotreating)することであって、供給物を、等温又は実質的に等温の水素化処理(hydrotreating)条件で、水素及び上記の支持触媒と接触させ、処理生成物を回収することを含む、水素化処理することと、(III)600°F(315.6℃)より高い沸点を示す成分を有する炭化水素供給物を水素化転化して、約600°F(315.6℃)未満の沸点を示す成分の割合が増加した生成物を形成することであって、供給物を、等温又は実質的に等温の水素化処理(hydrotreating)条件で、水素及び上記の支持触媒と接触させ、生成物を回収することを含む、形成することと、(IV)供給物を水素化転化することであって、炭化水素油を含む供給物を、約600°F(315.6℃)を超える高温及び約500p.s.i.g.(3.44MPa)を超える圧力の条件下で、水素及び上記の支持触媒と接触させ、生成物を回収することを含む、水素化転化することと、からなる群から選択される。
なお更なる実施形態は、少なくとも1つの石油炭化水素処理プロセスで使用するための触媒を調製するための方法を含み、その方法は、多孔性無機酸化物支持体を、元素周期表の第6族(あるいは第VIB族と呼ばれる)の化合物からなる群から選択される少なくとも1つの触媒剤又は触媒剤前駆体と、元素周期表の第8族、第9族又は第10族(あるいは第VIII族と称される)の化合物からなる群から選択される少なくとも1つの触媒剤又は触媒剤前駆体と、任意選択的に、リン含有化合物及び少なくとも1つの有機キレート化合物と、を含む、水溶液で含侵することであって、第VIB族及び第VIIIB族及びリン化合物が、酸素含有雰囲気の存在下で、それらの対応する酸化物に熱分解可能又は熱酸化可能である、含侵することと、その後、得られた含浸された支持体を乾燥及び焼成することであって、その支持体が、(A)アルミナ含有粉末を、水及び任意選択的に硝酸と混合して、湿った混合物を形成すること、並びに(B)その湿った混合物を、水素化処理(hydroprocessing)反応器での使用に好適な支持体粒子を形成するように成形することによって調製されている、乾燥及び焼成することと、を含み、その支持体は、約0.8cc/g~約1.5cc/gの総細孔容積(TPV)、並びに水銀ポロシメトリーを使用して測定された値に対応する以下の細孔サイズ分布及び細孔含有量、すなわち、(i)100Å(10nm)~200Å(20nm)の直径を有する細孔における25%以上~45%のTPV、(ii)200Å(20nm)~1000Å(100nm)未満の直径を有する細孔における15%超~30%未満のTPV、及び(iii)1000Å(100nm)~30,000Å(3,000nm)の直径を有する細孔における10%以上~30%未満の細孔容積を有する、多孔性無機酸化物を含む。
比較触媒担体又は支持体粒子と、本発明に従って調製された触媒担体又は支持体粒子とに関して、窒素脱着法を使用して測定された典型的な細孔サイズ分布を示している。 比較触媒担体又は支持体粒子と、本発明に従って調製された触媒担体又は支持体粒子とに関して、水銀圧入法を使用して測定された典型的な細孔サイズ分布を示している。 比較触媒担体又は支持体粒子と、本発明に従って調製された触媒担体又は支持体粒子とに関して、水銀圧入法を使用して測定された典型的な細孔サイズ分布を対数スケールで示している。 本発明に従って調製された、微粉が添加された及び添加されていない支持触媒の窒素脱着法を使用して測定された典型的な細孔サイズ分布を示している。 本発明に従って調製された、微粉が添加された及び添加されていない支持触媒の水銀圧入法を使用して測定された典型的な細孔サイズ分布を示している。 本発明に従って調製された、微粉が添加された及び添加されていない支持触媒の水銀圧入法を使用して測定された典型的な細孔サイズ分布を対数スケールで示している。 実施例において調製された支持触媒の石油水素化処理(hydrotreating)性能を試験するために使用されたベンチスケールユニット(bench scale unit、BSU)の簡略化されたフロー図である。 比較例及び例示的触媒に関する、触媒又はベンチスケールユニットの運転温度の関数としての水素化脱窒素の反応速度(kHDN)のプロットである。 比較例及び例示的触媒に関する、触媒又はベンチスケールユニットの運転温度の関数としての水素化脱硫の反応速度(kHDS)のプロットである。 比較例及び例示的触媒に関する、ベンチスケールユニットにおける触媒温度の関数としての水素化脱硫の見かけの転化率のプロットである。 見かけの転化率の関数としての比較触媒及び例示的触媒Aの性能評価のためのベンチスケールユニットのストリッパーボトム(stripper bottom、STB)中の芳香族の体積パーセントのプロットである。 見かけの転化率の関数としての比較触媒及び例示的触媒Aの性能評価のためのベンチスケールユニットのストリッパーボトム(STB)中のナフテンの体積パーセントのプロットである。 見かけの転化率の関数としての比較触媒及び例示的触媒Aの性能評価のためのベンチスケールユニットのストリッパーボトム(STB)中のパラフィンの体積パーセントのプロットである。
定義
本明細書で使用される場合、以下の用語又は句は、明示した意味を有する。
「アルミナ」という用語の使用は、本明細書において有用であるとして以下に更に開示される無機酸化物のいずれか及び全てを、個々に及び組み合わせて包含することを意図した便利で端的な表現である。無機酸化物の粉末形態、並びに支持触媒を調製する際に使用するための支持体を形成するためのそれらのその後の処理が包含される。
「触媒」及び「触媒系」という用語は、本明細書において互換的に使用される。
「約」という用語は、変数、特徴、若しくは条件の修飾語として、又は変数、特徴、若しくは条件とともに使用される場合、本明細書に開示の数、範囲、特徴、及び条件が、柔軟であること、並びに記載された範囲外であるか、又は単一の記載された値とは異なる、温度、速度、時間、濃度、量、含有量、細孔サイズ、細孔容積、表面積を含むサイズなどの特性を使用する当業者による本発明の実施が、本出願に記載の所望の結果又は複数の結果、すなわち、定義された特徴を有する多孔性触媒担体粒子の調製、並びに活性触媒の調製におけるそれらの使用、及びそのような触媒を使用するプロセスを達成するであろうことを伝えることを意図している。
「見かけの転化率」=100から、例えば、HDA、HCR、HDN及び/又はHDSを含む水素化処理(hydroprocessing)後のASTM D2887「ガスクロマトグラフィーによる石油留分の沸点範囲分布の標準試験方法(Standard Test Method for Boiling Range Distribution of Petroleum Fractions by Gas Chromatography)」に従うSimDist(模擬蒸留)試験に基づいて700°F(371.1℃)以上で沸騰する炭化水素のパーセンテージを引く。
例えば、触媒含浸溶液の金属又は触媒自体に適用される「成分」とは、塩、酸化物、硫化物、又は問題の金属の酸化物と硫化物との間の任意の中間形態を含む、任意の化合物又は錯体を指す。
「含む(comprise)」又は「含むこと(comprising)」:特許請求の範囲を含む本明細書全体を通して、「含むこと(comprising)」及び「含む(comprises)」、並びに「有する(have)」、「有すること(having)」、「含む(includes)」、「含む(include)」、及び「含むこと(including)」、及びそれらの変形などの、「含む(comprise)」という語及びその語の変形は、それが言及する指定されたステップ、要素、成分、又は材料が、必須であるが、他のステップ、要素、成分、又は材料が追加されてもよく、それでもなお特許請求の範囲又は開示の範囲内の構成物を形成することができることを意味する。本発明の記載及び特許請求の範囲において記載される場合、本発明及び特許請求されるものが、以下のもの及び潜在的により多くのものであるとみなされることを意味する。これらの用語は、特に特許請求の範囲に適用される場合、包括的又はオープンエンドであり、追加で記載されていない要素、成分、又は方法ステップを除外しない。
本発明の触媒を含むプロセスを使用して典型的に処理される「供給原料」又は石油供給原料は、「重質」又は「軽質」であるという観点でしばしば記載される。石油留分に関する「軽質」及び「重質」という用語は、本明細書では、それぞれ比較的低い及び高い沸点範囲を指すために、精製産業内におけるそれらの通常の意味で使用される。重質燃料油(Heavy Fuel Oil、HFO)には、最終生成物(残留燃料)及びそれらがブレンドされる一次精製油所ストリームの両方が含まれる。重質燃料油カテゴリーのメンバーは、広範囲の分子量、炭素数(典型的には約C~約C50)及び沸点(約250°F~約1112°F(約121℃~600℃)を有する炭化水素を包含する多様な物質群である。石油炭化水素に加えて、供給原料は、硫黄、窒素、及び酸素を含有する1つ以上の複素環式化合物、並びに有機金属化合物又は金属化合物を含有し得る。最終重質燃料(残留燃料)は、実質的に全ての高品質炭化水素が原油供給原料から蒸留、分解、又は触媒的に除去された後の精製プロセスの残留物を主に含む生成物である。炭化水素の供給物ストリーム又は供給原料の実質的に全て(少なくとも90体積%)は、典型的には、約300°F~1050°F(約148.9℃~565.6℃)、好ましくは約600°F~1000°F(約315.6℃~537.8℃)の沸点範囲に入る。供給原料は、常圧及び減圧軽油(AGO及びVGO)などの石油留分の混合物を含むことができる。好適な供給原料としては、重質炭化水素鉱物若しくは合成油、又はそれらの1つ以上の留分の混合物が挙げられる。したがって、直留軽油、減圧軽油、脱金属油、脱アスファルト減圧残油、コーカー留出物、接触分解留出物、シェール油、タールサンド油、石炭液化油などのような既知の供給原料が考えられる。好ましい供給原料は、約260℃を超える(約500°Fを超える)温度で始まる沸点範囲を有する。水素化分解供給原料は、通常は、有機窒素化合物として1ppm~1.0重量%の量で存在する窒素を含有し得る。供給原料は、通常は、0.15重量%を超える硫黄含有量を提供するのに十分な硫黄含有化合物も含む。任意の特定の製油所で回収される様々な生成物留分の沸点範囲は、原油源の特性、製油所の地域市場、生成物価格などのファクターに応じて変動する。米国石油協会(American Petroleum Institute、API)は、業界の運用と一致していて、かつ精製業者によって使用された全ての既知のプロセスを網羅する製油所ストリームに関する一般名のリストを環境保護庁(Environmental Protection Agency、EPA)に推薦した。一般名、化学情報検索サービス(Chemical Abstracts Service、CAS)番号及び各ストリームの定義を含むリストは、「Addendum I,Generic Terms Covering Petroleum Refinery Process Streams」としてEPAによって公開された。これらのストリームに関する定義は、米国EPA,The Petroleum HPV Testing Group(June 17,2004),Appendix A,pages 38-42によって提出された「High Production Volume(HPV)Chemical Challenge Program,Test Plan,Heavy Fuel Oils Category」に見出すこともできる。本発明の触媒を使用して処理するのに好適な石油ストリームは、EPA文書において特定されており、その内容は、許容される範囲で、参照により本明細書に組み込まれる。
「族(Group)」又は「族(Groups)」:元素の周期表の族(Group)又は族(Groups)へのあらゆる言及は、好ましくは、元素の族を1~18族として番号付けするためのIUPACシステムを使用する元素の周期表に反映される族(Group)又は族(Groups)へのものである。しかしながら、族が、例えば、「Hawley’s Condensed Chemical Dictionary」(2001年)(「CAS」システム)に公表されている元素の周期表に従ってローマ数字によって識別される限り、混乱を回避し、かつ数字のIUPAC識別子への相互参照を提供するように、その族の1つ以上の元素を更に識別する。
「メジアン細孔径」(median pore diameter、MPD)は、例えば、体積、表面積に基づいて、又は細孔サイズ分布データに基づいて、計算することができる。体積によって計算されるメジアン細孔径は、総細孔容積の半分が存在する細孔径を意味し、表面積によって計算されるメジアン細孔径は、全細孔表面積の半分が存在する細孔径を意味している。加えて、細孔サイズ分布に基づいて計算されたメジアン細孔径は、本明細書の他の箇所に記載したように、例えば、水銀圧入法を使用して決定された細孔サイズ分布に従って、細孔の半分が、より大きい直径を有する細孔径を意味している。
「ミクロ細孔」は、典型的には、支持触媒又は触媒支持体中に存在し、20Å(2nm)未満の直径を有する細孔を指すと理解される。
「メソ細孔」は、典型的には、20A(2nm)~1000Å(100nm)未満の直径を有する支持触媒又は触媒支持体中に存在する細孔を指すと理解される。しかしながら、このより広い範囲内には、本明細書に開示される発明にとって重要なメソ細孔の「部分範囲」もあり、100A(10nm)~200Å(20nm)及び200A(20nm)~1000Å(100nm)の範囲が含まれる。
「マクロ細孔」は、典型的には、1000Å(100nm)以上、例えば、1000Å(100nm)~30,000Å(3,000nm)の直径を有する支持触媒又は触媒支持体中に存在する細孔を指すと理解される。
ミクロ細孔、メソ細孔、メソ細孔部分範囲及びマクロ細孔の上記定義の各々は、重複がなく、任意の所与の試料に関する細孔径の分布におけるパーセンテージ又は値を合計する際に細孔が2回カウントされないように明確である。
「d50」は、本発明の目的のために、水銀ポロシメトリーによって測定されるメジアン細孔径を意味している。したがって、d50は、細孔サイズ分布に基づいて計算されたメジアン細孔径に対応し、それを超えると、細孔の半分は、より大きい直径を有する細孔径である。
本明細書で使用される場合、「総細孔容積」浸透とは、窒素脱着法、又は水銀圧入(ポロシメトリー)法とも称される水銀浸透(mercury penetration)のいずれかによって識別可能な全ての細孔のcc/gでの累積容積を意味している。触媒支持体又は担体粒子について、例えば、アルミナ粉末並びにアルミナ又はシリカ-アルミナ粉末又は支持体粒子について、細孔径分布及び細孔容積は、the Journal of American Chemical Society,60,pp209-31.9(1939)においてS.Brunauer,P.Emmett、及びE.Tellerによって記載されたB.E.T.(又はBET)技法による窒素脱着等温線(円筒形細孔を仮定)を参照して計算することができ、また、窒素BET方法を使用して表面積を決定するための手順を同定するASTM D3037も参照されたい。窒素脱着法は、より小さいサイズの細孔に関して特に有用であり、一方、水銀圧入法は、より大きいサイズの細孔によく適していることが一般に認められている。特に明記しない限り、水銀圧入法は、本明細書に開示されている粉末、担体、触媒支持体又は担体、及び支持触媒中に存在する細孔径の全範囲にわたる値及び範囲を測定かつ表現するために簡便に使用される。
ASTM D4284-07「A Standard Test Method for Determining Pore Volume Distribution of Catalysts by Mercury Intrusion Porosimetry」は、細孔への入口の見かけの直径又はサイズに関して、触媒及び触媒担体又は支持体粒子における細孔の容積分布を測定するために使用される一般に認められている試験である。上に論じられるように、一般に、触媒における細孔のサイズ及び容積の両方が、その性能に影響を及ぼす。したがって、細孔容積分布は、触媒性能を理解するのに有用であり、所望の様式で機能することが期待され得る触媒について特定される特徴のうちの1つであり得る。様々なサイズ範囲における細孔のパーセンテージなどの、総細孔容積又は総圧入容積を含む細孔容積の値と、細孔容積分布の様々な属性は、特に開示されていない限り、水銀圧入法に基づいている。
水銀圧入法を使用する細孔径分布は、以下の式:
Figure 2024502614000002
及び(H.L.Ritter及びL.C.DrakeによってIndustrial and Engineering Chemistry,Analytical Edition 17,787(1945)に記載されている)水銀浸透法に従って、1~2000バールの水銀圧を使用して、かつASTM D4284-07に定義されるとおり、計算することができる。水銀浸透は、ミクロ細孔の量が少ない場合、特にメソ細孔及びマクロ細孔の量と比較した場合に、選択される技法である。しかしながら、水銀浸透法は簡便に使用されるため、担体又は支持触媒において存在する全ての細孔の量は、この方法の使用に基づいて、表すことができ、また表される。
試料の総N細孔容積は、上記の窒素脱着法によって決定される窒素細孔容積の合計である。同様に、試料の総水銀細孔容積は、例えば、130°の接触角、485ダイン/cmの表面張力、及び13.5335gm/ccのHg密度を使用して、上記の水銀浸透法によって決定した、水銀細孔容積の合計である。
本明細書において「表面積」は、粉末形態であろうと凝集体形態であろうと、上記のBET技法を使用して窒素吸着によって決定される比表面積を指す。
細孔容積、PV(cc/g)、又は表面積、(surface area、SA)(m/g)などの重量に関連する全ての形態学的特性は、当該技術分野において既知の手順に従って、「金属を含まない基準」に正規化することができる。しかしながら、本明細書で報告される形態学的特性は、金属含有量について補正されていない「測定されたまま」の基準である。
「周期表」:本明細書における元素の周期表に関する全ての言及は、国際純正・応用化学連合(International Union of Pure and Applied Chemistry、IUPAC)によって公開された元素の周期表を指し、http://old.iupac.org/reports/periodic_table/の2010年2月19日付けのバージョンがオンラインで公開されている。
数値範囲に関して本明細書で利用される場合、「およそ(approximately)」、「約(about)」、「実質的に(substantially)」という用語、及び類似の用語は、当業者に理解され、それが使用される文脈に応じてある程度変化するであろう。当業者には明らかでない用語の使用が存在する場合、それが使用される文脈を考慮すると、用語は、開示された値のプラスマイナス10%であろう。「およそ(approximately)」、「約(about)」、「実質的に(substantially)」、及び類似の用語が、構造的特徴に適用される場合(例えば、その形状、サイズ、向き、方向などを説明するために)、これらの用語は、例えば、製造又は組み立てプロセスに起因し得る構造の軽微な変形を包含することを意味し、この開示の主題が関係する当業者によって一般的かつ許容される使用法と調和する広い意味を有することが意図される。したがって、これらの用語は、記載され特許請求される主題の非実質的な又は重要でない修正又は変更が、添付の特許請求の範囲に記載されるような本開示の範囲内にあるとみなされることを示すものとして解釈されるべきである。具体的な特性、特徴、又は変数に関して別途定義されない限り、特性、特徴、又は変数などの任意の基準に適用される「実質的に」という用語は、当業者が、達成されるべき利益、又は所望の条件若しくは特性値が満たされることを理解するような尺度で、記載される基準を満たすことを意味している。例えば、実質的に等温についての説明に関連した「実質的に」という用語の使用については、以下を参照されたい。
炭化水素供給原料を処理するための様々なプロセスに関して使用される場合、「実質的に等温」という語句は、典型的には、プロセスの運転が、温度が典型的には触媒床全体にわたって約50°F未満、好ましくは約40°F未満、より好ましくは約30°F未満、例えば約20°F未満、例えば、0°F近く、最大約20°F又は30°F又は40°F、又は50°F程度だけ変動し得るような運転であることを意味していると理解される。代替として、そのようなプロセスの運転は、上記のような温度変動を示しながらも、等温的に運転していると言及してよい。
要素を記載する文脈における(特に、以下の特許請求の範囲の文脈における)「a」及び「an」及び「the」、並びに同様の指示対象は、本明細書において別途指示がない限り、又は内容が明らかに矛盾していない限り、単数形及び複数形の両方を網羅すると解釈されるべきである。本明細書における値の範囲の列挙は、本明細書において別途指示がない限り、この範囲内に属する各別個の値を個々に指す簡略な方法の役目を果たすことを意図しているに過ぎず、各別個の値は、それが本明細書に個々に列挙されているかのように本明細書に組み込まれる。本明細書に記載される全ての方法は、本明細書において別途指示がない限り、又は別様に内容が明らかに矛盾していない限り、任意の好適な順序で行われ得る。本明細書に提供されるあらゆる及び全ての例、又は例示的な文言(例えば、「など」)の使用は、実施形態をよりよく説明することを意図しているに過ぎず、別途指示がない限り、特許請求の範囲に制限を課すものではない。本明細書における文言は、任意の請求されない要素を不可欠なものとして示していると解釈されるべきではない。
本発明の実施形態は、触媒担体及びそのような担体を使用する支持触媒を調製するための方法、並びに、水素化処理(hydroprocessing)、水素化分解(HCR)、水素化脱芳香族(HDA)、水素化脱硫(HDS)、水素化脱窒素(HDN)、水素化脱金属(HDM)及び水素化脱マイクロカーボン残留物(HDMCR)又はマイクロカーボン低減活性のための支持触媒の使用を含む。本明細書に開示される支持体又は担体は、様々なプロセスにおいて有用な他の触媒を調製するためにも有用である。より具体的には、実施形態はまた、多孔性触媒担体又は支持体及びそのような担体を使用する支持触媒を調製するための方法に関し、支持触媒は、細孔サイズ及び細孔サイズ分布を含む好ましい規定された細孔特性を有し、かつ、元素の周期表の第6族(第VIB族とも称される)並びに第8族、第9族及び第10族(第VIIIB族とも称される)のうちの少なくとも1つの金属及び/又は金属化合物を含有し、任意選択的に、リンを含む。
例示的な担体又は支持体は、一般に、無機酸化物多孔性担体として識別され、そのような担体は、一般に、多くの孔、穿孔、及び/又は多孔率を有すると理解されよう。好適な多孔性担体材料の例としては、シリカ、シリカゲル、シリカ-アルミナ、アルミナ、アルミナの中に分散されたシリカ-アルミナを有するアルミナ、アルミナでコーティングされたシリカ、シリカでコーティングされたアルミナ、チタニア、チタニア-アルミナ、ジルコニア、ボリア、テラナ(terrana)、カオリン、ケイ酸マグネシウム、炭酸マグネシウム、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、沈殿酸化アルミニウム、活性アルミナ、ボーキサイト、珪藻土、軽石、天然粘土、合成粘土、カチオン性粘土又はアニオン性粘土、例えば、サポナイト、ベントナイト、カオリン、セピオライト又はハイドロタルサイト、及びこれらの混合物が挙げられる。好ましい多孔性担体材料は、シリカ、シリカ-アルミナ、アルミナ、チタニア、チタニア-アルミナ、ジルコニア、ベントナイト、ボリア、及びこれらの混合物であり、シリカ、シリカ-アルミナ、アルミナ及びこれらの混合物が特に好ましく、最大約20重量%のシリカ、好ましくは最大約12重量%のシリカ、例えば、最大約10重量%のシリカを含有するアルミナも同様である。
本発明で使用するのに好適なシリカ-アルミナ組成物の例は、以下のような特性を示す。
Figure 2024502614000003
担体として使用するためのアルミナは、例えば、擬ベーマイト形態のアルミナ前駆体を、典型的には焼成を使用して、例えば、ガンマ-アルミナを含む担体材料として使用するための好ましい形態に転化することによって、調製することができる。
アルミナ含有粉末の調製
上で開示したように、アルミナ含有組成物に具体的に言及している以下の開示はまた、当業者に既知の適切な調整を加えて、本明細書で有用であると特定された他の無機酸化物、具体的にはシリカ-アルミナ、及びこれらの組み合わせに対しても適用される。
本発明の実施形態を行う場合、アルミナ含有組成物は、典型的には、アルミナ及び/又はアルミナ含有組成物が、温度、時間、pH、反応物流量などを含む制御された反応物濃度及び反応条件下で沈殿されるバッチプロセスで調製される。そのようなプロセスは、当該技術分野において一般的に知られており(例えば、Sanchezらの米国特許第4,154,812号、Lussierらの米国特許第6,403,526号、及びこれらに引用されている特許を参照されたい。これらの開示は参照により本明細書に組み込まれる)。関連するアルミナ調製方法が本明細書に開示される。シリカ-アルミナ組成物の調製は、具体的には、Lussierらが具体的に開示している(この開示は、許容される範囲で参照により本明細書に組み込まれる)。
アルミナ又はシリカ-アルミナを調製するための好ましい実施形態では、合成の過程で生成されたフィルターケーキを乾燥させて、更なる処理で使用する前に長期間分解することなく簡便に貯蔵することができる粉末を製造する。濾過ケーキの乾燥は、トレイ乾燥、ベルト乾燥、噴霧乾燥、これらの組み合わせなどのいくつかの方法によって、行うことができる。乾燥条件は、典型的には、例えば、約20重量%~約35重量%の揮発性物質、好ましくは約22重量%~約30重量%、例えば、約23、24、25、26、27、28、又は29重量%の揮発性物質のレベルまで、水の部分的除去を行うように調整される。
乾燥アルミナ及び/又はシリカ-アルミナ粉末及び水を混合又は混ぜ合わせて、湿った又は湿潤した混合物又は生地と称されるものを提供する。任意選択的に、酸性又は塩基性の水性媒体、例えば、酸又は酸性塩の水溶液もまた、混合物に添加することができる。酸が含まれる場合、好ましくは、一塩基性鉱酸の水溶液を水及びアルミナと混ぜ合わせて、混合物を提供する。塩酸、及び硝酸を含む他の強一塩基酸を使用してもよい。硝酸が好ましい。他の有用な酸としては、酢酸、ギ酸、プロピオン酸などの有機酸が挙げられる。あるいは、水酸化アンモニウムなどの水性塩基を使用することができる。加えて、当該技術分野で開示されているように、全アルミナの最大約25重量%の量の再循環焼成生成物微粉をこの工程中に有利に添加することができる。
前の工程から得られた混合物は、湿った混合物と称される。この混合物は、本明細書の他の箇所に記載されるように、担体に、例えば、ピル又は他の形状の形態に形成される。この工程は、湿った混合物を押出すことによって簡便に行われ、典型的には、その後にピルの乾燥及び焼成が続く。
焼成は、成形されたアルミナ担体生成物を、間接的に加熱されたガス又は通常の燃料と空気との燃焼生成物のいずれかであり得る熱ガスと接触させることによって、バッチ式で又は連続的に行うことができる。使用される特定の方法にかかわらず、生成物は、典型的には、目標焼成温度未満の温度で、限定された時間予熱され、その後、約1000°F(537.8℃)~約2000°F(1093.3℃)、あるいは約1200°F(648.9℃)~約1900°F(1037.8℃)、例えば、約1400°F(760℃)~約1800°F(982.2℃)の温度で、約30分~約3時間、好ましくは約30分~約2時間焼成される。あるいは、本明細書の他の箇所に記載されているように、所望の目標レベルの強熱減量を達成するために、ピルを、加熱し、焼成することができる。
シリカ-アルミナ支持体の特性
上記したように、粉末は、その後、水と、任意選択的に、リサイクルされた微粉(触媒粉末及び/又は触媒支持体粉末)及び硝酸などの酸と混合され、押出されて、ピルの形態などの支持体粒子が生成され、次いで、乾燥され、好ましくは焼成される。リサイクルされた微粉は、典型的には、無機酸化物自体又は粉砕触媒又はその対応する支持体若しくは担体を含み、典型的には、10~100マイクロメートルの範囲の粒子サイズを示す。以下の説明において、プロセスのこの段階で生成される生成物は、「アルミナ支持体粒子」、触媒支持体粒子若しくは「触媒担体粒子」又は単に「支持体」若しくは「担体」粒子と称される。
支持体粒子は、典型的には、約450~約1100、好ましくは約550~約1000、最も好ましくは約600~約900℃の範囲の温度(単位℃)で、典型的には約0.2~約3時間、好ましくは約0.3~約2時間、最も好ましくは約0.5~約1.5時間、熱処理又は焼成される。活性化が行われる雰囲気は、典型的には空気であるが、窒素などの不活性ガスを含むことができ、又は排他的に不活性雰囲気中で行うことができる。
上記の合成方法に従って製造されたアルミナ支持体粒子のいくつかの特性は、典型的に測定され、一般的に粒子の特徴を表している。様々な特性及び試験方法は、上で定義され、以下の実施例においても言及される。特性のいくつかに関する典型的な値を以下に要約する。
試料の総水銀細孔容積は、上記の水銀浸透法によって決定された水銀細孔容積の合計である。
本発明の支持体粒子又は担体粒子は、触媒金属及び他の触媒成分を組み込む前の総細孔容積(TPV)を有し、それは、時には、水銀圧入法)を使用して行われた測定を指している総圧入容積TIV又は総水銀細孔容積とも称されることもあり、典型的には約0.8~約1.5cc/g、あるいは約0.85又は約0.9又は約0.95又は約1.0又は約1.05又は約1.10又は約1.15cc/g、約1.45又は約1.40又は約1.35又は約1.30又は約1.25又は約1.20cc/gまでのcc/gである。
一方、触媒金属及び他の触媒成分、例えば、キレート剤又は乾燥及び/又は焼成後のキレート剤残留物を含む、本発明に従う支持触媒の「測定されたままの」総細孔容積は、典型的には有意に低く、例えば、支持体それ自体について上に列挙した値の約半分である。本明細書の実施例の支持触媒について測定されたTPV値は、触媒金属の高い含有量に部分的に起因しているものであり、約0.45cc/gであった。
本発明に従って製造されたシリカ-アルミナ支持体粒子又は担体粒子は、BET技法を使用して窒素吸着によって決定されたm/g単位の全表面積、すなわち、少なくとも約185、又は少なくとも約195、又は少なくとも約205m/gを有し、その各々列挙された値に関して、約425m/g、又は約400m/g、又は約375m/g、又は約350m/g、又は約325m/g、又は約300m/g、又は約275m/gの最大全窒素表面積を有する。
水銀浸透法を使用して測定された1000Å以上かつ30,000Å(3,000nm)以下の細孔サイズの含有量は、典型的には、総細孔容積の10%以上~30%以下であり、例えば、12%、又は14%、又は16%、又は18%、又は20%、又は22%、又は24%、又は26%以上、かつ29%、又は28%、又は27%、又は26%、又は25%、又は24%、又は23%、又は22%、又は21%、又は20%以下である。更に、列記された下限値及び上限値から生じる範囲の各々について、「より大きい」及び「より小さい」量は、10分の1パーセントで表される値並びに単位パーセンテージ値を含む。
本発明において有用な担体粒子中の細孔の含有量、すなわち、水銀浸透法を使用して測定された200Å(20nm)以上~1000Å(100nm)未満の直径を有する細孔の含有量は、典型的には、総細孔容積の約15%以上~約30%以下の範囲であり、例えば、16%、又は17%、又は18%、又は19%、又は20%、又は21%、又は22%、又は23%以上、かつ29%、又は28%、又は27%、又は26%、又は25%、又は24%、又は23%、又は22%、又は21%、又は20%以下である。更に、列記された下限値及び上限値から生じる範囲の各々について、「より大きい」及び「より小さい」量は、10分の1パーセントで表される値を含む。
水銀浸透法を使用して測定された担体粒子の細孔含有量、すなわち、200Å(20nm)未満の直径を有する細孔を示す担体粒子の細孔含有量は、典型的には約55%超~約75%であり、又は57%、若しくは59%、若しくは61%、若しくは63%、若しくは65%、若しくは67%、若しくは69%を超え、かつ約74%、若しくは73%、若しくは72%、若しくは71%、若しくは70%、若しくは69%、若しくは68%、若しくは67%、若しくは65%以下である。更に、列記された下限値及び上限値から生じる範囲の各々について、「より大きい」及び「より小さい」(又はその値の)量は、10分の1パーセントで表される値並びに単位パーセンテージ値を含む。
本発明における使用に好適な担体粒子はまた、約100Å(10nm)~約200Å(20nm)の細孔サイズを示す細孔のサイズ範囲内の細孔を含有することもでき、これもまた、上記の水銀浸透法を使用して測定及び報告される。約100Å(10nm)~約200Å(20nm)の範囲内の細孔の含有量は、典型的には約25%~約45%以上であり、又は26%、若しくは27%、若しくは28%、若しくは29%、若しくは30%、若しくは31%、若しくは32%、若しくは33%、若しくは34%、若しくは35%、若しくは36%、若しくは37%、若しくは38%、若しくは39%、若しくは40%を超え、かつ約44%、若しくは43%、若しくは42%、若しくは41%、若しくは40%、若しくは39%、若しくは38%以下である。更に、列記された下限値及び上限値から生じる範囲の各々について、「より大きい」及び「より小さい」(又はその値の)量は、10分の1パーセントで表される値並びに単位パーセンテージ値を含む。
典型的には、本発明に従って調製された触媒担体又は支持体粒子は、細孔サイズ分布プロット上で観察されるように、より低い細孔径に位置している主要又は有意なピークを有する細孔サイズ分布(pore size distribution、PSD)を示し、微分水銀圧入体積は、ポロシメトリー法、ASTM D4284-07に従って、細孔径のlog微分(dV/dlogD)の関数としてプロットされる。本発明の目的のために、担体又は支持体を含む粒子、並びに支持体を使用して調製された支持触媒はまた、上記のより低い細孔径に位置しているピークよりも大きい1つ以上の追加のピークも示し得る。そのようなより小さい直径でのピークを含む細孔サイズ分布プロットを、図1及び図2に示す。
担体粒子又は支持体粒子は、典型的には、約110Å(11nm)より大きく、かつ約170Å(17nm)未満、又は約120Å(12nm)より大きく、かつ約160Å(16nm)未満、例えば、約125Å(12.5nm)より大きく、かつ約135Å(13.5nm)未満のd50(同様に水銀浸透法を使用して測定した)を示すことを更に特徴とする。一方、本発明の支持触媒は、典型的には、約125Å(12.5nm)より大きく、かつ約210Å(21nm)未満、又は約130Å(13nm)より大きく、かつ約200Å(20nm)未満、例えば、約135Å(13.5nm)より大きく、かつ約200Å(20.5nm)未満のd50(同様に水銀浸透法を使用して測定した)を示すことを更に特徴とする。図1A~図1Cを参照すると、窒素を使用して測定した場合、約80Å(8nm)に初期ピークが現れ、水銀浸透法を使用して測定した場合、約90Å~100Å(9~10nm)に初期ピークが現れることが観察されよう。
本発明に従って調製された、微粉が添加された及び添加されていない支持触媒の典型的な細孔サイズ分布を図2A~図2Cに示す。より小さい細孔径に位置した初期ピークは、50Å(5nm)~100Å(10nm)にあることが観察され、図2A及び図2Cから、窒素測定に基づくと約65Å(6.5nm)及び75Å(7.5nm)に、水銀圧入法に基づくと約110Å(11.0nm)に推定される。
本明細書に開示される本発明に従って調製された支持触媒は、以下の特性を含む、本明細書に同様に開示される水銀ポロシメトリー法を使用して測定された細孔サイズの分布を示す:
(A)200オングストローム(Å)(20nm)未満の直径を有する細孔では、約50%以上かつ最大約75%のTPV、又は51%以上、若しくは52%以上、若しくは53%以上、若しくは54%以上、若しくは55%以上、若しくは56%以上、若しくは57%以上、若しくは58%以上、若しくは59%以上、若しくは60%以上、若しくは62%以上、若しくは64%以上、かつ最大約73%、若しくは約71%、若しくは約69%、若しくは約67%、若しくは約65%、若しくは63%のTPV、
(B)水銀浸透法を使用して同様に測定及び報告された約100Å(10nm)~約200Å(20nm)の細孔サイズを示し、かつ典型的には約35%~約60%の細孔含有量、又は36%、若しくは37%、若しくは38%、若しくは39%、若しくは40%、若しくは41%、若しくは42%、若しくは43%、若しくは44%、若しくは45%、若しくは46%、若しくは47%、若しくは48%、若しくは49%、若しくは50%、若しくは51%、若しくは52%を超え、かつ約59%、又は58%、又は57%、又は56%、又は55%、又は54%、又は53%、又は52%、又は51%、又は50%以下の細孔含有量。更に、列記された下限値及び上限値から生じる範囲の各々について、「より大きい」及び「より小さい」量は、10分の1パーセントで表される値並びに単位パーセンテージ値を含む。
(C)0Å(0nm)超又は20Å(2nm)超~約100Å(10nm)の細孔径を示すものとして一般的に特定され、かつ水銀浸透法を使用して測定及び報告もされた細孔のサイズ範囲内の細孔は、典型的には約4%超~約14%の細孔の含有量、又は5%、若しくは6%、若しくは7%、若しくは8%、若しくは9%、若しくは10%を超え、かつ約13%、若しくは12%、若しくは11%、若しくは10%以下の細孔の含有量。更に、列記された下限値及び上限値から生じる範囲の各々について、「より大きい」及び「より小さい」量は、10分の1パーセントで表される値並びに単位パーセンテージ値を含む。
(D)200Å(20nm)~1000Å(100nm)未満の直径を有する細孔では、約15%超かつ最大約30%未満のTPV、又は約17%超、若しくは約20%超、若しくは約22%超、かつ最大約28%未満、又は約25%未満、又は約23%未満のTPV、
(E)1000Å(100nm)~30,000Å(3,000nm)の直径を有する細孔では、10%以上かつ30%未満のTPV、又は12%以上、若しくは15%以上、若しくは17%以上、若しくは20%以上、かつ最大28%未満、若しくは最大25%未満、若しくは最大23%未満のTPV。
触媒調製
一般的に、水素化処理触媒は、代替方法を使用して製造することができる。含浸法(前含浸法及び後含浸法については以下で更に説明することに留意されたい)では、シリカ-アルミナなどのアルミナ含有粉末を水と混合し、次いで、押出してペレット状の触媒支持体を形成する。その支持体を、乾燥させ、焼成し、第6族(例えば、Mo)金属化合物又は前駆体及び第8、9、又は10族(例えば、Ni)金属化合物又は前駆体を、支持体上に含浸させる。次いで、含浸された湿潤ペレットを、乾燥させ、焼成して、支持触媒を得る。別の調製方法では、アルミナ含有粉末、例えば、シリカ-アルミナ、触媒金属前駆体、水、及び添加剤、例えば、押出助剤、解膠化学物質などを、組み合わせ、混合し、押出して、ペレットにする。次いで、金属含有湿潤ペレットを、乾燥させ、焼成して、支持触媒を製造する。
好適な触媒は、米国特許第7,390,766号、同第7,560,407号及び同第7,642,212号(D.P.Klein、Advanced Refining Technologiesに譲渡された)に記載されている安定化水性組成物及び方法を使用して、本明細書に記載されている特性を示す触媒担体、好ましくはシリカ-アルミナなどのアルミナ含有担体を含浸させることによって、調製することができ、上記米国特許の開示は、許容される範囲で本明細書に組み込まれる。好適な方法及び組成物は、好適な量の水に、(A)少なくとも1つの実質的に水不溶性の第8族、第9族又は第10族金属成分と、(B)典型的には周囲温度でスラリーを製造するように、少なくとも1つの第8族、第9族、又は第10族金属成分の溶解を引き起こすには不十分な量の、少なくとも1つの実質的に水溶性のリン含有酸性成分と、を添加することと、そのスラリーを、(C)少なくとも1つの第6族金属成分と組み合わせることと、(D)(A)、(B)及び(C)の組み合わせを混合し、その混合物を、(A)、(B)及び(C)が溶液を形成するのに十分な時間及び温度まで加熱することと、(E)必要に応じて追加量の水を添加して、少なくとも1つの第8族、第9族又は第10族金属と、少なくとも1つの第6族金属と、担体を含浸させるのに有用なリンと、の溶液濃度を得ることと、を含む、ここで、第6族、並びに第8族、第9族及び第10族は、元素の周期表の族を指している。様々な好ましい実施形態では、少なくとも1つの第8族、第9族又は第10族金属の、第6族金属に対するモル比は、少なくとも1つの第8族、第9族又は第10族金属の量が第6族金属の触媒効果を促進するのに十分な量であるという条件で、約0.05~約0.45であり、酸化物として表される第6族金属の濃度は、組成物の重量に基づいて、少なくとも約3~約50重量%であり、リン含有酸性成分の量は、リンの第6族金属に対するモル比が約0.05~約0.25未満を提供するのに十分である。なお更なる実施形態では、本プロセスは、含浸された未焼成担体から溶液の揮発性部分を分離して、所望の含水量を有する乾燥触媒を得る工程を含む。
「予備含浸」触媒とは、多孔性触媒担体が焼成される前に、金属含有溶液(一種又は複数種)が添加される触媒を指している。金属含有溶液(一種又は複数種)は、触媒粒子の成形前又は成形後に添加することができるが、重要な態様では、金属含有溶液((一種又は複数種)は、担体材料が焼成される前に添加される。しかしながら、1つ以上の触媒金属を含有する水溶液による含浸(接触)の後に、未焼成担体は成形することによって得られるという有意な利点が存在する。これらの利点は、最終触媒中の担体全体にわたる金属のより望ましい分布の形態で観察される。したがって、「予備含浸された」触媒は、以下のように作製することができる:
焼成されていないアルミナ含有シリカ-アルミナ粉末を、水と、又は任意選択的に硝酸の希釈水溶液と、完全に混合し、その混合物を、好適な量の安定な金属溶液と組み合わせる。そのような溶液は、典型的には、少なくとも1つの第6族及び少なくとも1つの第8族、第9族又は第10族金属化合物又は前駆体を含有し、任意選択であるが好ましくはリン、例えば、モリブデン、ニッケル及びリン化合物と、更に第8族、第9族及び第10族の1つ以上の金属溶液の任意選択の追加量と、を含有して、必要であれば、最終触媒上に所望量の金属を提供する。第8族、第9族又は第10族の1つ以上の金属の任意選択の追加量を達成するために用いられる第8族、第9族又は第10族の1つ以上の金属は、典型的には、遭遇する温度条件下で水溶性であるように選択される。更に、本明細書の他の箇所に記載したように、キレート剤又は化合物は、任意選択であるが好ましくは、含浸溶液中に含まれる場合がある。
約50~約65重量パーセントの水分を典型的に含有する金属含有混合物は、好ましくは押出成形によって、所望のサイズを有する触媒粒子に成形される。形成された触媒粒子は、高温乾燥、並びに高温及び中程度の焼成温度の組み合わせを含む、代替的又は組み合わせた加熱方法を使用して乾燥される。例えば、湿潤含浸触媒粒子を、約375°F(190.6℃)~約425°F(218.3℃)、例えば、400°F(204.4℃)の高温乾燥条件に、約30~60分間、例えば、40分間、又は全時間供して、本明細書の他の箇所に開示した所望の目標のLOIレベルを達成することができる。あるいは、湿潤含浸触媒粒子を、約300°F(148.9℃)~約340°F(171.1℃)、例えば、320°F(160℃)の初期高温乾燥温度に、限定された時間、例えば、約8~12分間、例えば、10分間にわたって供し、次いで、温度を、約650°F(343.3℃)~約690°F(365.6℃)、例えば、670°F(354.4℃)の緩和な焼成温度に、約30~約60分間、例えば、40分間にわたって上昇させ、次いで、触媒粒子を、最終ランプ温度で、約8~12分間、例えば、約10分間、又は全時間保持して、本明細書の他の箇所に開示した所望の目標LOIレベルを達成することができる。いずれの乾燥方法を使用するとしても、含浸溶液中にキレート剤が含まれているか否かについては十分な配慮が必要であり、かつ、1つ以上の乾燥方法が使用される場合には、キレート剤又はその触媒金属との錯体の少なくとも一部を保存するように全体的な乾燥条件を選択する。当業者に既知の分析方法は、乾燥された支持触媒中のキレート剤、錯体又は熱副生成物の残留レベルを測定するために利用可能である。
「後含浸」触媒とは、多孔性触媒担体が焼成される後に、金属含有溶液(一種又は複数種)が添加される触媒を指している。担体自体のための好適な焼成条件は、上に記載されている。多孔性触媒担体は、触媒担体粒子の成形の前又は後に焼成することができるが、後含浸の重要な態様は、担体材料が焼成された後に金属含有溶液(一種又は複数種)が添加されることである。したがって、「後含浸」触媒は、以下のように作製することができる:
焼成されていないアルミナ含有又はシリカ-アルミナ粉末は、水と、又は任意選択的に硝酸の希釈水溶液と完全に混合され、次いで、約50~75重量%の水分を含有するアルミナ混合物は、好ましくは押出によって、所望のサイズ及び形状を有する触媒粒子に形成される。形成された粒子は、約110~約150℃の温度で乾燥され、次いで、約400~約750℃の温度で、約1~2時間、焼成される。乾燥され焼成された粒子は、好適な量の安定な金属溶液と接触させる。例えば、そのような溶液は、細孔を実質的かつ均一に充填しながら、最終触媒上に所望量の金属を提供するために、モリブデン、ニッケル及びリンに加えて、必要に応じて、第8族、第9族、又は第10族(CAS指定によればVIIIB族としても識別される)の1つ以上の金属の溶液の任意選択的な追加量を含有する。好適な接触時間の後、形成された触媒粒子は、直前に記載した代替条件のうちの1つに従って乾燥される。
前含浸触媒と後含浸触媒との間の有意な相違点は、後含浸触媒は、2つの焼成工程を受け、典型的には、第1の工程は、本質的に多孔性担体を焼成することからなり、その後の第2の工程では、焼成された担体に触媒活性金属成分及び任意選択的にリン成分を含浸させる。対照的に、前焼成された触媒は、記載のように、1回の焼成工程を受ける。
本発明の成分中に存在する第8族、第9族及び第10族からの好適な触媒活性金属としては、Fe、Co、Ni、Pd、Ptなどの好適な化合物、及びこれらの混合物を挙げることができる。これらのうち、最も好ましいのはCo及びNiである。好適な第VIB族元素又は金属としては、Cr、Mo、W、及びこれらの混合物が挙げることができ、Mo及びWが最も好ましい。金属成分の好ましい組み合わせは、例えば、ニッケルとモリブデン、コバルトとモリブデン、タングステンとニッケル又はコバルト、モリブデンとコバルトとニッケルとの組み合わせ、タングステンとニッケルとコバルトとの組み合わせ、モリブデンとクロムとニッケルとの組み合わせなどが挙げられ、モリブデンとニッケルとの組み合わせが特に好ましい。
安定な含浸溶液を調製するための好適な総合的なプロセスは、次のように説明することができる:
塩基性のニッケル含有及びモリブデン含有溶液は、水、モリブデン源、ニッケル源及び水性アンモニアを適切な比率で組み合わせることによって、調製することができる。種々のモリブデン及びニッケル源が使用され得る。モリブデンについては、これらとしては、三酸化モリブデン、二モリブデン酸アンモニウム、及び七モリブデン酸アンモニウムが挙げられるが、これらに限定されない。ニッケルについては、これらとしては、炭酸ニッケル及び硝酸ニッケルが挙げられるが、これらに限定されない。成分重量は、溶液安定性、並びに金属の適切な濃度及び比率を確実にするために変化させることができる。必要とされる成分重量、添加順序、温度、及び反応時間は、当業者に既知である。
任意選択であるが好ましくは、含浸溶液は、触媒活性金属成分の1つ以上と組み合わせるとキレート化をもたらすことが知られている有機化合物などの少なくとも1つのキレート剤を含有する。好適な化合物又はキレート剤としては、(i)少なくとも2つの酸素原子及び2~10個の炭素原子を含む化合物、並びにこれらの化合物から構成若しくは誘導される化合物からなる群から選択される有機化合物、又は(ii)少なくとも1つの共有結合した窒素原子及び少なくとも1つのカルボニル部分を含む有機化合物、又は(i)及び(ii)の両方などの有機添加剤が挙げられる。上の(i)による有機化合物は、好ましくは、カルボキシル、カルボニル、又はヒドロキシル部分などの少なくとも2つの酸素含有部分、及び2~10個の炭素原子を含む化合物、並びにこれらの化合物から構成又は誘導される化合物の群から選択される。有機化合物から構成又は誘導される化合物は、例えば、有機化合物のエーテル、エステル、アセタール、酸塩化物、酸アミド、オリゴマー、又はポリマーであり得る。好適な有機化合物の例としては、クエン酸、酒石酸、シュウ酸、マロン酸、マレイン酸、及びリンゴ酸などのカルボン酸;並びにブタンジオール、ピルビン酸アルデヒド、グリコールアルデヒド、及びアセタルドール(acetaldol)が挙げられる。分子当たり少なくとも2つのヒドロキシル基及び2~10個の炭素原子を含む化合物、並びにこれらの化合物から構成される化合物の群から選択される有機化合物が、更により好ましい。好適な化合物としては、例えば、酒石酸、又はエチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリン、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパンなどの脂肪族アルコールが挙げられる。これらの有機化合物から構成される化合物としては、オリゴマー及びポリマー、例えば、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリメチレングリコール、トリエチレングリコール、トリブチレングリコール、テトラエチレングリコール、及びテトラペンチレングリコールが挙げられる。この範囲は、例えばポリエチレングリコールのようなポリエーテルを含むように外挿することができる。ポリエチレングリコールに関しては、200~8,000の分子量を有するポリエチレングリコールが好ましい。これらの有機化合物から構成される他の化合物は、例えば、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノプロピルエーテル、及びジエチレングリコールモノブチルエーテルなどのエーテルである。好ましい有機化合物は、とりわけ、エチレングリコール、ジエチレングリコール、ポリエチレングリコール、又はそれらの混合物である。分子当たり少なくとも2つのヒドロキシル基及び2~10個の炭素原子を含む有機化合物の別の群は、例えば、グルコース及びフルクトースなどの単糖類によって形成される。これらの有機化合物から構成される化合物としては、オリゴマー及びポリマー、例えば、ラクトース、マルトース、及びサッカロースなどの二糖類、並びに多糖類が挙げられる。特に好ましい有機化合物又はキレート剤はクエン酸である。
(ii)による有機化合物は、好ましくは、少なくとも2つのカルボニル部分を含む。少なくとも1つのカルボニル部分がカルボキシル基に存在することが好ましい。少なくとも1つの窒素原子が、少なくとも2つの炭素原子に共有結合していることが更により好ましい。好ましい有機化合物は、式(I)又は(II)を満たし、
(RR)N-R-N(R’R’)(I)
N(R’)(II)
式中、R、R、R’及びR’は、独立して、カルボニル、カルボキシル、エステル、エーテル、アミノ、又はアミドから選択される1つ以上の基で任意選択的に置換された、最大10個の炭素原子を有するアルキル、アルケニル、及びアリルから選択される。Rは、-O-又は-NR-によって中断され得る最大10個の炭素原子を有するアルキレン基である。Rは、Rについて上に示したものと同じ基から選択される。Rアルキレン基は、カルボニル、カルボキシル、エステル、エーテル、アミノ、又はアミドから選択される1つ以上の基で置換され得る。上述したように、式(I)又は(II)の有機化合物が少なくとも1つのカルボニル部分を含むことが必須である。好ましくは、R、R、R’及びR’(式(I))のうちの少なくとも2つ、並びにR、R、及びR’(式(II))のうちの少なくとも2つは、式-R-C(O)OXを有し、式中、Rは、1~4個の炭素原子を有するアルキレン基であり、Xは、水素、又はアンモニウム、ナトリウム、カリウム、及び/若しくはリチウムカチオンなどの別のカチオンである。Xが、多価カチオンである場合、1つのXは、2つ以上の-R-C(O)O-基に結合することができる。式(I)の化合物の典型的な例は、エチレンジアミン(テトラ)酢酸(ethylene diamine(tetra)acetic acid、EDTA)、ヒドロキシエチレンジアミン三酢酸、及びジエチレントリアミン五酢酸である。式(II)の化合物の典型的な例は、ニトリロ三酢酸(nitrilotriacetic acid、NTA)である。
触媒組成物は、典型的には、元素周期表の第6族のうちの少なくとも1つの金属成分(あるいは第VIB族と称される)及び元素周期表の第8族、第9族若しくは第10族のうちの少なくとも1つの金属成分(あるいは第VIIIB族と称される)又はこれらの混合物を合計して約30~約45重量%含み、第VIB族及び第VIIIB族金属成分は、酸化物として計算され、触媒組成物の総重量に基づいている。更に、第6族の金属成分と、第8族、第9族又は第10族の金属成分との総重量は、酸化物として計算され、触媒組成物の総重量に基づいて、約35~55重量%を構成する。あるいは、第6族の金属酸化物含有量と、第8族、第9族又は第10族の金属酸化物含有量との総重量は、約35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、又は45重量%から、約55、54、53、52、50、49、48、47、46、又は45重量%である。
具体的には、少なくとも1つの第6族金属成分の量は、酸化物として計算すると、約30~約45重量%を構成し、あるいは、約31、32、33、34、35、36、37、又は38重量%から、約45、44、43、42、41、40、39、38、37、又は36重量%を構成する。
第VIIIB族金属は、酸化物として計算すると、通常は、3~約15重量%の量で存在し、あるいは約3.5、4、5、6、7、8、9又は10重量%から、約15、14、13、12、11、10、9、8、又は7重量%の量で存在する。リンは、含まれる場合、Pとして計算すると、通常は、約1~約10重量%の量で存在し、あるいは約1.5、2.5、3、4又は5重量%から、約6、7、8、9又は10重量%の量で存在する。触媒組成物中に存在する第VIB族金属及び第VIIIB族金属の量は、原子吸光分光法(atomic absorption spectrometry、AAS)、誘導結合プラズマ分光計(inductively coupled plasmaspectrometer、ICP)分析、及び/又は蛍光X線(x-ray fluorescence、XRF)を使用して、測定することができる。
含浸、乾燥及び焼成後の支持触媒組成物は、すなわち、金属含有成分及びリン(含まれる場合)は、それらの酸化物として存在し、かつ、好ましくは、硫化工程がある場合にはその前に、上記の特性を示す。
「凝集体」という用語は、様々な物理化学的結合によって一緒に保持されている粒子を組み合わせている生成物を指し、「成形」という用語及びその文法的変形は、凝集体を形成する作用を指す。より具体的には、各凝集体は、複数の隣接する構成成分である一次多孔性担体粒子から構成され、好ましくは、それらの接触点で接合され、接続される。したがって、凝集体粒子は、典型的には、構成成分である複合粒子間の粒子間空隙のために、凝集体粒子を作製する構成成分である一次粒子よりも高いマクロ細孔含有量を示す。これらのより大きな空隙は、一次多孔性担体粒子の特徴的な特性、例えば、特定の細孔サイズ又は範囲及び細孔サイズ分布特性の一部分として含まれない。
多孔性担体の凝集、例えば、アルミナ、複合材の凝集は、当該技術分野で既知の方法に従って、特に、ペレット化、押出、回転コーティングドラム中でのビーズへの成形などの方法によって行われる。約0.1mm以下の直径を有する複合粒子を、造粒液を用いて少なくとも約0.8mmの直径を有する粒子に凝集させるモジュール化技術を用いることができる。当業者に知られているように、凝集は、任意選択的に、追加の非晶質又は結晶性結合剤の存在下で実施することができ、細孔形成剤を、凝集される混合物に添加することができる。従来の結合剤としては、他の形態のアルミナ、シリカ、シリカ-アルミナ、粘土、ジルコニア、シリカ-ジルコニア、マグネシア及びシリカ-ボリアが挙げられる。従来の細孔成形剤を使用することができ、好適な試薬の例としては、木粉、木炭、セルロース、デンプン、ナフタレン、及び、一般に、細孔形成を促進し、焼成によって除去することができる有機化合物が挙げられる。しかしながら、細孔形成剤の添加は、必要ではないか、望ましくない。
触媒組成物は、それらが使用されるプロセス及び/又は装置に対するそれらの適合性のために選択される異なる形状を有し得る。例えば、触媒組成物が、スラリー型反応器、流動床、移動床、又は膨張床で使用される場合、一般に噴霧乾燥又はビーディングが適用される。固定床又は沸騰床用途では、一般に、触媒組成物は、押出され、ペレット化され、及び/又はビーズ化される。後者の場合では、成形工程の前又はその間の任意の段階で、成形を容易にするために通常使用される任意の添加剤を添加することができる。これらの添加剤は、ステアリン酸アルミニウム、界面活性剤、グラファイト、デンプン、メチルセルロース、ベントナイト、ポリエチレングリコール、ポリエチレンオキシド、又はこれらの混合物を含み得る。更に、他の箇所での考察されるように、アルミナが担体として使用される場合、硝酸は、例えば、凝集体の機械的強度を増加させる目的で、成形工程の前に添加されることがある。本発明において、成形工程は、水の存在下で行われる。押出及びビーディングのために、LOIとして表される成形混合物における水の量は、好ましくは20~80%の範囲である。成形操作によって必要とされる場合には、追加の水を添加することができ、又は水の量が多すぎる場合には、例えば、濾過、デカンテーション、又は蒸発による固液分離によって、水を減少させることができる。水の量を適切に制御することは、当業者の範囲内である。
好適な形状としては、粉末、球状、円筒、環、及び対称又は非対称の多葉型形態、例えば、三葉型及び四葉型が挙げられる。押出成形、ビーズ化、又はペレット化から生じる粒子は、通常、約0.2~約10mmの範囲の直径、及び約0.5~約20mmの範囲の長さを有するが、これらの一般範囲からの逸脱することが可能である。押出物の形態の触媒が一般に好ましい。
本発明はまた、本発明による触媒組成物であって、金属成分が部分的又は完全にそれらの硫化物に転化されている触媒組成物に関する。その場合、触媒は、第VIIIB族金属ジスルフィドを本質的に含まないことが好ましい。
焼成は、上記の温度及び時間に従って実施される。記載したように、金属含有(特に後含浸)支持体又は担体の焼成条件、特に温度は、典型的には、支持体又は担体自体に使用される温度よりも低い。焼成は、窒素などの不活性ガス中、又は空気若しくは純酸素などの酸素含有ガス中で、任意選択的に、水蒸気の存在下で、実施され得る。好ましくは、焼成は、酸素含有雰囲気中で実施される。
本明細書に記載の方法によって調製された触媒はまた、典型的には、550℃(1022°F)で測定される約6重量%~約38重量%の強熱減量(loss on ignition、LOI)を示し、又は約7重量%、若しくは約8重量%、若しくは約9重量%、若しくは約10重量%、若しくは約11重量%、若しくは約12重量%、若しくは約13重量%、若しくは約14重量%、若しくは約16重量%、若しくは約18重量%、若しくは約20重量%から、約37重量%、若しくは約36重量%、若しくは約35重量%、若しくは約34重量%、若しくは約33重量%、若しくは約32重量%、若しくは約30重量%、若しくは約28重量%、若しくは約26重量%、若しくは約24重量%までの強熱減量を示す。
更に、本発明による触媒は、高温及び水素による高圧の条件下で、炭化水素供給原料を、微粒子形態の支持触媒と接触させることを含む炭化水素転化プロセスにおいて特に有用であり、触媒は、本発明に従って作製される。本明細書に記載のように、そのような触媒は、周期表の第6族からの少なくとも1つの触媒活性金属と、周期表の第8族、第9族又は第10族からの少なくとも1つの触媒活性金属と、任意選択的にリンとを含み、金属及び任意選択的にリンは、上記のアルミナ含有担体上に担持され、細孔サイズ分布特性及び他の粒子特性も記載されているとおりである。
水素化処理(hydroprocessing)プロセスにおける触媒の使用
本発明に従って調製された触媒は、広範囲の反応条件、一般に、例えば、約200℃~約500℃の範囲の温度、約5~300バール(0.5MPa~30MPa)の範囲の水素圧、及び約0.05~10h-1の範囲の液空間速度(liquid hourly space velocity、LHSV)下で、複数の供給物を処理するための、実質的に全ての水素化処理(hydroprocessing)プロセスにおいて使用することができる。「水素化処理(hydroprocessing)」という用語は、水素化、水素化脱硫、水素化脱窒素、水素化脱金属、水素化脱芳香族、水素化分解、及び穏やかな水素化分解とも称される穏やかな圧力条件下での水素化分解を含む、高温及び高圧(水素化処理反応条件)で炭化水素供給物を水素と反応させる様々な石油精製プロセスを包含する。
より具体的には、「水素化処理(hydroprocessing)」は、この用語が本明細書で用いられる場合、石油供給原料(石油中に存在する炭化水素の複合混合物)を加圧下の触媒の存在下で水素と反応させて、(a)その供給原料中に存在する硫黄、汚染金属、窒素、及びコンラドソン炭素のうちの少なくとも1つの濃度、並びに(b)供給原料の粘度、流動点、及び密度のうちの少なくとも1つを低下させるための石油精製プロセスを意味する。水素化処理(hydroprocessing)としては、水素化分解、異性化/脱ロウ、水素化仕上げ、及び反応する水素の量及び処理される石油供給原料の性質が異なる水素化処理(hydrotreating)プロセスが挙げられる。
水素化分解は、典型的には、分子当たり少なくとも5つ(5)の炭素原子を含有する主に炭化水素質の化合物(「供給原料」)の水素化処理(hydroprocessing)を含むと理解され、プロセスが、(a)超大気圧の水素分圧、b)典型的には593.3℃(1100°F)未満の温度で、(c)水素の全体的な正味の化学的消費を用いて、(d)少なくとも1つの水素化成分を含有する固体支持触媒の存在下で、行われる。
水素化処理(hydrotreating)は、典型的には、分子当たり少なくとも5つの炭素原子を含有する主に炭化水素質の化合物(「供給原料」)の、その供給原料の脱硫及び/又は脱窒素のための水素化処理(hydroprocessing)を含むと理解され、プロセスが、(a)超大気圧の水素分圧、b)典型的には593.3℃(1100°F)未満の温度で、(c)水素の全体的な正味の化学的消費を用いて、(d)少なくとも1つの水素化成分を含有する固体支持触媒の存在下で、行われる。
石油炭化水素残渣などの重質炭化水素流の水素化処理(hydrotreating)のための操作条件は、当該技術分野において既知であり、約1,000psia(68atm)~約3,000psia(204atm)の範囲内の圧力、約700°F(371℃)~約850°F(454℃)の範囲内の平均触媒床温度、触媒の体積当たりの毎時炭化水素体積約0.1~触媒の体積当たりの毎時炭化水素体積約5の範囲内の液空間速度(LHSV)、及びバレル当たりの標準立方フィート(standard cubic feet per barrel、SCFB)約2,000(356m/m)~約15,000SCFB(2,671m/m)の範囲内の水素再循環速度又は水素添加速度を含む。好ましくは、操作条件は、約1,200psia~約2,000psia(81~136atm)の範囲内の総圧、約730°F(387℃)~約820°F(437℃)の範囲内の平均触媒床温度、約0.1~約4.0の範囲内のLHSV、及び約3,000SCFB(534m/m)~約10,000SCFB(1,781m/m)の範囲内の水素再循環速度又は水素添加速度を含む。一般に、プロセス温度及び空間速度は、1,000°F超で沸騰する供給物留分の少なくとも30体積%が1,000°F未満で沸騰する生成物に転化されるように、より好ましくは少なくとも50体積%が1,000°F未満で沸騰する生成物に転化されるように、更により好ましくは対象留分の少なくとも70体積%が1,000°F未満で沸騰する生成物に転化されるように選択される。
炭化水素留出物の処理では、操作条件は、典型的には、約200psia(13atm)~約3,000(204atm)、約600°F(315℃)~約800°F(426℃)の範囲内の平均触媒床温度、触媒の体積当たりの毎時炭化水素体積約0.4~体積約6の範囲内のLHSVの約1,000SCFB(178m/m)~約10,000SCFB(1,381m/m)の範囲内の炭化水素再循環速度又は水素添加速度を含むであろう。炭化水素留出物の水素化処理(hydrotreating)のための好ましい操作条件は、約200psia(13atm)~約1,200psia(81atm)の範囲内の水素分圧、約600°F(315℃)~約750°F(398℃)の範囲内の平均触媒床温度、触媒の体積当たりの毎時炭化水素体積約0.5~触媒の体積当たりの毎時炭化水素体積約4の範囲内のLHSV、及び約1,000SCFB(178m/m)~約6,000SCFB(1,068m/m)の範囲内の水素再循環速度又は水素添加速度を含む。
しかしながら、所定の生成物への特定の供給物の転化ための最も望ましい条件は、いくつかの異なる温度、圧力、空間速度及び水素添加速度で供給原料を転化し、これらの変数の各々の効果を相関させ、全体の転化率及び選択率の最良の妥協点を選択することによって、最もよく得ることができる。本発明の触媒組成物は、供給原料又は供給原料ブレンドとも称される重質炭化水素供給原料を水素化処理(hydrotreating)するのに特に好適である。
したがって、一般に記載される本発明は、以下の実施例を参照して、より容易に理解され、これは例示として提供され、本発明を限定することを意図するものではない。
支持触媒の調製。一般に、触媒金属含浸溶液は、以下のように調製される:
ニッケル及びモリブデン含有溶液は、水、モリブデン源、ニッケル源及びアンモニア水を適切な比率で混合することによって、調製される。上に開示したような種々のモリブデン及びニッケル源が使用され得る。これらの溶液を使用して支持体に含浸させて最終触媒を調製する。成分重量及び添加順序は、溶液安定性及び意図された触媒用途のための最終触媒上の金属の選択された目標濃度を確実にするように選択される。溶液処理温度及び時間は、溶液安定性を確実にするように選択される。必要とされる成分重量、添加順序、処理温度、及び処理時間は、典型的なものであり、当業者に一般に知られている。
比較例1.(I)比較基材の調製
比較触媒を調製する際に使用するための、本開示において担体又は支持体とも称される比較基材を調製するために、以下の工程に従った:
(1)温度及びpHを、各段階で変化させ制御する2段階沈殿プロセスにおいて、温度及びpHを各段階で変化させ制御する。例えば、米国特許出願公開第2014/0367311号、米国特許第6,589,908号又は米国特許第6,984,310号(参照により本明細書に組み込まれる)を参照されたい。例えば、第1の段階では、硫酸アルミニウム及びアルミン酸ナトリウムの総量の半分を混合して、約pH8及び55℃(131°F)で沈殿種アルミナを形成する。第2の段階では、硫酸アルミニウム及びアルミン酸ナトリウムの第2の半分を添加する前に、温度を約65℃(150°F)に上昇させ、pHを約9に上げ、反応物を混合し、第2の段階の沈殿を完了させる。
(2)得られたアルミナを洗浄し、約75重量%のシリカ及び25重量%のアルミナを含有するシリカ-アルミナ組成物と混合する。
(3)(2)からの混合物を、加熱したオーガー(auger)に導入することによって乾燥させた。
(4)(3)からの混合物を、水、硝酸、リサイクルされた基材、及びプロセス後半からの触媒微粉と一緒にEirichミキサーに入れ、得られた混合物が顆粒化されるまで混合した。
(5)(4)からの材料を押出して、基材又は支持体前駆体を形成した。
(6)押出された基材前駆体を、回転焼成炉に導入し、強熱減量試験(LOI)によって決定される揮発性物質レベルが<2%に減少するまで加熱した。LOIは、試料中に存在する高温で揮発することが可能な総揮発物質又は成分の尺度である。LOI試験は、試料を1020°F(548.9℃)で1時間、酸素含有雰囲気にさらし、それによって存在し得る有機物質を分解、酸化、又は発火させて、残留水分を目標エンドポイントまで排除することによって、行われる。
(II)比較の支持触媒を以下のようにして調製した:
(1)上記Iで調製した基材又は支持体を、ディップソーク含浸バスケットに入れた。
(2)基材を連続的に下降させ、モリブデン、ニッケル、リン、及びキレート剤からなる所望の含浸溶液を所望の濃度で含有するタンクに浸漬した。
(3)その後、含浸された触媒を、5重量%の目標LOIレベルまで回転焼成炉に通し搬送した。
本発明の実施例A
基材又は支持体Aを、以下のように調製した:
(1)アルミナ中に分散された5重量%のシリカを含有する1200gのシリカ-アルミナ粉末(揮発性物質を含まない基準)を、室温でEirichミキサーに投入した。
(2)17.15gの濃硝酸(70重量%HNO)及び2000gの脱イオン水を、約150cc/分の速度でミキサーに入れた。組成物を合計5分間(水の添加時間を含む)混合した。
(3)混合を停止してミキサーの側面を削り取り、その時点で少量の水(各20g)を必要に応じて添加して、押出可能なペーストを形成させた。
(4)ペーストのLOIは、69%と測定され、これは押出しに好適であった。
(5)(4)で得られたペースト混合物を、1/16”AQプラスチックインサートダイ及び水冷押出機バレルを使用して、押出した。
(6)その押出物を深さ約1/2インチのスクリーントレイ上に置き、250°F(121.1℃)で2時間、続いて400°F(204.4℃)で更に2時間、予熱したGruenberg乾燥オーブン中に置いた。
(7)(6)からの200gの乾燥押出物を、2SCFH(毎時標準立方フィート)の乾燥空気を使用して、1400°F(760℃)の炉内で40分間焼成した。
(8)次いで、焼成された押出物を室温まで冷却した。
触媒試料Aは、以下のように調製した:
(1)上で調製した基材A(揮発性物質を含まない基準)50gを秤量する。
(2)モリブデン、ニッケル、リン、及びキレート剤を、所望の濃度で含有する水溶液を用いて、インシピエントウェットネス法により(1)の基材を含浸させた。
(3)(2)からの含浸試料を400°F(204.4℃)で40分間加熱した。
(4)得られた触媒試料Aを室温まで冷却した。
触媒試料Aは、以下のように調製した:
(1)上で調製した基材A(揮発分を含んでいない基準)50gを秤量する。
(2)モリブデン、ニッケル、リン、及びキレート剤を、所望の濃度で含有する水溶液を用いて、インシピエントウェットネス法により(1)の基材を含浸させた。
(3)(2)からの含浸試料を400°F(204.4℃)で40分間加熱した。
(4)得られた触媒試料Aを室温まで冷却した。
本発明の実施例B
触媒試料B(リサイクルされた微粉を含む)のための基材又は支持体を以下のようにして調製した:
(1)アルミナ中に分散された5重量%のシリカを含有する1200gのシリカ-アルミナ粉末(揮発分を含まない基材上)を、室温でEirichミキサーに投入した。
(2)60gの粉砕された触媒B微粉(リサイクル微粉)及び60gの粉砕された基材B微粉(リサイクル微粉)をミキサーに入れた。
(3)17.1gの濃硝酸(70重量%HNO)及び2000gの脱イオン水をミキサーに入れ、混合を開始した。
(4)ミキサーを停止して側面を削り取り、必要に応じて水を追加して所望のペースト粘稠度を得た。
(5)10分後、形成された混合物は、66.2%のLOIを有する顆粒を形成した。
(6)(5)からの混合物を、1/16”AQプラスチックインサートダイ及び水冷押出機バレルを使用して押出した。
(7)その押出物を、250°F(121.1℃)の乾燥オーブンに2時間入れた。
(8)(7)からの乾燥押出物を、以下のプロトコルに従って回転焼成炉に導入した:250°F(121.1℃)で充填し、10分間保持し、40分間1400°F(760℃)まで上昇させ、40分間1400°F(760℃)で保持する。
(9)その後、焼成した基材を室温まで冷却した。
触媒試料Bは、以下のようにして調製した。
(1)上記(9)からの基材(揮発物を含まない基準)175gを秤量した。
(2)(1)からの基材を、モリブデン、ニッケル、リン、及びキレート剤を所望の濃度で含有する水溶液を用いて、ディップソーク含浸法(dip soak impregnation method)を使用して含浸させた。
(3)(2)からの含浸された基材を、以下のプロトコルに従って回転焼成炉に導入した:320°F(160℃)で10分間、次いで、670°F(354.4℃)まで40分間上昇させ、670°F(354.4℃)で10分間保持する。
(4)次いで、得られた支持触媒Bを室温まで冷却した。
上記のようにして調製した比較及び本発明の基材(支持体)及び触媒の細孔サイズ分布(pore size distribution、PSD)を、上で確認した標準Hgポロシメトリー法を用いて測定した。その分布を、図1A~図1C及び図2A~図2Cに示す。
図1A~図1Cは、3つの触媒基材間のPSD比較を示している。3つの触媒基材間のバルク特性及び化学組成の比較を以下の表1に要約する。例示的基材AのPV(細孔容積、言い換えれば総細孔容積)は、比較例基材のPVよりも約20%高いが、例示的基材B(微粉を含む)のPVは15%高い。
図2A~図2Cは、上記実施例で調製された3つの触媒間のPSD比較を示している。3つの触媒間のバルク特性及び化学組成の比較を以下の表2に要約する。例示的触媒A及びBの総金属充填量は、比較触媒の総金属充填量よりも高いことが観察されよう。
Figure 2024502614000004
Figure 2024502614000005
例示的触媒A及びB並びに比較触媒を、以下のベンチスケールユニット(BSU)試験プロトコル下で試験した:
全圧=2300psi
/油=5500SCFB
LHSV=-2.0 h-1
CAT(触媒温度):710°F(376.7℃)で7日間、続いて720°F(382.2℃)で5日間、続いて735°F(390.6℃)で5日間
供給物:次の特性を有する減圧軽油(VGO)供給物ブレンド:API(米国石油協会比重)=19.7、N=1810ppm、S=27150ppm
実施例で調製された触媒を使用して性能試験を行うために使用されたベンチスケール試験ユニット(bench scale test unit、BSU)の簡略化した流れ図を図3に示す。ガス再循環は、BSU運転では使用しなかった。全液体生成物(whole liquid product、WLP)を、カットポイントを目標に制御したオンラインストリッパーに送った。ストリッパーオーバーヘッド(stripper overhead、STO)、ストリッパーボトム(STB)、及びガスバルブから試料を、収集し、特性について毎日検査した。470°F(243.3℃)より高い沸点を有するSTB生成物が製造されるように、STO生成物及びSTB生成物に関するカットポイント目標は、470°F(243.3℃)であった。
試験結果
VGO水素化脱窒素(HDN)、水素化脱硫(HDS)、及び芳香族化合物の水素化又は水素化脱芳香族(HDA)における触媒の比較を表3に示し、生成物粘度に対する影響を表4に示す(ここでは見かけの転化率を用いてHDAを表すことに留意されたい)。
Figure 2024502614000006
表3を参照すると、例示的触媒Aは、HDN、HDS、及びHDA(又はHCR)について比較触媒よりも活性であるが、例示的触媒B(微粉を含む)もまた、より活性である。その表はまた、比較触媒に対する例示的触媒についてのkHDS及びkHDN(示された反応についての反応速度)の比も含み、これは、各場合において、例示的触媒についての利点を更に示している。
本発明の触媒の改善された性能又は触媒活性は、図4A~図4C及び図5A~図5Cにおいても観察することができる。図4Aは、比較例及び例示的触媒に関する、触媒又はベンチスケールユニットの運転温度の関数としての水素化脱窒素の反応速度(kHDN)のプロットである。例示的触媒が所与の温度でより効果的であること、又は例示的触媒の同等のHDN性能がより低い温度で達成され得ることが観察される。本発明の触媒についての類似の有利な結果が、HDSについての図4B、及びより高濃度のパラフィンを製造するための700°Fでの見かけの転化率又は水素化分解についての図4Cにおいて観察される。したがって、本発明の支持触媒が、硫黄、窒素の除去、又は芳香族化合物の水素化のための水素化処理(hydroprocessing)プロセスに使用される場合、処理された炭化水素生成物中のこれらの成分のレベルは、プロセスの運転温度の関数として測定可能に改善される。より高い温度での運転は、処理された生成物中により低い含有量の硫黄又は窒素をもたらすが、それを行うと、より高い温度で運転するためにより高いコストを払うことになる。
同様に、本発明の触媒の改善された性能は、図5A、図5B及び図5Cに見ることができ、これらは、見かけの転化率の関数として、例示的触媒A対比較触媒の性能を評価するために使用されたベンチスケールユニットのストリッパーボトム(STB)中の芳香族、ナフテン及びパラフィンそれぞれの体積パーセントを示している。各場合において、有意な改善を観察することができ、この改善は、より低い運転温度でより顕著であり、それ自体有利な利点である。
本明細書の実施例で調製された例示的触媒Aを比較触媒と比較すると、本明細書の本発明の支持触媒を使用することによる改善された性能は、100℃での生成物粘度、及び粘度指数(viscosity index、VI)の改善によっても達成された。結果を表4に要約する。次の改善が本発明の触媒によって達成された:例示的触媒Aの100℃におけるSTB及びWLP粘度は、比較触媒のそれよりも低かったが、STB VIはより高かった。
Figure 2024502614000007
上記のデータは、より高い触媒金属充填量、より高い基材細孔容積、及びより大きい細孔のより高い濃度の組み合わせが、例示的触媒Aがより高いVGO HDN、HDS、及びHDA活性を示すことにつながる主要な特徴であることを示している。換言すれば、基材に再循環微粉を添加しても、例示的触媒B(上記の表及び図における)は、HDN、HDS及びHDAに対する活性の利点を維持する。
上記実施例に従って調製した比較触媒及び触媒Aを、上記と同じ供給物ブレンドを使用して、以下の条件下で、BSUにおいて更に評価した。
Figure 2024502614000008
GC-MSによって測定されたBSU試験からのSTB中の炭化水素のタイプを、以下の表5に要約する。
Figure 2024502614000009
見ることができるように、比較触媒と比較して、本発明による触媒Aの使用は、処理された供給原料において、パラフィン含有量の増加、ナフテン含有量の有意な増加、及び芳香族含有量の有意な減少をもたらした。
上記と同じ供給物を使用し、比較支持触媒と、上記実施例に従って調製された例示的触媒Aとを比較して生成物特性を測定して、BSU試験から更なるデータを得た。試験結果を以下の表6A(比較触媒)及び6B(例示触媒A)に要約する。各場合において、前の表と同じ供給物を使用した。Simdist=ASTM D2887による模擬蒸留。
Figure 2024502614000010
Figure 2024502614000011
触媒のBSU試験において使用された石油供給原料は、より低いVI、より高い粘度、及び芳香族とS化合物とのより高い含有量を示したため選択されたが、これらの全てが改善することが望ましかった。BSU試験結果を考慮して、以下の結論及び観察がなされた。
1.例示的触媒Aを使用する実験条件の各々において、STB生成物VIは、より高く、粘度及び総芳香族含有量は、より低く、両方とも望ましい結果である。
2.触媒濃度が増加するにつれて、STB生成物のVIは増加し、粘度及び総芳香族含有量は減少する。これもまた望ましい。
3.各実行条件の各々において、例示触媒Aを使用する700°Fまでの水素化分解転化率は、比較触媒のそれよりも高く、明らかに有利である。
4.例示的触媒Aは、比較触媒に対して、より高い見かけの転化率、したがって、より低いSTB生成物芳香族含有量、並びにより高いパラフィン及びナフテン含有量をもたらす。
5.各実行条件において、例示触媒A及びBは、比較触媒よりも高いHDN/HDS活性を示す。
代替的な実施形態
以下に列挙する項は、本発明の様々かつ代替的な実施形態を示している。
1.支持触媒であって、元素周期表の第6族(あるいは第VIB族と呼ばれる)からの少なくとも1つの金属と、元素周期表の第8族、第9族又は第10族(あるいは第VIIIB族と呼ばれる)からの少なくとも1つの金属と、を含み、任意選択的に、リンを含み、
酸化物として計算し、かつ触媒組成物の総重量に基づいて、第6族金属が、約30~約45重量%を構成し、第6族と、第8族、第9族若しくは第10族又はこれらの混合物との金属成分の合計が、約35~約55重量%を構成し、
金属、及び存在する場合にはリンが、多孔性無機酸化物担体又は支持体上及び/若しくは内に担持され、金属及び存在する場合にはリンを組み込む前の支持体が、約0.8cc/g~約1.5cc/gの総細孔容積(TPV)を有し、かつ
(a)100オングストローム(Å)(10nm)~200オングストローム(Å)(20nm)の直径を有する細孔において約25%以上~約7545%のTPV、
(b)200Å(20nm)~1000Å(100nm)未満の直径を有する細孔において約15%超~約30%未満のTPV、
(c)1000Å(100nm)以上~30,000Å(3,000nm)の直径を有する細孔において10%以上~30%未満のTPVを含み、
支持触媒が、
(d)100((Å))(10nm)~200Å(20nm)の直径を有する細孔において約35%以上~約60%のTPV、
(e)200Å(20nm)~1000Å(100nm)未満の直径を有する細孔において約15%超~約30%未満のTPV、
(f)1000Å(100nm)以上~30,000Å(3,000nm)の直径を有する細孔において10%以上~30%未満のTPVを含み、
細孔特性及び含有量が、水銀ポロシメトリーを使用して測定されている、支持触媒。
2.支持体が、110Å(11nm)以上かつ約170Å(17nm)以下のd50を示すか、又は支持触媒が、約125Å(12.5nm)以上かつ約210Å(21nm)以下のd50を示すことを更に特徴とする、項1に記載の支持触媒。
3.支持触媒のTPVの約17%超~約28%未満が、200Å(20nm)~1000Å(100nm)未満の直径を有する細孔内にあることを更に特徴とする、項1に記載の支持触媒。
4.支持触媒のTPVの約12%以上~約28%未満が、1000Å(100nm)以上~30,000Å(3,000nm)の直径を有する細孔内にあることを更に特徴とする、項1に記載の支持触媒。
5.支持触媒のTPVの約15%以上~約25%未満が、1000Å(100nm)以上~30,000Å(3,000nm)の直径を有する細孔内にあることを更に特徴とする、項4に記載の支持触媒。
6.TPVの約40%~約55%が、100Å(10nm)~200Å(20nm)の直径を有する細孔内にあることを更に特徴とする、項1に記載の支持触媒。
7.支持体が、シリカ、シリカゲル、シリカ-アルミナ、アルミナ、中に分散されたシリカ-アルミナを有するアルミナ、アルミナでコーティングされたシリカ、シリカでコーティングされたアルミナ、チタニア、チタニア-アルミナ、ジルコニア、ボリア、テラナ、カオリン、ケイ酸マグネシウム、炭酸マグネシウム、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、沈降酸化アルミニウム、活性アルミナ、ボーキサイト、珪藻土、軽石、天然粘土、合成粘土、カチオン性粘土、又はアニオン性粘土、及びこれらの混合物から選択される、項1に記載の支持触媒。
8.第6族の金属が、モリブデンであり、第8族、第9族、又は第10族の金属が、コバルト、ニッケル、及びこれらの混合物からなる群から選択されることを更に特徴とする、項1に記載の支持触媒。
9.リンを更に含む、項8に記載の支持触媒。
10.以下:
(I)石油供給物の水素化処理(hydroprocessing)、
(II)石油供給原料の水素化分解(HCR)、
(III)石油供給原料の水素化脱芳香族(HDA)、
(IV)石油供給原料の水素化脱硫(HDS)、
(V)石油供給原料の水素化脱窒素(HDN)、
(VI)石油供給原料の水素化脱金属(HDM)、及び
(VII)600°F(315.6℃)を超えて沸騰する成分と、硫黄含有化合物、窒素含有化合物、金属含有化合物、アスファルテン、炭素残留物、沈殿物前駆体、及びこれらの混合物からなる群から選択される少なくとも1つの成分成分と、を含有する、充填炭化水素供給物若しくは石油供給原料の水素化処理(hydrotreating)からなる群から選択される、少なくとも1つのプロセスにおいて有用な、項1に記載の支持触媒。
11.触媒が、前含侵、成形、乾燥、及び焼成されている、項10に記載の支持触媒。
12.約120Å(12nm)以上かつ約200Å(20nm)以下のd50を更に示す、項10に記載の支持触媒。
13.パラフィン、芳香族、及びナフテン成分のうちの少なくとも1つを含む炭化水素供給原料を処理して、処理生成物を製造するためのプロセスであって、プロセスが、以下:
(I)水素化脱金属、水素化脱窒素、水素化脱硫、及び水素化分解であって、プロセスが、少なくとも1つの反応器中の供給原料を、水素化分解条件下で、項1に記載の支持触媒を用いて、水素と接触させ、生成物を回収することを含む、水素化脱金属、水素化脱窒素、水素化脱硫、及び水素化分解と、
(II)1000°F(537.8℃)超で沸騰する成分と、硫黄含有化合物、窒素含有化合物、金属含有化合物、アスファルテン、炭素残留物、沈殿物前駆体、及びこれらの混合物からなる群から選択される少なくとも1つの成分と、を含有する、炭化水素供給物を水素化処理(hydrotreating)することであって、供給物を、等温又は実質的に等温の水素化処理(hydrotreating)条件で、水素及び項1に記載の支持触媒と接触させ、処理生成物を回収することを含む、水素化処理することと、
(III)600°F(315.6℃)より高い沸点を示す成分を有する炭化水素供給原料を水素化転化して、約600°F(315.6℃)未満の沸点を示す成分の割合が増加した生成物を形成することであって、供給物を、等温又は実質的に等温の水素化処理(hydrotreating)条件で、水素及び項1に記載の支持触媒と接触させ、生成物を回収することを含む、形成することと、
(IV)供給物を水素化転化することであって、炭化水素油を含む供給物を、約600°F(315.6℃)を超える高温及び約500p.s.i.g.(3.44MPa)を超える圧力の条件下で、水素及び項1に記載の支持触媒と接触させ、生成物を回収することを含む、水素化転化することと、からなる群から選択される、プロセス。
14.処理後の回収生成物が、処理されていない炭化水素供給原料と比較して、芳香族成分の含有量の減少、パラフィン成分の含有量の増加、粘度の減少及び粘度指数の増加のうちの少なくとも1つを示す、項13に記載のプロセス。
15.触媒を調製するための方法であって、触媒が、以下:
(I)石油供給原料の水素化処理(hydroprocessing)、
(II)石油供給原料の水素化分解(HCR)、
(III)石油供給原料の水素化脱芳香族(HDA)、
(IV)石油供給原料の水素化脱硫(HDS)、
(V)石油供給原料の水素化脱窒素(HDN)、
(VI)石油供給原料の水素化脱金属(HDM)、並びに
(VI)600°F(315.6℃)を超えて沸騰する成分と、硫黄含有化合物、窒素含有化合物、金属含有化合物、アスファルテン、炭素残留物、沈殿物前駆体、及びこれらの混合物からなる群から選択される少なくとも1つの成分と、を含有する、充填炭化水素供給物の水素化処理(hydrotreating)からなる群から選択される、少なくとも1つのプロセスにおいて使用するためのものであり、
方法が、多孔性無機酸化物支持体を、元素周期表の第6族(あるいは第VIB族と称される)の化合物からなる群から選択される少なくとも1つの触媒剤又は触媒剤前駆体と、元素周期表の第8族、第9族又は第10族(あるいは第VIII族と称される)の化合物からなる群から選択される少なくとも1つの触媒剤又は触媒剤前駆体と、任意選択的に、リン含有化合物及び少なくとも1つの有機キレート化合物と、を含む、水溶液で含侵することであって、第VIB族及び第VIIIB族及びリン化合物が、酸素含有雰囲気の存在下で、それらの対応する酸化物に熱分解可能又は熱酸化可能である、含侵することと、その後、得られた含浸された支持体を乾燥及び焼成することであって、支持体が、
(A)アルミナ含有粉末を、水及び任意選択的に硝酸と混合して、湿った混合物を形成すること、並びに
(B)湿った混合物を、水素化処理(hydroprocessing)反応器での使用に好適な支持体粒子を形成するように成形することによって調製されている、乾燥及び焼成することと、を含み、
担体が、約0.6cc/g~約1.1cc/gの総細孔容積(TPV)、水銀ポロシメトリー法によって測定された値に対応する以下の細孔サイズ分布及び細孔含有量:
支持体が、約0.8cc/g~約1.5cc/gの総細孔容積(TPV)及び水銀ポロシメトリーを使用して測定された値に対応する以下の細孔サイズ分布及び細孔含有量:
(i)100Å(10nm)~200Å(20nm)の直径を有する細孔における25%以上~45%のTPV、
(ii)200Å(20nm)~1000Å(100nm)未満の直径を有する細孔における15%超~30%未満のTPV、及び
(iii)1000Å(100nm)(100nm)以上~30,000Å(3,000nm)の直径を有する細孔における10%以上~30%未満の細孔容積を有する、多孔性無機酸化物を含む、方法。
16.担体を調製するための工程(B)後に、(C)支持体粒子を、乾燥及び焼成して、焼成ピルを形成する、項15に記載の方法。
17.水溶液が、酢酸、クエン酸、酒石酸、シュウ酸、マレイン酸、マロン酸、リンゴ酸、ブタンジオール、ピルビンアルデヒド、グリコールアルデヒド、アセタルドール、酒石酸、エチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリン、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリメチレングリコール、トリエチレングリコール、トリブチレングリコール、テトラエチレングリコール、テトラペンチレングリコール、ポリエチレングリコール、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノプロピルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、及びこれらの混合物から選択された有機キレート化合物を含有する、項15に記載の方法。
18.有機キレート化合物が、クエン酸を含む、項17に記載の方法。
19.工程(A)におけるアルミナ含有粉末が、シリカ-アルミナである項15に記載の方法。
20.多孔性無機酸化物担体又は支持体であって、約0.8cc/g~約1.5cc/gの総細孔容積(TPV)を有し、かつ
(a)100オングストローム(Å)(10nm)~200Å(20nm)の直径を有する細孔において約25%以上~約45%のTPV、
(b)200Å(20nm)~1000Å(100nm)未満の直径を有する細孔において約15%超~約30%未満のTPV、
(c)1000Å(100nm)~30,000Å(3,000nm)の直径を有する細孔において10%以上~30%未満のTPVを含む、多孔性無機酸化物担体又は支持体。
21.支持体が、シリカ、シリカゲル、シリカ-アルミナ、アルミナ、中に分散されたシリカ-アルミナを有するアルミナ、アルミナでコーティングされたシリカ、シリカでコーティングされたアルミナ、チタニア、チタニア-アルミナ、ジルコニア、ボリア、テラナ、カオリン、ケイ酸マグネシウム、炭酸マグネシウム、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、沈降酸化アルミニウム、活性アルミナ、ボーキサイト、珪藻土、軽石、天然粘土、合成粘土、カチオン性粘土、又はアニオン性粘土、及びこれらの混合物から選択される、項20に記載の多孔性無機酸化物担体又は支持体。
22.支持体が、110Å(11nm)以上かつ約170Å(17nm)以下のd50を示す、項20に記載の多孔性無機酸化物担体又は支持体。
23.約185m/g~約425m/gの、BET技法を使用する窒素吸着によって決定された全表面積を有する、項20に記載の多孔性無機酸化物担体又は支持体。
24.水銀浸透法を使用して測定された200Å(20nm)未満の直径を有する細孔を、約55%超~約75%有する、項20に記載の多孔性無機酸化物担体又は支持体。
25.約85重量%~約98重量%のAlと、約15重量%~約2重量%のSiOとを有する、Al及びSiOを含む、項20に記載の多孔性無機酸化物担体又は支持体。
本明細書に記載される全ての文書は、任意の特許出願及び/又は試験手順を含めて、参照により本明細書に組み込まれる。本発明の原理、好ましい実施形態、及び運転モードは、前述の明細書に記載されている。
更に、特性、測定単位、条件、物理的状態、又はパーセンテージの特定の組を表すものなどの、明細書又は特許請求の範囲に記載される任意の範囲の数は、そのように記載される任意の範囲内の数の任意のサブセットを含む、そのような範囲内に入る任意の数を、参照により、又は他の方法で本明細書に明確に文字どおり組み込むことが意図される。例えば、下限R及び上限Rを有する数値範囲が開示される場合は常に、その範囲内に入る任意の数Rが具体的に開示されている。特に、範囲内の以下の数Rが、具体的に開示されている。
R=R+k(R-R)、
式中、kは、1%の増分で1%~100%の範囲の変数であり、例えば、kは、1%、2%、3%、4%、5%....50%、51%、52%....95%、96%、97%、98%、99%、又は100%である。更に、上で計算されたRの任意の2つの値によって表される任意の数値範囲も具体的に開示される。
本明細書において本発明は、特定の実施形態を参照して説明されてきたが、これらの実施形態は、本発明の原理及び用途の単なる例示であることを理解されたい。したがって、添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、例示的な実施形態に対して多数の修正を行うことができ、他の構成を考案することができることを理解されたい。本開示は、この出願に記載される特定の実施形態に関して限定されるものではない。当業者には明らかなように、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、多くの修正及び変形が行われ得る。本明細書に列挙されたものに加えて、本開示の範囲内の機能的に等価な方法及び組成物は、前述の記載から当業者には明らかであろう。このような修正及び変形は、添付の特許請求の範囲内に入ることが意図される。本開示は、このような特許請求の範囲が権利を有する等価物の全範囲とともに、添付の特許請求の範囲の条件によってのみ限定されるものである。この開示は、特定の方法、試薬、化合物、組成物、又は生物学的系に限定されず、これらは当然変化し得ることを理解されたい。本明細書で使用される用語が、特定の実施形態を記載するためのものに過ぎず、限定するものとしては意図されていないことも理解されたい。
本明細書に例示的に記載される実施形態は、本明細書に具体的に開示されない任意の要素(element)又は要素(elements)、限定(limitation)又は限定(limitations)の不存在下で好適に実践され得る。したがって、例えば、「含む(comprising)」、「含む(including)」、「含む(containing)」などの用語は、広範囲に、かつ限定せずに読み取られるべきである。加えて、本明細書で用いられる用語及び表現は、限定的なものではなく説明の用語として使用されており、そのような用語及び表現の使用において、示され、記載される特徴又はそれらの一部分のいずれの等価物も除外することを意図していないが、様々な修正が特許請求される技術の範囲内で可能であることが認識される。加えて、「から本質的になる(consisting essentially of)」という語句は、具体的に列挙されたこれらの要素、並びに特許請求される技術の基本的な特徴及び新規の特徴に物質的に影響しないこれらの追加の要素を含むことが理解されよう。「からなる(consisting of)」という語句は、指定されてないあらゆる要素を除外する。
Figure 2024502614000012
他の実施形態は、以下の特許請求の範囲に記載される。

Claims (25)

  1. 支持触媒であって、元素周期表の第6族(あるいは第VIB族と称される)からの少なくとも1つの金属と、元素周期表の第8族、第9族又は第10族(あるいは第VIIIB族と称される)からの少なくとも1つの金属と、を含み、任意選択的に、リンを含み、
    酸化物として計算し、かつ触媒組成物の総重量に基づいて、前記第6族金属が、約30~約45重量%を構成し、第6族と、第8族、第9族若しくは第10族又はこれらの混合物との金属成分の合計が、約35~約55重量%を構成し、
    前記金属、及び存在する場合にはリンが、多孔性無機酸化物担体又は支持体上及び/若しくは内に担持され、前記金属及び存在する場合にはリンを組み込む前の前記支持体が、約0.8cc/g~約1.5cc/gの総細孔容積(TPV)を有し、かつ
    (a)100オングストローム(Å)(10nm)~200Å(20nm)の直径を有する細孔において約25%以上~約45%のTPV、
    (b)200Å(20nm)~1000Å(100nm)未満の直径を有する細孔において約15%超~約30%未満のTPV、
    (c)1000Å(100nm)~30,000Å(3,000nm)の直径を有する細孔において10%以上~30%未満のTPVを含み、
    前記支持触媒が、
    (d)100(Å)(10nm)~200Å(20nm)の直径を有する細孔において約35%以上~約60%のTPV、
    (e)200Å(20nm)~1000Å(100nm)未満の直径を有する細孔において約15%超~約30%未満のTPV、
    (f)1000Å(100nm)~30,000Å(3,000nm)の直径を有する細孔において10%以上~30%未満のTPVを含み、
    細孔特性及び含有量が、水銀ポロシメトリーを使用して測定されている、支持触媒。
  2. 前記支持体が、110Å(11nm)以上かつ約170Å(17nm)以下のd50を示すか、又は前記支持触媒が、約125Å(12.5nm)以上かつ約210Å(21nm)以下のd50を示す、請求項1に記載の支持触媒。
  3. 前記支持触媒のTPVの約17%超~約28%未満が、200Å~1000Å未満の直径を有する細孔内にある、請求項1又は2に記載の支持触媒。
  4. 前記支持触媒の前記TPVの約12%以上~約28%未満が、1000Å(100nm)~30,000Å(3,000nm)の直径を有する細孔内にある、請求項1~3のいずれか一項に記載の支持触媒。
  5. 前記TPVの約15%以上~約25%未満が、1000Å(100nm)~30,000Å(3,000nm)の直径を有する細孔内にある、請求項4に記載の支持触媒。
  6. 前記TPVの約40%~約55%が、100Å(10nm)~200Å(20nm)の直径を有する細孔内にある、請求項1~5のいずれか一項に記載の支持触媒。
  7. 前記支持体が、シリカ、シリカゲル、シリカ-アルミナ、アルミナ、中に分散されたシリカ-アルミナを有するアルミナ、アルミナでコーティングされたシリカ、シリカでコーティングされたアルミナ、チタニア、チタニア-アルミナ、ジルコニア、ボリア、テラナ、カオリン、ケイ酸マグネシウム、炭酸マグネシウム、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、沈降酸化アルミニウム、活性アルミナ、ボーキサイト、珪藻土、軽石、天然粘土、合成粘土、カチオン性粘土、アニオン性粘土、又はこれらの任意の2つ以上の混合物である、請求項1~6のいずれか一項に記載の支持触媒。
  8. 前記第6族の金属が、Moであり、前記第8族、第9族、又は第10族の金属が、Co、Ni、及びこれらの混合物からなる群から選択される、請求項1~7のいずれか一項に記載の支持触媒。
  9. リンを更に含む、請求項8に記載の支持触媒。
  10. 以下:
    石油供給原料の水素化処理(hydroprocessing)、
    石油供給原料の水素化分解(HCR)、
    石油供給原料の水素化脱芳香族(HDA)、
    石油供給原料の水素化脱硫(HDS)、
    石油供給原料の水素化脱窒素(HDN)、
    石油供給原料の水素化脱金属(HDM)、又は
    600°F(315.6℃)を超えて沸騰する成分と、硫黄含有化合物、窒素含有化合物、金属含有化合物、アスファルテン、炭素残留物、沈殿物前駆体、及びこれらの混合物からなる群から選択される少なくとも1つの成分成分と、を含有する、充填された炭化水素供給物若しくは石油供給原料の水素化処理(hydrotreating)である、少なくとも1つのプロセスにおいて有用な、請求項1に記載の支持触媒。
  11. 前記触媒が、前含浸、成形、乾燥、及び焼成されている、請求項10に記載の支持触媒。
  12. 前記触媒が、約125Å(12.5nm)以上かつ約210Å(21nm)以下のd50を示す、請求項10又は11に記載の支持触媒。
  13. パラフィン、芳香族、及びナフテン成分のうちの少なくとも1つを含む炭化水素供給原料を処理して、処理生成物を製造するためのプロセスであって、前記プロセスが、以下:
    (I)水素化脱金属、水素化脱窒素、水素化脱硫、水素化脱芳香族、及び水素化分解であって、前記プロセスが、少なくとも1つの反応器中の供給原料を、水素化処理(hydroprocessing)又は水素化分解条件下で、請求項1に記載の支持触媒を用いて、水素と接触させ、生成物を回収することを含む、水素化脱金属、水素化脱窒素、水素化脱硫、水素化脱芳香族、及び水素化分解と、
    (II)1000°F超で沸騰する成分と、硫黄含有化合物、窒素含有化合物、金属含有化合物、アスファルテン、炭素残留物、沈殿物前駆体、及びこれらの混合物からなる群から選択される少なくとも1つの成分と、を含有する、前記炭化水素供給物を水素化処理(hydrotreating)することであって、前記供給物を、等温又は実質的に等温の水素化処理(hydrotreating)条件で、水素及び請求項1に記載の支持触媒と接触させ、前記処理生成物を回収することを含む、水素化処理することと、
    (III)600°F(315.6℃)より高い沸点を示す成分を有する前記炭化水素供給物を水素化転化して、約600°F(315.6℃)未満の沸点を示す成分の割合が増加した生成物を形成することであって、前記供給物を、等温又は実質的に等温の水素化処理(hydrotreating)条件で、水素及び請求項1に記載の支持触媒と接触させ、前記生成物を回収することを含む、形成することと、
    (IV)前記供給物を水素化転化することであって、炭化水素油を含む前記供給物を、約600°F(315.6℃)を超える高温及び約500p.s.i.g.(3.44MPa)を超える圧力の条件下で、水素及び請求項1に記載の支持触媒と接触させ、前記生成物を回収することを含む、水素化転化することと、からなる群から選択される、プロセス。
  14. 処理後の前記回収生成物が、前記処理されていない炭化水素供給原料と比較して、芳香族成分の含有量の減少、パラフィン成分の含有量の増加、粘度の減少及び粘度指数の増加のうちの少なくとも1つを示す、請求項13に記載のプロセス。
  15. 触媒を調製するための方法であって、前記触媒が、以下:
    (I)石油供給物の水素化処理(hydroprocessing)、
    (II)石油供給原料の水素化分解(HCR)、
    (III)炭化水素の水素化脱硫、
    (IV)炭化水素の水素化脱窒素、
    (V)石油供給原料の水素化脱芳香族(HDA)、
    (VI)炭化水素の水素化脱金属、並びに
    (VII)600°F(315.6℃)を超えて沸騰する成分と、硫黄含有化合物、窒素含有化合物、金属含有化合物、アスファルテン、炭素残留物、沈殿物前駆体、及びこれらの混合物からなる群から選択される少なくとも1つの成分と、を含有する、充填炭化水素供給物の水素化処理(hydrotreating)からなる群から選択される、少なくとも1つのプロセスにおいて使用するためのものであり、
    前記方法が、多孔性無機酸化物支持体を、前記元素周期表の第6族(あるいは第VIB族と称される)の化合物からなる群から選択される少なくとも1つの触媒剤又は触媒剤前駆体と、前記元素周期表の第8族、第9族又は第10族(あるいは第VIII族と称される)の化合物からなる群から選択される少なくとも1つの触媒剤又は触媒剤前駆体と、任意選択的に、リン含有化合物及び少なくとも1つの有機キレート化合物と、を含む、水溶液で含侵することであって、前記第VIB族及び第VIIIB族及びリン化合物が、酸素含有雰囲気の存在下で、それらの対応する酸化物に熱分解可能又は熱酸化可能である、含侵することと、その後、前記得られた含浸された支持体を乾燥及び焼成することであって、前記支持体が、
    アルミナ含有粉末を、水及び任意選択的に硝酸と混合して、湿った混合物を形成すること、並びに
    前記湿った混合物を、水素化処理(hydroprocessing)反応器での使用に好適な支持体粒子を形成するように成形することによって調製されている、乾燥及び焼成することと、を含み、
    前記支持体が、約0.8cc/g~約1.5cc/gの総細孔容積(TPV)、並びに金属及び存在する場合にはリンを組み込む前に、水銀ポロシメトリーを使用して測定された値に対応する以下の細孔サイズ分布及び細孔含有量:
    100Å(10nm)~200Å(20nm)の直径を有する細孔における25%以上~45%のTPV、
    200Å(20nm)~1000Å(100nm)未満の直径を有する細孔における15%超~30%未満のTPV、及び
    1000Å(100nm)~30,000Å(3,000nm)の直径を有する細孔における10%以上~30%未満の細孔容積を有する、多孔性無機酸化物を含む、方法。
  16. 前記支持体粒子を、成形後に、乾燥及び焼成して、焼成ピルを形成することを更に含む、請求項15に記載の方法。
  17. 前記水溶液が、酢酸、クエン酸、酒石酸、シュウ酸、マレイン酸、マロン酸、リンゴ酸、ブタンジオール、ピルビンアルデヒド、グリコールアルデヒド、アセタルドール、酒石酸、エチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリン、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリメチレングリコール、トリエチレングリコール、トリブチレングリコール、テトラエチレングリコール、テトラペンチレングリコール、ポリエチレングリコール、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノプロピルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、又はこれらの任意の2つ以上の混合物である有機キレート化合物を含有する、請求項15又は16に記載の方法。
  18. 前記有機キレート化合物が、クエン酸を含む、請求項15~17のいずれか一項に記載の方法。
  19. 前記アルミナ含有粉末が、シリカ-アルミナである、請求項15~18のいずれか一項に記載の方法。
  20. 多孔性無機酸化物担体又は支持体であって、約0.8cc/g~約1.5cc/gの総細孔容積(TPV)を有し、かつ
    100オングストローム(Å)(10nm)~200Å(20nm)の直径を有する細孔において約25%以上~約45%のTPV、
    200Å(20nm)~1000Å(100nm)未満の直径を有する細孔において約15%超~約30%未満のTPV、
    1000Å(100nm)~30,000Å(3,000nm)の直径を有する細孔において10%以上~30%未満のTPVを含む、多孔性無機酸化物担体又は支持体。
  21. 前記支持体が、シリカ、シリカゲル、シリカ-アルミナ、アルミナ、中に分散されたシリカ-アルミナを有するアルミナ、アルミナでコーティングされたシリカ、シリカでコーティングされたアルミナ、チタニア、チタニア-アルミナ、ジルコニア、ボリア、テラナ、カオリン、ケイ酸マグネシウム、炭酸マグネシウム、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、沈降酸化アルミニウム、活性アルミナ、ボーキサイト、珪藻土、軽石、天然粘土、合成粘土、カチオン性粘土、アニオン性粘土、又はこれらの任意の2つ以上の混合物である、請求項20に記載の多孔性無機酸化物担体又は支持体。
  22. 前記支持体が、110Å(11nm)以上かつ約170Å(17nm)以下のd50を示す、請求項20又は21に記載の多孔性無機酸化物担体又は支持体。
  23. 約185m/g~約425m/gの、BET技法を使用する窒素吸着によって決定された全表面積を有する、請求項20~22のいずれか一項に記載の多孔性無機酸化物担体又は支持体。
  24. 水銀浸透法を使用して測定された200Å(20nm)未満の直径を有する細孔を、約55%超~約75%有する、請求項20~23のいずれか一項に記載の多孔性無機酸化物担体又は支持体。
  25. 約85重量%~約98重量%のAlと約15重量%~約2重量%のSiOとを有する、Al及びSiOを含む、請求項20~24のいずれか一項に記載の多孔性無機酸化物担体又は支持体。
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