JP3462292B2 - 石油留出油の水素化分解方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は、減圧軽油などの重質な
石油留出油の水素化分解方法に関し、詳しくは減圧軽油
などの重質な石油留出油を水素化分解して高品質の灯
油、軽油を得る方法に関する。 【０００２】 【従来の技術】近年、日本においては軽質な石油製品に
対する需要が増えているの対し、原油自体は重質化する
傾向にあるため、重質な石油留出油を軽質留分に分解す
る技術の重要性が益々増大している。ところで、ディー
ゼル軽油中の硫黄は、ディーゼルエンジン排気ガス中に
硫黄酸化物として排出されて環境を汚染するだけでな
く、ディーゼル軽油中の硫黄含有量と、環境汚染物質の
一つであるディーゼルエンジン排ガス中のパティキュレ
ート量との間には、正の相関関係があるため、現在、軽
油の低硫黄化が進められている。重質な石油留出油を水
素化分解して得られる水素化分解軽油は、その硫黄含有
量が０．０１質量％以下であって、この硫黄含有量は直
留軽油を脱硫して得られる直留脱硫油のそれより１〜２
桁低いレベルにある。灯油に関しても同様であって、重
質な石油留出油を水素化分解することにより、硫黄含有
量が１質量ppm 以下と極めて低く、しかも、煙点が高い
高品質な灯油を得ることができる。従って、環境保護の
観点からも、硫黄含有量が極少量の灯油ないしは軽油を
取得する手段として、重質な石油留出油の水素化分解法
に対する社会的ニーズは強い。 【０００３】従来、重質な石油留出油の水素化分解に使
用する触媒については、その組成及び製造法が種々提案
されているが、基本的には、担体に担持された金属成分
の水素化活性と、担体の固体酸としての性質に由来する
分解活性を利用したいわゆる二元機能触媒が使用されて
いる。そして、金属成分としては、周期律表第VIII族金
属であるニッケルまたはコバルトと、周期律表第VI族金
属であるモリブデンまたはタングステンとを組み合わせ
て使用する触媒が最も一般的であり、固体酸性を有する
触媒担体に関して言えば、シリカルアルミナを代表例と
する二元系複合酸化物が最もよく使用されている。ま
た、特開昭58-210847 公報には、上記のような二元機能
触媒において、アルミナ−チタニアに、シリカまたはマ
グネシアを第２成分として添加したものを触媒担体に使
用した触媒が、重質留出油の脱メタルに有効であると記
載されており、特開昭58-210993 公報にはアルミナ、チ
タニア、ジルコニアからなる三元系複合酸化物を担体に
使用して触媒が、重質留出油の脱メタルに優れた活性を
有することが開示されている。さらに、特開昭58-21929
3 公報には、アルミナまたはチタニアを主成分とし、シ
リカ、チタニア、ジルコニア、ボリア、ホスフィアから
選ばれる少なくとも１種類の無機酸化物を含有する担体
に、水素化活性金属成分を担持させた触媒が、重質留出
油の水素化分解に有効である旨が記されている。しかし
ながら、上に例示した触媒を含めて従来の触媒は、水素
化分解活性の面で捉えると必ずしも充分満足できるレベ
ルに達していない。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、高活
性な水素化分解触媒を用いて、減圧軽油などの重質な石
油留出油から高品質な灯油、軽油を増産することにあ
る。 【０００５】本発明者らは従来の技術に認められる前記
の問題を解決するため鋭意研究を重ねた結果、特定の製
造方法で得られる特定の組成からなる三元系複合酸化物
を担体とした水素化分解触媒が、特定の反応条件で重質
な石油留出油の水素化分解に高い活性を持つことを見出
し、本発明を完成した。すなわち、本発明の水素化分解
法は、沸点範囲が２５０〜６００℃の重質な石油留出油
を、まず水素化処理触媒（ａ）の存在下に水素化処理し
て石油留出油の窒素含有量を１０００質量ｐｐｍ以下に
減少させ、次いで下記の水素化分解触媒（ｂ）の存在
下、反応温度が３００〜５００℃、反応圧力が５〜２０
Ｍｐａ、ＬＨＳＶ０．０５〜２ｈ^-1、水素／油比が２０
０〜１５００Ｎｍ³／ｍ³の条件で水素化分解を行うこと
を特徴とする。 水素化分解触媒（ｂ）： シリカヒドロゲルにジルコニ
ウム水酸化物を沈着させて得られるシリカ−ジルコニア
ヒドロゲルに、酸化アルミニウム水和物を混合又は沈着
させて得た複合ゲルから得られるシリカ−ジルコニア−
アルミナからなり、アルミナ含有率が乾燥酸化物基準で
１０〜４０質量％の触媒担体に、周期律表第VI族金属の
少なくとも１種と第VIII族金属の少なくとも１種の金属
を担持させた平均細孔径が５〜１０ｎｍである触媒。 【０００６】本発明の水素化分解方法に用いられる原料
油は、沸点が２５０〜６００℃、好ましくは２８０〜５
５０℃の範囲にある重質な石油留出油であり、好ましく
は減圧軽油である。本発明で用いる水素化処理触媒
（ａ）には、石油留出油の水素化脱硫・脱窒素処理に用
いられる通常の触媒を用いることができるが、安定な金
属酸化物の担体にモリブデン、タングステン、ニッケ
ル、コバルトの内から少なくとも１種の金属成分を担持
させた触媒を使用することが好ましい。さらに具体的に
言えば、アルミナ担体またはシリカアルミナ担体に、ニ
ッケル、コバルトの内から少なくとも１種の金属と、モ
リブデン、タングステンの内から少なくとも１種の金属
を担持させた触媒が好ましく、アルミナ担体にニッケル
とモリブデンを担持させた触媒およびアルミナ担体にコ
バルトとモリブデンを担持させた触媒が特に好ましい。
金属成分の担持量は、各金属の合計で、かつ金属酸化物
換算で、通常３〜３０質量％、好ましくは５〜２５質量
％の範囲にある。そして、第VI族金属と第VIII族金属を
組み合せる場合は、第VI族金属の合計量が好ましくは１
〜１０質量％、さらに好ましくは３〜７質量％であり、
第VIII族金属の合計量が好ましくは２〜２５質量％、さ
らに好ましくは５〜２０質量％である。 【０００７】本発明に用いる水素化分解触媒（ｂ）は、
特定の方法で調製された三元系複合酸化物からなる担体
に、周期律表第VI族金属の少なくとも１種と、第VIII族
金属の少なくとも１種の金属を担持させて製造される
が、担体に使用される三元系複合酸化物は、次のように
して調製される。担体調製の第１工程は、アルカリ金属
珪酸塩水溶液にアンモニア水を加え、シリカヒドロゲル
を得る工程である。このゲル化の際のｐＨは２〜６、好
ましくは３．５〜５に調整される。次の第２工程は、上
記のシリカヒドロゲルスラリーに、ジルコニウム塩水溶
液を加え、酸性となったスラリーに塩基を加えてｐＨを
６〜８に、好ましくは７付近に調整し、シリカ−ジルコ
ニアヒドロゲルスラリーを得る工程である。ジルコニウ
ム塩としては硝酸塩、硫酸塩、オキシ塩化物など水溶性
のジルコニウム化合物であれば、いずれも使用可能であ
る。この工程では、生成されるシリカ−ジルコニアヒド
ロゲル中のジルコニア含有率は、乾燥酸化物基準で０．
１〜７０質量％、好ましくは１〜３０質量％％の範囲が
選ばれる。こうして得られるシリカ−ジルコニアヒドロ
ゲルスラリーを洗浄、成型、乾燥、焼成して得られる二
元系複合酸化物は、固体酸としての性質を具備している
ものの、細孔構造、表面積などの点で、触媒担体として
必要な物性を通常備えていない。そこで本発明では担体
調製の第３工程として、シリカ−ジルコニアヒドロゲル
にアルミナ成分を添加する工程を採用する。アルミナ成
分を添加する方法としては、（１）別途調製された酸化
アルミニウム水和物（アルミナヒドロゲル）を、上記の
シリカ−ジルコニアヒドロゲルスラリーに混合する方
法、または（２）上記のシリカ−ジルコニアヒドロゲル
スラリーに、アルミニウム塩水溶液を混合した後、塩基
で中和し、シリカ−ジルコニアヒドロゲルにアルミナヒ
ドロゲルに沈着させる方法が採用可能である。アルミナ
ヒドロゲルを沈着させるに際して用いる塩基には、アル
ミン酸ナトリウム、アンモニアなどが使用される。上記
した（１）および（２）のいずれの方法を採用しても、
得られる三元系複合酸化物の性状は異ならないことを確
認した。第３工程で得られるシリカ−ジルコニア−アル
ミナヒドロゲル中のアルミナ含有率は、乾燥酸化物基準
で１０〜４０質量％の範囲で選ばれるが、好ましくは２
０〜３５質量％の範囲にある。念のため付言すれば、上
に説明ではアルカリ金属珪酸塩水溶液を、担体のシリカ
源として使用する例を示したが、アルカリ金属珪酸塩水
溶液をイオン交換法などで脱アルカリして得られる珪酸
液を、シリカ源に使用することもできる。こうして得ら
れたシリカ−ジルコニア−アルミナヒドロゲルスラリー
は、次いで濾過、洗浄されて硫酸イオン、ナトリウム、
ハロゲンイオンなどの不純物が除去される。そして、洗
浄後のケーキを十分混練し、成型、乾燥、焼成の各工程
を経て担体が調製される。乾燥は１００〜２５０℃の条
件下で０．５〜２４時間の範囲で実施する。焼成は３０
０〜７００℃の範囲の温度で０．５〜１０時間実施す
る。本発明で用いる水素化分解触媒（ｂ）は、上記の担
体に周期律表第VI族金属から選ばれた少なくとも１種の
金属成分と、周期律表第VIII族金属から選ばれた少なく
とも１種の金属成分を担持させたものである。これら金
属成分の担持方法としては、含浸法、浸漬法、混練法な
ど周知の方法を利用することができる。好ましい周期律
表第VI族金属としては、モリブデンとタングステンが、
好ましい周期律表第VIII族金属としては、ニッケルとコ
バルトが例示できる。個々の金属成分の担持量は、それ
ぞれ金属酸化物換算で３〜３０質量％の範囲が好まし
く、５〜２５質量％の範囲がさらに好ましい。本発明で
使用される水素化分解触媒（ｂ）の平均細孔径は、５〜
１０ｎｍ、好ましくは６〜９ｎｍである。 【０００８】本発明方法を実施するに際しては、水素化
処理触媒と水素化分解触媒を同一の反応器内に充填して
も良く、別々の反応器に充填しても良い。前者の場合
は、反応器内の前段に水素化処理触媒（ａ）を充填し、
後段に水素化分解触媒（ｂ）を充填する。後者の場合
は、上流側の反応器に水素化処理触媒（ａ）を充填し、
下流側の反応器に水素化分解触媒（ｂ）を充填する。い
ずれも場合とも、水素化処理触媒（ａ）と水素化分解触
媒（ｂ）との比率は、体積基準で１：１０〜３：１が好
ましく、１：５〜１：１がさらに好ましい。そして、反
応形式は固定床流通系方式が好ましい。本発明で用いる
水素化処理触媒（ａ）および水素化分解触媒（ｂ）は、
好ましくは反応前に硫化処理される。この硫化処理は公
知の方法で行うことができ、そこで使用する硫化剤のと
しては、例えば、硫化水素、二硫化炭素、ジメチルジス
ルフィドなどが挙げられる。 【０００９】本発明の方法によれば、原料油である沸点
範囲２５０〜６００℃の重質石油留分は、まず水素化処
理され、次いで水素化分解処理される。これは原料油中
の硫黄化合物、窒素化合物を水素化して除去しておいた
方が、後段の水素化分解触媒（ｂ）の高い触媒活性を十
二分に引き出せるからである。従って、前段の水素化処
理では、原料油中の窒素含有量が１０００質量ｐｐｍ以
下、好ましくは４００質量ｐｐｍ以下、さらに好ましく
は２００質量ｐｐｍ以下に減少せしめられる。水素化処
理工程の反応条件は、例えば反応温度３００〜５００
℃、反応圧力５〜２０ＭＰａ、ＬＨＳＶ（液空間速度）
０．０５〜２ｈ^-1、水素／油比２００〜１５００Ｎｍ³
／ｍ³の範囲が好ましい。また、水素化分解工程の反応
条件について言えば、反応温度は３００〜５００℃、好
ましくは３４０〜４５０℃、さらに好ましくは３５０〜
４３０℃に保持される。反応圧力は５〜２０ＭＰａ、好
ましくは７〜１５ＭＰａ、さらに好ましくは８〜１３Ｍ
Ｐａの範囲にある。ＬＨＳＶは０．０５〜２ｈ^-1、好ま
しくは０．１〜１ｈ^-1、さらに好ましくは０．２〜０．
５ｈ^-1の範囲にある。そして、水素／油比は２００〜１
５００Ｎｍ³／ｍ³、好ましくは３００〜１２００Ｎｍ³
／ｍ³、さらに好ましくは４００〜８００Ｎｍ³／ｍ³の
範囲にある。なお、水素化分解工程の反応条件で言う反
応温度は反応器内の平均温度を、同じく反応圧力は反応
器内の全圧を、同じくＬＨＳＶは水素化処理触媒と水素
化分解触媒の合計量に対する値を意味している。 【００１０】 【実施例】以下実施例および比較例について述べる。 触媒調製例１ 珪酸ナトリウム水溶液をｐＨ４でゲル化させ、ｐＨ７で
２時間熟成させたシリカヒドロゲルスラリーに、硫酸ジ
ルコニウム水溶液を加え、そのスラリーのｐＨを７に調
整してシリカ−ジルコニアヒドロゲルスラリーを得た。
これを３０分熟成した後、硫酸アルミニウム水溶液を添
加し、そのスラリーにアンモニア水を加えて系のｐＨを
７に調節し、シリカ−ジルコニア−アルミナヒドロゲル
スラリーを得た。得られたスラリーを濾過、洗浄した
後、径が１／１６インチになるように押し出し成型し
た。この成型物をさらに乾燥、焼成して触媒担体とし
た。担体の組成は酸化物換算でシリカ５６質量％、ジル
コニア１４質量％、アルミナ３０質量％であった。得ら
れた担体に酸化物換算でニッケルを１０質量％、タング
ステンを２０質量％担持させて、平均細孔径８．０ｎｍ
の触媒Ａを得た。 触媒調製例２ 珪酸ナトリウム水溶液を６０℃、ｐＨ４でゲル化させた
後、ｐＨを７に上昇させて６０℃で２時間熟成させて得
たシリカヒドロゲルスラリーに、硫酸ジルコニウム水溶
液を添加して、そのスラリーのｐＨを７に調整すること
よりシリカ−ジルコニアヒドロゲルスラリーを調製し
た。一方、アルミン酸ナトリウム溶液と硫酸アルミニウ
ム水溶液を６０℃、ｐＨ７の条件で混合し、アルミナヒ
ドロゲルスラリーを調製した。次に、上記のシリカ−ジ
ルコニアヒドロゲルスラリーとアルミナヒドロゲルスラ
リーを混合し、液のｐＨを７に保ちながら２０分熟成し
た後、そのスラリーを濾過、洗浄し、径が１／１６イン
チになるように押し出し成型した。成型物をさらに乾
燥、焼成してシリカ−ジルコニア−アルミナ担体を得
た。担体の組成は酸化物換算でシリカ５６質量％、ジル
コニア１４質量％、アルミナ３０質量％であった。得ら
れた担体に酸化物換算でニッケルを１０質量％、タング
ステンを２０質量％担持させて、平均細孔径７．５ｎｍ
の触媒Ｂを得た。 触媒調製例３ 珪酸ナトリウム水溶液をゲル化させ、ｐＨ７で２時間熟
成して得たシリカヒドロスラリーに硫酸アルミニウム水
溶液を添加し、さらにアルミン酸ナトリウム水溶液を加
えてシリカアルミナヒドロゲルスラリーを得た。そのス
ラリーを濾過、洗浄した後、径が１／１６インチになる
よう押し出し成型した。成型物をさらに乾燥、焼成して
シリカアルミナ担体を得た。この担体の組成は酸化物換
算でシリカ７０質量％、アルミナ３０質量％であった。
得られた担体に酸化物換算でニッケルを１０質量％、タ
ングステンを２０質量％担持させ、平均細孔径７．２ｎ
ｍの触媒Ｃを得た。 【００１１】実施例１ 直列に連結された２つの反応器を備えた固定床流通系反
応装置の前段の反応器に、水素化処理触媒（アルミナ担
体に酸化物換算でニッケルを５質量％、モリブデンを２
０質量％担持させたもの）を充填し、後段の反応器に
は、触媒調製例１で得た触媒Ａを充填して、触媒Ａの水
素化分解活性を評価した。水素化処理触媒と水素化分解
触媒とは、１：２の体積比で使用した。また、反応に先
立ち、二硫化炭素をパラフィンに溶かした溶液で触媒の
硫化処理を行った。原料油に使用した減圧軽油の性状を
表１に、反応条件を表２に示す。なお、前段の反応器を
出て後段の反応器に供給される減圧軽油の窒素含有量
は、１８０質量ｐｐｍであった。 【表１】原料油性状 密度（１５℃） ｇ／ｃｍ² ０．９３ 硫黄含有量 質量％ ２．０ 窒素含有量 質量ｐｐｍ １２００ アニリン点 ℃ ８５沸点 ℃ ２７３〜５８４ 【表２】反応条件 反応温度 ℃ ４００ 反応圧力 ＭＰａ １２ ＬＨＳＶ ｈ^-1 ０．４水素／油比 Ｎｍ³／ｍ ５９０ 注）ＬＨＳＶは水素化処理触媒と水素化分解触媒の合計
量に対する値。 触媒Ａについての水素化分解活性評価結果を表３に示
す。 実施例２ 触媒Ａの代わりに触媒調製例２で得た触媒Ｂを用いた以
外は実施例１と同様にして触媒Ｂの水素化分解活性を評
価した。結果を表３に示す。 比較例１ 触媒Ａの代わりに触媒調製例３で得た触媒Ｃを用いた以
外は実施例１と同様にして触媒Ｃの水素化分解活性を評
価した。結果を表３に示す。 【表３】 各触媒の活性と灯油および軽油の収率（相対値） 触媒 相対活性¹⁾ 灯油収率²⁾ 軽油収率³⁾ 実施例１ Ａ １２０ １２１ １２４ 実施例２ Ｂ １２５ １２６ １２２ 比較例１ Ｃ １００ １００ １００ 注１）触媒Ｃの速度定数を１００とした時の各触媒の相対速度定数。 ２）触媒Ｃの灯油収率を１００とした時の灯油収率の相対値。 ３）触媒Ｃの軽油収率を１００とした時の軽油収率の相対値。 比較例２ 水素化処理触媒が充填された前段の反応器を使用せず
に、後段の反応器（触媒Ａの充填量は実施例１と同量）
だけを使用して、表１に示す減圧軽油を表２に示す条件
で水素化分解し、触媒Ａの活性を評価した。結果を表４
に示す。 比較例３ 触媒Ａの代わりに触媒Ｂを用いた以外は比較例２と同様
にして減圧軽油の水素化分解を行い、触媒Ｂの活性を評
価した。結果を表４に示す。 比較例４ 触媒Ａの代わりに触媒Ｃを用いた以外は比較例２と同様
ににして減圧軽油の水素化分解を行い、触媒Ｃの活性を
評価した。結果を表４に示す。 【表４】 各触媒の活性と灯油および軽油の収率（相対値） 触媒 相対活性¹⁾ 灯油収率²⁾ 軽油収率³⁾ 比較例２ Ａ ９７ ９６ ９７ 比較例３ Ｂ ９９ ９８ ９６ 比較例４ Ｃ １００ １００ １００ 注１）触媒Ｃの速度定数を１００とした時の各触媒の相対速度定数。 ２）触媒Ｃの灯油収率を１００とした時の灯油収率の相対値。 ３）触媒Ｃの軽油収率を１００とした時の軽油収率の相対値。 【００１２】 【発明の効果】原料油を脱硫・脱窒素する水素化処理
と、特定の三元系複合酸化物と活性金属成分からなる触
媒を組み合せた本発明の方法によれば、減圧軽油などの
重質な石油留出油から、高品質な灯油、軽油を高収率で
生産することができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 足立 倫明 神奈川県横浜市中区千鳥町８番地 日本 石油株式会社中央技術研究所内 (72)発明者 牛尾 賢 神奈川県横浜市中区千鳥町８番地 日本 石油株式会社中央技術研究所内 (56)参考文献 特開 昭58−201888（ＪＰ，Ａ) 特開 昭47−11466（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−134802（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−259997（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−101004（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−25545（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−31170（ＪＰ，Ａ) 特表 平８−511828（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C10G 65/12 C10G 47/12 - 47/20 B01J 23/85

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 沸点範囲が２５０〜６００℃である重質
   な石油留出油を、まず水素化処理触媒（ａ）の存在下に
   水素化処理して石油留出油の窒素含有量を１０００質量
   ｐｐｍ以下に減少させ、次いで下記の水素化分解触媒
   （ｂ）の存在下、反応温度が３００〜５００℃、反応圧
   力が５〜２０Ｍｐａ、ＬＨＳＶが０．０５〜２ｈ^-1、及
   び水素／油比が２００〜１５００Ｎｍ³／ｍ³の条件で水
   素化分解を行うことを特徴とする石油留出油の水素化分
   解方法。 水素化分解触媒（ｂ）：シリカヒドロゲルにジルコニウ
   ム水酸化物を沈着させて得られるシリカ−ジルコニアヒ
   ドロゲルに、酸化アルミニウム水和物を混合又は沈着さ
   せて得た複合ゲルを、成型、乾燥、焼成して製造される
   シリカ−ジルコニア−アルミナからなり、アルミナ含有
   率が乾燥酸化物基準で１０〜４０質量％の触媒担体に、
   周期律表第VI族金属の少なくとも１種と第VIII族金属の
   少なくとも１種の金属を担持させて製造される平均細孔
   径が５〜１０ｎｍである触媒。