JP3553258B2 - 炭化水素油中の芳香族炭化水素の水素化方法及びそれに用いる触媒 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、炭化水素油の水素化方法及びそれに用いる触媒に関し、特に炭化水素油中の芳香族炭化水素を水素化する方法及びそれに用いる硫黄化合物や窒素化合物等に対する耐性が高く、水素化活性が高く、水素化分解の割合が低く、かつ触媒寿命の長い触媒に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
炭化水素油中の芳香族炭化水素をはじめとする不飽和炭化水素は、飽和炭化水素に比べ化学的に反応性に富むため酸化等の反応を起こしやすく、経時的な品質劣化の原因になっている。とくにディーゼル軽油の場合、不飽和炭化水素、とくに芳香族炭化水素は着色などの経時劣化の原因となるだけでなく、セタン価を大きく低下させる。
【０００３】
また、近年、ディーゼル軽油中の芳香族炭化水素の抑制がディーゼル機関の排ガス中の粒子状物質の削減に寄与することが明らかになりつつあり、環境保護の立場から、ディーゼル軽油中の芳香族炭化水素の低減が強く求められている。
この場合、特に１分子中の芳香環の数が３以上の多環芳香族炭化水素の影響が大きいとの報告がある（第１３回世界石油会議予稿集、３巻、９７ページ、１９９２年）。このため、芳香族炭化水素、特に１分子中の芳香環の数が３以上の多環芳香族炭化水素の低減が重要である。また、灯油の場合も芳香族炭化水素は煙点の低下などの問題の原因となる。このため不飽和炭化水素、特に芳香族炭化水素を低減することが望ましい。
【０００４】
これらの芳香族炭化水素をはじめとする不飽和炭化水素は、水素化触媒を用いた水素化処理により飽和炭化水素に転化される。芳香族炭化水素以外の不飽和炭化水素は比較的水素化されやすいが、芳香族炭化水素は水素化されにくく、芳香族炭化水素の水素化が重要な問題である。
【０００５】
水素化触媒のなかで、第ＶＩＩＩ族貴金属をアルミナ等の安定な担体に担持した触媒は、一般に水素化活性が高く有力な触媒である。しかし、炭化水素油中の硫黄化合物および／または窒素化合物によって被毒をうけ、すみやかに失活してしまうという欠点がある。
【０００６】
この欠点に対処するために、ゼオライトを担体中に含有する触媒を用いて水素化処理を行う試みが行われている。しかしながら、ゼオライトは水素化分解反応の高活性な触媒であるため、目的とする水素化処理において水素化分解反応が併発する。
灯油、軽油留分の水素化処理において水素化分解反応が起こると有用な灯油、軽油留分の得率が減少するため、水素化分解活性を抑制する必要がある。
【０００７】
特開昭６４−６６２９２号公報には、単位格子の長さが２４．２０〜２４．３０オングストローム、シリカ／アルミナ比が少なくとも２５のＹ型ゼオライトに第ＶＩＩＩ族貴金属を担持した触媒を用いて水素化処理を行う方法が開示されている。
【０００８】
また、特開平５−２３７３９１号公報には、単位格子の長さが２４．６５オングストローム未満、シリカ／アルミナ比が５より大、アルカリ金属またはアルカリ土類金属の含量が０．３重量％未満のＹ型ゼオライトを、アルカリ金属またはアルカリ土類金属の水溶液と接触させ、アルカリ金属またはアルカリ土類金属の含量を処理前の１．５倍より大にする処理を行ったゼオライトに第ＶＩＩＩ族貴金属を担持した触媒および該触媒を用いた水素化処理法が開示されている。
これらの方法は、原料油中に共存する硫黄化合物、窒素化合物による触媒の被毒を減少させ、かつ水素化分解を抑制することを目的としている。
【０００９】
しかしながらこれらの方法では、原料油中に共存する硫黄化合物、窒素化合物による触媒の被毒のため依然として水素化活性が低いという問題点があった。また、原料油の水素化分解が生じて生成油の得率が低下する欠点および水素化分解に併発するコーキングにより触媒寿命が短くなってしまう欠点が十分には軽減されないとう問題点があった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、硫黄化合物や窒素化合物等を含んだ炭化水素油中の芳香族炭化水素を飽和炭化水素に転化する水素化方法を提供すること、およびそれに用いる硫黄化合物や窒素化合物等に対する耐性が高く、水素化活性が高く、水素化分解の割合が低く、かつ触媒寿命の長い触媒を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは上記の課題を解決するため鋭意研究を重ねた結果、特定の触媒を用いることにより、硫黄化合物や窒素化合物等に対する耐性が高く、硫黄化合物や窒素化合物等を含んだ炭化水素油中の芳香族炭化水素を飽和炭化水素に転化する水素化反応に活性が高く、かつ水素化分解の割合が低く、触媒寿命が長くなることを見出し、本発明を完成した。
【００１２】
すなわち、本発明は沸点が１７０〜３９０℃の留分を８０重量％以上含み、かつ芳香族炭化水素を含有する炭化水素油を、担体としてＳｉ、Ｍｇを主成分とする粘土鉱物と活性金属として周期律表第ＶＩＩＩ族金属の中から選ばれる少なくとも一種の成分を含有する触媒の存在下で、水素と接触させることを特徴とする炭化水素油中の芳香族炭化水素の水素化方法に関する。
また、本発明は担体としてＳｉ、Ｍｇを主成分とする粘土鉱物と活性金属として周期律表第ＶＩＩＩ族金属の中から選ばれる少なくとも一種の成分を含有することを特徴とする炭化水素油中の芳香族炭化水素の水素化触媒に関する。
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明で用いる触媒用担体は、Ｓｉ、Ｍｇを主成分とする粘土鉱物を含有するものである。本発明では、Ｓｉ、Ｍｇを主成分とする粘土鉱物とは、粘土鉱物を構成する元素のうち常に最も多いＯ、および水、水酸基として多く存在するＨは除外して、原子数を基準として最も多い上位２つの元素がＳｉ、Ｍｇである粘土鉱物のことと定義する（ＳｉとＭｇは、Ｓｉが多くてＭｇが少なくても、あるいは逆にＳｉが少なくてＭｇが多くてもよい。）。該粘土鉱物はＳｉ、Ｍｇ以外の少量の成分、たとえばＡｌ、Ｆｅ、アルカリ金属、アルカリ土類金属、Ｆなどを含んでいてもよい。
【００１４】
本発明に用いるＳｉ、Ｍｇを主成分とする粘土鉱物としては、通常粘土鉱物で行われているように、各構成元素を酸化物基準の重量組成で表してＳｉＯ２ とＭｇＯの合計が好ましくは５０重量％以上、より好ましくは６０重量％以上、最も好ましくは７０重量％以上の粘土鉱物を用いることができる。
【００１５】
粘土鉱物の分類、定義に関しては幾つかの成書がある。例えば、鉱物学（森本信男、砂川一郎、都城秋穂著、岩波書店）、粘土ハンドブック（日本粘土学会編、技報堂）が挙げられる。
粘土鉱物は粘土の主要な構成物で、粘土に可塑性を与える微細な鉱物であり、大部分がＳｉ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｆｅ等を主成分とする結晶質の含水珪酸塩鉱物である。
【００１６】
珪酸塩鉱物は、ＳｉにＯが正四面体型に４配位したＳｉＯ４ 四面体が基本構造であり、この構造がさらに縮合して形成する結晶格子の形式により大別される。ＳｉＯ４ 四面体が孤立した格子を形成するものをネソ珪酸塩、２つ縮合した格子を形成するものをソロ珪酸塩、環状に縮合した格子を形成するものをシクロ珪酸塩と言う。さらに、ＳｉＯ４ 四面体が１次元的に鎖状ないし帯状の格子を形成するものをイノ珪酸塩、２次元的に層状の格子を形成するものをフィロ珪酸塩、３次元的に網目状の格子を形成するものをテクト珪酸塩という。
【００１７】
粘土鉱物の大部分は、層状構造を持ったフィロ珪酸塩からなる。フィロ珪酸塩は、ＳｉＯ４ 四面体が平面状に並んだ四面体層と、Ａｌ、Ｍｇ等にＯが６配位した正八面体が平面状に並んだ八面体層よりなる。
八面体層に存在する金属イオンが主としてＭｇを代表とする２価のイオンよりなる時、この層はブルーサイト（Ｍｇ（ＯＨ）２ ）と同様の構造を持ち、３−八面体層（ｔｒｉｏｃｔａｈｅｄｒａｌ ｓｈｅｅｔ ）となる。八面体層に存在する金属イオンが主としてＡｌを代表とする３価のイオンよりなる時、この層はギブサイト（Ａｌ（ＯＨ）３ ）と同様の構造を持ち、２−八面体層（ｄｉｏｃｔａｈｅｄｒａｌ ｓｈｅｅｔ）となる。２−八面体層中に存在する金属イオンは３−八面体層中に存在する金属イオンの２／３となる。
【００１８】
フィロ珪酸塩の基本的な層構造としては、この四面体層と八面体層が１層ずつ重なった２層構造と、２つの四面体層に八面体層がサンドイッチ状に挟まれた３層構造がある。２層構造を持つフィロ珪酸塩の代表的な例としては、カオリナイト、３層構造を持つフィロ珪酸塩の代表的な例としては雲母やスメクタイトがあげられる。
【００１９】
粘土鉱物の大部分はこの層が積み重なった構造からなる。粘土鉱物の場合、この層中の金属イオンの電荷が酸素イオンの電荷より不足する場合が多く、不足する電荷を補償するために、カチオン（通常はアルカリ金属、アルカリ土類金属イオンである）が層と層の間に存在する。このカチオンはイオン交換可能であり、このような粘土鉱物はイオン交換能を持つ。
【００２０】
本発明において用いるＳｉ、Ｍｇを主成分とする粘土鉱物は天然物でも合成品でもよいが、好ましくは合成品である。具体的にはタルク、スチブンサイト、ヘクトライト、サポナイト、バーミキュライト、セピオライト、パリゴルスカイト、蛇紋石、緑泥石群等があげられる。
なお本発明において、粘土鉱物にテクト珪酸塩鉱物は含まれず、テクト珪酸塩の１種であるゼオライトも含まれない。
【００２１】
本発明において用いるＳｉ、Ｍｇを主成分とする粘土鉱物はイオン交換能を有するものが好ましい。具体的にはスチブンサイト、ヘクトライト、サポナイト、バーミキュライト、セピオライト、パリゴルスカイト、緑泥石群が挙げられる。好ましくはスチブンサイト、ヘクトライト、サポナイト、バーミキュライト、セピオライトであり、さらに好ましくはスチブンサイト、ヘクトライトおよびサポナイトであり、特に好ましくはスチブンサイトである。
【００２２】
粘土鉱物のなかでイオン交換能をもつ粘土鉱物の例としてスチブンサイトをあげてさらに詳細に説明する。スチブンサイトはタルクと同様に３−八面体層を含む３層構造を有するスメクタイトの１種である。一般に粘土鉱物は不定比化合物であり、また不純物が含まれるためその組成は複雑であるが、スチブンサイトの理想的な組成は下記の式１で表される。
【００２３】
Ｎａ２ｘ（Ｍｇ６−ｘ ）〔Ｓｉ４ 〕２ Ｏ２０（ＯＨ）４ ・ｎＨ２ Ｏ （式１）
【００２４】
スチブンサイトは３−八面体層のＭｇのサイトに欠陥があり、その電荷の不足分に相当するＮａイオンが層間に存在する。このＮａイオンはイオン交換可能であり、スチブンサイトはイオン交換能を持つ。上記の式１で、ｘの値は通常０〜１程度である。
【００２５】
本発明に用いるＳｉ、Ｍｇを主成分とする粘土鉱物はその骨格構造ができるだけ保持されていることが望ましいが、その構造が一部くずれている部分があるものでもよい。
本発明に用いるＳｉ、Ｍｇを主成分とする粘土鉱物は、それが層状構造を有している場合、その層が規則正しく配列していても、していなくてもよい。層が規則正しく配列しているものは、Ｘ線回折法で測定した場合、（００１）面による回折ピークが現れるが、本発明の触媒には、このピークの存在するものでもしないものでもよい。
【００２６】
本発明に用いるＳｉ、Ｍｇを主成分とする粘土鉱物がイオン交換可能である場合、そのカチオンは、少なくとも一部は水素イオンに交換しておくことが好ましい。イオン交換率は好ましくは３０％以上、さらに好ましくは５０％以上、特に好ましくは８０％以上である。
イオン交換の方法は公知の方法で行うことができる。アンモニウムイオンにイオン交換した後、焼成することによって水素イオンに転換する方法が好ましい。
【００２７】
本発明に用いるＳｉ、Ｍｇを主成分とする粘土鉱物の表面積は好ましくは５０ｍ２ ／ｇ以上、さらに好ましくは１００〜７００ｍ２ ／ｇ、特に好ましくは１５０〜６５０ｍ２ ／ｇ、最も好ましくは２００〜６００ｍ２ ／ｇである。
【００２８】
本発明に用いる触媒担体には成型の必要に応じてバインダーを用いてもよい。バインダーとしては、とくに制限はないが、たとえば、アルミナ、シリカ、シリカ・アルミナ、その他の金属酸化物及び粘土鉱物があげられる。この中でアルミナ、シリカ・アルミナ、粘土鉱物が好ましく、アルミナおよびカチオンとしてアルカリ金属イオンを有する粘土鉱物がとくに好ましい。
バインダーを用いる場合には、Ｓｉ、Ｍｇを主成分とする粘土鉱物の担体に対する割合は、好ましくは２０〜９５重量％、さらに好ましくは４０〜９０重量％、特に好ましくは５０〜８０重量％である。
【００２９】
成型法は通常行われる任意の方法で行うことができる。例として、押出し成型、打錠成型、オイルドロップ法等が挙げられる。成型後の担体は焼成することが好ましい。焼成温度は２００〜６５０℃が好ましく、４００〜６００℃がさらに好ましい。
【００３０】
本発明で用いられる活性金属は周期律表第ＶＩＩＩ族金属の中から選ばれる少なくとも一種の金属である。好ましくはＮｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｐｔであり、さらに好ましくはＮｉ、Ｐｄ、Ｐｔであり、特に好ましくはＰｄ、Ｐｔである。これらの金属は単独で用いてもよく、また２種以上を混合して用いてもよい。特にＰｔとＰｄを混合して用いることが好ましい。
【００３１】
これらの活性金属の担持量は、触媒全重量に対する割合として、各々の金属について好ましくは０．０５〜１０重量％であり、さらに好ましくは０．１〜５重量％であり、特に好ましくは０．２〜２重量％である。
【００３２】
これらの金属は通常行われる任意の方法で担持できる。具体的にはイオン交換法、含浸法、気相担持法などがあげられる。好ましい原料は担持法によって異なるが、イオン交換法、含浸法の場合は、たとえば塩化物、硝酸塩、酢酸塩、クロロアンミン錯体などが挙げられる。気相担持法では蒸気圧を持つカルボニル化合物が好ましく用いられる。金属の担持は担体の成型後に行ってもよく、成型前に行ってもよいが、通常成形後に行うほうが好ましい。
【００３３】
本発明の触媒には第ＶＩＩＩ族金属以外の成分として、各種の典型元素、希土類元素を含む遷移元素を添加してもよい。
【００３４】
本発明の触媒は、通常、焼成処理を行う。焼成温度は２５０〜６００℃が好ましく、２７０〜５５０℃がさらに好ましく、２８０〜５００℃が特に好ましい。また、必須条件ではないが、前処理として水素気流中で水素還元を行うことが好ましい。還元温度は２００〜５００℃が好ましく、２５０〜４５０℃がさらに好ましく、２８０〜４００℃が特に好ましい。
【００３５】
本発明で用いる原料油は、沸点が１７０〜３９０℃の留分を８０重量％以上、好ましくは９０重量％以上、さらに好ましくは９５重量％以上含み、かつ芳香族炭化水素を含有する炭化水素油である。炭化水素油中に含有する芳香族炭化水素の含有量は好ましくは１０〜６０重量％、より好ましくは２０〜５０重量％である。
【００３６】
本発明で用いる原料油は、硫黄含有量が好ましくは０．２重量％以下、更に好ましくは０．１重量％以下、特に好ましくは０．０５重量％以下、最も好ましくは０．０２重量％以下であり、窒素含有量が好ましくは０．０３重量％以下、更に好ましくは０．０２重量％以下、特に好ましくは０．０１重量％以下、最も好ましくは０．００５重量％以下の炭化水素油が好ましい。
【００３７】
本発明の触媒は、硫黄含有量が０．２重量％以下、窒素含有量が０．０３重量％以下の原料油を処理することが可能であるが、予め脱硫、脱窒素処理を行い、硫黄化合物、窒素化合物、塩基性窒素化合物をで低減し、これらの不純物による触媒の被毒を最小限に止めることが望ましい。
【００３８】
本発明で用いる原料油は、好ましくは灯油留分、軽油留分および接触分解により得られるサイクルオイルおよびこれらの混合油である。さらに好ましくは、直留灯油、直留軽油、軽質サイクルオイル（ＬＣＯ）およびこれらの混合油であり、特に好ましくは直留軽油、ＬＣＯおよびこれらの混合油である。
【００３９】
本発明でいう水素化方法は、水素化分解を抑制して芳香族炭化水素を水素化する方法であり、具体的には分解軽質留分量（原料油の初留点より沸点の低い生成物の収率）が好ましくは１０重量％以下、さらに好ましくは８重量％以下、特に好ましくは３重量％以下にとどめて水素化する方法である。
【００４０】
本発明の水素化方法により、原料油中の芳香族炭化水素を好ましくは３０％以上、より好ましくは５０％以上、特に好ましくは７０％以上を水素化する。また原料油中の多環芳香族炭化水素を好ましくは７０％以上、より好ましくは８０％以上、特に好ましくは９０％以上を水素化する。
本発明において多環芳香族炭化水素とは１分子中に芳香環を３以上有する芳香族炭化水素のことである。
【００４１】
本発明で行われる水素化方法は連続式、回分式のいずれで行ってもよく、また固定床、流動床、懸濁床のいずれでもよいが、工業的実施の容易さから連続式、固定床で行うことが好ましい。連続式固定床の場合、原料油と水素の流れは平行上昇流、平行下降流、向流のいずれでもよい。
【００４２】
本発明の水素化処理は常圧下で行うこともできるが、加圧下で行うことが望ましい。水素化処理の水素分圧は好ましくは１〜２０ＭＰａ、さらに好ましくは２〜１０ＭＰａ、特に好ましくは３〜８ＭＰａの範囲である。
【００４３】
反応温度は好ましくは１５０〜３７０℃、さらに好ましくは２００〜３５０℃、特に好ましくは２２０〜３４０℃の範囲である。
【００４４】
固定床流通法で行う場合には、ＬＨＳＶは好ましくは０．１〜１０ｈ−１、さらに好ましくは０．３〜５ｈ−１であり、特に好ましくは０．５〜４ｈ−１の範囲である。
【００４５】
水素／原料油比は、好ましくは１００〜２０００Ｎｌ／ｌ、さらに好ましくは２００〜１５００Ｎｌ／ｌ、特に好ましくは３００〜１０００Ｎｌ／ｌの範囲である。
【００４６】
【実施例】
以下、本発明を実施例および比較例を用いて詳細に説明するが、本発明は実施例の範囲に限定されるものではない。
【００４７】
（触媒調製１）
合成スチブンサイト（ＩＯＮＩＴＥ−Ｔ、水澤化学工業株式会社、表面積４４０ｍ２ ／ｇ）を、３．５Ｍ硝酸アンモニウム水溶液中に入れ攪拌しながら８０℃、３ｈイオン交換しロ過した。この操作を３回繰り返した後、洗浄、乾燥した。このイオン交換したスチブンサイトを原料として触媒を調製した。
上記のスチブンサイトを希硝酸で解膠したベーマイト（ＤＩＳＰＥＲＡＬ、ＣＯＮＤＥＡ社）と混合しよく練って押出成型し、乾燥後、５５０℃で３ｈ焼成して担体を調製した。担体中のスチブンサイトの量は７０重量％とした。
この担体にテトラアンミン白金（ＩＩ）クロリドとテトラアンミンパラジウム（ＩＩ）クロリドの混合水溶液をＩｎｃｉｐｉｅｎｔ ｗｅｔｎｅｓｓ法で含浸し、乾燥後、３００℃で３ｈ焼成を行って触媒を調製した。Ｐｔ、Ｐｄの担持量はそれぞれ０．３重量％、０．５重量％とした。得られた触媒を触媒Ａとした。
【００４８】
（触媒調製２）
合成スチブンサイトの代わりに合成ヘクトライト（ＩＯＮＩＴＥ−Ｈ、水澤化学工業株式会社、表面積３５０ｍ２ ／ｇ）を原料として用いた他は、触媒調製１と同様に触媒を調製した。得られた触媒を触媒Ｂとした。
【００４９】
（触媒調製３）
合成スチブンサイトの代わりに合成サポナイト（スメクトンＳＡ、クニミネ工業株式会社、表面積２３０ｍ２ ／ｇ）を原料として用いた他は、触媒調製１と同様に触媒を調製した。得られた触媒を触媒Ｃとした。
【００５０】
（触媒調製４）
吸着剤として市販されているミズカライフ（水澤化学工業株式会社）を用いて触媒を調製した。下記の条件で測定したミズカライフと触媒調製１で用いた合成スチブンサイトのＸ線回折パターンを図１に示す。ミズカライフは（００１）面による回折ピーク（２Θ＝６０ 付近）が現れないが、その他はスチブンサイトと同じパターンを示し、スチブンサイトと同じ３層構造を有していることが判る。また、このミズカライフの化学組成を表７に示す。ミズカライフはＳｉ、Ｍｇを主成分とする粘土鉱物の一種である。
ミズカライフＰ−２Ｇ（押出成型品、表面積５７０ｍ２ ／ｇ）を硝酸アンモニウム水溶液中に入れ攪拌しながら８０℃、３ｈイオン交換しロ過した。この操作を３回繰り返した後、洗浄、乾燥した。このミズカライフ成型体を、イオン交換したスチブンサイトを用いた担体の代わりに担体として用いた他は、触媒調製１と同様に触媒を調製した。得られた触媒を触媒Ｄとした。測定条件：
Ｘ線 ：ＣｕＫ−ＡＬＰＨＡ１／４０ｋｖ／１５０ｍＡ
ゴニオメータ ：縦型ゴニオメータ
アタッチメント ：ＡＳＣ−４３（縦型）
フィルタ ：使用しない
インシデントモノクロ：
カウンタモノクロメータ：全自動モノクロメータ
発散スリット ：１ｄｅｇ．
散乱スリット ：１ｄｅｇ．
受光スリット ：０．１５ｍｍ
カウンタ ：シンチレーションカウンタ
走査モード ：連続
スキャンスピード：２．００００ ／ｍｉｎ．
スキャンステップ：０．０１００
走査軸 ：２Θ／Θ
走査範囲 ：３．０００〜６５．００００
Θオフセット ：０．００００
固定角 ：０．００００
【００５１】
（触媒調製５）
イオン交換したスチブンサイトを用いた担体の代わりに、γ−アルミナ押出し成型品（０００−１．５Ｅ、日本ケッチェン株式会社）をそのまま担体として用いた他は触媒調製１と同様に触媒を調製した。得られた触媒を触媒Ｅとした。
【００５２】
（触媒調製６）
イオン交換したスチブンサイトを用いた担体の代わりに、シリカアルミナ押出し成型品（シリカ７０重量％、アルミナ３０重量％）をそのまま担体として用いた他は触媒調製１と同様に触媒を調製した。得られた触媒を触媒Ｆとした。
【００５３】
（触媒調製７）
酸型Ｙゼオライト粉末（ＨＳＺ−３３０ＨＵＡ、東ソー株式会社）を８００℃で６ｈスチーミング処理した後、０．５Ｎの希硝酸中に入れ攪拌しながら８０℃で１ｈ処理し、ロ過、洗浄、乾燥した。得られたＹ型ゼオライトは、単位格子の長さが２４．２５オングストローム、シリカ／アルミナ比が４１．０、Ｎａ含量が０．１重量％であった。イオン交換したスチブンサイトの代わりに、このゼオライトを原料として用いた他は触媒調製１と同様に触媒を調製した。得られた触媒を触媒Ｇとした。
触媒調製１〜７で製造した触媒Ａ〜Ｇの担体、ＰｔおよびＰｄ量をまとめて表１に示す。
【００５４】
（実施例１）
触媒調製１で製造した触媒Ａを充填した固定床流通反応装置を用いて表２で示した反応条件で水素化反応を行い、初期活性の評価を行った。
原料油として直流軽油８０体積％、ＬＣＯ２０体積％の混合油を脱硫処理した油（表３に油の性状を示す）を用いた。
初期活性の評価は次のように行った。反応開始前に反応器に充填した触媒を水素気流中３００℃で５ｈ還元処理を行った後、２００℃に温度を下げて原料油を流し始め、温度を上げて２６０℃になった時を反応開始とした。４８ｈ反応後、サンプルを採取した。その後反応温度を２８０℃に上げ、４８ｈ反応後、サンプルを採取した。さらに反応温度を３００℃に上げ、４８ｈ反応後、サンプルを採取した。
【００５５】
原料油および生成油中の芳香族炭化水素の量は、ＨＰＬＣ（ＩＰ３９１、バックフラッシュ法）を用いて分析した。また原料油および生成油の留出温度および分解軽質留分量（原料油の初留点より沸点の低い生成物の収率）は蒸留ガスクロにより測定した。各反応温度で４８ｈ反応した後のサンプルの分析結果から芳香族炭化水素及び多環芳香族炭化水素の反応率を求めた。その結果を表４に示す。
【００５６】
（実施例２）
触媒Ａの代わりに触媒調製２の触媒Ｂを用いた他は実施例１と同様に初期活性の評価を行った。評価結果を表４に示す。
【００５７】
（実施例３）
触媒Ａの代わりに触媒調製３の触媒Ｃを用いた他は実施例１と同様に初期活性の評価を行った。評価結果を表４に示す。
【００５８】
（実施例４）
触媒Ａの代わりに触媒調製４の触媒Ｄを用いた他は実施例１と同様に初期活性の評価を行った。評価結果を表４に示す。
【００５９】
（比較例１）
触媒Ａの代わりに触媒調製５の触媒Ｅを用いた他は実施例１と同様に初期活性の評価を行った。評価結果を表４に示す。
【００６０】
（比較例２）
触媒Ａの代わりに触媒調製６の触媒Ｆを用いた他は実施例１と同様に初期活性の評価を行った。評価結果を表４に示す。
【００６１】
（比較例３）
触媒Ａの代わりに触媒調製７の触媒Ｇを用いた他は実施例１と同様に初期活性の評価を行った。評価結果を表４に示す。
【００６２】
（実施例５）
触媒調製１の触媒Ａを充填した固定床流通反応装置を用いて表２に示した反応条件（反応温度３００℃）で水素化反応を行い、触媒寿命の評価を行った。原料油として直流軽油８０体積％、ＬＣＯ２０体積％の混合油を脱硫処理した油（表５に油の性状を示す）を用いた。
反応開始前に反応器に充填した触媒を水素気流中３００℃で５ｈ還元処理を行った後、２００℃に温度を下げて原料油を流し始め、温度を上げて３００℃になった時を反応開始とした。５２０ｈまで実験を行い、その結果から芳香族炭化水素の反応率および分解軽質留分量を求めた。評価結果を表６に示す。
【００６３】
（比較例４）
触媒Ａの代わりに触媒調製７の触媒Ｇを用いた他は実施例５と同様に触媒寿命の評価を行った。評価結果を表６に示す。
【００６４】
【表１】
【００６５】
【表２】
【００６６】
【表３】
【００６７】
【表４】
【００６８】
【表５】
【００６９】
【表６】
【００７０】
【表７】
【００７１】
本発明の触媒は、γ−アルミナ担体を用いた触媒、シリカアルミナ担体を用いた触媒およびＹ型ゼオライト担体を用いた触媒に比べ、表４から明らかなように水素化活性が著しく高い。また本発明の触媒はＹ型ゼオライト担体を用いた触媒に比べ、表４から明らかなように水素化分解により生じた分解軽質留分の生成が少なく、また表６から明らかなように長時間反応させた後の活性も高い。このように本発明の触媒は水素化分解を抑制し、芳香族炭化水素を水素化するために優れている。
【００７２】
【発明の効果】
本発明は上記のように構成されているので、本発明の触媒は硫黄化合物や窒素化合物等に対する耐性が高く、硫黄化合物や窒素化合物等を含んだ炭化水素油中の芳香族炭化水素を飽和炭化水素に転化する水素化反応に活性が高く、かつ水素化分解の割合が低く、しかも触媒寿命が長い。また本発明の水素化方法は水素化分解を抑制し、芳香族炭化水素を水素化するために優れている。
【図面の簡単な説明】
【図１】ミズカライフと触媒調製１で用いた合成スチブンサイトのＸ線回折パターンである。
【発明の属する技術分野】
本発明は、炭化水素油の水素化方法及びそれに用いる触媒に関し、特に炭化水素油中の芳香族炭化水素を水素化する方法及びそれに用いる硫黄化合物や窒素化合物等に対する耐性が高く、水素化活性が高く、水素化分解の割合が低く、かつ触媒寿命の長い触媒に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
炭化水素油中の芳香族炭化水素をはじめとする不飽和炭化水素は、飽和炭化水素に比べ化学的に反応性に富むため酸化等の反応を起こしやすく、経時的な品質劣化の原因になっている。とくにディーゼル軽油の場合、不飽和炭化水素、とくに芳香族炭化水素は着色などの経時劣化の原因となるだけでなく、セタン価を大きく低下させる。
【０００３】
また、近年、ディーゼル軽油中の芳香族炭化水素の抑制がディーゼル機関の排ガス中の粒子状物質の削減に寄与することが明らかになりつつあり、環境保護の立場から、ディーゼル軽油中の芳香族炭化水素の低減が強く求められている。
この場合、特に１分子中の芳香環の数が３以上の多環芳香族炭化水素の影響が大きいとの報告がある（第１３回世界石油会議予稿集、３巻、９７ページ、１９９２年）。このため、芳香族炭化水素、特に１分子中の芳香環の数が３以上の多環芳香族炭化水素の低減が重要である。また、灯油の場合も芳香族炭化水素は煙点の低下などの問題の原因となる。このため不飽和炭化水素、特に芳香族炭化水素を低減することが望ましい。
【０００４】
これらの芳香族炭化水素をはじめとする不飽和炭化水素は、水素化触媒を用いた水素化処理により飽和炭化水素に転化される。芳香族炭化水素以外の不飽和炭化水素は比較的水素化されやすいが、芳香族炭化水素は水素化されにくく、芳香族炭化水素の水素化が重要な問題である。
【０００５】
水素化触媒のなかで、第ＶＩＩＩ族貴金属をアルミナ等の安定な担体に担持した触媒は、一般に水素化活性が高く有力な触媒である。しかし、炭化水素油中の硫黄化合物および／または窒素化合物によって被毒をうけ、すみやかに失活してしまうという欠点がある。
【０００６】
この欠点に対処するために、ゼオライトを担体中に含有する触媒を用いて水素化処理を行う試みが行われている。しかしながら、ゼオライトは水素化分解反応の高活性な触媒であるため、目的とする水素化処理において水素化分解反応が併発する。
灯油、軽油留分の水素化処理において水素化分解反応が起こると有用な灯油、軽油留分の得率が減少するため、水素化分解活性を抑制する必要がある。
【０００７】
特開昭６４−６６２９２号公報には、単位格子の長さが２４．２０〜２４．３０オングストローム、シリカ／アルミナ比が少なくとも２５のＹ型ゼオライトに第ＶＩＩＩ族貴金属を担持した触媒を用いて水素化処理を行う方法が開示されている。
【０００８】
また、特開平５−２３７３９１号公報には、単位格子の長さが２４．６５オングストローム未満、シリカ／アルミナ比が５より大、アルカリ金属またはアルカリ土類金属の含量が０．３重量％未満のＹ型ゼオライトを、アルカリ金属またはアルカリ土類金属の水溶液と接触させ、アルカリ金属またはアルカリ土類金属の含量を処理前の１．５倍より大にする処理を行ったゼオライトに第ＶＩＩＩ族貴金属を担持した触媒および該触媒を用いた水素化処理法が開示されている。
これらの方法は、原料油中に共存する硫黄化合物、窒素化合物による触媒の被毒を減少させ、かつ水素化分解を抑制することを目的としている。
【０００９】
しかしながらこれらの方法では、原料油中に共存する硫黄化合物、窒素化合物による触媒の被毒のため依然として水素化活性が低いという問題点があった。また、原料油の水素化分解が生じて生成油の得率が低下する欠点および水素化分解に併発するコーキングにより触媒寿命が短くなってしまう欠点が十分には軽減されないとう問題点があった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、硫黄化合物や窒素化合物等を含んだ炭化水素油中の芳香族炭化水素を飽和炭化水素に転化する水素化方法を提供すること、およびそれに用いる硫黄化合物や窒素化合物等に対する耐性が高く、水素化活性が高く、水素化分解の割合が低く、かつ触媒寿命の長い触媒を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは上記の課題を解決するため鋭意研究を重ねた結果、特定の触媒を用いることにより、硫黄化合物や窒素化合物等に対する耐性が高く、硫黄化合物や窒素化合物等を含んだ炭化水素油中の芳香族炭化水素を飽和炭化水素に転化する水素化反応に活性が高く、かつ水素化分解の割合が低く、触媒寿命が長くなることを見出し、本発明を完成した。
【００１２】
すなわち、本発明は沸点が１７０〜３９０℃の留分を８０重量％以上含み、かつ芳香族炭化水素を含有する炭化水素油を、担体としてＳｉ、Ｍｇを主成分とする粘土鉱物と活性金属として周期律表第ＶＩＩＩ族金属の中から選ばれる少なくとも一種の成分を含有する触媒の存在下で、水素と接触させることを特徴とする炭化水素油中の芳香族炭化水素の水素化方法に関する。
また、本発明は担体としてＳｉ、Ｍｇを主成分とする粘土鉱物と活性金属として周期律表第ＶＩＩＩ族金属の中から選ばれる少なくとも一種の成分を含有することを特徴とする炭化水素油中の芳香族炭化水素の水素化触媒に関する。
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明で用いる触媒用担体は、Ｓｉ、Ｍｇを主成分とする粘土鉱物を含有するものである。本発明では、Ｓｉ、Ｍｇを主成分とする粘土鉱物とは、粘土鉱物を構成する元素のうち常に最も多いＯ、および水、水酸基として多く存在するＨは除外して、原子数を基準として最も多い上位２つの元素がＳｉ、Ｍｇである粘土鉱物のことと定義する（ＳｉとＭｇは、Ｓｉが多くてＭｇが少なくても、あるいは逆にＳｉが少なくてＭｇが多くてもよい。）。該粘土鉱物はＳｉ、Ｍｇ以外の少量の成分、たとえばＡｌ、Ｆｅ、アルカリ金属、アルカリ土類金属、Ｆなどを含んでいてもよい。
【００１４】
本発明に用いるＳｉ、Ｍｇを主成分とする粘土鉱物としては、通常粘土鉱物で行われているように、各構成元素を酸化物基準の重量組成で表してＳｉＯ２ とＭｇＯの合計が好ましくは５０重量％以上、より好ましくは６０重量％以上、最も好ましくは７０重量％以上の粘土鉱物を用いることができる。
【００１５】
粘土鉱物の分類、定義に関しては幾つかの成書がある。例えば、鉱物学（森本信男、砂川一郎、都城秋穂著、岩波書店）、粘土ハンドブック（日本粘土学会編、技報堂）が挙げられる。
粘土鉱物は粘土の主要な構成物で、粘土に可塑性を与える微細な鉱物であり、大部分がＳｉ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｆｅ等を主成分とする結晶質の含水珪酸塩鉱物である。
【００１６】
珪酸塩鉱物は、ＳｉにＯが正四面体型に４配位したＳｉＯ４ 四面体が基本構造であり、この構造がさらに縮合して形成する結晶格子の形式により大別される。ＳｉＯ４ 四面体が孤立した格子を形成するものをネソ珪酸塩、２つ縮合した格子を形成するものをソロ珪酸塩、環状に縮合した格子を形成するものをシクロ珪酸塩と言う。さらに、ＳｉＯ４ 四面体が１次元的に鎖状ないし帯状の格子を形成するものをイノ珪酸塩、２次元的に層状の格子を形成するものをフィロ珪酸塩、３次元的に網目状の格子を形成するものをテクト珪酸塩という。
【００１７】
粘土鉱物の大部分は、層状構造を持ったフィロ珪酸塩からなる。フィロ珪酸塩は、ＳｉＯ４ 四面体が平面状に並んだ四面体層と、Ａｌ、Ｍｇ等にＯが６配位した正八面体が平面状に並んだ八面体層よりなる。
八面体層に存在する金属イオンが主としてＭｇを代表とする２価のイオンよりなる時、この層はブルーサイト（Ｍｇ（ＯＨ）２ ）と同様の構造を持ち、３−八面体層（ｔｒｉｏｃｔａｈｅｄｒａｌ ｓｈｅｅｔ ）となる。八面体層に存在する金属イオンが主としてＡｌを代表とする３価のイオンよりなる時、この層はギブサイト（Ａｌ（ＯＨ）３ ）と同様の構造を持ち、２−八面体層（ｄｉｏｃｔａｈｅｄｒａｌ ｓｈｅｅｔ）となる。２−八面体層中に存在する金属イオンは３−八面体層中に存在する金属イオンの２／３となる。
【００１８】
フィロ珪酸塩の基本的な層構造としては、この四面体層と八面体層が１層ずつ重なった２層構造と、２つの四面体層に八面体層がサンドイッチ状に挟まれた３層構造がある。２層構造を持つフィロ珪酸塩の代表的な例としては、カオリナイト、３層構造を持つフィロ珪酸塩の代表的な例としては雲母やスメクタイトがあげられる。
【００１９】
粘土鉱物の大部分はこの層が積み重なった構造からなる。粘土鉱物の場合、この層中の金属イオンの電荷が酸素イオンの電荷より不足する場合が多く、不足する電荷を補償するために、カチオン（通常はアルカリ金属、アルカリ土類金属イオンである）が層と層の間に存在する。このカチオンはイオン交換可能であり、このような粘土鉱物はイオン交換能を持つ。
【００２０】
本発明において用いるＳｉ、Ｍｇを主成分とする粘土鉱物は天然物でも合成品でもよいが、好ましくは合成品である。具体的にはタルク、スチブンサイト、ヘクトライト、サポナイト、バーミキュライト、セピオライト、パリゴルスカイト、蛇紋石、緑泥石群等があげられる。
なお本発明において、粘土鉱物にテクト珪酸塩鉱物は含まれず、テクト珪酸塩の１種であるゼオライトも含まれない。
【００２１】
本発明において用いるＳｉ、Ｍｇを主成分とする粘土鉱物はイオン交換能を有するものが好ましい。具体的にはスチブンサイト、ヘクトライト、サポナイト、バーミキュライト、セピオライト、パリゴルスカイト、緑泥石群が挙げられる。好ましくはスチブンサイト、ヘクトライト、サポナイト、バーミキュライト、セピオライトであり、さらに好ましくはスチブンサイト、ヘクトライトおよびサポナイトであり、特に好ましくはスチブンサイトである。
【００２２】
粘土鉱物のなかでイオン交換能をもつ粘土鉱物の例としてスチブンサイトをあげてさらに詳細に説明する。スチブンサイトはタルクと同様に３−八面体層を含む３層構造を有するスメクタイトの１種である。一般に粘土鉱物は不定比化合物であり、また不純物が含まれるためその組成は複雑であるが、スチブンサイトの理想的な組成は下記の式１で表される。
【００２３】
Ｎａ２ｘ（Ｍｇ６−ｘ ）〔Ｓｉ４ 〕２ Ｏ２０（ＯＨ）４ ・ｎＨ２ Ｏ （式１）
【００２４】
スチブンサイトは３−八面体層のＭｇのサイトに欠陥があり、その電荷の不足分に相当するＮａイオンが層間に存在する。このＮａイオンはイオン交換可能であり、スチブンサイトはイオン交換能を持つ。上記の式１で、ｘの値は通常０〜１程度である。
【００２５】
本発明に用いるＳｉ、Ｍｇを主成分とする粘土鉱物はその骨格構造ができるだけ保持されていることが望ましいが、その構造が一部くずれている部分があるものでもよい。
本発明に用いるＳｉ、Ｍｇを主成分とする粘土鉱物は、それが層状構造を有している場合、その層が規則正しく配列していても、していなくてもよい。層が規則正しく配列しているものは、Ｘ線回折法で測定した場合、（００１）面による回折ピークが現れるが、本発明の触媒には、このピークの存在するものでもしないものでもよい。
【００２６】
本発明に用いるＳｉ、Ｍｇを主成分とする粘土鉱物がイオン交換可能である場合、そのカチオンは、少なくとも一部は水素イオンに交換しておくことが好ましい。イオン交換率は好ましくは３０％以上、さらに好ましくは５０％以上、特に好ましくは８０％以上である。
イオン交換の方法は公知の方法で行うことができる。アンモニウムイオンにイオン交換した後、焼成することによって水素イオンに転換する方法が好ましい。
【００２７】
本発明に用いるＳｉ、Ｍｇを主成分とする粘土鉱物の表面積は好ましくは５０ｍ２ ／ｇ以上、さらに好ましくは１００〜７００ｍ２ ／ｇ、特に好ましくは１５０〜６５０ｍ２ ／ｇ、最も好ましくは２００〜６００ｍ２ ／ｇである。
【００２８】
本発明に用いる触媒担体には成型の必要に応じてバインダーを用いてもよい。バインダーとしては、とくに制限はないが、たとえば、アルミナ、シリカ、シリカ・アルミナ、その他の金属酸化物及び粘土鉱物があげられる。この中でアルミナ、シリカ・アルミナ、粘土鉱物が好ましく、アルミナおよびカチオンとしてアルカリ金属イオンを有する粘土鉱物がとくに好ましい。
バインダーを用いる場合には、Ｓｉ、Ｍｇを主成分とする粘土鉱物の担体に対する割合は、好ましくは２０〜９５重量％、さらに好ましくは４０〜９０重量％、特に好ましくは５０〜８０重量％である。
【００２９】
成型法は通常行われる任意の方法で行うことができる。例として、押出し成型、打錠成型、オイルドロップ法等が挙げられる。成型後の担体は焼成することが好ましい。焼成温度は２００〜６５０℃が好ましく、４００〜６００℃がさらに好ましい。
【００３０】
本発明で用いられる活性金属は周期律表第ＶＩＩＩ族金属の中から選ばれる少なくとも一種の金属である。好ましくはＮｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｐｔであり、さらに好ましくはＮｉ、Ｐｄ、Ｐｔであり、特に好ましくはＰｄ、Ｐｔである。これらの金属は単独で用いてもよく、また２種以上を混合して用いてもよい。特にＰｔとＰｄを混合して用いることが好ましい。
【００３１】
これらの活性金属の担持量は、触媒全重量に対する割合として、各々の金属について好ましくは０．０５〜１０重量％であり、さらに好ましくは０．１〜５重量％であり、特に好ましくは０．２〜２重量％である。
【００３２】
これらの金属は通常行われる任意の方法で担持できる。具体的にはイオン交換法、含浸法、気相担持法などがあげられる。好ましい原料は担持法によって異なるが、イオン交換法、含浸法の場合は、たとえば塩化物、硝酸塩、酢酸塩、クロロアンミン錯体などが挙げられる。気相担持法では蒸気圧を持つカルボニル化合物が好ましく用いられる。金属の担持は担体の成型後に行ってもよく、成型前に行ってもよいが、通常成形後に行うほうが好ましい。
【００３３】
本発明の触媒には第ＶＩＩＩ族金属以外の成分として、各種の典型元素、希土類元素を含む遷移元素を添加してもよい。
【００３４】
本発明の触媒は、通常、焼成処理を行う。焼成温度は２５０〜６００℃が好ましく、２７０〜５５０℃がさらに好ましく、２８０〜５００℃が特に好ましい。また、必須条件ではないが、前処理として水素気流中で水素還元を行うことが好ましい。還元温度は２００〜５００℃が好ましく、２５０〜４５０℃がさらに好ましく、２８０〜４００℃が特に好ましい。
【００３５】
本発明で用いる原料油は、沸点が１７０〜３９０℃の留分を８０重量％以上、好ましくは９０重量％以上、さらに好ましくは９５重量％以上含み、かつ芳香族炭化水素を含有する炭化水素油である。炭化水素油中に含有する芳香族炭化水素の含有量は好ましくは１０〜６０重量％、より好ましくは２０〜５０重量％である。
【００３６】
本発明で用いる原料油は、硫黄含有量が好ましくは０．２重量％以下、更に好ましくは０．１重量％以下、特に好ましくは０．０５重量％以下、最も好ましくは０．０２重量％以下であり、窒素含有量が好ましくは０．０３重量％以下、更に好ましくは０．０２重量％以下、特に好ましくは０．０１重量％以下、最も好ましくは０．００５重量％以下の炭化水素油が好ましい。
【００３７】
本発明の触媒は、硫黄含有量が０．２重量％以下、窒素含有量が０．０３重量％以下の原料油を処理することが可能であるが、予め脱硫、脱窒素処理を行い、硫黄化合物、窒素化合物、塩基性窒素化合物をで低減し、これらの不純物による触媒の被毒を最小限に止めることが望ましい。
【００３８】
本発明で用いる原料油は、好ましくは灯油留分、軽油留分および接触分解により得られるサイクルオイルおよびこれらの混合油である。さらに好ましくは、直留灯油、直留軽油、軽質サイクルオイル（ＬＣＯ）およびこれらの混合油であり、特に好ましくは直留軽油、ＬＣＯおよびこれらの混合油である。
【００３９】
本発明でいう水素化方法は、水素化分解を抑制して芳香族炭化水素を水素化する方法であり、具体的には分解軽質留分量（原料油の初留点より沸点の低い生成物の収率）が好ましくは１０重量％以下、さらに好ましくは８重量％以下、特に好ましくは３重量％以下にとどめて水素化する方法である。
【００４０】
本発明の水素化方法により、原料油中の芳香族炭化水素を好ましくは３０％以上、より好ましくは５０％以上、特に好ましくは７０％以上を水素化する。また原料油中の多環芳香族炭化水素を好ましくは７０％以上、より好ましくは８０％以上、特に好ましくは９０％以上を水素化する。
本発明において多環芳香族炭化水素とは１分子中に芳香環を３以上有する芳香族炭化水素のことである。
【００４１】
本発明で行われる水素化方法は連続式、回分式のいずれで行ってもよく、また固定床、流動床、懸濁床のいずれでもよいが、工業的実施の容易さから連続式、固定床で行うことが好ましい。連続式固定床の場合、原料油と水素の流れは平行上昇流、平行下降流、向流のいずれでもよい。
【００４２】
本発明の水素化処理は常圧下で行うこともできるが、加圧下で行うことが望ましい。水素化処理の水素分圧は好ましくは１〜２０ＭＰａ、さらに好ましくは２〜１０ＭＰａ、特に好ましくは３〜８ＭＰａの範囲である。
【００４３】
反応温度は好ましくは１５０〜３７０℃、さらに好ましくは２００〜３５０℃、特に好ましくは２２０〜３４０℃の範囲である。
【００４４】
固定床流通法で行う場合には、ＬＨＳＶは好ましくは０．１〜１０ｈ−１、さらに好ましくは０．３〜５ｈ−１であり、特に好ましくは０．５〜４ｈ−１の範囲である。
【００４５】
水素／原料油比は、好ましくは１００〜２０００Ｎｌ／ｌ、さらに好ましくは２００〜１５００Ｎｌ／ｌ、特に好ましくは３００〜１０００Ｎｌ／ｌの範囲である。
【００４６】
【実施例】
以下、本発明を実施例および比較例を用いて詳細に説明するが、本発明は実施例の範囲に限定されるものではない。
【００４７】
（触媒調製１）
合成スチブンサイト（ＩＯＮＩＴＥ−Ｔ、水澤化学工業株式会社、表面積４４０ｍ２ ／ｇ）を、３．５Ｍ硝酸アンモニウム水溶液中に入れ攪拌しながら８０℃、３ｈイオン交換しロ過した。この操作を３回繰り返した後、洗浄、乾燥した。このイオン交換したスチブンサイトを原料として触媒を調製した。
上記のスチブンサイトを希硝酸で解膠したベーマイト（ＤＩＳＰＥＲＡＬ、ＣＯＮＤＥＡ社）と混合しよく練って押出成型し、乾燥後、５５０℃で３ｈ焼成して担体を調製した。担体中のスチブンサイトの量は７０重量％とした。
この担体にテトラアンミン白金（ＩＩ）クロリドとテトラアンミンパラジウム（ＩＩ）クロリドの混合水溶液をＩｎｃｉｐｉｅｎｔ ｗｅｔｎｅｓｓ法で含浸し、乾燥後、３００℃で３ｈ焼成を行って触媒を調製した。Ｐｔ、Ｐｄの担持量はそれぞれ０．３重量％、０．５重量％とした。得られた触媒を触媒Ａとした。
【００４８】
（触媒調製２）
合成スチブンサイトの代わりに合成ヘクトライト（ＩＯＮＩＴＥ−Ｈ、水澤化学工業株式会社、表面積３５０ｍ２ ／ｇ）を原料として用いた他は、触媒調製１と同様に触媒を調製した。得られた触媒を触媒Ｂとした。
【００４９】
（触媒調製３）
合成スチブンサイトの代わりに合成サポナイト（スメクトンＳＡ、クニミネ工業株式会社、表面積２３０ｍ２ ／ｇ）を原料として用いた他は、触媒調製１と同様に触媒を調製した。得られた触媒を触媒Ｃとした。
【００５０】
（触媒調製４）
吸着剤として市販されているミズカライフ（水澤化学工業株式会社）を用いて触媒を調製した。下記の条件で測定したミズカライフと触媒調製１で用いた合成スチブンサイトのＸ線回折パターンを図１に示す。ミズカライフは（００１）面による回折ピーク（２Θ＝６０ 付近）が現れないが、その他はスチブンサイトと同じパターンを示し、スチブンサイトと同じ３層構造を有していることが判る。また、このミズカライフの化学組成を表７に示す。ミズカライフはＳｉ、Ｍｇを主成分とする粘土鉱物の一種である。
ミズカライフＰ−２Ｇ（押出成型品、表面積５７０ｍ２ ／ｇ）を硝酸アンモニウム水溶液中に入れ攪拌しながら８０℃、３ｈイオン交換しロ過した。この操作を３回繰り返した後、洗浄、乾燥した。このミズカライフ成型体を、イオン交換したスチブンサイトを用いた担体の代わりに担体として用いた他は、触媒調製１と同様に触媒を調製した。得られた触媒を触媒Ｄとした。測定条件：
Ｘ線 ：ＣｕＫ−ＡＬＰＨＡ１／４０ｋｖ／１５０ｍＡ
ゴニオメータ ：縦型ゴニオメータ
アタッチメント ：ＡＳＣ−４３（縦型）
フィルタ ：使用しない
インシデントモノクロ：
カウンタモノクロメータ：全自動モノクロメータ
発散スリット ：１ｄｅｇ．
散乱スリット ：１ｄｅｇ．
受光スリット ：０．１５ｍｍ
カウンタ ：シンチレーションカウンタ
走査モード ：連続
スキャンスピード：２．００００ ／ｍｉｎ．
スキャンステップ：０．０１００
走査軸 ：２Θ／Θ
走査範囲 ：３．０００〜６５．００００
Θオフセット ：０．００００
固定角 ：０．００００
【００５１】
（触媒調製５）
イオン交換したスチブンサイトを用いた担体の代わりに、γ−アルミナ押出し成型品（０００−１．５Ｅ、日本ケッチェン株式会社）をそのまま担体として用いた他は触媒調製１と同様に触媒を調製した。得られた触媒を触媒Ｅとした。
【００５２】
（触媒調製６）
イオン交換したスチブンサイトを用いた担体の代わりに、シリカアルミナ押出し成型品（シリカ７０重量％、アルミナ３０重量％）をそのまま担体として用いた他は触媒調製１と同様に触媒を調製した。得られた触媒を触媒Ｆとした。
【００５３】
（触媒調製７）
酸型Ｙゼオライト粉末（ＨＳＺ−３３０ＨＵＡ、東ソー株式会社）を８００℃で６ｈスチーミング処理した後、０．５Ｎの希硝酸中に入れ攪拌しながら８０℃で１ｈ処理し、ロ過、洗浄、乾燥した。得られたＹ型ゼオライトは、単位格子の長さが２４．２５オングストローム、シリカ／アルミナ比が４１．０、Ｎａ含量が０．１重量％であった。イオン交換したスチブンサイトの代わりに、このゼオライトを原料として用いた他は触媒調製１と同様に触媒を調製した。得られた触媒を触媒Ｇとした。
触媒調製１〜７で製造した触媒Ａ〜Ｇの担体、ＰｔおよびＰｄ量をまとめて表１に示す。
【００５４】
（実施例１）
触媒調製１で製造した触媒Ａを充填した固定床流通反応装置を用いて表２で示した反応条件で水素化反応を行い、初期活性の評価を行った。
原料油として直流軽油８０体積％、ＬＣＯ２０体積％の混合油を脱硫処理した油（表３に油の性状を示す）を用いた。
初期活性の評価は次のように行った。反応開始前に反応器に充填した触媒を水素気流中３００℃で５ｈ還元処理を行った後、２００℃に温度を下げて原料油を流し始め、温度を上げて２６０℃になった時を反応開始とした。４８ｈ反応後、サンプルを採取した。その後反応温度を２８０℃に上げ、４８ｈ反応後、サンプルを採取した。さらに反応温度を３００℃に上げ、４８ｈ反応後、サンプルを採取した。
【００５５】
原料油および生成油中の芳香族炭化水素の量は、ＨＰＬＣ（ＩＰ３９１、バックフラッシュ法）を用いて分析した。また原料油および生成油の留出温度および分解軽質留分量（原料油の初留点より沸点の低い生成物の収率）は蒸留ガスクロにより測定した。各反応温度で４８ｈ反応した後のサンプルの分析結果から芳香族炭化水素及び多環芳香族炭化水素の反応率を求めた。その結果を表４に示す。
【００５６】
（実施例２）
触媒Ａの代わりに触媒調製２の触媒Ｂを用いた他は実施例１と同様に初期活性の評価を行った。評価結果を表４に示す。
【００５７】
（実施例３）
触媒Ａの代わりに触媒調製３の触媒Ｃを用いた他は実施例１と同様に初期活性の評価を行った。評価結果を表４に示す。
【００５８】
（実施例４）
触媒Ａの代わりに触媒調製４の触媒Ｄを用いた他は実施例１と同様に初期活性の評価を行った。評価結果を表４に示す。
【００５９】
（比較例１）
触媒Ａの代わりに触媒調製５の触媒Ｅを用いた他は実施例１と同様に初期活性の評価を行った。評価結果を表４に示す。
【００６０】
（比較例２）
触媒Ａの代わりに触媒調製６の触媒Ｆを用いた他は実施例１と同様に初期活性の評価を行った。評価結果を表４に示す。
【００６１】
（比較例３）
触媒Ａの代わりに触媒調製７の触媒Ｇを用いた他は実施例１と同様に初期活性の評価を行った。評価結果を表４に示す。
【００６２】
（実施例５）
触媒調製１の触媒Ａを充填した固定床流通反応装置を用いて表２に示した反応条件（反応温度３００℃）で水素化反応を行い、触媒寿命の評価を行った。原料油として直流軽油８０体積％、ＬＣＯ２０体積％の混合油を脱硫処理した油（表５に油の性状を示す）を用いた。
反応開始前に反応器に充填した触媒を水素気流中３００℃で５ｈ還元処理を行った後、２００℃に温度を下げて原料油を流し始め、温度を上げて３００℃になった時を反応開始とした。５２０ｈまで実験を行い、その結果から芳香族炭化水素の反応率および分解軽質留分量を求めた。評価結果を表６に示す。
【００６３】
（比較例４）
触媒Ａの代わりに触媒調製７の触媒Ｇを用いた他は実施例５と同様に触媒寿命の評価を行った。評価結果を表６に示す。
【００６４】
【表１】
【表２】
【表３】
【表４】
【表５】
【表６】
【表７】
本発明の触媒は、γ−アルミナ担体を用いた触媒、シリカアルミナ担体を用いた触媒およびＹ型ゼオライト担体を用いた触媒に比べ、表４から明らかなように水素化活性が著しく高い。また本発明の触媒はＹ型ゼオライト担体を用いた触媒に比べ、表４から明らかなように水素化分解により生じた分解軽質留分の生成が少なく、また表６から明らかなように長時間反応させた後の活性も高い。このように本発明の触媒は水素化分解を抑制し、芳香族炭化水素を水素化するために優れている。
【００７２】
【発明の効果】
本発明は上記のように構成されているので、本発明の触媒は硫黄化合物や窒素化合物等に対する耐性が高く、硫黄化合物や窒素化合物等を含んだ炭化水素油中の芳香族炭化水素を飽和炭化水素に転化する水素化反応に活性が高く、かつ水素化分解の割合が低く、しかも触媒寿命が長い。また本発明の水素化方法は水素化分解を抑制し、芳香族炭化水素を水素化するために優れている。
【図面の簡単な説明】
【図１】ミズカライフと触媒調製１で用いた合成スチブンサイトのＸ線回折パターンである。
Claims (2)
- 沸点が１７０〜３９０℃の留分を８０重量％以上含み、かつ芳香族炭化水素を含有する炭化水素油を、担体としてＳｉ、Ｍｇを主成分とする粘土鉱物と活性金属として周期律表第ＶＩＩＩ族金属の中から選ばれる少なくとも一種の成分を含有する触媒の存在下で、水素と接触させることを特徴とする炭化水素油中の芳香族炭化水素の水素化方法。
- 担体としてＳｉ、Ｍｇを主成分とする粘土鉱物と活性金属として周期律表第ＶＩＩＩ族金属の中から選ばれる少なくとも一種の成分を含有することを特徴とする炭化水素油中の芳香族炭化水素の水素化触媒。
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