JP3843345B2 - 貴金属およびシリカ−アルミナをベースとした触媒、および重質仕込物の水素化異性化による処理方法 - Google Patents
貴金属およびシリカ−アルミナをベースとした触媒、および重質仕込物の水素化異性化による処理方法 Download PDFInfo
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Description
本発明は、また、沸点が主に350℃以上であり、金属含有量の少ない仕込物の水素化異性化を伴う水素化転換方法に関するものである。
灯油、ガスオイルおよび基油のような非常に付加価値の高い生成物を得るためには、(水素化クラッキング残渣のような)仕込物の水素化異性化を用いて行われる処理に対して特に有利である。
様々な触媒が、水素化異性化反応を行うために使用されてもよい。例えば、米国特許第4,929,795号は、パラフィンから基油を得るために、フッ素を7.2重量%含むハロゲン化アルミナ上に担持された白金0.6重量%で構成される触媒の使用を記載している。このように記載された触媒は、接触装置においてフッ素化合物の連続注入を必要とするので、本発明者はより簡単な方法で使用できる、ハロゲンを含有しない触媒を検討した。
米国特許第4,428,819号は、石油に由来するパラフィン混合物の異性化反応を行うために使用されるゼオライトで、接触脱パラフィン処理により得られる基油にその曇り点を改善する目的で混合されたゼオライトが含まれている触媒を記載している。最後に、米国特許第4,547,283号は、担体は好ましくはシリカであって、元素周期表のIIa、IIIa、IVaおよび/またはIVb族の少なくとも一つの活性金属を含む、石油に由来するパラフィン水素化異性化触媒を記載している。
本発明者は、触媒製造時にゼオライトの使用と付加的な元素添加を避けて作られる、より簡単な触媒を検討した。
現在水素化転換で使用されているあらゆる触媒は、酸性機能と水素化機能とを組み合わせた二元機能型に属している。酸性機能は、ハロゲン化(特に塩素またはフッ素を含む)アルミナ、リンを含むアルミナ、酸化ホウ素とアルミニウムとの化合物、非晶質シリカ−アルミナおよびシリカ−アルミナのような、表面酸性度を示す、比表面積の大きい(一般に150〜800m2/g)担体によりもたらされる。水素化機能は、鉄、コバルト、ニッケル、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウムおよび白金のような元素周期表VIII族の一つまたは複数の金属により、あるいは、クロム、モリブデンおよびタングステンのようなVI族の少なくとも一つの金属とVIII族の少なくとも一つの金属との組み合わせによりもたらされる。
酸性および水素化の二つの機能のバランスは、触媒の活性および選択性を規定する基本的なパラメーターである。弱酸性機能と強水素化機能は、異性化に対して活性および選択性が低い触媒を産出するが、強酸性機能と弱水素化機能は、クラッキングに対して非常に活性で選択性の高い触媒を産出する。第三の可能性は、強酸性機能および強水素化機能を使用して、異性化に対して非常に活性であると同時に選択性の高い触媒を得ることである。従って、それぞれの機能を適当に選択することにより、触媒の一組の活性/選択性を調節することができる。
数多くのシリカ−アルミナに対して本発明者により行われた研究は、画期的に、特殊なシリカ−アルミナを含む触媒を使用することにより、下記に定義されるような仕込物の異性化のような若干の反応において非常に活性でかつ非常に選択性の高い触媒を得ることができることを発見するに至った。
より正確には、本発明により、触媒は、水素化異性化処理に用いられる触媒であって、主に、シリカを5〜70重量%含み、BET比表面積100〜500m2/gを呈するシリカ−アルミナの非晶質担体上に担持された、VIII族の少なくとも一つの貴金属0.5〜10重量%で構成されており、この触媒は以下の特徴を有している:
・細孔の平均直径が1〜12nm、
・先に定義された平均直径より3nm小さい直径〜先に定義された平均直径より3nm大きい直径を有する細孔の容積が全細孔容積の40%以上、
・貴金属の分散が20〜100%、
・貴金属の分配係数が0.1以上。
これらの特徴は、より詳細には:
シリカの含有量:本特許の枠内で記述された触媒の調製に使用される担体は、シリカ(SiO2)およびアルミナ(Al2O3)から構成されている。重量百分率で表されるシリカの含有量は5〜70重量%、好ましくは20〜60重量%、さらにより好ましくは22〜45重量%である。この含有量は、螢光X線により精密に測定される。この含有量は触媒全体の中で一定している。すなわち、シリカの濃度は、例えば触媒の表面でより高いということは無く、触媒はシリカが均質になっている。
貴金属の性質:この特殊な反応タイプでは、金属機能は、元素周期表のVIII族の一つの金属、より詳細には白金によりもたらされる。
貴金属の含有量:触媒に対する金属の重量%で表される貴金属の含有量は、0.05〜10重量%、より好ましくは0.0〜5重量%である。
貴金属の分散:分散は、触媒の全金属量に対して、反応体に近づきやすい金属の割合を表しており、例えばH2/O2滴定により測定されてもよい。金属は予め還元されている。すなわち金属は、水素に近づきやすい全ての白金原子を金属形態に転換するような条件で、高温の水素流下に処理される。次に、酸素流が、酸素に近づきやすい、全ての還元された白金原子がPtO2の形態に酸化されるように適切な条件で送られる。導入された酸素量と排出された酸素量の差を計算して、消費された酸素量が分かる。このようにして、この値から酸素に近づきやすい白金量を割り出すことができる。分散は、触媒中の全白金量に対する、酸素に近づきやすい白金量の比率である。本発明の場合、分散は20〜100%、好ましくは30〜100%である。
貴金属の分配:貴金属の分配は、触媒粒子の内部の金属分配を表しており、金属はいずれにせよ分散されていることが可能である。従って、良く分配されていない(例えば、厚さが明らかに粒子の半径以下である環内に検出される)が、良く分散された白金を得る可能性がある。すなわち環内にある全ての白金原子は反応体に近づきやすい。本発明の場合、白金の分配は良好で、すなわちCastaing微小分析法で測定された白金の断面は、0.1以上、好ましくは0.2以上の分配係数を示している。
BET比表面積:担体のBET比表面積は100〜500m2/g、好ましくは250〜450m2/g、より好ましくは310〜450m2/gである。
細孔の平均直径:触媒の細孔の平均直径は、水銀ポロシメーターにより得られる細孔分配断面から測定される。細孔の平均直径は、水銀の多孔度曲線から得られる誘導曲線の零点に相当する直径であると定義される。このように定義された細孔の平均直径は1nm(1×10-9m)〜12nm(12×10-9m)、好ましくは2.5nm(2.5×10-9m)〜11nm(11×10-9m)、さらにより好ましくは4nm(4×10-9m)〜10.5nm(10.5×10-9m)、有利には3nm〜9nmである。
細孔分配:本特許で問題となっている触媒は、先に定義された平均直径より3nm小さい直径〜先に定義された平均直径より3nm大きい直径(すなわち、平均直径±3nm)を有する細孔の容積が、全細孔容積の40%以上、好ましくは全細孔容積の50〜90%、さらにより有利には全細孔容積の50〜80%、よりよくは全細孔容積の50〜70%であるような細孔分配を有している。本触媒は、従って、二様態よりはむしろ一様態型の、均一な細孔分配を示している。
担体の全細孔容積:一般に1.0ml/g以下、好ましくは0.3〜0.9ml/g、さらにより有利には0.85ml/g以下である。一般には、担体は、0.55ml/g以上、より良くは少なくとも0.6ml/gの全細孔容積を示す。
シリカーアルミナの調製および成形は、当業者に良く知られた通常の方法により行われる。有利には、金属の含浸に先立って、担体は、2〜30容量%(好ましくは7.5%)の水蒸気下に、300〜750℃(好ましくは600℃)で0.25〜10時間(好ましくは2時間)の、例えば熱処理のような焼成に付されてもよいであろう。
金属塩は、担体の表面に金属(好ましくは白金)を担持するために通常使用される方法の一つにより導入される。好ましい方法の一つは、含浸すべき触媒物質の細孔容積に等しい溶液容量の中に金属塩を導入する乾式含浸である。還元操作の前に、触媒は、例えば300〜750℃(好ましくは520℃)の乾燥空気下に0.25〜10時間(好ましくは2時間)行われる処理のような焼成に付されてもよいであろう。
転換反応において使用される前に、触媒に含まれる金属は還元されていなければならない。金属の還元を行うのに好ましい方法の一つは、150〜650℃の温度、0.1〜25MPaの全圧で水素下で行われる処理である。例えば、還元は、150℃で2時間の安定期間、次に1℃/分の速度で450℃までの温度の上昇期間、次いで450℃で2時間の安定期間で行われる。この還元の工程中、水素流量は、水素1000リットル/触媒1リットルである。あらゆる現場外での還元方法が適することも注目される。
このように記述されたような触媒は、下記のような仕込物の水素化異性化に対して活性であり、出発仕込物に存在する分子の水素化異性化の結果生じる大量の生成物を得ることができる。特に、後に潤滑物質の成分として使用され得る物質を得ることは興味深い。
あらゆる相応しい仕込物が、例えば真空下の蒸留物、真空下の残渣、大気残渣、または石油仕込物の脱パラフィン処理に由来するパラフィン生成物のような仕込物が処理されてもよく、例えば仕込物が脱アスファルトされた真空下残渣である場合である。これらの仕込物は、炭素原子を少なくとも約10個有する分子を含んでいる。分子はパラフィンの断片を含んでいてもよいし、または全体がパラフィン分子であってもよく、芳香族炭素原子の含有量は、仕込物の全炭素原子の多くとも20重量%である。相応しい仕込物とは、硫黄含有量が1000重量ppm以下、好ましくは500重量ppm以下、さらにより好ましくは300重量ppm以下、および窒素含有量が200重量ppm以下、好ましくは100重量ppm以下、さらにより好ましくは50重量ppm以下の仕込物を言う。ニッケルおよびバナジウムのような仕込物の金属含有量は極度に少なく、すなわち50重量ppm以下、より有利には10重量ppm以下である。
好ましくは、水素化クラッキング残渣のような、すなわち沸点が主に350℃以上の重質仕込物は水素化異性化で処理される。これらの仕込物は、パラフィンの断片を有する、または全部がパラフィン分子である、炭素原子を少なくとも約20個有する分子を含んでいる。水素化異性化は、主にパラフィン、特にn−パラフィンに関するものであり、イソパラフィン生成物に至るものである。
この水素化異性化反応に対して使用される操作条件は、温度が200〜450℃、好ましくは250〜430℃、有利には340℃以上、水素の分圧が2〜25MPa、好ましくは3〜20MPa、毎時空間速度が0.1〜10h-1、好ましくは0.2〜2h-1、および水素の割合が仕込物1リットル当たり水素100〜2000リットル、好ましくは仕込物1リットル当たり水素150〜1500リットルである。
この触媒の使用は水素化異性化に限られず、より一般的には炭化水素の転換に適しており、該目的とする転換を得るために必要な条件で使用される。
実施例
以下に示される実施例は本発明の特徴を例証しているが、その範囲を限定するものではない。
触媒の調製:
担体は、押出し形態で使用されるシリカ−アルミナである。シリカ−アルミナは、シリカSiO2を29.1重量%、およびアルミナAl2O3を70.9重量%含んでいる。貴金属が添加される前のシリカ−アルミナは、比表面積389m2/g、細孔の平均直径6.6nmを示している。担体の全細孔容積は0.76ml/gである。
対応する触媒は、担体上に貴金属の含浸が行われた後得られる。白金塩Pt(NH3)4Cl2は、含浸すべき全細孔容積に相当する溶液容量の中に溶解される。次に、固体は、520℃の乾燥空気下に2時間焼成される。白金の含有量は0.60重量%である。Ptの分散は60%であり、その分配は粒子中で均一である。触媒上で測定された細孔容積は0.75ml/g、BET比表面積は332m2/g、細孔の平均直径は6.5nm、および直径が3.5〜9.5nmである細孔に相当する細孔容積は0.46ml/g、すなわち全細孔容積の59%である。
この触媒の細孔分配は次の通りである:
直径6nm以下の細孔、細孔容積=0.16ml/g(全体の21%)
6〜15nm 0.36ml/g(48%)
15〜60nm 0.06ml/g(8%)
60nm以上 0.17ml/g(23%)
仕込物の特徴:
以下の表に、本発明者は、水素化異性化反応に使用される仕込物の物理的・化学的特性を記載した。これは真空蒸留された留分に由来する水素化クラッキング残渣である。
反応後の基油の製造:
上で調製が記述されたこの触媒は、記述された仕込物の水素化異性化による基油の調製のために使用された。
反応は、355℃で12MPaの全圧下に、毎時空間速度1h-1および水素1000リットル/仕込物1リットルの水素流量で行われた。これらの操作条件で、400-留分への正味の転換率は55重量%であり、基油の収率は85重量%である。回収されたオイルは135の粘度指数(VI)を有している。
次の表では、水素化異性化後のオイルの特徴を、従来の溶媒抽出法(メチルエチルケトン/トルエン)により水素化クラッキング残渣から抽出されたオイルの特徴と比較した。これら二つのオイルは密度および粘度のレベルで非常に似ていることが分かる。それに対して、VI、流動点および特にオイル/残渣収率は、水素化異性化された生成物の場合の方が優れている。
Claims (15)
- 水素化異性化処理に用いられる触媒であって、
主に、シリカ−アルミナの非晶質担体上に担持された、VIII族の少なくとも一つの貴金属0.05〜10重量%からなる触媒において、該触媒はゼオライトもハロゲンも含まず、シリカ含有量が一定しており、該担体がシリカを5〜70重量%含み、BET比表面積が100〜500m2/gであること、かつ、
・細孔の平均直径が1〜12nm、
・平均直径より3nm小さい直径〜平均直径より3nm大きい直径を有する細孔の容積が全細孔容積の40%以上、
・貴金属の分散が20〜100%、
・貴金属の分配係数が0.1以上、
であることを特徴とする触媒。 - 担体の全細孔容積が1.0ml/g以下であることを特徴とする、請求項1による触媒。
- 担体が、少なくとも0.3ml/gおよび0.9ml/g以下の全細孔容積を示すことを特徴とする、請求項1または2のいずれかによる触媒。
- 担体が0.85ml/g以下の全細孔容積を示すことを特徴とする、請求項1〜3のうちの1項による触媒。
- 担体が、2.5〜11nmの平均細孔直径を示すことを特徴とする、請求項1〜4のうちの1項による触媒。
- 担体が、4〜10.5nmの平均細孔直径を示すことを特徴とする、請求項1〜5のうちの1項による触媒。
- 平均直径より3nm小さい直径〜平均直径より3nm大きい直径を有する細孔の容積が全細孔容積の50〜90%であることを特徴とする、請求項1〜6のうちの1項による触媒。
- 平均直径より3nm小さい直径〜平均直径より3nm大きい直径を有する細孔の容積が全細孔容積の50〜80%であることを特徴とする、請求項1〜7のうちの1項による触媒。
- 平均直径より3nm小さい直径〜平均直径より3nm大きい直径を有する細孔の容積が全細孔容積の50〜70%であることを特徴とする、請求項1〜8のうちの1項による触媒。
- 担体がシリカを20〜60重量%含んでいることを特徴とする、請求項1〜9のうちの1項による触媒。
- 担体がシリカを22〜45重量%含んでいることを特徴とする、請求項1〜10のうちの1項による触媒。
- 担体が250〜450m2/gのBET比表面積を示すことを特徴とする、請求項1〜11のうちの1項による触媒。
- 担体が310〜450m2/gのBET比表面積を示すことを特徴とする、請求項1〜12のうちの1項による触媒。
- 貴金属は白金であることを特徴とする、請求項1〜13のうちの1項による触媒。
- 窒素含有量が200重量ppm以下および金属含有量が50重量ppm以下の、沸点が主に350℃以上の炭化水素を含む重質石油留分の水素化異性化処理方法において、温度200〜450℃、2〜25MPaの水素の分圧下に、毎時空間速度0.1〜10h-1および水素/仕込物体積比100〜2000で、請求項1〜14のうちの1項による触媒を用いて行われることを特徴とする方法。
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