JP4523714B2 - 炭化水素の水素化触媒組成物及び該触媒組成物を用いた炭化水素の水素化方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、炭化水素の水素化触媒組成物及び該触媒組成物を用いて炭化水素を水素化する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ディ−ゼル排ガス中の粒子状物質（ＰＭ）やＮＯｘ等が、都市部や道路沿道域の大気環境に及ぼす影響は益々深刻になっている。ディ−ゼル車から排出される粒子状物質の低減に向けてフィルターや燃焼触媒技術の開発が行われている。しかしこの燃焼触媒には貴金属が用いられており、貴金属触媒の被毒物質である燃料中の硫黄分をさらに低減（５０ｐｐｍ以下）することが求められている。一方、軽油中の多環芳香族は、粒子状物質生成の要因物質と言われており、燃焼触媒等を経て流出する可能性も指摘されている。排ガス中のＰＭを減らすためには燃料中の芳香族分も併せて低減することが有効と考えられる。このため、軽油中の硫黄分と芳香族分とを併せて低減する触媒の開発が重要な課題となってきている。
【０００３】
我が国の軽油は現在、硫黄分（硫黄含有量）、９０％蒸留温度、セタン指数等で規定されており、この規格をクリアする軽油は主にニッケル、モリブデン、コバルトからなる硫化物触媒を用いて、比較的高温・高圧の条件下で一段法で製造されている。しかし、この方法で硫黄分が５０ｐｐｍ以下の軽油を製造しようとする場合、触媒の活性劣化が著しく、その寿命は極めて短くなることが指摘されており、現行触媒では現在のような長期運転は不可能である（日本エネルギー学会誌Ｖｏｌ．７８ （１９９９）ｐ．３７６−３８１）。しかも、硫黄分５０ｐｐｍ以下の基準を達成するためには反応条件が高温となるため、熱力学的な制約を受け、逆に芳香族分が増えるおそれがある。したがって現行の硫化物触媒を用いて一段で硫黄分を５０ｐｐｍ以下に抑える技術は芳香族規制がかかるとまったく対応できなくなる。このため、硫黄分を５０ｐｐｍ以下に低減し、しかも芳香族分も同時に低減できる新規高性能触媒の開発が強く望まれている。
【０００４】
貴金属系触媒はマイルドな条件下でも高い核水素化活性を示すため、芳香族分の低減化に適しているが、硫黄化合物により被毒されやすいことが知られている。このような欠点に対しては、固体酸性を有する超安定化Ｙ型ゼオライト担体に白金やパラジウム（Ｐｄ）、またはパラジウム（Ｐｄ）−白金（Ｐｔ）の合金種を担持した触媒を使用することにより、一部改善できることが（社）石油学会主催の第２６回石油・石油化学討論会予稿集（１９９６）に報告されている。
【０００５】
特開平１１−５７４８２号公報には、硫黄含有の芳香族炭化水素油を水素化処理する場合、セリウム、ランタン、マグネシウム、カルシウム及びストロンチウムを修飾したゼオライト担体にＰｄ−Ｐｔ貴金属種を担持した触媒が開示されており、これによると耐硫黄被毒性が更に向上するとされている。
【０００６】
上記のような従来の貴金属成分を活性成分とするゼオライト系触媒においては、貴金属成分から固体酸性を有するゼオライトに電子が移動し、貴金属成分が電子不足状態になることにより耐硫黄被毒性が発現するとされている。このため、芳香族炭化水素油中に塩基性の窒素化合物が含まれる場合、あるいは中性窒素化合物でも水素化反応後に塩基性が増す場合、また水素化脱窒素反応で生じたアンモニアガスが存在する場合などにおいては、貴金属種の耐硫黄被毒性が低下するという問題がある。それに加え、触媒の長期構造安定性にも若干問題があることが指摘されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、高い芳香族低減活性を有すると共に高い脱硫機能をも有し、さらに硫黄化合物や窒素化合物に対して高い耐性を有する長寿命の炭化水素の水素化触媒組成物及び該触媒組成物を用いた水素化方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、イットリウムと周期律表第８族の特定の金属成分とを特定の担体に担持させた触媒組成物が高い水素化活性と脱硫活性とを具備すると共に優れた耐硫黄被毒性や耐窒素被毒性を有することを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
本発明は、イットリウムとパラジウム及び白金から選ばれた少なくとも一種の貴金属とが結晶性アルミノシリケートゼオライト及び／又は多孔性無機酸化物からなる担体に担持されていることを特徴とする芳香族成分及び硫黄化合物を含む炭化水素油の水素化触媒組成物にある。
【００１０】
また本発明は、前記水素化触媒組成物の存在下で芳香族化合物及び／又は複素芳香族化合物を水素化することを特徴とする炭化水素の水素化方法にもある。
【００１１】
更に本発明は、前記水素化触媒組成物の存在下で軽油を水素化し、軽油中の芳香族炭化水素分と硫黄分とを併せて低減させることを特徴とする炭化水素の水素化方法にもある。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の触媒組成物は、イットリウム（Ｙ）と周期律表第８族から選ばれた少なくとも一種の貴金属とを含有する。周期律表第８族の貴金属としては、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、白金などを例示することができる。本発明の触媒組成物は、上記貴金属としてパラジウム（Ｐｄ）及び／又は白金（Ｐｔ）を含有していることが好ましく、パラジウムと白金の両方を含有していることが更に好ましい。パラジウムと白金の両方を含有する場合、ＰｄとＰｔの原子比（Ｐｄ／Ｐｔ）は９〜１であることが好ましく、更に好ましくは６〜１である。またＰｄとＰｔの合計原子に対するＹの原子比（Ｙ／Ｐｄ＋Ｐｔ）は、好ましくは２０〜０．２、より好ましくは１０〜１である。
【００１３】
触媒組成物中のイットリウムの含有量は、該金属として触媒組成物質量基準で０．３〜７０質量％であり、好ましくは０．５〜５０質量％、より好ましくは１〜２５質量％、最も好ましくは１．５〜７．５質量％である。イットリウムの含有量が０．３質量％未満では添加効果があまり見られず、触媒の寿命が短くなるなどの問題が生じやすくなる。一方、７０質量％を超えると活性が低下しやすくなる。
また触媒組成物中の周期律表第８族貴金属の含有量は、これらの金属として触媒組成物質量基準で０．２〜１５質量％であり、好ましくは０．３〜１０質量％、より好ましくは０．５〜６質量％である。上記貴金属の含有量が０．２質量％未満では充分な水素化能が得られにくくなり、一方、１５質量％を超えると触媒製造のコストが高くなりやすくなる。
本発明の触媒組成物は、粉末状、ペレット状、板体状、粒状、筒体状等の各種の形態で用いることができる。使用する触媒床の方式に応じて最適の形態を適宜選ぶことができる。なお、本発明の触媒組成物においては、その水素化処理に際してＰｄ及び／又はＰｔの形態は、これらの金属とこれらの金属硫化物が共存した形態であることが好ましい。金属硫化物として、Ｐｄについては例えば、Ｐｄ4Ｓ、ＰｄＳ、及びＰｄＳ2を挙げることができる。またＰｔについては、例えば、ＰｔＳ及びＰｔＳ2を挙げることができる。
【００１４】
本発明の触媒組成物は、実用上はイットリウム及び周期律表第８族貴金属を担体に担持させた形態で用いることが好ましい。
担体としては、従来から触媒用の担体として公知の材料を用いることができる。本発明に用いる担体としては、例えば、結晶性アルミノシリケートゼオライト及び多孔性無機酸化物を挙げることができる。結晶性アルミノシリケート（ＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3）ゼオライトとしては、例えば、Ｘ型ゼオライト、Ｙ型ゼオライト、Ｌ型ゼオライト、ベータ型ゼオライト、モルデナイト、及びＺＳＭゼオライト等を挙げることができ。これらの中では、ＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3のモル比が、好ましくは５〜１０００、より好ましくは１０〜４０である超安定化Ｙ型ゼオライトが特に好適である。このタイプの担体は、固体酸であると同時にメソ孔（２〜５０ｎｍ）を有するためである。
多孔性無機酸化物としては、例えば、アルミナ、チタニア、シリカ、ジルコニア、シリカ−アルミナ、チタニア−アルミナ、ジルコニア−アルミナ、シリカ−チタニア等を挙げることができる。これらの中では、アルミナが特に好ましい。
【００１５】
上記担体は、ぞれぞれ単独で用いることもできるが、結晶性アルミノシリケートゼオライトと多孔性無機酸化物との混合担体として用いることもできる。この場合の混合担体は、結晶性アルミノシリケートゼオライト/多孔性無機酸化物の質量比が、好ましくは１０/９０〜９０/１０、より好ましくは２０/８０〜８０/２０の範囲にある担体であることが好ましい。本発明で用いる混合担体は、具体的には、超安定化Ｙ型ゼオライトとアルミナとの混合担体であることが好ましい。
上記担体に担持させた形態の本発明の触媒組成物は、イットリウムと周期律表第８族貴金属を公知のイオン交換法や含浸法を利用して上記担体に担持させることにより製造することができる。
担体に担持させた形態にある本発明の触媒組成物においても前記の各種の形態で用いることができる。即ち、粉末状、ペレット状、板体状、粒状、筒体状等の各種の形態で用いることができる。また使用する触媒床の方式に応じて最適の形態を適宜選ぶことができる。
【００１６】
担体に担持させた形態の触媒組成物においては、イットリウム（Ｙ）の含有量は、前記の通りであるが、周期律表第８族貴金属の含有量は下記の通りであることが好ましい。即ち、イットリウム（Ｙ）とパラジウム（Ｐｄ）を担体に担持させる場合、触媒組成物中のＰｄの含有量は、該金属として触媒組成物質量基準で好ましくは０．３〜１０質量％であり、より好ましくは０．７〜４質量％である。またイットリウム（Ｙ）と白金（Ｐｔ）を担体に担持させる場合、触媒組成物中のＰｔの含有量は、該金属として触媒組成物質量基準で好ましくは０．３〜１０質量％、より好ましくは０．５〜６質量％である。
【００１７】
イットリウム（Ｙ）と、パラジウム（Ｐｄ）及び白金（Ｐｔ）の両方とを担体に担持させる場合、触媒組成物中のＰｄ及びＰｔの合計含有量は、これらの金属として触媒組成物質量基準で好ましくは０．３〜１０質量％であり、より好ましくは０．５〜６質量％である。
【００１８】
特に超安定化Ｙ型ゼオライト担体及び超安定化Ｙ型ゼオライトとアルミナの混合担体上に、イットリウム（Ｙ）と、パラジウム（Ｐｄ）及び白金（Ｐｔ）の両方とを担持させた形態の触媒組成物の場合のそれぞれの含有量は、下記の通りであることが好ましい。即ち、イットリウム（Ｙ）の含有量は、該金属として触媒組成物質量基準で好ましくは１〜２０質量％、より好ましくは１．５〜７．５質量％である。パラジウム（Ｐｄ）の含有量は、該金属として触媒組成物質量基準で好ましくは０．３〜７質量％であり、より好ましくは０．７〜３質量％である。白金（Ｐｔ）の含有量は、該金属として触媒組成物質量基準で好ましくは０．２〜３．５質量％であり、より好ましくは０．３〜１．５質量％である。
【００１９】
従来の触媒としては、例えば、Ｐｄ−Ｐｔ担持ゼオライト触媒、及びセリウム（Ｃｅ）、ランタン、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウムで修飾したゼオライト担体にＰｄ−Ｐｔを担持した触媒などが知られているが、本発明の触媒組成物は、特にこれらの触媒のうち最高の活性を示すＰｄ−Ｐｔ担持Ｃｅ−ゼオライト触媒に比べて更に高い脱硫活性と水素化活性を有する。従って本発明の触媒組成物で芳香族化合物の芳香環や複素芳香族化合物の複素芳香環は効率良く水素化され、芳香環や複素芳香環は脂肪族環に変換する、更に場合によっては水素化開裂する。更に本発明の触媒組成物は、上記高い脱硫活性、水素化活性と同時に耐硫黄被毒性と耐窒素被毒性とを併せ持つ特徴を有している。なお、耐窒素被毒性とは、窒素芳香族化合物の吸着、水素化された窒素芳香族化合物の吸着及び脱窒素反応により生じたアンモニア吸着等による被毒に対する耐久性を意味する。
【００２０】
芳香族化合物の芳香環には、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、フェナントレン環等が含包される。また複素芳香族化合物の複素芳香環には、窒素原子、酸素原子、硫黄原子等の複素原子（ヘテロ原子）を環構成原子とする各種の芳香環が含包される。このような複素芳香環の具体例としては、ピロール環、フラン環、ベンゾフラン環、チオナフテン環、チオフェン環、インドール環、オキサゾール環、カルバゾール環、ピラン環、キノリン環、イソキノリン環、ピコリン環、チアゾール環、ピラゾール環、ピリジン環、トルイジン環、アクリジン環、ピリダジン環、ピリミジン環、ピラジン環、フタラジン環及びキノキサリン環等を挙げることができる。
【００２１】
本発明の触媒組成物は、ガソリン、灯油、軽油、重質油等の炭化水素、特に水素化処理軽油、脱硫軽油、直留軽油、接触分解油等に含まれる芳香族炭化水素の水素化や硫黄化合物の脱硫に好適であるが、前記芳香環や複素芳香環を含む芳香族化合物及び／又は複素芳香族化合物のその芳香環の水素化触媒として有利に用いることができる。勿論、それらの芳香環の水素化に限定されるものではなく、不飽和結合を有する炭素環や複素環における不飽和結合の水素化、オレフィンの水素化、カルボニル基やニトリル基の水素化等の各種の水素化に対する触媒としても適用することができる。
【００２２】
本発明の触媒組成物は、芳香族成分及び硫黄化合物を含む炭化水素油、特に軽油の水素化処理用触媒として好適のものである。本発明の触媒組成物を用いた炭化水素の水素化処理は、所定の温度、所定の水素圧力下で炭化水素と本発明の触媒組成物と接触させることにより行うことができる。具体的には、炭化水素の種類に応じて下記の条件で水素化処理を行うことが好ましい。
軽油の場合、温度は好ましくは２５０〜３７０℃、より好ましくは２７０〜３５０℃で、水素圧力が好ましくは３５〜９０ｋｇ／ｃｍ2（３．４〜８．８ＭＰａ）、より好ましくは４０〜７０ｋｇ／ｃｍ2（３．９〜６．９ＭＰａ）である。ガソリン及び灯油の場合、温度が好ましくは２４０〜３６０℃、より好ましくは２６０〜３４０℃で、水素圧力が好ましくは３０〜８０ｋｇ／ｃｍ2（２．９〜７．８ＭＰａ）、より好ましくは３５〜７０ｋｇ／ｃｍ2（３．４〜６．９ＭＰａ）である。
重質油の場合、温度が好ましくは３３０〜４５０℃、より好ましくは３５０〜４２０℃で、水素化圧力が好ましくは１００〜２００ｋｇ／ｃｍ2（９．８〜１９．６ＭＰａ）、より好ましくは１２０〜１９０ｋｇ／ｃｍ2（１１．８〜１８．６ＭＰａ）である。
本発明の触媒組成物による水素化処理により、炭化水素中の芳香族成分が水素化し、炭化水素中の芳香族分（含有量）が低減する。また一緒に硫黄化合物の脱硫反応も促進されるため、炭化水素中の硫黄分（含有量）も併せて低減させることができる。
【００２３】
【実施例】
次に本発明を実施例によりさらに具体的に説明する。
【００２４】
[実施例１]
（触媒組成物の調製）
イットリウム担持用ゼオライトとして、超安定化Ｙ型ゼオライト（東ソー(株)製、ＨＳＺ−３６０ＨＵＡ、ＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3(モル比＝１３．９)、Ｈ型ゼオライト）（以下、「ゼオライトＡ」という）を用いた。このゼオライトＡにイットリウムを含浸法により担持させた。即ち、酢酸イットリウム塩０．９７５ｇを１２．５ｍｌの純水に溶解させて含浸液を作り、この溶液を真空排気されたゼオライトＡ１１ｇに吸引させた後、室温で一晩放置後、１１０℃で一晩乾燥させた。
このようにして、２．５質量％のイットリウムを含浸担持したイットリウム担持ゼオライトＡ（Ｙ−ゼオライトＡという）を得た。
【００２５】
次に、このＹ−ゼオライトＡに対し、パラジウム（Ｐｄ）と白金（Ｐｔ）とを含浸法により担持させた。
即ち、［Ｐｄ（ＮＨ3）4］Ｃｌ2 ０．２０２ｇと［Ｐｔ（ＮＨ3）4］Ｃｌ2 ０．０６９ｇとを１１．４ｍｌの純水に溶解させて含浸溶液を作り、この溶液を、真空排気された前記Ｙ−ゼオライトＡ １０．６２９ｇに吸引させた後、真空中において温度６０℃で６時間乾燥させた。その後、一旦ディスク状に成形した後、粉砕し、２２／４８メッシュに揃え、触媒を得た。得られた触媒試料（Ｙの含有量：２．４７質量％、Ｐｄ含有量：０．８２質量％、Ｐｔ含有量：０．３８質量％、原子比（Ｐｄ／Ｐｔ）：４）をデシケーター中で保存した。触媒試料は活性評価を行う直前に酸素気流中（２Ｌ/分・ｇ）、３００℃で３時間（昇温速度；０．５℃ /分）焼成した。試料の還元は活性評価の前処理としてｉｎ−ｓｉｔｕで行った。
【００２６】
[比較例１]
（触媒組成物の調製）
特開平１１−５７４８２号公報に開示された方法に従い、Ｐｄ−Ｐｔ／Ｃｅ-ゼオライト触媒を調製した。
即ち、実施例１で使用した超安定化Ｙ型ゼオライト（東ソー(株)製、ＨＳＺ−３６０ＨＵＡ、ＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3（モル比＝１３．９）、Ｈ型ゼオライト）（ゼオライトＡ）にセリウム（Ｃｅ）をイオン交換法により担持させた。即ち、約１０ｇのゼオライトＡを、酢酸セリウム塩の０．１ｍｏｌ/ Ｌの濃度の水溶液２Ｌ中に浸漬し、室温で２４時間攪拌した後、濾過し、純水で洗浄し、次いで１１０℃で一晩乾燥した。このようにして、金属イオンとして、Ｃｅを担持したゼオライトＡ（Ｃｅ−ゼオライトＡ、Ｃｅ含有量：１．８質量％）を得た。
【００２７】
次に、このＣｅ−ゼオライトＡに対し、ＰｄとＰｔを含浸法により担持させた。
即ち、［Ｐｄ（ＮＨ3）4］Ｃｌ2 ０．１３０ｇと［Ｐｔ（ＮＨ3）4］Ｃｌ2 ０．０４８ｇを純水に溶解させて１０ｍｌの溶液を作り、この溶液を、前記Ｃｅ−ゼオライトＡ ４．９５ｇに７．３６ｃｍ3滴下した後、真空中において温度６０℃で６時間乾燥させた。その後、一旦ディスク状に成形した後、粉砕し、２２／４８メッシュに揃え、触媒を得た。得られた触媒試料（Ｐｄ含有量：０．８２質量％、Ｐｔ含有量：０．３８質量％）を塩化アンモニウム水溶液で飽和させたデシケーター中で保存した。触媒試料は活性評価を行う直前に酸素気流中（２Ｌ/分・ｇ）、３００℃で３時間（昇温速度；０．５℃ ／分）焼成した。試料の還元は活性評価の前処理としてｉｎ−ｓｉｔｕで行った。
【００２８】
[実施例２]
（水素化処理）
実施例１及び比較例１で得た各触媒組成物で軽油を水素化処理してその水素化活性を評価した。水素化処理は、モデル軽油として下記組成の混合物を、触媒組成物を充填した高圧固定床流通式反応装置に用いてアップフローモードで行った。
【００２９】
【表１】
【００３０】
（高圧固定床流通式反応装置）
反応管には内径１／６インチ、長さ０．６ｍのＳＵＳ３１６製チューブを用い、触媒層の温度を均一に保つために、反応管を真ちゅう製の円筒（０．４ｍ）で覆った上で電気炉により加熱した。触媒層には熱電対挿入用の鞘（外径１／８インチ、ＳＵＳ３１６製）が接しており、その中に挿入した熱電対により触媒層の温度を実測した。また触媒層の上流部分にＳＵＳ３０４製小球（外径２ｍｍ）を充填し、予備加熱部分とした。水素流量はマスフローコントローラーで制御した。原料の供給にはマイクロポンプを用い、供給速度は原料容器を載せた電子天秤の重量減少速度とした。標準的な反応条件は、水素圧：５０ｋｇ／ｃｍ2(４．９ＭＰａ)、反応温度：２８０℃、原料供給速度：４ｇ/ｈ、水素流量：２．４６Ｌ/ｈ、触媒量: ０．２５ｇ、空間速度（ＷＨＳＶ）：１６/ｈである。原料に対する水素の体積比は５００とした。焼成後の試料を反応管に充填し、水素気流中（常圧、１００ｍｌ/分）３００℃で３時間（昇温速度；０．５℃／分）還元処理を行った。その後、触媒層の温度を２８０℃まで下げ、所定の水素圧まで加圧した後、原料を予備加熱部分へ導入した。生成物は減圧弁により高圧から常圧に下げ、気液分離器によりガスと液体生成物とに分離した。液体生成物は定期的に採取し、ＦＩＤおよびキャピラリーカラム（Hewlett-Packard Ultra 1（内径；０．３２ｍｍ、長さ；５０ｍ））を備えたガスクロマトグラフ（Hewlett-Packard、ＨＰ６８９０）で分析した。その結果を表２に示す。
【００３１】
【表２】
【００３２】
表２に示した結果から明らかなように、本発明の触媒組成物（実施例１）は、従来の触媒組成物（比較例１）に比べて芳香環に対して高い水素化活性を有する。
【００３３】
[実施例３]
（軽油の水素化処理）
実施例１及び比較例１で得た各触媒組成物で軽油を水素化処理してその水素化活性を評価した。水素化処理は、下記表３の性状の深度脱硫軽油を高圧固定床流通式反応装置を用いて行った。
【００３４】
【表３】
【００３５】
（高圧固定床流通式反応装置 ）
反応管には内径３／８インチ、長さ０．６ｍのＳＵＳ３１６製チューブを用い、触媒層の温度を均一に保つために、反応管を真ちゅう製の円筒（０．４ｍ）で覆った上で電気炉により加熱した。触媒層には熱電対挿入用の鞘（外径１／８インチ、ＳＵＳ３１６製）が接しており、その中に挿入した熱電対により触媒層の温度を実測した。また触媒層の上流部分にＳＵＳ３０４製小球（外径２ｍｍ）を充填し、予備加熱部分とした。水素流量はマスフローコントローラーで制御した。原料の供給にはマイクロポンプを用い、供給速度は原料容器を載せた電子天秤の重量減少速度とした。標準的な反応条件は、水素圧：４０ｋｇ／ｃｍ2（３．９ＭＰａ）、反応温度：２９０℃、原料供給速度：４ｇ/ｈ、水素流量：２．４６ Ｌ/ｈ、触媒量：１．０ｇ、空間速度（ＷＨＳＶ）：４/ｈである。原料に対する水素の体積比は５００とした。焼成後の試料を反応管に充填し、水素気流中（常圧、１００ｍｌ/分）３００℃で３時間（昇温速度；０．５℃ /分）還元処理を行った。その後、触媒層の温度を２９０℃まで下げ、所定の水素圧まで加圧した後、原料を予備加熱部分へ導入した。生成物は減圧弁により高圧から常圧に下げ、気液分離器によりガスと液体生成物とに分離した。液体生成物は定期的に採取し、ＦＩＤ検出器を備えた超臨界ガスクロマトグラフ（Ｄｉｏｎｅｘ、６００ＳＦＣ）で分析した。また、硫黄の分析には電量滴定法による硫黄分析装置（三菱化成、ＴＳ−０２）を用いた。その結果を表４に示す。
【００３６】
【表４】
【００３７】
表４に示した結果から明らかなように、本発明の触媒組成物（実施例１）は、従来の触媒組成物の中で最高の活性を示す触媒組成物（Ｐｄ−Ｐｔ／Ｃｅ−ゼオライトＡ；比較例１）に比べて、深度脱硫軽油中の芳香族分及び硫黄分の低減に高活性を示す。
【００３８】
[実施例４]
（触媒組成物の調製）
実施例１において、イットリウム担持ゼオライトＡ（Ｙ−ゼオライトＡ）の代わりにＹ−ゼオライトＡとアルミナの混合担体を用いたこと以外は同様にして触媒組成物を調製した。
Ｙ−ゼオライトＡは、実施例１と全く同様の方法で調製した。またＹ−ゼオライトＡとアルミナの混合担体は、下記の方法で調製した。
アルミナの先駆体である擬ベーマイトは公知の方法で調製した。即ち、硫酸ナトリウム水溶液をアルミン酸ナトリウム水溶液で中和して、沈殿として得られるアルミナ水和物を洗浄後、熟成、乾燥して擬ベーマイトを得た。この擬ベーマイトを前記Ｙ−ゼオライトＡと所定の比率（Ｙ−ゼオライトＡ：６０質量％、擬ベーマイト：４０質量％）で混合し、押出し成型後（１/１６インチ）、乾燥、焼成してＵＳＹ−Ａｌ2Ｏ3混合担体を得た。
【００３９】
[実施例５]
（軽油の水素化処理）
実施例４で得た触媒組成物は実反応器充填を想定したものである。従って触媒の性能評価はモデル軽油では行わず、深度脱硫軽油を用いて行った。即ち実施例３に記載の深度脱硫軽油を用いて実施例３と同様の方法で触媒の評価を行った。ただし、水素化処理における反応温度は３１０℃で行った。その結果を表５に示す。比較のために実施例１の触媒組成物で行った結果も併記する。
【００４０】
【表５】
【００４１】
表５から、実施例４で得た触媒組成物（成型体）の方が反応温度が２０℃高いにもかかわらず活性は少し低い。これは、実施例４の触媒組成物は混合担体中のゼオライトの割合が５０％であること（アルミナ部は活性がない）、また成型体であることにより触媒内部の細孔内拡散抵抗が増える等の理由によるためである。従って、実施例１のＹ−ゼオライトＡ担体のみの場合に比べて少し高い温度が必要となっている。しかし、Ｙ−ゼオライトＡ−Ａｌ2Ｏ3混合担体を用いた場合も高い耐硫黄被毒性、耐窒素被毒性を有する。
【００４２】
【発明の効果】
本発明の触媒組成物は、炭化水素中の芳香環及び複素芳香環の水素化に対する高い水素化活性を有し、硫黄や窒素化合物が共存する各種の芳香族化合物及び／又は複素芳香族化合物に対する水素化用触媒として用いることができる。本発明の触媒組成物は、特に軽油中の芳香族分並びに硫黄分を同時に低減させるための水素化処理用触媒として有利に用いることができる。勿論、本発明の水素化用触媒は、従来の水素化用触媒と同様に種々の材料に対する水素化用触媒としても用いることができる。
【発明の属する技術分野】
本発明は、炭化水素の水素化触媒組成物及び該触媒組成物を用いて炭化水素を水素化する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ディ−ゼル排ガス中の粒子状物質（ＰＭ）やＮＯｘ等が、都市部や道路沿道域の大気環境に及ぼす影響は益々深刻になっている。ディ−ゼル車から排出される粒子状物質の低減に向けてフィルターや燃焼触媒技術の開発が行われている。しかしこの燃焼触媒には貴金属が用いられており、貴金属触媒の被毒物質である燃料中の硫黄分をさらに低減（５０ｐｐｍ以下）することが求められている。一方、軽油中の多環芳香族は、粒子状物質生成の要因物質と言われており、燃焼触媒等を経て流出する可能性も指摘されている。排ガス中のＰＭを減らすためには燃料中の芳香族分も併せて低減することが有効と考えられる。このため、軽油中の硫黄分と芳香族分とを併せて低減する触媒の開発が重要な課題となってきている。
【０００３】
我が国の軽油は現在、硫黄分（硫黄含有量）、９０％蒸留温度、セタン指数等で規定されており、この規格をクリアする軽油は主にニッケル、モリブデン、コバルトからなる硫化物触媒を用いて、比較的高温・高圧の条件下で一段法で製造されている。しかし、この方法で硫黄分が５０ｐｐｍ以下の軽油を製造しようとする場合、触媒の活性劣化が著しく、その寿命は極めて短くなることが指摘されており、現行触媒では現在のような長期運転は不可能である（日本エネルギー学会誌Ｖｏｌ．７８ （１９９９）ｐ．３７６−３８１）。しかも、硫黄分５０ｐｐｍ以下の基準を達成するためには反応条件が高温となるため、熱力学的な制約を受け、逆に芳香族分が増えるおそれがある。したがって現行の硫化物触媒を用いて一段で硫黄分を５０ｐｐｍ以下に抑える技術は芳香族規制がかかるとまったく対応できなくなる。このため、硫黄分を５０ｐｐｍ以下に低減し、しかも芳香族分も同時に低減できる新規高性能触媒の開発が強く望まれている。
【０００４】
貴金属系触媒はマイルドな条件下でも高い核水素化活性を示すため、芳香族分の低減化に適しているが、硫黄化合物により被毒されやすいことが知られている。このような欠点に対しては、固体酸性を有する超安定化Ｙ型ゼオライト担体に白金やパラジウム（Ｐｄ）、またはパラジウム（Ｐｄ）−白金（Ｐｔ）の合金種を担持した触媒を使用することにより、一部改善できることが（社）石油学会主催の第２６回石油・石油化学討論会予稿集（１９９６）に報告されている。
【０００５】
特開平１１−５７４８２号公報には、硫黄含有の芳香族炭化水素油を水素化処理する場合、セリウム、ランタン、マグネシウム、カルシウム及びストロンチウムを修飾したゼオライト担体にＰｄ−Ｐｔ貴金属種を担持した触媒が開示されており、これによると耐硫黄被毒性が更に向上するとされている。
【０００６】
上記のような従来の貴金属成分を活性成分とするゼオライト系触媒においては、貴金属成分から固体酸性を有するゼオライトに電子が移動し、貴金属成分が電子不足状態になることにより耐硫黄被毒性が発現するとされている。このため、芳香族炭化水素油中に塩基性の窒素化合物が含まれる場合、あるいは中性窒素化合物でも水素化反応後に塩基性が増す場合、また水素化脱窒素反応で生じたアンモニアガスが存在する場合などにおいては、貴金属種の耐硫黄被毒性が低下するという問題がある。それに加え、触媒の長期構造安定性にも若干問題があることが指摘されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、高い芳香族低減活性を有すると共に高い脱硫機能をも有し、さらに硫黄化合物や窒素化合物に対して高い耐性を有する長寿命の炭化水素の水素化触媒組成物及び該触媒組成物を用いた水素化方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、イットリウムと周期律表第８族の特定の金属成分とを特定の担体に担持させた触媒組成物が高い水素化活性と脱硫活性とを具備すると共に優れた耐硫黄被毒性や耐窒素被毒性を有することを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
本発明は、イットリウムとパラジウム及び白金から選ばれた少なくとも一種の貴金属とが結晶性アルミノシリケートゼオライト及び／又は多孔性無機酸化物からなる担体に担持されていることを特徴とする芳香族成分及び硫黄化合物を含む炭化水素油の水素化触媒組成物にある。
【００１０】
また本発明は、前記水素化触媒組成物の存在下で芳香族化合物及び／又は複素芳香族化合物を水素化することを特徴とする炭化水素の水素化方法にもある。
【００１１】
更に本発明は、前記水素化触媒組成物の存在下で軽油を水素化し、軽油中の芳香族炭化水素分と硫黄分とを併せて低減させることを特徴とする炭化水素の水素化方法にもある。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の触媒組成物は、イットリウム（Ｙ）と周期律表第８族から選ばれた少なくとも一種の貴金属とを含有する。周期律表第８族の貴金属としては、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム、白金などを例示することができる。本発明の触媒組成物は、上記貴金属としてパラジウム（Ｐｄ）及び／又は白金（Ｐｔ）を含有していることが好ましく、パラジウムと白金の両方を含有していることが更に好ましい。パラジウムと白金の両方を含有する場合、ＰｄとＰｔの原子比（Ｐｄ／Ｐｔ）は９〜１であることが好ましく、更に好ましくは６〜１である。またＰｄとＰｔの合計原子に対するＹの原子比（Ｙ／Ｐｄ＋Ｐｔ）は、好ましくは２０〜０．２、より好ましくは１０〜１である。
【００１３】
触媒組成物中のイットリウムの含有量は、該金属として触媒組成物質量基準で０．３〜７０質量％であり、好ましくは０．５〜５０質量％、より好ましくは１〜２５質量％、最も好ましくは１．５〜７．５質量％である。イットリウムの含有量が０．３質量％未満では添加効果があまり見られず、触媒の寿命が短くなるなどの問題が生じやすくなる。一方、７０質量％を超えると活性が低下しやすくなる。
また触媒組成物中の周期律表第８族貴金属の含有量は、これらの金属として触媒組成物質量基準で０．２〜１５質量％であり、好ましくは０．３〜１０質量％、より好ましくは０．５〜６質量％である。上記貴金属の含有量が０．２質量％未満では充分な水素化能が得られにくくなり、一方、１５質量％を超えると触媒製造のコストが高くなりやすくなる。
本発明の触媒組成物は、粉末状、ペレット状、板体状、粒状、筒体状等の各種の形態で用いることができる。使用する触媒床の方式に応じて最適の形態を適宜選ぶことができる。なお、本発明の触媒組成物においては、その水素化処理に際してＰｄ及び／又はＰｔの形態は、これらの金属とこれらの金属硫化物が共存した形態であることが好ましい。金属硫化物として、Ｐｄについては例えば、Ｐｄ4Ｓ、ＰｄＳ、及びＰｄＳ2を挙げることができる。またＰｔについては、例えば、ＰｔＳ及びＰｔＳ2を挙げることができる。
【００１４】
本発明の触媒組成物は、実用上はイットリウム及び周期律表第８族貴金属を担体に担持させた形態で用いることが好ましい。
担体としては、従来から触媒用の担体として公知の材料を用いることができる。本発明に用いる担体としては、例えば、結晶性アルミノシリケートゼオライト及び多孔性無機酸化物を挙げることができる。結晶性アルミノシリケート（ＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3）ゼオライトとしては、例えば、Ｘ型ゼオライト、Ｙ型ゼオライト、Ｌ型ゼオライト、ベータ型ゼオライト、モルデナイト、及びＺＳＭゼオライト等を挙げることができ。これらの中では、ＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3のモル比が、好ましくは５〜１０００、より好ましくは１０〜４０である超安定化Ｙ型ゼオライトが特に好適である。このタイプの担体は、固体酸であると同時にメソ孔（２〜５０ｎｍ）を有するためである。
多孔性無機酸化物としては、例えば、アルミナ、チタニア、シリカ、ジルコニア、シリカ−アルミナ、チタニア−アルミナ、ジルコニア−アルミナ、シリカ−チタニア等を挙げることができる。これらの中では、アルミナが特に好ましい。
【００１５】
上記担体は、ぞれぞれ単独で用いることもできるが、結晶性アルミノシリケートゼオライトと多孔性無機酸化物との混合担体として用いることもできる。この場合の混合担体は、結晶性アルミノシリケートゼオライト/多孔性無機酸化物の質量比が、好ましくは１０/９０〜９０/１０、より好ましくは２０/８０〜８０/２０の範囲にある担体であることが好ましい。本発明で用いる混合担体は、具体的には、超安定化Ｙ型ゼオライトとアルミナとの混合担体であることが好ましい。
上記担体に担持させた形態の本発明の触媒組成物は、イットリウムと周期律表第８族貴金属を公知のイオン交換法や含浸法を利用して上記担体に担持させることにより製造することができる。
担体に担持させた形態にある本発明の触媒組成物においても前記の各種の形態で用いることができる。即ち、粉末状、ペレット状、板体状、粒状、筒体状等の各種の形態で用いることができる。また使用する触媒床の方式に応じて最適の形態を適宜選ぶことができる。
【００１６】
担体に担持させた形態の触媒組成物においては、イットリウム（Ｙ）の含有量は、前記の通りであるが、周期律表第８族貴金属の含有量は下記の通りであることが好ましい。即ち、イットリウム（Ｙ）とパラジウム（Ｐｄ）を担体に担持させる場合、触媒組成物中のＰｄの含有量は、該金属として触媒組成物質量基準で好ましくは０．３〜１０質量％であり、より好ましくは０．７〜４質量％である。またイットリウム（Ｙ）と白金（Ｐｔ）を担体に担持させる場合、触媒組成物中のＰｔの含有量は、該金属として触媒組成物質量基準で好ましくは０．３〜１０質量％、より好ましくは０．５〜６質量％である。
【００１７】
イットリウム（Ｙ）と、パラジウム（Ｐｄ）及び白金（Ｐｔ）の両方とを担体に担持させる場合、触媒組成物中のＰｄ及びＰｔの合計含有量は、これらの金属として触媒組成物質量基準で好ましくは０．３〜１０質量％であり、より好ましくは０．５〜６質量％である。
【００１８】
特に超安定化Ｙ型ゼオライト担体及び超安定化Ｙ型ゼオライトとアルミナの混合担体上に、イットリウム（Ｙ）と、パラジウム（Ｐｄ）及び白金（Ｐｔ）の両方とを担持させた形態の触媒組成物の場合のそれぞれの含有量は、下記の通りであることが好ましい。即ち、イットリウム（Ｙ）の含有量は、該金属として触媒組成物質量基準で好ましくは１〜２０質量％、より好ましくは１．５〜７．５質量％である。パラジウム（Ｐｄ）の含有量は、該金属として触媒組成物質量基準で好ましくは０．３〜７質量％であり、より好ましくは０．７〜３質量％である。白金（Ｐｔ）の含有量は、該金属として触媒組成物質量基準で好ましくは０．２〜３．５質量％であり、より好ましくは０．３〜１．５質量％である。
【００１９】
従来の触媒としては、例えば、Ｐｄ−Ｐｔ担持ゼオライト触媒、及びセリウム（Ｃｅ）、ランタン、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウムで修飾したゼオライト担体にＰｄ−Ｐｔを担持した触媒などが知られているが、本発明の触媒組成物は、特にこれらの触媒のうち最高の活性を示すＰｄ−Ｐｔ担持Ｃｅ−ゼオライト触媒に比べて更に高い脱硫活性と水素化活性を有する。従って本発明の触媒組成物で芳香族化合物の芳香環や複素芳香族化合物の複素芳香環は効率良く水素化され、芳香環や複素芳香環は脂肪族環に変換する、更に場合によっては水素化開裂する。更に本発明の触媒組成物は、上記高い脱硫活性、水素化活性と同時に耐硫黄被毒性と耐窒素被毒性とを併せ持つ特徴を有している。なお、耐窒素被毒性とは、窒素芳香族化合物の吸着、水素化された窒素芳香族化合物の吸着及び脱窒素反応により生じたアンモニア吸着等による被毒に対する耐久性を意味する。
【００２０】
芳香族化合物の芳香環には、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、フェナントレン環等が含包される。また複素芳香族化合物の複素芳香環には、窒素原子、酸素原子、硫黄原子等の複素原子（ヘテロ原子）を環構成原子とする各種の芳香環が含包される。このような複素芳香環の具体例としては、ピロール環、フラン環、ベンゾフラン環、チオナフテン環、チオフェン環、インドール環、オキサゾール環、カルバゾール環、ピラン環、キノリン環、イソキノリン環、ピコリン環、チアゾール環、ピラゾール環、ピリジン環、トルイジン環、アクリジン環、ピリダジン環、ピリミジン環、ピラジン環、フタラジン環及びキノキサリン環等を挙げることができる。
【００２１】
本発明の触媒組成物は、ガソリン、灯油、軽油、重質油等の炭化水素、特に水素化処理軽油、脱硫軽油、直留軽油、接触分解油等に含まれる芳香族炭化水素の水素化や硫黄化合物の脱硫に好適であるが、前記芳香環や複素芳香環を含む芳香族化合物及び／又は複素芳香族化合物のその芳香環の水素化触媒として有利に用いることができる。勿論、それらの芳香環の水素化に限定されるものではなく、不飽和結合を有する炭素環や複素環における不飽和結合の水素化、オレフィンの水素化、カルボニル基やニトリル基の水素化等の各種の水素化に対する触媒としても適用することができる。
【００２２】
本発明の触媒組成物は、芳香族成分及び硫黄化合物を含む炭化水素油、特に軽油の水素化処理用触媒として好適のものである。本発明の触媒組成物を用いた炭化水素の水素化処理は、所定の温度、所定の水素圧力下で炭化水素と本発明の触媒組成物と接触させることにより行うことができる。具体的には、炭化水素の種類に応じて下記の条件で水素化処理を行うことが好ましい。
軽油の場合、温度は好ましくは２５０〜３７０℃、より好ましくは２７０〜３５０℃で、水素圧力が好ましくは３５〜９０ｋｇ／ｃｍ2（３．４〜８．８ＭＰａ）、より好ましくは４０〜７０ｋｇ／ｃｍ2（３．９〜６．９ＭＰａ）である。ガソリン及び灯油の場合、温度が好ましくは２４０〜３６０℃、より好ましくは２６０〜３４０℃で、水素圧力が好ましくは３０〜８０ｋｇ／ｃｍ2（２．９〜７．８ＭＰａ）、より好ましくは３５〜７０ｋｇ／ｃｍ2（３．４〜６．９ＭＰａ）である。
重質油の場合、温度が好ましくは３３０〜４５０℃、より好ましくは３５０〜４２０℃で、水素化圧力が好ましくは１００〜２００ｋｇ／ｃｍ2（９．８〜１９．６ＭＰａ）、より好ましくは１２０〜１９０ｋｇ／ｃｍ2（１１．８〜１８．６ＭＰａ）である。
本発明の触媒組成物による水素化処理により、炭化水素中の芳香族成分が水素化し、炭化水素中の芳香族分（含有量）が低減する。また一緒に硫黄化合物の脱硫反応も促進されるため、炭化水素中の硫黄分（含有量）も併せて低減させることができる。
【００２３】
【実施例】
次に本発明を実施例によりさらに具体的に説明する。
【００２４】
[実施例１]
（触媒組成物の調製）
イットリウム担持用ゼオライトとして、超安定化Ｙ型ゼオライト（東ソー(株)製、ＨＳＺ−３６０ＨＵＡ、ＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3(モル比＝１３．９)、Ｈ型ゼオライト）（以下、「ゼオライトＡ」という）を用いた。このゼオライトＡにイットリウムを含浸法により担持させた。即ち、酢酸イットリウム塩０．９７５ｇを１２．５ｍｌの純水に溶解させて含浸液を作り、この溶液を真空排気されたゼオライトＡ１１ｇに吸引させた後、室温で一晩放置後、１１０℃で一晩乾燥させた。
このようにして、２．５質量％のイットリウムを含浸担持したイットリウム担持ゼオライトＡ（Ｙ−ゼオライトＡという）を得た。
【００２５】
次に、このＹ−ゼオライトＡに対し、パラジウム（Ｐｄ）と白金（Ｐｔ）とを含浸法により担持させた。
即ち、［Ｐｄ（ＮＨ3）4］Ｃｌ2 ０．２０２ｇと［Ｐｔ（ＮＨ3）4］Ｃｌ2 ０．０６９ｇとを１１．４ｍｌの純水に溶解させて含浸溶液を作り、この溶液を、真空排気された前記Ｙ−ゼオライトＡ １０．６２９ｇに吸引させた後、真空中において温度６０℃で６時間乾燥させた。その後、一旦ディスク状に成形した後、粉砕し、２２／４８メッシュに揃え、触媒を得た。得られた触媒試料（Ｙの含有量：２．４７質量％、Ｐｄ含有量：０．８２質量％、Ｐｔ含有量：０．３８質量％、原子比（Ｐｄ／Ｐｔ）：４）をデシケーター中で保存した。触媒試料は活性評価を行う直前に酸素気流中（２Ｌ/分・ｇ）、３００℃で３時間（昇温速度；０．５℃ /分）焼成した。試料の還元は活性評価の前処理としてｉｎ−ｓｉｔｕで行った。
【００２６】
[比較例１]
（触媒組成物の調製）
特開平１１−５７４８２号公報に開示された方法に従い、Ｐｄ−Ｐｔ／Ｃｅ-ゼオライト触媒を調製した。
即ち、実施例１で使用した超安定化Ｙ型ゼオライト（東ソー(株)製、ＨＳＺ−３６０ＨＵＡ、ＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3（モル比＝１３．９）、Ｈ型ゼオライト）（ゼオライトＡ）にセリウム（Ｃｅ）をイオン交換法により担持させた。即ち、約１０ｇのゼオライトＡを、酢酸セリウム塩の０．１ｍｏｌ/ Ｌの濃度の水溶液２Ｌ中に浸漬し、室温で２４時間攪拌した後、濾過し、純水で洗浄し、次いで１１０℃で一晩乾燥した。このようにして、金属イオンとして、Ｃｅを担持したゼオライトＡ（Ｃｅ−ゼオライトＡ、Ｃｅ含有量：１．８質量％）を得た。
【００２７】
次に、このＣｅ−ゼオライトＡに対し、ＰｄとＰｔを含浸法により担持させた。
即ち、［Ｐｄ（ＮＨ3）4］Ｃｌ2 ０．１３０ｇと［Ｐｔ（ＮＨ3）4］Ｃｌ2 ０．０４８ｇを純水に溶解させて１０ｍｌの溶液を作り、この溶液を、前記Ｃｅ−ゼオライトＡ ４．９５ｇに７．３６ｃｍ3滴下した後、真空中において温度６０℃で６時間乾燥させた。その後、一旦ディスク状に成形した後、粉砕し、２２／４８メッシュに揃え、触媒を得た。得られた触媒試料（Ｐｄ含有量：０．８２質量％、Ｐｔ含有量：０．３８質量％）を塩化アンモニウム水溶液で飽和させたデシケーター中で保存した。触媒試料は活性評価を行う直前に酸素気流中（２Ｌ/分・ｇ）、３００℃で３時間（昇温速度；０．５℃ ／分）焼成した。試料の還元は活性評価の前処理としてｉｎ−ｓｉｔｕで行った。
【００２８】
[実施例２]
（水素化処理）
実施例１及び比較例１で得た各触媒組成物で軽油を水素化処理してその水素化活性を評価した。水素化処理は、モデル軽油として下記組成の混合物を、触媒組成物を充填した高圧固定床流通式反応装置に用いてアップフローモードで行った。
【００２９】
【表１】
（高圧固定床流通式反応装置）
反応管には内径１／６インチ、長さ０．６ｍのＳＵＳ３１６製チューブを用い、触媒層の温度を均一に保つために、反応管を真ちゅう製の円筒（０．４ｍ）で覆った上で電気炉により加熱した。触媒層には熱電対挿入用の鞘（外径１／８インチ、ＳＵＳ３１６製）が接しており、その中に挿入した熱電対により触媒層の温度を実測した。また触媒層の上流部分にＳＵＳ３０４製小球（外径２ｍｍ）を充填し、予備加熱部分とした。水素流量はマスフローコントローラーで制御した。原料の供給にはマイクロポンプを用い、供給速度は原料容器を載せた電子天秤の重量減少速度とした。標準的な反応条件は、水素圧：５０ｋｇ／ｃｍ2(４．９ＭＰａ)、反応温度：２８０℃、原料供給速度：４ｇ/ｈ、水素流量：２．４６Ｌ/ｈ、触媒量: ０．２５ｇ、空間速度（ＷＨＳＶ）：１６/ｈである。原料に対する水素の体積比は５００とした。焼成後の試料を反応管に充填し、水素気流中（常圧、１００ｍｌ/分）３００℃で３時間（昇温速度；０．５℃／分）還元処理を行った。その後、触媒層の温度を２８０℃まで下げ、所定の水素圧まで加圧した後、原料を予備加熱部分へ導入した。生成物は減圧弁により高圧から常圧に下げ、気液分離器によりガスと液体生成物とに分離した。液体生成物は定期的に採取し、ＦＩＤおよびキャピラリーカラム（Hewlett-Packard Ultra 1（内径；０．３２ｍｍ、長さ；５０ｍ））を備えたガスクロマトグラフ（Hewlett-Packard、ＨＰ６８９０）で分析した。その結果を表２に示す。
【００３１】
【表２】
表２に示した結果から明らかなように、本発明の触媒組成物（実施例１）は、従来の触媒組成物（比較例１）に比べて芳香環に対して高い水素化活性を有する。
【００３３】
[実施例３]
（軽油の水素化処理）
実施例１及び比較例１で得た各触媒組成物で軽油を水素化処理してその水素化活性を評価した。水素化処理は、下記表３の性状の深度脱硫軽油を高圧固定床流通式反応装置を用いて行った。
【００３４】
【表３】
（高圧固定床流通式反応装置 ）
反応管には内径３／８インチ、長さ０．６ｍのＳＵＳ３１６製チューブを用い、触媒層の温度を均一に保つために、反応管を真ちゅう製の円筒（０．４ｍ）で覆った上で電気炉により加熱した。触媒層には熱電対挿入用の鞘（外径１／８インチ、ＳＵＳ３１６製）が接しており、その中に挿入した熱電対により触媒層の温度を実測した。また触媒層の上流部分にＳＵＳ３０４製小球（外径２ｍｍ）を充填し、予備加熱部分とした。水素流量はマスフローコントローラーで制御した。原料の供給にはマイクロポンプを用い、供給速度は原料容器を載せた電子天秤の重量減少速度とした。標準的な反応条件は、水素圧：４０ｋｇ／ｃｍ2（３．９ＭＰａ）、反応温度：２９０℃、原料供給速度：４ｇ/ｈ、水素流量：２．４６ Ｌ/ｈ、触媒量：１．０ｇ、空間速度（ＷＨＳＶ）：４/ｈである。原料に対する水素の体積比は５００とした。焼成後の試料を反応管に充填し、水素気流中（常圧、１００ｍｌ/分）３００℃で３時間（昇温速度；０．５℃ /分）還元処理を行った。その後、触媒層の温度を２９０℃まで下げ、所定の水素圧まで加圧した後、原料を予備加熱部分へ導入した。生成物は減圧弁により高圧から常圧に下げ、気液分離器によりガスと液体生成物とに分離した。液体生成物は定期的に採取し、ＦＩＤ検出器を備えた超臨界ガスクロマトグラフ（Ｄｉｏｎｅｘ、６００ＳＦＣ）で分析した。また、硫黄の分析には電量滴定法による硫黄分析装置（三菱化成、ＴＳ−０２）を用いた。その結果を表４に示す。
【００３６】
【表４】
表４に示した結果から明らかなように、本発明の触媒組成物（実施例１）は、従来の触媒組成物の中で最高の活性を示す触媒組成物（Ｐｄ−Ｐｔ／Ｃｅ−ゼオライトＡ；比較例１）に比べて、深度脱硫軽油中の芳香族分及び硫黄分の低減に高活性を示す。
【００３８】
[実施例４]
（触媒組成物の調製）
実施例１において、イットリウム担持ゼオライトＡ（Ｙ−ゼオライトＡ）の代わりにＹ−ゼオライトＡとアルミナの混合担体を用いたこと以外は同様にして触媒組成物を調製した。
Ｙ−ゼオライトＡは、実施例１と全く同様の方法で調製した。またＹ−ゼオライトＡとアルミナの混合担体は、下記の方法で調製した。
アルミナの先駆体である擬ベーマイトは公知の方法で調製した。即ち、硫酸ナトリウム水溶液をアルミン酸ナトリウム水溶液で中和して、沈殿として得られるアルミナ水和物を洗浄後、熟成、乾燥して擬ベーマイトを得た。この擬ベーマイトを前記Ｙ−ゼオライトＡと所定の比率（Ｙ−ゼオライトＡ：６０質量％、擬ベーマイト：４０質量％）で混合し、押出し成型後（１/１６インチ）、乾燥、焼成してＵＳＹ−Ａｌ2Ｏ3混合担体を得た。
【００３９】
[実施例５]
（軽油の水素化処理）
実施例４で得た触媒組成物は実反応器充填を想定したものである。従って触媒の性能評価はモデル軽油では行わず、深度脱硫軽油を用いて行った。即ち実施例３に記載の深度脱硫軽油を用いて実施例３と同様の方法で触媒の評価を行った。ただし、水素化処理における反応温度は３１０℃で行った。その結果を表５に示す。比較のために実施例１の触媒組成物で行った結果も併記する。
【００４０】
【表５】
表５から、実施例４で得た触媒組成物（成型体）の方が反応温度が２０℃高いにもかかわらず活性は少し低い。これは、実施例４の触媒組成物は混合担体中のゼオライトの割合が５０％であること（アルミナ部は活性がない）、また成型体であることにより触媒内部の細孔内拡散抵抗が増える等の理由によるためである。従って、実施例１のＹ−ゼオライトＡ担体のみの場合に比べて少し高い温度が必要となっている。しかし、Ｙ−ゼオライトＡ−Ａｌ2Ｏ3混合担体を用いた場合も高い耐硫黄被毒性、耐窒素被毒性を有する。
【００４２】
【発明の効果】
本発明の触媒組成物は、炭化水素中の芳香環及び複素芳香環の水素化に対する高い水素化活性を有し、硫黄や窒素化合物が共存する各種の芳香族化合物及び／又は複素芳香族化合物に対する水素化用触媒として用いることができる。本発明の触媒組成物は、特に軽油中の芳香族分並びに硫黄分を同時に低減させるための水素化処理用触媒として有利に用いることができる。勿論、本発明の水素化用触媒は、従来の水素化用触媒と同様に種々の材料に対する水素化用触媒としても用いることができる。
Claims (6)
- イットリウムとパラジウム及び白金から選ばれた少なくとも一種の貴金属とが結晶性アルミノシリケートゼオライト及び／又は多孔性無機酸化物からなる担体に担持されていることを特徴とする芳香族成分及び硫黄化合物を含む炭化水素油の水素化触媒組成物。
- 前記イットリウムの含有量が金属として触媒組成物質量基準で０．３〜７０質量％の範囲にある請求項１に記載の水素化触媒組成物。
- 前記貴金属の含有量が金属として触媒組成物質量基準で０．２〜１５質量％の範囲にある請求項１又は２記載の水素化触媒組成物。
- 前記貴金属としてパラジウムと白金とを含有し、そのパラジウムと白金との原子比（Ｐｄ／Ｐｔ）が９〜１の範囲にある請求項１、２又は３に記載の水素化触媒組成物。
- 請求項１乃至４のうちのいずれかの項に記載の触媒組成物の存在下で芳香族化合物及び／又は複素芳香族化合物を水素化することを特徴とする芳香族成分及び硫黄化合物を含む炭化水素油の水素化方法。
- 請求項１乃至４のうちのいずれかの項に記載の触媒組成物の存在下で軽油を水素化し、軽油中の芳香族炭化水素分と硫黄分とを併せて低減させることを特徴とする芳香族成分及び硫黄化合物を含む炭化水素油の水素化方法。
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