JP5008666B2 - 脱硫機能付加流動接触分解触媒及びその製造方法並びに該脱硫機能付加流動接触分解触媒を用いた低硫黄接触分解ガソリンの製造方法 - Google Patents
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- C10G2400/00—Products obtained by processes covered by groups C10G9/00 - C10G69/14
- C10G2400/02—Gasoline
Description
日本においても、2005年にはガソリン中の硫黄含有量が50質量ppm以下に規制が行われており、今後10質量ppm以下になることが予想される。
ガソリン中の硫黄含有量を10質量ppm以下とするためには、ガソリン基材として用いられる接触分解ガソリン(以下、「FCCガソリン」ということがある。)中の硫黄含有量を今まで以上に低減する必要があり、このFCCガソリンから硫黄分を除去し、環境に優しいガソリンを製造することは石油精製会社にとって急務である。
FCCガソリンは流動接触分解装置により製造され、流動接触分解装置には、直接脱硫装置(RH)から供給される脱硫残油(DSRC)又はその他重質留分に富んだ原料油からガソリン留分及び軽油留分を生産する残油流動接触分解装置(RFCC)と重質軽油、減圧軽油等を間接脱硫装置(VH)で脱硫処理して得られる脱硫重質軽油(VHHGO)又は脱硫減圧軽油(VHVGO)を原料油としてガソリン留分及び軽油留分を生産する流動接触分解装置(FCC)がある。
他に原料油として、溶剤脱瀝装置から得られる脱瀝油がある。
これに対し、主に間接脱硫装置から供給される原料油を流動接触分解装置で処理した場合のFCCガソリンの硫黄分は原料油性状にもよるが、残油流動接触分解装置からのものと比べて低く、20〜50質量ppm程度である。
このように、通常のFCCガソリンでは高い濃度の硫黄分が存在し、このガソリン基材をそのまま用いて10質量ppm以下のガソリンを製造するのは困難である。
しかしながら、後処理装置を設ける方法においては、FCCガソリンの水素化脱硫装置を新設する場合が多く、莫大な建設コストがかかるという問題がある。
また、前段及び/又は後段の脱硫装置を運転するための水素使用等の用役費等の運転コストがかかるという問題がある。
更には、これらの装置の運転負荷の増大に伴いCO2の発生量が増大するという問題もある。
このような脱硫機能を持たせた流動接触分解触媒(以下「脱硫機能付加FCC触媒」ということがある。)を用いて低硫黄FCCガソリンを製造する技術については、これまで、幾つかの提案がなされている。
例えば、未脱硫減圧軽油を脱硫機能付加FCC触媒で処理した例が報告されている(非特許文献1参照)。
しかしながら、用いている原料油が未脱硫処理油であるとともに、触媒の脱硫機能が十分でないため、得られる接触分解ガソリンの硫黄分は200〜400質量ppmと高い。
これは、水素化脱硫処理が施されていない重油や重質軽油においては、含まれている硫黄分が接触分解で除去され難い構造を有しているためで、これらの原料油を用いて硫黄分200質量ppm未満のFCCガソリンを製造することは困難である。
また、例えば、非特許文献1に開示されるような既存の脱硫機能付加FCC触媒では、仮に原料油として、通常の条件で処理された水素化処理脱硫重油や水素化処理重質軽油を用いても、脱硫活性が十分でないため、硫黄含有量50質量ppm以下のFCCガソリンを製造することは困難である。
しかしながら、この方法においても、得られるFCCガソリン中の硫黄含有量は200〜300質量ppm以上と高く、該触媒の脱硫性能は十分ではない。
しかしながら、バナジウムは脱硫活性を有する一方で、ゼオライトの小細孔に入り込んでゼオライトの活性点を被毒し、又ゼオライト骨格への攻撃によって構造の崩壊をもたらすという問題がある。
更には、細孔閉塞によって原料油あるいは分解生成油の拡散を阻害するなどの弊害を引き起こす。
従って、上記に提案される触媒は、ある程度の脱硫活性は認められるものの、近年のさらなる低硫黄化に対しては性能が不十分であり、さらなる改良が求められていた。
しかしながら、この担持方法では、バナジウムは溶液中で単独イオン(アニオン又はカチオン)として存在するため、ゼオライトのミクロ細孔内又はカチオン交換サイト内(以下、単に「ミクロ細孔内」という。)に担持される。
このように、バナジウムがゼオライトのミクロ細孔内に入ると、バナジウムのゼオライト骨格への攻撃によるゼオライト結晶の崩壊が助長され、FCCガソリンの収率低下、触媒の脱硫性能の低下をもたらす。
この方法では、金属を担持させる際の担持溶液として硫酸バナジル又はシュウ酸バナジウムを用いているが、担体の外表面、担体の中細孔(メソ細孔)又は担体の大細孔(マクロ細孔)に担持されるバナジウム量が少ないために、得られるFCCガソリン中の硫黄分は600質量ppm程度と高い値である。
また、硫黄分が0.071質量%と非常に低い原料油を用いた場合でも、FCCガソリンの硫黄分は79質量ppmと高く、該混合触媒の脱硫活性は十分とはいえなかった。
すなわち、重質油の分解処理によって接触分解ガソリンを製造する過程において、FCCガソリン、分解軽油(LCO;Light Cycle Oil)の収率を維持しつつ、接触分解ガソリン中の硫黄分を効率的に低減することができる流動接触分解触媒を提供することを目的とする。
また、バナジウム等の脱硫機能を有した金属を最適に担体に担持せしめた流動接触分解触媒の製造方法、及びこの触媒を使用することによる低硫黄接触分解ガソリンの製造方法を提供するものである。
一方、FCCガソリンの脱硫を促進するためには、脱硫活性を有するバナジウムをゼオライトに担持させることが有効である。
しかしながら、バナジウムはゼオライトの骨格構造の破壊物質であり、ゼオライトの結晶性を維持しつつ、バナジウムを担持させる技術が必要となる。
本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、脱硫機能を有するバナジウムをゼオライトのミクロ細孔内ではなく外表面、あるいは触媒のマトリックスであるシリカ、アルミナ等、又はバインダー機能を持つカオリン等の粘土鉱物上に担持することで、ゼオライトの結晶性を維持しつつ、バナジウムを担持させ得ることを見出した。
本発明1〜3はかかる知見に基づいて完成されたものである。
(1)(a)アルミナを被覆したゼオライトと(b)ゼオライト以外の多孔性無機酸化物及び/又は粘土鉱物とからなる担体にバナジウムを担持してなる触媒であって、バナジウムの担持量がバナジウム金属換算で500〜20000質量ppmであり、酸量が20〜450μmol/gであり、かつマクロ細孔表面積が30〜150m2/gである脱硫機能付加流動接触分解触媒、
(2)前記ゼオライトがY型ゼオライト、希土類交換Y型ゼオライト、USY型ゼオライト、希土類交換USY型ゼオライト、β型ゼオライト、ZSM−5、及びL型ゼオライトから選ばれる少なくとも一種である上記(1)に記載の脱硫機能付加流動接触分解触媒、
(3)前記ゼオライトがY型ゼオライト、希土類交換Y型ゼオライト、USY型ゼオライト、及び希土類交換USY型ゼオライトから選ばれる少なくとも一種である上記(2)に記載の脱硫機能付加流動接触分解触媒、
(4)担持するバナジウムがバナジウム単独で又はバナジウムと他の異なる金属とで少なくともその一部が多核錯塩を形成している上記(1)に記載の脱硫機能付加流動接触分解触媒、
(5)前記多核錯塩がバナジウム単独の又はバナジウムと他の異なる金属との2〜4核錯塩である上記(4)に記載の脱硫機能付加流動接触分解触媒、
(6)前記多核錯塩がイソポリ酸塩又はヘテロポリ酸塩である上記(4)に記載の脱硫機能付加流動接触分解触媒、
(7)前記バナジウムの担持がバナジウム含有溶液に無機酸、有機酸及び他の金属塩から選ばれる少なくとも一種を混合した担持溶液を用いる上記(1)に記載の脱硫機能付加流動接触分解触媒、
(8)前記無機酸が、硫酸、塩酸、リン酸、硝酸、過塩素酸、ホウ酸、及びピロリン酸から選ばれる少なくとも一種であり、前記有機酸が、シュウ酸、酢酸、クエン酸、グルタミン酸、グルコン酸、ステアリン酸、ギ酸、酒石酸、安息香酸、コハク酸、サリチル酸、アスパラギン酸、アスコルビン酸、アセチルサリチル酸、及びアミノ酸から選ばれる少なくとも一種であり、前記他の金属塩が、マンガン、マグネシウム、カルシウム、コバルト、亜鉛、銅、チタン、アルミニウム、ニッケル、鉄、クロム、ランタン、イットリウム、スカンジウム、ニオブ、タンタル、モリブデン、及びタングステンから選ばれる少なくとも一種の無機金属塩又は有機金属塩である上記(7)に記載の脱硫機能付加流動接触分解触媒、
(9)バナジウムが担持溶液中で多核錯塩を形成している上記(7)に記載の脱硫機能付加流動接触分解触媒、
(10)多核錯塩がイソポリ酸塩又はヘテロポリ酸塩である上記(8)に記載の脱硫機能付加流動接触分解触媒、
(11)バナジウムがゼオライトの外表面、ゼオライト以外の多孔性無機酸化物及び粘土鉱物の少なくともいずれかに担持される上記(1)に記載の脱硫機能付加流動接触分解触媒、
(12)前記多孔性無機酸化物がアルミナ、シリカ、シリカ・アルミナ、チタニア、アルミナ・チタニア、及びシリカ・チタニアから選ばれる少なくとも一種であり、前記粘土鉱物がカオリン、ハロイサイト及びベントナイトから選ばれる少なくとも一種である上記(1)に記載の脱硫機能付加流動接触分解触媒、
(13)更に、バナジウム及びニッケルの蓄積量が50〜20000質量ppmである流動接触分解平衡触媒を、触媒全量を基準として0〜98質量%混合することを特徴とする上記(1)に記載の脱硫機能付加流動接触分解触媒、
(14)(a)アルミナを被覆したゼオライトと(b)ゼオライト以外の多孔性無機酸化物及び/又は粘土鉱物とからなる担体にバナジウムを担持してなる触媒の製造方法であって、バナジウム塩と無機酸又は有機酸を混合して水溶性のポリ酸塩を調製し、これを担体に担持することを特徴とする脱硫機能付加流動接触分解触媒の製造方法、
(15)(a)アルミナを被覆したゼオライトと(b)ゼオライト以外の多孔性無機酸化物及び/又は粘土鉱物とからなる担体にバナジウムを担持してなる触媒の製造方法であって、バナジウム塩と他の金属の塩を混合した水溶液を調製し、該水溶液を担体に担持することを特徴とする脱硫機能付加流動接触分解触媒の製造方法、
(16)前記他の金属がマンガン、マグネシウム、カルシウム、コバルト、亜鉛、銅、チタン、アルミニウム、ニッケル、鉄、クロム、ランタン、イットリウム、スカンジウム、ニオブ、タンタル、モリブデン、及びタングステンから選ばれる少なくとも一種の無機金属塩又は有機金属塩である上記(15)に記載の脱硫機能付加流動接触分解触媒の製造方法、
(17)上記(1)に記載の脱硫機能付加流動接触分解触媒を用いて重質油を接触分解する低硫黄接触分解ガソリンの製造方法、
(18)上記(14)に記載の方法で製造された脱硫機能付加流動接触分解触媒を用いて重質油を接触分解する低硫黄接触分解ガソリンの製造方法、
(19)前記重質油が水素化処理脱硫重油及び/又は水素化処理脱硫重質軽油であり、該重質油中の硫黄含有量が0.03〜0.7質量%であり、得られる低硫黄接触分解ガソリンが沸点範囲C5〜230℃の範囲において硫黄分含有量50質量ppm以下である上記(17)に記載の低硫黄接触分解ガソリンの製造方法、
(20)得られる低硫黄接触分解ガソリンが、沸点範囲C5〜230℃の範囲において硫黄分含有量30質量ppm以下である上記(19)に記載の低硫黄接触分解ガソリンの製造方法、及び
(21)得られる低硫黄接触分解ガソリンが、沸点範囲C5〜230℃の範囲において硫黄分含有量15質量ppm以下である上記(20)に記載の低硫黄接触分解ガソリンの製造方法、
(22)(a)アルミナを被覆したゼオライト5〜40質量%と(b)アルミナ30〜70質量%とを含有する担体にバナジウムを担持してなる触媒であって、該触媒を粉砕する前後でのX線光電子分光分析法により測定したバナジウム濃度の比(粉砕前/粉砕後)が2以上である脱硫機能付加流動接触分解触媒、
(23)(a)ゼオライトのアルミナ被覆量が3〜15質量%である上記(22)に記載の脱硫機能付加流動接触分解触媒、
(24)バナジウムの担持量がバナジウム金属換算で500〜20000質量ppmである上記(22)に記載の脱硫機能付加流動接触分解触媒、
(25)前記ゼオライトがY型ゼオライト、希土類交換Y型ゼオライト、USY型ゼオライト、希土類交換USY型ゼオライト、β型ゼオライト、ZSM−5、及びL型ゼオライトから選ばれる少なくとも一種である上記(22)に記載の脱硫機能付加流動接触分解触媒、
(26)更にマンガン及び/又はリンを担持してなり、マンガンの担持量がマンガン金属換算で500〜20000質量ppm、リンの担持量がリン元素換算で100〜7000質量ppmである上記(22)に記載の脱硫機能付加流動接触分解触媒、
(27)バナジウム、マンガン及びリンが担体のマクロ細孔内に担持される上記(26)に記載の脱硫機能付加流動接触分解触媒、
(28)担体にバナジウムとマンガン及び/又はリンを担持するに際し、担持溶液中に硫酸バナジルと硫酸マンガン及び/又はリン酸水溶液を含有し、かつ該担持溶液のpHが2〜4である上記(26)に記載の脱硫機能付加流動接触分解触媒、
(29)前記ゼオライトに希土類元素をイオン交換し、かつ触媒の調製過程で300℃を超える温度での焼成を行わず、乾燥のみを行う上記(22)に記載の脱硫機能付加流動接触分解触媒、
(30)(A)上記(22)に記載の脱硫機能付加流動接触分解触媒に、(B)バナジウム及びニッケルの蓄積量が50〜20000質量ppmである流動接触分解平衡触媒を、触媒全量を基準として0〜98質量%混合することを特徴とする流動接触分解触媒、
(31)(a)アルミナを被覆したゼオライト5〜40質量%と(b)アルミナ30〜70質量%とを含有する担体に、硫酸バナジル、硫酸マンガン及び/又はリン酸水溶液を含有する担持溶液を用いて担持する触媒の製造方法であって、バナジウムの担持量がバナジウム金属換算で500〜20000質量ppmであり、かつ、担持溶液のpHを2〜4に制御することを特徴とする脱硫機能付加流動接触分解触媒の製造方法、
(32)マンガンの担持量がマンガン金属換算で500〜20000質量ppmであり、リンの担持量がリン元素換算で100〜7000質量ppmである上記(31)に記載の脱硫機能付加流動接触分解触媒の製造方法、
(33)前記ゼオライトがY型ゼオライト、希土類交換Y型ゼオライト、USY型ゼオライト、希土類交換USY型ゼオライト、β型ゼオライト、ZSM−5、及びL型ゼオライトから選ばれる少なくとも一種である上記(31)に記載の脱硫機能付加流動接触分解触媒の製造方法、
(34)上記(22)に記載の脱硫機能付加流動接触分解触媒を用いて重質油を接触分解する低硫黄接触分解ガソリンの製造方法、
(35)上記(30)に記載の流動接触分解触媒を用いて重質油を接触分解する低硫黄接触分解ガソリンの製造方法、
(36)上記(31)に記載の方法で製造された脱硫機能付加流動接触分解触媒を用いて重質油を接触分解する低硫黄接触分解ガソリンの製造方法、
(37)前記重質油が水素化処理脱硫重油及び/又は水素化処理脱硫重質軽油であり、該重質油中の硫黄含有量が0.03〜0.7質量%であり、得られる低硫黄接触分解ガソリンが沸点範囲C5〜230℃の範囲において硫黄分含有量50質量ppm以下である上記(34)に記載の低硫黄接触分解ガソリンの製造方法、
(38)得られる低硫黄接触分解ガソリンが、沸点範囲C5〜230℃の範囲において硫黄分含有量30質量ppm以下である上記(37)に記載の低硫黄接触分解ガソリンの製造方法、
(39)得られる低硫黄接触分解ガソリンが、沸点範囲C5〜230℃の範囲において硫黄分含有量15質量ppm以下である上記(38)に記載の低硫黄接触分解ガソリンの製造方法、
(40)多孔性無機酸化物を含有する担体に少なくともバナジウムとマンガン及び/又はリンを担持してなる触媒であって、バナジウムの担持量がバナジウム金属換算で500〜20000質量ppmであり、バナジウムとマンガン及び/又はリンを担持する際の担持溶液中でバナジウムとマンガン及び/又はリンが複合イオンを形成し、該複合イオンの逆浸透膜の透過率が、バナジウムの逆浸透膜の透過率に対して25%以下であることを特徴とする脱硫機能付加流動接触分解触媒、
(41)マンガンの担持量がマンガン金属換算で500〜20000質量ppmである上記(40)に記載の脱硫機能付加流動接触分解触媒、
(42)リンの担持量がリン元素換算で100〜7000質量ppmである上記(40)に記載の脱硫機能付加流動接触分解触媒、
(43)前記多孔性無機酸化物がゼオライト、アルミナ、シリカ、シリカ・アルミナ、チタニア、アルミナ・チタニア、シリカ・チタニア、カオリン、ハロイサイト及びベントナイトから選ばれる少なくとも1種である上記(40)に記載の脱硫機能付加流動接触分解触媒、
(44)前記担体が(a)ゼオライトと(b)ゼオライト以外の多孔性無機酸化物とからなる上記(43)に記載の脱硫機能付加流動接触分解触媒、
(45)前記ゼオライトがY型ゼオライト、希土類交換Y型ゼオライト、USY型ゼオライト、希土類交換USY型ゼオライト、β型ゼオライト、ZSM−5、及びL型ゼオライトから選ばれる少なくとも一種である上記(44)に記載の脱硫機能付加流動接触分解触媒、
(46)バナジウムがゼオライトの外表面、ゼオライト以外の多孔性無機酸化物に担持される上記(44)に記載の脱硫機能付加流動接触分解触媒、
(47)バナジウムが担体のマクロ細孔内に担持される上記(40)に記載の脱硫機能付加流動接触分解触媒、
(48)(A)上記(40)に記載の脱硫機能付加流動接触分解触媒に、(B)バナジウム及びニッケルの蓄積量が50〜20000質量ppmである流動接触分解平衡触媒を、触媒全量を基準として0〜98質量%混合することを特徴とする流動接触分解触媒、
(49)多孔性無機酸化物を含有する担体に、少なくともバナジウムとマンガン及び/又はリンを含有する担持溶液を用いて担持する触媒の製造方法であって、バナジウムの担持量がバナジウム金属換算で500〜20000質量ppmであり、担持溶液中でバナジウムとマンガン及び/又はリンが複合イオンを形成し、該複合イオンの逆浸透膜の透過率が、バナジウムの逆浸透膜の透過率に対して25%以下であることを特徴とする脱硫機能付加流動接触分解触媒の製造方法、
(50)マンガンの担持量がマンガン金属換算で500〜20000質量ppmであり、リンの担持量がリン元素換算で100〜7000質量ppmである上記(49)に記載の脱硫機能付加流動接触分解触媒の製造方法、
(51)前記多孔性無機酸化物がゼオライト、アルミナ、シリカ、シリカ・アルミナ、チタニア、アルミナ・チタニア、シリカ・チタニア、カオリン、ハロイサイト及びベントナイトから選ばれる少なくとも1種である上記(49)に記載の脱硫機能付加流動接触分解触媒の製造方法、
(52)前記担体が(a)ゼオライトと(b)ゼオライト以外の多孔性無機酸化物とからなる上記(51)に記載の脱硫機能付加流動接触分解触媒の製造方法、
(53)前記ゼオライトがY型ゼオライト、希土類交換Y型ゼオライト、USY型ゼオライト、希土類交換USY型ゼオライト、β型ゼオライト、ZSM−5、及びL型ゼオライトから選ばれる少なくとも一種である上記(52)に記載の脱硫機能付加流動接触分解触媒の製造方法、
(54)上記(40)に記載の脱硫機能付加流動接触分解触媒を用いて重質油を接触分解する低硫黄接触分解ガソリンの製造方法、
(55)上記(48)に記載の流動接触分解触媒を用いて重質油を接触分解する低硫黄接触分解ガソリンの製造方法、
(56)上記(49)に記載の方法で製造された脱硫機能付加流動接触分解触媒を用いて重質油を接触分解する低硫黄接触分解ガソリンの製造方法、
(57)前記重質油が水素化処理脱硫重油及び/又は水素化処理脱硫重質軽油であり、該重質油中の硫黄含有量が0.03〜0.7質量%であり、得られる低硫黄接触分解ガソリンが沸点範囲C5〜230℃の範囲において硫黄分含有量50質量ppm以下である上記(54)に記載の低硫黄接触分解ガソリンの製造方法、
(58)得られる低硫黄接触分解ガソリンが、沸点範囲C5〜230℃の範囲において硫黄分含有量30質量ppm以下である上記(57)に記載の低硫黄接触分解ガソリンの製造方法、
(59)得られる低硫黄接触分解ガソリンが、沸点範囲C5〜230℃の範囲において硫黄分含有量15質量ppm以下である上記(58)に記載の低硫黄接触分解ガソリンの製造方法
を提供するものである。
該流動接触分解触媒はバナジウムの持つ脱硫機能を最大限に発揮することができ、かつ、酸触媒としてゼオライトが有効に機能するため、硫黄分が少ない接触分解ガソリンを効率的に製造することができる。
ここで(a)成分はゼオライトをアルミナ被覆したものである。
ゼオライトとしては、Y型ゼオライト、希土類交換Y型ゼオライト(以下「REY」ということがある。)、USY型ゼオライト(以下単に「USY」ということがある。)、希土類交換USY型ゼオライト(以下「REUSY」ということがある。)、β型ゼオライト、ZSM−5、L型ゼオライトなどが挙げられ、分解活性、触媒の安定性などの点から、特にY型ゼオライト、希土類交換Y型ゼオライト、USY型ゼオライト及び希土類交換USY型ゼオライトが好ましい。
これらのゼオライトは一種を単独で又は二種以上を組み合わせて用いることができる。
骨格外アルミナが2.0質量%以上であると、アルミナ被覆をするに際し、ゼオライトを被覆するアルミナの量が十分となり、本発明1の効果を十分に奏することができる。
好ましい骨格外アルミナ(NFA)の含有量は、2.0〜17.0質量%、更に好ましくは3.3〜8.8質量%の範囲である。
なお、骨格外アルミナとは、ゼオライト中に含まれる全アルミナのうちゼオライト骨格を構成するアルミナ(Framework Alumina:FA)以外のアルミナをいい、骨格外アルミナ(NFA)量は、100×(ゼオライト中に含まれる全アルミナ含有量−FA含有量)/ゼオライトの質量(質量%)の式で計算される。
また、骨格外アルミナは、例えば、ゼオライトをアンモニウム型にイオン交換した後、スチーミングすることで、ゼオライト骨格を構成するアルミナの一部が、ゼオライトの結晶構造を破壊することなく、骨格から脱離して生成される。
以上の点から、結晶化度は90%以上が更に好ましい。
ゼオライトの懸濁液に用いられる酸としては特に制限はなく、硫酸、硝酸、塩酸、燐酸などの鉱酸、酢酸、蓚酸などの有機酸などを用いることができ、特に、硫酸が好適である。酸水溶液の濃度は10〜60質量%の範囲であることが望ましい。
この範囲であるとゼオライトの結晶構造が壊れることがなく、又、効果的にアルミナ被覆が可能となる。
また、ゼオライトの酸水溶液への懸濁は20〜80℃の温度範囲で、ゼオライトの濃度は10〜35質量%の範囲となるように調製することが望ましい。
また、アルカリ水溶液の濃度は1〜10質量%の範囲が好ましい。
このpHの範囲であると、生成したゼオライトを被覆するアルミナ水和物が安定であり好ましい。
以上の点から、好ましいpHは7.5〜8.0の範囲であり、又温度は40〜80℃が好ましい。
ここで、生成するアルミナ水和物の結晶形は擬ベーマイトであることが好ましく、又ゼオライトを被覆するアルミナ水和物のアルミナ量は、ゼオライトと被覆アルミナとの合計量を基準として、Al2O3換算で1〜20質量%の範囲が好ましく、更には3〜15質量%の範囲が好ましい。
なお、ここでアルミナとしては特に限定されず、γ−アルミナ、δ−アルミナ、η−アルミナ、θ−アルミナ、χ−アルミナ等が好適に使用できる。
これらの多孔性無機酸化物は一種を単独で又は二種以上を組み合わせて使用することができる。
これらの粘土鉱物は一種を単独で又は二種以上を組み合わせて使用することができる。
また、(b)成分として、上記ゼオライト以外の多孔性無機酸化物と粘土鉱物を併用することもできる。
バナジウム金属が多核錯塩を形成することで、上記したゼオライトにアルミナ被覆をすることとの相乗効果により、バナジウムがゼオライトのミクロ細孔に入ることをより効果的に抑制することができる。
特に多核錯塩の安定性及びバナジウムの水素化脱硫特性の点から2〜4核錯塩が好ましく、更にはバナジウムのイソポリ酸塩又はヘテロポリ酸塩が好ましい。
バナジウムの担持量が500質量ppm以上であると、バナジウムを担持した効果、すなわち十分な脱硫効果が得られ、一方、20000質量ppm以下であるとコークやガスの目的外生成物の生成を抑制することができ、高い経済性が得られる。
以上の点から、バナジウムの担持量は更に1000〜10000質量ppmの範囲がより好ましい。
ここで、用いるバナジウム塩としては特に限定されず、ナフテン酸バナジウム、酸化バナジウムアセチルアセトナート、しゅう酸バナジルなどの有機溶媒溶液を用いることができ、又メタバナジン酸アンモニウム、メタバナジン酸ナトリウム、オキシ二塩化バナジウム、オキシ三塩化バナジウム、オキシ硫酸バナジウム(硫酸バナジル)などの無機塩溶液を用いることもできる。
上記バナジウム塩のうち、オキシ硫酸バナジウムは単独で2核錯イオンとして溶液中に多く存在するため、ゼオライトのミクロ細孔内に入らず、ゼオライト外表面、ゼオライト以外の多孔性無機酸化物又は粘土鉱物に担持されるため特に好ましい。
これらを添加することにより、バナジウムは溶液中で多核錯塩を形成し、これが担体に担持されることによって、触媒上にバナジウムの多核錯塩が形成される。
なお、触媒上に2〜4核錯塩を形成し、又バナジウムのイソポリ酸塩又はヘテロポリ酸塩を形成するためには、溶液中でも同様の形態の多核錯塩を形成していることが好ましい。
また、硫酸はバナジウムイオンと安定な化合物を形成する点で好ましい。
これらの無機酸は一種単独で又は二種以上を併用することができる。
また、無機酸の添加量はバナジウム塩溶液のpHが1.5〜7に調整されるように添加することが好ましい。
なお、リン酸を用いる場合は、正リン酸及び亜リン酸を用いることができるが、正リン酸がより好ましい。
リンの量としては、触媒体に対して1000〜20000質量ppmの範囲が好ましい。リンの量が1000質量ppm以上であると触媒活性の点で好ましく、一方、20000質量ppm以下であると、バナジウムとリンの複合化において、粘性が高くなり過ぎず、バナジウムの均一担持が確保される。
以上の点から、リンの量は2000〜15000質量ppmの範囲がより好ましい。
これらの有機酸は一種単独で又は二種以上を併用することができる。
また、有機酸の添加量としては触媒体に対して1000〜20000質量ppmの範囲が好ましく、更には2000〜15000質量ppmの範囲がより好ましい。
本発明1においては、上記有機酸のうち、本発明1の効果の点からクエン酸が好ましい。
これらの金属塩は一種単独で又は二種以上を併用することができる。
また、これら他の金属塩の含有量(金属換算)は、触媒体に対して500〜30000質量ppmの範囲であることが好ましく、更には1000〜20000質量ppmの範囲が好ましい。
なお、上記無機酸、有機酸及び他の金属塩はこれらを併用することもできる。
これらのうち、硫酸マンガン(II)、硫酸アンモニウムマンガン(II)、酢酸マンガン(II)が好ましく、特に硫酸マンガン(II)が好ましい。
バナジウムとマンガンは複合化により大きな化合物形態となり、ゼオライト細孔内に入らない。
特に、オキシ硫酸バナジウム−硫酸マンガンの組み合わせは、2核錯イオンとして溶液中に多く存在するため、ゼオライトのミクロ細孔内に入らず、ゼオライト外表面、ゼオライト以外の多孔性無機酸化物等に担持されるため好ましい。
カルシウム塩としては、亜硝酸カルシウム、亜硫酸カルシウム、塩化カルシウム、ぎ酸カルシウム、クエン酸カルシウム、硝酸カルシウム、炭酸カルシウム、硫酸カルシウム、リン酸カルシウム、酸化カルシウム、水酸化カルシウムなどが挙げられる。
コバルト塩として、塩化コバルト、酢酸コバルト、硝酸コバルト、炭酸コバルト、硫酸コバルト、硫酸アンモニウムコバルト、酸化コバルト、水酸化コバルトなどが挙げられる。
銅塩としては、塩化銅、塩化銅アンモニウム、酢酸銅、酸化銅、臭化銅、硝酸銅、炭酸銅、硫酸銅、リン化銅、水酸化銅、硫化銅などが挙げられる。
チタン塩としては、塩化チタン、三塩化チタン、四塩化チタン、硫酸チタン、二酸化チタン、酸化チタンなどが挙げられる。
アルミニウム塩としては、塩化アルミニウム、酢酸アルミニウム、臭化アルミニウム、硝酸アルミニウム、硫酸アルミニウム、硫酸アンモニウムアルミニウム、リン酸アルミニウム、ほう酸アルミニウム、水酸化アルミニウムなどが挙げられる。
鉄塩としては、塩化鉄、クエン酸鉄アンモニウム、硝酸鉄、硫酸アンモニウム鉄、リン酸鉄、硫酸鉄、水酸化鉄などが挙げられる。
クロム塩としては、塩化クロム、酢酸クロム、臭化クロム、硝酸クロム、水酸化クロム、硫酸アンモニウムクロム、硫酸クロム、リン酸クロムなどが挙げられる。
イットリウム塩としては、塩化イットリウム、酢酸イットリウム、硝酸イットリウム、炭酸イットリウムなどが挙げられる。
スカンジウム塩としては、塩化スカンジウム、酢酸スカンジウム、硝酸スカンジウム、炭酸スカンジウムなどが挙げられる。
ニオブ塩としては、五塩化ニオブ、塩化ニオブ、イソプロポキシニオブ、エトキシニオブなどが挙げられる。
タンタル塩としては、五塩化タンタル、塩化タンタル、イソプロポキシタンタル、エトキシタンタル、メトキシタンタルなどを用いることができる。
タングステン塩としては、塩化タングステン、ケイタングステン酸、タングステン酸アンモニウム、酸化タングステン、三酸化タングステン、リンタングステン酸アンモニウム、タングステン酸、リンタングステン酸、六塩化タングステンなどが挙げられる。
担持方法しては種々の方法を用いることができ、常圧含浸法、真空含浸法、浸漬法などを用いることができる。
これらのうち、常圧含浸法が好ましく、担持溶液の温度は常温〜100℃の範囲が好ましく、更に常温〜50℃の範囲がより好ましい。
乾燥温度としては、通常、70〜300℃の範囲で行われる。
乾燥温度が300℃以下であると、バナジウムの担持状態又はバナジウム−無機酸、バナジウム−有機酸及びバナジウム−他の金属塩との複合体の担持状態において、凝集等が起こらず、最適な化合物又は複合状態が維持される。
一方、乾燥温度が70℃以上であると、十分に水分が除去でき、最適な化合物又は複合状態が形成される。
以上の点から、乾燥温度は100〜150℃の範囲がより好ましい。
また、本発明1の脱硫機能付加FCC触媒は乾燥のみでも十分な活性等が得られるが、所望により焼成を行ってもよい。
焼成は乾燥後、通常500〜900℃程度の温度で行われる。
該焼成は、酸素及び水蒸気の存在下に行われる、いわゆるスチーミング処理でもよいし、酸素又は空気の存在下に行われる焼成処理であってもよい。
XPSは表面分析の手法であり、触媒担体の外表面の元素の含有量について定量することができる。
従って、粉砕前の触媒においては、XPSを用いた測定によって、触媒担体の外表面に担持されたバナジウムの含有量を定量することができ、担持されるバナジウムの含有量が同量であっても、外表面に選択的にバナジウムが担持されれば、見かけ上バナジウムの担持量は大きくなる。
一方、ゼオライトのミクロ細孔中に担持されたバナジウムは、バナジウムが表面に存在しないためにXPSでは検出されない。
なお、後に詳述するマクロ細孔は担体であるアルミナ被覆ゼオライトやアルミナなどの1次粒子の粒子間の隙間により形成されるものであって、マクロ細孔に担持されたバナジウムは、外表面に担持されたバナジウムと同義であり、XPSにより検出される。
従って、粉砕前後でのXPSによるバナジウム濃度の比(粉砕前/粉砕後)は、バナジウムが担体の外表面に存在する量比を特定する指標として最適であって、本発明2の脱硫機能付加FCC触媒はこの濃度比が2以上であることを特徴とするものである。
以下、本発明2の脱硫機能付加FCC触媒の構成を詳細に説明する。
ここで(a)成分は、本発明1と同様に、ゼオライトをアルミナ被覆したものである。
ゼオライトとしては、Y型ゼオライト、希土類交換Y型ゼオライト、USY型ゼオライト、希土類交換USY型ゼオライト、β型ゼオライト、ZSM−5、L型ゼオライトなどが挙げられ、分解活性、触媒の安定性などの点から、特にY型ゼオライト、希土類交換Y型ゼオライト、USY型ゼオライト及び希土類交換USY型ゼオライトが好ましい。
これらのゼオライトは一種を単独で又は二種以上を組み合わせて用いることができる。
骨格外アルミナが2.0質量%以上であると、アルミナ被覆をするに際し、ゼオライトを被覆するアルミナの量が十分となり、本発明の効果を十分に奏することができる。
好ましい骨格外アルミナ(NFA)の含有量は、2.0〜17.0質量%、更に好ましくは3.3〜8.8質量%の範囲である。
なお、骨格外アルミナとは、ゼオライト中に含まれる全アルミナのうちゼオライト骨格を構成するアルミナ(Framework Alumina:FA)以外のアルミナをいい、骨格外アルミナ(NFA)量は、100×(ゼオライト中に含まれる全アルミナ含有量−FA含有量)/ゼオライトの質量(質量%)の式で計算される。
また、骨格外アルミナは、例えば、ゼオライトをアンモニウム型にイオン交換した後、スチーミングすることで、ゼオライト骨格を構成するアルミナの一部が、ゼオライトの結晶構造を破壊することなく、骨格から脱離して生成される。
ゼオライトの結晶化度が80%以上であると十分な分解活性が得られる。
以上の点から、結晶化度は90%以上が更に好ましい。
また、ゼオライトを被覆するアルミナ水和物のアルミナ量は、ゼオライトと被覆アルミナとの合計量を基準として、Al2O3換算で1〜20質量%の範囲が好ましく、更には3〜15質量%の範囲が好ましい。
アルミナの被覆量が1質量%以上であると、バナジウムがゼオライトのミクロ細孔に入ることを抑制することができ、バナジウムによるゼオライトの破壊を防止することができるとともに、バナジウムがマクロ細孔に担持されるため、高い脱硫活性を得ることができる。
一方、アルミナの被覆量が20質量%以下であると、ゼオライトの酸点を必要以上に被覆することがなく、高い分解活性を維持することができる。
以上の観点から、アルミナの被覆量は3〜15質量%の範囲が好ましい。
ゼオライトの懸濁液に用いられる酸としては特に制限はなく、硫酸、硝酸、塩酸、燐酸などの鉱酸、酢酸、蓚酸などの有機酸などを用いることができ、特に、硫酸が好適である。酸水溶液の濃度は10〜60質量%の範囲であることが望ましい。
この範囲であるとゼオライトの結晶構造が壊れることがなく、又、効果的にアルミナ被覆が可能となる。
また、ゼオライトの酸水溶液への懸濁は20〜80℃の温度範囲で、ゼオライトの濃度は10〜35質量%の範囲となるように調製することが望ましい。
また、アルカリ水溶液の濃度は1〜10質量%の範囲が好ましい。
このpHの範囲であると、生成したゼオライトを被覆するアルミナ水和物が安定であり好ましい。
以上の点から、好ましいpHは7.5〜8.0の範囲であり、又温度は40〜80℃が好ましい。
担持方法としては含浸法、イオン交換法など種々の方法を用いることができるが、希土類元素の高分散による触媒の高活性化、触媒調製の効率及び経済性の点から、イオン交換法で担持することが好ましい。
他の多孔性無機酸化物としては、シリカ、シリカ・アルミナ、チタニア、アルミナ・チタニア、及びシリカ・チタニア等が挙げられ、これらのうち、シリカ、及びシリカ・アルミナが特に好ましい。
また、粘土鉱物としては、カオリン、ハロイサイト、ベントナイト等が挙げられ、これらのうち特にカオリンが好ましい。
なお、他の多孔性無機酸化物と粘土鉱物を併用することもできる。
(a)成分及び(b)成分がこの範囲であると、触媒の十分な分解活性と脱硫活性成分であるバナジウムの担体としての効果を十分に発揮し得る。
以上の観点から、担体における(a)成分の含有量は10〜30質量%の範囲が好ましく、(b)成分については30〜60質量%の範囲が好ましい。
上記(a)成分と(b)成分を含有する担体は、(a)成分及び(b)成分を常法、例えば、スプレードライなどの方法により調製される。
スプレードライでの粉体化においては、例えば、120〜300℃にて乾燥される。
バナジウムの担持量が500質量ppm以上であると、バナジウムを担持した効果、すなわち十分な脱硫効果が得られ、一方、20000質量ppm以下であるとコークやガスの目的外生成物の生成を抑制することができ、高い経済性が得られる。
以上の点から、バナジウムの担持量は更に1000〜10000質量ppmの範囲がより好ましい。
マンガン及びリンの含有量は、マンガンの金属換算及びリンの元素換算で、それぞれ500〜20000質量ppm、100〜7000質量ppmの範囲が好ましい。
マンガンの含有量が500質量ppm以上であると、十分な脱硫効果が得られ、一方、20000質量ppm以下であると、コークやガスの目的外生成物の生成を抑制することができ、経済的に有利である。
以上の点からマンガンの含有量は1000〜10000質量ppmの範囲が好ましい。
一方、リンの含有量が100質量ppm以上であると触媒活性の点で好ましく、一方、7000質量ppm以下であると、粘性が高くなり過ぎず、バナジウムの均一担持が確保される。
以上の点から、リンの含有量は200〜4000質量ppmの範囲がより好ましい。
このような担持溶液を用いることで、バナジウム、マンガン及びリンがゼオライトのミクロ細孔内に入らず、担体のマクロ細孔内に担持される。
なお、リン酸としては正リン酸及び亜リン酸を用いることができるが、正リン酸がバナジウムと複合イオンを形成する点でより好ましい。
これらのうち、常圧含浸法が好ましく、担持溶液の温度は常温〜100℃の範囲が好ましく、更に常温〜50℃の範囲がより好ましい。
また、乾燥温度としては、通常、70〜300℃の範囲で行われる。
乾燥温度が300℃以下であると、バナジウム等の金属の凝集が起こらず、高い脱硫活性が得られる。
一方、乾燥温度が70℃以上であると、十分に水分が除去できる。
以上の点から、乾燥温度は100〜150℃の範囲がより好ましい。
担体を構成する多孔性無機酸化物としては、一般に触媒担体として使用される多孔性の無機酸化物であれば特に限定されるものではなく、例えば、ゼオライト、アルミナ、シリカ、シリカ・アルミナ、チタニア、アルミナ・チタニア、シリカ・チタニア、カオリン,ハロイサイト,ベントナイト等の粘土鉱物などが挙げられる。
これらは1種単独で、又は2種以上を組み合わせて使用することができる。
ゼオライトしては、本発明1及び2と同様に、Y型ゼオライト、希土類交換Y型ゼオライト、USY型ゼオライト、希土類交換USY型ゼオライト、β型ゼオライト、ZSM−5、L型ゼオライトなどが挙げられ、分解活性、触媒の安定性などの点から、特にY型ゼオライト、希土類交換Y型ゼオライト、USY型ゼオライト及び希土類交換USY型ゼオライトが好ましい。
これらのゼオライトは一種を単独で又は二種以上を組み合わせて用いることができる。
ゼオライトの結晶化度が80%以上であると十分な分解活性が得られる。
以上の点から、結晶化度は90%以上が更に好ましい。
アルミナとしては特に限定されず、γ−アルミナ、δ−アルミナ、η−アルミナ、θ−アルミナ、χ−アルミナ等が好適に使用できる。
また、上記担体には、粘土鉱物を含有することが、触媒の機械的強度を向上させ、ゼオライトやアルミナ等を適度に分散でき、かつ固体酸をほとんど含有していない等の点から好ましい。
スプレードライでの粉体化においては、例えば、120〜300℃にて乾燥されることで行われる。
バナジウムの担持量が500質量ppm未満であると、バナジウムを担持した効果、すなわち十分な脱硫活性が得られず、一方、20000質量ppmを超えるとコークやガスの目的外生成物の生成が起こり、経済性が低下する。
以上の点から、バナジウムの担持量は更に1000〜10000質量ppmの範囲がより好ましい。
すなわち、多孔性無機酸化物を含有する担体に、バナジウムとマンガン、又はバナジウムとリンの2成分が少なくとも担持された触媒、又はバナジウム、マンガン及びリンの少なくとも3成分が担持された触媒である。
マンガン及びリンの含有量は、マンガンの金属換算及びリンの元素換算で、それぞれ500〜20000質量ppm、100〜7000質量ppmの範囲が好ましい。
マンガンの含有量が500質量ppm以上であると、十分な脱硫効果が得られ、一方、20000質量ppm以下であると、コークやガスの目的外生成物の生成を抑制することができ、経済的に有利である。
以上の点からマンガンの含有量は、500〜10000質量ppmの範囲が好ましい。
一方、リンの含有量が100質量ppm以上であると触媒活性の点で好ましく、一方、7000質量ppm以下であると、バナジウムとリンの複合化において、粘性が高くなり過ぎず、バナジウムの均一担持が確保される。
以上の点から、リンの含有量は500〜5000質量ppmの範囲がより好ましい。
ここでバナジウム金属源として用いるバナジウム塩としては特に限定されず、本発明1と同様に、ナフテン酸バナジウム、アセチルアセトバナジウム、酸化バナジウムアセチルアセトナート、しゅう酸バナジル、ステアリン酸酸化バナジウムなどの有機溶媒溶液を用いることができ、又メタバナジン酸アンモニウム、メタバナジン酸ナトリウム、オキシ二塩化バナジウム、オキシ三塩化バナジウム、オキシ硫酸バナジウム(硫酸バナジル)、ほう化バナジウム、臭化バナジウム、塩化バナジウム、フッ化バナジウム、硫化バナジウムなどの無機塩溶液を用いることもできる。
上記バナジウム塩のうち、オキシ硫酸バナジウムは単独で2核錯イオンとして溶液中に多く存在するため、ゼオライトのミクロ細孔内に入らず、ゼオライト外表面、ゼオライト以外の多孔性無機酸化物に担持されるため特に好ましい。
これらのうち、硫酸マンガン(II)、硫酸アンモニウムマンガン(II)、酢酸マンガン(II)が好ましく、特に硫酸マンガン(II)が好ましい。
バナジウムとマンガンは複合化により大きな化合物形態となり、ゼオライト細孔内に入らない。
特に、オキシ硫酸バナジウム−硫酸マンガンの組み合わせは、2核錯イオンとして溶液中に存在するため、ゼオライトのミクロ細孔内に入らず、ゼオライト外表面、ゼオライト以外の多孔性無機酸化物に担持されるため好ましい。
なお、リン酸を添加する場合のpHは1.5〜7に調整することが複合イオンを生成の点から好ましい。
逆浸透膜の透過率は、例えば、日東電工マテックス(株)製「NTR−7450HG」を用いて、加圧ろ過し、イオンの透過率を測定することで得られる。
本発明3では、前記複合イオンの逆浸透膜の透過率が、バナジウムイオンの逆浸透膜の透過率に対して25%以下であることが重要である。
すなわち、本発明3の脱硫機能付加FCC触媒においては、調製過程で、バナジウム金属の少なくとも一部がマンガンイオン及び/又はリンイオンと効果的に多核錯塩を形成し、逆浸透膜を透過しにくい形態を有する。
これは、触媒担体に該複合塩、すなわち脱硫活性点であるバナジウムがゼオライトのミクロ細孔に入ることを抑制することができることを示すものである。
担持方法としては特に限定されず、含浸法、イオン交換法などが用いられる。
担持方法としては種々の方法を用いることができ、常圧含浸法、真空含浸法、浸漬法などを用いることができる。
これらのうち、無機多孔質担体のメソ細孔内又はマクロ細孔内(以下単に「マクロ細孔」という場合にはマクロ細孔とメソ細孔を含むものをいう。)にバナジウム、マンガン及びリンを効率的に担持させる点から、常圧含浸法が好ましく、担持溶液の温度は常温〜100℃の範囲が好ましく、更に常温〜50℃の範囲がより好ましい。
乾燥温度としては、通常、70〜300℃の範囲で行われる。
乾燥温度が300℃以下であると、バナジウムの担持状態又はバナジウム−マンガン、バナジウム−リン及びバナジウム−マンガン−リンの担持状態において、凝集等が起こらず、最適な化合物又は複合状態が維持される。
一方、乾燥温度が70℃以上であると、十分に水分が除去でき、最適な化合物又は複合状態が形成される。
以上の点から、乾燥温度は100〜150℃の範囲がより好ましい。
また、本発明3の脱硫機能付加FCC触媒は乾燥のみでも十分な活性等が得られるが、所望により焼成を行ってもよい。
焼成は乾燥後、通常500〜900℃程度の温度で行われる。
該焼成は、酸素及び水蒸気の存在下に行われる、いわゆるスチーミング処理でもよいし、酸素又は空気の存在下に行われる焼成処理であってもよい。
20μmol/g以上であると硫黄化合物の分解及び脱硫が十分に行われ、又450μmol/g以下であると、分解が進みすぎることによるガスやコークなどの目的外生成物の生成が抑えられ、高い経済性が得られる。
以上の点から、酸量は100〜400μmol/gの範囲が更に好ましく、200〜350μmol/gの範囲が特に好ましい。
以上の点から、酸量は250〜350μmol/gの範囲が更に好ましい。
本発明1〜3においては、アンモニア微分吸着熱測定法により測定したもので、アンモニア微分吸着熱曲線において、100KJ/mol以上のアンモニアの吸着熱を示す酸点の量をいう。
具体的には以下の方法で測定したものである。
<酸量の測定>
触媒にアンモニアを吸着させ、吸着熱量を熱量計((株)東京理工舎製、「高温熱測定法表面解析装置CSA−450G」)で直接測定し、吸着量を圧力変化から測定した。100kJ/mol以上のアンモニア微分吸着熱量を示す点を酸点として、その量を酸量として算出した。
マクロ細孔は、担体の1次粒子が凝集して2次粒子を作る際に、1次粒子の粒子間の間隙により生じるものであり、メソ細孔をも包含するものであって、ゼオライトのミクロ細孔よりも大きい細孔をいう。
特には、細孔径のピーク位置が90〜300Åの間にあることが好ましい。
また、細孔径40〜400Åの細孔容積が0.05〜0.5ml/gの範囲にあることが好ましい。
細孔容積がこの範囲にあるとバナジウム等の金属を十分に担持させることができ、かつ、触媒の十分な機械的強度を得ることができる。
マクロ細孔の表面積が30m2/g以上であると原料油の分解が十分に進み、FCCガソリンの収率が確保でき、かつ十分な脱硫率が得られる。
一方、150m2/g以下であると大きな細孔が多くなりすぎないために、分解活性の低下が見られず、十分な脱硫率が得られる。
以上の点から、マクロ細孔の表面積は40〜120m2/gの範囲が更に好ましい。
特には、細孔径のピーク位置が90〜300Åの間にあることが好ましい。
また、細孔径40〜400Åの細孔容積が0.05〜0.5ml/gの範囲にあることが好ましい。
細孔容積がこの範囲にあるとバナジウム等の金属を十分に担持させることができ、かつ、触媒の十分な機械的強度を得ることができる。
マクロ細孔の表面積が50m2/g以上であると原料油の分解が十分に進み、FCCガソリンの収率が確保でき、かつ十分な脱硫率が得られる。
一方、150m2/g以下であると大きな細孔が多くなりすぎないために、分解活性の低下が見られず、十分な脱硫率が得られる。
以上の点から、マクロ細孔の表面積は60〜120m2/gの範囲が更に好ましい。
本発明1〜3では、BET多点法において、窒素の相対圧力(P/P0)=0.3で測定した表面積からtプロットマイクロ表面積を差し引いた値を用いた。
更に20〜98質量%混合した触媒を用いることが好ましい。
本発明3の脱硫機能付加FCC触媒は、上記平衡触媒を、触媒全量基準として0〜98質量%混合した触媒を用いることが好ましい。
平衡触媒の含有量が98質量%以下である、すなわち上記脱硫機能付加FCC触媒の含有量が2質量%以上であることが好ましい。
脱硫機能付加FCC触媒の含有量を2質量%以上とすることにより、十分な脱硫性能が得られる。
以上の点から更に好ましくは、平衡触媒の含有量が70〜95質量%の範囲である。
本発明1〜3で用いる平衡触媒におけるバナジウム及びニッケルの蓄積量は50〜20000質量ppmの範囲が好ましい。
バナジウム及びニッケルの蓄積量が50質量ppm以上であると十分な水素化能が得られ、高い脱硫率を得ることができる。
一方、20000質量ppm以下であると、バナジウム及びニッケルによる触媒被毒が抑制され、十分な分解活性が得られる。
以上の点から、バナジウム及びニッケルの蓄積量は100〜10000質量ppmの範囲が好ましい。
本発明1〜3の低硫黄FCCガソリンの製造方法においては、流動接触分解装置内で、原料油の分解反応と脱硫反応を同時に行わせる。
原料油としては、脱硫重油、重質軽油、減圧軽油、脱瀝軽油、常圧残油などの重質油が用いられる。
更に詳しくは、原料油として直接脱硫装置(RH)から供給される脱硫残油(DSRC)、その他重質留分に富んだ原料油が用いられ、この場合には残油流動接触分解装置(RFCC)が使用される。
また、重質軽油、減圧軽油等を間接脱硫装置(VH)にて脱硫処理して得られる脱硫重質軽油(VHHGO)、脱硫減圧軽油(VHVGO)が原料として用いられ、この場合には流動接触分解装置(FCC)が使用される。
また、原料油として、溶剤脱瀝装置(SDA)から得られる脱瀝油(DAO)を用いることもできる。
なお、上記原料油は二種以上を混合して通油することもできる。
重油又は重質軽油の水素化脱硫方法としては特に制限はなく、従来重油や重質軽油の水素化脱硫に慣用されている方法を用いることができる。
例えば、Mo、Wなどの周期表第6族金属及びCo,Niなどの周期表第8族金属の一種又は二種以上、より具体的にはCo−Mo又はNi−Moをアルミナ、シリカ、ゼオライトあるいはこれらの混合物などの担体に担持させた触媒を用い、反応温度300〜450℃程度、水素分圧3〜20Mpa・G程度、LHSV(液空間速度)0.1〜2.0hr-1程度の条件で水素化脱硫処理する方法などが用いられる。
また、反応圧力は0.02〜5MPaの範囲が好ましく、0.2〜2MPaの範囲がより好ましい。
反応温度および反応圧力が上記範囲内であると、脱硫機能付加FCC触媒の分解活性、接触分解ガソリンの脱硫率が高く好ましい。
なお、触媒の再生温度については、通常600〜800℃である。
本発明1〜3においては、このようにして得られた分解処理油から、蒸留により沸点範囲がC5留分〜230℃程度の留分を分取することにより、目的の低硫黄FCCガソリンを製造することができる。
そして、該FCCガソリン中の硫黄分含有量を50質量ppm以下に、更に好ましくは30質量ppm以下に、特に好ましくは15質量ppm以下に低減させることができる。
なお、本発明1においてFCCガソリンとは沸点範囲がC5留分〜230℃の留分(炭素数が5以上の留分で沸点が230℃以下の留分)をいう。
また、FCCガソリン中の硫黄含有量は電量滴定法により測定した値である。
ここで用いられる本発明1〜2の脱硫機能付加FCC触媒はゼオライトにあらかじめアルミナ被覆をすることにより、ゼオライトが有するミクロ細孔を塞ぎ、細孔径を小さくすることを特徴とする。
これによって、脱硫活性点であるバナジウムがミクロ細孔内に導入されないようにし、ゼオライトの外表面、触媒マトリックスであるシリカ、アルミナ、カオリン等の粘土鉱物上に担持することを可能としたものである。
バナジウムがミクロ細孔内に入らないことによって、分解活性種であるゼオライトの崩壊が抑制され、かつ、分解機能を有するゼオライトの活性点をバナジウムが被毒することがないため、ゼオライトの持つ固体酸性質が維持されるとともに、原料油および分解生成油のゼオライト細孔内への拡散が妨げられることがない。
しかも重質原料油が触媒体内にて拡散し、徐々に分解する過程において、ゼオライト外表面又はマトリックス上に存在するバナジウムによって効率的に脱硫反応が進行するため、バナジウムの脱硫活性が効果的に機能するものである。
以上によって、本発明1〜2の脱硫機能付加FCC触媒は著しく脱硫性能が向上し、かつ分解活性の維持が可能となったため、FCCガソリン、LCOの収率を増大させ、コーク収率の低減を実現することができた。
このことにより、バナジウムの脱硫機能が効率的に生かされ、これと担体の酸点による分解活性が相乗的に機能して、脱硫性能が向上し、かつ分解活性の維持が可能となった。
従って、本発明3の脱硫機能付加FCC触媒を用いることで、FCCガソリン、LCOの収率を増大させ、コーク収率の低減を実現することができた。
一方、バナジウム等の金属種に吸着され、あるいは堆積コーク中に取り込まれ、再生塔にて焼成、酸化されてSOxとなって排出される。
反応塔での硫化(還元)、再生塔での酸化反応により金属種の形態も変化し、バナジウム等の活性金属は反応塔では硫化(還元)されるため主に硫化物状態で存在し、再生塔では酸化されるために硫酸根が付いた硫酸塩の状態となっていると推察される。
またはこれら硫化物、硫酸塩は反応塔、再生塔内でそれぞれが混在している状態が予測される。
評価方法
(1)触媒物性
(1−1)酸量の測定
明細書本文中に記載される方法にて測定した。
(1−2)マクロ細孔表面積の測定
細孔分布測定装置(カンタクローム社製「オートソープ6」)を用い、窒素吸着法にて細孔分布を求め、BET多点法において窒素の相対圧力(P/P0)=0.3で測定した表面積からtプロットマイクロ表面積を差し引いた値をマクロ細孔表面積とした。
(1−3)XPS測定
各実施例及び比較例で調製した触媒について、XPS測定を行った。
使用した装置はアルバック社製「カンタム2000」、測定条件としてはAlKα線、モノクロを用い、検出角度45度とした。
(2)担持液の評価;逆浸透膜の透過率
各実施例及び比較例で得られた担持溶液における金属イオンの逆浸透膜に対する透過率を、日東電工マテックス(株)製逆浸透膜「NTR−7450HG」を用いて測定した。
なお、ここで用いた逆浸透膜は分子軌道法で計算した細孔径が7.6Åである。
(3−1)脱硫率の測定
各実施例及び比較例で得られた触媒を連続式流動床ベンチプラントに充填し、本発明1では硫黄含有量0.17質量%の水素化処理脱硫重質軽油(VHHGO)、本発明2〜3では第2表に記載する性状を有するの水素化処理脱硫重質軽油を反応温度535℃、反応圧力0.18MPa・G、触媒再生温度683℃、触媒/原料油比(質量比)7.0、原料油供給量950g/hrの条件で分解・脱硫反応させた。
生成油は15段蒸留装置にて、沸点C5〜230℃の留分をFCCガソリンとして分取し、その硫黄含有量、窒素含有量を測定した。
なお、硫黄の定量は、電量滴定法により、窒素の定量は化学分光法により行った。
FCCガソリンを加熱した燃焼管に導入し、酸素と不活性ガス気流中で燃焼させる。
燃焼生成した二酸化硫黄を電解液に吸収させて電量滴定し、この際消費された電気量から、硫黄分を求めた。
なお、試料中の硫黄分は、予め硫黄標準液を用いて求めておいた回収係数によって補正した。
本発明1では、上記脱硫率の測定で用いたのと同様の水素化処理脱硫重質軽油(VHHGO)を、通常のMAT評価装置(マイクロアクティビティーテスト装置、ASTM MAT D3907 触媒の石油系炭化水素分解活性評価法)を用いて反応させた。
反応温度530℃、触媒/原料油比(質量比)4.0の条件で行った。
ガソリン収率(質量%)にて評価した(第1表参照)。
本発明2のガソリン収率は、沸点C5〜230℃の留分ガソリンである(第3表参照)。
本発明3では、上記連続式流動床ベンチプラントの反応で得られたガス、FCCガソリン及びコークの収率を加えて分解率とした(第4表参照)。
FCCガソリンを加熱した燃焼管に導入し、酸素と不活性ガス気流中で燃焼させる。燃焼生成した二酸化硫黄を電解液に吸収させて電量滴定し、この際消費された電気量から、硫黄分を求めた。
なお、試料中の硫黄分は、予め硫黄標準液を用いて求めておいた回収係数によって補正した。
(1)アルミナ被覆USY型ゼオライトの調製
スチーミング処理により調製したNFA量5.0質量%、格子常数24.57Aの超安定性Y型ゼオライト(USY)1650g(SiO2−Al2O3基準)を3350gの脱イオン水に攪拌しながら懸濁し、60℃まで加温した。
このゼオライト懸濁スラリーに濃度25質量%の硫酸を加え、pHを2.8に調整した。
別途、60℃に加温したAl2O3濃度5質量%のアルミン酸ナトリウム水溶液2850gを準備し、このアルミン酸ナトリウム水溶液に、pH2.8に調整したゼオライト懸濁スラリーを5分間で添加した。
添加終了後の混合スラリーのpHは7.8であった。
混合スラリーを1時間攪拌した後、減圧吸引式濾過器で固液分離し、60℃の脱イオン水によって洗浄し、残存しているNaイオンやSO4イオン等の副生塩を除去してアルミナ被覆USYを調製した。
該アルミナ被覆USYを4000gの脱イオン水に加えてスラリー化し、アルミナ被覆USYスラリーを得た。
アルミナを脱イオン水に懸濁し、これに成型助剤としてカオリンクレーを加えてスラリーを調製した(以下「マトリックス前駆物質スラリー」という)。
(1)で製造したアルミナ被覆USYスラリーと該マトリックス前駆物質スラリーを混合した後、該混合スラリーを噴霧乾燥し、平均粒径65μmの微小球粒子を得た。
該微小球粒子を硫酸アンモニウム溶液と60℃の脱イオン水にて洗浄し、塩化ランタン溶液を用い酸化ランタンとして2.2質量%のイオン交換を行い、洗浄、乾燥した後、粉粒担体(A)を得た。
(2)で製造した粉粒担体(A)に、バナジウム換算で4000質量ppmのバナジウムが担持されるようにオキシ硫酸バナジウム(VOSO4・nH2O(n=3〜4))を8.9gとり、190mLの水に溶解してオキシ硫酸バナジウム水溶液を調製した。
なお、水の量は粉粒担体(A)の常温時の吸水率を測定して決定した。
オキシ硫酸バナジウム水溶液のpHは2.3であり、透明の群青色を示した。
この水溶液を500gの粉粒担体(A)に常圧含浸した後、120℃で3時間乾燥し、バナジウム担持量4000質量ppmの脱硫機能付加FCC触媒(B1−1)を得た。
次に、該脱硫機能付加FCC触媒(B1−1)を擬似平衡化条件として、600℃で1時間空気中にて焼成した後、スチーム濃度98容量%、空気濃度2容量%の条件で、温度760℃、6時間スチーミング処理を行い、スチーミング処理触媒(C1−1)を得た。
該スチーミング処理触媒(C1−1)240gと、バナジウム870質量ppm及びニッケル530質量ppmが蓄積された平衡触媒(D1)1360gとを均一に混合し、本発明1の脱硫機能付加FCC触媒(E1−1)を得た。
この脱硫機能付加FCC触媒(E1−1)を用いて上述の連続式流動床ベンチプラントにて評価を実施した。
評価結果を第1表に示す。
また、MAT評価装置での試験においては、前記スチーミング処理触媒(C1−1)0.75gと平衡触媒(D1)4.25gとを混合して本発明1の脱硫機能付加FCC触媒(F1−1)を得、反応に供した。
評価結果を第1表に示す。
実施例1(3)における水の配合量を185mLとし、pHを1.5程度に調整するために濃硫酸(濃度95%)を添加し、その後脱イオン水を加えて粉粒担体(A)の常温時の吸水率に見合う190mLのオキシ硫酸バナジウム水溶液を調製した。
この水溶液を実施例1と同様に500gの粉粒担体(A)に常圧含浸し、120℃、3時間乾燥し、脱硫機能付加FCC触媒(B1−2)とした。
脱硫機能付加FCC触媒(B1−2)中のバナジウム含有量はバナジウム金属換算で4000質量ppmであった。
なお、バナジウム溶液のpHは1.5であり、透明の群青色を示した。
脱硫機能付加FCC触媒(B1−2)を実施例1と同様に擬似平衡化処理を行ない、スチーミング処理触媒(C1−2)を得た。
スチーミング処理触媒(C1−2)240gと、実施例1で用いたのと同様の平衡触媒(D1)1360gとを均一に混合して、本発明1の脱硫機能付加FCC触媒(E1−2)を得た。
この脱硫機能付加FCC触媒(E1−2)を用いて実施例1と同様に連続式流動床ベンチプラントにて評価を実施した。
評価結果を第1表に示す。
また、MAT評価装置での試験においては、実施例1と同様に、スチーミング処理触媒(C1−2)0.75gと平衡触媒(D1)4.25gとを混合して本発明1の脱硫機能付加FCC触媒(F1−2)を得、反応に供した。
評価結果を第1表に示す。
メタバナジン酸アンモニウムNH3VO3を4.6gとり、正リン酸3.2gを脱イオン水100mLに溶解した水溶液中に溶解し、攪拌混合し、最終的に脱イオン水を加えて、粉粒担体(A)の常温時の吸水率に見合う190mLのメタバナジン酸アンモニウム−リン水溶液を調製した。
この水溶液を実施例1と同様に500gの粉粒担体(A)に常圧含浸した。
金属担持液のpHは3.2であった。
バナジウムが4000質量ppm(金属換算)、リンが2000質量ppm(金属換算)担持された脱硫機能付加FCC触媒(B1−3)を得た。
実施例1と同様に擬似平衡化処理を行ない、スチーミング処理触媒(C1−3)を得た。スチーミング処理触媒(C1−3)240gと、実施例1で用いたのと同様の平衡触媒(D1)1360gとを均一に混合して、本発明1の脱硫機能付加FCC触媒(E1−3)を得た。
この脱硫機能付加FCC触媒(E1−3)を用いて、実施例1と同様に連続式流動床ベンチプラントにて評価を実施した。
評価結果を第1表に示す。
また、MAT評価装置での試験においては、実施例1と同様にスチーミング処理触媒(C1−3)0.75gと平衡触媒(D1)4.25gとを混合して本発明1の脱硫機能付加FCC触媒(F1−3)を得、反応に供した。
評価結果を第1表に示す。
バナジウムとして4,000質量ppmが担持されるようにオキシ硫酸バナジウムVOSO4・nH2O(n=3〜4)を8.9gとり、100mLの水で溶解し、次いでマンガンとして4000質量ppm担持されるように硫酸マンガンMnSO4・5H2Oを8.8gとり、溶解し、脱イオン水を加え、粉粒担体(A)の常温時の吸水率に見合う190mLの硫酸バナジウム−硫酸マンガン水溶液を調製した。
pHは3.2であった。この水溶液を実施例1と同様に500gの粉粒担体(A)に常圧含浸し、120℃で3時間乾燥し、脱硫機能付加FCC触媒(B1−4)とした。
実施例1と同様に擬似平衡化処理を行ない、スチーミング処理触媒(C1−4)を得た。
スチーミング処理触媒(C1−4)240gと実施例1で用いたのと同様の平衡触媒(D1)1360gとを均一に混合し、本発明1のFCC触媒(E1−4)を得た。
この脱硫機能付加FCC触媒(E1−4)を用いて、実施例1と同様に連続式流動床ベンチプラントにて評価を実施した。
評価結果を第1表に示す。
また、MAT評価装置での試験においては、前記スチーミング処理触媒(C1−4)0.75gと平衡触媒(D1)4.25gとを混合して本発明1の脱硫機能付加FCC触媒(F1−4)を得、反応に供した。
評価結果を第1表に示す。
実施例4で調製したスチーミング処理触媒(C1−4)を用いて、実施例1と同様に連続式流動床ベンチプラントにて評価した。
また、MAT評価装置での試験においては、スチーミング処理触媒(C1−4)を5g反応に供した。
評価結果を第1表に示す。
アルミナによる被覆を施さないUSY型ゼオライトを用いたこと以外は、実施例1と同様の方法で粉粒担体(A’)を調製した。
この粉粒担体(A’)の常温時の吸水率に見合うオキシ硫酸バナジウム水溶液を、バナジウムの担持量がバナジウム金属換算で4000質量ppmとなるように含浸担持し、脱硫機能付加FCC触媒(B’1−1)を得た。
実施例1と同様に擬似平衡化処理を行ない、スチーミング処理触媒(C’1−1)を得た。
スチーミング処理触媒(C’1−1)240gと、実施例1で用いたのと同様の平衡触媒(D1)1360gとを均一に混合し、脱硫機能付加FCC触媒(E’1−1)を得た。
この脱硫機能付加FCC触媒(E’1−1)を用いて、実施例1と同様に連続式流動床ベンチプラントにて評価を実施した。
評価結果を第1表に示す。
また、MAT評価装置での試験においては、スチーミング処理触媒(C’1−1)0.75gと平衡触媒(D1)4.25gとを混合して脱硫機能付加FCC触媒(F’1−1)を得、反応に供した。
評価結果を第1表に示す。
アルミナ被覆を施さないUSY型ゼオライトを用いたこと以外は、実施例3と同様の方法で脱硫機能付加FCC触媒(B’1−2)を調製した。
この脱硫機能付加FCC触媒(B’1−2)を実施例1と同様に擬似平衡化を行い、スチーミング処理触媒(C’1−2)を得た。
このスチーミング処理触媒(C’1−2)240gと実施例1で用いたのと同様の平衡触媒(D1)1360gとを均一に混合し、脱硫機能付加FCC触媒(E’1−2)を得た。
この脱硫機能付加FCC触媒(E’1−2)を用いて実施例1と同様に連続式流動床ベンチプラントにて評価を実施した。
評価結果を第1表に示す。
また、MAT評価装置での試験においては、スチーミング処理触媒(C’1−2)0.75gと平衡触媒(D)4.25gとを混合して脱硫機能付加FCC触媒(F’1−2)を得、反応に供した。
評価結果を第1表に示す。
実施例1で用いた平衡触媒(D)を実施例1と同様に擬似平衡化処理を行った後、これを脱硫機能付加FCC触媒とし、実施例1と同様の評価試験を行った。
評価結果を第1表に示す。
(1)アルミナ被覆USY型ゼオライトの調製
スチーミング処理により調製したNFA量5.0質量%、格子常数24.57Åの超安定性Y型ゼオライト(USY)165g(SiO2−Al2O3基準)を335gの脱イオン水に攪拌しながら懸濁し、60℃まで加温した。
このゼオライト懸濁スラリーに濃度25質量%の硫酸を加え、pHを2.8に調整した。
別途、60℃に加温したAl2O3濃度5質量%のアルミン酸ナトリウム水溶液285gを準備し、このアルミン酸ナトリウム水溶液に、pH2.8に調整したゼオライト懸濁スラリーを5分間で添加した。
添加終了後の混合スラリーのpHは7.8であった。
混合スラリーを1時間攪拌した後、減圧吸引式濾過器で固液分離し、60℃の脱イオン水によって洗浄し、残存しているNaイオンやSO4イオン等の副生塩を除去してアルミナ被覆USYを調製した。
アルミナの被覆量は乾燥基準で8.0質量%であった。
乾燥後の基準で、(1)で調製したアルミナ被覆USY20質量%、アルミナ20質量%、シリカ20質量%及びカオリン(アルミナ/シリカの質量比が50/50)40質量%をイオン交換水中で攪拌、混合し、スラリー化した。
該混合スラリーを120℃でスプレードライ法により、平均粒径70μmの微小球粒子を得た。該微小球粒子に対して、イオン交換法によりランタン(希土類元素)を1.7質量%担持し、120℃で3時間乾燥を行った。
該触媒担体中のアルミナ含有量は44質量%であった。
(2)で製造した担体(A−1)に、バナジウム換算で4000質量ppmのバナジウムが担持されるように硫酸バナジル(VOSO4・nH2O(n=3〜4))をとり、105mLのイオン交換水に溶解して硫酸バナジル水溶液を調製した
なお、水の量は担体(A−1)の常温時の吸水率を測定して決定した。
硫酸バナジル水溶液のpHは2.3であり、透明の群青色を示した。
この水溶液を300gの担体(A−1)に常圧含浸した後、120℃で3時間乾燥し、バナジウム担持量4000質量ppmの脱硫機能付加FCC触媒(B2−1)を得た。
脱硫機能付加FCC触媒(B2−1)について上記XPS測定により評価した。
結果を第3表に示す。
次に、脱硫機能付加FCC触媒(B2−1)を擬似平衡化条件として、スチーム濃度98容量%、空気濃度2容量%の条件で、温度760℃、6時間スチーミング処理を行い、スチーミング処理触媒(C2−1)を得た。
該スチーミング処理触媒(C2−1)210gと、バナジウム530質量ppm及びニッケル290質量ppmが蓄積された平衡触媒(D2)1190gとを均一に混合し、本発明2の脱硫機能付加FCC触媒(E2−1)を得た。
この脱硫機能付加FCC触媒(E2−1)を用いて上述の連続式流動床ベンチプラントにて評価を実施した。
評価結果を第3表に示す。
バナジウムとして4000質量ppmが担持されるように硫酸バナジルVOSO4・nH2O(n=3〜4)を、マンガンとして4000質量ppm担持されるように硫酸マンガンMnSO4・5H2Oを105mLのイオン交換水に溶解し、担持溶液を得た。
実施例6の担持溶液に代えて、上記担持溶液を用いたこと以外は実施例6と同様にして、脱硫機能付加FCC触媒(B2−2)を得た。
脱硫機能付加FCC触媒(B2−2)について、実施例6と同様にXPS測定により評価した。
結果を第3表に示す。
また、実施例6と同様に、スチーミングし、平衡触媒(D2)と混合して、脱硫機能付加FCC触媒(E2−2)を得た。
実施例6と同様に評価した結果を第3表に示す。
乾燥後のバナジウム含有量が4000質量ppmになるように、硫酸バナジルVOSO4・nH2O(n=3〜4)の3.0質量%水溶液2.0Lを調製した。
該水溶液に実施例6で製造したのと同様の担体300gを投入し、80℃で1時間攪拌を行い、イオン交換処理を実施した。
イオン交換処理後、触媒をろ過し、600mLのイオン交換水で3回洗浄した。
その後120℃で乾燥し、脱硫機能付加FCC触媒(B’2−1)を得た。
実施例6と同様に、脱硫機能付加FCC触媒(B’2−1)についてXPS測定により評価した。
結果を第3表に示す。
次いで、実施例6と同様に、スチーミングし、平衡触媒(D2)と混合して、脱硫機能付加FCC触媒(E’2−1)を得、実施例6と同様に評価した。
結果を第3表に示す。
乾燥後のバナジウム含有量が4000質量ppmになるように、メタバナジン酸アンモニウム、シュウ酸2000質量ppmを105mLのイオン交換水に溶解して、担持溶液を調製した。
実施例6の担持溶液に代えて、上記担持溶液を用いたこと以外は実施例6と同様にして、脱硫機能付加FCC触媒(B’2−2)を得た。
実施例6と同様に、脱硫機能付加FCC触媒(B’2−2)についてXPS測定により評価した。
結果を第3表に示す。
また、実施例6と同様に、スチーミングし、平衡触媒(D2)と混合して、脱硫機能付加FCC触媒(E’2−2)を得た。
実施例6と同様に評価した結果を第3表に示す。
アルミナによる被覆を施さないUSY型ゼオライトを用いたこと以外は、実施例6と同様の方法で担体(A’−3)を調製した。
担体(A’−3)のアルミナ含有量は42質量%であった。
また、実施例6と同様にしてバナジウムを担持し、脱硫機能付加FCC触媒(B’2−3)を得た。
実施例6と同様に、脱硫機能付加FCC触媒(B’2−3)についてXPS測定により評価した。
結果を第3表に示す。
また、実施例6と同様に、スチーミングし、平衡触媒(D2)と混合して、脱硫機能付加FCC触媒(E’2−3)を得た。
実施例6と同様に評価した結果を第3表に示す。
乾燥後の基準で、実施例6(1)で調製したアルミナ被覆USY20質量%、アルミナ5質量%、シリカ35質量%及びカオリン(アルミナ/シリカの質量比が50/50)40質量%をイオン交換水中で攪拌、混合し、スラリー化した。
該混合スラリーを120℃でスプレードライ法により、平均粒径69μmの微小球粒子を得た。
該微小球粒子に対して、イオン交換法によりランタン(希土類元素)を1.7質量%担持し、550℃で3時間焼成を行って触媒担体(A’−4)を得た。
該触媒担体中のアルミナ含有量は27質量%であった。
該触媒担体(A’−4)に、バナジウム換算で4000質量ppmのバナジウムが担持されるように硫酸バナジル(VOSO4・nH2O(n=3〜4))をとり、96mLのイオン交換水に溶解して硫酸バナジル水溶液を調製した。
なお、水の量は粉粒担体(A’−4)の常温時の吸水率を測定して決定した。
硫酸バナジル水溶液のpHは2.3であり、透明の群青色を示した。
この水溶液を300gの粉粒担体(A’−4)に常圧含浸した後、120℃で3時間乾燥し、バナジウム担持量4000質量ppmの脱硫機能付加FCC触媒(B’2−4)を得た。
脱硫機能付加FCC触媒(B’2−4)について上記XPS測定により評価した。
結果を第3表に示す。
また、実施例6と同様に、スチーミングし、平衡触媒(D2)と混合して、脱硫機能付加FCC触媒(E’2−4)を得た。
実施例6と同様に評価した結果を第3表に示す。
(1)担体の調製
焼成後の質量基準で、超安定性Y型ゼオライト(USY、東ソー(株)製「FSZ−330HUA」)20質量%、アルミナ(ラロッシュ・ケミカルズ社製「VERSAL250」)10質量%、シリカ(日本化学工業(株)製「水ガラス JIS3号」)30質量%、及びカオリン(土屋カオリン工業(株)製「ASP−170」)40質量%をイオン交換水中で攪拌混合し、スラリー化した。
該スラリーを120℃でスプレードライにて乾燥させた後、酸化物基準で5質量%のランタンを含む水溶液中を潜らせ、焼成後の酸化物基準で2質量%のランタンをイオン交換させた。
その後、120℃で3時間乾燥、550℃で3時間焼成して球状の触媒担体を得た。
焼成後の質量基準でバナジウム金属及びマンガン金属がそれぞれ4000質量ppmになるように硫酸バナジル(VOSO4)及び硫酸マンガン(MnSO4)を111mlのイオン交換水に溶解させ、担持溶液を調製した。
この担持溶液について、上記方法にて逆浸透膜の透過率を測定した。
その結果を第4表に示す。
なお、上記(1)で製造した触媒担体の含水率は0.37ml/gであり、担持溶液の水分量は触媒担体の含水量と一致させたものである。
上記(1)で製造した触媒担体300gに、上記(2)で調製した担持溶液を含浸担持した後、120℃で3時間乾燥して脱硫機能付加FCC触媒を得た。
この脱硫機能付加FCC触媒を擬似平衡化条件として、スチーム濃度98容量%、空気濃度2容量%の条件で、温度760℃、6時間スチーミング処理を行い、スチーミング処理触媒を得た。
該スチーミング処理触媒15質量%と、バナジウム530質量ppm及びニッケル290質量ppmが蓄積された平衡触媒(D2)85質量%を均一に混合し、混合触媒を得た。
上記方法にて、触媒の物性評価及び反応評価を行った。
結果を第4表に示す。
実施例8の担持溶液において、硫酸バナジルに代えて、メタバナジン酸アンモニウム(NH3VO3)を用い、又硫酸マンガンに代えて、リン元素が2000質量ppmになるように正リン酸を加えたこと以外は実施例8と同様にして触媒を調製し、実施例8と同様に評価を行った。
結果を第4表に示す。
(1)担体の調製
焼成後の質量基準で、超安定性Y型ゼオライト(USY、東ソー(株)製「FSZ−330HUA」)25質量%、アルミナ(ラロッシュ・ケミカルズ社製「VERSAL250」)20質量%、シリカ(日本化学工業(株)製「水ガラス JIS3号」)15質量%、及びカオリン(土屋カオリン工業(株)製「ASP−170」)40質量%をイオン交換水中で攪拌混合し、スラリー化した。
該スラリーを120℃でスプレードライにて乾燥させた後、酸化物基準で5質量%のランタンを含む水溶液中を潜らせ、焼成後の酸化物基準で2質量%のランタンをイオン交換させた。
その後、120℃で3時間乾燥、550℃で3時間焼成して球状の触媒担体を得た。
焼成後の質量基準でバナジウム金属が4000質量ppmになるように硫酸バナジルを144mlのイオン交換水に溶解させ、担持溶液を調製した。
この担持溶液について、上記方法にて逆浸透膜の透過率を測定した。
その結果を第4表に示す。
なお、上記(1)で製造した触媒担体の含水率は0.48ml/gであり、担持溶液の水分量は触媒担体の含水量と一致させたものである。
上記(1)で製造した触媒担体300gと、上記(2)で調製した担持溶液を用いて、実施例8と同様にして混合触媒を得た。
上記方法にて、触媒の物性評価及び反応評価を行った。
結果を第4表に示す。
脱硫機能付加FCC触媒を用いず、バナジウム530質量ppm及びニッケル290質量ppmが蓄積された平衡触媒(D2)のみで実施例8と同様に評価を実施した。
結果を第4表に示す。
これに伴い、流動接触分解装置の前段及び後段の水素化精製装置の反応温度、水素消費量の低減、運転負荷低減などを達成することができる。
これは運転コスト削減に繋がり、更には炭酸ガスの排出量を抑制することができ、環境負荷低減にも貢献し得るものである。
また、本発明1〜3によれば、硫黄分の高い原料油を流動接触分解装置に導入でき、原料油コストを低減することもできる。
Claims (20)
- (a)アルミナを被覆したゼオライトと(b)ゼオライト以外の多孔性無機酸化物及び/又は粘土鉱物とからなる担体にバナジウムを担持してなる触媒であって、
担持するバナジウムがバナジウム単独で又はバナジウムと他の異なる金属とで少なくともその一部が多核錯塩を形成してなり、バナジウムの担持量がバナジウム金属換算で500〜20000質量ppmであり、酸量が20〜450μmol/gであり、かつ細孔径の範囲が20〜1000Åであり、細孔径のピーク位置が20〜500Åの間に単一ピークとして有するマクロ細孔表面積が30〜150m2/gである脱硫機能付加流動接触分解触媒。 - 前記ゼオライトがY型ゼオライト、希土類交換Y型ゼオライト、USY型ゼオライト、希土類交換USY型ゼオライト、β型ゼオライト、ZSM−5、及びL型ゼオライトから選ばれる少なくとも一種である請求項1に記載の脱硫機能付加流動接触分解触媒。
- 前記ゼオライトがY型ゼオライト、希土類交換Y型ゼオライト、USY型ゼオライト、及び希土類交換USY型ゼオライトから選ばれる少なくとも一種である請求項1に記載の脱硫機能付加流動接触分解触媒。
- 前記多核錯塩がバナジウム単独の又はバナジウムと他の異なる金属との2〜4核錯塩である請求項1〜3のいずれか一つに記載の脱硫機能付加流動接触分解触媒。
- 前記多核錯塩がイソポリ酸塩又はヘテロポリ酸塩である請求項1〜4のいずれか一つに記載の脱硫機能付加流動接触分解触媒。
- 前記バナジウムの担持がバナジウム含有溶液に無機酸、有機酸及び他の金属塩から選ばれる少なくとも一種を混合した担持溶液を用いる請求項1〜5のいずれか一つに記載の脱硫機能付加流動接触分解触媒。
- 前記無機酸が、硫酸、塩酸、リン酸、硝酸、過塩素酸、ホウ酸、及びピロリン酸から選ばれる少なくとも一種であり、前記有機酸が、シュウ酸、酢酸、クエン酸、グルタミン酸、グルコン酸、ステアリン酸、ギ酸、酒石酸、安息香酸、コハク酸、サリチル酸、アスパラギン酸、アスコルビン酸、アセチルサリチル酸、及びアミノ酸から選ばれる少なくとも一種であり、前記他の金属塩が、マンガン、マグネシウム、カルシウム、コバルト、亜鉛、銅、チタン、アルミニウム、ニッケル、鉄、クロム、ランタン、イットリウム、スカンジウム、ニオブ、タンタル、モリブデン、及びタングステンから選ばれる少なくとも一種の無機金属塩又は有機金属塩である請求項6に記載の脱硫機能付加流動接触分解触媒。
- バナジウムが担持溶液中で多核錯塩を形成している請求項6又は7に記載の脱硫機能付加流動接触分解触媒。
- 多核錯塩がイソポリ酸塩又はヘテロポリ酸塩である請求項8に記載の脱硫機能付加流動接触分解触媒。
- バナジウムがゼオライトの外表面、ゼオライト以外の多孔性無機酸化物及び粘土鉱物の少なくともいずれかに担持される請求項1〜9のいずれか一つに記載の脱硫機能付加流動接触分解触媒。
- 前記多孔性無機酸化物がアルミナ、シリカ、シリカ・アルミナ、チタニア、アルミナ・チタニア、及びシリカ・チタニアから選ばれる少なくとも一種であり、前記粘土鉱物がカオリン、ハロイサイト及びベントナイトから選ばれる少なくとも一種である請求項1〜10のいずれか一つに記載の脱硫機能付加流動接触分解触媒。
- 更に、バナジウム及びニッケルの蓄積量が50〜20000質量ppmである流動接触分解平衡触媒を、触媒全量を基準として20〜98質量%混合することを特徴とする請求項1〜11のいずれか一つに記載の脱硫機能付加流動接触分解触媒。
- (a)アルミナを被覆したゼオライトと(b)ゼオライト以外の多孔性無機酸化物及び/又は粘土鉱物とからなる担体にバナジウムを担持してなる請求項1〜12のいずれか一つに記載の脱硫機能付加流動接触分解触媒の製造方法であって、バナジウム塩単独又はバナジウム塩と他の金属の塩と、無機酸又は有機酸を混合して水溶性のポリ酸塩を調製し、これを担体に担持することを特徴とする脱硫機能付加流動接触分解触媒の製造方法。
- (a)アルミナを被覆したゼオライトと(b)ゼオライト以外の多孔性無機酸化物及び/又は粘土鉱物とからなる担体にバナジウムを担持してなる請求項1〜12のいずれか一つに記載の脱硫機能付加流動接触分解触媒の製造方法であって、バナジウム塩単独又はバナジウム塩と他の金属の塩を混合した水溶液を調製し、該水溶液を担体に担持することを特徴とする脱硫機能付加流動接触分解触媒の製造方法。
- 前記他の金属がマンガン、マグネシウム、カルシウム、コバルト、亜鉛、銅、チタン、アルミニウム、ニッケル、鉄、クロム、ランタン、イットリウム、スカンジウム、ニオブ、タンタル、モリブデン、及びタングステンから選ばれる少なくとも一種の無機金属塩又は有機金属塩である請求項13又は14に記載の脱硫機能付加流動接触分解触媒の製造方法。
- 請求項1〜12のいずれか一つに記載の脱硫機能付加流動接触分解触媒を用いて重質油を接触分解する低硫黄接触分解ガソリンの製造方法。
- 請求項13又は14に記載の方法で製造された脱硫機能付加流動接触分解触媒を用いて重質油を接触分解する低硫黄接触分解ガソリンの製造方法。
- 前記重質油が水素化処理脱硫重油及び/又は水素化処理脱硫重質軽油であり、該重質油中の硫黄含有量が0.03〜0.7質量%であり、得られる低硫黄接触分解ガソリンが沸点範囲C5〜230℃の範囲において硫黄分含有量50質量ppm以下である請求項16又は17に記載の低硫黄接触分解ガソリンの製造方法。
- 得られる低硫黄接触分解ガソリンが、沸点範囲C5〜230℃の範囲において硫黄分含有量30質量ppm以下である請求項16〜18のいずれか一つに記載の低硫黄接触分解ガソリンの製造方法。
- 得られる低硫黄接触分解ガソリンが、沸点範囲C5〜230℃の範囲において硫黄分含有量15質量ppm以下である請求項19に記載の低硫黄接触分解ガソリンの製造方法。
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