JP5577339B2 - Izm−2ゼオライトベース触媒及び炭化水素原料の水素化転化/水素化分解法 - Google Patents
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Description
触媒の全体的な組成は、粉末状態にある触媒についての蛍光X線または触媒の酸攻撃(acidic attack)後の原子吸光によって決定され得る。
本発明は、触媒であって、
− 少なくとも1種の結晶化IZM−2固体を含む基材であって、表:
に列挙される放射線を少なくとも含むX線回折パターンを示し;
− 無水ベースで、酸化物のモルに関して、一般式:XO2:aY2O3:bM2/nOによる化学組成によって表され、式中、Xは少なくとも1種の四価元素を表し、Yは少なくとも1種の三価元素を表し、Mは、価数nの少なくとも1種のアルカリ金属および/またはアルカリ土類金属であり、a及びbはそれぞれY2O3及びM2/nOのモル数を表し、aは0〜0.5であり、bは0〜1である、基材;および
− 周期律表の第VIII族非貴金属からの少なくとも1種の水素化−脱水素化元素を含有する活性相
を含み、硫化物相触媒である、触媒に関する。
本発明によると、前記触媒は、周期律表の第VIB族からの少なくとも1種の水素化−脱水素化元素および/または第VIII族非貴金属からの少なくとも1種の水素化−脱水素化元素を含有する活性相を含む。
− ケイ素、ホウ素およびリンからなる群から選択される少なくとも1種のドーピング元素:0〜20重量%、好ましくは0.1〜15重量%、一層より好ましくは0.1〜10重量%(ゼオライトの骨格中に含有されるケイ素を含まない);および場合によってはまた
− 第VB族から選択される少なくとも1種の元素、好ましくは、ニオブ:0〜60重量%、好ましくは0.1〜50重量%、一層より好ましくは0.1〜40重量%;および場合によっては、
− 第VIIA族から選択される少なくとも1種の元素、好ましくはフッ素:0〜20重量%、好ましくは0.1〜15重量%、一層より好ましくは0.1〜10重量%。
− IZM−2ゼオライト:0.1〜99.8重量%、好ましくは0.1〜80重量%、一層より好ましくは0.1〜70重量%、非常に好ましくは0.1〜50重量%;
− 少なくとも1種の酸化物タイプの多孔質無機マトリクス:0.2〜99.9重量%、好ましくは1〜99重量%。
本発明によると、前記触媒は、周期律表の第VIB族からの少なくとも1種の水素化−脱水素化元素および/または第VIII族非貴金属からの少なくとも1種の水素化−脱水素化元素を含有する活性相を含む。
本発明によると、本発明による触媒の基材は、少なくとも1種の結晶化IZM−2固体を含み、該固体は、無水ベースで、酸化物モルに関して、一般式:XO2:aY2O3:bM2/nOで表される化学組成を有し、式中、Xは少なくとも1種の四価元素を表し、Yは少なくとも1種の三価元素を表し、Mは少なくとも1種のn価のアルカリ金属及び/又はアルカリ土類金属であり、a及びbはそれぞれY2O3及びM2/nOのモル数を表し、aは0〜0.5であり、bは0〜1である。
XO2/Y2O3:少なくとも2、好ましくは少なくとも20、より好ましくは60〜600
H2O/XO2:1〜100、好ましくは10〜70
R/XO2:0.02〜2、好ましくは0.05〜0.5
M2/nO/XO2:0〜1、好ましくは0.005〜0.5。
細孔質の通常は無定形の無機マトリクスは、一般的に、少なくとも1種の耐火性酸化物からなる。前記マトリクスは、通常、アルミナ、シリカ、クレー、酸化チタン、酸化ホウ素、及びジルコニアによって形成される群から選択される。マトリクスは、前記に挙げられた酸化物の少なくとも2種の混合物からなっていてもよく、例えば、シリカ−アルミナである。アルミン酸塩を選択することも可能である。好ましくは、当業者に知られたすべての形態のアルミナを含有するマトリクスの使用がなされ、例えば、ガンマアルミナである。
本発明による触媒を調製するための好ましい方法は、以下の工程を含む:
本発明により実施されるIZM−2ゼオライトは、当業者に知られたあらゆる方法を用いて、基材または触媒の調製のあらゆる段階において、導入され得る。本発明により実施されるIZM−2ゼオライトは、上述の通り、少なくとも一部水素型(H+)またはアンモニウム型(NH4 +)である。
本発明はまた、本発明による触媒を用いた炭化水素留分の処理方法に関する。
本発明によると、原料の注入の前に、本発明による方法において用いられる触媒は、予め、硫化処理に付され、これにより、少なくとも一部において金属種を硫化物に変換することが可能になり、その後に、処理されるべき原料と接触させられる。硫化することによるこの活性化処理は、当業者に周知であり、文献において既に記載されているあらゆる方法を用いて、現場(in situ)、すなわち、反応器中または現場外(ex situ)のいずれかにおいて行われ得る。
上記の本発明による方法を用いて非常に広範囲の原料が処理され得る。それらは、一般的には少なくとも20体積%、多くの場合少なくとも80体積%の、340℃超で沸騰する化合物を含有する。
原料が樹脂型化合物及び/又はアスファルテン型化合物を含むならば、水素化分解、水素化転化、及び/又は水素化処理の触媒とは異なる触媒又は吸着床上に、原料を予め通すことが有利である。本発明により用いられるこのような触媒又は保護床は、球または押出物の形態である。しかしながら、触媒は0.5〜5mm、より特定的には0.7〜2.5mmの径を有する押出物の形態であることが有利である。形状は、円筒形(中空であっても中空でなくてもよい)、捻れた円筒形、多葉(例えば2、3、4、又は5葉)、環状等である。円筒形の形状が好ましく用いられるが、任意の他の形状が用いられ得る。
温度、圧力、水素リサイクル率、毎時体積速度等の操作条件は、原料の性質、所望の生成物の量および処理者が所有する設備に応じて可変であり得る。水素化分解/水素化転化または水素化処理の触媒は、一般的に、水素の存在下に、上記の原料と、200℃超、多くの場合250〜480℃、有利には320〜450℃、好ましくは330〜435℃の温度で、1MPa超、多くの場合2〜25MPa、好ましくは3〜20MPaの圧力下に接触させられ、空間速度は、0.1〜20h−1、好ましくは0.1〜6h−1、好ましくは0.2〜3h−1であり、導入される水素の量は、水素の体積(リットル)/炭化水素の体積(リットル)の体積比が80〜5,000L/L、ほとんどの場合100〜2,000L/Lであるようにされる。
本発明による触媒を実施する水素化分解および/または水素化転化方法は、穏やかな水素化分解(soft hydrocracking)から高圧水素化分解にわたる圧力および転化の領域をカバーする。用語「穏やかな水素化分解」は、中程度の転化率、一般的には、40%未満の転化率をもたらし、低い圧力、一般的には2〜6MPaで機能する水素化分解のことである。
一工程水素化分解として知られているものは、まず第一におよび一般的に、広範な水素化精製を含む。この広範な水素化精製の目的は、原料の広範な水素化脱窒および脱硫を行うことである。その後、前記原料は、適正な水素化分解触媒上に送られる。この広範な水素化精製は、特に、水素化分解触媒がゼオライトを含む場合に行われる。原料のこの広範な水素化精製により、原料のより軽質なフラクションへの限定された転化のみがなされるが、この軽質なフラクションは、不十分なままであり、したがって、より活性な水素化分解触媒上に補完されなければならない。しかしながら、2つのタイプの触媒の間に分離は起こらないことは留意されるべきである。反応器の出口における流出物の全ては、適正な水素化分解触媒上に注入され、形成された生成物が分離されるのは、その後だけである。この水素化分解のバージョンは、ワンススルー水素化分解(once-through hydrocracking)と呼ばれるものであり、原料のより広範な転化を考慮して未転化フラクションの反応器の方へのリサイクルを示す変形例を有している。
低含有量のシリカを有する触媒の場合、触媒組成物中に含まれる基材の重量によるシリカ含有量は、5〜30%、好ましくは5〜20%である。
本発明による触媒は、単独で、1つ以上の反応器において用いられ得る。このタイプの方法内で、有利には、直列の複数の反応器の使用がなされ得、本発明による触媒を含むこの沸騰床反応器は、少なくとも1種の固定床または沸騰床の水素化精製触媒を含む1つ以上の反応器によって先行される。
本発明による触媒はまた、水素化精製帯域と、アンモニアの部分的除去(例えばホットフラッシュによる)を可能にする帯域と、水素化分解触媒を含む帯域とを含む一工程水素化分解方法として知られているものにおいて用いられ得る。中間留出液および場合によりオイルベースの製造のために一工程において炭化水素原料を水素化分解するためのこの方法は、少なくとも1つの第1の水素化精製反応帯域と、第1の反応帯域からの流出物の少なくとも一部の水素化分解が操作される少なくとも1つの第2の反応帯域とを含む。この方法はまた、アンモニアを、第1の帯域を出る流出物から不完全に分離することを含む。この分離は、有利には、中間のホットフラッシュによって行われる。第2の反応帯域において操作される水素化分解は、原料中に存在する量未満である量のアンモニアの存在下に、好ましくは窒素の重量で1,500ppm未満、より好ましくは1,000重量ppm未満、一層より好ましくは800重量ppm未満で行われる。本発明の触媒は、好ましくは、水素化分解反応帯域において、本発明の触媒の上流に置かれた水素化精製触媒と組み合わされてまたは組み合わされないで用いられる。
本発明による触媒は、
− 第1の水素化精製反応帯域:当該反応帯域中で、原料は、フランス特許No.2 840 621において規定される標準活性試験において、シクロヘキサン転化度:10質量%未満を示す少なくとも1種の水素化精製触媒と接触させられる;および
− 第2の水素化分解反応帯域:当該反応帯域中で、水素化精製工程から得られた流出物の少なくとも一部が、標準活性試験において、シクロヘキサン転化度:10質量%超を示す少なくとも1種の水素化分解触媒と接触させられる;
を含み、本発明による触媒は、2つの反応帯域の少なくとも一方中に存在する、水素化分解方法において用いられ得る。
2つの反応帯域の間で中間分離を伴う二工程水素化分解スキームとして知られているものでは、所与の工程において、本発明の触媒は、一方または両方の反応器において、本発明の触媒の上流に置かれた水素化精製触媒と組み合わされてまたは組み合わされないで用いられ得る。
本発明による触媒は、ガソリン留分、石炭から得られる留分または天然ガスから製造された炭化水素等の炭化水素含有原料の水素化処理および水素化精製に、より具体的には、芳香族化合物および/またはオレフィン化合物および/またはナフテン化合物および/またはパラフィン化合物を含有する炭化水素原料の水素化、水素化脱窒、水素化脱酸素、水素化脱芳香族および水素化脱金属に用いられ、前記原料は、場合によっては、金属および/または窒素および/または酸素および/または硫黄を含有する。
(実施例1−本発明による触媒に用いられるIZM−2ゼオライトの調製)
本発明による触媒において用いられるIZM−2ゼオライトの調製は、最初に、構造化剤1,6−ビス(メチルピペリジニウム)ヘキサン二臭化物の調製を経る。50gの1,6−ジブロモヘキサン(0.20モル、99%、Alfa Aesar)を、50gのN−メチルピペリジン(0.51モル、99%、Alfa Aesar)及び200mLのエタノールを含有する1Lフラスコに加える。反応媒体を攪拌し、5時間にわたって還流させる。続いて、混合物を周囲温度に冷却し、次いでろ過する。混合物を、300mLの冷ジエチルエーテルに注ぎ、次いで、生じた沈殿をろ過し、100mLのジエチルエーテルにより洗浄する。得られた固体を、エタノール/エーテル混合液中で再結晶させた。得られた固体を、真空下に12時間にわたって乾燥させた。71gの白色固体(すなわち、収率80%)を得た。生成物は、予想された1H NMRを有している。
本発明による触媒において用いられるIZM−2固体を、続いて、以下の方法で調製する:Aldrichによって販売される商用語Ludox(登録商標)AS-40の下に知られているシリカのコロイド懸濁液20.269gを、0.32gのアルミン酸ナトリウム(Carlo Erba)、0.634gの水酸化ナトリウム(Prolabo)、9.95gの1,6−ビス(メチルピペリジニウム)ヘキサン二臭化物および68.82gの脱イオン水からなる溶液に組み入れる。混合物のモル組成は以下の通りである:SiO2;0.0125Al2O3;0.08Na2O;0.17 1,6−ビス(メチルピペリジニウム)ヘキサン二臭化物;33.33H2O。混合物を30分間にわたって激しく攪拌した。次いで、混合物を、均一化の後、オートクレーブに移す。オートクレーブを、攪拌しながら(250rpm)、9日にわたり170℃に加熱する。得られた結晶生成物をろ過し、脱イオン水中で洗浄し(中性pHを達成するため)、次いで、100℃で終夜乾燥させた。次いで、固体を、マッフル炉に導入し、そこで、焼成を行った:焼成サイクルは、200℃までの昇温、続く、2時間にわたって維持される200℃の段階、550℃への昇温、続く、8時間にわたって維持される550℃の段階、次いで、周囲温度への復帰を含む。焼成固体生成物を、X線回折により分析し、IZM−2固体からなるとして確認した。
IZM−2ゼオライトを含有する本発明による触媒基材を、同じ基材をベースとする種々の触媒を調製することができるように大量に製造した。IZM−2ゼオライト(実施例と同様に調製された)は、29.8に等しい全Si/Al原子比および0.25に等しいNa/Al原子比を有している。
実施例2において調製された基材押出物に、七モリブデン酸アンモニウムおよび硝酸ニッケルの混合物の溶液によって乾式含浸させ、最後に、空気下に550℃、現場(in situ)で反応器において焼成した。得られたNiMo−Al−IZM−2触媒の重量による酸化物含有量を、表1に提示する。
本発明者らは、共沈によって、2重量%のSiO2および98重量%のAl2O3の組成を有するシリカ−アルミナ粉末を製造した。次いで、このシリカ−アルミナおよび実施例1からのNH4−IZM−2ゼオライトを含有する、水素化分解触媒の基材を製造した。この目的のために、実施例1からのNH4−IZM−2ゼオライト19.7重量%を上記の調製されたシリカ−アルミナからなるマトリクス80.3重量%と混合して得たものを使用した。次いで、この粉末混合物を、66%の硝酸を含有する水溶液(乾燥ゲルの重量(グラム)当たり酸7重量%)と混合し、次いで、15分間にわたって混練した。この混練の終了時に、得られたペースト状物を、径が1.4mmに等しい円筒形オリフィスを有するダイに通した。続けて、押出物を、120℃で終夜乾燥させ、次いで、550℃で2時間にわたり空気下に焼成した。
実施例4からのシリカ−アルミナおよびIZM−2ゼオライトを含有する基材押出物に、七モリブデン酸アンモニウム、硝酸ニッケルおよびオルトリン酸の混合物の水溶液を乾式含浸させ、120℃で空気下に終夜乾燥させ、最後に、空気下に550℃で焼成する。得られたNiMoP−SiAl−IZM−2触媒の重量による酸化物含有量を、表2に提示する。
触媒(その調製は、前述の実施例において記載されている)を、高転化率(60〜100%)水素化分解条件下に用いる。石油原料は、水素化処理された真空下の留出液であり、その主な特徴を、表3に提示する。
CC=流出物の「380℃−」の重量%
ここで、「380℃−」は、380℃以下の温度で蒸留されたフラクションを示す。
Claims (14)
- 基材と活性相とを含む触媒であって、
− 該基材は、少なくとも1種の結晶化IZM−2固体を含み、該結晶化IZM−2固体は、表:
において列挙されるピークを少なくとも含むX線回折パターンを示し、
− 無水ベースで、酸化物のモルに関して、一般式:XO2:aY2O3:bM2/nOによって表される化学組成を有し、ここで、Xは、少なくとも1種の四価元素を示し、Yは、少なくとも1種の三価元素を示し、Mは、少なくとも1種のn価のアルカリ金属および/またはアルカリ土類金属であり、aおよびbは、それぞれ、Y2O3およびM2/nOのモル数を示し、aは0〜0.5であり、bは0〜1であり、
− 該活性相は、周期律表の第VIB族からの少なくとも1種の水素化−脱水素化元素および/または第VIII族非貴金属からの少なくとも1種の水素化−脱水素化元素を含有し、
硫化物相触媒である、触媒。 - Xはケイ素である、請求項1に記載の触媒。
- Yはアルミニウムである、請求項1または2に記載の触媒。
- 第VIB族金属の質量含有量は、触媒の全質量に対して0.1〜40重量%である、請求項1〜3のうちの1つに記載の触媒。
- 第VIII族非貴金属の金属の質量含有量は、触媒の全質量に対して0〜25重量%である、請求項1〜4のうちの1つに記載の触媒。
- 第VIB族元素は、タングステンおよびモリブデンによって形成される群から選択され、単独でまたは混合物において利用される、請求項1〜5のうちの1つに記載の触媒。
- 第VIII族非貴金属元素は、コバルトおよびニッケルによって形成される群から選択され、単独でまたは混合物において利用される、請求項1〜6のうちの1つに記載の触媒。
- 酸化物タイプの無定形若しくは低結晶性の細孔性無機バインダをさらに含有する、請求項1〜7のうちの1つに記載の触媒。
- 請求項1〜8のうちの1つに記載の触媒を用いる炭化水素原料の水素化分解および/または水素化転化方法。
- 一工程方法として知られるものを用いて行われる、請求項9に記載の水素化分解および/または水素化転化方法。
- 二工程方法として知られているものを用いて行われる、請求項9に記載の水素化分解および/または水素化転化方法。
- 請求項1〜8のうちの1つに記載の触媒を用いる炭化水素原料の水素化処理方法。
- 水素の存在下、200℃超の温度で、1MPa超の圧力下に操作し、空間速度は0.1〜20h−1であり、導入される水素の量は、水素の体積(リットル)/炭化水素の体積(リットル)の体積比が80〜5,000L/Lであるようにされる、請求項9〜12のうちの1つに記載の方法。
- 炭化水素原料は、LCO(light cycle oil:接触分解単位装置から得られる軽質軽油)、常圧留出液、真空下の留出液、潤滑油ベースの芳香族化合物抽出単位装置に由来するかまたは潤滑油ベースの溶媒脱ろうによって得られる原料、固定床またはAR(常圧残渣)および/またはRUV(真空下の残渣)および/または脱アスファルト油により沸騰する床における脱硫または水素化転化方法に由来する留出液、脱アスファルト油によって形成される群から選択され、単独でまたは混合物において利用される、請求項9〜13のうちの1つに記載の方法。
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