JP5599212B2 - 炭化水素油の水素化処理触媒及びその製造方法、並びにそれを用いた炭化水素油の水素化処理方法 - Google Patents
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例えば特許文献7には、アルミナ担体に触媒金属、リン酸と1分子に含まれる炭素の数が2〜10の2〜3価のアルコール類、それらのエーテル類、単糖類、二糖類及び多糖類の添加物を含む触媒成分含有水溶液を含浸し200℃以下で乾燥する水素化処理触媒の製造方法が開示されている。
これら二つの特許文献は共に、触媒活性に特に有効な有機化合物は示していない。
得られたチタニアコーティングアルミナ水和物粒子と共存する夾雑イオンを洗浄除去する洗浄工程と、
洗浄されたチタニアコーティングアルミナ水和物粒子を、成形可能な水分量まで脱水後成形する成形工程と、
成形されたチタニアコーティングアルミナ水和物粒子成形体を乾燥してチタニアコーティングアルミナ担体を得る第1乾燥工程と、
周期律表第6族金属化合物、同第8〜10族金属化合物及びリン化合物の各触媒成分をそれぞれ少なくとも一種と、単糖類、二糖類、三糖類、四糖類及びオリゴ糖類から選ばれる少なくとも1種の糖類とを含む触媒成分含有水溶液(以下、単に「触媒成分含有水溶液」と言う場合がある)中に、前記第1乾燥工程で得られたチタニアコーティングアルミナ担体を含浸させる含浸工程と、
触媒成分含有水溶液を含浸させたチタニアコーティングアルミナ担体を乾燥する第2乾燥工程と、
を含むことを特徴とする炭化水素油の水素化処理触媒の製造方法。
(a)pH:下記式(1)で求められるpHを中心にpH変動幅が±0.5以内
pH=6.0−0.03×T ・・・式(1)
式(1)中、Tはチタニアコーティングアルミナ水和物粒子全体(酸化物基準)に対するチタニアの割合(質量%)を表す。
(b)コーティング時間:5分〜5時間の範囲
A:炭化水素油の水素化処理触媒の製造方法
本発明の炭化水素油の水素化処理触媒の製造方法(以下、単に「本発明の製造方法」という場合がある。)は、チタニアコーティング工程、洗浄工程、成形工程、第1乾燥工程、含浸工程及び第2乾燥工程からなる。以下、工程順に説明する。
本発明において、チタニアコーティング工程とは、アルミナ水和物粒子を含むヒドロゾルに、チタンを含む酸性化合物水溶液及びアルカリ性化合物を含む水溶液を、温度が10〜100℃、pHが4.5〜6.5の範囲で、同時に連続的に添加し、pHを一定に保持しながらアルミナ水和物粒子の表面にチタンの水酸化物の粒子をコーティングしてチタニアコーティングアルミナ水和物粒子を得る工程である。
ここで「細孔シャープネス度」とは、細孔径の均一性を規定する数値である。すなわち、細孔シャープネス度が100%に近づくほど触媒や担体の細孔径が均一で揃っていることを意味する。すなわち、細孔容積の50%における細孔径(メディアン径)を求め、次にメディアン径の対数値の±5%の細孔径範囲内に存在する部分細孔容積(PVM)を求め、その部分細孔容積(PVM)と細孔容積(PVT)から、以下の式により細孔シャープネス度を求めるものである。
細孔シャープネス度(%)=(PVM/PVT)×100
アルミナ水和物粒子にチタン水酸化物粒子がコーティングされると、そのコーティング量に応じて、チタン水酸化物がコーティングされたアルミナ水和物粒子の等電点が変化する。下記表1は、チタン水酸化物のコーティング量別の等電点測定結果である。
(a)pH:下記式(1)で求められるpHを中心にpH変動幅が±0.5以内
pH=6.0−0.03×T ・・・式(1)
式(1)中、Tはチタン水酸化物のコーティング量を表す。
(b)コーティング時間:5分〜5時間の範囲
アルミナ水和物粒子の表面にチタンの水酸化物の粒子をコーティングしてチタニアコーティングアルミナ水和物粒子を得た後の反応液には、例えば陽イオンとしてナトリウムイオンやアンモニアイオン、あるいは陰イオンとして硫酸イオンや塩素イオンなどの夾雑イオンが一般に含まれる。したがって、本洗浄工程で、得られたチタニアコーティングアルミナ水和物粒子を洗浄する。洗浄により、これら夾雑イオンを除去または低減することができる。洗浄は、オリバーフィルターや加圧ろ過器等を用いて水で洗い流す洗浄・ろ過操作により行う。
洗浄工程の操作で得られた、チタニアコーティングアルミナ水和物粒子は成形可能な水分量になるまで脱水される。脱水は、加圧ろ過、真空ろ過あるいは遠心ろ過等の操作により行うことが一般的であるが、乾燥してもよい。更にこれらを組み合わせても構わない。
第1乾燥工程は、成形工程で得られたチタニアコーティングアルミナ水和物粒子成形体を乾燥あるいは乾燥後続けて焼成する操作によって安定化させる工程である。乾燥あるいは乾燥後焼成する温度は100〜600℃の範囲が好ましく、より好ましくは120〜500℃の範囲である。100℃未満の温度で処理した場合、乾燥に多大な時間がかかり実用的でなくなる。また、600℃を越えるとアナターゼの結晶形が観測されるようになり、チタン水酸化物のコーティングが不均一になる。
本工程において、乾燥時間としては0.5〜24時間の範囲から適宜選択することが好ましい。
本工程の操作を為すことで、チタニアコーティングアルミナ担体が得られる。
含浸工程においては、第1乾燥工程で得られたチタニアコーティングアルミナ担体に、触媒金属化合物として周期律表第6族金属化合物及び同第8〜10族金属化合物をそれぞれ少なくとも一種、並びに、リン化合物を少なくとも一種を含む触媒成分と、糖類の少なくとも一種とを含む水溶液を含浸させる工程である。
次に、触媒成分及び糖類をチタニアコーティングアルミナ担体に安定化させるために、含浸工程で触媒成分含有水溶液を含浸させたチタニアコーティングアルミナ担体を乾燥する。当該乾燥温度としては、100〜500℃の範囲が好ましい。乾燥後そのまま加熱を続ける、すなわち焼成することもできる。乾燥時間としては、0.5〜24時間の範囲である。
以上の工程の操作を行うことにより、高い触媒活性を示す炭化水素油の水素化処理触媒を製造することができる。
本発明の炭化水素油の水素化処理触媒(以下、「本発明の水素化処理触媒」あるいは単に「本発明の触媒」という場合がある。)は、上記のように、本発明の製造方法により製造された物である。これにより、本発明の触媒は、周期律表第6族金属化合物及び第8〜10族金属化合物と共にリン化合物及び糖類を担持した物になる。
本明細書において比表面積は、BETの三点法により測定した。測定機器としては、マウンテック社製Macsorb Model−1201を使用した。
本発明の炭化水素油の水素化処理方法(以下、単に「本発明の水素化処理方法」という場合がある。)は、既述の本発明の製造方法により製造された本発明の触媒を使用することを特徴とする。
[測定方法]
各種物性や触媒性能等の測定は、既述のものの他、以下の手順及び条件で行った。
触媒や担体の細孔分布及び細孔容積は、島津製作所製オートポアIV9520形を使用し、測定圧力414MPa迄加圧する水銀圧入法により測定した。
担体のX線回折は、各試料を粉末にしてから、X線回折装置(装置名:PHilips社製、XPERT SYSTEM/APD−1700)を用いて測定した。なお、この時のX線回折装置の測定条件は、以下の通りとした。
・エックス線源:Cu Kα
・エックス線管電圧(kV):40
・エックス線管電流(mA):30
・測定角度(゜):5〜80
・ スリット幅(mm):0.2
・ Rec. Slit Fixed(mm):0.2
水素化処理触媒の脱硫活性を測定するための軽油の水素化脱硫試験は、以下のようにして行った。
<原料液の調製>
塩化アルミニウム六水和物970gに水1030gの割合で加えたA液、28%アンモニア水1000gに水1000gの割合で加えたB液、Ti濃度が16.6質量%、Cl濃度が32.3質量%である四塩化チタン溶液198gに水を加えて1.8リットルとしたC液、及び14%アンモニア水231gに水を加えて1.8リットルとしたD液、Ti濃度が16.7質量%、Cl濃度が32.6質量%である四塩化チタン溶液1520gに塩酸733gと水13gを加えE液をそれぞれ以下に説明する操作に必要な全量調製した。
[アルミナ水和物粒子の調製]
(a)19リットルのホーロー容器に水を14リットル入れ、攪拌しながら80℃に加熱した。当該ホーロー容器にA液を850g加え5分間保持した。この時の液(以下、「合成溶液」という。)のpHは2.5であった。次に、このホーロー容器に、合成溶液のpHが7.5になる量のB液を加え、5分間保持した(pHスイング回数1回目)。
また、単にpHスイング当たりのA液の添加量を567gとして、上記と同様にして(pHスイング回数2回目)までの操作(操作(a)及び(b))を行った後、A液の添加量を567gとして、操作(b)をもう1回繰り返し、pHスイング回数が3回となるアルミナ水和物粒子AG−2を得た。
[チタニアコーティング工程]
アルミナ水和物粒子AG−1を酸化物基準で122g採取し、水を加えながらミキサーで良く撹拌し、8リットルの分散液とした。この分散液を60℃に保ちながら、C液を加えpHを5.0に調整し、続いてC液及びD液各1.8リットルを約2時間かけて同時に且つ、連続的にpHを5.0±0.1の範囲に保つように添加し、チタニアコーティングアルミナ水和物粒子を製造した。得られたチタニアコーティングアルミナ水和物粒子におけるチタニアのコーティング量は31%である。
pH=6.0−0.03×31=5.07
なので、式(1)で求められる最適なpH条件は5.07±0.5であり、本例のチタニアコーティング工程のpH条件5.0±0.1はこれを満たしている。
得られたチタニアコーティングアルミナ水和物粒子と共存するアンモニアイオン及び塩素イオンを水で洗浄・除去し、ろ過することで成形可能な水分率に調整し、押出し成型により直径1.2mmの円柱状に成型(成形工程)後、120℃で16時間乾燥し、更に500℃で3時間焼成を行い(第1乾燥工程)、チタニアコーティングアルミナ担体AT−1を得た。
35リットルのホーロー容器に水を22リットル入れ、攪拌しながら60℃に加熱した。このホーロー容器にE液を567g加え5分間保持した。次に、このホーロー容器に、14%アンモニア水を710g加え、5分間保持した(pHスイング回数1回目)。その後、pHスイング回数1回目と同様の操作でE液とアンモニア水を加え、5分間保持した(pHスイング回数2回目)。続いて、チタン水和物粒子と共存する塩素イオンとアンモニウムイオンを洗浄除去しチタニア水和物粒子TG−1とし、これを用いてチタニアコーティングアルミナ担体AT−2と同様の成形工程及び第1乾燥工程の操作を行って、チタニア担体TS−1を得た。得られたチタニア担体TS−1について、比表面積と細孔容積の測定を行った。結果を下記表4に示す。
チタニア水和物粒子TG−1とアルミナ水和物粒子AG−2とを混合し、水分量を調整してAT−2と同様の成形工程と第1乾燥工程を経て、チタニア31質量%、アルミナ69質量%のチタニア・アルミナ混合担体AT−14を得た。得られたチタニア・アルミナ混合担体AT−14について、比表面積及び細孔分布の物性測定とX線回折を行った。物性の測定結果を下記表5に、X線回折パターンを図3にそれぞれ示す。
前記チタニアコーティングアルミナ担体AT−2の製造工程において、アルミナ水和物粒子の分散液に、C液とB液を同時に且つ、連続的に添加するチタニアコーティング工程のpHを、「5.0±0.1」から下記表6に示す値になるようにしたことを除いて、チタニアコーティングアルミナ担体AT−2の製造工程と同じ条件で製造してチタニアコーティングアルミナ担体AT−6〜AT−9を得た。得られたチタニアコーティングアルミナ担体AT−6〜AT−9について、比表面積と細孔分布の測定を行った。結果を下記表6に示す。
前記チタニアコーティングアルミナ担体AT−2の製造工程において、チタン水酸化物のコーティング量を下記表7に示す値になるように、B液とC液の添加量を調整して同時に且つ、連続的に添加したことを除いて、チタニアコーティングアルミナ担体AT−2の製造工程と同じ条件で製造してチタニアコーティングアルミナ担体AT−10〜AT−13を得た。得られたチタニアコーティングアルミナ担体AT−10〜AT−13について、比表面積と細孔分布の測定を行った。結果を下記表7に示す。また、本発明の製造方法から外れる条件で製造したチタニアコーティングアルミナ担体AT−13のX線回折パターンを図4に示す。
(触媒成分含有水溶液の調製)
酸化モリブデン90.2g、CoO換算で20.2g相当の炭酸コバルト及び85%リン酸13.1gを水に添加して、撹拌しながら加温して溶解し、全量を500gにした触媒成分含有水溶液MS−1を得た。
上記触媒成分含有水溶液MS−2の調製において、ソルビトール3.6gに代えて、下記表8に示す各糖類及び添加量にしたことを除き、触媒成分含有水溶液MS−2と同様にして触媒成分含有水溶液MS−3〜MS−22を得た。
(水素化処理触媒の製造)
前記第1乾燥工程までの操作で得られたアルミナ担体AS−2の50gに、触媒成分含有水溶液MS−1を74.3g含浸させ、更に120℃で16時間乾燥することで、水素化処理触媒ASC−2を得た。
得られた水素化処理触媒ASC−2とATC−2及びATC−6〜ATC−9について、比表面積、細孔容積、細孔シャープネス度及び相対脱硫活性(軽油の水素化脱硫試験)を既述の方法で測定した。結果を下記表9に示す。
(水素化処理触媒の製造)
前記第1乾燥工程までの操作で得られたチタニアコーティングアルミナ担体AT−10〜AT−13及びAT−2のそれぞれ50gに、触媒成分含有水溶液MS−2を74.3g含浸させ、更に120℃で16時間乾燥することで、水素化処理触媒ATC−10〜ATC−13及びATC−14を得た。
得られた水素化処理触媒ATC−10〜ATC−13及びATC−14について、比表面積、細孔容積、細孔シャープネス度、充填密度及び相対脱硫活性(軽油の水素化脱硫試験)を既述の方法で測定した。結果を下記表10に示す。
チタニアコーティングアルミナ担体AT−2の50gに、下記表11に示すように触媒成分含有水溶液MS−2〜MS−22をそれぞれ含浸させ、120℃で16時間乾燥することで、水素化処理触媒ATC−15〜ATC−35を得た。
既述の触媒成分含有水溶液MS−2の調製において、ソルビトール3.6gに代えて、下記表12に示す各糖類及び量にしたことを除き、触媒成分含有水溶液MS−2と同様にして触媒成分含有水溶液MS−23〜MS−24を得た。
既述の触媒成分含有水溶液MS−2の調製において、ソルビトール3.6gに代えて、澱粉7.1gにしたことを除き、触媒成分含有水溶液MS−2と同様にして触媒成分含有水溶液MS−25を得た。
Claims (19)
- アルミナ水和物粒子を含むヒドロゾルに、チタンを含む酸性化合物水溶液及びアルカリ性化合物を含む水溶液を、温度が10〜100℃、pHが4.5〜6.5の範囲で、同時に連続的に添加し、pHを一定に保持しながらアルミナ水和物粒子の表面にチタンの水酸化物の粒子をコーティングしてチタニアコーティングアルミナ水和物粒子を得るチタニアコーティング工程と、
得られたチタニアコーティングアルミナ水和物粒子と共存する夾雑イオンを洗浄除去する洗浄工程と、
洗浄されたチタニアコーティングアルミナ水和物粒子を、成形可能な水分量まで脱水後成形する成形工程と、
成形されたチタニアコーティングアルミナ水和物粒子成形体を乾燥してチタニアコーティングアルミナ担体を得る第1乾燥工程と、
周期律表第6族金属化合物、同第8〜10族金属化合物及びリン化合物の各触媒成分をそれぞれ少なくとも一種と、単糖類、二糖類、三糖類、四糖類及びオリゴ糖類から選ばれる少なくとも1種の糖類とを含む触媒成分含有水溶液中に、前記第1乾燥工程で得られたチタニアコーティングアルミナ担体を含浸させる含浸工程と、
触媒成分含有水溶液を含浸させたチタニアコーティングアルミナ担体を乾燥する第2乾燥工程と、
を含むことを特徴とする炭化水素油の水素化処理触媒の製造方法。 - 含浸工程において用いる糖類が、エリスリトール、アラビノース、キシロース、キシリトール、リボース、フルクトース、ソルボース、グルコース、マンノース、ガラクトース、ソルビトール、マンニトール、転化糖、ズルシトール、スクロース、ラクトース、マルトース、トレハロース、マルチトール、異性化糖、ラフィノースからなる群より選ばれる少なくとも1種の糖である請求項1に記載の炭化水素油の水素化処理触媒の製造方法。
- 含浸工程において用いる糖類が、エリスリトール、キシロース、キシリトール、ソルビトール、マンニトール、転化糖、マルトース、トレハロース、マルチトール、異性化糖、ラフィノースからなる群より選ばれる少なくとも1種の糖である請求項1に記載の炭化水素油水素化処理触媒の製造方法。
- 前記アルミナ水和物粒子の結晶系が、ベーマイト、擬ベーマイト及び/またはアルミナゲルである請求項1〜3のいずれかに記載の水素化処理触媒の製造方法。
- 前記アルミナ水和物粒子を500℃にて3時間焼成した後の細孔シャープネス度が、60%以上である請求項1〜4のいずれかに記載の水素化処理触媒の製造方法。
- チタニアコーティング工程の温度条件が、15〜90℃の範囲である請求項1〜5のいずれかに記載の水素化処理触媒の製造方法。
- チタニアコーティング工程の操作を下記(a)pH及び(b)コーティング時間の条件で行う請求項1〜6のいずれかに記載の炭化水素油の水素化処理触媒の製造方法。
(a)pH:下記式(1)で求められるpHを中心にpH変動幅が±0.5以内
pH=6.0−0.03×T ・・・式(1)
式(1)中、Tはチタニアコーティングアルミナ水和物粒子全体(酸化物基準)に対するチタニアの割合(質量%)を表す。
(b)コーティング時間:5分〜5時間の範囲 - アルミナ水和物粒子にコーティングされるチタン水酸化物の量が、酸化物基準の合計量に対して5〜40質量%の範囲である請求項1〜7のいずれかに記載の炭化水素油水素化処理触媒の製造方法。
- 含浸工程における熟成時間が、10分〜24時間の範囲である請求項1〜8のいずれかに記載の炭化水素油水素化処理触媒の製造方法。
- 含浸工程において用いる周期律表第6族金属がモリブデンであり、同周期律表第8〜10族金属がコバルト及び/またはニッケルである請求項1〜9のいずれかに記載の炭化水素油の水素化処理触媒の製造方法。
- 含浸工程において用いる糖類の添加量が、担体及び触媒成分の酸化物基準の合計量に対して、1〜20質量%の範囲である請求項1〜10のいずれかに記載の炭化水素油の水素化処理触媒の製造方法。
- 請求項1〜11のいずれかに記載の炭化水素油の水素化処理触媒の製造方法により製造されたことを特徴とする炭化水素油の水素化処理触媒。
- 周期律表第6族金属化合物及び第8〜10族金属化合物と共に、リン化合物及び糖類を担持してなる請求項12に記載の炭化水素油の水素化処理触媒。
- チタニアコーティングアルミナ担体のチタニアの結晶格子面の繰り返し長さが、50Å以下であることを特徴とする請求項12または13に記載の炭化水素油の水素化処理触媒。
- チタニアコーティングアルミナ担体の細孔シャープネス度が、60%以上であることを特徴とする請求項12〜14のいずれかに記載の炭化水素油の水素化処理触媒。
- チタニアコーティングアルミナ担体の細孔容積が、0.36〜1.10ml/gであることを特徴とする請求項12〜15のいずれかに記載の炭化水素油の水素化処理触媒。
- チタニアコーティングアルミナ担体の比表面積が、200m2/g以上であることを特徴とする請求項12〜16のいずれかに記載の炭化水素油の水素化処理触媒。
- 触媒の充填密度(Compact Bulk Density,CBD)が、0.5〜1.1g/mlであることを特徴とする請求項12〜17のいずれかに記載の炭化水素油の水素化処理触媒。
- 請求項1〜11のいずれかに記載の炭化水素油の水素化処理触媒の製造方法により製造された炭化水素油の水素化処理触媒を使用することを特徴とする炭化水素油の水素化脱硫処理方法。
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