JP5735131B2 - 酸素化物及び水安定性を有する転化触媒並びに処理 - Google Patents
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- C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
- C10G2300/00—Aspects relating to hydrocarbon processing covered by groups C10G1/00 - C10G99/00
- C10G2300/40—Characteristics of the process deviating from typical ways of processing
- C10G2300/4018—Spatial velocity, e.g. LHSV, WHSV
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
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Description
本発明は、酸素化(又は酸素酸化もしくは酸素添加された)炭化水素を処理し、水素異性化及び/又は脱蝋した炭化水素生成物を形成する方法に関し、その炭化水素生成物は、低減した酸素含量、増加したイソパラフィン含量、低いn−パラフィン含量、且つ良好な低温流動性を有する。
化石炭素資源の可用性(又はアベイラビリティ)の減少に伴って化学エネルギーの担体(又はキャリア)及び機能性分子の代替資源に対する受容が増加することになる。バイオマス原料は、この点において、非常に大きな可能性を示すが、これはそれらが再生可能(リニューアブル)であり且つ二酸化炭素を新たに増加させない(CO2 neutral)ためである。しかしながら、原油とは対照的に、バイオマス及びバイオマス誘導材料は、一般的に、高濃度の酸素化物(又はオキシゲネート)を含有する。多くの場合、この酸素原子は脱酸素化処理の間に水として取り除かれ、熱分解油などの一部の場合には、この原料(又はフィード)は、すでに多量の水を含有する。
本明細書で説明されることは、触媒組成物におけるアルミナを、より親水性及び/又は水熱的に安定性のあるチタニアなどの成分で置換することによる水による失活の問題に対する代替的な解決方法である。
(i)上記の供給原料の酸素含量よりも少なくとも30%低い酸素含量、
(ii)上記の供給原料の分岐(イソ)パラフィン含量よりも少なくとも20%高い分岐した(イソ)パラフィン含量、
(iii)上記の生成物のディーゼル沸点範囲の留分(又はフラクション)の流動点が−10℃以下であること、および
(iv)上記の生成物のディーゼル沸点範囲の留分(又はフラクション)の曇点が−5℃以下であること
上記で用いられる触媒組成物は、脱蝋および/または水素異性化が可能であり、かつゼオライト支持体を含み、この支持体上に付着するVIB族金属およびVIII族金属のうちの1つ又は複数を含む少なくとも1つの活性金属化合物を含み、そして、親水性で水熱安定性のバインダーを含む。上記のバインダーは、以下の(A)、(B)および/または(C)のうちの1つ又は複数を含む。
(A)チタン、ジルコニウム、バナジウム、モリブデン、マンガンおよびセリウムから選択される1つ又は複数の金属の酸化物、炭化物、窒化物、リン化物、硫化物またはそれらの組み合わせ、
(B)活性炭、および/または
(C)チタン、ジルコニウム、バナジウム、モリブデン、マンガンおよびセリウムから選択される1つ又は複数の金属が付着する炭素。
本発明は、触媒組成物及びそのような触媒組成物を使用して問題を発生させる可能性のあるレベルの酸素化炭化水素及び/又は水を含有する原料(又はフィード)を処理する方法に関する。原料の処理により酸素を有利には除去することができ(すなわち原料中の酸素含量を低下させる)、及び/又は水素異性化及び/又は脱蝋した炭化水素生成物を形成できる。なお、一部の水素異性化/脱蝋の触媒組成物は、触媒活性、化学的安定性及び/又は物理的安定性を酸素化物/水の存在下で保持することが困難である可能性があることに留意されたい。しかしながら、特定の触媒組成物、及び特に特定のバインダー成分を使用して、水素異性化/脱蝋及び/又は脱酸素化処理における触媒活性、化学的安定性、及び/又は物理的安定性などの損失を回避すること、低減すること及び/又は防止することができることが発見された。触媒的な水素異性化/脱蝋は原料由来の比較的長鎖のパラフィン系分子の除去及び/又は異性化に関連し、選択的にクラッキングすることによって、及び/又はこれらの比較的直鎖の分子を水素異性化することによって達成できる。
酸素化炭化水素を処理して酸素を除去し、水素異性化および/または脱蝋された炭化水素の生成物を形成する方法であって、以下の工程:
供給原料を提供する工程であって、かかる供給原料が、(i)少なくとも1.2重量%の酸素含量を含むか、または(ii)少なくとも50ppmの含水量を含むか、あるいは(iii)(i)および(ii)の双方を含み、上記の供給原料が、少なくとも6個の炭素を含む化合物を少なくとも15重量%含む、工程と、
(a)上記の供給原料を少なくとも部分的に脱酸素化するのに十分な条件下、または(b)上記の供給原料を少なくとも部分的に水素異性化および/または脱蝋するのに十分な条件下、あるいは(c)(a)および(b)の双方に十分な条件下で、上記の供給原料を触媒組成物と接触させて生成物を形成する工程と
を含み、この生成物は、
(iv)上記の供給原料の酸素含量よりも少なくとも30%低い酸素含量、
(v)上記の供給原料のイソパラフィン含量よりも少なくとも20%高いイソパラフィン含量、
(vi)上記生成物のディーゼル沸点範囲の留分の流動点が−10℃以下であること、ならびに
(vii)上記生成物のディーゼル沸点範囲の留分の曇点が−5℃以下であること
のうちの1つ又は複数を示し、
上記の触媒組成物は、水素異性化および/または脱蝋が可能であり、かつゼオライト支持体と、この支持体上に付着するVIB族金属およびVIII族金属のうちの1つ又は複数を含む少なくとも1つの活性金属化合物と、親水性で水熱安定性のバインダーとを含み、上記バインダーが、
(A)チタン、ジルコニウム、バナジウム、モリブデン、マンガンおよびセリウムから選択される1つ又は複数の金属の酸化物、炭化物、窒化物、リン化物、硫化物またはそれらの組み合わせ、
(B)活性炭、および/または
(C)チタン、ジルコニウム、バナジウム、モリブデン、マンガンおよびセリウムから選択される1つ又は複数の金属が付着する炭素
のうちの1つ又は複数を含む、
方法。
上記の親水性で水熱安定性のバインダーが、ジルコニア、バナジア、チタニア、酸化モリブデン、酸化マンガン、酸化セリウム、炭素またはそれらの組み合わせを含む、上記の実施形態1の方法。
上記の親水性で水熱安定性のバインダーが、チタニアを含む、上記の実施形態2の方法。
上記のゼオライト支持体が、ZSM−5、ZSM−22、ZSM−23、ZSM−35、ZSM−48、ゼオライトベータ、ゼオライトY、USY、モルデナイト、フェリエライトまたはそれらの組み合わせを含む、上記の実施形態1〜3のいずれか1つの方法。
上記の接触工程の条件が、
約550°F(約288℃)〜約800°F(約427℃)の重量平均床温度、
約350psig(約2.4MPag)〜約2000psig(約13.8MPag)の全圧、
約0.1hr−1〜約20hr−1のLHSV、および
純粋な水素に基づく約500scf/bbl(約85Nm3/m3)〜約10000scf/bbl(約1700Nm3/m3)の水素処理ガス速度
のうちの1つ又は複数を含む、上記の実施形態1〜4のいずれか1つの方法。
以下の条件:
上記の接触工程が、上記の供給原料を少なくとも部分的に脱酸素化すること、および上記の供給原料を少なくとも部分的に水素異性化および/または脱蝋することの双方に十分であること;
上記の生成物の酸素含量が、上記の供給原料の酸素含量よりも少なくとも50%低いこと;
上記のイソパラフィン含量が、上記の供給原料のイソパラフィン含量よりも少なくとも30%高いこと;
少なくとも90重量%が約193℃〜約360℃の沸点を有するディーゼル留分の流動点が−15℃以下であること;および
少なくとも90重量%が約193℃〜約360℃の沸点を有するディーゼル留分の曇点が−10℃以下であること;
のうちの1つ又は複数が満たされる、上記の実施形態1〜5のいずれか1つの方法。
少なくとも1つの活性金属化合物が、(i)白金および/またはパラジウムから選択されるVIII族貴金属、あるいは(ii)ニッケル、コバルト、鉄およびそれらの組み合わせから選択されるVIII族非貴金属のいずれかと、モリブデンおよび/またはタングステンから選択されるVIB族金属とを含む、上記の実施形態1〜6のいずれか1つの方法。
上記の触媒組成物が、ZSM−48触媒と、上記のZSM−48触媒の重量に基づいて約0.1重量%〜約3.0重量%の金属含量を与えるのに十分な量のパラジウム源または白金源と、チタニアバインダーとから本質的になる、上記の実施形態1〜7のいずれか1つの方法。
上記の触媒組成物が、ZSM−48触媒と、上記のZSM−48触媒の重量に基づいて約0.5重量%〜約20重量%のVIII族金属含量を与えるのに十分な量のニッケル、コバルト、鉄およびそれらの組み合わせから選択されるVIII族非貴金属源と、必要に応じて、上記のZSM−48触媒の重量に基づいて約3重量%〜約25重量%のVIB族金属含量を与えるのに十分な量のモリブデンおよび/またはタングステンから選択されるVIB族金属源と、チタニアバインダーとから本質的になる、上記の実施形態1〜7のいずれか1つの方法。
上記の供給原料は、少なくとも1.2重量%の酸素含量、少なくとも2重量%の含水量、上記の生成物のイソパラフィン含量よりも少ないイソパラフィン含量、および少なくとも12個の炭素を含む少なくとも30重量%の化合物のうち、1つ又は複数を含む、上記の実施形態1〜9のいずれか1つの方法。
上記の供給原料の少なくとも50重量%が、再生可能な資源によって生成される酸素化物および/または炭化水素を含む、上記の実施形態1〜10のいずれか1つの方法。
上記の再生可能な資源が、藻類を含む、上記の実施形態11の方法。
上記の供給原料の少なくとも90重量%が、約193℃〜約360℃の沸点を有する、上記の実施形態1〜12のいずれか1つの方法。
上記の工程が、
供給原料を提供する工程であって、この供給原料が、(i)少なくとも1.2重量%の酸素含量を含むか、または(ii)少なくとも2重量%の含水量を含むか、あるいは(iii)(i)および(ii)の双方を含み、かかる供給原料が、分岐した(イソ)パラフィン含量を有し、かつこの供給原料が、少なくとも12個の炭素を含む化合物を少なくとも15重量%含む、工程と、
(a)上記の供給原料を少なくとも部分的に脱酸素化するのに十分な条件下、または(b)上記の供給原料を少なくとも部分的に水素異性化および/または脱蝋するのに十分な条件下、あるいは(c)(a)および(b)の双方に十分な条件下で、上記の供給原料を触媒組成物と接触させる工程であって、
(iv)上記の供給原料の酸素含量よりも少なくとも30%低い酸素含量、
(v)上記の供給原料のイソパラフィン含量よりも少なくとも20%高いイソパラフィン含量、
(vi)0.5重量%未満のC14〜C20のn−パラフィン含量、
(vii)上記の生成物のディーゼル沸点範囲の留分の流動点が−10℃以下であること、および
(viii)上記の生成物のディーゼル沸点範囲の留分の曇点が−5℃以下であること
のうちの1つ又は複数を示す生成物を形成する工程と
を含む上記の実施形態1〜13のいずれか1つの方法であり、
上記の触媒組成物は、水素異性化および/または脱蝋が可能であり、かつゼオライト支持体と、かかる支持体上に付着するVIB族金属およびVIII族金属のうちの1つ又は複数を含む少なくとも1つの活性金属化合物と、親水性で水熱安定性のバインダーとを含み、上記のバインダーが、
(A)チタン、ジルコニウム、バナジウム、モリブデン、マンガンおよびセリウムから選択される1つ又は複数の金属の酸化物、炭化物、窒化物、リン化物、硫化物またはそれらの組み合わせ、
(B)活性炭、および/または
(C)チタン、ジルコニウム、バナジウム、モリブデン、マンガンおよびセリウムから選択される1つ又は複数の金属が付着する炭素、
のうちの1つ又は複数を含む、
方法。
ステアリン酸の原料(又はフィード)を一連の種々の触媒組成物で約250℃、約275℃、約300℃、及び約325℃の温度で転化(又はコンバージョン)させた。これらの触媒組成物としては、アルミナの支持体/バインダー上の1重量%未満のPt、チタニアバインダー(触媒重量の約35%)を有するZSM−23支持体(支持体上の全金属は触媒重量の約65%であった)上の1重量%未満のPt、アルミナバインダー(触媒重量の約35%)を有するZSM−48支持体(支持体上の全金属は触媒重量の約65%であった)上の1重量%未満のPt、チタニアバインダーを有するZSM−48支持体上の1重量%未満のPt、アルミナバインダー(触媒重量の約35%)を有するZSM−5支持体(支持体上の全金属は触媒重量の約65%であった)上の1重量%未満のPt、及び金属無し及びバインダー無しのZSM−5が挙げられた。試験された全ての温度において、チタニアを含有する(又は、より広義には、非アルミナを含有する)触媒組成物では、アルミナ含有触媒組成物よりもより高いステアリン酸原料の転化が示された。約275℃及びそれ以上において、チタニア(非アルミナ)を含有する触媒では、すべて、少なくとも15%のレベル(例えば、約20%〜約95%)の転化率を示した。一方、アルミナ含有触媒では10%未満の転化率のレベルを示した。これらの転化率レベルは、酸素含量に対する良好な表示であることもできる物質収支(又はマスバランス)を含む計算に基づいていた。脱酸素化は、脱炭酸及び脱水を経由して発生し得るので、反応/処理の条件において、その形成されるCO2及び水の完全な減量(又は損失)を仮定とすると、転化率レベル(少なくとも脱カルボニル化/脱炭酸の反応に対して)は、物質収支の減少とともに増加する傾向があり得る。親水性でないバインダー及び/又は水熱安定性でないバインダーを用いる触媒、例えばアルミナ含有触媒では、そのような原料(フィード)の脱酸素化に対して非常に低い活性を示す。
実施例2では、バインダー以外は同一である2つの触媒組成物の活性をそれらの間で直接比較した。第1の触媒組成物は、アルミナバインダーを有するZSM−48支持体上の1重量%未満のPtであったが、第2触媒組成物は、チタニアバインダーを有するZSM−48支持体上の1重量%未満のPtであった。ステアリン酸の原料(フィード)を約325℃の温度において、約0.3hr−1の毎時重量空間速度で、かつ約400psig(約2.8MPag)の水素分圧下で各触媒で転化させた。生成物を質量分析計と連結させたガスクロマトグラフ(GC−MS)を使用して分析した。スペクトルの比較を図1にて、上方にチタニアバンダーを用いる場合、下方にアルミナバインダーを用いる場合を示す。チタニアバインダーを含有する触媒組成物では、パラフィン由来の原料から、分岐した(イソ)パラフィンへの実質的に完全な転化が、更に、実質的に完全な脱酸素をも伴って示された。この上方のサンプルの流動点は、約10℃/分の温度変化速度を用いる示差走査熱量測定(DSC)による分析に基づいて、約−50℃未満であると測定された。アルミナバインダーを含有する触媒組成物では、多量の未転化ステアリン酸が、一部限定的な脱酸素を伴うが、パラフィンから、わずかに検出され得る量(微量)の分岐した(イソ)パラフィンへの転化だけを伴って示された。この下方のサンプルの流動点は、DSC分析に基づいて、約+52℃であると測定された。比較のため、ステアリン酸の原料(フィード)の流動点(融点)は、約+69℃であった。
Claims (14)
- 酸素化炭化水素を処理して酸素を除去し、水素異性化および/または脱蝋された炭化水素の生成物を形成する方法であって、以下の工程:
(1)供給原料を提供する工程であって、前記供給原料が、(i)少なくとも1.2重量%の酸素含量および(ii)少なくとも50ppmの含水量を含み、前記供給原料が、少なくとも6個の炭素を含む化合物を少なくとも15重量%含む、工程と、
(2)(a)前記供給原料を少なくとも部分的に脱酸素化するのに十分な条件下、または(b)前記供給原料を少なくとも部分的に水素異性化および/または脱蝋するのに十分な条件下、あるいは(c)(a)および(b)の双方に十分な条件下で、前記供給原料を触媒組成物と接触させて生成物を形成する工程と
を含み、
前記生成物は、
(iii)前記供給原料の酸素含量よりも少なくとも30%低い酸素含量と、
(iv)前記供給原料のイソパラフィン含量よりも少なくとも20%高いイソパラフィン含量、
(v)前記生成物のディーゼル沸点範囲の留分の流動点が−10℃以下であること、および
(vii)前記生成物のディーゼル沸点範囲の留分の曇点が−5℃以下であること
のうちの1つ又は複数とを示し、
前記触媒組成物は、水素異性化および/または脱蝋が可能であり、かつZSM−5、ZSM−23、ZSM−48およびそれらの組み合わせからなる群から選択されるゼオライト支持体と、前記支持体上に付着する、白金および/またはパラジウムを含むVIII族貴金属、あるいはニッケル、コバルト、鉄およびそれらの組み合わせを含むVIII族非貴金属と、モリブデンおよび/またはタングステンを含むVIB族金属との組み合わせのいずれかを含む少なくとも1つの活性金属化合物と、親水性で水熱安定性のバインダーとを含み、前記バインダーが、
(A)チタン、ジルコニウム、バナジウム、モリブデン、マンガンおよびセリウムから選択される1つ又は複数の金属の酸化物、炭化物、窒化物、リン化物、硫化物またはそれらの組み合せ、
(B)活性炭、および/または
(C)チタン、ジルコニウム、バナジウム、モリブデン、マンガンおよびセリウムから選択される1つ又は複数の金属が付着する炭素
のうちの1つ又は複数を含む、
方法。 - 前記親水性で水熱安定性のバインダーが、ジルコニア、バナジア、チタニア、酸化モリブデン、酸化マンガン、酸化セリウム、炭素またはそれらの組み合わせを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記親水性で水熱安定性のバインダーが、チタニアを含む、請求項2に記載の方法。
- 前記ゼオライト支持体が、ZSM−23、ZSM−48またはそれらの組み合わせを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記接触工程の条件が、
550°F(288℃)〜800°F(427℃)の重量平均床温度、
350psig(2.4MPag)〜2000psig(13.8MPag)の全圧、
0.1hr−1 〜20hr−1のLHSV、および
純粋な水素に基づく500scf/bbl(85Nm3/m3)〜10000scf/bbl(1700Nm3/m3)の水素処理ガス速度
のうちの1つ又は複数を含む、請求項1に記載の方法。 - 前記接触工程が、前記供給原料を少なくとも部分的に脱酸素化すること、および前記供給原料を少なくとも部分的に水素異性化および/または脱蝋することの双方に十分であること、
前記生成物の酸素含量が、前記供給原料の酸素含量よりも少なくとも50%低いこと、
前記イソパラフィン含量が、前記供給原料のイソパラフィン含量よりも少なくとも30%高いこと、
少なくとも90重量%が193℃〜360℃の沸点を有するディーゼル留分の流動点が−15℃以下であること、および
少なくとも90重量%が193℃〜360℃の沸点を有するディーゼル留分の曇点が−10℃以下であること
のうちの1つ又は複数が満たされる、請求項1に記載の方法。 - 前記触媒組成物が、ZSM−48触媒と、前記ZSM−48触媒の重量に基づいて0.1重量%〜3.0重量%の金属含量を与えるのに十分な量のパラジウム源または白金源と、チタニアバインダーとから本質的になる、請求項1に記載の方法。
- 前記触媒組成物が、ZSM−48触媒と、前記ZSM−48触媒の重量に基づいて0.5重量%〜20重量%のVIII族金属含量を与えるのに十分な量のニッケル、コバルト、鉄およびそれらの組み合わせから選択されるVIII族非貴金属源と、必要に応じて、前記ZSM−48触媒の重量に基づいて3重量%〜25重量%のVIB族金属含量を与えるのに十分な量のモリブデンおよび/またはタングステンから選択されるVIB族金族源と、チタニアバインダーとから本質的になる、請求項1に記載の方法。
- 前記供給原料が、少なくとも1.2重量%の酸素含量、少なくとも2重量%の含水量、前記生成物のイソパラフィン含量よりも少ないイソパラフィン含量、および少なくとも12個の炭素を含む少なくとも30重量%の化合物のうち、1つ又は複数を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記供給原料の少なくとも50重量%が、再生可能な資源によって生成される酸素化物および/または炭化水素を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記再生可能な資源が、藻類を含む、請求項10に記載の方法。
- 前記供給原料の少なくとも90重量%が、193℃〜360℃の沸点を有し得る、請求項1に記載の方法。
- 以下の工程:
(1)供給原料を提供する工程であって、前記供給原料が、(i)少なくとも1.2重量%の酸素含量および(ii)少なくとも2重量%の含水量を含み、前記供給原料が、分岐した(イソ)パラフィン含量を有し、かつ前記供給原料が、少なくとも12個の炭素を含む化合物を少なくとも15重量%含む、工程と、
(2)(a)前記供給原料を少なくとも部分的に脱酸素化するのに十分な条件下、または(b)前記供給原料を少なくとも部分的に水素異性化および/または脱蝋するのに十分な条件下、あるいは(c)(a)および(b)の双方に十分な条件下で、前記供給原料を触媒組成物と接触させて生成物を形成する工程と
を含み、
前記生成物が、
(iv)前記供給原料の酸素含量よりも少なくとも30%低い酸素含量と、
(v)前記供給原料のイソパラフィン含量よりも少なくとも20%高いイソパラフィン含量、
(vi)0.5重量%未満のC14〜C20のn−パラフィン含量、
(vii)前記生成物のディーゼル沸点範囲の留分の流動点が−10℃以下であること、および
(viii)前記生成物のディーゼル沸点範囲の留分の曇点が−5℃以下であること
のうちの1つ又は複数とを示し、そして、
前記触媒組成物が、水素異性化および/または脱蝋が可能であり、かつZSM−5、ZSM−23、ZSM−48およびそれらの組み合わせからなる群から選択されるゼオライト支持体と、前記支持体上に付着する、白金および/またはパラジウムを含むVIII族貴金属、あるいはニッケル、コバルト、鉄およびそれらの組み合わせを含むVIII族非貴金属と、モリブデンおよび/またはタングステンを含むVIB族金属との組み合わせのいずれかを含む少なくとも1つの活性金属化合物と、親水性で水熱安定性のバインダーとを含み、前記バインダーが、
(A)チタン、ジルコニウム、バナジウム、モリブデン、マンガンおよびセリウムから選択される1つ又は複数の金属の酸化物、炭化物、窒化物、リン化物、硫化物またはそれらの組み合わせ、
(B)活性炭、および/または
(C)チタン、ジルコニウム、バナジウム、モリブデン、マンガンおよびセリウムから選択される1つ又は複数の金属が付着する炭素、
のうちの1つ又は複数を含む、
請求項1に記載の方法。 - 前記工程(2)の生成物は、それ自体が輸送用燃料生成物であるか、および/または輸送用燃料のブレンド成分としてプールに送られ、前記輸送用燃料生成物および/またはプールが、ディーゼル用、灯油用および/またはジェット用の燃料を含む、請求項1に記載の方法。
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