JP5909036B2 - 水素化処理触媒の製造方法 - Google Patents
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Description
本出願は、「水素化処理触媒の製法」と題する2005年12月14日に提出された特許仮出願No.60/714545の優先権を主張し、その開示は、引用することにより本明細書の一部を構成する。
本特許は、多孔質担体上に支持された触媒、並びにそのような触媒を安定化水性組成物を使用して製造する方法に関する。詳細には、本特許は、触媒活性金属成分及び実質的に水溶性の酸性成分を含有する水性組成物に関連し、かつそのような水性組成物を使用して、多孔質担体に含浸させ、製造した触媒に関する。約1200°F(648.9°C)以下の沸点を有するものを含む重質炭化水素原料(feedstock)を、より軽質で、より有益な炭化水素に変換することは好ましい。残油原料としても公知の石油残渣油を含む炭化水素原料を処理して、例えば水素化脱硫(HDS)、水素化脱窒素(HDN)、残留炭素還元(CRR)、ニッケル化合物の除去(HDNi)及びバナジウム化合物の除去(HDV)を含む水素化脱金属(HDM)、を実施することも好ましい。本発明の触媒は、高沸点石油組成物を含む石油組成物の、水素化脱硫、水素化脱窒素、水素化脱金属等々において特に有用かつ効果的である。
(I)少なくとも以下の成分:
(A)水細孔容積を有する焼成多孔質担体少なくとも1つと、
(B)炭化水素の水素化処理に有用な触媒活性金属と、
但し、前記金属は、周期表VIB族からの金属少なくとも1つを提供する成分少なくとも1つ及び周期表VIII族からの金属少なくとも1つを提供する成分少なくとも1つの形状であり、
(C)キレート少なくとも1つと、
(D)前記触媒活性金属と前記少なくとも1つのキレートを含む溶液又は分散液を形成するのに十分な量の水と、
(E)場合によっては、リン含有酸性成分少なくとも1つと
を用意するステップと、
(II)(I)(B)、(I)(C)、(I)(D)及び場合により(I)(E)を含む前記溶液又は分散液と、前記成分(I)(A)とを、混合物を形成し、かつ前記担体に、前記成分(I)(B)及び(I)(C)の好適な量を含浸させるのに十分な時間と温度で接触させるステップと、
(III)前記溶液又は分散液の容積が、前記担体の水細孔容積以上になる程度まで、前記含浸担体を分離するステップと、
(IV)前記含浸担体を、200℃より高い温度であるが、前記少なくとも1つのキレートの実質的な分解を引き起こす温度より低い温度まで、かつその期間より短く、加熱するステップとを含む。
含浸後の焼成を行わずとも、所望の活性を有する、並はずれて乾燥した触媒が得られる。
明細書及びクレーム中における、単数形「a」、「an」及び「the」は、内容的に明確に他の指示が無い限り、複数を含む。本発明の目的のために、特定の性質、特徴又は変数に関して他に規定がない場合は、例えば特性、特徴又は変数などのいずれの基準にも適用される用語「実質的に」は、当業者が、得られるべき利益、即ち所望の条件又は適切な値をみたすと理解するような程度で、記載の基準を満たすことを意図する。変数のための修飾語句として、又は変数と併用して使用される場合の用語「約」は、本明細書中に開示される数字及び範囲がフレキシブルであることを告げる意図があり、かつ範囲外であるか又は単一の値とは異なる、例えば、温度、濃度、量、含有率、炭素数、特性、例えば粒径、表面積、孔径、孔容積、バルク密度等々を使用して、当業者が本発明を実行しても、所望の結果が得られるであろうこと、即ち、類似の活性金属及び他の成分を含む従来技術の触媒と比較して、製造され焼成せずに加熱された、より低いレベルの水分を示す有効な水素化処理触媒が得られるであろうことを告げる意図がある。
(A)コバルト含有触媒溶液を以下のようにして製造する。(1)撹拌器を備えた、適切なフラスコに水500mlを添加し、(2)無水クエン酸71.9gを添加し、(3)炭酸コバルト156.7g(コバルト46%)を添加する。リン酸(85%)57.5gをゆっくりと添加し、その後、三酸化モリブデン501.3gを添加して、約190°F〜200°F(約87.8℃〜約93.3℃)まで加熱を始める。溶液が澄明化するまで、少なくとも190°F(約87.8℃)で少なくとも2.5時間加熱する。溶液が澄明となると直ぐに130°F(約54.4℃)以下まで冷却し、クエン酸251.6gを添加し、溶液が澄むまで混合物を撹拌する。その後、溶液を室温まで冷却し、希釈する。MoO3の最終濃度は、溶液1ml当たり0.50gである。後続の加熱ステップが、添加クエン酸の一部を崩壊又は分解させ得るので、記載された量は、約3wt%過剰のクエン酸を表し、過剰分により、所望量が最終触媒組成物中に存在することを確実にできる。過剰分を使用しない場合は、クエン酸の第二の添加は、241.5g(合計添加量313.4gに対して)まで減じられる。溶液は、以下の成分比を示す:クエン酸/(CoO+MoO3)(mol/mol):(過剰量を含む)=0.36;及び(過剰量を含まない)=0.35。生じた触媒の分析により以下の組成が示された(金属は酸化物として表し、濃度は、乾燥状態に基づいてwt%で表す):CoO、4.4wt%;P2O5、1.7wt%;MoO3、24.0wt%。
例1のようにして製造されたコバルト含有支持触媒のサンプルを、製造後に取り出し、サンプル中に存在する全揮発分、本質的に水及び有機キレート剤、の尺度である強熱減量(LOI)に関してテストした。LOIテストは、サンプルを酸素含有雰囲気に1020°F(548.9℃)で1時間曝すことにより行われる。もとの湿潤触媒の他のサンプルを回転か焼炉内に置き、400°F(204.4℃)まで温度を徐々に高めながら加熱した。加熱過程で、触媒の小部分を取り出し、LOIによる重量損失及び炭素含有量(wt%)について分析した。炭素含有量については、「Leco」テスト装置(LECO Corporation,Joseph,MI)を使用する。このテスト方法では、サンプルのアリコートを、純酸素流中で2000°F(1093.3℃)以上まで加熱されるセラミックるつぼにいれる。炭素が燃焼して、二酸化炭素となり、酸素−二酸化炭素ガス混合物は、赤外線検出器を通過し、そこで二酸化炭素含有量が測定される。サンプルの炭素の%は、解析機により自動的に計算される。最初に、触媒を175°F(79.4℃)の回転か焼炉内に置いた。1.5時間後、分析のためにサンプルを取った。温度を250°F(121.1℃)まで上昇させ、0.5時間保持し、分析のために別のサンプルをとった。次いで、温度を300°F(148.9℃)まで上昇させ、0.5時間保持し、その後、分析のためにサンプルをとった。これを350°F(176.7℃)で繰り返し、最後に400°F(204.4℃)で繰り返した。LOIテストを施したサンプルについては、温度は触媒床で測定した。炭素含有量テストについては炉壁で測定した。テスト結果を、以下の表に示す。
この比較テストのために、例1に記載のようにして製造したコバルト含有触媒サンプルを、約250°F(121.1℃)まで約10分間加熱した。次いで、高温処理用のサンプルの温度を約410°F(210℃)まで増加させ、この温度で約10分間保持し、次いで迅速に冷却した。高温サンプルに関する全処理時間(加熱及び冷却を含む)は約1時間であった。温度は、乾燥の間に、熱電対により触媒床中で測定した。次いで、触媒サンプルを使用して、炭化水素油における、水素化脱硫(HDS)及び水素化脱窒素(HDN)性能の評価をした。テスト条件及び結果は、以下の表に示す。
本発明の方法により製造された5つの水素化処理触媒をテストして、それぞれを200℃(392°F)まで加熱した場合に生じる揮発性化合物を特定する。生じた主要なガスは、水蒸気と二酸化炭素であった。
(1)例1に記載の組成物によるコバルト含有触媒。加熱ステップの間の触媒床温度=411°F;LOI=15.4wt%
(2)(1)と同じ、LOI=17.3wt%
(3)例1に記載の組成物によるコバルト含有触媒であるが、更には加熱しない;LOI=22.6wt%
(4)(3)と同じ、LOI=22.7wt%
(5)(3)と同じ、LOI=23.5wt%
カール・フィッシャー容量滴定を使用して、触媒の製造後にこれを加熱した際に生じた化学種を同定かつ定量した。カール・フィッシャー滴定は、以下のようにして行った:ガススイープ(約100cc/分)を一定に減じながら、各触媒ほぼ1gを気密炉に導入した。小型エチレングリコール洗浄機にスイープガスを通過させ、発生した水分を捕捉させ、かつグリコールの1部は、カール・フィッシャー試薬で30分間隔で滴定した。炉温度は、最初100℃に設定し、1時間ガス洗浄し、その後、温度を200℃まで上昇させ、そのより高い温度で1時間保持した。
カール・フィッシャー滴定:100℃まで加熱の際に、高温処理触媒サンプルは、低温処理サンプルに比べて、約4分の1の重量の水を生じたが、他方、更に200℃で加熱すると、その差は、1:3まで減少した(下の表AとBを参照)。クエン酸減少は、サンプルを200℃に加熱した時に発生した水量に著しく貢献した。両方の触媒タイプについてのすべての場合に、各温度で、第二の30分のセグメントに比べて、最初の30分間に、より大量の水が生じた。
サンプル中に存在する揮発性化合物と組成を特定するために、高温での追加の加熱無しで製造された水素化処理触媒(200〜250°F(93.3〜121.1℃)まで加熱されたサンプル)3つをテストした。これらの結果は、比較目的のために、組成の基準点を提供する。
(b)クエン酸のwt%=炭素のwt%×2.668
(c)触媒は無水メタノールで抽出され、抽出物はカール・フィッシャー技術により分析された:T=滴定;C=電量分析
(d)その温度での4時間にわたる総揮発分
1.水素化処理触媒の製造方法であって、
(I)(A)水細孔容積を有する焼成多孔質担体少なくとも1つと、
(B)炭化水素の水素化処理に有用な触媒活性金属と、
但し、前記金属は、周期表VIB族からの金属少なくとも1つを提供する成分少なくとも1つ及び周期表VIII族からの金属少なくとも1つを提供する成分少なくとも1つの形状であり、
(C)キレート少なくとも1つと、
(D)前記触媒活性金属と前記少なくとも1つのキレートを含む溶液又は分散液を形成するのに十分な量の水と、
(E)場合によっては、リン含有酸性成分少なくとも1つと
を少なくとも成分として提供するステップと、
(II)(I)(B)、(I)(C)、(I)(D)及び場合により(I)(E)を含む前記溶液又は分散液と前記成分(I)(A)とを十分な時間と温度で接触させ、混合物を形成し、かつ前記担体に、前記成分(I)(B)、(I)(C)、場合により(I)(E)の好適な量を含浸させるステップと、
(III)前記溶液又は分散液の容積が、前記担体の水細孔容積以上である程度まで、前記過剰の溶液又は分散液を前記含浸担体から分離するステップと、
(IV)前記含浸担体を、200℃より高い温度であるが、前記少なくとも1つのキレートの実質的な分解を引き起こす温度より低い温度まで、かつその期間より短く、加熱するステップとを含む製造方法。
2.前記VIB族からの金属少なくとも1つは、モリブデン及びタングステンからなる群から選択される、第1項に記載の方法。
3.前記VIII族からの金属少なくとも1つは、コバルト及びニッケルからなる群から選択される、第1項に記載の方法。
4.前記キレートは、ヒドロキシカルボン酸、エチレングリコール、グリセリン、エタノールアミン、ポリエチレングリコール、ヒドロキノン、エチレンジアミン、エチレンジアミン−テトラ酢酸、システイン、アラニン、メチオニン、グルコン酸、ピリジン−2,3−ジカルボン酸、チオフェン−2−カルボン酸、メルカプトコハク酸、ニコチン酸、ラクトース及びアセトン−1,3−ジカルボン酸からなる群から選択される、第1項に記載の方法。
5.前記少なくとも1つのヒドロキシカルボン酸は、グリコール酸、ヒドロキシプロピオン酸、ヒドロキシ酪酸、ヒドロキシヘキサン酸、酒石酸、リンゴ酸、グリセリン酸、クエン酸及びグルコン酸からなる群から選択される、第4項に記載の方法。
6.前記多孔質担体は、シリカ、シリカゲル、シリカアルミナ、アルミナ、チタニア、チタニア−アルミナ、ジルコニア−アルミナ、ジルコニア、ボリア、テラナ、カオリン、ケイ酸マグネシウム、炭酸マグネシウム、酸化マグネシウム、活性炭、酸化アルミニウム、沈降酸化アルミニウム、活性アルミナ、ボーキサイト、珪藻土、軽石、自然粘土、合成粘土、陽イオン粘土又は陰イオン粘土、例えばサポナイト、ベントナイト、カオリン、海泡石又はヒドロタルサイト、及びこれらの混合物からなる群から選択される少なくとも1つのメンバーである、第1項に記載の方法。
7.前記加熱は、約204℃を超える温度で実施される、第1項に記載の方法。
8.前記加熱は、約1時間未満の間実施される、第7項に記載の方法。
9.前記VIB族金属に対する前記VIII族金属のモル比は、約0.05〜約0.75であり、前記VIII族金属成分は、実質的に水不溶性の成分により提供される、第1項に記載の方法。
10.前記少なくとも1つのリン含有酸性成分は、実質的に水溶性であり、かつVIB族金属に対するリン元素のモル比約0.01〜約0.80を与えるのに十分な量で存在する、第1項に記載の方法。
11.前記加熱は、約20wt%未満の強熱減量(LOI)を示す触媒を提供するのに十分な温度と時間実施される、第7項に記載の方法。
12.前記加熱は、含水量約3wt%〜約6wt%を示す触媒を提供するのに十分な温度と時間実施される、第1項に記載の方法。
13.製造後の湿潤触媒に比べて、含水量が90%より多く減少した触媒を提供するのに十分な温度と時間、前記加熱が実施され、かつ触媒は、加熱後に焼成されない、第1項に記載の方法。
14.加熱前の含浸多孔質担体上のヒドロキシカルボン酸量は、加熱後の触媒中に所望される量を約1wt%〜約10wt%上回る、第1項に記載の方法。
15.前記ヒドロキシカルボン酸は、クエン酸である、第5項に記載の方法。
16.少なくとも1つのリン含有酸性成分は、リン酸又はオルトリン酸である、第1項に記載の方法。
17.第1項に記載の方法により製造される、水素化処理触媒。
18.第11項に記載の方法により製造される、水素化処理触媒。
19.第12項に記載の方法により製造される、水素化処理触媒。
20.第13項に記載の方法により製造される、水素化処理触媒。
21.(A)焼成多孔質担体少なくとも1つと、
(B)炭化水素の水素化処理に有用な触媒活性金属と、
但し、前記金属は、周期表VIB族からの金属少なくとも1つを提供する成分少なくとも1つ及び周期表VIII族からの金属少なくとも1つを提供する成分少なくとも1つの形状であり、
(C)前記触媒活性金属のモル量の約0.05〜約5倍を占める有機キレート化合物少なくとも1つと、
(D)前記触媒活性金属と前記少なくとも1つの有機キレート化合物を含む溶液又は分散液を形成するのに十分な量の水と、
(E)場合によっては、リン含有酸性成分少なくとも1つと
を含む混合物から形成される水素化処理触媒であって、
前記触媒は、含水量約3wt%〜約6wt%を示す、水素化処理触媒。
22.前記有機キレート化合物は、少なくとも1つのヒドロキシカルボン酸である、第21項に記載の触媒。
23.前記少なくとも1つのヒドロキシカルボン酸は、クエン酸である、第22項に記載の触媒。
24.周期表VIB族からの触媒活性金属少なくとも1つ、周期表VIII族からの触媒活性金属少なくとも1つ、リン及びキレート剤を含む、石油原料の水素化処理に有用な触媒であって、
(A)前記金属、リン及びキレート剤は、焼成多孔質担体上に担持され、
(B)前記触媒は、前記金属及びキレート剤を含浸した後で焼成されず、
(C)前記水素化処理開始時に、前記触媒の含水量は、約3wt%〜約6wt%である、触媒。
25.周期表のVIB族からの触媒活性金属少なくとも1つ、周期表のVIII族からの触媒活性金属少なくとも1つ、リン及びキレート剤を含む、炭化水素の水素化脱硫及び水素化脱窒素に有用な触媒であって、
(A)前記金属、リン及びキレート剤は、焼成多孔質担体上に担持され、
(B)前記触媒は、前記金属及びキレート剤を含浸した後に焼成されず、
(C)前記水素化脱硫及び水素化脱窒素開始時に、前記触媒の含水量は、約3wt%〜約6wt%である、触媒。
Claims (8)
- 水素化処理触媒の製造方法であって、
(I)(A)水細孔容積を有する焼成多孔質担体少なくとも1つと、
(B)炭化水素の水素化処理に有用な触媒活性金属と、
但し、前記金属は、周期表VIB族からの金属少なくとも1つを提供する成分少なくとも1つ及び周期表VIII族からの金属少なくとも1つを提供する成分少なくとも1つを含み、
(C)ヒドロキシカルボン酸からなる群から選択されるキレート剤少なくとも1つと、
(D)前記触媒活性金属と前記少なくとも1つのキレート剤を含む溶液又は分散液を形成するのに十分な量の水と、
(E)リン含有酸性成分少なくとも1つと
を少なくとも成分として提供するステップと、
(II)(I)(B)、(I)(C)、(I)(D)及び(I)(E)を含む前記溶液又
は分散液と前記成分(I)(A)とを十分な時間と温度で接触させ、混合物を形成し、かつ前記担体に、前記成分(I)(B)、(I)(C)、(I)(E)の好適な量を含浸させるステップと、
(III)前記溶液又は分散液の容積が、前記担体の水細孔容積より大きい場合に、過剰の溶液又は分散液を前記含浸担体から分離又は除去するステップと、
(IV)前記含浸担体を、400°F〜420°F(204.4℃〜215.6℃)の温度で、かつ1時間未満の期間加熱することにより乾燥するステップとを含む製造方法。 - 前記VIB族からの金属少なくとも1つは、モリブデン及びタングステンからなる群から選択され、前記VIII族からの金属少なくとも1つは、コバルト及びニッケルからなる群から選択される、請求項1に記載の方法。
- 前記少なくとも1つのヒドロキシカルボン酸は、グリコール酸、ヒドロキシプロピオン酸、ヒドロキシ酪酸、ヒドロキシヘキサン酸、酒石酸、リンゴ酸、グリセリン酸、クエン酸及びグルコン酸からなる群から選択される、請求項1に記載の方法。
- 前記多孔質担体は、シリカ、シリカゲル、シリカアルミナ、アルミナ、チタニア、チタニア−アルミナ、ジルコニア−アルミナ、ジルコニア、ボリア、テラナ、カオリン、ケイ酸マグネシウム、炭酸マグネシウム、酸化マグネシウム、活性炭、酸化アルミニウム、沈降酸化アルミニウム、活性アルミナ、ボーキサイト、珪藻土、軽石、自然粘土、合成粘土、陽イオン粘土又は陰イオン粘土からなる群から選択される少なくとも1つのメンバーであり、前記粘土はサポナイト、ベントナイト、カオリン、海泡石又はヒドロタルサイト、及びこれらの混合物を含む請求項1に記載の方法。
- 前記触媒が3重量%〜6重量%の含水量を示す、請求項1に記載の方法。
- 前記VIB族金属に対する前記VIII族金属のモル比は、0.05〜0.75であり、前記VIII族金属成分は、実質的に水不溶性の成分により提供されるか、または、少なくとも1つのリン含有酸性成分からなり、前記少なくとも1つのリン含有酸性成分は、実質的に水溶性であり、かつVIB族金属に対するリン元素のモル比0.01〜0.80を与えるのに十分な量で存在する請求項1に記載の方法。
- 製造後の湿潤触媒に比べて、含水量が90%より多く減少した触媒を提供するのに十分な温度と時間、前記加熱が実施され、かつ触媒は、加熱後に焼成されない、請求項1に記載の方法。
- 加熱前の含浸多孔質担体上のヒドロキシカルボン酸量は、加熱後の触媒中に所望される量を1wt%〜10wt%上回る、請求項1に記載の方法。
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