JP6690942B2 - 組成物の脱硫のための方法及び組成物 - Google Patents

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Description

ここに開示される本方法及び組成物は、例えば、石油などの硫黄を含有する組成物の脱硫のためのものである。
厳しい環境規制により、石油中の許容される硫黄の水準、及び石油製品(例えば、燃料)を燃やした際に排出される排気中の許容される硫黄の水準を減少させる方向へますます向かっている。世界中で、許容可能な石油中の硫黄量について合意は形成されていないものの、全ての国で、政府が義務付けた規制がある。例えば、ヨーロッパのユーロ5燃料基準では、ガソリン中の硫黄は2005年頃から10ppm以下に定められている。2007年9月からアメリカ合衆国で使用される超低硫黄ディーゼル(ULSD)の許容可能な硫黄分は、15ppm以下であり、低硫黄ディーゼルのための以前のアメリカ合衆国のハイウェイ基準よりずっと低い(LSD−500ppm以下)。インドでは、使用されるディーゼル中の硫黄分は、以前は350ppm以下であったが、2010年4月1日からインドの規制では、硫黄15ppm以下のULSDの使用を定めている。
石油中の硫黄分を低くすることを目標とする一番の理由は、環境汚染を抑えることである。また、排気を処理して、汚染を最小化する方法は、高コストになる。さらに、硫黄が有害となり、排出ガス浄化に用いる自動車の触媒コンバーターで使用される触媒の寿命を縮める可能性がある。ULSDは、今日において好ましい燃料であるが、ULSDは大量の硫黄を除去する必要のある原料製造過程により、一般的にエネルギー含量が低く、燃料の経済性が低くなり、燃料コストが高くなる。
カーボンブラック供給オイル(CBFO)は、カーボンブラックの製造において、主要な原料である。CBFOは、石油精製所もしくはコールタール蒸留所、又はエチレン分解装置のいずれからでも得られる。多くのCBFOが直面する最大の問題点の1つは、高い硫黄分である。この硫黄は、カーボンブラック製造中にSO2を放出するために、大きな環境問題につながる。さらに、製造における腐食及び機器の消耗につながる。もう一つの主要な欠点は、CBFOからの相当量の硫黄が、最終的なカーボンブラック粉末に汚染物質として残り得ることである。したがって、CBFOから硫黄を除去するために、商業的に利用可能で好ましい工程を開発する必要性があった。
例えば石油などの、硫黄を含む組成物の脱硫に有益である、さまざまな方法及び組成物が研究されており、また政府が義務付けた石油中、及び排気中の許容可能な硫黄量の厳密性を高める点については、未だ研究が行われている。したがって、石油脱硫のための改善された、かつ低コストの工程が必要であった。
本明細書においては、例えば、石油などの硫黄を含有する組成物の脱硫に有益な方法及び組成物を提供する。
本発明の目的によると、ここに具体化され広く記載されるとおり、本発明の一つの態様は、組成物を酸化剤及び酸化触媒に接触させて、組成物中の硫黄量を減少させる方法に関する。
酸化剤及び酸化触媒を含有する組成物であって、前記酸化触媒は、式M1 1-x3 x23を有し、M1は、希土類元素であり、M2は、遷移金属であり、M3は、Ca又はSrであり、及びxが0.01〜0.80である、前記組成物を開示する。一つの実施形態において、酸化触媒に硫酸などの酸を含浸させる。
硫黄を含有する組成物中の硫黄量を減少させる方法であって、前記方法は、:(a)硫黄を含有する組成物を提供する工程と;(b)硫黄を含有する前記組成物を、酸化剤及び酸化触媒に接触させる工程であり、前記酸化触媒は、式M1 1-xSrx23を有し、M1は、希土類元素であり、M2は、遷移金属であり、及びxが0.01〜0.80である工程とを含み、それによって硫黄を含有する前記組成物中の硫黄量を減少させる、前記方法もまた開示される。一つの実施形態において、酸化触媒に硫酸などの酸を含浸させる。
本発明の態様は、システム法定分類等の特定の法定分類において、記載され、特許請求され得るが、これは便宜上のものにすぎず、当業者は、本発明のそれぞれの態様が、任意の法定分類において、記載され、特許請求され得ることを理解するであろう。明示的に記載されない限りは、ここに記載された方法又は態様において、その工程が特定の順序で行われることが必要であると解釈されることを意図するものでは全くない。したがって、方法クレームが、工程を特定の順序に限定すべきであることを請求項又は明細書において特に記載していない場合、いかなる点でも順序は暗示されることを意図するものでは全くない。これは、工程又は操作フローの配置に関する論理の問題、文法構成又は句読点から導き出される平易な意味、又は本明細書に記載される態様の数又は種類を含む、解釈のあらゆる可能な非明示的根拠に当てはまる。
本発明は、以下の発明を実施するための形態及びそれに含まれる実施例を参照することにより、より容易に理解される。
ここで使用される用語は、特定の態様を記載することを目的としているだけであり、限定することを意図するものではないことを理解されたい。ここに記載されるものと同様の又は等価の方法及び材料はいずれも、本発明の実施、又は試験で使用することができるが、実施例の方法及び材料は以下に記載される。
ここに記載される全ての刊行物は、参照することにより本明細書に取り込まれ、関連してその刊行物が引用される方法及び/又は材料を開示及び記載する。ここに記載する刊行物は、本出願の出願日前のそれらの開示のみを目的として提供される。従来の発明によるそのような開示に対して、本発明がこれらの開示に対して先行しないことを自認すると解釈されるものではない。また、ここで提供される公開日は、実際の公開日と異なる可能性があり、それぞれに確認が必要である。
1.定義
ここで、有機化合物を含む化合物の命名法は、一般的な名称、IUPAC、IUBMB、又はCASが推奨する命名法を用いて与えられる。
明細書及び添付する特許請求の範囲で使用される単数形「1つの(a, an, the)」には、文脈が明らかにそうでないことを示していない限り、複数の対象も含まれる。したがって、例えば、「1つの酸化剤(a oxidation agent)」に言及するとき、2以上のそのような酸化剤の混合物を含む。
ここでは、「約」1つの特定の値から、及び/又は「約」別の特定の値までとして範囲が表される。そのような範囲が表される場合、更なる態様において、1つの特定の値から、及び/又は別の特定の値までを含む。同様に、値が近似値として表される場合、先に「約」を使用することにより、特定の値が更なる態様を形成することを理解されるであろう。各範囲の終点は、別の終点との関係において、また別の終点とは独立して、両方の場合において重要であることがさらに理解されるであろう。ここで多くの値が開示されており、また、各値は、値自体に加え、「約」その特定の値として、開示されることもまた理解されたい。例えば、「10」の値が開示される場合、「約10」もまた開示される。2つの特定のユニット間の各ユニットも開示されることも理解されたい。例えば、10及び15が開示される場合、11、12、13及び14もまた開示される。
本明細書及び最終部分にある特許請求の範囲における、組成物における特定の要素又は成分の重量部への言及は、重量部が表される組成物又は物品における、要素又は成分と任意の他の要素又は成分の間の重量関係を意味する。したがって、成分Xを2重量部及び成分Yを5重量部含む化合物において、X及びYは、2:5の重量比で存在し、化合物中に含まれる追加的な成分に関係なく、そのような割合で存在する。
ここで、「任意(optional)」又は「任意に(optionally)」という用語は、後に記載される現象又は状況が、起こり得る又は起こらなくてもよいことを意味し、記載には、前記現象又は状況が起こる場合及び起こらない場合とが含まれる。
ここで使用される「石油」という用語は、石油及び石油製品を指す。さまざまな実施形態において、石油は、限定されるものではないが、原油、アスファルト、タール、精製した石油、石油を蒸留した製品、例えば、ディーゼル、ガソリン、灯油、カーボンブラック原料、カーボンブラック供給オイル等、及び石油の蒸留物を使って形成された合成混合物から成る群から選択される製品を含む。ここで使用される「sulphur(硫黄)(イギリス英語つづり)」という用語は、代わりに「sulfur」(アメリカ英語つづり)と記載してもよい。一つの実施形態において、石油は、カーボンブラック原料であり得る。カーボンブラック原料は、当業者にとって公知であり、一般的にナフタレン、メチルインデン、アントラセン、フルオレン、及び他の多環芳香族成分に富むC12及びそれ以上の成分であると考えられている。別の実施形態において、カーボンブラック原料は、例えば、芳香族炭化水素を多く含有を有する、及び/又は複数の縮合環を含むさまざまなカルボケミカル(carbochemical)油及び/又はペトロケミカル(petrochemical)油を含み得る。一つの実施形態において、カーボンブラック原料は、石油留分の高温のクラッキングにより生じる。別の実施形態において、石油は、残油であり得る。ここで使用される「残油」は、例えば接触分解残渣油などの接触分解工程により生じる、又はナプサ(naptha)又は軽油を原料として使用するスチームクラッカーでのオレフィン製造により生じるペトロケミカル(petrochemical)油を指す。
「脱硫」という用語は、組成物中の硫黄及び/又は硫黄を含有する種の減少及び/又は排除を指すことを意図する。
「希土類元素」という用語は、当業者により理解され、限定されるものではないが、ランタン(La)、セリウム(Ce)、プラセオジム(Pr)、サマリウム(Sm)、ガドリニウム(Gd)、イットリウム(Y)、ネオジム(Nd)、ユウロピウム(Eu)、テルビウム(Tb)、ジスプロシウム(Dy)、ホルミウム(Ho)、エルビウム(Er)、ツリウム(Tm)、イッテルビウム(Yb)、スカンジウム(Sc)、プロメチウム(Pm)、及びルテチウム(Lu)が含まれる。
「遷移金属」及び「遷移元素」という用語は、ここで区別なく使用され、当業者により理解され、限定するものではないが、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、スカンジウム(Sc)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、マンガン(Mn)、亜鉛(Zn)、イットリウム(Y)、ジルコニウム(Zr)、ニオブ(Nb)、モリブデン(Mo)、テクネチウム(Tc)、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pd)、銀(Ag)、カドミウム(Cd)、ハフニウム(Hf)、タンタル(Ta)、タングステン(W)、レニウム(Re)、オスミウム(Os)、イリジウム(Ir)、白金(Pt)、水銀(Hg)、及び金(Au)が含まれる。
2.方法及び組成物
ここで開示される前記方法及び組成物は、硫黄を含有する組成物中の硫黄量を減少させるために有益である。
ここで開示する方法の実施形態は、石油など硫黄を含有する組成物の脱硫のための、改善された工程を提供する。原油は、適切な酸化触媒の存在下で適切な酸化剤により、硫黄種の酸化に基づいて脱硫されることが知られている。上述の通り、硫黄の許容可能な量がますます厳密になり、さまざまな国の政府が、改善された、高効率で、かつ費用効果の高い方法、特に石油から有機硫黄を除去する脱硫方法を引き続き研究するように指示している。したがって、一つの実施形態において、石油などの、硫黄を含む組成物の脱硫工程を提供する。
ここで用いる脱硫工程のための触媒は、好都合なことに、比較的低い温度、つまり、約20℃〜150℃の範囲の温度で機能できることが分かっている。さらに、一つの実施形態において、ここで使用される触媒は、例えば、ディーゼル、ガソリン、などの石油製品中の硫黄量を約97%以上減少させることが実現可能であり、さまざまな石油製品の蒸留後に残る原油の留分中の硫黄量を50%以上減少させることが実現可能である。
開示する方法は、さまざまな組成物から硫黄を除去する際に、過酸化水素などの酸化剤の効率性を高めることのできる触媒システムの使用を含む。開示する方法及び組成物は、触媒システムの高い効率性により、石油などの液体から硫黄を除去する際に高い効率性を有する。
一つの実施形態において、開示する方法は、石油の脱硫方法である。
酸化剤及び酸化触媒を含有する組成物であって、前記酸化触媒は、式M1 1-x3 x23を有し、M1は、希土類元素であり、M2は、遷移金属であり、M3は、Ca又はSrであり、及びxが0.01〜0.80である、前記組成物を開示する。一つの実施形態において、酸化触媒に硫酸などの酸を含浸させる。
硫黄を含有する組成物中の硫黄量を減少させる方法であって、前記方法は、(a)硫黄を含有する組成物を提供する工程と;(b)硫黄を含有する前記組成物を、酸化剤及び酸化触媒に接触させる工程であり、前記酸化触媒は、式M1 1-x3 x23を有し、M1は、希土類元素であり、M2は、遷移金属であり、M3は、Ca又はSrであり、及びxが0.01〜0.80である、工程とを含み、それによって硫黄を含有する前記組成物中の硫黄量を減少させる、前記方法もまた開示される。一つの実施形態において、酸化触媒に硫酸などの酸を含浸させる。
石油の脱硫方法であって、前記方法には、石油の供給流を、酸化剤の存在下で酸化触媒と接触させることを含み、前記酸化触媒は、式M1 1-x3 x23を有し、M1は、希土類元素であり、M2は、遷移金属であり、M3は、Ca又はSrであり、及びxが0.01〜0.80である、前記方法をもまた開示する。一つの実施形態において、酸化触媒に硫酸などの酸を含浸させる。
一つの実施形態において、硫黄を含有する組成物を提供する工程には、硫黄を含有する組成物の供給流を提供することを含む。
一つの実施形態において、硫黄を含有する前記組成物は、石油を含み、例えば、硫黄を含有する前記組成物は、石油であり得る。一つの実施形態において、石油は、石油の蒸留製品又は石油の蒸留物を使用した合成混合物であり得る。石油の蒸留製品の非限定的な例には、ディーゼル、ガソリン、及び灯油が含まれる。一つの例では、石油は、ディーゼル又はガソリンであり得る。別の実施形態において、石油は、原油、アスファルト、タール、又は精製された石油であり得る。
一つの実施形態において、酸化剤は、H22、NO2、N23、N24、酢酸、tert−ブチル過酸化水素(TBHP)、ギ酸、硫酸、硝酸、O2、空気、もしくはオゾン、又はそれらの組み合わせを含み得る。例えば、酸化剤は、H22、NO2、N23、N24、酢酸、tert−ブチル過酸化水素(TBHP)、ギ酸、硫酸、もしくは硝酸、又はそれらの組み合わせを含み得る。別の実施形態において、酸化剤は、H22、NO2、N23、N24、酢酸、もしくはtert−ブチル過酸化水素、又はそれらの混合物を含み得る。さらに別の例では、前記酸化剤は、H22を含み得る。
一つの実施形態において、前記酸化触媒は、式M1 1-xSrx23を有し、M1は、希土類元素であり、M2は、遷移金属であり、及びxが0.01〜0.80である。
一つの実施形態において、M1は、ランタン(La)、セリウム(Ce)、プラセオジム(Pr)、サマリウム(Sm)、ガドリニウム(Gd)、イットリウム(Y)、ネオジム(Nd)、ユウロピウム(Eu)、テルビウム(Tb)、ジスプロシウム(Dy)、ホルミウム(Ho)、エルビウム(Er)、ツリウム(Tm)、イッテルビウム(Yb)、スカンジウム(Sc)、及びルテチウム(Lu)から成る群から選択される希土類元素である。別の例では、M1は、La、Y、Yb、Nd、Ce、及びTbから成る群から選択される希土類元素である。更なる別の例では、M1は、La、Pr、Gd、Sm、Nd及びCeから成る群から選択される希土類元素である。更なる別の例では、M1は、希土類元素Laである。
一つの実施形態において、M2は、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、スカンジウム(Sc)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、マンガン(Mn)、亜鉛(Zn)、イットリウム(Y)、ジルコニウム(Zr)、ニオブ(Nb)、モリブデン(Mo)、テクネチウム(Tc)、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pd)、銀(Ag)、カドミウム(Cd)、ハフニウム(Hf)、タンタル(Ta)、タングステン(W)、レニウム(Re)、オスミウム(Os)、イリジウム(Ir)、白金(Pt)、水銀(Hg)、及び金(Au)から成る群から選択される遷移金属である。例えば、M2は、Fe、Ru、Ir、Co、Rh、Pt、Pd、及びMoから成る群から選択される遷移金属であり得る。別の例では、M2は、Fe、Mn、Ni、Co、Mo、及びCuから成る群から選択される遷移金属である。別の例では、M2は、遷移金属Feである。
一つの実施形態において、M3は、Caである。別の実施形態において、M3はSrである。
一つの実施形態において、M1 1-x3 x23は、M1 1-xSrx23である。
一つの実施形態において、M1は、La、Pr、Gd、Sm、Nd、及びCeから成る群から選択される希土類元素である;M2は、Fe、Mn、Ni、Co、Mo、及びCuから成る群から選択される遷移金属である;及びM3は、Sr又はCaである。一つの例では、M1は、La、Pr、Gd、Sm、Nd、及びCeから成る群から選択される希土類元素である;M2は、Fe、Mn、Ni、Co、Mo、及びCuから成る群から選択される遷移金属である;及びM3は、Srである。別の例において、M1は、希土類元素Laである;M2は、遷移金属Feである;及びM3は、Srである。
一つの実施形態において、式M1 1-x3 x23において、xは、0.01〜0.80であり得る。例えば、xは、0.10〜0.50であり得る。別の例では、xは、0.10〜0.30であり得る。さらに別の例では、xは、0.15〜0.25であり得る。xが、0.20の場合、M1 1-x3 x23は、式M1 0.803 0.2023を有する。したがって、式M1 1-x3 x23は、一例としてLa0.80Sr0.20FeO3であり得る。
一つの態様において、前記酸化触媒に硫酸溶液を含浸させる。
一つの実施形態において、酸化触媒は、ナノ結晶形態である。したがって、式M1 1-x3 x23は、ナノ結晶形態であり得る。別の実施形態において、前記酸化触媒は、塩の形態であり得る。更なる別の実施形態において、前記酸化触媒のナノ結晶形態は、酸化触媒の塩の形態であり得る。例えば、酸化触媒に、硫酸を含む溶液を含浸させ得、M1 1-x3 x23のナノ結晶硫酸塩を形成する。したがって、一つの例では、酸化触媒に硫酸などの酸を含む溶液を含浸させ得る。一つの実施形態において、酸化触媒のナノ結晶形態の平均的な大きさは、約5nm〜約100nmであり、例えば、約5nm〜約80nm;約5nm〜約50nm;約25nm〜約100nm;又は約50nm〜約100nmである。
一つの実施形態において、酸化触媒は、有機溶媒中に存在する。有機溶媒の非限定的な例には、例えば、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン及びオクタンなどのアルカンが含まれる。別の例では、溶媒は、アリール、シクロアルカン、シクロアルケン、アルケンなど、例えば、トルエン、及びキシレンであって良い。
一つの実施形態において、20℃〜150℃、例えば、60℃〜150℃の温度で、硫黄を含有する前記組成物と、酸化剤及び酸化触媒との接触が起こり得る。
一つの実施形態において、少なくとも、15分、30分、60分、90分、120分、180分、240分、又は300分の間、硫黄を含有する前記組成物と、酸化剤及び酸化触媒との接触が起こり得る。
別の実施形態において、接触の順序は異なってもよく、所望の製品を得るための任意の好ましい順序を含み得る。一つの実施形態において、硫黄を含有する組成物は、まず、酸化触媒と、次いで、酸化剤と接触させることができる。別の実施形態において、硫黄を含有する組成物は、最初に酸化剤と、次いで、酸化触媒と接触させることができる。別の実施形態において、硫黄を含有する組成物は、同時に、又は、ほぼ同時に酸化触媒及び酸化剤と接触させることができる。
一つの実施形態において、酸化剤の量は、硫黄を含有する前記組成物の体積当たり、約5%〜約300%の体積であり得る。例えば、酸化剤の量は、硫黄を含有する前記組成物の体積当たり、約5%〜約100%の体積であり得る。別の例では、酸化剤の量は、硫黄を含有する前記組成物の体積当たり、約20%〜約80%の体積であり得る。一つの実施形態において、酸化剤として使用する過酸化水素(H22)に基づき、用いる酸化触媒の量は、油又は石油中の体積当たり、約1%〜約50%の範囲の体積である。
一つの実施形態において、酸化触媒は、約1%〜約60%の範囲の重量/体積の溶媒量で存在し得る。一つの実施形態において、酸化触媒が、式M1 1-x3 x23のナノ結晶化合物である場合、約1%〜約60%の体積/体積の範囲の溶媒量で酸化反応が行われても良い。一つの実施形態において、式M1 1-x3 x23の酸化触媒に硫酸溶液を含浸させる場合、約1%〜約60%の重量/体積の範囲の溶媒量で酸化反応が行われても良い。
一つの実施形態において、ここで開示する方法は、前記組成物中に存在する硫黄量を少なくとも40%、50%、60%、70%、80%、85%、90%、95%、97%、98%、99%、又は99.5%減少させることができる。一つの実施形態において、ここで開示する方法は、組成物中の硫黄量を少なくとも97%、98%、99%、又は99.5%減少させることができ、硫黄を含有する前記組成物は、n−オクタン及びチオフェンを含有する。一つの例において、ここで開示する方法は、組成物中の硫黄量を少なくとも85%、90%、95%、97%、98%、99%、又は99.5%減少させることができ、硫黄を含有する前記組成物は、蒸留した石油製品を含有する。別の例において、ここで開示する方法は、組成物中の硫黄量を少なくとも50%、60%、70%、又は80%減少させることができ、硫黄を含有する前記組成物は、原油を含有する。例えば、開示する方法は、組成物がn−オクタン及びチオフェンを含有する場合、組成物中の最初の硫黄分を約20,000ppmから約70ppmへ減少させることができる。
一つの実施形態において、ここで開示する組成物は、さらに溶媒を含有し得る。有機溶媒の非限定的な例には、例えば、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン及びオクタンなどのアルカンが含まれる。別の例では、溶媒は、アリール、シクロアルカン、シクロアルケン、アルケンなどであって良く、例えば、トルエン、及びキシレンが挙げられる。
ここで開示する方法を採用することにより、改善された、高効率で、かつ費用効果の高い石油の脱硫方法が、低い反応温度で、比較的高い硫黄濃度を有する出発原料から可能になる。
一つの実施形態において、酸化触媒は、式M1 1-x3 x23の化合物の硫酸塩のナノ結晶形態であり得る。一つの実施形態において、酸化触媒は、式M1 1-x3 x23の化合物の硫酸塩であっても良く、酸化触媒は、5nm〜約100nmの範囲の微結晶サイズを有していても良い。一つの実施形態において、酸化剤として使用する過酸化水素(H22)に基づき、用いるナノ結晶形態の酸化触媒の量は、油又は石油中の体積当たり、約1%〜約50%の範囲の体積である。
ここで使用される好ましい触媒の合成方法には、限定されるものではないが、ゲル燃焼、クエン酸−硝酸塩、ゾルゲル法、水熱、ソノケミカルなどから成る群から選択される方法が含まれる。一つの実施形態において、ここで言及した方法を用いて合成した酸化触媒は、ナノ結晶化合物であり得る。一つの実施形態において、硫酸を用いた処理によって、酸化触媒をさらにスルホン化する。一つの実施形態において、硫酸を用いた処理で、ナノ結晶形態は、スルホン化したナノ結晶酸化触媒をもたらす。
一つの実施形態において、前記方法は、n−オクタン中にチオフェンを含有する供給流を含有し、脱硫は、少なくとも97%の効率性を有する。例えば、最初に15,000ppm以上の高い硫黄濃度を含む供給流に対して行われる脱硫工程により、500ppm以下の硫黄を含む脱硫製品を得ることができる。
一つの実施形態において、ここで開示する方法は、ガソリン、ディーゼル、灯油などの上方の留分を蒸留した後に残る石油中の硫黄量を大幅に減少させることができる。これらの残留物、又は残油は、約20,000ppm以上の硫黄分を有することが一般的に知られている。最初の硫黄分の約20,000ppmに対して50:50の体積/体積の比であるn−オクタン中の残油の溶液は、ここで開示する方法を使用して、少なくとも50%の硫黄の減少を示す。
以下の実施例は、ここで特許請求する方法及び組成物の作製、実施、及び評価方法について、全ての開示及び記述を当業者に提供するために記載され、単に方法及び組成物を例示することを意図しており、本発明の範囲を限定することを意図するものではない。数に関しては(例えば、量、温度、他)、正確性を確実にするために努力したが、いくつかの誤りや、ずれは、考慮される。そうでないことが示されていない場合、部は重量部であり、温度は℃又は大気温度であり、圧力は、大気圧、又は大気圧付近である。
開示は、以下の実施例の助けを得てさらに説明されるものの、開示を限定するものと解釈されるべきものでは決してない。
A.実施例1
前記触媒La0.80Sr0.20FeO3(LSF)をゲル化燃焼合成法で、合成した。したがって、酸化ランタン[La23(99.99%)]、硝酸ストロンチウム[Sr(NO32(99%)]、及び硝酸第二鉄[Fe(NO33・9H2O(98%)]を出発物質として使用した。まず、酸化ランタンの化学量論的な量を、希釈したHNO3(50%)に溶解した。この溶液に、硝酸ストロンチウム及び硝酸第二鉄の化学量論的な量を添加した。最後に、適切な量のクエン酸を蒸留水に溶解し、この硝酸塩溶液に添加した。次いで、溶液全体を約80℃で慎重に脱水し、過剰な水分を除去した。溶液の熱脱水後、粘性のゲルが形成された。粘性のゲルが形成された後、できるだけ早く、ホットプレートの温度を250℃まで上昇させた。自動点火して600℃で1時間か焼した後、化学的に純粋な結晶性の粉末を得た。
La0.80Sr0.20FeO3(LSF)触媒システムの合成後、脱硫効率性について、前記システムを試験した。硫黄を含有する種、すなわち、チオフェン(99%、spectrochem)及び有機溶媒のn−オクタン(99%、Merck)を使用して、シミュレーションした硫黄供給量を用意した。チオフェンを溶解して、模擬原液溶液を調製し、20,950ppmの硫黄分を得た。この模擬原液溶液約20mlを、約1.0gのナノ結晶LSF触媒と混合した。この混合物を、マグネチックスターラーと還流冷却器を装着した100mlの三つ口丸底フラスコに入れた。このシステムを水浴にて、約70℃の温度になるまで継続して撹拌しながら加熱した。混合物が、前記温度に達した後、60mlの過酸化水素(30%、フィッシャーサイエンティフィック)を、15分間にわたって滴下漏斗を使って少しずつ添加した。前記反応を2.5時間継続させた。前記反応が完了した後、システム全体を冷却し、さらに15分間静置したところ、反応混合物の2つの別々の層が形成された。酸化後、前記2層は油層(上層)及び水槽(下層)であった。次いで、上方の供給油層をろ過し、約99%の脱硫となる、110ppmと低い硫黄分を含むことを発見した。
B.実施例2
前記触媒La0.80Sr0.20FeO3(LSF)をゲル化燃焼合成法で、合成した。したがって、酸化ランタン[La23(99.99%)]、硝酸ストロンチウム[Sr(NO32(99%)]、及び硝酸第二鉄[Fe(NO33・9H2O(98%)]を出発物質として使用した。まず、酸化ランタンの化学量論的な量を、希釈したHNO3(50%)に溶解した。この溶液に、硝酸ストロンチウム及び硝酸第二鉄の化学量論的な量を添加した。最後に、適切な量のクエン酸を蒸留水に溶解し、この硝酸塩溶液に添加した。次いで、溶液全体を約80℃で慎重に脱水し、過剰な水分を除去した。溶液の熱脱水後、粘性のゲルが形成された。粘性のゲルが形成された後、できるだけ早く、ホットプレートの温度を、250℃まで上昇させた。自動点火して600℃で1時間か焼した後、化学的に純粋な結晶性の粉末を得た。
この実施例では、合成した触媒に、硫酸溶液(30%)を24時間含浸させた。余分な酸をデカントし、次いで、触媒を100℃のオーブンで乾燥させた。さらに、乾燥させた触媒を、600℃で2時間か焼し、結果としてスルホン化LSF触媒を得た。次いで、スルホン化LSF触媒の脱硫効率性について試験を行った。硫黄を含有する種、すなわち、チオフェン(99%、spectrochem)及びn−オクタン(99%、Merck)を有機溶媒として使用して、シミュレーションした硫黄供給量を用意した。チオフェンを溶解して、模擬原液を調製し、20,950ppmの硫黄分を得た。この模擬原液約20mlを、約1.0gのナノ結晶LSF触媒と混合した。この混合物を、マグネチックスターラーと還流冷却器を装着した100mlの三つ口丸底フラスコに入れた。このシステムを水浴にて、約70℃の温度になるまで継続して撹拌しながら加熱した。混合物が、前記温度に達した後、約60mlの過酸化水素(30%、フィッシャーサイエンティフィック)を、15分間にわたって滴下漏斗を使って少しずつ添加した。前記反応を2.5時間継続させた。前記反応が完了した後、システム全体を冷却し、さらに15分間静置したところ、反応混合物の2つの別々の層が形成された。酸化後、前記2層は油層(上層)及び水槽(下層)であった。次いで、上方の供給油層をろ過し、約99.5%の脱硫となる、70ppmと低い硫黄分を含むことを発見した。
C.実施例3
脱硫における触媒の効果を測定するため、触媒を使用しないで対照実験を行った。チオフェンを溶解して、模擬原液を調製し、12,000ppmの硫黄分を得た。約20mlのこの模擬原液をマグネチックスターラーと還流冷却器を装着した100mlの三つ口丸底フラスコに入れた。このシステムを水浴にて、約80℃の温度になるまで継続して撹拌しながら加熱した。混合物が、前記温度に達した後、100mlの過酸化水素(30%、フィッシャーサイエンティフィック)を、15分間にわたって滴下漏斗を使って少しずつ添加した。前記反応を5時間継続させた。前記反応が完了した後、システム全体を冷却し、さらに15分間静置したところ、反応混合物の2つの別々の層が形成された。したがって、酸化後、前記2層は油層(上層)及び水槽(下層)であった。次いで、上方の供給油層をろ過し、<1.0%の脱硫となる、11,900ppmと高い硫黄分を含むことを発見した。
D.実施例4
この実験は、カーボンブラック供給オイル(CBFO)の脱硫を行うために実施した。この目的のために、最初の硫黄分が2.11%である、50%の(CBFO−イソオクタン)混合物を調製した。この溶液約30mlを約0.5gのナノ結晶LSF触媒と混合した。全ての混合物を、マグネチックスターラーと還流冷却器を装着した100mlの三つ口丸底フラスコに入れた。このシステムを水浴にて、約75℃の温度になるまで継続して撹拌しながら加熱した。混合物が、前記温度に達した後、10mlの過酸化水素(30%、フィッシャーサイエンティフィック)を、15分間にわたって滴下漏斗を使って少しずつ添加した。前記反応を1時間継続させた。前記反応が完了した後、システム全体を冷却し、さらに15分間静置したところ、反応混合物の2つの別々の層が形成された。酸化後、前記2層は油層(上層)及び水槽(下層)であった。次いで、上方の供給油層をろ過したところ、最初の硫黄分21,100ppmから、約44%の脱硫となる、11,900ppmと高い硫黄分を含むことを発見した。
E.実施例5
この実験は、カーボンブラック供給オイル(CBFO)の脱硫を行うために実施した。この目的のために、最初の硫黄分が2.14%である、50%の(CBFO−イソオクタン)混合物を調製した。この溶液約30mlを約0.5gのスルホン化したナノ結晶LSF触媒と混合した。硫酸溶液(30%)を、24時間含浸させることにより触媒のスルホン化を行った。余分な酸をデカントし、次いで、触媒を100℃のオーブンで乾燥させた。さらに、乾燥させた触媒を、600℃で2時間か焼し、結果としてスルホン化LSF触媒を得た。全ての混合物を、マグネチックスターラーと還流冷却器を装着した100mlの三つ口丸底フラスコに入れた。このシステムを水浴にて、約65℃の温度になるまで継続して撹拌しながら加熱した。混合物が、前記温度に達した後、10mlの過酸化水素(30%、フィッシャーサイエンティフィック)を、15分間にわたって滴下漏斗を使って少しずつ添加した。前記反応を1時間継続させた。前記反応が完了した後、システム全体を冷却し、さらに15分間静置したところ、反応混合物の2つの別々の層が形成された。酸化後、前記2層は油層(上層)及び水槽(下層)であった。次いで、上方の供給油層をろ過したところ、この場合では、最初の硫黄分21,490ppmから、約50%の脱硫となる、10,900ppmと高い硫黄分を含むことを発見した。
全てのこれらの結果は、下記の表1及び表2に示される。
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上記に要約されるとおり、上記の実施形態は、本開示の全体的な目的を満たす。しかしながら、上記の記述は、最も好ましい特定の実施形態の観点のみから記載されたことは、当業者により明確に理解されるであろう。したがって、本開示の範囲から逸脱しない、既存の技術を超える他の多くの変更及び修正や、有益な改善もまた、実際には広範な範囲全体において、はっきりと容易に行うことができ、開示は、既存の技術に対して、添付の特許請求の範囲により定義される。
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Claims (9)

  1. 硫黄を含有する組成物中の硫黄量を減少させる方法であって、以下の工程、
    a.硫黄を含有する組成物を提供する工程であって、前記硫黄を含有する組成物が、石油を含む工程、及び
    b.前記硫黄を含有する成物を、 2 2 を含む酸化剤及び式:La 0.80 Sr 0.20 FeO 3 で示される酸化触媒と接触させる工程であって、前記酸化剤の量が、前記硫黄を含有する組成物の体積当たり、5%〜300%の体積であり、前記接触が、20℃〜150℃の温度及び周囲圧力において起こる工程、
    を含み、って、前記硫黄を含有する成物中の硫黄量を減少させることを特徴とする方法。
  2. 前記硫黄を含有する組成物が、石油である請求項1に記載の方法。
  3. 前記硫黄を含有する組成物中の硫黄量を、少なくとも40%、50%、60%、70%、80%、85%、90%、95%、97%、98%、99%、又は99.5%減少させる請求項1又は2に記載の方法。
  4. 前記酸化触媒が、ナノ結晶形態である請求項1〜のいずれか1項に記載の方法。
  5. 前記ナノ結晶形態が、5nm〜100nmの大きさである請求項に記載の方法。
  6. 前記酸化触媒が、硫酸を含有する溶液で含浸されている請求項1〜のいずれか1項に記載の方法。
  7. 前記酸化触媒が、硫酸塩のLa 0.80 Sr 0.20 FeO 3 のナノ結晶形態である請求項に記載の方法。
  8. 前記酸化触媒が、有機溶媒中に存在する請求項1〜のいずれか1項に記載の方法。
  9. 硫黄を含有する組成物中の硫黄量を減少させる方法であって、以下の工程、
    a.硫黄を含有する組成物を提供する工程であって、前記硫黄を含有する組成物が、石油を含む工程、及び
    b.前記硫黄を含有する組成物を、H 2 2 を含む酸化剤及び式:La 0.80 Sr 0.20 FeO 3 で示される酸化触媒と接触させる工程であって、前記接触が、65℃〜150℃の温度において起こる工程、
    を含み、もって、前記硫黄を含有する組成物中の硫黄量を減少させることを特徴とする方法。
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