JPH06205990A - 高活性残油触媒 - Google Patents

高活性残油触媒

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JPH06205990A
JPH06205990A JP4354389A JP35438992A JPH06205990A JP H06205990 A JPH06205990 A JP H06205990A JP 4354389 A JP4354389 A JP 4354389A JP 35438992 A JP35438992 A JP 35438992A JP H06205990 A JPH06205990 A JP H06205990A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 金属含有重質油の水素化脱硫に用いられる従
来より活性が高く劣化が少い触媒と、その触媒の製造方
法ならびにこの触媒を用いた水素化脱硫プロセスを提供
する。 【構成】 アルミナを含む担体上に6B族および8族の
金属もしくは金属化合物を含浸することにより製造され
る触媒であって、その担体が1g当り約0.5〜1.1
cmの細孔容積をもち、そして細孔中の少くとも70
%の細孔容積が70〜130Åの直径をもつことを特徴
とする触媒。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は触媒担体の製造方法、
その担体を用いて製造される炭化水素の水素化脱硫触
媒、および前述の触媒を用いて炭化水素原料を水素化脱
硫するプロセスに関する。より詳しくは、マクロ細孔
(約1000Å以上の直径をもつ)が実質的にない、そ
して6B族および8族の元素の少くともひとつの金属お
よび/または金属化合物を含む多孔質触媒の製造方法に
関する。
【0002】更により詳しくは、それは実質的にマクロ
細孔がないアルミナ担体成分を主として含み、特定のミ
クロ細孔サイズ分布をもち、そして上記の金属および/
または金属化合物を含む触媒に関する。それは又、その
触媒を用いる炭化水素の水素化脱硫プロセスに関する。
【0003】
【従来の技術】石油プロセスから得られる炭化水素油の
脱硫に関する緊急の必要性は公知である。これらの原料
が通常の方法で燃料として燃やされる時は、その炭化水
素中に存在する硫黄は硫黄酸化物ガスの形で大気の重大
な汚染物になる。
【0004】水素化脱硫プロセスに関する典型的な条件
は、315〜482℃(600〜900°F)の反応域
温度、14〜211Kg/cmG(200〜300p
sig)の圧力、油の供給1m当り89〜2672N
(1バーレル当り500〜15000SCF)の水
素供給、および多孔質耐火物担体上のニッケルまたはコ
バルトおよびモリブデンまたはタングステンのような触
媒を含む。
【0005】重質油の水素化脱硫の場合に認められた問
題は、もし重質油が有機金属化合物を含む場合は有効な
触媒活性は、とりわけ不純物が約10から20ppm以
上溶解したニッケルおよびバナジウムのような金属であ
るとき比較的急速に低下する傾向があることである。こ
れらの金属不純物は水素化脱硫触媒の表面および細孔中
に沈着するといわれる。
【0006】水素化脱硫触媒の金属不純物活性低下のこ
の問題へのひとつのアプローチは触媒の細孔構造を変え
ることであった。しかし、どのような細孔構造が最良で
あるかの回答は容易に得られず、そして事実先行技術に
より提案された回答において矛盾が残っている。米国特
許4,066,574;4,113,661;および
4,341,625は、以降、タム’574、タム’6
61、タム’625と称し、その内容はここに参考とし
て充分説明されるが、当業者における矛盾を考察しそし
てひとつの回答を示唆した。
【0007】タムの特許は金属を含む重質油原料、特に
残油原料が、アルミナを含む担体中に6B族および8族
の金属または金属化合物を含浸することにより調製され
た触媒を用いて水素化脱硫され、ここでその担体が細孔
中の少くとも70%の細孔容積が80〜150Åの直径
をもつことを開示している。極めて低い活性劣化率の点
から、特に優れた水素化脱硫触媒が、上記細孔サイズ分
布のアルミナ担体を用いることにより得られた。
【0008】タム’661においては、触媒は500ミ
クロン以下の範囲のサイズをもつアルファアルミナー水
和物を主に用い、そして特定量の一塩基酸により処理し
て製造される。酸と得られた混合物はそのあとアンモニ
ア水溶液のような窒素塩基の水溶液と混合することによ
り少くとも部分的に中和される。その溶液は酸の当量当
り0.6〜1.2当量の塩基を含む。処理されそして中
和された生成物は所望により成形され、乾燥され、か焼
されて触媒担体に転化される。最後に、触媒担体は上記
の金属で含浸される。
【0009】もし触媒およびタム’574、’661、
および’625のプロセスが改善されて、触媒に長期間
に亙ってより高い触媒活性を付与することができれば、
それは有益である。
【0010】
【発明の要約】この発明によれば、金属を含む炭化水素
原料を水素化脱硫するプロセスが提供され、それは原料
を水素化脱硫条件で、アルミナを含む担体に6B族およ
び8族金属または金属化合物を含浸することにより製造
された触媒と接触させることを含み、ここにその担体は
70〜130Åの直径をもつ細孔がその細孔容積の少く
とも70容積パーセントを占める。その担体の総細孔容
積は1グラム当り約0.5〜1立方センチメートルで、
300Å以上の直径をもつ細孔はその細孔容積の5%未
満で、1000Å以上の直径をもつ細孔はその細孔容積
の2%未満である。
【0011】この発明は予期しない活性の触媒が細孔サ
イズ分布の僅かな変化から得られることを見出したこと
に基づく。この発明のもうひとつの態様において、特徴
的な細孔サイズ分布が触媒担体の製造方法の改善により
得られる。
【0012】詳しくは、触媒は以下により製造される。 (a) 主としてアルファアルミナー水和物を含む解膠
性微粒子固体を酸性水溶液と混合処理することによりp
H約3.0〜4.5まで処理する。 (b) 少くとも混合された酸の一部を、その酸の当量
当り約0.2〜0.5当量の範囲の塩基の量を含む窒素
塩基の水溶液を処理された固体に混合することにより中
和する。 (c) 中和されたまたは部分的に中和された固体を成
形する。そして (d) 約66℃〜927℃(150〜1700°F)
の範囲の温度で成形された固体を乾燥しそしてか焼する
ことにより担体を完成する。
【0013】この発明のもうひとつの態様において、逆
中和が解膠酸の窒素塩基当量数を減少し、そしてか焼温
度がタム’661と較べて低下し、従来の技術の触媒よ
り残油の転化に対しより活性の高いより小さい細孔の触
媒をつくる。この発明の触媒は高品質の、即ち低窒素の
真空ガスオイルをつくる。それは比較的低金属含量の原
料に特に有用である。
【0014】
【発明の詳細な説明】この発明の接触プロセスは基本的
にはガス油原料に対立するものとして残油原料をねらっ
たものである。残油は通常は10ppm以上の金属を有
し、これに対しガス油はほぼ常に10ppm未満の金属
含量をもつ。このように、この発明に対する典型的な原
料は原油常圧蒸留塔底物(濃縮原油または常圧塔残留
物)、または真空蒸留塔底物(真空塔残留物)である。
金属は有機金属化合物、おそらくはポルフィリンもしく
はキレート型構造で存在すると考えられているが、ここ
で言われる金属の含量は純金属百万分の一として計算さ
れる。
【0015】アルミナはこの発明のプロセスに用いられ
る好ましい担体材料であるが、アルミナはシリカまたは
マグネシアのような他の耐火物担体材料と組み合わせる
ことができる。この発明に好ましく使われるアルファア
ルミナー水和物はCatapalまたはVersalの
ような多様な市場から得られる。それはまたタム’66
1に記載のように調製することもできる。
【0016】アルミナを含む担体材料はこの発明の要求
に従う触媒を提供するために前記の細孔サイズ分布をも
たなければならない。担体を6B族および8族金属化合
物で含浸することによる細孔サイズ分布の変化は小さい
ので、最終触媒を形成するのに使われるアルミナ担体の
細孔サイズ分布は最終触媒の細孔サイズ分布と実質的に
同一である。比較的純粋なアルミナは、スプレー乾燥
物、アモルファスまたは結晶水和物粉末のような各種原
料から得られる。これらの材料は押し出し助剤を添加し
た直後に水と混合する時押し出しに適している。
【0017】通常使われる二つの助剤は強鉱酸または可
燃性有機潤滑油である。前者は通常高密度の押し出し物
を与えそして後者は実質的に微小細孔容積を含む細孔サ
イズ分布に導くが、その両者共この発明による残油脱硫
触媒担体には受入れられない。既にここに引用したタム
の特許はこのような材料が微小細孔領域において97%
以上、通常は99%以上の細孔容積をもつ適当な低密度
のアルミナを得るために使うことができる方法を開示し
ている。それは約500Å未満の細孔直径の領域におけ
ることである。
【0018】この発明においてタム特許の方法は製造方
法の独特の改良により改善され、細孔中の70%の細孔
容積が80〜150Åの直径をもつ細孔サイズ分布か
ら、細孔中の70%の細孔容積が70〜130Åの直径
をもつ細孔サイズ分布まで移動する。タム’661にお
いて指摘されるように、酸処理された微小粒子固体アル
ミナ一水和物は、既に加えられた酸の当量当り約0.6
〜1.2当量の範囲の塩基の量を含む窒素塩基の水溶液
を、処理した固体に加えることにより部分的に中和され
る。この方法は時として“逆滴定”として知られる。逆
滴定が上記の既に加えられた酸の当量当り約0.2〜
0.5当量の範囲の塩基の量を含む窒素塩基の溶液によ
りおこなわれることがこの発明のひとつの態様である。
【0019】この発明の要求による細孔サイズ分布をも
つアルミナ担体または支持体をつくるために、アルミナ
は好適な一塩基酸、好ましくは硝酸、もしくは上述のよ
うに(タム’661)それに相当するたとえば塩酸、フ
ッ化水素酸および臭化水素酸により処理されなければな
らない。
【0020】認められたように、酸処理アルミナは実質
的にマクロ細孔がない最終触媒の製造に対し満足であ
る。しかし残油の脱硫触媒の調製に用いられる適当な細
孔容積をもつ触媒担体の製造に対しては不満足である。
満足な残油脱硫触媒担体および触媒は少くとも0.5m
l/g、好ましくは少くとも0.65ml/gの細孔容
積をもつべきである。一般的に微小細孔分布とマクロ細
孔含量が満足されるならば、細孔容積が大きいほど触媒
寿命は長い。最終的な担体および触媒に対し要求される
有用の細孔容積を達成し好適な微小細孔分布を提供する
ためには、処理された供給物中に混合される酸のかなり
の部分が窒素塩基で中和されそれは強い攪拌により供給
物に十分混合されなければならない。
【0021】ここに用いられる“窒素塩基”は次の式の
塩基を意味する。即ちRNおよび対応する水酸化物R
HNOHで、ここにR基は同一かまたは異り、そして
水素および1〜3の範囲の炭素原子をもつアルキル基か
らなるグループから選ばれる。アンモニア水溶液が好ま
しい。
【0022】従来の技術は“処理に使われる酸の当量に
ついてはそれぞれ、通常は少くとも塩基の約0.6当量
が要求される”と推奨する。従来の技術は中和に対し大
きい相対量の塩基を使うことがある点までは漸進的に有
利であると主張する。そのあとは、より大きい相対量は
望ましくない。タム’66によれば酸の当量当り水溶液
中の塩基の相対量が約0.6〜1.2当量の範囲である
時に一般的に最終担体に関してよい結果が得られ、そし
てこの比率が約1.6であるとき得られた担体は通常不
満足である。
【0023】改良された高活性残油触媒に関しては酸の
当量当り中和水溶液中の塩基の相対量は約0.2〜0.
5当量の範囲であるべきで、好ましくは酸の当量当り約
0.35当量以上であるということがこの発明の発見で
ある。
【0024】処理されたアルミナの中和から得られた混
合物の性質はその揮発分の含量により変る。それは流動
性の固体でもあるしまたは粘性のペーストでもある。押
し出しの供給物として使うのに要求される好ましい形態
は50〜70重量%の揮発分含量をもつ流動性固体であ
る。ここで用いられる用語“揮発分”は480℃(90
0°F)以上の高温乾燥の間に放出される材料である。
【0025】各種の成形方法が処理され中和された固体
から触媒担体の前駆体を形成するために使うことができ
る。好ましくは成形は押出しが好んで用いられる。最終
担体の製造においては、現有の方法の乾燥およびか焼ス
テップが一般的には約65〜815℃(150〜170
0°F)の範囲の温度で、好ましくは565〜815℃
(1050〜1700°F)の範囲の温度でおこなわれ
る。乾燥ステップは通常約65〜260℃(150〜5
00°F)の範囲でおこなわれそして乾燥につづいてか
焼が乾燥または加湿雰囲気中で約260〜815℃(5
00〜1700°F)の範囲の温において、好ましくは
565〜815℃(1050〜1700°F)、最も好
ましくは760℃(1400°F)未満の温度でおこな
われる。
【0026】この方法は、好ましくはそれらの細孔容積
の98%以上が微小細孔の領域をもつ、そしてとりわけ
70〜130Åの範囲の直径をもつ細孔が総細孔容積の
少くとも70%を占め、300Å以上の直径をもつ細孔
が総細孔容積の5%未満であり、1000Å以上の直径
をもつ細孔が2%未満である、適度に低密度の、主とし
てアルミナである触媒担体の製造をもたらす。表1はタ
ム’661、’574、および’625に記載の従来技
術の触媒における各細孔直径間の細孔容積の典型的な分
布を与える。表2はこの発明の触媒の各細孔直径間の典
型的な細孔容積分布を与える。
【0027】ここに記載の細孔容積は飽和蒸気圧におい
てサンプルの細孔組織に吸着された液体の容積であっ
て、吸着された液体はその液体のかさ密度と同じ密度を
もつと仮定する。この検定に用いられた液体は液体窒素
であった。窒素の物理吸着による細孔容積の測定方法
は、D.H.EverettおよびF.S.Ston
e,Colstom Research Societ
yの第10回シンポジウムの議事録(Proceedi
ngs of the Tenth Symposiu
m of the Colstom Research
Society),Bristol,Englan
d:Academic Press,1958年3月,
pp.109−110に詳しく記載される。
【0028】
【表1】
【0029】
【表2】
【0030】この発明の炭化水素水素化脱硫触媒は少く
ともひとつの水素化剤を含み、好ましくは2種のそのよ
うな剤の組み合わせを含む。金属および/または金属化
合物、とりわけ元素の周期表の6B族(特にモリブデン
およびタングステン)ならびに8族(特にコバルトおよ
びニッケル)の硫化物および酸化物は一般的に満足な触
媒剤で、そしてこの発明の方法によりつくられた実質的
にマクロ細孔のない担体と共に使うことが企図される。
コバルト、ニッケルおよびモリブデン触媒剤の組み合わ
せが好ましい。
【0031】この触媒組成物に要求される触媒剤はか焼
された担体中に好適な方法のいずれによっても、特に触
媒調製技術において一般的に通常用いられる含浸法によ
り取り込むことができる。特に傑出した触媒は、使われ
るアルミナがこの発明の要求する細孔サイズ分布をもつ
ばかりでなく、触媒がコバルトまたはニッケル塩の溶液
およびヘテロポリモリブデン酸、たとえばリンモリブデ
ン酸を用いてアルミナの単一ステップ含浸によりつくら
れるときに得られることが発見された。
【0032】以下の実施例はこの発明の触媒の製造方法
を説明する。
【0033】
【実施例A】触媒担体の調製 Catapalアルミナ60%とVersal 250
アルミナ40%とからなるアルミナ原料が7.6%硝酸
で解膠され、35%水酸化アンモニウムで逆中和され、
63重量%の揮発分が与えられた。特定的に、1260
gのCatapalと840gのVersalとが揮発
分のないベース上で54.5℃〜60℃(130〜14
0°F)の温度に保持されそして228gの濃硝酸と1
515gの脱イオン水とを焼く150cc/分で加えて
混合器中で15分間もしくはペースト状になるまで混合
された。20gのペーストが80ccの脱イオン水でス
ラリー化されそのpHは3.4であった。
【0034】55gの濃縮水酸化アンモニウム(58重
量%水酸化アンモニウム)が1145gの脱イオン水と
混合され、そして混合器に約150cc/分の速度で加
えられついで更に15分間混合された。揮発分含量は6
1.9重量%であった。ペースト温度は56℃(133
°F)であった。そのペーストが50mm(2inc
h)の押し出し機で1mm(0.039inch)の円
筒ダイを用いて押し出された。押し出し物は空気乾燥さ
れ120℃(250°F)の炉で2時間加熱された。つ
いで205℃(400°F)で更に2時間加熱された。
回収された重量は2345.5gであった。乾燥された
押し出し物は1時間760℃(1400°F)において
28.3リットル/時(1ft/時)の速度の乾燥空
気でか焼された。
【0035】仕上り粒子は以下の性質であった。粒子
径:0.808mm(0.0318inch);粒子の
密度:1.056g/cc;総細孔容積:0.6188
cc/g;表面積185m/g。この担体材料はつい
で以下の方法によりニッケルとモリブデンとにより含浸
された。アンモニウムに溶解された酸化モリブデンの混
合物はリン酸でpH2.8に酸性化され、そして硝酸ニ
ッケルヘキサヒドラートが加えられた。担体はその混合
物で含浸され触媒がつくられた。触媒は120℃(25
0°F)で2時間、205℃(400°F)で6時間乾
燥された。それはついで0.566m/時(20ft
/時)の乾燥空気により232℃(450°F)で4
時間、400℃(750°F)で4時間、510℃(9
50°F)で5時間か焼された。最終触媒は8.62重
量%のモリブデン、3.16重量%のニッケル、および
1.93重量%のリンを含んだ。中間細孔径は111Å
で、これは従来技術の触媒より小さかった。表面積は1
59m/gであった。図1参照。
【0036】
【実施例B】実施例Aの触媒が従来の技術により相似的
に調製された触媒(表1および図2‥‥タム’57
4、’625、’661)と標準活性試験により比較さ
れた。この試験において、転化触媒は市販の標準脱メタ
ル化触媒層の下に反応器に仕込まれ、そして両触媒共二
硫化ジメチルを用いて予備硫化された。それらはついで
405℃+(760°F+)のアラビア重質残油と0.
35LHSVおよび140Kg/cm(2000ps
i)全圧の下に5000SCF/bb1(874Nm
/m)の1パス水素流と共に接触させられた。層状の
触媒システムは370℃〜400℃(700〜750°
F)の温度範囲において、そして0.35hr−1LH
SV〜0.50h−1LHSVの範囲の供給速度におい
て750時間以上試験された。
【0037】反応からの軽質ガスがストリップされた液
体生成物がミクロ炭素残渣(MCR)に関してASTM
D4530−85により試験された。図3は55%M
CR転化を維持するのに必要な計算温度を示す。図3に
示される結果によればこの発明の触媒は目標MCR転化
を維持するために必要である反応器の温度がより低いこ
とにより示されるように参考例の触媒より著しく活性が
高い。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の触媒の細孔径の分布を示す図であ
る。
【図2】従来の技術の触媒の細孔径の分布を示す図であ
る。
【図3】404℃+(760°F+)のアラブ重質常圧
残油を1時間当り0.35の液空間速度で供給する場合
に55%ミクロ炭素残留物(MCR)を達成するために
必要な反応器温度を示す図である。

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アルミナ担体、および6B族および8族
    の元素の金属、酸化物、および硫化物からなるグループ
    から選ばれた6B族成分と8族成分とを含み、重質油の
    水素化脱硫において改善された活性をもつ触媒組成物で
    あって、その担体が1グラム当り約0.5から約1.1
    立方センチメートルの範囲の細孔容積をもち、そして細
    孔中の少くとも70%の細孔容積が70〜130Åの直
    径をもち、細孔中の5%未満の細孔容積が300Å以上
    の直径をもち、細孔中の2%未満の細孔容積が1000
    Å以上の細孔直径をもつことを特徴とする触媒組成物。
  2. 【請求項2】 多孔質担体を、6B族および8族化合物
    から選ばれた、金属酸化物に熱分解される少くともひと
    つの触媒剤または触媒前駆物質を含む水溶液で含浸し、
    そのあとで得られた含浸担体を乾燥、か焼することを含
    む重質油の水素化脱硫に対する高活性触媒の調製方法で
    あって、その担体が、 (a) 主としてアルファアルミナー水和物を含む解膠
    性微粒子固形物を酸性水溶液と混合処理することにより
    約3.0〜4.5のpHにし、 (b) 混合した酸の少くとも一部を、処理した固体中
    にその酸の当量当り約0.2〜約0.5当量の範囲の塩
    基の量を含む窒素塩基の水溶液を混合することにより中
    和し、 (c) 中和または部分的に中和された固形物を成形
    し、そして (d) 成形された固形物を約66℃〜927℃(15
    0〜1700°F)の範囲の温度で乾燥およびか焼する
    ことにより担体を完成する、 ことにより製造され、 その担体が1グラム当り少くとも0.5立方センチメー
    トルの細孔容積をもち、細孔中の少くとも70%の細孔
    容積が70〜130Åの範囲の細孔径をもち、細孔中の
    5%未満の細孔容積が300Å以上の直径をもち、そし
    て細孔中の2%未満の細孔容積が1000Å以上の細孔
    径をもつことを特徴とする製造方法。
  3. 【請求項3】 重質油の水素化脱硫方法であって、油を
    アルミナ担体、および6Bおよび8族の元素の金属、酸
    化物、および硫化物からなるグループから選ばれた6B
    族成分および8族成分を含む触媒と水素化脱硫条件下で
    接触させることを含み、その触媒の担体が1グラム当り
    約0.5〜1.1立方センチメートルの範囲の細孔容積
    をもち、そして細孔中の少くとも70%の細孔容積が7
    0〜130Åの直径をもち、細孔中の5%未満の細孔容
    積が300Å以上の直径をもち、細孔中の2%未満の細
    孔容積が1000Å以上の細孔径をもつ、重質油の水素
    化脱硫プロセス。
  4. 【請求項4】 上記触媒が細孔中の少くとも80%の細
    孔容積が70〜130Åの直径をもつ、請求項1、2ま
    たは3に記載の触媒、方法、またはプロセス。
  5. 【請求項5】 上記触媒において上記6B族および8族
    化合物がコバルト、ニッケルおよびモリブデンの化合物
    からなるグループから選ばれることを更に特徴とする、
    請求項1、2または3に記載の触媒、方法、またはプロ
    セス。
  6. 【請求項6】 細孔中の5%未満の細孔容積が140Å
    以上の直径をもつ、請求項1、2または3に記載の触
    媒、方法、またはプロセス。
  7. 【請求項7】 1000Å以上の直径をもつ細孔が上記
    細孔容積の1%未満を構成する、請求項1、2または3
    に記載の触媒、方法、またはプロセス。
  8. 【請求項8】 上記酸性溶液が硝酸、塩酸、フッ化水素
    酸および臭化水素酸から選ばれる、請求項2に記載の方
    法。
  9. 【請求項9】 上記アルファアルミナー水和物が約50
    0ミクロン以下の寸法である、請求項2に記載の方法。
  10. 【請求項10】 上記窒素塩基が式RNまたはR
    HOHをもち、式中すべての基が同一かもしくは異り、
    そして水素および1〜3の範囲の炭素原子をもつアルキ
    ル基からなるグループから選ばれる、請求項2に記載の
    方法。
  11. 【請求項11】 上記水溶液がコバルトまたはニッケル
    の塩とヘテロポリモリブデン酸との溶液であり、上記含
    浸が単一ステップでおこなわれる、請求項2に記載の方
    法。
  12. 【請求項12】 上記触媒がニッケルおよびモリブデン
    をそれぞれ約3および9重量%ずつ含むことを更に特徴
    とする、請求項1、2または3に記載の触媒、方法、ま
    たはプロセス。
  13. 【請求項13】 上記窒素塩基の溶液が上記酸の当量当
    り約0.35当量未満の量の塩基を含む、請求項2に記
    載の方法。
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