JPH10500356A - 新しい種類の金属酸化物を用いた芳香族の水素化 - Google Patents

新しい種類の金属酸化物を用いた芳香族の水素化

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Abstract

(57)【要約】 本発明は、高活性の芳香族水素化触媒およびその使用方法に関する。この触媒組成物は:(a)金属アミンモリブデン酸塩、金属アミンタングステン酸塩およびそれらの混合物から成る群から選ばれる触媒前駆体であって、次の一般式、

Description

【発明の詳細な説明】 新しい種類の金属酸化物を用いた芳香族の水素化 発明の分野 本発明は、新しい種類の水素化処理用触媒と、芳香族の水素化プロセスにおけ るその触媒の使用に関する。発明の背景 芳香族の水素化は、環境に関する一般の関心の高まりと低下しつつある原油品 質に直面して益々重要になってきた工業用水素化プロセスの一部として本格的な 部分である。 処理温度を高めることは熱力学的に好ましくなく、圧力を高めるには大きな投 資が必要であることから、高活性の芳香族水素化触媒に対するニーズは特に強く なっている。従って、新規でかつ改良された芳香族水素化触媒の開発に多大の労 力が費やされている。 従来からの金属系触媒は芳香族の水素化には活性を示すが、いずれの硫黄化合 物に対して不耐性であり、しかも極めて高コストである。従来からの担持型の金 属硫化物水素化触媒は、ヘテロ原子の除去を主目的に設計されたものであり、硫 黄には耐性であるが、金属系触媒よりも活性が極めて低い。 従って、芳香族の水素化プロセス用の、硫黄耐性のある高活性触媒を発見する ニーズは、依然としてある。発明の要約 本発明は、高活性の芳香族水素化触媒およびその使用方法に関する。 この触媒は以下のように調製される:即ち、 (a)金属アミンモリブデン酸塩、金属アミンタングステン酸塩およびそれ らの混合物から成る群から選ばれる触媒前駆体であって、次の一般式、 ML(Moy1-y4a (式中、Mは、Crおよび/またはMn、Fe、Co、Ni、CuおよびZnか ら成る群から選ばれる1つ以上の二価助触媒金属であり;Lは、少なくとも1つ はキレート化多座配位子である1つ以上の中性の含窒素配位子であり;0≦y≦ 1であり;クロムを含まない触媒の場合はa=1であり、そしてクロムを含む触 媒の場合は0.5≦a≦3である)を持つアミン金属触媒前駆体を、約200な いし約400℃の温度で不活性雰囲気の中で分解すること; (b)前記アミン金属触媒前駆体を約300ないし約450℃の温度で還元 して触媒を生成すること。 上記のように調製された触媒は芳香族水素化プロセスに使用できる。発明の詳細な説明 本発明で使用される金属アミンモリブデン酸塩または金属アミンタングステン 酸塩触媒前駆体の調製法は、引用して本明細書に組み入れられている米国特許第 4,595,672号、第4,831,002号、および第4,902,404号に詳説されている。本発明 の触媒は、2種類の前駆体から誘導できる。触媒はML(Moy1-y4aによ って表される前駆体から誘導される(式中、MはCrおよび/またはMn、Fe 、Co、Ni、CuおよびZnから成る群から選ばれる1つ以上の二価助触媒金 属であり;Lは、 少なくとも1つはキレート化多座配位子である1つ以上の中性の含窒素配位子で あり;0≦y≦1であり;CrがMによって表される金属の1つではない時はa =1であり、CrがMによって表される金属の1つである時、或いは別の助触媒 金属がなければ、0.5≦a≦3であり、より好ましくは0.8≦a≦2である )。 Mは、(a)Ni、Co、Feおよびそれらの混合物、並びに(b)(a)と 、Zn、Cu、MnおよびCrとの混合物から成る群から選ばれるのが好ましい 。尚、更に好ましくは、Mは、Fe、Mn、Ni、Co、Crおよびそれらの混 合物から成る群から選ばれる。このように助触媒金属はCoのような単一金属で よく、その場合、前駆体の式は(CoL)(Moy1-y4)となる。別法とし ては、助触媒金属は2、3、4、5または更に6個の助触媒金属の混合物でもよ い。NiおよびCoのような2種の助触媒金属の場合、前駆体は、式[NibC o1-bL](Moy1-y4)(式中、0<b<1)であり、3、4、5または6 個の助触媒金属が存在する場合も同様な形の順序である。前駆体が自己助触媒型 のモリブデン酸塩、タングステン酸塩またはそれらの組み合わせ体でよい。もし 、前駆体がモリブデン酸塩ならば、yは1の値を採ることになる。代わりに、前 駆体がタングステン酸塩ならば、yはゼロである。 配位子Lは、一般的に6個の配座数を持ち、かつ1つ以上の中性の含窒素配位 子であり、前記配位子の少なくとも1個が助触媒金属をキレート化してキレート 型助触媒金属カチオン[ML]2+を生成する多座配位キレート化配位子である。 従って、触媒金属酸化物アニオン(Moy 1-yO)2-は、キレート型助触媒金属カチオン[ML]2+とイオン的に結合す る。中性とは、配位子自体が電荷を持たないという意味である。 “配位子”と言う用語は、配位結合を形成するのに利用できる1個以上の電子 対を持つ官能配位基を指すのに使用することは、当業者には公知である。金属イ オンと2個以上の結合を形成できる配位子は多座配位子と呼ばれるのに対して、 金属イオンと1個しかの結合を形成できない配位子は単座配位子と呼ばれる。単 座配位子はキレート体を形成できない。従って、前駆体分子の中で1種類以上の 単座配位子を使用する場合には、少なくとも1個の多座配位型キレート化配位子 も使用しなければならない。Lが1つ以上の多座配位キレート化配位子であるこ とが好ましい。助触媒金属カチオンは6個の配位が好ましいものであるので、配 位子Lの配座数は一般的に6個である。従って、2種以上の配位子が前駆体分子 に使用されるならば、配位子の配座数は通常、6個という計数になる。配位子L が6より少ない全配座数を持つことは可能であるが、たいていの場合は全配座数 が6であることを理解されたい。従って、組み合わせ体が全部で6個の配座数を 持つ限り、Lは、二座配位子が3個、三座配位子が2個、二座配位子と四座配位 子の混合物、六座配位子、または多座配位子と単座配位子との混合物である。こ れまで説明してきたように、キレート化二座配位子および三座配位子を使用する ことが好ましい。一般的に、本発明において有用な配位子には、アルキルおよび アリールアミンおよび窒素複素環が挙げられる。本発明の触媒前駆体で有用な配 位子の例示であって、限定的ではない例を以下に述べる。 単座配位子には、エチルアミン、ジメチルアミン、ピリジン等のよう なアルキルおよびアリールアミンと共にNH3が挙げられる。有用なキレート化 二座アミン配位子には、エチレンジアミン、2,2’−ビピリジン、1,10− フェニレンビス−(ジメチルアミン)、o−フェニレンジアミン、テトラメチル エチレンジアミン、およびプロパン−1,3−ジアミンが例として挙げられる。 同様に、有用なキレート化三座アミン配位子としては、ターピリジンおよびジエ チレントリアミンが代表的であり、一方、トリエチレンテトラミンは、有用なキ レート化四座アミン配位子の例である。有用なキレート化五座配位子には、テト ラエチレンペンタミンが挙げられる一方、セプルキラート(オクタザクリプテー ト)は適当なキレート化六座配位子の例である。しかしながら、事実上、Lには キレート化多座配位アルキルアミンを使用するのが好ましい。本発明の触媒前駆 体に有用なアルキルアミンの、例示であって限定的ではない例としては、エチレ ンジアミン、ジエチレントリアミンおよびテトラエチレンテトラミンが挙げられ る。エチレンジアミンおよびジエチレントリアミンのような二座および三座アル キルアミンを使用するのが特に好ましい。 一般的に、本発明の触媒を生成するのに有用であり、かつMがCrでない場合 の前記式によって表される前駆体塩は、モリブデン酸アンモニウムおよび/また はタングステン酸アンモニウムの水溶液を、[ML]2+のようなキレート型助触 媒金属カチオンの水溶液と混合することによって調製でき、これにより過剰のメ タラート(metallate)配位子および/またはキレート型助触媒金属カ チオンの存在下で、容易に回収される沈澱物として前駆体塩が生成する。キレー ト化助触媒カチオ ンは、例えば1つ以上の水溶性助触媒金属塩の水溶液を配位子または配位子混合 物と混合することによって容易に生成する。水溶性塩は、使いやすいいずれの水 溶性塩でもよい。そのような塩の例としては、ハロゲン化物、硫酸塩、過塩素酸 塩、酢酸塩、硝酸塩、等が挙げられるがこれに限定されない。あるいは、モリブ デン酸アンモニウムおよび/またはタングステン酸アンモニウムの水溶液を配位 子と混合して得た溶液を、助触媒金属塩の水溶液と混合してよい。塩を配位子に 添加して、モリブデン酸塩および/またはタングステン酸塩の溶液に溶解させる こともできる。触媒前駆体の調製は水性媒体に限定するをつける意図はないこと を理解されたい。 本発明の組成物がクロムを含む時は、前駆体調製には2つの異なる方法が使え る。第1の方法は、(i)含クロム前駆体を三価クロムCr (OH)3・xH2O の水和型酸化物スラリーを(ii)メタラート塩を含む1つ以上の助触媒金属およ び配位子(ii)と、必要に応じて、(iii)二価の助触媒金属がない、1つ以上 の配位子の共役酸を含むMoおよび/またはWの1つ以上のメタラート塩と混合 することによって調製される。次いでこのメタラート塩は水和型酸化クロムのス ラリー状粒子の上に沈澱し、前駆体が回収される。水和型酸化クロムは、三価ク ロム塩の水溶液から新たに沈澱させることができる。あるいは、水和型酸化第二 クロム源はそのコロイド状の水性懸濁水でよい。調製の1つの方法では、三価ク ロム塩溶液を1つ以上の塩基性アミンキレート化剤と接触させることにより三価 クロム塩の水溶液から水和型酸化クロムを沈澱させる。 1つの実施態様では、水溶性の三価クロム化合物および二価金属塩を 水に溶解させ、配位子L、または配位子Lの混合物の添加により水和型酸化クロ ムを沈澱させる。この方法によると、水相状態の三価クロムの水和型酸化物の極 めて細かい粒子のスラリーまたは懸濁液が生成し、この水相は、幾らかの遊離の 配位子Lと配位子L、L’の幾らかの共役酸も含む。共役酸が強酸の場合、即ち 配位子Lが弱塩基ならば、或る量の水酸化アンモニウムを添加するとクロムが沈 澱することがある。水溶性クロム塩は、ハロゲン化物、硫酸塩、硝酸塩、等のよ うな使いやすいいずれの水溶性塩でもよい。充分な配位子Lを添加すると水溶性 キレート型助触媒金属カチオン[ML]2+が生成する。次ぎに溶解状態の[ML ]2+を含む水和型酸化クロムのこのような懸濁液を、過剰の配位子または配位子 の混合物の中でメタラートアンモニウムを溶解することによって調製されたメタ ラートの溶液と混合する。必要ならば少量の水を添加してよい。スラリーをメタ ラート溶液と混合する時、オレンジがかった赤色の触媒前駆体の沈澱物が生成す るので、濾過してそれを回収する。この沈澱物が本発明の組成物の前駆体である 。この調製のどの段階も担体物質のスラリーの存在下で実施できる。もし酸化ク ロムが充分な量で存在するならば、過剰分を担体の全てまたは一部として使用で きる。 別の実施態様では、メタラート塩(ML)(Moy1-y4)と(L’)(M oy1-y4)を別々に調製した後、前記のように調製された水和型酸化クロム スラリーと別々に、或いは一緒に混合してよい。この場合も、担体物質のスラリ ーの存在下で実施できる。もし、酸化クロムが充分な量で存在する場合には、過 剰の酸化クロムは担体の全てまたは一部となる。 塩(L’)(Moy1-y4)は、過剰の配位子Lの中にメタラートアンモニ ウムを溶解することによって一般的に調製できる。塩は、水、またはメタノール またはアセトンのような他の適当な反溶剤を添加することによって沈澱物として 回収する。必要に応じて、これらの塩は、1つ以上の前駆体物質の存在で、そし て1つ以上の担体物質の存在でも生成できる。この方法および前駆体は、引用し て本明細書に組み入れられている米国特許第4,622,128号に更に充分に論じられ ている。 第2の方法では、クロムを含む前駆体組成物は、配位子(類)Lと水との混合 物の中のモリブデン酸アンモニウムおよび/またはタングステン酸アンモニウム のような適当なメタラートの溶液を三価クロム[Cr1-zzx2n+を含むキレ ート型助触媒金属カチオンの水溶性と混合することにより調整でき、これにより 容易に回収される沈澱物として前駆体化合物が生成する。キレート型の三価クロ ムを含むカチオンは、無水の条件下で適当な配位子または配位子混合物の中でC rCl3のような三価クロムの可溶性塩を低温(即ち、0℃)で溶解することに より生成される。この溶液を周囲温度まで加温すると、キレート化反応が起こっ てキレート型塩が沈澱する。この生成物を濾過しメタノールで洗浄した後、次の 用途向けに乾燥する。キレート型二価金属助触媒カチオンは、例えば1つ以上の 水可溶性助触媒金属塩の水溶液を配位子と混合することにより容易に生成する。 この水溶性塩は、ハロゲン化物、硫酸塩、過塩素酸塩、酢酸塩、硝酸塩、等のよ うな使用しやすいいかなる水溶性塩でもよい。キレート型塩は一般的に水溶性で あるが、これらの塩はメタノールを添加することによりその水溶液から沈澱して 、濾過された後、 メタノール洗浄され、そして乾燥される事ができる。例えば、固形のNi(en )3Cl2は、エチレンジアミン(en)をNiCl2・6H2Oの水溶液に添加し 、メタノールを添加してキレート物を沈澱させ、その沈澱物をメタノールで洗浄 し乾燥することによって調製できる。 無水で調製されたキレート型クロムカチオン塩を、キレート型二価助触媒塩と 一緒に水に溶解させる。キレート型助触媒を含むこの溶液とアンモニウムメタラ ート溶液を混合すると、触媒前駆体の沈澱物が生成する。この方法および前駆体 は、引用して本明細書に組入れらている米国特許第4,831,002号で更に充分に論 じられている。 キレート型クロム助触媒カチオンと、キレート型二価金属助触媒カチオンとの 調製法における違いは、クロムのキレート化が二価イオンのキレート化に比べて 遅いという事実にある。結果として、塩基性配位子をクロム塩水溶液に添加する と、キレート(CrL)Cl3ではなく、水和型酸化クロムが主として生成する 。このような水和型酸化物が生成しないようにするためにクロムのキレート化は 、無水の条件下で三価クロム塩を乾燥配位子に添加することにより行う。二価助 触媒金属キレートは、三価クロムキレートとは別々でもよいし一緒でもよいが、 同様な方法で調製できる。 本発明の触媒は、バルク状(bulk)或いは適当な担体、好ましくはアルミ ナのような適当な無機質の耐火性酸化物担体上に担持して使用できる。触媒は、 含浸、初期湿潤等のような、当業者には公知の技術によって担持できる。その選 択は個々の実行者に委ねられている。 本発明の触媒は芳香族の水素化反応に使用できる。主な運転条件は、 温度、水素分圧、処理ガス速度および空間速度である。 プロセス条件の代表的な範囲は、300−800°F、100−3,000p sig圧力(689.5ないし20,684.3kPa)、水素、300−30 00標準立方フィート/バレル(scf/bbl);液空間速度(LHSV)0 .5−8.0である。 本発明の別の側面では、本発明の触媒が積み重ね床システム(stacked bed)で使用される。本発明のコバルト・モリブデン触媒は、本発明のニッ ケル・モリブデン触媒の下流側に配置される。このようなシステムによって活性 の相乗効果が得られる。このように配置された触媒は非線形的に相互作用して各 触媒の活性の総和より大きい活性をもたらす。積み重ね床システムでは高活性が 高い方の触媒を下流側に配置する。活性は当業者によって容易に測定できる。 本発明は、次の非限定的な実施例を参照することにより更に理解されよう。 次の活性試験は、同一の砂浴の中の2台の独立したアップフロー型反応器から 成る自動運転式固定床の中で実施した。各反応器には、補正済みの供給ビュレッ ト、ポンプ、気−液分離器および液体生成物集液器を取り付けた。反応器は内径 3/8インチの316ステンレススチールパイプ製であった。反応器圧力、温度 および水素流量は全てコンピューターで制御した。触媒粒子は粉砕してフルイに かけて20−40メッシュの顆粒とすることにより、活性試験において粒径と反 応器直径の比が確実に適切になるようにした。各反応器には中央部には10cc の触媒を、そして上部と下部には不活性物質を充填した。等温条件に到達したこ と は、等しい間隔で配置した4個の熱電対を用いて固定床の上から下までの温度を 測定することにより示された。 原料は、7.2重量%の2−メチルナフタレンを含み、残りはヘキサデカンで ある。反応条件は、3.15メガパスカル(MPa)、1.0の液空間速度(L HSV)、1000標準立方フィート/バレル、および240−260℃であっ た。液体生成物は、ヒューレットパッカード(HP)のガスクロマトグラフで定 量した。この水素化は、次のように進行する: m−N→m−T→m−D この式では、m−N、m−Tおよびm−Dは、各々、メチルナフタレン、メチル テトラリン、およびメチルデカリンを表す。 使用に先だって、有機成分を取り除くためにN2気流中で前駆体化合物を熱分 解した。これに続いて高温(300−450℃)で水素中で還元する。実施例1 この実施例は、高温において触媒をH2で予備活性化する重要性を示している 。比較用実験は、トリス(エチレンジアミン)ニッケルモリブデン酸塩から調製 されたバルク型NiMo酸化物を用いて行った。1つの実験では、触媒を、窒素 中で熱分解した直後に反応器に装入して240℃でメチルナフタレン原料を用い て実験を行った。別の実験では、触媒を、原料装入前に現場で375℃で3時間 、H2−処理した。生のデータを表1にまとめている。 見て判るように、H2で還元すると活性が大いに増加した。260℃ではメチル ナフタレンの転化はほぼ完全であるが、主な反応生成物はm−テトラリンである 。実施例2 ここには金属成分の重要性を示す。H2で還元したアミン金属モリブデン酸塩 から全て調製した、次の触媒組成物を評価した:即ち、NiMo、CoMoおよ びNi.5Mn.5Moである。表2に示すように、CoMo触媒は明らかに最も 高い活性を示している。CoMo触媒は、他の2種類の触媒よりも著しく多量の メチルデカリンを生成した。 実施例3 この実施例は、積み重ね床−特定の積み重ねの順序によるもの−は活性の相乗 効果をもたらすことができることを実証している。2つの実験を行った。一方の 事例ではCoMo触媒をNiMo触媒の上流側に配置した(積み重ね床A)。他 方の事例では積み重ねの順序を逆にした(積み重ね床B)。両実験とも積み重ね 床を構成している各触媒は床容積の50%を占める。結果を表3にまとめている 。 明らかに、積み重ねの順序が、積み重ね床の全体的性能に大きな影響を与えてい るので、用いられている2つの触媒が非線形的に互いに相互作用することが判る 。好ましい配置は、CoMo(活性の高い方の触媒)の上流側にNiMo(活性 の低い方の触媒)を配置することである。この配置を用いると、全体的な活性は 、用いている触媒の活性の重加合計(weighted sum)から予測され るよりも大きくなる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 シモン・チャールズ・アール アメリカ合衆国、ニュージャージー州 07065、ラーウェイ、メイプル アベニュ ー 73 (72)発明者 ブチョルツ・ビクター アメリカ合衆国、ニュージャージー州 08876、ブランチブルグ、キャロル ジー ン ウェイ 185 (72)発明者 ダージ・マイケル アメリカ合衆国、ルイジアナ州 70808、 ベイトン ルージ、エヌ フィールド ゲ ート 6933

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.(a)金属アミンモリブデン酸塩、金属アミンタングステン酸塩およびそれ らの混合物から成る群から選ばれる触媒前駆体であって、次の一般式、 ML(Moy1-y4a (式中、MはCrおよび/またはMn、Fe、Co、Ni、CuおよびZnから 成る群から選ばれる1つ以上の二価助触媒金属であり;Lは、少なくとも1つは キレート化多座配位子である1つ以上の中性の含窒素配位子であり;0≦y≦1 であり;クロムを含まない触媒の場合はa=1であり、クロムを含む触媒の場合 は0.5≦a≦3である)を持つアミン金属触媒前駆体を、約200ないし約4 00℃の温度で不活性雰囲気の中で分解すること;および (b)前記アミン金属触媒前駆体を約300ないし約450℃の温度で還元 して触媒を生成すること、 によって調製される触媒組成物。 2.前記金属アミンモリブデン酸塩は、Co、Ni、Mm及びこれらの混合物か ら成る群れから選ばれたものである請求の範囲1記載の触媒組成物。 3.(a)金属アミンモリブデン酸塩、金属アミンタングステン酸塩およびそれ らの混合物から成る群から選ばれる触媒前駆体であって、次の一般式、 ML(Moy1-y4a (式中、MはCrおよび/またはMn、Fe、Co、Ni、CuおよびZnから 成る群から選ばれる1つ以上の二価助触媒金属であり;Lは、少なくとも1つは キレート化多座配位子である1つ以上の中性の含窒素配位子であり;0≦y≦1 であり;クロムを含まない触媒の場合はa=1であり、クロムを含む触媒の場合 は0.5≦a≦3である)を持つアミン金属触媒前駆体を、約200ないし約4 00℃の温度で不活性雰囲気の中で分解すること;および (b)前記アミン金属触媒前駆体を約300ないし約450℃の温度で還元 して触媒を生成すること、 によって調製される触媒に、芳香族の水素化処理条件下で、炭化水素原料流を接 触させることを特徴とする芳香族の水素化方法。 4.第1および第2触媒から成る積み重ね型触媒システムに芳香族の水素化条件 下で炭化水素原料流を接触させることから成る芳香族の水素化方法において、前 記第1および第2触媒が、 (a)金属アミンモリブデン酸塩、金属アミンタングステン酸塩およびそれ らの混合物から成る群から選ばれる触媒前駆体であって、次の一般式、 ML(Moy1-y4a (式中、MはCrおよび/またはMn、Fe、Co、Ni、CuおよびZnから 成る群から選ばれる1つ以上の二価助触媒金属であり;Lは、少なくとも1つは キレート化多座配位子である1つ以上の中性の含窒素配位子であり;0≦y≦1 であり;クロムを含まない触媒の場合はa=1であり、クロムを含む触媒の場合 は0.5≦a≦3である)を持つア ミン金属触媒前駆体を、約200ないし約400℃の温度で不活性雰囲気の中で 分解すること;および (b)前記アミン金属触媒前駆体を約300ないし約450℃の温度で還元 して触媒を生成すること、によって調製されたものであり、又より高い活性を持 つ前記触媒が前記第2触媒であることを特徴とする前記芳香族の水素化方法。
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