JPH115985A - 沸騰床反応器における炭化水素仕込原料の水素化処理 - Google Patents

沸騰床反応器における炭化水素仕込原料の水素化処理

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JPH115985A
JPH115985A JP10162073A JP16207398A JPH115985A JP H115985 A JPH115985 A JP H115985A JP 10162073 A JP10162073 A JP 10162073A JP 16207398 A JP16207398 A JP 16207398A JP H115985 A JPH115985 A JP H115985A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 沸騰床で用いられる触媒の炭化水素仕込原料
の水素化処理方法での使用法であって、押出物形態の触
媒が安定した物質を生じて、多量の石油残渣の550℃
留分の転換率に達する。これらの触媒により残渣を明
確に水素化脱硫しかつ水素化脱金属する。また精油業者
の規格に応える軽質留分を製造する。いくつかの石油品
質、例えば350℃残渣留分の安定度を変更する。 【解決手段】 触媒は、アルミナをベースとして並置さ
れた凝集物からなる押出担体、第VIB 族の触媒金属・触
媒金属化合物、および/または第VIII族の触媒金属・触
媒金属化合物を含む。触媒中、酸化物で表示される第VI
B 族および第VIII族金属の合計Sが0〜50重量%であ
る。これら凝集物の各々が、一部薄板の積み重ね状物形
態でありかつ一部針状物形態であり、針状物は、薄板の
積み重ね状物の周囲と薄板の間とに同時に均一に分散さ
れることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、炭化水素仕込原料
の水素化精製および/または水素化転換(さらには水素
化処理と称される)触媒の沸騰床反応器内における使用
法に関し、前記触媒は、主として押出物形態のアルミナ
をベースとする担体、場合によっては第VIB 族(元素周
期表の新規記号の第6族)の少なくとも1つの触媒金属
もしくは触媒金属化合物、好ましくはモリブデンおよび
タングステン、より好ましくはモリブデン、および/ま
たは場合によっては第VIII族(元素周期表の新規記号の
第8族)の少なくとも1つの触媒金属もしくは触媒金属
化合物、好ましくは鉄、ニッケルまたはコバルトを含む
ものである。
【0002】従って、本発明は、炭化水素仕込原料、例
えば石油留分、炭から生じた留分または天然ガスから生
じた炭化水素の水素化精製および/または水素化転換方
法における前記触媒の使用法に特に関するものである。
本発明による水素化精製および/または水素化転換方法
には、沸騰床での前記水素化精製および/または水素化
転換触媒を含む少なくとも1つの三相性反応器が含まれ
る。
【0003】
【従来の技術】そのような使用は、例えばエッチ・オイ
ル(H−OIL)法に関係する米国特許第4,251,
295号または第4,495,060号に記載されてい
る。
【0004】炭化水素仕込原料、例えば硫黄含有石油留
分の水素化処理は、石油留分中の硫黄量を低減させて、
重質留分を気化燃料としてより高い価値を生じ得る軽質
留分に転換するための増加する必要性を伴って精製の実
践において次第に大きく重要になりつつある。従って、
市販の気化燃料に関してまた経済的理由に関して、各国
により課せられる規格に同時に応えるために、次第に重
質留分とヘテロ原子とに富みつつあるが、次第に水素に
乏しくなりつつある輸入原油を最高に価値付けることが
必要である。この価値付けは、重質成分の平均分子量の
比較的大きな減少を意味するものである。この減少は、
例えば予め精製された、すなわち脱硫され脱窒された仕
込原料のクラッキングまたは水素化クラッキング反応に
より得られる。ファン・ケーゼル(Van Kessel)らは、
1987年2月16日付の雑誌、オイル・アンド・ガス
・ジャーナル(Oil & Gas Journal )55〜66頁に掲
載された論文にこの背景を詳細に説明している。
【0005】さらに有機金属錯体を含む石油留分の水素
化処理反応の際に、これら錯体の大部分が、水素、硫化
水素および水素化処理触媒の存在下に破壊されることは
当業者に公知である。この場合、これら錯体の本質をな
す金属は、固体硫化物形態で沈殿して、細孔の内面に固
定されることになる。これは、特にバナジウム、ニッケ
ル、鉄、ナトリウム、チタン、ケイ素および銅の錯体の
場合である。これら錯体は、石油の原産地に応じて原油
中に多かれ少なかれ十分豊富に必然的に存在し、かつ蒸
留操作の際には、高沸点の留分中において、特に残渣中
において濃縮される傾向がある。これは、さらに金属、
特に鉄およびチタンを含む炭の液化物の場合でもある。
一般用語「水素化脱金属」(HDM)は、炭化水素中の
有機金属錯体のこれら破壊反応を指定するために使用さ
れる。
【0006】触媒細孔中の固体堆積物の蓄積は、相互に
連結された細孔格子の留分を有する反応体への通路を必
要とする細孔の一部の完全な孔塞ぎまで続けられ、その
結果、この留分の細孔は、単に少し塞がれるか、あるい
は元のままでさえあるのに、この留分は不活性になる。
従って、この現象は、早期の非常に大きな触媒の失活を
引き起こす。それは、特に不均一担持触媒の存在下での
水素化脱金属反応の場合において著しいものである。不
均一とは、炭化水素仕込原料中において不溶性であるこ
とを意味する。従って、この場合、粒の周辺部の細孔
が、中央部の細孔よりも早く詰まることが証明される。
同様に、細孔の開口部は、細孔の他の部分よりも早く詰
まる。細孔の詰まりは、細孔の直径の漸進的減少を相伴
うものである。このことは、分子拡散の増加される制限
と、濃度勾配の増大とを引き起こし、要するに外部に通
じる細孔の完全な詰まりが、非常に急速に生じるほどま
で、細孔粒子の周辺から細孔粒子の内部に向けて堆積物
の不均一性の増大が引き起こされる。この場合、粒子の
ほとんど元のままの内部多孔性への通路は、反応体に閉
ざされており、触媒は早期に失活される。
【0007】記載された現象は、「細孔開口部の詰まり
(colmatage aux bouches des pores )」の名称のもと
に公知である。その存在の証明および原因の分析は、国
際的科学文献、例えば1978年3月、米国テキサス
州、ヒューストンにおける化学反応の特性に関する第5
回国際シンポジウムにおいて示された「Catalyst deact
ivation through pore mouth plugging 」において、あ
るいはさらに1981年にAmerican Chemical Society
により出版されたIndustrial Engineering Chemistry P
rocess Design and Development 、20巻、262〜2
73頁の「Effects of feed metals on catalysts agin
g in hydroprocessing residuum 」において、あるいは
さらに最近では、1982年3月30日、米国ラスベガ
スにおけるAmerican Chemical Society の国内会議にお
いて示された「Effect of Catalystpore structure on
hydrotreating of heavy oil 」において度々掲載され
ていた。
【0008】従って、金属を含む重質炭化水素留分の水
素化処理触媒は、水素化処理、特に水素化脱金属に関す
る独特の拡散抑止作用に特に適用される多孔性の特徴を
示す触媒担体で構成されねばならない。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】水素化処理方法におい
て通常使用される触媒は、金属酸化物、例えば酸化コバ
ルト、酸化ニッケルまたは酸化モリブデンが担持される
担体で構成される。次いで触媒は、金属酸化物の全部ま
たは一部を金属硫化物相に転換するするために硫化され
る。担体は、一般にアルミナをベースとしており、その
役割は、活性相を分散させることにあり、かつ上述の詰
まり問題を回避して金属不純物の十分な捕集に適用され
る構造を提供することにある。
【0010】従って、特別な細孔分配を示す触媒が、米
国特許第4,395,329号に記載されている。先行
技術のアルミナをベースとする担体には2つの型があ
る。第一は、アルミナ・ゲルから調製されたアルミナ押
出物である。これら押出物から調製される水素化処理触
媒は、いくつかの不都合を示す。まず、アルミナ・ゲル
の調製方法は、フラッシュ・アルミナと称されるハイド
ラーギライト(hydrargillite )の急速な脱水により生
じるアルミナの調製方法とは反対に、特に汚染源となる
ものである。次いで、アルミナ・ゲルをベースとする担
体の多孔性は、特に軽質炭化水素留分の水素化脱硫およ
び水素化処理に適用されるが、他の型の水素化処理には
適用されない。さらに、これら押出物が、その水素化脱
金属/水素化脱硫比において平衡状態に置かれても、そ
の水素化金属における取得能は低く、一般に多くとも3
0重量%である。その結果、これら押出物は、急速に飽
和されかつ取り替えられねばならない。その上、アルミ
ナ・ゲルの高騰する製造費を考慮に入れると、これら触
媒の製造は非常にコスト高である。
【0011】第二に、ハイドラーギライトの急速脱水
と、次いで得られたフラッシュ・アルミナ粉体のアグロ
メレーション(凝集化)とにより調製されるアルミナ球
体は、金属を含む炭化水素仕込原料の水素化処理触媒の
担体として使用される。これら球体の調製費用は、あま
り高くはないが、これをしかるべきレベルで維持するた
めに、2mmを越える直径の球体を調製する必要があ
る。その結果、金属は、球体の中心部まで導入され得な
い。中心部にある触媒相は、使用されない。
【0012】小サイズのフラッシュ・アルミナ押出物か
ら調製されかつ水素化処理に適用される多孔性を示す水
素化処理触媒は、これら不都合の全てを示すものではな
いが、そのような触媒を調製するための工業方法は、今
日において存在しない。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明は、水素化処理反
応、特に水素化、水素化脱窒、水素化脱酸素、水素化脱
芳香族、水素化異性化、水素化脱アルキル、水素化脱パ
ラフィン、水素化クラッキングおよび水素化脱硫反応に
おける炭素留分の水素化処理触媒の使用法に関する。こ
れら水素化処理反応は、今日当業者に公知の触媒の活性
と少なくとも同等の活性を水素化脱金属において示しか
つ先行技術の生成物に比して特に高められた結果を水素
化処理において得ることを可能にする。
【0014】本発明により使用される触媒は、主として
押出物形態のアルミナをベースとする担体、場合によっ
ては第VIB 族(元素周期表の新規記号の第6族)の少な
くとも1つの触媒金属もしくは触媒金属化合物、好まし
くはモリブデンおよびタングステン、より好ましくはモ
リブデン、および/または場合によっては第VIII族(元
素周期表の新規記号の第8族)の少なくとも1つの触媒
金属もしくは触媒金属化合物、好ましくは鉄、ニッケル
またはコバルト、より好ましくはニッケルを含む。
【0015】本発明により使用される触媒の押出担体
は、一般に好ましくは主としてアルミナ凝集物をベース
とする。前記アルミナ凝集物は、一般に好ましくはハイ
ドラーギライトの急速な脱水により生じる出発アルミナ
の成形により得られかつ一般に総細孔容積少なくとも
0.6cm3 /g、平均メゾ(中間)細孔直径15〜3
6nm(ナノメートル)、および一般にベーマイトの分
解により生じるアルミナ割合5〜70重量%を示す。ベ
ーマイトの分解により生じるアルミナとして、押出物の
調製方法の間、ベーマイト型アルミナが、総アルミナの
5〜70重量%を示すほどまでに拡大されて、分解され
ていたことを了解しなければならない。ベーマイトの分
解により生じたアルミナのこの割合は、前記ベーマイト
の分解前にアルミナ上でのX線回折により測定される。
【0016】さらに本発明による触媒の押出担体は、ハ
イドラーギライトの急速な脱水により生じるアルミナ粉
体(フラッシュ・アルミナ)と、例えばアルミニウム
塩、例えば塩化アルミニウム、硫酸アルミニウム、硝酸
アルミニウム、酢酸アルミニウムの沈殿により、あるい
はアルコキシド・アルミニウム、例えばトリエトキシド
・アルミニウムの加水分解により得られる少なくとも1
つのアルミナ・ゲルとの種々の割合での混合物の押出に
より得られてよい。そのようなフラッシュ・アルミナと
アルミナ・ゲルとの混合物は、アルミナ・ゲル50重量
%未満、好ましくはアルミナ・ゲル1〜45重量%を含
む。
【0017】本発明により使用される触媒は、当業者に
公知のあらゆる方法、より詳細には後述の方法に従って
調製されてよい。
【0018】触媒が沸騰床で使用される場合、担体とし
て、一般に直径0.3〜1.8mm、好ましくは0.8
〜1.8mmのアルミナ押出物が使用される。前記押出
物は、上述の特徴を示す。これらの押出物上に、あるい
は押出による成形前に、場合によっては、あらゆる公知
方法で、調製のどんな工程においても、好ましくは含浸
または共混練によって触媒金属、すなわち場合によって
は第VIB 族(元素周期表の新規記号の第6族)の少なく
とも1つの触媒金属もしくは触媒金属化合物、好ましく
はモリブデンおよびタングステン、より好ましくはモリ
ブデン、および/または場合によっては第VIII族(元素
周期表の新規記号の第8族)の少なくとも1つの触媒金
属もしくは触媒金属化合物、好ましくは鉄、ニッケルま
たはコバルト、より好ましくはニッケルが導入されてよ
い。前記金属は、場合によっては前記担体の調製方法の
全工程において共混練により担体と混合されてよい。前
記金属が複数で存在する場合、第VIB 族および第VIII族
の前記金属は、場合によっては成形または調製の全工程
において、含浸または共混練の際に別々にまたは同時に
少なくとも一部導入されてよい。
【0019】例えば、次の工程を含む調製方法を用いて
本発明による触媒を調製することが可能である。
【0020】(a) ハイドラーギライトの急速な脱水によ
り生じるアルミナ粉体と、第VIB 族の少なくとも1つの
触媒金属化合物、および/または第VIII族の少なくとも
1つの触媒金属化合物との共混練工程、その後の場合に
よっては熟成化工程、および/または乾燥工程、次いで
場合によっては焼成工程、並びに(b) 工程(a) で得られ
た物質の押出による成形工程。
【0021】前述金属は、ほとんどの場合前駆体形態、
例えば酸化物、酸、塩、有機錯体で触媒中に導入され
る。触媒中に導入される酸化物で表示される第VIB 族お
よび第VIII族の金属の合計Sは、0〜50重量%、好ま
しくは0.5〜50重量%、より好ましくは0.5〜4
0重量%である。従って、本発明によれば、前記触媒中
に触媒金属を導入しないで担体を触媒として使用するこ
とが可能である。
【0022】次いで調製には、一般に熟成化および乾
燥、次いで温度400〜800℃での一般に熱処理、例
えば焼成が含まれる。
【0023】本発明の主要成分の1つを用いる担体は、
主としてアルミナをベースとする。本発明により使用さ
れる触媒の担体は、一般に好ましくはハイドラーギライ
トの急速な脱水により生じる出発アルミナを成形するこ
とにより得られる。前記成形は、好ましくは後述方法の
1つを用いて行われる。
【0024】本発明による担体の調製方法は、アルミナ
からなる担体について下記に記載される。担体が1つま
たは複数の他の化合物を含む場合、本発明による担体の
調製方法のどのような工程においても、前記化合物また
は前記複数化合物、あるいは前記化合物または前記複数
化合物の前駆体を導入することが可能である。さらに前
記化合物または前記複数化合物、あるいは前記化合物ま
たは前記複数化合物のあらゆる前駆体を用いる成形アル
ミナの含浸により前記化合物または前記複数化合物を導
入することも可能である。
【0025】ハイドラーギライトの急速な脱水により生
じる出発アルミナの第一成形方法は、次の工程を含む。
【0026】a1 ・ ハイドラーギライトの急速な脱水
により生じるアルミナを出発とする工程、 b1 ・ 出発アルミナを再水和する工程、 c1 ・ 水中における少なくとも1つの炭化水素のエマ
ルジョンの存在下に再水和されたアルミナを混練する工
程、 d1 ・ 工程c1 で得られたアルミナをベースとするペ
ーストを押出す工程、 e1 ・ 押出物を乾燥させ、次いで焼成する工程、 f1 ・ 工程e1 により生じた押出物を、閉鎖的雰囲気
下に酸−水熱反応処理に付す工程、および g1 ・ 工程f1 により生じた押出物を乾燥させ、次い
で焼成する工程。
【0027】ハイドラーギライトの急速な脱水により生
じる出発アルミナによるアルミナの第二成形方法は、次
の工程を含む。
【0028】a2 ・ ハイドラーギライトの急速な脱水
により生じる出発アルミナを出発とする工程、 b2 ・ 発泡剤の存在下にアルミナを球体形態に成形す
る工程、 c2 ・ 得られたアルミナ球体を熟成させる工程、 d2 ・ 工程c2 により生じた球体を混練し、それによ
りペーストを得て、このペーストを押し出す工程、 e2 ・ 得られた押出物を乾燥させ、次いで焼成する工
程、 f2 ・ 工程e2 により生じた押出物を、閉鎖的雰囲気
下に酸−水熱反応処理に付す工程、 g2 ・ 工程f2 により生じた押出物を乾燥させ、次い
で焼成する工程。
【0029】ハイドラーギライトの急速な脱水により生
じる出発アルミナによるアルミナの第三成形方法は、次
の工程を含む。
【0030】a3 ・ ハイドラーギライトの急速な脱水
により生じるアルミナを出発とする工程、 b3 ・ 出発アルミナを再水和する工程、 c3 . 擬似ベーマイト・ゲルを用いて再水和されたア
ルミナを混練する工程であって、前記ゲルは、再水和さ
れたアルミナとゲルとに対する含有量1〜30重量%で
ある工程、 d3 ・ 工程c3 で得られたアルミナをベースとするペ
ーストを押出す工程、 e3 ・ 押出物を乾燥させ、次いで焼成する工程、 f3 ・ 工程e3 により生じた押出物を、閉鎖的雰囲気
下に酸−水熱反応処理に付す工程、および g3 ・ 工程f3 により生じた押出物を場合によっては
乾燥させ、次いで焼成する工程。
【0031】この方法では、前述第一方法の工程a1
工程b1 、工程d1 、工程e1 、工程f1 および工程g
1 と同一の工程が使用される。
【0032】本発明によるアルミナ押出物は、一般に好
ましくは総細孔容積(VPT)少なくとも0.6cm3
/g、好ましくは少なくとも0.65cm3 /gを示
す。
【0033】このVPT(総細孔容積)は、次のように
測定される。粒密度および絶対密度の値を測定する。粒
密度(Dg)および絶対密度(Da)は、各々水銀とヘ
リウムとのピクノメータ方法で測定される。VPT(総
細孔容積)は、下記式により示される。
【0034】
【数1】
【0035】さらに本発明による押出物は、一般に好ま
しくは平均メゾ(中間)細孔直径15〜36nm(ナノ
メートル)を示す。一定の押出物についての平均メゾ
(中間)細孔直径が、前記押出物の細孔分配のグラフに
よる表示を基に測定される。下記式に相当する、グラフ
による表示と一体化される容積Vを有する直径を意味す
る。
【0036】
【数2】
【0037】ここにおいて、V100nmは、100n
mを越える直径の細孔(マクロ細孔)により創られる容
積すなわちマクロ細孔容積を示す。
【0038】V6nmは、6nmを越える直径の細孔に
より創られる容積を示す。
【0039】V6nm − V100nmは、メゾ(中
間)細孔容積すなわち直径6nm〜100nmの細孔に
より創られる容積すなわちサイズ6nm〜100nmの
あらゆる細孔(メゾ細孔)により創られる容積を示す。
【0040】これら容積は、水銀浸透技術を用いて測定
される。この技術では、ケルビン法則が適用され、この
法則は、下記式に従って、圧力と、前記圧力で直径が貫
入する最小細孔の直径と、親液性の角度と、表面張力と
の間の関係を示す。
【0041】φ=(4t cosθ)×10/P ここで、式中、φは細孔直径(nm)を表し、tは表面
張力(48.5Pa)を表し、θは接触角度(θ=14
0度)を表し、Pは圧力(MPa)を表す。
【0042】好ましくは、本発明による押出物は、メゾ
細孔容積(V6nm − V100 nm)が少なくとも
0.3cm3 /g、さらには少なくとも0.5cm3
gを示す。
【0043】好ましくは、本発明による押出物は、マク
ロ細孔容積(V100nm)が多くとも0.5cm3
gを示す。一変形例によれば、マクロ細孔容積(V
100n )は、多くとも0.3cm3 /g、好ましく
は多くとも0.1cm3 /g、さらには多くとも0.0
8cm3 /gである。
【0044】通常、これら押出物は、ミクロ細孔容積
(V−V6nm)多くとも0.55cm3 /g、好ま
しくは多くとも0.2cm3 /gを示す。ミクロ細孔容
積は、直径6nm未満の細孔により創られる容積を示
す。
【0045】(直径6nm〜100nmの)メゾ細孔の
割合を増加させて、6nm未満の細孔と100nmを越
える細孔との割合を最小にするそのような分配は、特に
重質炭化水素留分の水素化処理の拡散抑止作用に適用さ
れる。
【0046】好ましい変形例によれば、細孔直径6nm
〜100nm(メゾ細孔)の領域における細孔分配は、
15nm周りに非常に限定される。すなわち、前記領域
において、細孔の大半は、直径6nm〜50nm、好ま
しくは8nm〜20nmを有する。
【0047】本発明による押出物は、一般に比表面積
(SS)少なくとも120m2 /g、好ましくは少なく
とも150m2 /gを示す。この比表面積は、BET比
表面積である。BET比表面積としては、定期刊行物
「The Journal of the AmericanSociety 」(1938
年、60巻、309頁)に記載されているブルノア・エ
ミット・テーラー(BRUNAUER-EMMETT-TELLER)法に基づ
いて制定されたASTMD3663−78規格に合致す
る窒素吸着により測定される比表面積を意味する。
【0048】特に前記触媒が、沸騰床で使用される場合
には、直径0.3〜1.8mm、好ましくは0.8〜
1.8mm、長さ1〜20mm、好ましくは1〜10m
mの本発明による押出物が好ましい。
【0049】これら押出物は、一般に直径1.6mm、
好ましくは少なくとも1mmの押出物に対して、EGG
(ecrasement grain a grain)(個々の粒の破裂強さ)
(individual particle crushing strength )少なくと
も0.68daN/mmと、ESH(resistance a l'e
crasement )(圧縮強さ)(crushing strength) 少な
くとも1MPaとを示す。さらに前記押出物のASTM
D4050規格による磨砕による損失の割合は、一般
に触媒の重量の2.5%未満である。
【0050】EGGの測定方法は、物質が、一定速度5
cm/分で移動する2つの面の間に配置される場合、破
壊前に押出物が支え得る最大の圧縮形態を測定すること
からなる。
【0051】圧縮は、押出物の母線の1つに対して垂直
に適用される。EGGは、押出物の母線の長さに対する
力の比として表示される。
【0052】ESHの測定方法は、押出物のある量をシ
ーブの上方で増加する圧力に付しかつ押出物の粉砕によ
り生じる微細粒物を回収することからなる。ESHは、
テストに付された押出物の重量の0.5%を示す微細粒
物割合を得るために及ぼされる力に一致する。ASTM
D4058規格による磨砕抵抗の測定方法は、触媒試
料をシリンダ内で回転に付すことからなる。この場合、
磨砕による損失は次の式により計算される。
【0053】磨砕による損失%=100(1−テスト後
の0.6mmを越える触媒の重量/シリンダ内に充填さ
れた0.6mmを越える触媒の重量) 本発明により使用されるアルミナは、主として複数の並
置された凝集物からなる。これら凝集物の各々は、一般
に好ましくは一部薄板の積み重ね状物形態でありかつ一
部針状物形態である。前記針状物は、薄板の積み重ね状
物の周囲と薄板の間とに同時に均一に分散される。
【0054】一般に、薄板の長さと幅とは、1〜5μm
で変化し、その厚みは10nm程度である。薄板は、
0.1〜0.5μm程度の厚みを形成する群により積み
重ねられてよく、群は、0.05〜0.1μm程度の厚
みにより互いに分離されてよい。
【0055】針状物の長さは、0.05〜0.5μmで
あってよい。その断面は10〜20nm程度である。こ
れらのサイズは、電子顕微鏡でとられた押出物の写真を
測定することにより示される。アルミナの薄板は、主と
してアルミナχおよびアルミナηを含み、針状物はアル
ミナγを含む。
【0056】薄板の構造は、アルミナのハイドラーギラ
イト関連の特徴を示す。これは、焼成による活性化前の
これら押出物が、この同じ構造を示し、薄板が、ハイド
ラーギライト的性質をもつことを意味する。焼成によ
り、このハイドラーギライト型アルミナは、主として脱
水アルミナχおよび脱水アルミナηに転換される。
【0057】これに対して、針状物の構造は、ベーマイ
ト関連の特徴を示す。これは、焼成による活性化前のこ
れら押出物が、この同じ構造を示し、針状物が、ベーマ
イト的性質をもつことを意味する。次いで焼成により、
このベーマイト型アルミナは、脱水アルミナγに転換さ
れる。
【0058】従って、本発明により使用される押出物
は、焼成により得られる。焼成前の押出物は、ハイドラ
ーギライト・アルミナをベースとする薄板からなる。前
記薄板は、ベーマイト・アルミナをベースとする針状物
で周囲を包囲される。
【0059】本発明により使用される担体または触媒の
成形方法は、より詳細にはバイエル(Bayer)の水
和物(ハイドラーギライト)の急速な脱水により生じる
出発アルミナに適する。このバイエル(Bayer)の
水和物(ハイドラーギライト)は、容易に入手しやすく
かつ非常に廉価な工業用水酸化アルミニウムである。
【0060】そのようなアルミナは、熱ガス流を用いる
ハイドラーギライトの急速な脱水により特に得られる。
装置内のガス導入口温度は、一般に約400〜1200
℃に変化する。アルミナと熱ガスとの接触時間は、一般
にあっという間〜4、5秒である。そのようなアルミナ
粉体の調製方法は、特許FR−A−1108011に詳
細に記載されていた。
【0061】従って、得られたアルミナは、そのままで
使用されてもよいし、あるいは工程b1 前に存在するア
ルカリ類を特に除去するための処理に付されてもよい。
0.5重量%未満のNa2 O含有量が好ましい。
【0062】好ましくは、工程b1 の間に出発アルミナ
を再水和して、この出発アルミナがベーマイト型アルミ
ナの割合少なくとも3重量%、好ましくは多くとも40
重量%を示すようにする。
【0063】これらアルミナ押出物の調製方法の種々の
工程は、ローヌ・プーラン化学(Rhone Poulenc Chimi
e)の特許出願名称「触媒または触媒の担体としてのア
ルミナ押出物、その調製方法およびその使用法」におい
て詳細に記載されている。
【0064】従って、本発明により使用される触媒は、
特に炭化水素仕込原料、例えば石油留分、炭から生じた
留分、アスファルト混合砂およびアスファルト混合頁岩
の抽出物、あるいは天然ガスから生じた炭化水素のあら
ゆる水素化精製および水素化転換方法において使用され
てよく、より詳細には芳香族化合物および/またはオレ
フィン系化合物および/またはナフテン系化合物および
/またはパラフィン系化合物を含む炭素仕込原料の水素
化、水素化脱窒、水素化脱酸素、水素化脱芳香族、水素
化異性化、水素化脱アルキル、水素化脱パラフィン、脱
水素化、水素化クラッキング、水素化脱硫および水素化
脱金属において使用されてよい。前記仕込原料は、場合
によっては金属および/または窒素および/または酸素
および/または硫黄を含む。特に、主としてアルミナを
ベースとする担体の調製パラメータを変更して、種々の
細孔分配を得ることが可能であるし、従って水素化脱硫
(HDS)および水素化脱金属(HDM)の割合を変更
することが可能である。
【0065】炭化水素仕込原料の水素化精製および水素
化転換反応(水素化処理)は、沸騰床で実施される本発
明により使用される触媒を含む反応器内において行われ
てよい。前記水素化処理は、例えば石油留分、例えばA
PI度20未満の原油、アスファルト混合砂およびアス
ファルト混合頁岩の抽出物、常圧残渣、減圧残渣、アス
ファルト、脱アスファルト油、脱アスファルト減圧残
渣、脱アスファルト原油、重油、常圧留分および減圧留
分に適用されてよいし、あるいはさらには他の炭化水
素、例えば炭の液化物に適用されてよい。沸騰床方法で
は、不純物、例えば硫黄、窒素および金属を除去し、か
つこれら炭化水素の平均沸点を低下させるための水素化
処理が、通常温度約320〜470℃、好ましくは約4
00〜450℃、水素分圧約3〜30MPa(メガパス
カル)、好ましくは5〜20MPa、空間速度毎時触媒
1容積当り仕込原料の容積約0.1〜6、好ましくは毎
時触媒1容積当り仕込原料の容積0.5〜2で実施され
る。炭化水素の液体仕込原料に対するガス水素比は、1
立法メートル当り標準立法メートル100〜3000
(Nm3 /m3 )、好ましくは200〜1200(Nm
3 /m3 )である。
【0066】
【発明の実施の形態】次の実施例は、本発明を例証する
が、その範囲を限定するものではない。
【0067】[実施例1]本発明による触媒A1および
触媒A2の組成に含まれるアルミナ担体Aの調製 工程a1 (出発アルミナ):原料は、熱性空気流中での
ハイドラーギライトの非常に急速な分解により得られる
アルミナであった(T=1000℃)。得られた物質
は、遷移アルミナの混合物で構成されたアルミナχおよ
びアルミナρ。この物質の比表面積は300m2 /gで
あり、圧力損失(PAF)は5%であった。
【0068】工程b1 (再水和):アルミナを、クエン
酸0.5%の存在下、48時間、温度90℃で水中に濃
度500g/リットルで懸濁状にさせることによる再水
和に付した。
【0069】懸濁液の濾過後、アルミナ・ケーキを回収
した。このケーキを水で洗浄し、次いで温度140℃で
24時間乾燥させた。
【0070】得られたアルミナは粉体形態であった。1
000℃での焼成により測定した圧力損失(PAF)
と、X線回折により測定した、ベーマイト型アルミナの
割合とを、表1にまとめた。
【0071】工程c1 (混練):再水和されかつ乾燥さ
れた粉体10kgを、容積25リットルのZ型アーム混
練器内に導入した。次いで攪拌反応器内で予め得られ
た、界面活性剤により安定化された水中に、炭化水素エ
マルジョンと100%硝酸とを少しずつ添加した。特徴
を表1にまとめた。
【0072】混練を、粘り気のある均一ペーストを得る
まで続けた。混練終了時に、20%アンモニア溶液を添
加して、混練を3〜5分間続行しながら、過剰硝酸を中
和するようにした。
【0073】工程d1 (押出):得られたペーストを、
直径1mmの未加工押出物を得るために一軸式押出器内
に導入した。
【0074】工程e1 (乾燥/焼成):次いで押出物
を、140℃で15時間乾燥させ、表1に記載されてい
る温度で2時間焼成した。こうして焼成した担体は、表
1に記載されているように調整可能な比表面積200m
2 /g〜130m2 /gを示した。
【0075】工程f1 (水熱反応処理):得られた押出
物を、次の濃度:すなわちアルミナの重量に対して硝酸
3.5%およびアルミナの重量に対して酢酸6.5%の
濃度で硝酸と酢酸との溶液により含浸した。次いで押出
物を、表1に定義されている条件下に回転籠を有するオ
ートクレーブ内で水熱反応処理に付した。
【0076】工程g1 (乾燥/焼成):この処理の終了
時に、押出物を温度550℃で2時間焼成に付した。得
られた押出物の特徴を表1にまとめた。ベーマイトの割
合を、最終焼成前の押出物について測定した。
【0077】
【表1】
【0078】[実施例2] 触媒A1の調製(本発明による) モリブデン塩とニッケル塩とを含む水溶液により実施例
1の押出担体を乾式含浸した。モリブデン塩は、ヘプタ
モリブデン酸アンモニウムMo7 24(NH46 ・4
2 Oであり、ニッケル塩は、硝酸ニッケルNi(NO
3 2 ・6H2Oであった。
【0079】水での飽和雰囲気下に室温で熟成化後、含
浸押出物を120℃で一晩乾燥させ、次いで空気下に5
50℃で2時間焼成した。三酸化モリブデンの最終含有
量は12.5重量%であり、酸化ニッケルNiOの最終
含有量は3.0重量%であった。
【0080】触媒の磨砕抵抗を、ASTM D4058
規格方法により回転ドラムで評価した。この場合、磨砕
による損失を次の式により計算した。
【0081】磨砕による損失%=100(1 − テス
ト後の0.6mmを越える触媒の重量/シリンダ内に充
填された0.6mmを越える触媒の重量) 触媒A1は、このテストにより触媒重量の0.30%で
ある磨砕による損失百分率を生じた。
【0082】[実施例3] 触媒A2の調製(本発明による) モリブデン塩を含む水溶液により実施例1の押出担体を
乾式含浸した。モリブデン塩は、ヘプタモリブデン酸ア
ンモニウムMo7 24(NH4 6 ・4H2 Oであっ
た。
【0083】水での飽和雰囲気下に室温で熟成化後、含
浸押出物を120℃で一晩乾燥させ、次いで空気下に5
50℃で2時間焼成した。三酸化モリブデンの最終含有
量は12.8重量%であった。
【0084】触媒A2は、実施例2に記載された磨砕テ
ストにより触媒重量の0.32%である磨砕による損失
百分率を生じた。
【0085】[実施例4]本発明による触媒Bの組成に
含まれるアルミナ担体Bの調製 この担体を構成するアルミナを、担体Aのアルミナと同
じ一連の工程により調製したが、混練工程の間および押
出後の乾燥/焼成工程の間に異なる条件を用いた。(表
1を参照)。
【0086】得られた押出物の特徴を表1にまとめた。
【0087】ベーマイトの割合を、最終焼成前の押出物
について測定した。
【0088】[実施例5] 触媒Bの調製(本発明による) モリブデン塩とニッケル塩とを含む水溶液により実施例
4の押出担体を乾式含浸した。モリブデン塩は、ヘプタ
モリブデン酸アンモニウムMo7 24(NH46 ・4
2 Oであり、ニッケル塩は、硝酸ニッケルNi(NO
3 2 ・6H2Oであった。水での飽和雰囲気下に室温
で熟成化後、含浸押出物を120℃で一晩乾燥させ、次
いで空気下に550℃で2時間焼成した。三酸化モリブ
デンの最終含有量は6.5重量%であり、酸化ニッケル
NiOの最終含有量は1.5重量%であった。
【0089】触媒Bは、実施例2に記載された磨砕テス
トにより触媒重量の0.50%である磨砕による損失百
分率を生じた。
【0090】[実施例6]本発明による触媒C1および
触媒C2の組成に含まれるアルミナ担体Cの調製 混練工程b1 を次のように行う以外は、実施例1と同じ
工程を行った。
【0091】工程b1 (混練) 共回転二軸式混練器での連続方法が主体である。
【0092】混練器の上流に、再水和されかつ乾燥され
たアルミナ粉体を流量90kg/時で導入した。攪拌反
応器内で、下記を導入して、水中における石油のエマル
ジョンを調製した。
【0093】- 水5.46kg、 - 69%硝酸10.04kg、 - 石油10.4kg、および - ソプロファ(Soprophor )SC138 1.56k
g。
【0094】このエマルジョンを、二軸式機械の中空軸
内にアルミナ粉体の導入のすぐ後に27.46kg/時
の割合で導入した。
【0095】機械の末部に、28%アンモニア溶液を
4.34kg/時の割合で導入した。機械内の粉体の通
過時間は、50〜60秒程度であった。機械の出口で、
押出される均一ペーストを得た。得られた押出物の特徴
を、表1にまとめた。ベーマイトの割合を、最終焼成前
の押出物について測定した。
【0096】[実施例7] 触媒C1の調製(本発明による) モリブデン塩とニッケル塩とを含む水溶液により実施例
6の押出担体を乾式含浸した。モリブデン塩は、ヘプタ
モリブデン酸アンモニウムMo7 24(NH46 ・4
2 Oであり、ニッケル塩は、硝酸ニッケルNi(NO
3 2 ・6H2Oであった。
【0097】水での飽和雰囲気下に室温で熟成化後、含
浸押出物を120℃で一晩乾燥させ、次いで空気下に5
50℃で2時間焼成した。三酸化モリブデンの最終含有
量は13.0重量%であり、酸化ニッケルNiOの最終
含有量は3.2重量%であった。
【0098】触媒C1は、実施例2に記載された磨砕テ
ストにより触媒重量の0.35%である磨砕による損失
百分率を生じた。
【0099】[実施例8] 触媒C2の調製(本発明による) ニッケル塩を含む水溶液により実施例6の押出担体を乾
式含浸した。ニッケル塩は、硝酸ニッケルNi(N
3 2 ・6H2 Oであった。水での飽和雰囲気下に室
温で熟成化後、含浸押出物を120℃で一晩乾燥させ、
次いで空気下に550℃で2時間焼成した。酸化ニッケ
ルNiOの最終含有量は5.9重量%であった。
【0100】触媒C2は、実施例2に記載された磨砕テ
ストにより触媒重量の0.33%である磨砕による損失
百分率を生じた。
【0101】[比較例9]触媒Dの組成に含まれるアル
ミナ担体Dの調製(比較例) 担体Dを構成するアルミナを、水熱反応処理工程e1
削除した以外は、担体Aと同じマニュアルに従って調製
した。
【0102】焼成した押出物の特徴を、表2にまとめ
た。
【0103】
【表2】
【0104】[比較例10] 触媒Dの調製(比較例) モリブデン塩とニッケル塩とを含む水溶液により実施例
9の押出担体Dを乾式含浸した。モリブデン塩は、ヘプ
タモリブデン酸アンモニウムMo7 24(NH4 6
4H2 Oであり、ニッケル塩は、硝酸ニッケルNi(N
3 2 ・6H2 Oであった。
【0105】水での飽和雰囲気下に室温で熟成化後、含
浸押出物を120℃で一晩乾燥させ、次いで空気下に5
50℃で2時間焼成した。三酸化モリブデンの最終含有
量は10.2重量%であり、酸化ニッケルNiOの最終
含有量は2.5重量%であった。
【0106】触媒Dは、実施例3に記載された磨砕テス
トにより触媒重量の0.6%である磨砕による損失百分
率を生じた。
【0107】[実施例11]触媒A1、触媒A2、触媒
B、触媒C1、触媒C2および触媒Dによる石油残渣の
水素化転換テスト 前述の触媒A1、触媒A2、触媒B、触媒C1、触媒C
2および触媒Dを、円筒状反応器を備えるモデル装置内
で比較した。この円筒状反応器は、反応器内部で触媒の
連続的沸騰を維持し得る装置を具備する。使用したモデ
ル装置は、多数の特許、例えば米国特許第4,521,
295号および第4,495,060号に記載されてい
る沸騰床での残渣水素転換用エッチ・オイル(H−OI
L)工業装置の代表的なものである。
【0108】モデル反応器を、前述の押出物形態触媒1
リットルで充填した。ひとたび沸騰床体制になると、膨
脹された触媒は、反応器内で1.5リットルの容積を占
めた。
【0109】使用された仕込原料は、重質アラブ(Arab
e )減圧残渣であった。この残渣の特徴を次の表に再編
成した。
【0110】
【表3】
【0111】装置を、次の条件下に上述の石油残渣を用
いて操作した。
【0112】- 圧力=160バール - 水素流量:H2 600標準リットル/仕込原料1リッ
トル - 毎時空間速度=仕込原料0.3m3 /反応器1m3
-1 温度を、約420〜430℃に調整して、全ての触媒が
550℃留分の転換率65重量%を生じるようにし
た。
【0113】水素化脱硫(HDS)および水素化脱金属
(HDM)における成績を、2週間のテスト終了時に比
較した。
【0114】HDSの割合を次のように定義した。
【0115】HDS(重量%)=((S重量%)仕込原
料−(S重量%)取得物)/(S重量%)仕込原料×1
00 HDMの割合を次のように定義した。
【0116】HDM(重量%)=((Ni+V重量pp
m)仕込原料−(Ni+V重量ppm)取得物)/(N
i+V重量ppm)仕込原料×100 転換率を次のように定義した。
【0117】転換率(重量%)=((550℃の重量
%)仕込原料−(550℃の重量%)取得物)/(5
50℃の重量%)仕込原料×100 得られた物質の安定度を評価するために、シェル法によ
るP−値(Value Shell )の測定を、テスト後に回収し
た流出物の350℃留分について行った。
【0118】次の表において、550℃留分の転換率
65重量%について触媒A1、触媒A2、触媒B、触媒
C1、触媒C2および触媒Dを用いて得られたHDS、
HDM、およびシェル法によるP−値の値について比較
した。
【0119】
【表4】
【0120】従って、本発明の押出物形態の触媒が、安
定した物質を生じて、多量の石油残渣の550℃留分
の転換率に達し得ることが判明した。さらに、これら触
媒により、残渣を明確に水素化脱硫しかつ水素化脱金属
することが可能になり、また精油業者の規格に応える軽
質留分(ディーゼル、ガソリン)を製造することが可能
になった。アルミナ調製のパラメータを見込んで、種々
の細孔分配を得ることが可能になるし、従って、HDS
およびHDMの割合、並びに装置の流出物のいくつかの
石油品質、例えば350℃残渣留分の安定度を変更す
ることが可能になった。
フロントページの続き (72)発明者 スラヴィク カズトゥラン フランス国 リイル マルメゾン リュ クノー 27 (72)発明者 フレデリック モレル フランス国 フランシュヴィル リュ ド ゥブリーヌ 16 (72)発明者 ステファン クレスマン フランス国 スルザン デュ ローヌ リ ュ デ フレール 86 (72)発明者 フィリップ クルチ フランス国 ヴィルジュイフ リュ ジ ベ ボーダン 58

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 沸騰床で用いられる触媒の炭化水素仕込
    原料の水素化処理方法での使用法であって、触媒は、主
    としてアルミナをベースとしかつ主として複数の並置さ
    れた凝集物からなる押出担体、場合によっては第VIB 族
    (元素周期表の新規記号の第6族)の少なくとも1つの
    触媒金属もしくは触媒金属化合物、および/または第VI
    II族(元素周期表の新規記号の第8族)の少なくとも1
    つの触媒金属もしくは触媒金属化合物を含み、触媒中、
    酸化物で表示される第VIB 族および第VIII族金属の合計
    Sが、0〜50重量%である使用法において、これら凝
    集物の各々が、一部薄板の積み重ね状物形態でありかつ
    一部針状物形態であり、前記針状物は、薄板の積み重ね
    状物の周囲と薄板の間とに同時に均一に分散されること
    を特徴とする使用法。
  2. 【請求項2】 触媒が金属を含まない(S=0%)もの
    である、請求項1記載の使用法。
  3. 【請求項3】 合計Sが0.5〜50重量%である、請
    求項1記載の使用法。
  4. 【請求項4】 アルミナの凝集物が、ハイドラーギライ
    トの急速な脱水により生じる出発アルミナを成形するこ
    とにより得られ、またベーマイトの分解により生じるア
    ルミナの割合が5〜70重量%である、請求項1〜3の
    いずれか1項記載の使用法。
  5. 【請求項5】 触媒の総細孔容積が、少なくとも0.6
    cm3 /gであり、メゾ(中間)細孔が、平均直径15
    〜36ナノメートル(nm)であり、メゾ(中間)細孔
    容積V6nm - V100nm が、少なくとも0.3cm3 /g
    であり、マクロ細孔容積V100nm が、多くとも0.5c
    3 /gであり、ミクロ細孔容積V0-6nm が、多くとも
    0.55cm3 /gである、請求項1〜4のいずれか1
    項記載の使用法。
  6. 【請求項6】 第VIB 族の触媒金属または触媒金属化合
    物が、モリブデンまたはタングステンであり、第VIII族
    の触媒金属または触媒金属化合物が、鉄、ニッケルまた
    はコバルトである、請求項1〜5のいずれか1項記載の
    使用法。
  7. 【請求項7】 第VIB 族の触媒金属または触媒金属化合
    物が、モリブデンであり、第VIII族の触媒金属または触
    媒金属化合物が、ニッケルである、請求項1〜6のいず
    れか1項記載の使用法。
  8. 【請求項8】 アルミナ押出物が、直径0.3〜1.8
    mmを有する、請求項1〜7のいずれか1項記載の使用
    法。
  9. 【請求項9】 出発アルミナの成形方法が、次の工程: a1 ・ ハイドラーギライトの急速な脱水により生じる
    アルミナを出発とする工程、 b1 ・ 出発アルミナを再水和する工程、 c1 . 水中における少なくとも1つの炭化水素のエマ
    ルジョンの存在下に再水和されたアルミナを混練する工
    程、 d1 ・ 工程c1 で得られたアルミナをベースとするペ
    ーストを押出す工程、 e1 ・ 押出物を乾燥させ、次いで焼成する工程、 f1 ・ 工程e1 により生じた押出物を、閉鎖的雰囲気
    下に酸−水熱反応処理に付す工程、および g1 ・ 工程f1 により生じた押出物を乾燥させ、次い
    で焼成する工程 を含む、請求項1〜8のいずれか1項記載の使用法。
  10. 【請求項10】 出発アルミナの成形方法が、次の工
    程: a2 ・ ハイドラーギライトの急速な脱水により生じる
    アルミナを出発とする工程、 b2 ・ 発泡剤の存在下にアルミナを球体形態に成形す
    る工程、 c2 ・ 得られたアルミナ球体を熟成させる工程、 d2 ・ 工程c2 により生じた球体を混練し、それによ
    りペーストを得て、このペーストを押し出す工程、 e2 ・ 得られた押出物を乾燥させ、次いで焼成する工
    程、 f2 ・ 工程e2 により生じた押出物を、閉鎖的雰囲気
    下に酸−水熱反応処理に付す工程、および g2 ・ 工程f2 により生じた押出物を乾燥させ、次い
    で焼成する工程 を含む、請求項1〜9のいずれか1項記載の使用法。
  11. 【請求項11】 出発アルミナの成形方法が、次の工
    程: a3 ・ ハイドラーギライトの急速な脱水により生じる
    アルミナを出発とする工程、 b3 ・ 出発アルミナを再水和する工程、 c3 . 擬似ベーマイト・ゲルを用いて再水和されたア
    ルミナを混練する工程であって、前記ゲルは、再水和さ
    れたアルミナとゲルとに対する含有量1〜30重量%で
    ある工程、 d3 ・ 工程c3 で得られたアルミナをベースとするペ
    ーストを押出す工程、 e3 ・ 押出物を乾燥させ、次いで焼成する工程、 f3 ・ 工程e3 により生じた押出物を、閉鎖的雰囲気
    下に酸−水熱反応処理に付す工程、および g3 ・ 工程f3 により生じた押出物を場合によっては
    乾燥させ、次いで焼成する工程 を含む、請求項1〜10のいずれか1項記載の使用法。
  12. 【請求項12】 炭化水素仕込原料が、バナジウムおよ
    び/またはニッケルおよび/または鉄および/またはナ
    トリウムおよび/またはチタンおよび/またはケイ素お
    よび/または銅を含む、請求項1〜11のいずれか1項
    記載の使用法。
  13. 【請求項13】 炭化水素仕込原料が、硫黄および/ま
    たは窒素および/または酸素を含む、請求項1〜12の
    いずれか1項記載の使用法。
  14. 【請求項14】 水素化処理方法が、温度約320〜4
    50℃、水素分圧約3〜30MPa、空間速度毎時触媒
    1容積当り仕込原料約0.1〜5容積で行われ、炭化水
    素液体仕込原料に対するガス水素比が、1立法メートル
    当り200〜5000標準立法メートルである、請求項
    1〜13のいずれか1項記載の使用法。
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