JPS61287448A - 重質油の水素化転化のための触媒 - Google Patents

重質油の水素化転化のための触媒

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JPS61287448A
JPS61287448A JP61101224A JP10122486A JPS61287448A JP S61287448 A JPS61287448 A JP S61287448A JP 61101224 A JP61101224 A JP 61101224A JP 10122486 A JP10122486 A JP 10122486A JP S61287448 A JPS61287448 A JP S61287448A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は重質油、特にラムスボトム炭素前駆体(Ram
sbottom  carbon  precurso
rs)を含有する重質油の水素化転化(Hydroco
nversion)のための改良された触媒に関する。
これらの前駆体には、留出物に転化することができるが
蒸留期間中又は下流操作において熟覧こより分解してコ
ークスにすることもで終るアス7アルテンが包含される
。ラムスボトム炭素前駆体を含有する重質油には、大気
圧及び真空還元粗製(atomosphaeric a
nd  vacuum  reduced  crud
e  petroleuII+)原油、タールサンド抽
出物、ケラ岩油、石炭液化からの生成物、溶媒脱アスフ
アルト化(solvent、  de−aspl+al
ting)からのラフィネート及び例えば、ヴエネズラ
オリノコ及びメキシコマヤ(Venezulan  0
rinoco  and  Mexican  May
a)で産出する重質原油(heavycrude  o
ils)、が包含される。世界の石油埋B量が乏しくな
るにつれて、重質油中lこ存在するラムスボトム炭素前
駆体の2−50%をコークスとして失わないことが重要
になっている。これらの油の軽質留出物への接触水素化
転化(catalytic l+ydroconver
sion)のためのプロセス条件は、高度の水素化脱硫
(1+ydrodesulfuriza1.1on)(
I(D S )、水素化脱窒(hydroden i 
trogenat ion )(HD N )及び水素
化脱金属化(hyclrodemetallation
)(1−T D M )も起こる程必然的に厳しい。
本発明の触媒は、アルミナ支持体上のニッケル又はコバ
ルト及びモリブデンを含有して成りそして特定的な狭い
細孔径分布(pore  5ize  disLrib
union)を有する。該触媒における支持されたニッ
ケル又はコバルト成分の細孔径分布及び科学的状態は、
コークスへの損失を減少すると共に増加した割合のラム
スボトム炭素前駆体を留出物に触媒作用下に転化するこ
とである本発明の目的にとって重要である。
重質油の接触水素化処理(catalytic  by
drol+r。
cessiB)は、2つの大きい種類のプロセスに入る
第1の種類のものは、水素化脱硫、水素化脱窒、及び水
素化脱金属化と呼ばれるプロセスである。
これらのプロセスの大多数はアルミナ上のモリブデンを
伴なうニッケル又はコバルトから成る触媒を使用する。
かかるプロセスはもしあるとしてもラムスボトム炭素前
駆体の留出油への水素化転化を殆んど与えない。第2の
種類のプロセスは水素化及び水素化分解(hydroc
rackiB)を包含する水素化転化と呼ばれるプロセ
スである。これらのプロセスの大多数はイオン交換され
たゼオライト又は7ツ化物イオンの如き強酸性物質を含
有する触媒を使用する。多(の水素化分解プロセスは2
つの段階を有し、各段階は異なる触媒を使用する。
第1段階はHD S −1−(D N型の触媒を使用し
、そして第2段階は水素化転化型の触媒を使用する。
強酸111i1(stroB−acid  funct
ion)を持たないI(D S −1−I D N型触
媒を使用するプロセスにおいて有意な水素化転化を見出
すことは先行技術においては異例である。
HD S又はHD Hに対して狭い細孔径分布の触媒の
使用は知られている。先行技術は、米国特許第4,06
9,139号において精査された。この特許は、本発明
の水素化転化触媒に似た狭い細孔径分布を有するが本発
明の水素化転化触媒より大きい細孔径の触媒を記載し且
つクレームしている。
しかしながら、先行技術のどれも、本発明の触媒におけ
る如く、狭い細孔径分布及び低い割合の酸で抽出可能な
ニッケル(acid  extractable  n
1ckel)の両方を有する触媒を記載していない。
重質油の水素化転化のための商業的プロセスの1つの種
類は、留出油の水素化転化のための大多数の触媒上に見
出される通常の強酸部位を持たない触媒を使用する。こ
のプロセスは沸騰床プロセス(ebullated  
bed  process)として知られている。特定
の沸騰床プロセスは、ニューシャーシー州、トレントン
のハイドロカーボン リサーチ社(Hydrocarl
+on    Research    I  nc、
   + T renl、onw N 。
J、)により開発されたH−オイルプロセス(H−oi
l  process)及びニューシャーシー州のブル
ームフィールドのルーマス エンジニアリング社(■。
umus  Engineering  Co、 of
  Bloo+Jiel+:LN。
J、)により開発されたLC−7アイニングプロセス(
L C−F 1niB  P rocess)である。
元来、沸騰床プロセスは重質油のHD M及びHDS精
製を目的としていた。米国特許第2,987.470号
に記載の如きHDMの場合において、小さな粒粋の不活
性固体、例えば砂は触媒として満足すべきものであり、
但し要件はそれが反応器において小さな粒子の沸騰床(
ebullated  bed)を形成することができ
るということである。米国特許第2,987,467号
に記載の如く、HD Sの場合において、HD S −
HD N型の触媒はそれが沸騰床を形成するならば満足
できるものと言われている。本発明の触媒は沸騰床反応
器又は固定床反応器を使用するプロセスでの使用に好適
である。
より有効な触媒が開発されるにつれて、高度の水素化転
化及びI(D Sが達成可能となった。かかる触媒の第
二世代は、マクロポア(macropores)の概念
に基づいていて触媒作用的活性部位(catalyti
cally  active  5ites)を含有す
るマイクロポア(micropores)への重質油の
出入り(access)を与える。先行技術の説明にお
ける特定されたマクロポア容積の例は米国特許第3,6
30,888号に記載の如く、1000人直径より大き
い細孔において細孔容積の10−40%であるか、又は
米国特許第3,622,500号に記載の如く、250
人より大きい直径を有する細孔においてOli、−0゜
6cc/Hである。250人より小さい直径を有する細
孔における狭い粒径分布に対する何らの要件も言及して
いない。触媒中の酸で抽出可能なNi/ Coの量を増
加させることによって触媒不活性化速度(cataly
st  denctivation  rate)を減
じる方法の記載もない。
本発明は、約2重量%乃至約50重量%の濃度のラムス
ボトム炭素前駆体を含有する重質油の水素化転化のため
の改良された触媒を提供する。本発明の1つの重要な特
徴は触媒における狭い細孔径分布である。本発明を具体
化する触媒の多孔度(poros i ty )特性は
下記の如く定義することができる: 1、全細孔容積:0. 5−1 、5ml /g2.4
0−60人細孔半径の細孔の細孔容積:全細孔容積の少
なくとも70% 3.40人細孔半径より小さい細孔の細孔容積:0.0
3mβ/gより多くない。
4.60人細孔半径より大きい細孔の細孔容積:0.0
5−0.10mlf/g 上記定義に対する細孔半径は、マリ−ランドのアメリカ
ン インストルーメント社(A mer 1canIn
7−In5true  Co、 、Maryland)
により製造されたアミンコアドソーブト マット(A 
m1nco  A dsorptmat)又はニューヨ
ーク、シオスセットのフォントクロム社(Q uant
cbro+ne  Corp  Corp、 l5yo
sset+N、Y、 )により製造されたオートソーブ
−6(A utosorb −6)の如外槻器を使用し
て77゜4’Kにおける窒素収着等温線(nitrog
en  5orption  isotherme)の
窒素脱着サイクルにより測定される。細孔径分布は得る
のに使用される等温線の数学的分布は、バーレット、ジ
ョイナ−及びハレング(ジャーナル オブ アメリカン
 ケミカル ソサイエテイ、、ヱ3.373,1.95
1)[Barrett、 J oyner  and 
 Halenda(J ourn、 A m。
Chem、Soc、、73,373.1951)]のそ
れである。計算に使用された窒素厚さ値(nitrog
en  thickness  values)はシャ
ル(ジャーナル オブアメリカン ケミカル ソサイエ
テイー、、70゜1410.1948 )[5hull
(Journ、 Am、 Chem。
Soc、、′L−9,140,1948)]の方法を使
用して得られる。中位細孔半径(median  po
re  rediu6)は全窒素細孔容積の50%がそ
れより小さい細孔にあり、50%がそれより大きい細孔
にあるような細孔半径である。
本発明の触媒は多孔性アルミナ支持体上のニッケル又は
コバルト及びモリブデンを含有する。アルミナ支持体は
、アルミナの他にチタニア、ジルコニア、シリカ、リン
等の如ト少量の他の無機酸化物を含有することができる
。先ず最初、モリブデンを細孔飽和工程によって例えば
ヘプタモリブデン酸アンモニツA (ammonium
  I’+eptamolybdate)水性溶液とし
て付着させる。次いで生成物を乾燥しそしてか焼して(
calcine)モリブデン酸アンモニウムを分解して
Mob、とする。冷却後、押出物を硝酸ニッケル又は硝
酸コバルトの溶液で含浸しそして再び乾燥及びが焼して
金属硝酸塩をCo。
又はNiOに分解する。別法として、触媒金属をすべて
単一溶液に含浸させる。含浸後の最終が焼の温度は触媒
中の遊離Ni/Co対結合Ni/C。
(combined  Ni/Co)の割合を決定する
ことが見出される。酸で抽出可能な遊離酸化ニッケル又
は酸化コバルトは存在するMoO3の小さい粒子とゆる
く会合しでいる(associated)と考えられる
。結 合したニッケル又はコバルトは容易に酸で抽出す
ることはできず、そして支持体と反応して触媒作用的に
は不活性であると考えられるスピネルと呼ばれるアルミ
ン酸塩を形成することによって結合せしめられると考え
られる。これらの概念はバチエリエール′V4(Bac
helier  et  al)によってジャーナル 
オブ カタリシス −81292−304頁(1984
)(J ournal  of  Catalysis
  、87  pp、  292 304(1984)
)l:明白1:if載されている。HD S触媒活性を
最大にするために酸で抽出可能なNi/Coの割合を最
大にするべきである。バチエリエールが指摘している如
く、これはニッケルの場合に1000°Fより十分に低
く最終か焼温度を保持することにより成される。
驚くべきことに、重質油の水素化転化のために、酸で抽
出可能なNi/Coi全Ni/Co含有率の低い割合が
望ましく、好ましくはNi又はCoの約10−35重量
%が抽出可能であり、より好ましくは約10−30%で
あり、最も好ましくは20−28%であることが見出さ
れた。ニッケルの場合に、最終か焼温度は抽出可能なニ
ッケルの割合をこの範囲の値に減じるためには1000
 ”F以−にでなければならない。コバルトはアルミナ
とよりゆっくりと反応して、酸で抽出可能なコバルトの
割合を所望の範囲の値に減じるのにより高いか焼温度す
ら必要とする。
定義された狭い細孔径分布と酸で抽出可能なCo/Ni
の低い割合の組合わせは触媒がその水素化活性に関して
殆んどただちに脱活性化されるのを防止すると想定され
る。触媒のこれらの性質の両方共このような即時の脱活
性化を防止するために必要である。それが、触媒が試験
されるときに観察される高い接触水素化転化活性及びよ
り遅い触媒脱活性化の驚く程改良された組合わせを説明
する。
定義された細孔径の要件は相反する考慮事項の妥協から
生じる。
細孔は第一に、アグムス等(Adams  et  a
l)(米国特許第3,509,04.4号)及びグスタ
7ソン(G++5tafson)(米国特許第3,96
6.644号)により教示された如<50−90人直径
の範囲にあることはできない。何故ならば、このような
小さい細孔はアス7アルテン及び他の大きい分子を容易
に出入りさせないからである。
細孔がリレイ等(R1ley  et  nl)(米国
特許第4.069,139号)、スコツト等(Scot
:t  etal)[アドバンシズ イン ケミストリ
ー シリーズ  1.03,117 頁、A CS  
1 9 7 1  (Advancesin  Che
mistry  5eries  103 、page
l 17 。
AC31971)]及びその他によって教示された如く
主として約120Å以上の直径であるならば、触媒の表
面積、対応してその活性は余りにも低過ぎるであろう。
水素移行活性(hydrogen  transfer
  activity)はニッケル又はコバルトを含有
する表面部位の付近の細孔空間において多分起こるので
あろう。これらの細孔空間における水素の利用可能性(
availability)に依存しで、支配的反応は
水素化又は脱水素化であろう。
触媒が適当に高い温度(抽出可能なCo/ N iを特
定した範囲に減じるのに十分な)でか焼された場合には
、触媒の水素移行活性は減少する。減少した水素移行反
応性(hydrogen−transfer  rea
ctivity)では、水素供給が水素消費の速度に遅
れないことはより容易であり、そして水素化は脱水素化
に対して優勢である。
反対の場合に、水素移行反応性が高過ぎる触媒を使用す
るので、活性部位に水素を供給するための移送速度がこ
れらの部位における水素移行反応速度に遅れないように
することができない;その場合には脱水素化が優勢であ
り、コークスが生成しそして触媒が脱活性化される。
特定の態様の説明 前記した狭い細孔径分布を有しそして0.5−5%のN
iO又はCoO及び1.8%−18%のMoO3を含有
する触媒は下記詳細な実施例に記載の如くしで調製され
る。“遊離”又は“結合”CO又はNiの割合を監視す
るために、我々は下記分析を開発した。
ML−寞(削1へ呵瀧左に1乙p、 i−の−りと析−
10mj+のc、p、濃塩酸を4.00+nffの蒸留
水で希釈して希(約0.9%)MCIのストック溶液を
調製する。試験するべき触媒の10gの試料及び2CJ
mlの希HCIを2オンスのびんに入れる。ふりまぜ装
置又はローリング装置内で105間シールされたびんを
運動させる。触媒を濾過しそして25m1の蒸留水で3
回洗浄する。枦液十洗液を一緒にして重量を測り、そし
てNi又はCoに対する溶解を分析する。もとの触媒サ
ンプルのニッケル又はコバルト含有率を知ると、希HC
i溶液により抽出された百分率を容易にdI算すること
ができる。
多数の市販のニッケル含有HD S触媒を」1記分析を
使用して分析した。ニッケル含有率は約3%から約5%
まで変動がありそして抽出可能なニッケルは全ニッケル
の約l/3がら約3/、まで変動があった。
アルミナ上の約3%のNiO又はCoo及び約15%の
M o O3を含有する触媒に対して、抽出可能なニッ
ケル又はコバルト百分率はが焼温度と逆相関している(
correlates  1nversely)。表1
の結果は相関を示す。
友−Y 950    52.8   888    60,9
1.1.20    27.0 1160    20.8 1210    15.5   1210    22
.8実施例1 前記に規定した範囲の適当な狭い細孔径分布を有する触
媒支持体を調整した。支持体をつくるのに使用するため
当技術水準の噴霧乾燥したアルミナ−シリカ粉末を選ん
だ。代わりに他の粉末、例えば純粋なアルミナ、アルミ
ナ−ボリア(al旧n1nn1〕oria)、アルミナ
−チタニア(alumina −LiLan1a)等を
それらのマクロポア容積が十分に高いとの条件下に使用
することができる。選ばれたアルミナ−シリカ粉末の細
孔容積は35人乃至200人直径の細孔において0.7
6mβ/gであった。好適な粉末は、マレイ等(Mal
ley  et  al)への下記米国特許;第3.:
1.24,4.18号、@3,032゜514号、第2
,980,632号、第3,086゜845号及びアグ
ムス等(Adams  eL  al)への第3.50
9,04.4号に記載された方法により製造することが
できる。
25ボンドの噴霧乾燥した粉末(75・%固形分)を0
.06モル硝酸22ボンドと混合した。複合物を1時間
マラー(muller)中で混合した。次いでマラーか
らのこね粉状の(dougI+y)混合物をl/32″
直径のシリング状ストランドに押出した。ストランドを
250″Fのオーブン内で1時間乾燥した。
オーブン乾燥した押出物の半分、試料Aを、外部焼成回
転か焼炉(externally  fired  r
otaryculciner)内で1時間1100°F
でか焼した。他の半分、試料Bを同じか焼炉内で1時間
1300°Fでか焼した。試料Bを製造する際に、が焼
炉内の触媒床上の雰囲気は殆んどすべてスチームであり
、これに対して、試料Aを製造する際に、新らしい空気
のパージをが焼炉内に連続的に通して、雰囲気の水蒸気
含有率を非常に低く保った。
これらの支持体、試料A及びBに対する多孔度データは
表2に示されている。
表−−−礼 試一料一〜−−−支下1%−拭−料lV 文」1体4に
料−B表面積諭2/g             19
2細孔容積mll / gO,760,75中位細孔径
A     60      130試料Bはその適当
な中位細孔直径の故に本発明の触媒を製造するのに選ば
れた支持体である。
実施例2 5ポンドの支持体試料Bを311gの硝酸ニッケル6水
塩及び493詐のへブタモリブデン酸アンモニウムを含
有する水溶液1.620mj2による細孔飽和により含
浸させた。含浸させた押出物を周囲の温度で回転か焼炉
に移し、物質を約1時間の期間にわたり820°Fに加
熱し、次いでが焼炉内で更に1時間820°Fに保持し
た。触媒の約半分を排出した。この試料を触媒試料Cと
して識別するためにマークを付した。
か焼炉に残っている触媒を約15分間に820“Fから
1120″Fに更に加熱しそして1120°Fで更に1
0分間保持した。触媒を排出しそして触媒試料りとして
識別するためにマークを付した。
触媒試料C,D及びEの測定された特性を表3に示す。
触媒試料りは本発明の触媒である。
アメリカン シアナミド I−(DS−1443B(A
merican   Cyanamid   HDS−
14−43B)は残留油(resid  oils)を
水素化処理(bydrotreating)に使用する
ために販売された商業的に入手可能な当技術水準の触媒
である。この触媒の試料(触媒試料E)及び触媒試料り
を下記実施例3に記載した試験条件下に残留油水素化処
理(resid  I+ydrotreating)に
対して評価した。表4に記載されたこの試験の結果は本
発明の触媒が考慮された範吻に依存して当技術水準の触
媒よr) 28−60%活性が大であることを示す。
人−一影 触一媒」1恒 試料1.D、   触媒試料 触媒試料 触媒試料* CD     E 化学組成1重量% N io     2.9   2.9   3.6M
oO314,614,61,3,2 S io 2    1,0   1.0   1.O
A1□03   残余   残余   残余多孔度 表面積m2/g195   191   280下記半
径の細孔の細孔容積 40人より 小さい半径  0,03   0.028  0.34
0−60人 半径     0,39   0.398  0.1ニ
ッケル抽出1%>70   22    60*典型的
な値 19一 実施例3 触媒試料り及びEを使用する性能試験を供給原料として
下記の平均分析を有するクェート真空残留物(K ua
+ait、  vacuum  residua)を使
用して行なった。
API比重度(Gravity  AP丁)   7−
9ラムスボトム炭素残留物     約20%硫黄  
           約5%窒素         
     約4000 p p mニッケル     
       約30 p p +++バナジウム  
         約1100pp触媒り及びEを評価
するために下記試験方法を使用した。この試験の水素化
処理温度は成る程度の熱分解を与えそして水素化反応速
度を増加させるために普通より高くした。
試験されるべき触媒及び該触媒と約同じ粒径の不活性コ
ランダムの50−50(容量)混合物を固定床ベンチス
チール反応器に仕込み、この反応器において触媒を60
0″Fで窒素雰囲気中で予備処理し乾燥を確実にした。
次いで触媒を反応器中3一5psiの圧力で2時間60
0−700″Fで90モル%H2と10モル%H2Sの
ガス混合物と接触させることによって酸化物から硫化物
に転化した。
水素ガス及び残留物供給原料を下記条件下に反応器に供
給した。
温度              82°F液体時間当
りの空間速度      2.5全圧力       
    2250psi試験した触媒のすべてに対して
試験の第1日日に急な初期の非直線性の活性低下があっ
た。結果として水素化脱硫及びラムスボトム炭素残留物
の転化は試験の第3日日に測定された。これらのデータ
は表4に示す。
操作条件 温度”l”           825  825L
H8V、hr” ’        2.5  2.5
圧力、051g2250  2250 転化率9重量% 全硫黄           87,3  72.4非
RCR(Non−RCR)   84,0 76.09
75下十における硫黄     93.8  85.9
速度定数(Rate Con5tanlS)、hr−’
全硫黄            5,15  3.22
ラムスボトム炭素残留物   3.30  2.14非
RCR(Non−RCR)    4.57  3.5
7975”F+における硫黄     6.94  4
.89一−’(11−

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、シリカ1−3%を含有する多孔性アルミナ支持体上
    に酸化物として計算して0.5−5%のニッケル又はコ
    バルト及び1.8−18%モリブデンを含有する重質油
    の水素化転化に有用な触媒組成物において、該ニッケル
    又はコバルトの10−35%を酸で抽出可能な形態で有
    することと、0.5−1.5ml/gの全細孔容積を有
    しそして40−60Å半径の細孔の細孔容積が全細孔容
    積の少なくとも70%であり、40Åより小さい半径の
    細孔の細孔容積が0.03ml/gより多くなく、60
    Åより大きい半径の細孔の細孔容積は少なくとも0.0
    5ml/gであり且つ0.1ml/gより大きくない、
    窒素収着等温線の脱着データから計算した細孔径分布を
    有することを特徴とする触媒組成物。 2、特許請求の範囲第1項記載の触媒組成物を製造する
    方法であって、 a、アルミナ押出物をスチーム下にか焼して、仕上げら
    れた触媒における前記に規定した細孔径分布を得るのに
    好適な値に中位細孔径を調節することと、 b、前記スチーム処理された押出物をモリブデン及びコ
    バルト又はニッケル塩で含浸させることと、 c、前記含浸せしめられた押出物を少なくとも1100
    °Fであって仕上げられた触媒における前記に規定した
    値となるように酸で抽出可能なニッケル又はコバルトを
    減少させるのに十分な温度でか焼すること を特徴とする方法。
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