JPWO2003066215A1 - 水素化精製触媒の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
石油留分などの炭化水素の水素化精製に用いられる触媒の製造方法に関する。特には重質油、すなわち、原油、タールサンド、シェールオイルあるいは石炭液化油などを常圧蒸留または減圧蒸留することにより得られる各種の重質留分、残渣油などの水素化脱金属に用いられる触媒に関する。
背景技術
常圧蒸留または減圧蒸留の残渣油などの重質油には、ニッケル、バナジウムなどの金属分が多く含まれている。この金属分は、脱硫、脱窒素、分解などのための水素化精製触媒を被毒し、触媒活性を低下させるため、予め、脱金属を目的とした水素化精製用触媒(以下、脱金属触媒ともいう)で処理を行っている。
脱金属触媒として、細孔直径50nm以下にほとんどの細孔容積を有する触媒を用いた場合、脱金属活性を高めると、触媒外表面に近い細孔、即ち細孔入口近傍に多くの金属が堆積し、細孔入口を閉塞するために金属堆積容量(触媒が活性を失うまでに細孔内に堆積可能な金属量)が小さくなってしまう。これに対し、細孔直径50nm以下に細孔を有するとともに、細孔直径50nm以上にも細孔を有する触媒、いわゆるバイモーダル触媒を用いた場合には、金属堆積容量を大きくすることができる。
このような触媒の製造方法として、本出願人はγ−アルミナの粉体を成形・焼成する方法を開示している(国際出願PCT/JP99/06760)。しかし、この方法では、擬ベーマイトを焼成してγ−アルミナ粉を造り、γ−アルミナ粉を成形後に再度焼成する。このため、焼成工程が2段階必要となり、製造工程が複雑で、製造コストが高いものとなっていた。また、擬ベーマイト粉と微粒子状のカーボン、有機物などとを混合し、成型した後、焼成する際に微粒子状のカーボンなどを燃焼除去することでバイモーダル触媒を製造することもできるが、このような製造方法では、触媒の機械的な強度が十分でない場合もある。
発明の開示
本発明は上記の従来の方法の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、十分な機械的強度を有するバイモーダル触媒を、より単純なプロセスで製造する方法を提供するものである。
本発明者は、擬ベーマイトの詳細な特性を検討した結果、特定の擬ベーマイトを用いることで、直接バイモーダル触媒を製造できることを見出した。本発明の第1の態様に従えば、細孔直径が50nm以下の細孔容積が0.4cm3/g以上であり、細孔直径が50nm以上の細孔容積が0.2cm3/g以上であり、かつ、細孔直径が1000nm以上の細孔容積が0.1cm3/g以下であり、無機酸化物担体と水素化活性金属を含有する水素化精製触媒の製造方法であって、解膠性指数が0.13〜0.28である擬ベーマイト粉を混合及び成形する工程と、成形した擬ベーマイトを、擬ベーマイトがγ−アルミナとなる条件で焼成する工程とを含む水素化精製触媒の製造方法が提供される。あるいは、上記のような細孔特性を有する水素化精製触媒を製造するために、(020)方向の結晶子径が2.0〜3.0nm、かつ、(120)方向の結晶子径が3.2〜4.8nmである擬ベーマイト粉を用いることができる。さらには、上記のような細孔特性を有する水素化精製触媒を製造するために、α−アルミナへの相転移温度が1220〜1240℃である擬ベーマイト粉を用いることもできる。
本発明の製造方法は、焼成した擬ベーマイトに水素化活性金属を含有させる工程をさらに含む。または、擬ベーマイト粉を混合及び成形する工程において、擬ベーマイト粉に水素化活性金属を含有させても良い。
上記のように特定の擬ベーマイト粉を出発材料として用いることで、一回の焼成でバイモーダル触媒用の担体(または触媒)を製造することができ、これにより触媒の製造工程が簡単に且つ低コストとなる。また、得られた触媒は、高い機械的強度を示し、このような触媒を用いて安定に水素化精製を行なうことができる。なお、擬ベーマイト粉は、酸性アルミニウム溶液とアルカリ性アルミニウム溶液を所定条件下で中和反応させて得ることもできる。
発明の最良の実施形態
[触媒の細孔容積]
窒素吸着法により測定される触媒の細孔構造としては、細孔直径50nm以下の細孔容量が0.4cm3/g以上であり、好ましくは0.6〜1.1cm3/g、特に好ましくは0.7〜1.0cm3/gである。細孔直径2〜50nmの細孔分布における中央細孔直径が6〜20nm、特には8〜15nmであり、比表面積が100〜350m2/gであることが好ましい。この細孔直径50nm以下の細孔容量が0.4cm3/g以上とすることで、金属堆積による脱金属活性の低下を少なくすることができる。
水銀圧入法により測定される触媒の細孔構造としては、細孔直径50nm以上の細孔容量が0.2cm3/g以上、好ましくは0.25〜0.60cm3/g、特に好ましくは0.30〜0.50cm3/gであり、細孔直径1000nm以上の細孔容量が0.1cm3/g以下、好ましくは0.05cm3/g以下である。細孔直径50nm以上の細孔容量が0.2cm3/g以上とすることで、金属堆積容量を向上することができ、細孔直径1000nm以上の細孔容量が0.1cm3/g以下とすることで、触媒の機械的強度を向上することができる。
[無機酸化物担体]
無機酸化物担体としては、周期律表第2、第4、第13、及び第14族の元素の酸化物を用いることができる(周期律表はIUPAC1990年勧告による)。このうちでも、シリカ、アルミナ、マグネシア、ジルコニア、ボリア、カルシアなどが好ましい、これらは単独または2種類以上を組み合わせて使用してもよい。特には、アルミナ(γ、δ、η、χなどの結晶構造を有するもの)、シリカ・アルミナ、シリカ、アルミナ・マグネシア、シリカ・マグネシア、アルミナ・シリカ・マグネシアが、特には、γ−アルミナが好ましい。触媒中に占めるアルミナがAl2O3重量に換算して50重量%以上、特には70重量%以上である触媒が好ましい。
[水素化活性金属成分]
水素化活性金属成分としては、周期律表第6族、第8族、第9族及び第10族元素を用いることができ、特に、モリブデン、タングステンを用いることが好ましく、加えて、ニッケル、コバルトを用いることもできる。これらの元素は、金属、酸化物状態あるいは硫化物状態で担体に担持させるとよい。水素化活性金属成分の含有量は、金属元素として、触媒重量に対して0.1〜25重量%の範囲が好ましく、特には0.5〜15重量%の範囲が、さらには、1重量%〜15重量%の範囲が好ましい。さらに、リンおよび/またはホウ素の化合物(通常は、酸化物の形態)を触媒中に元素重量として0.1〜20重量%、特には、0.2〜5重量%加えることが好ましく、これにより、脱金属活性が向上する。
[擬ベーマイト粉末原料]
本発明者は、触媒の最終的な細孔分布は、原料である擬ベーマイト粉末および混練成形物の細孔分布によって決定されるため、所望とする触媒の特定細孔分布を得るためには、原料である擬ベーマイト粉末の1次粒子(結晶子)の大きさを示す結晶子径や、混練時におけるほぐれ易さを示す解膠性指数が重要な因子となることに着目して、検討を進めた。
その結果、バイモーダル触媒に必要な細孔分布を得るため、原料となる擬ベーマイト粉体は、解膠性指数が、0.13〜0.28の範囲、好ましくは0.14〜0.26の範囲にある必要があることを見出した。この擬ベーマイト粉体は、(020)方向の結晶子径が2.0〜3.0nm、好ましくは2.2〜2.6nm、さらに好ましくは2.3〜2.6nmの範囲にあり、かつ、(120)方向の結晶子径が3.2〜4.8nm、好ましくは3.4〜4.6nm、さらに好ましくは3.8〜4.6nm、特に好ましくは4.0〜4.5nmの範囲にあることを見出した。また、この擬ベーマイト粉体のα−アルミナへの相転移温度が1220〜1240℃、好ましくは1222〜1238℃の範囲にあることを見出した。
さらに、詳細に検討を進めた結果、これらの3特性、すなわち、i)解膠性指数、ii)(020)及び(120)方向の結晶子径、並びにiii)α−アルミナへの相転移温度は、互いに密接な相関は示しているものの、粉体の合成条件を変更することで、狭い範囲ではあるが独立して調整することが可能であり、また、必ずしも上記i)〜iii)の3条件を全て満足する必要も無いことが確認された。
上記i)〜iii)の3条件の全てあるいはいずれかの条件を満足する所望の擬ベーマイト粉末を得るには、例えば、国際公開WO98−03174またはWO2002−06934に記載されているような酸性アルミニウム溶液とアルカリ性アルミニウム溶液の中和反応において、合成条件を適切に選択すればよい。あるいは、現時点で種々の擬ベーマイト粉末を、製造業者から入手することができ、その際、上記のような解膠性指数を指定してそのような解膠性指数を有する擬ベーマイト粉末を得ることができる。さらに、そのような種々の解膠性指数を有する擬ベーマイト粉末を入手し、それぞれの擬ベーマイト粉末の(020)及び(120)方向の結晶子径とα−アルミナへの相転移温度を後述する方法で測定して、解膠性指数と(020)及び(120)方向の結晶子径とα−アルミナへの相転移温度の相関関係を予め求めてもよい。こうすることで、上記所望の(020)及び(120)方向の結晶子径及び/またはα−アルミナへの相転移温度を有する擬ベーマイト粉末を特定して用意することができる。後述する実施例から分るように、特定の市販擬ベーマイト粉末または上記酸性アルミニウム溶液とアルカリ性アルミニウム溶液の中和反応から得られた特定の擬ベーマイト粉末は上記i)〜iii)の3条件を同時に満足することが分った。
[解膠性指数]
解膠性指数は、評価する擬ベーマイト粉体6g、水30cm3と0.1規定硝酸60cm3を容器に入れた後ブレンダーで解砕し、擬ベーマイトのスラリーとし、このスラリーを遠心管に移して3000rpmで3分間の遠心分離を行ない、懸濁部と沈降部をデカンテーションにより分離して別の容器に移し、乾燥後に固形分重量を測定した。懸濁部固形分重量と沈降部固形分重量の和である全固形分重量で懸濁部固形分重量を割った値を解膠性指数とした。
結晶子径は、擬ベーマイト粉体のX線回折パターンから、擬ベーマイトの(020)、(120)方向のみかけの結晶子の大きさをシェラー法によって求めた。内部標準サンプルには、高純度な擬ベーマイトを1600℃で36時間焼成したα−アルミナを用いた。α−アルミナへの相転移温度は、示差熱分析計を用いて、大気雰囲気中で1400℃まで速度10℃/分で昇温し、1200〜1300℃の間に現れる発熱反応を示すピークの温度をα−アルミナへの相転移温度として測定した。
[粉体の混合]
原料粉体と液体との混合は、一般に触媒調製に用いられている混合機、混練機などにより行うことができる。上述の擬ベーマイト粉体に水を加えて投入し、攪拌羽根で混合する方法が好ましく用いられる。通常、この際には液体として水を加えるが、加える液体としては、アルコールやケトンなどの有機化合物でもよい。また、硝酸、酢酸、蟻酸などの酸やアンモニアなどの塩基、有機化合物、界面活性剤、活性成分等を加えて混合してもよく、特には水溶性セルロースエーテルなどの有機化合物からなる成形助剤を原料粉体に対して0.2〜5重量%、特には0.5〜3重量%加えることが好ましい。さらに、水素化活性金属成分や擬ベーマイト粉体以外の無機酸化物を加えてもよい。なお、カーボン、有機化合物などのように焼成などの処理により担体から除去される粒子状成分を、実質的に加えない(原料粉体に対して5重量%以下)でもバイモーダル触媒用担体を製造することができる。
本発明では、粉体を液体と混合して混練物を得、混練物がその粒界に形成するマクロポアを焼成によって固定することにより、バイモーダル触媒を得ている。したがって、混練物中に内包される水分の量は、バイモーダル触媒の細孔構造を決める上で最も重要である。すなわち、混練により混練物中の気泡が追い出され、混練物が適切な柔らかさまで調整された場合、混練物中に内包される水分の量は、粉自身の持つ細孔容積(=メソポア+ミクロポア)と粒界にあるマクロポアとの和に相当するため、この水分量でマクロポア容積が決定される。通常のバイモーダル構造を持たない混練物のドウ水分率は45〜55%を示すが、本願のバイモーダル構造を持つ混練物のドウ水分率は50〜62%を示し、同一原料を使用した場合の比較で、5〜10%程度の違いがある。このため、混練物が非常に柔らかくなることから、成形などの製造工程で特別の工夫を必要とする。なお、混練の度合いは後述するPf値に基づいて調整することができる。
[成形]
原料粉体の成形は、特に限定されるものではなく、例えば、原料粉体に水、有機溶媒などを加えてペースト状または粘土状として成形することができる。この成形は、押し出し成形、加圧成形、加工シートへの塗布などで行うことができる。プランジャー型押出機、スクリュー式押出機などの装置を用いて、容易にペレット状、ハニカム状などの形状とすることができる。成形後に、乾燥および必要に応じて焼成することで成形された担体を得ることができる。常温〜150℃で、特には80〜140℃で乾燥した後、350〜900℃で0.5時間以上、特には500〜850℃で0.5〜5時間焼成することが好ましい。ゲル状またはスラリー状とした原料粉体をスプレードライなどで乾燥気体中に分散させて乾燥させることで、球状に成形することもできる。さらに、ゾル状またはスラリー状とした原料粉体を液中で球状に成形することもできる。また、原料粉体をそのまま成形する成形方法としては、原料粉体に必要に応じて成形助剤を加えて、錠剤機により加圧成形する方法や、転動造粒により成形する方法がある。
[担持]
触媒に水素化活性金属成分を担持させる方法としては、担持法、練り込み法などを用いることができ、担持させる段階としては、原料粉体、および、原料粉体の成形・焼成後の少なくとも一つの段階で行うことができる。水素化活性金属成分を担持する方法としては、通常用いられる含浸法、例えば、ポアフィリング(pore−filling)法、加熱含浸法、真空含浸法、浸漬法などの公知の手法を用いることができる。金属成分を含浸した後、80〜200℃の温度で10分〜24時間乾燥し、400〜600℃、特には、450〜550℃の温度で15分〜10時間焼成することが好ましい。練り込み法としては、水素化活性金属成分をあらかじめ原料に含ませておいてもよいし、原料とともに混練して練り込んでもよい。
[水素化精製条件]
本発明による水素化精製触媒は、処理対象の重質油を水素と共に触媒に接触させることで行うことが好ましい。本発明による触媒は、他の触媒と組み合わされてもよい。反応器の触媒層内へ水素を注入してもよい。好ましい反応条件を表1に示す。
[重質油]
水素化精製の好ましい対象である重質油は、沸点が360℃以上の留分を主成分とする、好ましくは沸点360℃以上の留分を50%以上、特には70%以上含む留分である。このような重質油としては、原油、タールサンド、シェールオイルあるいは石炭液化油等を常圧蒸留または減圧蒸留することにより得られる各種の重質留分や残渣油、あるいはこれらに分解、異性化、改質、溶剤抽出等の処理を行った留分を例示することができる。金属分として、バナジウム、ニッケルを金属元素重量として、45重量ppm以上、特には60重量ppm以上含有する重質油を処理対象とすることができる。
実施例
以下、実施例に基づき本発明を説明するが、本発明はこの実施例により限定して解釈されるものではない。まず、本実施例における測定方法を説明する。
[平均粒子直径]
平均粒子直径は、日機装(株)マイクロトラック粒度分布計を使用し、湿式でレーザー回折・散乱法によって測定した。
[細孔特性]
細孔特性の測定にはマイクロメリティックス社製アサップ2400比表面積・細孔分布測定装置を使用し、比表面積はBET法によって測定し、細孔容積は窒素ガス脱離過程での相対圧0.967における測定値とした。この細孔容積は直径が50nm以下の細孔の容積に相当する。中央細孔直径はBJH法によって測定した細孔直径とそのときの細孔容積との関係から累積細孔容積が半分となる細孔直径として算出した。細孔直径50nm以上の細孔容積と細孔直径1000nm以上の細孔容積は、マイクロメリティックス社製オートポア9200細孔分布測定装置を使用し、水銀の接触角度を140°、表面張力を480dyne/cm、圧力範囲を2〜4225kg/cm2(30.4〜60000psia)として圧入法によって測定した。
[解膠性指数]
解膠性指数は、130℃での乾燥重量として6gの未乾燥の試料にイオン交換水を加えて36gとし、これに0.1N硝酸を60mL加えて5分間強撹拌して試料を解膠させてスラリーとし、このスラリーを3000rpmで3分間遠心分離し、懸濁部と沈降部を分離して130℃で乾燥した各々の固形分重量を測定し、その合計重量に占める懸濁部の固形分重量の比率として求めた。
[結晶子径]
内部標準としてα−アルミナ粉を添加した試料を粉末X線回折法によってCuKα線を用いて回折パターンを測定し、回折ピークの回折角と半価幅を求め、シェラー定数を0.9としたシェラーの式から結晶子径を求めた。
[α−アルミナへの相転移温度]
示差熱分析計を用いて、大気雰囲気中で1400℃まで速度10℃/分で昇温し、1200〜1300℃の間に現れる発熱反応を示すピークの温度をα−アルミナへの相転移温度として求めた。
[側面破壊強度]
側面破壊強度は錠剤破壊強度測定器を用いて直径5mmの圧子による柱状試料側面の破壊時荷重として測定した。ただし、触媒ペレットの側面破壊強度は富山産業(株)製錠剤破壊強度測定器TH−203MPを用いて測定した。測定前には400℃、1時間の乾燥前処理を行った。測定冶具の径が5mmφであることから、長さ5mm程度のペレットを選定し、長さ補正を行わずに実測値をそのままペレットの側面破壊強度とした。一つのサンプルにつき20ペレットの測定を行い、それらの平均値をそのサンプルの側面破壊強度とした。
[Pf値の測定方法]
混練の度合いはPf値に基づいて調整することができる。Pf値は、混練物を直径33mm、高さ40mmの円柱状の試験体にし、重さ1192gの円盤(直径120mm、高さ7.5mm)を試験体の底面から186mmの高さから落下させ変形した試験体の高さで規定される(Pfefferkornの可塑性試験機;セラミックスの製造プロセス−粉末調整と成形−、窯業協会編集委員会講座小委員会編、社団法人窯業協会、1984)。Pf値が、15mm〜25mmになる程度に混練するのが好ましい。
[実施例1:担体3331、触媒3162]
市販の擬ベーマイト粉体A−1は、平均粒子直径が74μm、比表面積が320m2/g、細孔容積が0.78cm3/g、中央細孔直径が7.9nm、解膠性指数が0.25であった。
この粉体(A−1)1500gに水溶性セルロースエーテル38gとイオン交換水1661グラムを加えてPf値が18.6となるまで混練し、ドウ水分率59.0%の混練物を得た。この場合、ドウに含まれている水分量は、乾燥物重量当り1.44g/g(=0.590/(1−0.590))となり、乾燥粉A−1の細孔容積0.78に対して、184%に相当する。この混練物を、押出成形機を用いて最大径1.9mmの四葉状開口からその混練物を押し出して四葉柱状の成形物とし、乾燥器を用いて130℃で16時間乾燥し、ロータリーキルンを用いて空気流通下において800℃で1時間焼成し、担体3331を得た。この担体は、比表面積が211m2/g、細孔直径50nm以下の細孔容積が0.86cm3/g、細孔直径50nm以上の細孔容積が0.37cm3/g、細孔直径1000nm以上の細孔容積が0.04cm3/g、側面破壊強度が6.8kgfであった。
この担体に、モリブデン酸アンモニウム、硝酸ニッケル及びリン酸を用いて調製した担持液をスプレー法で含浸し、乾燥器を用いて130℃で20時間乾燥し、ロータリーキルンを用いて空気流通下において450℃で25分間焼成し、モリブデンを2.9重量%、ニッケルを1.0重量%、リンを0.6重量%含有する触媒3162を調製した。この触媒は、比表面積が200m2/g、細孔直径50nm以下の細孔容積が0.77cm3/g、細孔直径50nm以上の細孔容積が0.34cm3/g、細孔直径1000nm以上の細孔容積が0.03cm3/g、側面破壊強度が6.3kgfであった。
[実施例2:担体3053、触媒3171]
市販の擬ベーマイト粉体A−2は、平均粒子直径が97μm、比表面積が319m2/g、細孔容積が0.78cm3/g、中央細孔直径が6.3nm、解膠性指数が0.19であった。
この粉体(A−2)450gに水溶性セルロースエーテル12gとイオン交換水569gを加えて、Pf値が21.2となるまで混練し、ドウ水分率58.7%の混練物を得た。この場合、ドウに含まれている水分量は、乾燥物重量当り1.42g/g(=0.587/(1−0.587))となり、乾燥粉A−2の細孔容積0.78に対して、182%に相当する。この混練物を、押出成形機を用いて最大径1.9mmの四葉状開口からその混練物を押し出して四葉柱状の成形物とし、乾燥器を用いて130℃で16時間乾燥し、ロータリーキルンを用いて空気流通下において800℃で1時間焼成し、担体3053を得た。この担体は、比表面積が230m2/g、細孔直径50nm以下の細孔容積が0.86cm3/g、細孔直径50nm以上の細孔容積が0.50cm3/g、細孔直径1000nm以上の細孔容積が0.04cm3/g、側面破壊強度が5.6kgfであった。
この担体に、モリブデン酸アンモニウム、硝酸ニッケル及びリン酸を用いて調製した担持液をスプレー法で含浸し、乾燥器を用いて130℃で20時間乾燥し、ロータリーキルンを用いて空気流通下において450℃で25分間焼成し、モリブデンを3.0重量%、ニッケルを1.0重量%、リンを0.6重量%含有する触媒3171を調製した。この触媒は、比表面積が224m2/g、細孔直径50nm以下の細孔容積が0.79cm3/g、細孔直径50nm以上の細孔容積が0.46cm3/g、細孔直径1000nm以上の細孔容積が0.04cm3/g、側面破壊強度が5.3kgfであった。
[実施例3:担体3066、触媒3182]
市販の擬ベーマイト粉体A−3は、平均粒子直径が31μm、比表面積が345m2/g、細孔容積が0.80cm3/g、中央細孔直径が5.1nm、解膠性指数が0.14であった。
この粉体(A−3)450gに水溶性セルロースエーテル13gとイオン交換水579gを加えてPf値が21.3となるまで混練し、ドウ水分率58.4%の混練物を得た。この場合、ドウに含まれている水分量は、乾燥物重量当り1.40g/g(=0.584/(1−0.584))となり、乾燥粉A−3の細孔容積0.80に対して、175%に相当する。この混練物を、押出成形機を用いて最大径1.9mmの四葉状開口からその混練物を押し出して四葉柱状の成形物とし、乾燥器を用いて130℃で16時間乾燥し、ロータリーキルンを用いて空気流通下において800℃で1時間焼成し、担体3066を得た。この担体は、比表面積が223m2/g、細孔直径50nm以下の細孔容積が0.83cm3/g、細孔直径50nm以上の細孔容積が0.40cm3/g、細孔直径1000nm以上の細孔容積が0.03cm3/g、側面破壊強度が7.1kgfであった。
この担体に、モリブデン酸アンモニウム、硝酸ニッケル及びリン酸を用いて調製した担持液をスプレー法で含浸し、乾燥器を用いて130℃で20時間乾燥し、ロータリーキルンを用いて空気流通下において450℃で25分間焼成し、モリブデンを3.0重量%、ニッケルを1.0重量%、リンを0.6重量%含有する触媒3182を調製した。この触媒は、比表面積が218m2/g、細孔直径50nm以下の細孔容積が0.76cm3/g、細孔直径50nm以上の細孔容積が0.37cm3/g、細孔直径1000nm以上の細孔容積が0.02cm3/g、側面破壊強度が6.4kgfであった。
[実施例4:触媒3077]
市販の擬ベーマイト粉体A−4は、平均粒子直径が23μm、比表面積が344m2/g、細孔容積が0.77cm3/g、中央細孔直径が5.1nm、解膠性指数が0.19であった。
この粉体(A−4)450gに水溶性セルロースエーテル12gとアンモニア性モリブデン水溶液539gを加えてPf値が21.8となるまで混練し、ドウ水分率55.7%の混練物を得た。この場合、ドウに含まれている水分量は、乾燥物重量当り1.26g/g(=0.557/(1−0.557))となり、乾燥粉A−4の細孔容積0.77に対して、163%に相当する。この混練物を、押出成形機を用いて最大径1.9mmの四葉状開口からその混練物を押し出して四葉柱状の成形物とし、乾燥器を用いて130℃で16時間乾燥し、ロータリーキルンを用いて空気流通下において800℃で1時間焼成し、モリブデンを3.0重量%含有する触媒3077を調製した。この触媒は、比表面積が216m2/g、細孔直径50nm以下の細孔容積が0.79cm3/g、細孔直径50nm以上の細孔容積が0.43cm3/g、細孔直径1000nm以上の細孔容積が0.01cm3/g、側面破壊強度が4.7kgfであった。
実施例1〜4で用いた擬ベーマイト粉の特性を、α−アルミナへの相転移温度、並びに(020)及び(120)の結晶子径及び面間隔の測定結果を加えて、表2にまとめた。また、実施例1〜4で作製した担体および触媒の特性を表3にまとめた。
[比較例1:担体3041]
市販の擬ベーマイト粉体Bは、平均粒子直径が65μm、比表面積が351m2/g、細孔容積が0.85cm3/g、中央細孔直径が7.8nm、解膠性指数が0.31であった。
この粉体(B)450gに水溶性セルロースエーテル20gとイオン交換水548gを加えて、Pf値が27.9となるまで混練し、ドウ水分率58.6%の混練物を得た。この場合、ドウに含まれている水分量は、乾燥物重量当り1.42g/g(=0.586/(1−0.586))となり、乾燥粉Bの細孔容積0.85に対して、166%に相当する。この混練物を、押出成形機を用いて最大径1.9mmの四葉状開口からその混練物を押し出して四葉柱状の成形物とし、乾燥器を用いて130℃で16時間乾燥し、ロータリーキルンを用いて空気流通下において800℃で1時間焼成し、担体3041を得た。この担体は、比表面積が214m2/g、細孔直径50nm以下の細孔容積が0.90cm3/g、細孔直径50nm以上の細孔容積が0.02cm3/g、細孔直径1000nm以上の細孔容積が0.00cm3/g、側面破壊強度が14.0kgfであった。解膠性指数が0.31の擬ベーマイト粉体Bを原料に用いた場合には、直径50nm以上の細孔容積が0.05cm3/g以上である担体を調製できなかった。
[比較例2:担体3033]
反応槽において75℃のイオン交換水300Lに75℃に加熱した1M濃度のアルミン酸ナトリウム水溶液125Lと1M濃度の硫酸アルミニウム水溶液127Lを同時に送液し、その間、反応槽内の液のpHが9.0、温度が75℃で一定となるように微調整した。両液の送液は22分で終了し、その後温度を75℃に維持したまま撹拌しながら30分間熟成した。熟成後のスラリーを濾過・洗浄して得た固形分をスプレードライヤーで乾燥して擬ベーマイト粉体C−1を得た。この粉体C−1は、平均粒子直径が58μm、比表面積が326m2/g、細孔容積が0.86cm3/g、中央細孔直径が11.7nm、解膠性指数が0.41であった。
この粉体(C−1)450gに水溶性セルロースエーテル20gとイオン交換水544gを加えて、Pf値が25.8となるまで混練し、ドウ水分率58.5%の混練物を得た。この場合、ドウに含まれている水分量は、乾燥物重量当り1.41g/g(=0.585/(1−0.585))となり、乾燥粉Bの細孔容積0.86に対して、164%に相当する。この混練物を、押出成形機を用いて最大径1.9mmの四葉状開口からその混練物を押し出して四葉柱状の成形物とし、乾燥器を用いて130℃で16時間乾燥し、ロータリーキルンを用いて空気流通下において800℃で1時間焼成し、担体3033を得た。この担体は、比表面積が206m2/g、細孔直径50nm以下の細孔容積が0.96cm3/g、細孔直径50nm以上の細孔容積が0.04cm3/g、細孔直径1000nm以上の細孔容積が0.01cm3/g、側面破壊強度が7.7kgfであった。解膠性指数が0.41の擬ベーマイト粉体C−1を原料に用いた場合には、直径50nm以上の細孔容積が0.05cm3/g以上である担体を調製できなかった。
[比較例3:担体3035]
反応槽において60℃のイオン交換水300Lに60℃に加熱した1M濃度のアルミン酸ナトリウム水溶液125Lと1M濃度の硫酸アルミニウム水溶液127Lを同時に送液し、その間、反応槽内の液のpHが9.0、温度が60℃で一定となるように微調整した。両液の送液は67分で終了し、その後温度を60℃に維持したまま撹拌しながら30分間熟成した。熟成後のスラリーを濾過・洗浄して得た固形分をスプレードライヤーで乾燥して擬ベーマイト粉体C−2を得た。この粉体C−2は、平均粒子直径が34μm、比表面積が291m2/g、細孔容積が0.72cm3/g、中央細孔直径が4.2nm、解膠性指数が0.12であった。
この粉体(C−2)450gに水溶性セルロースエーテル20gとイオン交換水598gを加えてPf値が22.0となるまで混練し、ドウ水分率60.0%の混練物を得た。この場合、ドウに含まれている水分量は、乾燥物重量当り1.50g/g(=0.600/(1−0.600))となり、乾燥粉C−2の細孔容積0.72に対して、208%に相当する。この混練物を、押出成形機を用いて最大径1.9mmの四葉状開口からその混練物を押し出して四葉柱状の成形物とし、乾燥器を用いて130℃で16時間乾燥し、ロータリーキルンを用いて空気流通下において800℃で1時間焼成し、担体3035を得た。この担体は、比表面積が230m2/g、細孔直径50nm以下の細孔容積が0.85cm3/g、細孔直径50nm以上の細孔容積が0.65cm3/g、細孔直径1000nm以上の細孔容積が0.37cm3/g、側面破壊強度が2.7kgfであった。解膠性指数が0.12の擬ベーマイト粉体C−2を原料に用いた場合には、直径50nm以上の細孔容積が0.05cm3/g以上である担体が得られたものの、同時に直径1000nm以上の細孔も多く生成し、強度の低い担体しか調製できなかった。
比較例1〜3で用いた擬ベーマイト粉の特性を、α−アルミナへの相転移温度、並びに(020)(120)の結晶子径および面間隔の測定結果を加えて、表4にまとめた。また、比較例1〜3で作製した担体の特性を表5にまとめた。先に示した実施例の結果からも分るように触媒の細孔容積は担体の細孔容積よりも小さくなることから、比較例1〜3で製造した担体を用いて触媒を製造しても細孔容積は各担体の細孔容積よりも小さくなるので、それらの担体からは本発明に従うバイモーダルの細孔容積特性を備える触媒を得ることができないことが明らかである。
[実施例5:担体Y084S、触媒Y084C]
57℃に加温したイオン交換水に、アルミニウム濃度2.6mol/Lの硫酸アルミニウム水溶液とアルミニウム濃度2.6mol/Lのアルミン酸ソーダ水溶液を同時に注入し、アルミナ沈殿物を生成させた。両液を注入する際、反応温度を60℃、pHを9.0に保持しながら、66分間かけてゆっくりと中和反応を進行させた。その後、さらに30分間、60℃で熟成させた。反応終了時のアルミニウム濃度は0.48mol/Lとなった。この反応で得られたスラリーを濾過、洗浄し、スプレードライヤーにて乾燥して、擬ベーマイト原料粉体Y084を得た。粉体Y084は、平均粒子直径が68μm、比表面積が343m2/g、細孔容積が0.83cm3/g、中央細孔直径が4.7nm、解膠性指数が0.13であった。
この粉体(Y084)1500gに水溶性セルロースエーテル45gと適量のイオン交換水を加えてPf値が21となるまで混練し、ドウ水分率57.4%の混練物を得た。この場合、ドウに含まれている水分量は、乾燥物重量当り1.35g/g(=0.574/(1−0.574))となり、乾燥粉Y084の細孔容積0.83に対して、160%に相当する。この混練物を、押出成形機を用いて最大径1.9mmの四葉状開口から押し出して四葉柱状の成形物とし、乾燥器を用いて130℃で16時間乾燥し、ロータリーキルンを用いて空気流通下において800℃で1時間焼成し、担体Y084Sを得た。
この担体Y084Sに、モリブデン酸アンモニウム、硝酸ニッケル及びリン酸を用いて調製した担持液をスプレー法で含浸し、乾燥器を用いて130℃で20時間乾燥し、ロータリーキルンを用いて空気流通下において450℃で25分間焼成し、モリブデンを3.0重量%、ニッケルを1.0重量%、リンを0.6重量%含有する触媒Y084Cを調製した。この触媒は、比表面積が221m2/g、細孔直径50nm以下の細孔容積が0.77cm3/g、細孔直径50nm以上の細孔容積が0.32cm3/g、細孔直径1000nm以上の細孔容積が0.09cm3/g、側面破壊強度が6.4kgfであった。
[実施例6:担体Y083S、触媒Y083C]
67℃に加温したイオン交換水に、アルミニウム濃度2.6mol/Lの硫酸アルミニウム水溶液とアルミニウム濃度2.6mol/Lのアルミン酸ソーダ水溶液を同時に注入し、アルミナ沈殿物を生成させた。両液を注入する際、反応温度を70℃、pHを9.0に保持しながら、69分間かけてゆっくりと中和反応を進行させた。その後、さらに30分間、70℃で熟成させた。反応終了時のアルミニウム濃度は0.48mol/Lとなった。この反応で得られたスラリーを濾過、洗浄し、スプレードライヤーにて乾燥して、擬ベーマイト原料粉体Y083を得た。粉体Y083は、平均粒子直径が58μm、比表面積が325m2/g、細孔容積が0.72cm3/g、中央細孔直径が5.2nm、解膠性指数が0.13であった。
この粉体(Y083)1500gに水溶性セルロースエーテル459と適量のイオン交換水を加えてPf値が21となるまで混練し、ドウ水分率57.0%の混練物を得た。この場合、ドウに含まれている水分量は、乾燥物重量当り1.33g/g(=0.570/(1−0.570))となり、乾燥粉Y083の細孔容積0.72に対して、184%に相当する。この混練物を、押出成形機を用いて最大径1.9mmの四葉状開口から押し出して四葉柱状の成形物とし、乾燥器を用いて130℃で16時間乾燥し、ロータリーキルンを用いて空気流通下において800℃で1時間焼成し、担体Y083Sを得た。
この担体Y083Sに、モリブデン酸アンモニウム、硝酸ニッケル及びリン酸を用いて調製した担持液をスプレー法で含浸し、乾燥器を用いて130℃で20時間乾燥し、ロータリーキルンを用いて空気流通下において450℃で25分間焼成し、モリブデンを3.0重量%、ニッケルを1.0重量%、リンを0.6重量%含有する触媒Y083Cを調製した。この触媒は、比表面積が198m2/g、細孔直径50nm以下の細孔容積が0.66cm3/g、細孔直径50nm以上の細孔容積が0.34cm3/g、細孔直径1000nm以上の細孔容積が0.06cm3/g、側面破壊強度が5.0kgfであった。
[実施例7:担体Y084S2、触媒Y084C2]
実施例5で調製した粉体(Y084)1500gに水溶性セルロースエーテル45gと適量のイオン交換水を加えてPf値が21となるまで混練し、ドウ水分率59.2%の混練物を得た。この場合、ドウに含まれている水分量は、乾燥物重量当り1.54g/g(=0.592/(1−0.592))となり、乾燥粉Y084の細孔容積0.83に対して、175%に相当する。この混練物を、押出成形機を用いて最大径1.9mmの四葉状開口から押し出して四葉柱状の成形物とし、乾燥器を用いて130℃で16時間乾燥し、ロータリーキルンを用いて空気流通下において800℃で1時間焼成し、担体Y084S2を得た。
この担体Y084S2に、モリブデン酸アンモニウム、硝酸ニッケル及びリン酸を用いて調製した担持液をスプレー法で含浸し、乾燥器を用いて130℃で20時間乾燥し、ロータリーキルンを用いて空気流通下において450℃で25分間焼成し、モリブデンを3.0重量%、ニッケルを1.0重量%、リンを0.6重量%含有する触媒Y084C2を調製した。この触媒は、比表面積が231m2/g、細孔直径50nm以下の細孔容積が0.78cm3/g、細孔直径50nm以上の細孔容積が0.43cm3/g、細孔直径1000nm以上の細孔容積が0.10cm3/g、側面破壊強度が4.7kgfであった。
[実施例8:粉体6059、触媒6059C]
57℃に加温したイオン交換水に、アルミニウム濃度2.6mol/Lの硫酸アルミニウム水溶液とアルミニウム濃度2.6mol/Lのアルミン酸ソーダ水溶液を同時に注入し、アルミナ沈殿物を生成させた。両液を注入する際、反応温度を60℃、pHを9.0に保持しながら、60分間かけてゆっくりと中和反応を進行させた。その後、さらに30分間、60℃で熟成させた。反応終了時のアルミニウム濃度は0.48mol/Lとなった。この反応で得られたスラリーを濾過、洗浄し、スプレードライヤーにて乾燥して、擬ベーマイト原料粉体6059を得た。粉体6059は、平均粒子直径が20μm、比表面積が388m2/g、細孔容積が0.62cm3/g、中央細孔直径が4.4nm、解膠性指数が0.23であった。
この粉体(6059)1500gに水溶性セルロースエーテル45gとアンモニア性モリブデン水溶液を加え、適量のイオン交換水を加えてPf値が21となるまで混練し、ドウ水分率51.0%の混練物を得た。この場合、ドウに含まれている水分量は、乾燥物重量当り1.04g/g(=0.510/(1−0.510))となり、乾燥粉6059の細孔容積0.62に対して、168%に相当する。この混練物を、押出成形機を用いて最大径1.9mmの四葉状開口から押し出して四葉柱状の成形物とし、乾燥器を用いて130℃で16時間乾燥し、ロータリーキルンを用いて空気流通下において800℃で1時間焼成し、モリブデンを3.0重量%含有する触媒6059Cを調製した。この触媒は、比表面積が224m2/g、細孔直径50nm以下の細孔容積が0.68cm3/g、細孔直径50nm以上の細孔容積が0.28cm3/g、細孔直径1000nm以上の細孔容積が0.02cm3/g、側面破壊強度が5.6kgfであった。
実施例5〜8で用いた擬ベーマイト粉の特性を、α−アルミナへの相転移温度、並びに(020)(120)の結晶子径および面間隔の測定結果を加えて、表6にまとめた。また、実施例5〜8で作製した担体および触媒の特性を表7にまとめた。
実施例5及び7の触媒では、α−アルミナの相転移温度がやや高いものの、解膠性指数並びに(020)方向及び(120)方向の結晶子径がいずれも本発明で規定する範囲に含まれているために、本発明で意図するバイモーダルの細孔特性を達成しており、触媒の側面破壊強度も十分である。実施例6の触媒では、α−アルミナの相転移温度がやや高く、(020)方向及び(120)方向の結晶子径がやや大きいものの、解膠性指数が本発明で規定する範囲に含まれているために、本発明で意図するバイモーダルの細孔特性を達成しており、触媒の側面破壊強度も十分である。実施例8で製造した擬ベーマイト粉は、解膠性指数、α−アルミナの相転移温度、並びに(020)方向及び(120)方向の結晶子径はいずれも本発明で規定する範囲内であり、本発明で意図するバイモーダルの細孔特性を達成しており、触媒の側面破壊強度も十分である。
産業上の利用可能性
本発明の水素化精製触媒の製造方法は、一回の焼成でバイモーダルな細孔特性を有する担体及び触媒を製造することができるため、触媒の製造工程を簡略化し、低コストにすることができる。本発明の製造方法で得られた触媒は高い機械的強度を示すため、安定に且つ低ランニングコストで水素化精製を行なうことができる。
Claims (14)
- 細孔直径が50nm以下の細孔容積が0.4cm3/g以上であり、細孔直径が50nm以上の細孔容積が0.2cm3/g以上であり、かつ、細孔直径が1000nm以上の細孔容積が0.1cm3/g以下であり、無機酸化物担体と水素化活性金属を含有する水素化精製触媒の製造方法であって、
解膠性指数が0.13〜0.28である擬ベーマイト粉を混合及び成形する工程と、
成形した擬ベーマイトを、擬ベーマイトがγ−アルミナとなる条件で焼成する工程とを含む水素化精製触媒の製造方法。 - さらに、焼成した擬ベーマイトに水素化活性金属を含有させる工程を含む請求項1に記載の水素化精製触媒の製造方法。
- 擬ベーマイト粉を混合・成形する工程において、擬ベーマイト粉に水素化活性金属を含有させる請求項1に記載の水素化精製触媒の製造方法。
- 上記擬ベーマイト粉の(020)方向の結晶子径が2.0〜3.0nm、であり(120)方向の結晶子径が3.2〜4.8nmである請求項1〜3のいずれか一項に記載の水素化精製触媒の製造方法。
- 上記擬ベーマイト粉を、酸性アルミニウム溶液とアルカリ性アルミニウム溶液を所定条件下で中和反応させて製造する請求項4に記載の水素化精製触媒の製造方法。
- 上記擬ベーマイト粉のα−アルミナへの相転移温度が1220〜1240℃である請求項1〜3のいずれか一項に記載の水素化精製触媒の製造方法。
- 上記擬ベーマイト粉を、酸性アルミニウム溶液とアルカリ性アルミニウム溶液を所定条件下で中和反応させて製造する請求項6に記載の水素化精製触媒の製造方法。
- 細孔直径が50nm以下の細孔容積が0.4cm3/g以上であり、細孔直径が50nm以上の細孔容積が0.2cm3/g以上であり、かつ、細孔直径が1000nm以上の細孔容積が0.1cm3/g以下であり、無機酸化物担体と水素化活性金属を含有する水素化精製触媒の製造方法であって、
(020)方向の結晶子径が2.0〜3.0nm、かつ、(120)方向の結晶子径が3.2〜4.8nmである擬ベーマイト粉を混合及び成形する工程と、
成形した擬ベーマイトを擬ベーマイトがγ−アルミナとなる条件で焼成する工程とを含む水素化精製触媒の製造方法。 - さらに、焼成した擬ベーマイトに水素化活性金属を含有させる工程を含む請求項8に記載の水素化精製触媒の製造方法。
- 擬ベーマイト粉を混合及び成形する工程において、擬ベーマイト粉に水素化活性金属を含有させる請求項8に記載の水素化精製触媒の製造方法。
- 上記擬ベーマイト粉のα−アルミナへの相転移温度が1220〜1240℃である請求項8〜10のいずれか一項に記載の水素化精製触媒の製造方法。
- 細孔直径が50nm以下の細孔容積が0.4cm3/g以上であり、細孔直径が50nm以上の細孔容積が0.2cm3/g以上であり、かつ、細孔直径が1000nm以上の細孔容積が0.1cm3/g以下であり、無機酸化物担体と水素化活性金属を含有する水素化精製触媒の製造方法であって、
α−アルミナへの相転移温度が1220〜1240℃である擬ベーマイト粉を混合及び成形する工程と、
成形した擬ベーマイトを擬ベーマイトがγ−アルミナとなる条件で焼成する工程とを含む水素化精製触媒の製造方法。 - さらに、焼成した擬ベーマイトに水素化活性金属を含有させる工程を含む請求項12に記載の水素化精製触媒の製造方法。
- 擬ベーマイト粉を混合及び成形する工程において、擬ベーマイト粉に水素化活性金属を含有させる請求項12に記載の水素化精製触媒の製造方法。
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