KR20180045136A - Process of desulfurization and denitrification of heavy oil using water - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a desulfurization and denitrification method for heavy crude oil, and more specifically, to a catalyst which removes sulfur and nitrogen from heavy crude oil and process by-products by using water, and to a desulfurization and denitrification process including the use of the catalyst. The desulfurization and denitrification process according to the present invention can remove sulfur and nitrogen in an efficient manner through a reaction of heavy crude oil and steam, and shows removal efficiency comparable to when using hydrogen, and thus has the advantage of reducing the process cost incurred by the use of hydrogen.

Description

물을 이용한 중질유의 탈황 및 탈질 처리 공정{Process of desulfurization and denitrification of heavy oil using water}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a process for desulfurization and denitrification of heavy oil using water,

본 발명은 중질유의 개질(upgrading)에 관한 것으로, 상세하게는 수증기를 이용하여 중질 원유 및 공정 부산 물 내 황 및 질소를 제거하는 촉매 및 그 촉매를 이용하는 것을 포함하는 탈황 및 탈질 처리 공정에 관한 것이다.The present invention relates to the upgrading of heavy oil, and more particularly, to a desulfurization and denitrification process involving the use of a catalyst for removing sulfur and nitrogen in heavy crude oil and process by-products using water vapor .

원유의 정제는 크게 단순 정제와 고도화 정제로 나눌 수 있다. 단순 정제는 통상적으로 원유를 340℃ 이상으로 가열하여 원유에 포함되는 성분들의 끓는점 차이를 이용하여 분리하는 것으로 상압증류시설(Atmospheric Distillation Unit or Crude Distillation Unit, ADU/CDU)이 대표적이다. 이에 반해 고도화 정제공정은 중질유를 대상으로 다시 가공, 분해 및 탈황 등의 공정을 거쳐 휘발유, 경유, 등유 등을 생산하는 공정이다. The refining of crude oil can be roughly divided into simple refining and upgrading refining. Simple refining is typically performed by heating the crude oil to 340 ° C or higher and separating it using the difference in boiling point of the components contained in the crude oil. An atmospheric distillation unit or a crude distillation unit (ADU / CDU) is typical. On the other hand, the advanced refining process is a process to produce gasoline, diesel oil, kerosene, etc. through processes such as processing, decomposition and desulfurization.

고도화 정제공정은 다시 중질유분해공정과 중질유탈황공정으로 구분할 수 있는데, 이중 중질유분해공정은 수소화 촉매를 이용하여 고유황의 중질유에 화학반응을 일으켜 휘발유, 등유, 경유 등을 생산하는 공정이다. 중질유분해공정은 수첨분해(hydrocracking)와 촉매접촉분해(catalytic cracking)로 구분되는데, 촉매접촉분해의 경우 수소를 첨가하는 반응이 아니므로 중질유를 탈황하여 공급하여야 한다.The advanced refining process can be divided into a heavy oil separation process and a heavy oil desulfurization process. The heavy oil separation process is a process of producing a gasoline, a kerosene, and a light oil by causing a chemical reaction with heavy sulfur oil using a hydrogenation catalyst. The cracking process of heavy oil is divided into hydrocracking and catalytic cracking. In case of catalytic cracking, it is not a reaction to add hydrogen, so the heavy oil should be supplied by desulfurization.

수첨분해는 고온, 고압 및 촉매의 존재 하에서 수소를 첨가하여 중질유를 분해한 다음 성분을 분리하는 것으로, 확보가 어렵고 값비싼 수소를 이용하여 중질유를 분해하므로 가공비용이 증가하는 단점이 있다.Hydrogenolysis is disadvantageous in that it decomposes the heavy oil by adding hydrogen in the presence of high temperature, high pressure and catalyst and then separates the components, which is difficult to secure and decomposes the heavy oil by using expensive hydrogen.

최근 이러한 문제점을 해결하기 위해 수소 대신에 확보가 용이하고 저렴한 물을 이용하여 중질유를 처리하는 기술이 각광을 받고 있다. 이는 처리 온도에 따라 크게 세 가지로 나눌 수 있는데, 첫 번째는 중질유와 물을 고온에서 반응시켜 중질유를 완전 경질화하는 것이며, 두 번째는 중질유와 물을 코크를 생성하지 않는 중질유의 visbreaking 온도 근처에서 반응시켜 중질유를 처리하는 기술이며, 마지막으로, 중질유나 비투멘의 시추 과정에서 주입되는 증기의 온도 근처에서 반응시켜 중질유의 점도를 저감시키는 기술이다.In order to solve these problems, a technique of treating heavy oil by using water which is easy to obtain instead of hydrogen and which is inexpensive water is getting popular. The first is to react the heavy oil and water at high temperature to complete the hardening of the heavy oil. The second is to remove the heavy oil and water from the visbreaking temperature of the heavy oil which does not produce coke And the final step is to reduce the viscosity of the heavy oil by reacting near the temperature of the steam injected in the drilling process of the heavy oil or the bithumen.

첫 번째 기술의 예로는 US4743357, JP2002-129171 등과 같이 중질유를 470℃ 이상에서 물과 철계 촉매와 반응시켜 중질유를 경질화하는 것을 들 수 있는데, 주로 철계 촉매를 이용하며, 비교적 고온에서 반응을 수행하여야 한다는 단점이 있다. 또한 수소에 비해 반응성이 떨어지는 물을 사용함에 따라 대량의 코크가 발생한다는 문제점이 있다.Examples of the first technique include a method in which heavy oil is reacted with water and an iron-based catalyst at 470 DEG C or higher, such as US4743357 and JP2002-129171, to harden the heavy oil, and the reaction is preferably carried out at a relatively high temperature . Also, there is a problem that a large amount of coke is generated due to the use of water which is less reactive than hydrogen.

두 번째 기술의 예로는 비교적 낮은 온도인 430℃에서 알칼리 금속 및 니켈을 포함하는 촉매 존재 하에서 물과 반응시켜 경질화하는 것을 들 수 있는데, 촉매의 형태가 에멀젼으로, 코크를 발생시키지 않는 장점이 있으나, 경질화 정도가 낮다는 단점이 있다.An example of the second technique is to react with water in the presence of a catalyst containing an alkali metal and nickel at a relatively low temperature of 430 ° C to harden the catalyst. The catalyst is in the form of an emulsion, which does not generate coke , And the degree of hardening is low.

이와 같이 수소 대신 확보가 용이한 물을 이용하면서도 높은 황 및 질소 제거율을 가질 수 있는 공정의 개발이 요구되는 실정이다.Thus, it is required to develop a process capable of having a high sulfur and nitrogen removal rate while using water that can be easily secured instead of hydrogen.

미국등록특허 4,743,357(1988.05.10)United States Patent 4,743,357 (May 5, 1988) 일본공개특허 2002-129171(2002.05.09)Japanese Unexamined Patent Publication No. 2002-129171 (May, 2002) 일본공개특허 2006-007151(2006.01.12)Japanese Patent Laid-Open No. 2006-007151 (Jan. 12, 2006) 일본공개특허 2012-121977(2012.06.28)Japanese Patent Application No. 2012-121977 (June 28, 2012) 한국공개특허 2014-0065511(2014.05.30)Korean Patent Publication No. 2014-0065511 (2014.05.30)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 상세하게는 수증기를 이용하여 촉매 존재 하에서 황 및 질소 성분을 효율적으로 제거하고, 이에 따라 중질유의 점도를 저감시키는 중질유의 탈황 및 탈질 처리 공정에 관한 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a desulfurization and denitration treatment process of heavy oil which efficiently removes sulfur and nitrogen components in the presence of a catalyst using steam, .

또한, 본 발명은 저온에서 실시될 수 있으며, 반응성이 낮은 물을 사용하면서도 코크의 발생량을 효율적으로 억제할 수 있는 중질유의 탈황 및 탈질 처리 공정을 제공하는 것을 목적으로 한다. Another object of the present invention is to provide a process for desulfurization and denitrification of heavy oil which can be carried out at a low temperature and which can effectively suppress the production of coke while using water having low reactivity.

본 발명은 물을 이용한 중질유의 탈황 및 탈질 처리 공정에 관한 것으로, 반응기에 중질유 및 물을 투입한 다음, 200 내지 420℃의 온도범위에서 반응시키며, 상기 반응은 하기 화학식 1의 구조를 가지는 화합물을 황화 처리한 촉매 존재 하에서 실시되는 것을 특징으로 하는 물을 이용한 중질유의 탈황 및 탈질 처리 방법을 제공한다. The present invention relates to a process for desulfurization and denitrification of heavy oil using water, wherein heavy oil and water are introduced into a reactor and then reacted at a temperature in the range of 200 to 420 ° C, The present invention also provides a method for treating desulfurization and denitrification of heavy oil using water, which is carried out in the presence of a sulfurized catalyst.

[화학식 1][Chemical Formula 1]

(Mo)a(W)b(M1)c(M2)d(Mo) a (W) b (M1) c (M2) d

(상기 화학식 1에서 M1 및 M2는 서로 상이한 것으로 ⅧA족 원소 군에서 선택되는 어느 하나의 금속 원소이고, a, b, c 및 d의 중량비는 각각 0 ≤ a ≤ 0.4, 0 ≤ b ≤ 0.4, 0 < c ≤ 0.2 및 0 < d ≤ 0.2 이되, a 및 b가 동시에 0인 경우는 제외한다.)(Wherein M1 and M2 are different from each other and are any metal element selected from the Group VIII A element group, and the weight ratios of a, b, c and d are 0? A? 0.4, 0? B? 0.4, <c ≤ 0.2 and 0 <d ≤ 0.2, except when a and b are 0 at the same time.)

본 발명의 일 실시예에 따른 물을 이용한 중질유의 탈황 및 탈질 처리 방법에 있어서, 상기 M1 및 M2는 각각 서로 독립적으로 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 팔라듐(Pd) 및 백금(Pt) 중에서 선택되는 어느 하나의 금속 원소인 것일 수 있다. In the method of treating desulfurization and denitrification of heavy oil using water according to an embodiment of the present invention, M 1 and M 2 are each independently Fe, Co, Ni, Pd ), And platinum (Pt).

본 발명의 일 실시예에 따른 물을 이용한 중질유의 탈황 및 탈질 처리 방법에 있어서, 상기 화합물은 하기 식 1을 만족하는 것일 수 있다. In the method for treating desulfurization and denitrification of heavy oil using water according to an embodiment of the present invention, the compound may be one satisfying the following formula (1).

[식 1] 0.5 ≤ (a+b)/(c+d) ≤ 120.5? (A + b) / (c + d)? 12

(상기 식 1에서, a, b, c 및 d는 상기 화학식 1에서의 중량비와 동일한 것이다.)(In the above formula 1, a, b, c and d are the same as the weight ratio in the formula (1).)

본 발명의 일 실시예에 따른 물을 이용한 중질유의 탈황 및 탈질 처리 방법에 있어서, 상기 촉매는 a) 지지체 입자에 ① 몰리브덴, 텅스텐 또는 이들의 혼합 성분을 포함하는 전구체 및 ② ⅧA족 성분을 포함하는 프로모터 금속 전구체를 포함하는 제 1 함침 용액으로 함침시켜 원소 함침된 지지체를 제공하는 단계; b) 상기 원소 함침된 지지체를 하소하는 단계; c) 상기 b) 단계 지지체에 ① 몰리브덴, 텅스텐 또는 이들의 혼합 성분을 포함하는 전구체 및 ② ⅧA족 성분을 포함하는 프로모터 금속 전구체를 포함하는 제 2 함침 용액을 함침시키는 단계; 및 d) 상기 c) 단계 지지체를 하소한 후, 황화수소 및 수소의 혼합기체와 함께 가열시켜 촉매를 제조하는 단계;를 포함할 수 있다. In the desulfurization and denitration treatment method of heavy oil using water according to an embodiment of the present invention, the catalyst comprises a) a precursor containing molybdenum, tungsten or a mixture thereof, Impregnating the substrate with a first impregnation solution comprising a promoter metal precursor to provide an element-impregnated support; b) calcining the element-impregnated support; c) impregnating the second impregnation solution comprising the promoter metal precursor including molybdenum, tungsten, or a mixed component thereof and a promoter metal precursor including the? And d) calcining the c) step support, followed by heating with a mixed gas of hydrogen sulfide and hydrogen to produce a catalyst.

본 발명의 일 실시예에 따른 물을 이용한 중질유의 탈황 및 탈질 처리 방법에 있어서, 상기 지지체는 알루미나, 실리카, 실리카-알루미나, 마그네시아, 지르코니아, 보리아 및 티타니아 중에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. In the method for treating desulfurization and denitrification of heavy oil using water according to an embodiment of the present invention, the support may be any one selected from alumina, silica, silica-alumina, magnesia, zirconia, boria and titania, .

본 발명의 일 실시예에 따른 물을 이용한 중질유의 탈황 및 탈질 처리 방법에 있어서, 상기 반응은 촉매가 수납된 반응기에 캐리어 가스를 이용하여 중질유와 물을 공급하는 단계 20 내지 200 bar 압력 하에서 200 내지 420℃로 가열하는 단계 및 중질유와 황산화물 및 질산화물을 분리하여 처리하는 단계를 포함할 수 있다. In the method of treating desulfurization and denitrification of heavy oil using water according to an embodiment of the present invention, the reaction is carried out at a pressure of 20 to 200 bar under a pressure of 200 to 200 bar for supplying heavy oil and water to the reactor, Heating to 420 DEG C and separately treating the heavy oil, sulfur oxide and nitric oxide.

본 발명의 일 실시예에 따른 물을 이용한 중질유의 탈황 및 탈질 처리 방법에 있어서, 상기 캐리어 가스는 수증기와 질소 또는 수증기와 수소의 혼합 가스일 수 있다. In the method of treating desulfurization and denitrification of heavy oil using water according to an embodiment of the present invention, the carrier gas may be a mixed gas of steam and nitrogen or water vapor and hydrogen.

본 발명에 따른 물을 이용한 중질유의 탈황 및 탈질 처리 공정은 중질유와 수증기의 반응을 통해 황 및 질소를 효율적으로 저감할 수 있으며, 특히 기존의 수소를 이용한 공정과 비교하여 반응성이 낮은 물을 이용함에도 불구하고, 수소 사용 시와 거의 동등한 저감 효율을 보여 수소 사용에 따른 공정 비용을 줄일 수 있는 장점이 있다.The desulfurization and denitrification process of heavy oil using water according to the present invention can efficiently reduce sulfur and nitrogen through the reaction of heavy oil with water vapor and particularly, However, the reduction efficiency is almost the same as that in the case of using hydrogen, which is advantageous in reducing the process cost due to the use of hydrogen.

또한, 기존의 물을 이용한 개질 기술에 비해 코크 발생량을 획기적으로 줄일 수 있으며, 처리된 중질유의 점도를 저감시킬 수 있어 처리가 끝난 중질유를 보다 용이하게 취급 및 운송할 수 있는 장점이 있다. Further, the amount of generated coke can be drastically reduced as compared with the conventional water-based reforming technique, viscosity of the treated heavy oil can be reduced, and the treated heavy oil can be easily handled and transported.

이하, 본 발명에 따른 물을 이용한 중질유의 탈황 및 탈질 처리 공정에 대하여 상세히 설명한다. 다만, 이는 발명의 하나의 예시로서 제시되는 것으로, 반드시 이에 의해 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니며, 발명의 권리범위 내에서 구현예에 대한 다양한 변형이 가능함은 당업자에게 자명하다. 이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어는 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가진다. 또한, 본 명세서 전체에서 특별한 언급이 없는 한 “포함” 또는 “함유”라 함은 어떤 구성요소를 별다른 제한 없이 포함함을 지칭하며, 다른 구성 요소의 부가를 제외하는 것으로 해석되지 않는다.Hereinafter, the process for desulfurization and denitrification of heavy oil using water according to the present invention will be described in detail. It is to be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. The technical terms and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs, unless otherwise defined. Also, unless otherwise specified throughout this specification, &quot; comprising &quot; or &quot; containing &quot; refers to including any element without limitation, and is not to be construed as excluding the addition of other elements.

본 발명에서 용어 "처리(treatment)", "처리된(treated)", "개질(upgrade)", "개질(upgrading)" 및 "개질된(upgraded)"이 중질유 공급원료과 함께 사용되는 경우, 이는 수소 처리되고 있거나 수소 처리된 중질유 공급원료 혹은 중질유 공급원료의 분자량의 감소, 중질유 공급원료의 비등점 범위의 감소, 아스팔텐 밀도의 감소, 탄화수소 유리기 밀도의 감소 또는 황, 질소, 산소, 할라이드의 금속과 같은 불순물을 감소시킨 결과물 또는 원유 생성물을 의미한다. 이때, 수소란 수소 또는 이의 화합물 또는 중질유 공급물 및 촉매제의 존재 하에서 반응하여 수소를 제공하는 화합물을 의미한다.The terms "treatment", "treated", "upgrading", "upgrading" and "upgraded" are used in conjunction with the heavy oil feedstock in the present invention, Reducing the molecular weight of the hydrogenated or hydrotreated heavy or heavy oil feedstock, reducing the boiling point range of the heavy oil feedstock, decreasing the asphaltene density, reducing the hydrocarbon free radical density, or reducing the sulfur and nitrogen, oxygen, Quot; means a product or crude product that has reduced the same impurities. Here, hydrogen means a compound which reacts in the presence of hydrogen or a compound thereof or a heavy oil feed and a catalyst to provide hydrogen.

또한, 본 발명에서 "공정"은 "수소첨가처리(hydroprocessing)", (수소화분해(hydrocracking) 또는 수소전환 (hydroconversion))인 것으로 언급되며, 상기 수소첨가처리는 수소전환, 수소화분해, 수소화반응 (hydrogenation), 수소첨가처리, 수소탈황 (hydrodesulfurization), 수소탈질소(hydrodenitrification), 수소탈금속화 (hydrodemetallization), 수소탈방향족화 (hydrodearomatization), 수소이성질화 (hydroisomerization), 수소탈랍 (hydrodewaxing), 그리고 선별적 수소화 분해를 비롯한 수소화 분해가 포함되지만 이들에 제한되지 않고, 수소의 존재에서 수행되는 임의의 과정을 의미한다. Also, in the present invention, the term "process" is referred to as being "hydroprocessing", (hydrocracking or hydroconversion), and the hydrogenation treatment may be hydrogen conversion, hydrogenolysis, hydrogenation, hydrogenation, hydrodesulfurization, hydrodenitrification, hydrodemetallization, hydrodearomatization, hydroisomerization, hydrodewaxing, hydrodesulfurization, hydrodesulfurization, And hydrogenolysis, including selective hydrogenolysis, but is not limited thereto, and refers to any process carried out in the presence of hydrogen.

본 발명에서 언급된 주기율표는 IUPAC 및 미국 국립 표준국 (U.S. National Bureau of Standards)이 승인한 표이며, 예로는 2001년 10월 발표된 Los Alamos National Laboratory's Chemistry Division 에 의한 원소 주기율표를 들 수 있다.The periodic table referred to in the present invention is a table approved by IUPAC and the US National Bureau of Standards, for example, the Periodic Table of the Elements according to the Los Alamos National Laboratory's Chemistry Division, published in October 2001.

본 발명에서 "금속" 은 이들의 원소, 화합물, 또는 이온 형태의 시약들을 포함할 수 있다. 또한 "금속 전구체" 는 공정에 공급된 금속 화합물을 포함할 수 있다. 단수형인 용어 "금속" 또는 "금속 전구체" 는 단일 금속 또는 금속 전구체, 즉, ⅥB족 또는 프로모터 금속들에 한정되지 않을 뿐 아니라, 금속들의 혼합물들에 대한 복수 형태들도 포함할 수 있다. "용질 상태에서 (in the solute state)" 는 금속 성분이 양성자성 액체 형태인 것을 의미한다.The term "metal" in the present invention may include reagents in the form of their elemental, compound, or ionic form. The "metal precursor" may also include metal compounds supplied to the process. The term " metal "or" metal precursor "in the singular is not limited to a single metal or metal precursor, i.e., Group VIB or promoter metals, but may also include multiple forms for mixtures of metals. "In the solute state" means that the metal component is in the form of a protic liquid.

본 발명에서 "ⅥB족 금속" 은 크롬, 몰리브덴, 텅스텐 및 이들의 조합의 원소, 화합물 또는 이온 형태를 포함할 수 있다.In the present invention, "Group VIB metal" may include elemental, compound or ionic forms of chromium, molybdenum, tungsten and combinations thereof.

본 발명에서 "프로모터 금속 (promoter metal)" 은 ⅣB족, ⅧA족, ⅡB족, ⅡA족, ⅣA족 및 이들의 조합 중에서 선택되는 어느 하나의 성분 어느 것으로부터 선택된 금속의 원소, 화합물 또는 이온 형태를 의미한다. 상기 프로모터 금속은 Mo, W 등 1차 금속(primary metal)의 촉매 활성을 증가시키며, 1차 금속보다 더 적은 양으로 존재할 수 있다. In the present invention, the term "promoter metal" means an element, compound or ion form of a metal selected from any one of the elements selected from Groups IVB, VIIIIA, IIB, IIA, IVA, it means. The promoter metal increases the catalytic activity of the primary metal such as Mo and W, and may be present in a smaller amount than the primary metal.

본 발명에서 ⅣB족 원소는 구 IUPAC에 따른 주기율표에서 14족 원소를 통칭하는 것으로, 그 중 게르마늄(Ge), 주석(Sn), 납(Pb) 등을 포함할 수 있다.In the present invention, the group IVB element refers to a group 14 element in the periodic table according to the former IUPAC, and may include germanium (Ge), tin (Sn), lead (Pb) and the like.

본 발명에서 ⅧA족 원소는 구 IUPAC에 따른 주기율표에서 8족 내지 10족 원소를 통칭하는 것으로, 철(Fe), 루테늄(Ru), 오스뮴(Os), 하슘(Hs), 코발트(Co), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 마이트너륨(Mt), 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 디름스타튬(Ds) 등을 포함할 수 있다.In the present invention, the group VIII A element collectively refers to an element belonging to group 8 to group 10 in the periodic table according to the former IUPAC, and includes iron (Fe), ruthenium (Ru), osmium (Os), hydrosium (Hs), cobalt (Rh), iridium (Ir), manganese (Mt), nickel (Ni), palladium (Pd), platinum (Pt), and diamstantium (Ds).

본 발명에서 ⅡB족 원소는 구 IUPAC에 따른 주기율표에서 12족 원소를 통칭하는 것으로, 아연(Zn), 카드뮴(Cd), 수은(Hg) 등을 포함할 수 있다.In the present invention, the group IIB element refers to a group 12 element in the periodic table according to the former IUPAC, and may include zinc (Zn), cadmium (Cd), mercury (Hg), and the like.

본 발명에서 ⅡA족 원소는 구 IUPAC에 따른 주기율표에서 2족 원소를 통칭하는 것으로, 베릴륨(Be), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba) 등을 포함할 수 있다.In the present invention, the Group IIA element refers to a Group 2 element in the periodic table according to the former IUPAC and may include beryllium (Be), magnesium (Mg), calcium (Ca), strontium (Sr), barium have.

본 발명에서 ⅣA족 원소는 구 IUPAC에 따른 주기율표에서 4족 원소를 통칭하는 것으로 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf) 등을 포함할 수 있다.In the present invention, the Group IVA element refers to a Group 4 element in the periodic table according to the former IUPAC and may include titanium (Ti), zirconium (Zr), hafnium (Hf) and the like.

또한, 본 발명에서 "중질유 공급물" 또는 "중질유 공급원료"는 잔사유, 석탄, 비투멘, 셰일 오일(shale oil), 오일 샌드(tar sand) 등을 포함하는 중질 및 초중질 원유를 나타낼 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 또한, 중질유 공급원료는 용액, 반고체 또는 고체일 수 있다. 본 발명에서 개질될 수 있는 중질유 공급원료의 일예로는 캐나다산 타르 샌드, Brazilian Santos 및 Campos basins 의 감압 잔사유, Egyptian Gulf of Suez, Chad, Venezuelan Zulia, Malaysia, Indonesia Sumatra 등을 포함할 수 있으나 이에 한정되지는 않는다. Also, in the present invention, the term "heavy oil feed" or "heavy oil feedstock" may refer to heavy and super crude oil, including residues, coal, bitumen, shale oil, tar sand, But is not limited thereto. In addition, the heavy oil feedstock may be in solution, semi-solid or solid. Examples of the heavy oil feedstock that can be modified in the present invention include Canadian tar sands, Brazilian Santos and decompression residues of Campos basins, Egyptian Gulf of Suez, Chad, Venezuelan Zulia, Malaysia and Indonesia Sumatra. But is not limited to.

본 발명에 따른 공정은 물 및 촉매 존재 하에서 실시되는 중질유의 탈황 및 탈질 처리 공정으로, 반응기에 중질유 및 물을 주입한 다음, 승온시켜 반응시킨다. 이때, 반응 온도범위는 200 내지 420℃, 바람직하게는 250 내지 400℃의 온도범위에서 실시하는 것이 좋다. 또한, 상기 물은 중질유 100중량부에 대하여 1 내지 500 중량부 사용되는 것이 좋다. The process according to the present invention is a process for desulfurization and denitrification treatment of heavy oil which is carried out in the presence of water and a catalyst. The reactor is charged with heavy oil and water, and then heated to react. In this case, the reaction temperature range is preferably 200 to 420 ° C, preferably 250 to 400 ° C. The water may be used in an amount of 1 to 500 parts by weight based on 100 parts by weight of the heavy oil.

본 발명에 따른 중질유의 탈황 및 탈질 공정은 하기 화학식 1의 구조를 가지는 화합물을 황화 처리한 촉매 존재 하에서 반응시키는 것을 특징으로 한다. The desulfurization and denitrification process of the heavy oil according to the present invention is characterized in that the compound having the structure represented by the following formula 1 is reacted in the presence of a sulfurized catalyst.

[화학식 1][Chemical Formula 1]

(Mo)a(W)b(M1)c(M2)d (Mo) a (W) b (M 1 ) c (M 2 ) d

(상기 화학식 1에서 M1 및 M2는 서로 상이한 것으로 ⅧA족 원소 군에서 선택되는 어느 하나의 금속 원소이고, a, b, c 및 d의 중량비는 각각 0 ≤ a ≤ 0.4, 0 ≤ b ≤ 0.4, 0 < c ≤ 0.2 및 0 < d ≤ 0.2 이되, a 및 b가 동시에 0인 경우는 제외한다.)(Wherein M 1 and M 2 are different from each other and are any metal element selected from the Group VIII A element group, and the weight ratios of a, b, c and d are 0 ≤ a ≤ 0.4, 0 ≤ b ≤ 0.4 , 0 <c? 0.2 and 0 <d? 0.2, except that a and b are 0 at the same time.)

상기 촉매는 지지체 상에 도입되는 높은 로딩 수준의 1종 이상의 활성 금속 또는 활성 금속 전구체를 더 포함할 수 있다. 활성 금속 또는 금속들은, 일반적으로 지지체 재료 내에 또는 상에 활성 금속 또는 금속들을 도입하는 것으로 공지된 임의의 표준 용액 함침 방법에 의해 지지체 재료 내에 도입할 수 있다. 다중 함침은 추가적 열 처리와 조합으로 실시될 수 있다. The catalyst may further comprise at least one active metal or active metal precursor with a high loading level which is introduced onto the support. The active metal or metals may be introduced into the support material by any standard solution impregnation method generally known to introduce active metals or metals into or onto the support material. Multiple impregnations can be carried out in combination with additional heat treatment.

본 발명에서 상기 화학식 1로 표기된 화합물 조성에서 Mo는 ⅥB족 금속 중 하나인 몰리브덴을 의미하며, W는 ⅥB족 금속 중 하나인 텅스텐을 의미한다.In the present invention, in the composition of the compound represented by Formula 1, Mo means molybdenum, which is one of the Group VIB metals, and W means tungsten, which is one of the Group VIB metals.

상기 화학식 1에서 M1 및 M2는 선택적으로 존재할 수 있으며, 촉매 성분 중 프로모터 금속으로의 기능을 한다. 상기 M1 및 M2는 각각 서로 독립적으로 철, 루테늄, 오스뮴, 하슘, 코발트, 로듐, 이리듐, 마이트너륨, 니켈, 팔라듐, 백금 등의 ⅧA족 금속 중 하나인 것일 수 있으며, 바람직하게는 철, 코발트, 니켈, 팔라듐 및 백금 중 어느 하나인 것을 사용하는 것이 더욱 좋다. In the above formula (1), M 1 and M 2 may be optionally present and function as a promoter metal in the catalyst component. M 1 and M 2 may each independently be one of Group VIII A metals such as iron, ruthenium, osmium, cesium, cobalt, rhodium, iridium, , Cobalt, nickel, palladium, and platinum.

상기 화학식 1에서 a, b, c 및 d는 각 구성성분들의 총 중랑비를 나타내며, 이 중 a 및 b는 0 내지 0.8의 값을 가질 수 있다. 즉, 상기 화합물의 성분은 몰리브덴 및 텅스텐 중 어느 하나의 금속만을 포함할 수도 있다. 다만 a 및 b가 모두 0인 경우는 제외된다. 또한 a 및 b가 모두 0이 아닌 경우, 몰리브덴 대 텅스텐의 혼합 중량비는 9:1 내지 1:9 범위인 것이 좋으며, 바람직하게는 5:1 내지 1:5인 것이 더욱 좋다. 또한, 상기 c 및 d가 모두 0인 경우는 제외된다. A, b, c, and d in the above formula (1) represent the total weight ratio of each component, and a and b may have a value of 0 to 0.8. That is, the component of the compound may include only one of molybdenum and tungsten. Provided that a and b are all zero. When both of a and b are not 0, the mixing weight ratio of molybdenum to tungsten is preferably in the range of 9: 1 to 1: 9, more preferably 5: 1 to 1: 5. In addition, the case where both c and d are 0 is excluded.

본 발명에서 상기 촉매는In the present invention,

a) 지지체에 ① 몰리브덴, 텅스텐 또는 이들의 혼합 성분을 포함하는 전구체 및 ② ⅧA족 성분을 포함하는 프로모터 금속 전구체를 포함하는 제 1 함침 용액으로 함침시켜 원소 함침된 지지체를 제공하는 단계;a) impregnating the support with a first impregnation solution comprising: a precursor comprising molybdenum, tungsten or a mixture thereof; and a promoter metal precursor comprising a constituent of VIIIIA family, thereby providing an element-impregnated support;

b) 상기 원소 함침된 지지체를 하소하는 단계;b) calcining the element-impregnated support;

c) 상기 b) 단계 지지체에 ① 몰리브덴, 텅스텐 또는 이들의 혼합 성분을 포함하는 전구체 및 ② ⅧA족 성분을 포함하는 프로모터 금속 전구체를 포함하는 제 2 함침 용액을 함침시키는 단계; 및c) impregnating the second impregnation solution comprising the promoter metal precursor including molybdenum, tungsten, or a mixed component thereof and a promoter metal precursor including the? And

d) 상기 c) 단계 지지체를 하소한 후, 황화수소 및 수소의 혼합기체와 함께 가열시켜 촉매를 제조하는 단계를 포함하여 제조될 수 있다. d) calcining the c) step support, followed by heating with a mixed gas of hydrogen sulfide and hydrogen to prepare a catalyst.

이때, 상기 지지체는 촉매 활성 금속 성분을 담지할 수 있는 입자일 수 있으며, 무기 산화물을 지지체로 사용할 수 있다. 상기 무기 산화물로는 알루미나, 실리카, 무정형 실리카-알루미나, 결정형 실리카-알루미나(제올라이트), 마그네시아, 지르코니아, 보리아, 티타니아 및 이들의 혼합물을 포함할 수 있으며, 구체적으로, ZSM-5, ZSM-12, ZSM-21, ZSM-22, ZSM-23, ZSM-35, ZSM-38, ZSM-48, ZSM-57, SSZ-32, ferrite, SAPO-11, SAPO-31, SAPO-41, MAPO-11, MAPO-31, X-zeolite, Y-zeolite, L-zeolite, beta-zeolite, SBA-15, MCM-41, MCM-48 등을 사용할 수 있다.At this time, the support may be a particle capable of supporting a catalytically active metal component, and an inorganic oxide may be used as a support. The inorganic oxide may include alumina, silica, amorphous silica-alumina, crystalline silica-alumina (zeolite), magnesia, zirconia, boria, titania and mixtures thereof. Specifically, ZSM-5, ZSM-12 31, SAPO-41, MAPO-11, ZSM-21, ZSM-22, ZSM-23, ZSM-35, ZSM-38, ZSM-48, ZSM-57, SSZ- MAPO-31, X-zeolite, Y-zeolite, L-zeolite, beta-zeolite, SBA-15, MCM-41 and MCM-48.

본 발명에서 지지체는 촉매를 함유한 함침 용액에 함침되어 촉매를 담지할 수 있다. 이때, 함침 시 사용되는 용액은 상기 화학식 1의 화합물을 포함하는 금속 전구체를 포함할 수 있다. 상기 금속 전구체는 오일 또는 물에 용해성 및 분산성을 가지는 물질로, 원소성 금속 또는 금속 화합물로 제공될 수 있으며, a) 단계 및 c) 단계에 포함되는 금속 전구체는 이와 동일하거나 상이할 수 있다. In the present invention, the support may be impregnated with an impregnation solution containing a catalyst to support the catalyst. At this time, the solution used for the impregnation may include a metal precursor including the compound of the formula (1). The metal precursor may be provided as an elemental metal or a metal compound as a material having solubility and dispersibility in oil or water, and the metal precursors included in steps a) and c) may be the same or different.

바람직하게는 상기 금속 전구체는 유기산을 포함할 수 있다. 일예로, 아세트산염, 옥살산염, 구연산염, 나프텐산염, 옥토산염, 아민염 등을 사용할 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다. Preferably, the metal precursor may comprise an organic acid. For example, acetic acid salts, oxalic acid salts, citric acid salts, naphthenic acid salts, octanoic acid salts, amine salts, and the like can be used, but the present invention is not limited thereto.

상기 몰리브덴 금속 전구체는 바람직하게는 암모늄 몰리브데이트, 이소-, 페록소, 디-, 트리-, 테트라-, 헵타-, 옥타-, 또는 테트라데카-몰리브데이트 등의 몰리브덴의 알칼리 금속 또는 암모늄 금속염, 포스포몰리브산의 암모늄염, 몰리브덴-인의 헤테로폴리아니온 화합물 등을 사용할 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다. The molybdenum metal precursor is preferably an alkali metal or ammonium metal salt of molybdenum, such as ammonium molybdate, iso-, peroxo, di-, tri-, tetra-, hepta-, octa- or tetradeca-molybdate , An ammonium salt of phosphomolybdic acid, a heteropolyanion compound of molybdenum-phosphorus, and the like, but the present invention is not limited thereto.

상기 텅스텐 금속 전구체는 바람직하게는 텅스텐-인의 헤테로폴리아니온 화합물, 텅스텐-규소의 헤테로폴리아니온 화합물, 메타-, 파라-, 헥사-, 또는 폴리텅스테이트 등의 알칼리 금속 또는 암모늄 텅스테이트 등을 사용할 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다. The tungsten metal precursor may preferably be an alkali metal or ammonium tungstate such as a heteropolyanion compound of tungsten-phosphorus, a heteropolyanion compound of tungsten-silicon, meta-, para-, hexa- or polytungstate But is not limited thereto.

또한, 니켈-몰리브덴-텅스텐 헤테로폴리아니온 화합물, 코발트-몰리브덴-텅스텐 헤테로폴리아니온 화합물 등과 같이 몰리브덴과 텅스텐을 모두 포함하는 전구체를 사용할 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.Further, a precursor including both molybdenum and tungsten, such as a nickel-molybdenum-tungsten heteropolyanion compound and a cobalt-molybdenum-tungsten heteropolyanion compound, may be used, but is not limited thereto.

본 발명에서 ⅧA족 금속을 포함하는 전구체로는 나이트레이트, 수화 나이트레이트, 클로라이드, 수화 클로라이드, 설페이트, 수화 설페이트, 포르메이트, 아세테이트, 하이포포스파이트 및 이들의 혼합물에서 선택되는 금속염 또는 혼합물을 사용할 수 있으며, 용질 상태로 첨가될 수 있다. 바람직하게는 니켈, 코발트 등의 설파이드, 몰리브데이트, 텅스테이트 등의 수불용성 화합물, 합금 또는 수용성 설페이트 용액인 것이 더욱 좋다.As precursors comprising Group VIII metal in the present invention, metal salts or mixtures selected from nitrate, hydrated nitrate, chloride, hydrated chloride, sulfate, hydrated sulfate, formate, acetate, hypophosphite and mixtures thereof And may be added in a solute state. It is more preferable to be a water-insoluble compound, alloy or water-soluble sulfate solution such as sulfide such as nickel or cobalt, molybdate or tungstate.

상기 함침 용액은 지지체의 다중 함침에 따라 제 1 함침 용액 및 제 2 함침 용액으로 나눌 수 있다. 다만 이러한 구분은 함침의 횟수에 따른 것으로, 함침 횟수가 2회 이상이어도 무방하다. 또한 제 1 함침 용액과 제 2 함침 용액은 서로 동일하거나 상이할 수 있다.The impregnation solution can be divided into a first impregnation solution and a second impregnation solution according to multiple impregnation of the support. However, this classification is based on the number of impregnation, and the number of impregnation may be two or more times. The first impregnation solution and the second impregnation solution may be the same or different from each other.

상기 지지체를 함침 용액에 함침하는 공정은 추가로 비활성기체 분위기 하에서 초음파 처리할 수 있다. The step of impregnating the support with the impregnation solution may further be carried out under ultrasonic treatment in an inert gas atmosphere.

상기 원소가 함침된 지지체는 하소하는 공정을 실시한다. 이때, 하소 공정 전에 건조를 실시할 수 있다. 하소 공정은 250℃ 내지 900℃, 바람직하게는 300℃ 내지 800℃, 보다 바람직하게는 350℃ 내지 600℃의 온도범위에서 실시하는 것이 더욱 좋다. 또한, 함침 횟수에 따라 2회 이상 하소할 수 있으며, 이때 하소 온도 및 시간은 서로 동일하거나 상이할 수 있다.The support on which the element is impregnated is subjected to a calcination process. At this time, drying can be performed before the calcining step. The calcination step is preferably carried out at a temperature in the range of 250 deg. C to 900 deg. C, preferably 300 deg. C to 800 deg. C, more preferably 350 deg. C to 600 deg. In addition, the calcination temperature and time may be equal to or different from each other, depending on the number of impregnations.

하소가 끝난 지지체는 황화제를 이용하여 황화 처리한다. 상기 황화제는 좋게는 즉시 배출이 가능한 형태의 황 화합물일 수 있으며, 예를 들어, 황, 황화수소, 황화암모늄, 티오황산암모늄, 티오황산나트륨, 티오우레아, 이황화탄소, 이황화디메틸, 황화디메틸, 다황화터셔리부틸, 다황화터셔리노닐 및 이들의 혼합물 중에서 선택되는 어느 하나를 사용할 수 있으며, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 상기 황화제는 황 유기물 이외에도 알칼리 또는 알칼라인 토금속 황화물, 알칼리 또는 알칼라인 토금속 수소 황화물 및 이들의 혼합물 중에서 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다. The calcined support is sulfided using a sulfurizing agent. The sulphurizing agent may be a sulfur compound in a form capable of being readily discharged immediately and may be, for example, sulfur, hydrogen sulfide, ammonium sulfide, ammonium thiosulfate, sodium thiosulfate, thiourea, carbon disulfide, dimethyl disulfide, dimethyl sulfide But are not limited to, any one selected from tertiary butyl, polysulfurized terrinonyl, and mixtures thereof. Further, the sulfurizing agent may be at least one selected from alkali or alkaline earth metal sulfides, alkali or alkaline earth metal hydrogen sulfides, and mixtures thereof in addition to sulfur organic substances.

제조된 촉매는 ⅥB족 성분의 함량이 0.5 내지 40 중량%인 것이며, ⅧA족 성분의 함량이 0.05 내지 20 중량%인 것일 수 있다. 상기 범위 미만일 경우에는 탈황, 탈질 반응이 충분하지 않을 수 있으며, 상기 범위 초과일 경우에는 비용 상승으로 경제성이 떨어질 수 있다.The prepared catalyst may have a content of the VIB group component of 0.5 to 40% by weight and a content of the VIIIIA group content of 0.05 to 20% by weight. If the amount is less than the above range, the desulfurization and denitrification may not be sufficient, and if the amount is outside the above range, the cost may increase due to an increase in cost.

또한 본 발명에서 촉매 제조 시 반응 활성을 증가시키기 위해 인, 불소, 염소, 브롬, 붕소 또는 이들의 혼합물을 더 포함할 수 있다. 본 발명에서 이들의 첨가량을 한정하지는 않으나, 전체 촉매 중량 대비 1 내지 10 중량% 포함할 수 있다.Further, in the present invention, phosphorus, chlorine, bromine, boron, or a mixture thereof may be further added to increase the reaction activity in the production of the catalyst. In the present invention, the addition amount thereof is not limited, but may be 1 to 10% by weight based on the weight of the whole catalyst.

본 발명에서 중질유의 탈황 및 탈질 처리 반응은 촉매가 수납된 반응기에 캐리어 가스를 이용하여 중질유와 물을 공급하는 단계, 20 내지 200 bar 압력 하에서 200 내지 420℃로 가열하는 단계 및 중질유와 황산화물 및 질산화물을 분리하여 처리하는 단계를 포함할 수 있다. In the present invention, the desulfurization and denitrification treatment of the heavy oil is performed by supplying the heavy oil and water to the reactor containing the catalyst by using the carrier gas, heating the reactor at 200 to 420 ° C under a pressure of 20 to 200 bar, And separating and treating the nitroxide.

본 발명에서 사용되는 반응기는 통상적으로 사용되는 것이라면 크게 제한되지 않고 사용될 수 있다. 예를 들어, 고정층(fixed bed), 팽창층(ebullated bed), 이동층(moving bed) 반응기를 사용할 수 있으며, 앞서 기술한 공정에 따라 반응기의 형태, 크기 및 반응 조건을 자유롭게 변경 및 선택할 수 있다.The reactor used in the present invention is not particularly limited and can be used as long as it is commonly used. For example, a fixed bed, an ebullated bed, and a moving bed reactor can be used, and the shape, size, and reaction conditions of the reactor can be freely changed and selected according to the process described above .

본 발명에서 캐리어 가스는 반응기 내부로 원료인 중질유 및 물을 공급하기 위한 것으로, 수증기와 질소의 혼합 기체 또는 수증기와 수소의 혼합 기체일 수 있다. 단 물로부터 수증기를 발생시켜 공급하는 경우, 공급 전에 수증기 발생장치를 더 포함할 수 있다. 이때, 수증기와 중질유의 공급비(수증기/중질유, 중량비)는 0.01 내지 5 일 수 있다. 반응기에 공급되는 중질유 대비 수증기의 양이 중량비 0.01 미만인 경우에는 수증기 양이 부족하여 탈황, 탈질 반응이 충분히 발생하지 않을 수 있으며, 중량비 5를 초과하는 경우에는 과도한 수증기 사용으로 운전비가 증가할 수 있다. In the present invention, the carrier gas may be a mixed gas of steam and nitrogen or a mixed gas of steam and hydrogen to supply the raw material heavy oil and water into the reactor. When water vapor is generated by supplying water vapor, it may further include a water vapor generating device before supply. At this time, the supply ratio of steam and heavy oil (steam / heavy oil, weight ratio) may be 0.01 to 5. When the amount of water vapor relative to the heavy oil supplied to the reactor is less than 0.01, the amount of water vapor is insufficient, so that desulfurization and denitrification may not sufficiently occur. If the weight ratio is more than 5, the operation ratio may increase due to excessive water vapor.

중질유를 캐리어 가스를 통해 반응기 내부로 공급하면 반응기의 온도를 승온시킨 후 반응을 진행할 수 있다. 이때 반응기의 반응 온도는 200 내지 420℃일 수 있다. 200℃ 미만인 경우 반응온도가 낮아 탈황, 탈질 반응이 충분히 발생하지 않을 수 있으며, 420℃ 초과인 경우 과도한 코크가 발생할 수 있다.When the heavy oil is supplied into the reactor through the carrier gas, the temperature of the reactor is raised and the reaction can proceed. The reaction temperature of the reactor may be 200 to 420 ° C. If the temperature is lower than 200 ° C, the reaction temperature may be low, so that the desulfurization and denitrification may not occur sufficiently. If the temperature exceeds 420 ° C, excessive coke may occur.

반응이 종료되면 자연 냉각한 후 처리유와 황산화물 및 질산화물, 기타 생성물을 회수할 수 있다.Upon completion of the reaction, the treated oil, sulfuric acid, nitric oxide and other products can be recovered after natural cooling.

본 발명에 따른 공정은 처리유의 종류에 따라 약간의 차이가 있으나, 촉매의 활성화도가 높아 황 및 질소를 효과적으로 저감할 수 있으며, 점도 저감율이 높으며, 추가적으로 특정 범위의 비점을 가지는 유분의 함량이 늘어나거나 줄어들 수 있다.Although the process according to the present invention is somewhat different depending on the kind of the treated oil, since the activity of the catalyst is high, sulfur and nitrogen can be effectively reduced, the viscosity reduction rate is high, and the content of oil having a specific boiling point is further increased Or reduced.

이하 실시예 및 비교예를 들어 본 발명에 따른 물을 이용한 중질유의 탈황 및 탈질 처리 공정을 더욱 상세히 설명한다. 다만 실시예 및 비교예는 본 발명을 더욱 상세히 설명하기 위한 하나의 예시일 뿐, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the process of desulfurization and denitrification of heavy oil using water according to the present invention will be described in more detail with reference to the following Examples and Comparative Examples. However, the examples and comparative examples are merely examples for explaining the present invention in more detail, but the present invention is not limited thereto.

본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 물성 평가 방법은 하기와 같다. The physical properties evaluation methods according to Examples and Comparative Examples of the present invention are as follows.

(평가)(evaluation)

(1) 성분 함량(1) Component content

촉매 내 각 성분의 함량은 형광 X선 분석(X-ray fluorescence) 방법을 통해 측정하였다. The content of each component in the catalyst was measured by X-ray fluorescence method.

(2) 비점 분포(2) Non-point distribution

GC-SIMDIS(Gas Chromatography-SIMulated DIStillation) 분석을 이용하여 ASTM D-86의 규정에 의거하여 측정하였다. And measured according to ASTM D-86 using GC-SIMDIS (Gas Chromatography-SIMulated DIStillation) analysis.

(3) 황 및 질소 저감율(3) Reduction rate of sulfur and nitrogen

Total Sulfur & Nitrogen(TNS) 및 Elemental Analysis(EA) 분석을 통해 액상생성물 내 황 및 질소 함량을 측정하였으며, 저감율(%)은 하기 식 1을 이용하여 계산하였다. The contents of sulfur and nitrogen in the liquid product were measured by Total Sulfur & Nitrogen (TNS) and Elemental Analysis (EA) analysis, and the reduction rate (%) was calculated using the following Equation 1.

(식 1) (Equation 1)

Figure pat00001
Figure pat00001

(4) 점도 저감율(4) Viscosity reduction rate

Brookfield rotational viscometer를 이용하여 80℃에서 측정하였으며, 점도 저감율(%)은 하기 식 2를 이용하여 계산하였다.The Brookfield rotational viscometer was used to measure the viscosity at 80 DEG C and the viscosity reduction rate (%) was calculated using Equation 2 below.

(식 2) (Equation 2)

Figure pat00002
Figure pat00002

또한, 사용한 중질유는 하기 표 1과 같다. The used heavy oil is shown in Table 1 below.

비점(initial boiling point) 분포 (wt%)Initial boiling point distribution (wt%) 170℃ 미만Below 170 ℃ 170 ~ 360℃170 ~ 360 ° C 360 ~ 560℃360 to 560 ° C 560℃ 초과Above 560 ° C LCOLCO 7.17.1 92.192.1 0.80.8 -- SLOSLO -- 16.216.2 76.476.4 7.47.4 BitumenBituminous -- 12.612.6 32.532.5 54.954.9

하기 실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 10은 상기 표 1에 따른 LCO를 중질유로 하여 공정을 실시하였다. In the following Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 10, the LCO according to Table 1 was used as the heavy oil.

(실시예 1)(Example 1)

지르코니아(ZrO2) 지지체에 Ni 3.0중량% 및 Mo 10.0중량%가 함침된 촉매를 제조한 다음, 10% 황화수소가 함유된 수소기체를 사용하여 400℃에서 2시간 동안 황화 처리시켰다. 300ml 회분식 반응기에 LCO 50g 및 물 20g과 함께 앞서 제조한 황화된 촉매 10g을 넣고, 질소 분위기에서 400℃까지 승온시킨 후, 4시간 동안 반응을 진행하였다. 반응이 끝난 후 황 저감율, 질소 저감율, 이산화탄소, 황화수소, 수소 생성량 및 비점 분포를 측정하여 하기 표 2에 표기하였다.A catalyst impregnated with zirconia (ZrO 2 ) support of 3.0 wt% of Ni and 10.0 wt% of Mo was prepared and then subjected to sulphation at 400 ° C for 2 hours using hydrogen gas containing 10% hydrogen sulfide. In a 300 ml batch reactor, 10 g of the sulfided catalyst prepared above was added together with 50 g of LCO and 20 g of water, and the temperature was raised to 400 ° C in a nitrogen atmosphere, and the reaction was carried out for 4 hours. After the reaction, the sulfur reduction rate, the nitrogen reduction rate, the carbon dioxide, the hydrogen sulfide, the hydrogen production amount and the boiling point distribution were measured and are shown in Table 2 below.

(실시예 2)(Example 2)

알루미나(Al2O3) 지지체에 Ni 3.0중량% 및 Mo 9.0중량%가 함침된 촉매를 제조한 다음 이를 황화시킨 것을 촉매로 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다. The procedure of Example 1 was repeated except that a catalyst impregnated with alumina (Al 2 O 3 ) support of 3.0 wt% of Ni and 9.0 wt% of Mo and then sulfided was used as a catalyst.

(실시예 3)(Example 3)

알루미나(Al2O3) 지지체에 Co 0.98중량% 및 Mo 1.0중량%가 함침된 촉매를 제조한 다음 이를 황화시킨 것을 촉매로 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다. The procedure of Example 1 was repeated except that a catalyst impregnated with 0.98 wt% of Co and 1.0 wt% of Mo in an alumina (Al 2 O 3 ) support was prepared and then sulphide was used as a catalyst.

(실시예 4)(Example 4)

USY 제올라이트(Zeolite)에 Ni 4.5중량% 및 W 21.5중량%가 함침된 촉매를 제조한 다음 이를 황화시킨 것을 촉매로 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다. The procedure of Example 1 was repeated except that USY zeolite was impregnated with 4.5 wt% of Ni and 21.5 wt% of W, and then sulfided.

(실시예 5)(Example 5)

무정형의 실리카-알루미나(SiO2-Al2O3) 지지체에 Ni 3.7중량% 및 W 23.6중량%가 함침된 촉매를 제조한 다음 이를 황화시킨 것을 촉매로 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다. The same procedure as in Example 1 was carried out except that a catalyst impregnated with amorphous silica-alumina (SiO 2 -Al 2 O 3 ) support of 3.7 wt% of Ni and 23.6 wt% of W was prepared, Respectively.

(비교예 1)(Comparative Example 1)

촉매를 사용하지 않고 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다. Was carried out in the same manner as in Example 1 without using a catalyst.

(비교예 2)(Comparative Example 2)

지지체 없이, Fe2O3 82.1중량% 및 Cr2O3 17.9중량%로 이루어진 촉매를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다. The same procedure as in Example 1 was carried out except that a catalyst consisting of 82.1 wt% of Fe 2 O 3 and 17.9 wt% of Cr 2 O 3 was used without a support.

(비교예 3)(Comparative Example 3)

지지체 없이, Fe2O3 82.1중량% 및 Cr2O3 17.9중량%로 이루어진 촉매를 제조한 다음 이를 실시예 1과 같은 방법으로 황화시킨 것을 촉매로 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다. The procedure of Example 1 was repeated except that a catalyst consisting of 82.1% by weight of Fe 2 O 3 and 17.9% by weight of Cr 2 O 3 was prepared without a support and then sulfided in the same manner as in Example 1, Respectively.

(비교예 4)(Comparative Example 4)

지지체 없이, Mo 함량이 1.9중량%인 Mo(CO)6 1g을 촉매로 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다. The procedure of Example 1 was repeated except that 1 g of Mo (CO) 6 having an Mo content of 1.9 wt% was used as a catalyst without a support.

(비교예 5)(Comparative Example 5)

지지체 없이, Mo 함량이 1.0중량%인 몰리브덴 나프탈레이트(Mo Naphthalate) 1g을 촉매로 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다. The procedure of Example 1 was repeated except that 1 g of molybdenum naphthalate having a Mo content of 1.0 wt% was used as a catalyst without a support.

(비교예 6)(Comparative Example 6)

지지체 없이, MoS2 1g을 촉매로 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다. The procedure of Example 1 was repeated except that 1 g of MoS 2 was used as a catalyst without a support.

(비교예7) (Comparative Example 7)

지르코니아(ZrO2) 지지체에 Ni 3.0중량% 및 Mo 10.0중량%가 함침된 촉매를 제조한 다음, 10% 수소기체를 사용하여 400℃에서 2시간 동안 환원시킨 것을 촉매로 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다. Except that a catalyst impregnated with 3.0% by weight of Ni and 10.0% by weight of Mo in a zirconia (ZrO 2 ) support was prepared and then reduced with 400 g of 10% hydrogen gas at 400 ° C for 2 hours. 1. &Lt; / RTI &gt;

(비교예 8) (Comparative Example 8)

알루미나(Al2O3) 지지체에 Co 0.98중량% 및 Mo 1.0중량%가 함침된 촉매를 제조한 다음 이를 10% 수소기체를 사용하여 400℃에서 2시간 동안 환원시킨 것을 촉매로 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다. Except that a catalyst impregnated with 0.98% by weight of Co and 1.0% by weight of Mo in an alumina (Al 2 O 3 ) support was prepared and then reduced with 400 ° C. for 2 hours using 10% hydrogen gas as a catalyst The procedure of Example 1 was repeated.

(비교예 9)(Comparative Example 9)

알루미나(Al2O3) 지지체에 Ni 2.4중량%가 함침된 촉매를 제조한 다음, 10% 수소기체를 사용하여 400℃에서 2시간 동안 환원시킨 것을 촉매로 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.Was prepared in the same manner as in Example 1 except that a catalyst impregnated with 2.4 wt% Ni in an alumina (Al 2 O 3 ) support was prepared, and then the catalyst was subjected to reduction at 400 ° C for 2 hours using 10% .

LCO/물
(g)
LCO / water
(g)
황 저감율 (%)Sulfur reduction rate (%) 질소 저감율 (%)Nitrogen reduction rate (%) 생성 기체(g)The product gas (g) 비점분포(wt%)Boiling point (wt%)
CO2 CO 2 H2SH 2 S H2 H 2 170℃ 미만Below 170 ℃ 170 ~ 360℃170 ~ 360 ° C 360℃ ~ 560℃360 ° C to 560 ° C 실시예 1Example 1 50/2050/20 53.553.5 31.331.3 0.540.54 0.240.24 0.190.19 1111 83.783.7 4.64.6 실시예 2Example 2 59.359.3 57.857.8 0.160.16 0.200.20 0.150.15 10.910.9 81.481.4 6.66.6 실시예 3Example 3 55.255.2 54.854.8 0.550.55 0.460.46 0.20.2 11.511.5 84.184.1 3.83.8 실시예 4Example 4 48.548.5 65.665.6 0.080.08 1.141.14 0.200.20 11.311.3 83.983.9 4.64.6 실시예 5Example 5 19.919.9 57.157.1 0.150.15 2.482.48 0.090.09 11.411.4 83.183.1 5.55.5 비교예 1Comparative Example 1 50/2050/20 5.15.1 00 00 00 0.100.10 10.810.8 84.784.7 4.64.6 비교예 2Comparative Example 2 10.310.3 15.015.0 0.630.63 00 0.250.25 10.810.8 83.683.6 4.74.7 비교예 3Comparative Example 3 00 2.42.4 0.090.09 0.540.54 0.140.14 11.511.5 83.383.3 4.44.4 비교예 4Comparative Example 4 6.66.6 1.91.9 2.742.74 00 0.280.28 99 84.484.4 6.76.7 비교예 5Comparative Example 5 17.117.1 6.26.2 1.421.42 00 0.100.10 10.510.5 79.779.7 9.59.5 비교예 6Comparative Example 6 4.04.0 5.35.3 0.020.02 0.070.07 0.170.17 1111 84.384.3 3.83.8 비교예 7Comparative Example 7 11.911.9 31.631.6 0.170.17 00 0.310.31 9.19.1 81.681.6 8.78.7 비교예 8Comparative Example 8 17.417.4 41.441.4 0.190.19 00 0.190.19 10.410.4 84.784.7 4.14.1 비교예 9Comparative Example 9 9.19.1 00 0.010.01 00 0.230.23 9.39.3 81.281.2 8.58.5

상기 표 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 실시예 1 내지 5는 높은 황, 질소 저감율을 나타내었으며, 특히 몰리브덴을 담지한 촉매 중에 실시예 2, 3과 텅스텐을 담지한 촉매 중 실시예 4의 경우 그 효율이 매우 향상됨을 확인할 수 있었다. 반면, 비교예들은 황 저감 효과가 미비했으며, 증기 반응에 활성을 보일 것으로 예상되었던 철 촉매를 사용한 비교예 2 내지 3의 경우에도 황 및 질소 저감 효과가 크지 않았다.As can be seen from Table 2, Examples 1 to 5 of the present invention exhibited high sulfur and nitrogen reduction ratios. In particular, among the catalysts carrying Examples 2 and 3 and tungsten in the catalyst carrying molybdenum, Example 4 And the efficiency is improved remarkably. On the other hand, the sulfur reduction effect was insufficient in the comparative examples and the sulfur and nitrogen reduction effect was not large even in Comparative Examples 2 to 3 using the iron catalyst, which was expected to exhibit activity in the vapor reaction.

다음으로, 하기 실시예 6 및 비교예 13은 상기 표 1에 따른 SLO를 중질유로 하여 공정을 실시하였다.Next, in Example 6 and Comparative Example 13, the process was performed using SLO according to Table 1 as the heavy oil.

(실시예 6)(Example 6)

실시예 3에서, 중질유를 LCO 대신 SLO로 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.In Example 3, the same procedure as in Example 1 was carried out except that the heavy oil was changed to SLO instead of LCO.

(비교예 13)(Comparative Example 13)

실시예 6에서 촉매를 사용하지 않은 것을 제외하고는 실시예 6과 동일한 방법으로 실시하였다.The procedure of Example 6 was repeated except that the catalyst was not used.

SLO/물
(g)
SLO / water
(g)
황 저감율 (%)Sulfur reduction rate (%) 질소 저감율 (%)Nitrogen reduction rate (%) 코크 함량 (%)Coke Content (%) 비점분포(wt%)Boiling point (wt%)
170℃ 미만Below 170 ℃ 170 ~ 360℃170 ~ 360 ° C 360℃ ~ 560℃360 ° C to 560 ° C 560℃ 초과Above 560 ° C 실시예 6Example 6 50/2050/20 54.454.4 10.310.3 7.87.8 2.62.6 28.528.5 54.254.2 14.714.7 비교예 13Comparative Example 13 50/2050/20 13.613.6 3.03.0 53.353.3 2.72.7 35.335.3 45.345.3 16.716.7

상기 표 3에서 볼 수 있는 바와 같이, LCO 평가에서 우수한 효율을 보였던 실시예 3에서 사용한 촉매는 SLO 평가에서도 우수한 황, 질소 저감율을 나타내었다. 이는 촉매를 사용하지 않은 비교예 13과 비교하였을 때, 더욱 우수한 황, 질소 저감율을 저감율을 보일 뿐만 아니라, 코크 생성을 억제하면서 비점분포 360℃ 미만의 유분으로 업그레이딩 하였다. As can be seen from the above Table 3, the catalyst used in Example 3, which showed excellent efficiency in the LCO evaluation, showed excellent sulfur and nitrogen reduction rates even in the SLO evaluation. Compared with Comparative Example 13 in which no catalyst was used, not only the reduction ratio of sulfur and nitrogen reduction was further improved but also upgraded to oil having a boiling point of less than 360 ° C while suppressing the formation of coke.

(실시예 7)(Example 7)

실시예 3에서 중질유를 LCO 대신 비투멘(bitumen)으로 변경하여, 300ml 회분식 반응기에 비투멘 80g 및 물 4g과 함께 실시예 3에서 사용한 촉매 10g을 넣고, 질소 분위기에서 370℃까지 승온시킨 후, 4시간 동안 반응을 진행하였다. 반응이 끝난 후 황 저감율, 질소 저감율, 이산화탄소, 황화수소, 수소 생성량 및 비점 분포를 측정하여 하기 표 2에 표기하였다.In Example 3, the heavy oil was changed to bitumen instead of LCO, and 10 g of the catalyst used in Example 3 was added to a 300 ml batch reactor together with 80 g of bimodemen and 4 g of water. The temperature was raised to 370 占 폚 in a nitrogen atmosphere, The reaction was carried out for a period of time. After the reaction, the sulfur reduction rate, the nitrogen reduction rate, the carbon dioxide, the hydrogen sulfide, the hydrogen production amount and the boiling point distribution were measured and are shown in Table 2 below.

(비교예 14)(Comparative Example 14)

실시예 7에서 촉매를 사용하지 않은 것을 제외하고는 실시예 7과 동일한 방법으로 실시하였다.The procedure of Example 7 was repeated except that the catalyst was not used.

Bitumen/물
(g)
Bitumen / water
(g)
황 저감율 (%)Sulfur reduction rate (%) 질소 저감율 (%)Nitrogen reduction rate (%) 점도 저감율 (%)Viscosity reduction rate (%) 비점분포(wt%)Boiling point (wt%)
170℃ 미만Below 170 ℃ 170 ~ 360℃170 ~ 360 ° C 360℃ ~ 560℃360 ° C to 560 ° C 560℃ 초과Above 560 ° C 실시예 7Example 7 80/480/4 21.721.7 12.012.0 94.294.2 2.42.4 21.721.7 30.530.5 45.445.4 비교예 14Comparative Example 14 80/480/4 10.810.8 3.33.3 85.385.3 1.71.7 18.618.6 32.932.9 46.846.8

상기 표 4에서 볼 수 있는 바와 같이, 실시예 7은 황 저감율 및 질소 저감율에서 높은 수치를 보였으며, 처리 전에 비해 비점 분포가 170 내지 360℃인 성분의 증가량이 170% 이상으로 개선된 비점분포도를 보였다. 또한, 점도 저감율 측면에서도 높은 수치를 나타내어 처리 후 중질유의 운송 측면에서도 다른 촉매에 비해 우수함을 확인할 수 있었다. As can be seen from Table 4, Example 7 showed a high value at the sulfur reduction rate and the nitrogen reduction rate, and the boiling point distribution in which the increase amount of the component having the boiling point of 170 to 360 ° C before the treatment was improved to more than 170% It looked. It was also found that the viscosity reduction rate was higher than other catalysts in terms of transportation of heavy oil after treatment.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있으며, 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 실시예에 기재된 내용은 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be taken in conjunction with the present invention. Therefore, the contents described in the embodiments are not intended to limit the scope of the present invention defined by the limitations of the claims.

Claims (7)

중질유의 탈황 및 탈질 처리 방법으로,
반응기에 중질유 및 물을 투입한 후, 200 내지 420℃의 온도범위에서 반응시키되,
상기 반응은 하기 화학식 1의 구조를 가지는 화합물을 황화 처리한 촉매 존재 하에서 실시되는 것을 특징으로 하는 물을 이용한 중질유의 탈황 및 탈질 처리 방법.
[화학식 1]
(Mo)a(W)b(M1)c(M2)d
(상기 화학식 1에서 M1 및 M2는 서로 상이한 것으로 ⅧA족 원소 군에서 선택되는 어느 하나의 금속 원소이고, a, b, c 및 d의 중량비는 각각 0 ≤ a ≤ 0.4, 0 ≤ b ≤ 0.4, 0 < c ≤ 0.2 및 0 < d ≤ 0.2 이되, a 및 b가 동시에 0인 경우는 제외한다.)
As a method for desulfurization and denitrification of heavy oil,
The reactor is charged with heavy oil and water and then reacted at a temperature ranging from 200 to 420 ° C,
Wherein the reaction is carried out in the presence of a catalyst having a structure represented by the following general formula (1).
[Chemical Formula 1]
(Mo) a (W) b (M 1 ) c (M 2 ) d
(Wherein M 1 and M 2 are different from each other and are any metal element selected from the Group VIII A element group, and the weight ratios of a, b, c and d are 0 ≤ a ≤ 0.4, 0 ≤ b ≤ 0.4 , 0 <c? 0.2 and 0 <d? 0.2, except that a and b are 0 at the same time.)
제 1항에 있어서,
상기 M1 및 M2는 각각 서로 독립적으로 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 팔라듐(Pd) 및 백금(Pt) 중에서 선택되는 어느 하나의 금속 원소인 물을 이용한 중질유의 탈황 및 탈질 처리 방법.
The method according to claim 1,
M 1 and M 2 are each independently selected from the group consisting of desulfurization of heavy oil using water as a metal element selected from among iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), palladium (Pd) And a denitration treatment method.
제 1항에 있어서,
상기 촉매는 하기 식 1을 만족하는 것인 물을 이용한 중질유의 탈황 및 탈질 처리 방법.
[식 1] 0.5 ≤ (a+b)/(c+d) ≤ 12
The method according to claim 1,
Wherein the catalyst satisfies the following formula (1).
0.5? (A + b) / (c + d)? 12
제 1항에 있어서,
상기 촉매는,
a) 지지체 입자에 ① 몰리브덴, 텅스텐 또는 이들의 혼합 성분을 포함하는 전구체 및 ② ⅧA족 성분을 포함하는 프로모터 금속 전구체를 포함하는 제 1 함침 용액으로 함침시켜 원소 함침된 지지체를 제공하는 단계;
b) 상기 원소 함침된 지지체를 하소하는 단계;
c) 상기 b) 단계 지지체에 ① 몰리브덴, 텅스텐 또는 이들의 혼합 성분을 포함하는 전구체 및 ② ⅧA족 성분을 포함하는 프로모터 금속 전구체를 포함하는 제 2 함침 용액을 함침시키는 단계; 및
d) 상기 c) 단계 지지체를 하소한 후, 황화수소 및 수소의 혼합기체와 함께 가열시켜 촉매를 제조하는 단계;
를 포함하는 물을 이용한 중질유의 탈황 및 탈질 처리 방법.
The method according to claim 1,
The catalyst may comprise,
a) impregnating the support particles with a first impregnation solution comprising: a precursor comprising molybdenum, tungsten or a mixture thereof; and a promoter metal precursor comprising a constituent of a VIII family; providing an element-impregnated support;
b) calcining the element-impregnated support;
c) impregnating the second impregnation solution comprising the promoter metal precursor including molybdenum, tungsten, or a mixed component thereof and a promoter metal precursor including the? And
d) calcining the c) step support, followed by heating with a mixed gas of hydrogen sulfide and hydrogen to produce a catalyst;
And a denitrification process of the heavy oil using water.
제 4항에 있어서,
상기 지지체는 알루미나, 실리카, 실리카-알루미나, 마그네시아, 지르코니아, 보리아 및 티타니아 중에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 혼합물을 포함하는 물을 이용한 중질유의 탈황 및 탈질 처리 방법.
5. The method of claim 4,
Wherein the support comprises desulfurization and denitrification treatment of heavy oil using water comprising any one or a mixture of alumina, silica, silica-alumina, magnesia, zirconia, boria and titania.
제 1항에 있어서,
상기 반응은 촉매가 수납된 반응기에 캐리어 가스를 이용하여 중질유와 물을 공급하는 단계 20 내지 200 bar 압력 하에서 200 내지 420℃로 가열하는 단계 및 중질유와 황산화물 및 질산화물을 분리하여 처리하는 단계를 포함하는 물을 이용한 중질유의 탈황 및 탈질 처리 방법.
The method according to claim 1,
The reaction may include heating the reactor to 200 to 420 DEG C under a pressure of 20 to 200 bar to supply heavy fuel oil and water to the reactor containing the catalyst, and separating and treating the heavy oil, sulfur oxide and nitric oxide A method for desulfurization and denitrification of heavy oil using water.
제 6항에 있어서,
상기 캐리어 가스는 수증기와 질소 또는 수증기와 수소의 혼합 가스인 물을 이용한 중질유의 탈황 및 탈질 처리 방법.
The method according to claim 6,
Wherein the carrier gas is desulfurization and denitrification treatment of heavy oil using water, which is a mixed gas of water vapor and nitrogen or water vapor and hydrogen.
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