KR810000451B1 - Emulsion catalyst for hydrogenation processes - Google Patents

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KR810000451B1
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글렌몰 노만
조셒 콰더러 조지
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리챠드 고든 워터맨
다우 케미칼 캄파니
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    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
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    • B01J27/02Sulfur, selenium or tellurium; Compounds thereof
    • B01J27/04Sulfides

Abstract

The title process involves the hydrogenation of a mixt. of pulverized coal and recycle oil (derived in the operation) in the presence of H and a catalyst consisting of an emulsified mixt. of H2O and a compd. such as (NH4)6Mo7O24. Other metal compds.(Fe, Co, Ni, Zn, etc.) are suggested.

Description

탄화수소 물질을 유탁촉매로 수소첨가시키는 방법Hydrogenated Hydrocarbons with Emulsion Catalyst

본 발명은 수소첨가 촉매를, 간편하게 효율적으로 반응혼합물중에 분산시키고 접촉시키는, 탄화수소물질을 유탁촉매로 수소첨가시키는 방법에 관한 것이다. 특히 수소첨가 하기전에 석탄의 중질석유유분 및 석탄의 액체탄화수소 슬러리에 이러한 촉매를 분산시키는 개량방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for hydrogenating a hydrocarbon material with an emulsion catalyst, wherein the hydrogenation catalyst is conveniently dispersed and contacted in the reaction mixture in an efficient manner. In particular, it relates to an improved process for dispersing such catalysts in heavy petroleum fraction of coal and in liquid hydrocarbon slurry of coal before hydrogenation.

잔사오일 미분탄 또는 이외의 다른 중질의 탄화수소류의 물질에 수소첨가하여 가스 및 액체 혼합물을 얻는 방법은 수년동안 연구되어 온 것이다. 최근에는 특히 석유 자원의 감소로 인하여 석탄의 액화방법이 시급한 과제로 되었다.The process of hydrogenating residue oil pulverized coal or other heavy hydrocarbons to obtain gas and liquid mixtures has been studied for many years. Recently, the liquefaction of coal has become an urgent task, especially due to the reduction of petroleum resources.

수소첨가 촉매를 사용하지 않아도 석탄을 성공적으로 수소첨가시켜 가스 및 액체생성물을 제조할 수 있지만 일반적으로 촉매적으로 활성인 금속이 석탄에 혼적량 존재하기 때문이다. 좀 더 바람직한 생성물은 금속수소첨가촉매를 사용하는 적합한 반응조건하에서 얻어지게 된다.Coal can be successfully hydrogenated to produce gas and liquid products without the use of a hydrogenation catalyst, but is generally due to the amount of catalytically active metal present in the coal. More preferred products are obtained under suitable reaction conditions using a metal hydrogenation catalyst.

본 방법에 사용하는 유효한 촉매는 금속류 예를 들면 또는 철, 닉켈, 코발트, 몰리브덴, 텅그스텐, 주석, 아연, 바나듐, 크로뮴, 안티몬 및 이외의 금속화합물을 단독으로 또는 혼합하여 사용하는 공지된 것이다. 이 목적에는 팔라듐, 백금 및 레늄과 같은 금속도 효과가 있으나 비용이 너무 많이든다. 이러한 수소첨가 촉매는 미분화된 금속으로 또는 이의 지지 또는 지지되지 않은 화합물로서 수소첨가 혼합물에 가할 수 있다. 석탄 및 중질의 석유유분의 수소첨가에서 안정성이 탁월한 대부분의 이러한 금속촉매형은 화석탄화수소류의 물질에 천연으로 존재하는 황으로부터 수소첨가 공정중에 형성되는 황화물 또는 촉매를 미리 가황화한 황화물이다.Effective catalysts for use in the process are known which use metals alone or in combination, for example, iron, nickel, cobalt, molybdenum, tungsten, tin, zinc, vanadium, chromium, antimony and other metal compounds. Metals such as palladium, platinum and rhenium are also effective for this purpose but are too expensive. Such hydrogenation catalysts may be added to the hydrogenation mixture either as micronized metals or as supported or unsupported compounds thereof. Most of these metal catalyst types having excellent stability in the hydrogenation of coal and heavy petroleum fractions are sulfides or sulfides pre-vulcanized to form sulfides or catalysts during the hydrogenation process from sulfur naturally present in fossil hydrocarbons.

특수한 촉매상, 통상적으로는 알루미나에 지지된 닉켈 또는 코발트 몰리브데이트를 사용하는 두가지 제조방법에서는 이 촉매상을 통하여 수소 및 액체탄화수소 매질중에 미분탄 분산액 또는 중질의 탄화수소 유본의 혼합물을 상승온도 및 압력에서 펌푸한다. 미국 광무성(U.S. Bureau of mine)에서 석탄의 수소첨가를 개발시킨 공정에서는 소립 또는 미립의 고정상 촉매를 사용한다. 이 공정은 야보르스크기등에 의해 밝혀졌다. (Chem Eng Progress 69(3), 51-2 (1973)). "유동상" 또는 H-콜(coal) 공정에서는 이와 유사한 상의 촉매를 사용하나 반응혼합물이 상기의 상을 통과할때 촉매입자와 최대로 접촉이 되도록 반응로에서 진동 또는 비등상태가 지속되는 미분시킨 촉매를 사용한다. 이 공정은 석탄의 수소첨가와 잔류오일의 수소첨가에 이용되어 왔다. 이 두 방법은 상기 목적에 효과적이지만 상의 촉매를 사용함으로써 수반되는 여러가지 어려움과 단점을 갖게된다. 즉 특별하게 고안된 장치가 필요하고 공급물질에 의한 촉매의 흡수를 피해야하고 제조장치에 생성되는 촉매입자에 의한 케이크 또는 플러그화를 피해야하며 공급물질의 성분에 의한 촉매의 유효성상실, 반응로내에 새로운 촉매를 가해야하는 문제, 사용한후의 촉매제거등의 문제점등이 있다. 생성오일중의 미분 촉매의 손실도 이 공정의 또 다른 문제가 된다.In two production processes using a special catalyst bed, usually nickel or cobalt molybdate supported on alumina, this catalyst bed allows a mixture of pulverized coal dispersions or heavy hydrocarbon bases in hydrogen and liquid hydrocarbon media at elevated temperatures and pressures. Pump. In the U.S. Bureau of mine, the process of developing coal hydrogenation uses small or fine, fixed-bed catalysts. This process was revealed by Jaborsk, et al. (Chem Eng Progress 69 (3), 51-2 (1973)). In a fluidized bed or H-coal process, a similar phase catalyst is used, but finely ground, in which the reaction mixture continues to vibrate or boil, so that the reaction mixture reaches maximum contact with the catalyst particles. Use catalyst. This process has been used for hydrogenation of coal and hydrogenation of residual oils. Both of these methods are effective for this purpose but have several difficulties and disadvantages associated with the use of phase catalysts. In other words, a specially designed device is required, the absorption of catalyst by feedstock should be avoided, cake or plugging by catalyst particles generated in the production equipment should be avoided, the loss of effectiveness of catalyst by feedstock components, and a new catalyst in the reactor. Problems such as the addition of the catalyst, removal of the catalyst after use, and the like. Loss of fine catalyst in the produced oil is another problem of this process.

다른 기지의 석탄 및 잔유오일 수소첨가 방법은 촉매를 미분시킨 금속 또는 금속화합물로서 반응혼합물에 직접가하고 반응조건하에 전환시켜서 촉매적으로 유효한 형태로 만든다. 어떤방법은 물을 가하거나 가하지 않고 수용성염의 형태로 하여 금속수소첨가촉매를 사용한다. 슈만은 미국특허 3,745,108에서 용액중의 금속염의 촉매 즉 암모늄 헵타몰리브데이트(NH4)6Mo7O244H2O)를 함유한 물이 부분적으로 또는 전체에 포함된 석탄슬러리에 액상매질을 사용했다. 후자의 방법이 효과적이지만 이 방법은 액체 수용성상이 지속되어야하므로 제조조건 및 장치를 제한하게 된다. 따라서 이 방법에서는 보다 낮은 온도가 필요하므로 석탄의 낮은 전환율과 액체 탄화수소의 낮은 수득량을 초래한다. 석탄의 수소첨가에 있어서 좀더 효과적인 촉매의 사용은 석탄에 촉매화합물을 미리 가하는 경우이다.Other known coal and residual oil hydrogenation methods are catalysts or finely divided metals or metal compounds that are added directly to the reaction mixture and converted under reaction conditions to form a catalytically effective form. Some methods use metal hydrogenation catalysts in the form of water-soluble salts, with or without water. Schumann uses a liquid medium in coal slurries containing, in part or whole, water containing catalysts of metal salts in solution, ie ammonium heptamolybdate (NH 4 ) 6 Mo 7 O 24 4H 2 O), in US Pat. No. 3,745,108. did. The latter method is effective, but it limits the manufacturing conditions and equipment since the liquid aqueous phase must be maintained. This method therefore requires lower temperatures, resulting in lower conversion of coal and lower yield of liquid hydrocarbons. The more effective use of catalysts for the hydrogenation of coal is the pre-applied catalytic compound to coal.

탄화수소상 기질을 수불혼화성 상으로 금속함유 수소화 촉매존재하에 수소와 접촉시킴에 있어서 상기 금속함유촉매를 초기에 수용액 유탁액 상태로 상기 수불혼화성 액상에 가하는 것을 특징으로 하는 본 발명으로 선 기술에 의한 방법에서 수반되는 제반 결점이 해결되었다. 금속화합물을 수소첨가조건하에 전환시켜 유효한 수소첨가촉매를 얻는다. 이러한 방법으로 유효한 촉매는 액체반응 혼합물중에 균일하게 분산된 극히 미세한 입자로서 동일반응계내에서 생성된다.In contacting a hydrocarbon substrate with hydrogen in the presence of a metal-containing hydrogenation catalyst in a water immiscible phase, the metal-containing catalyst is initially added to the water-immiscible liquid in an aqueous solution emulsion state. All the drawbacks involved in the method have been solved. The metal compound is converted under hydrogenation conditions to obtain an effective hydrogenation catalyst. Catalysts effective in this way are produced in situ as extremely fine particles that are uniformly dispersed in the liquid reaction mixture.

이러한 수소첨가 방법조건하에서는 더이상 수용성상에 분리되지 않고 용해된 금속 화합물은 분해되고 전환되어 금속촉매로서 유효한 형태 즉 유화물로 전환된다.Under these hydrogenation process conditions, the dissolved metal compound, which is no longer separated from the water-soluble phase, is decomposed and converted into an effective form as a metal catalyst, that is, an emulsion.

따라서 본 발명은 촉매를 더욱 간편하고 효율적으로 분산시키고 아주 소량으로 최대의 효과를 얻을 수 있도록 이용하는 개량된 방법인 것이다.Thus, the present invention is an improved process that makes it easier and more efficient to disperse the catalyst and to achieve maximum effect in very small amounts.

반응혼합물에 촉매를 부가하고 분산시키는 본 방법은 석탄, 중질의 석유유분, 잔류오일 및 전연으로 또는 석유 또는 석탄으로부터 유도된 타르 또는 핏치와 같은 중질의 탄화 수소류의 물질에 수소첨가시켜 좀더 유효한 저비점 생성물, 가스 또는 액체(통상적으로는 다량의 액체생성물이 바람직하지만)를 얻는 이점이 있다. 이러한 물질에 수소첨가 시키는 조건은 잘 알려져 있다. 반응조건에서 압력은 1000psi(71kg/㎠) 내지 1000psi(710g/㎠)이나 보통은 1500 내지 3000psi(105 내지 212kg/㎠)이고, 온도는 300℃ 내지 600℃이나 통상적으로는 촉매, 수소첨가시키는 물지의 형태, 목적하는 생성물의 종류등(예, 다량의 또는 소량의 가스상 탄화수소 저비점의 액체 또는 비교적 고비점의 액체탄화수소)에 따라 400℃ 내지 500℃의 온도를 사용한다.This method of adding and dispersing a catalyst in the reaction mixture is more effective and lower boiling point by hydrogenating coal, heavy petroleum fraction, residual oil and leading edge, or heavy hydrocarbons such as tar or pitch derived from petroleum or coal. There is an advantage of obtaining a product, gas or liquid (typically large amounts of liquid product are preferred). The conditions for hydrogenating such materials are well known. In the reaction conditions, the pressure ranges from 1000 psi (71 kg / cm 2) to 1000 psi (710 g / cm 2), but usually 1500 to 3000 psi (105 to 212 kg / cm 2), and the temperature is 300 ° C. to 600 ° C., but is usually a catalyst or hydrogenated substance. The temperature of 400 ° C to 500 ° C is used depending on the type of the product, the type of the desired product (e.g., a large or small amount of gaseous hydrocarbon low boiling liquid or relatively high boiling liquid hydrocarbon).

이 신규의 방법은 석탄의 액화 특히 석탄을 분쇄하고 액체탄화수소 매질중에 분산시켜 펌푸가 가능한 슬러리를 제공해주는데 특별한 이점이 있다.This new method has particular advantages in liquefying coal, in particular in coal grinding and dispersing in liquid hydrocarbon medium to provide a pumpable slurry.

수용성염의 형태로 사용하는 촉매는 금속 즉 철, 코발트, 닉켈, 몰리브데늄, 텅그스턴, 주석, 아연, 바나듐, 크로뮴 및 안티몬에서 선택한다. 이 개량된 방법에서 사용하는 촉매의 량은 반응혼합물에 잘 분산되기 때문에 유사한 기지의 방법에서 바람직하게 사용되는 량보다 작은 량을 사용할 수 있다. 몰리브데늄은 암모늄 또는 알칼리금속 헵타몰리브데이트의 형태로 하여 석탄 또는 수소첨가시킨 다른 물질을 기준으로 0.01 내지 1% 비율의 몰리브데늄을 사용하면 좋은 결과를 얻게되고 몰리브데늄 약 0.02 내지 0.5%가 바람직한데 이것은 통상으로 더욱 많은 촉매를 사용하는 기지의 방법에서 얻은 효과에 견줄만하다. 개량된 방법에 따라 다른 석탄 및 잔류오일에 수소첨가촉매를 소량으로 사용하는 경우에도 효과적이다.Catalysts used in the form of water-soluble salts are selected from metals such as iron, cobalt, nickel, molybdenum, tungsten, tin, zinc, vanadium, chromium and antimony. Since the amount of catalyst used in this improved process is well dispersed in the reaction mixture, an amount smaller than the amount preferably used in a similar known method can be used. Molybdenum is obtained in the form of ammonium or alkali metal heptamolybdate, using molybdenum in a ratio of 0.01 to 1% based on coal or other hydrogenated material. Molybdenum is about 0.02 to 0.5 Percentages are preferred, which is comparable to the effect obtained with known processes which typically use more catalyst. The improved method is also effective when small amounts of hydrogenation catalysts are used for other coals and residual oils.

철과 같은 활성이 보다 낮은 촉매는 다소 높은 비율, 예를 들면 1%까지의 량이 필요하다. 반응혼합물등의 촉매 비율은 다양하며 이것은 생성물의 분포 및 전환도에 영향을 준다. 일반적으로는 높은 비율로 촉매를 사용하는 경우에 비교적 보다 높은 전환을 얻을 수 있지만 원치 않는 가스 및 경유가 높은 수율로 함께 얻어진다. 촉매를 잘 분산시키는 본 발명에 따라서 적은비율의 촉매사용이 가능하며 이로써 높은 전환 및 고비점오일의 높은 수득량을 얻을 수 있다. 촉매를 편리하게 부가시키는 방식 및 광범위한 응용방법은 본 발명의 또 하나의 주요한 이점이다.Lower activity catalysts, such as iron, require somewhat higher proportions, eg up to 1%. Catalyst proportions in the reaction mixtures vary, which affects the distribution and conversion of the product. In general, relatively higher conversions can be obtained with the use of catalysts at higher rates, but unwanted gases and gas oils are obtained together in high yields. According to the present invention, which disperses the catalyst well, it is possible to use a small proportion of the catalyst, thereby obtaining high conversion and high yield of high boiling oil. The convenient way of adding the catalyst and the wide range of applications are another major advantage of the present invention.

물에 대한 금속화합물의 비율 및 유탁오일에 대한 수용액의 비율은 촉매의 특징에 중요한 영향을 끼친다. 농축시킨 수용액을 유탁시키면, 좋은 결과를 얻게되나 일반적으로는 비교적 희석된 용액을 사용하는 경우 촉매의 보다 작은 입자가 생성되기 때문에 좀더 유효한 촉매가 생성된다. 작은 물방울로 된 비교적 안정한 유탁액을 만들고 미세하게 분산된 촉매를 만들기 위하여는 수용액에 높은 비율의 유탁오일을 가하는 것이 바람직하다. 통상적으로는 액체 공급혼합물을, 유탁촉매용액을 만든 즉시 수소첨가 공정에 통과시키므로 유탁액은 아주 높은 안정성을 갖지 않아도 된다. 따라서 유탁제 또는 유탁안정제의 사용도 필요하지 않게 된다. 그러나 어떤 경우에는 유탁액 형성을 촉매시키는데 또는 유탁액중에 아주 작은 물방울을 얻기 위하여는 이러한 첨가가 이로울 수도 있다. 다른 편리한 방법이 탄화수소 매질중의 염용액을 유탁시키는데 사용될 수 있다. 반응혼합물 전체에 최대로 분산된 촉매를 얻기 위하여는 유탁액중의 수용성상의 입자크기가 아주 작아야 한다. 처음에 수용액중 오일의 분산을 형성시키고 분산으로 전화를 일으킨후에 오일이 계속하여 수용성상으로 되고 수용액은 이안에 아주 미세하게 분산되도록 서서히 오일을 더 가해줌으로써 상기 조건에 달성될 수 있다. 그러나 유탁액을 형성시키는데는 다른 방법을 사용해도 만족한 결과를 얻을 수 있다.The ratio of the metal compound to the water and the ratio of the aqueous solution to the emulsion oil have an important effect on the characteristics of the catalyst. Emulsifying the concentrated aqueous solution yields good results, but generally produces a more effective catalyst because smaller particles of the catalyst are produced when using relatively diluted solutions. It is desirable to add a high proportion of emulsion oil to the aqueous solution in order to produce a relatively stable emulsion of droplets and a finely dispersed catalyst. Usually, the liquid feed mixture is passed through the hydrogenation process immediately after the emulsion catalyst solution is made, so the emulsion does not have to have very high stability. Thus, the use of emulsions or emulsion stabilizers is also unnecessary. In some cases, however, this addition may be beneficial to catalyze emulsion formation or to obtain very small droplets in the emulsion. Another convenient method may be used to emulsify the salt solution in a hydrocarbon medium. The particle size of the water-soluble phase in the emulsion must be very small in order to obtain the catalyst dispersed in the entire reaction mixture. The above conditions can be achieved by first forming a dispersion of the oil in the aqueous solution and inverting the dispersion, then gradually adding more oil so that the oil continues to be in the aqueous phase and the aqueous solution is dispersed very finely therein. However, other methods can be used to form the emulsion and satisfactory results can be obtained.

석탄 및 잔류오일 수소첨가 방법중에서는 별개의 가황화단계가 더 유효한 금속촉매를 만드는데 이용되기도 한다.In the coal and residual oil hydrogenation methods, separate vulcanization steps are also used to make metal catalysts more effective.

본 개량된 방법에서는 소량의 촉매가 석탄 및 석유중에 존재하는 소량의 황으로 인하여 가동하는 중에 효과적으로 황화물이 되어서 유효하게 된다. 따라서 촉매의 특별한 가황화 공정이 필요하지 않게된다.In this improved process, a small amount of catalyst becomes effective sulfide effectively during operation due to the small amount of sulfur present in coal and petroleum. Thus, no special vulcanization process of the catalyst is required.

슬러리한 분탄 또는 분산시킨(희석이 바람직할 경우) 잔류오일 또는 타르중의 액체 탄화수소매질은 알맞은 석유유분 또는 이와 유사한 액체탄화수가 될 수 있으나 바람직하기는 대부분 기지의 수소첨가 방법에서 사용한 바와 같은 수소첨가 공정 또는 재순환오일 유분으로부터 액체탄화수를 얻는 것이다.Slurry powdered or dispersed (if dilution is preferred) liquid hydrocarbon medium in residual oil or tar may be a suitable petroleum fraction or similar liquid hydrocarbon, but is preferably hydrogenated as used in most known hydrogenation methods. Liquid hydrocarbon water is obtained from the process or recycle oil fraction.

아주 좋은 생성물을 얻기 위하여는 이러한 재순환 오일을 처리하여 최소한 저리점의 물질 및 불용성 성분을 제거하는데 있다. 석탄의 액화에 있어서 슬러리공정중에 석탄에 가하는 오일의 량을 충분히 함으로써 일반적인 기술면에서 나타난 바와 같은, 펌푸가 가능한 혼합물을 얻게 된다.In order to get a very good product, this recirculating oil is treated to remove at least low temperature substances and insoluble components. In the liquefaction of coal, sufficient amount of oil is added to the coal during the slurry process to obtain a pumpable mixture as shown in the general art.

전형적인 오일 대 석탄의 비율은 중량으로 55 내지 75부 대 45 내지 25부이다. 잔류오일, 타르 또는 핏치의 수소첨가에 있어서는 액체탄화수소매질을 약간 소량의 비율로 가하거나 전혀 가하지 않는 것이 바람직하다.Typical oil to coal ratios are 55 to 75 parts to 45 to 25 parts by weight. In the hydrogenation of residual oil, tar or pitch, it is preferable to add a liquid hydrocarbon medium in a small amount or not at all.

촉매로 쓰이는 금속의 염이 수용성이면 사살상 어느 염도 가능하다. 철족, 주석 또는 아연과 같은 금속 촉매는 질산염 또는 아세트산염이 가장 적합하나 몰리브데늄, 턴그스텐 또는 바나듐은 알카리금속 또는 암모늄 몰리브데이트, 텅그스테이트 또는 바나데이트와 같은 착염이 더 바람직하다. 둘 또는 그 이상의 금속염을 혼합하여 사용할 수도 있다.If the salt of the metal used as a catalyst is water-soluble, any salt can be killed. Metal catalysts such as iron group, tin or zinc are most suitable for nitrates or acetates, but molybdenum, tungsten or vanadium are more preferably complex salts such as alkali metal or ammonium molybdate, tungstate or vanadate. Two or more metal salts may be mixed and used.

본 방법에 따른 주잇점은 아주 소량의 촉매를 사용하기 때문에 많은 기지의 방법에서와 같은 촉매회수 공정이 필요하지 않다는 사실이다.The advantage of this method is that it uses a very small amount of catalyst and therefore does not require a catalyst recovery process as in many known methods.

본 방법에 따른 그밖의 잇점으로는 촉매를 소량 사용하고 고도로 촉매를 분산시킴으로써 제조장치내에 침적되는 촉매를 제거하기 위해 반응로 내부의 순환속도를 크게하거나 비용이 많이드는 조업중단을 할 필요가 없기 때문에 반응로 설비가 간단한데 있다.Another advantage of this method is that there is no need to increase the circulation speed inside the reactor or costly downtime to remove the catalyst deposited in the production apparatus by using a small amount of catalyst and by highly dispersing the catalyst. The reactor facility is simple.

본석방법Main course

다음에 기술한 실시예에서 사용한 분석방법은 다음과 같다.The analysis method used in the following Example is as follows.

점 도 :Viscosity :

시료오일의 점도는 브루크필드(Brook field) 점도계를 사용하여 25℃에서 측정했다. 회분은 측정하기 전에 오일로부터 제거하지 않았다.The viscosity of the sample oil was measured at 25 ° C. using a Brookfield viscometer. Ash was not removed from the oil before the measurement.

톨루엔중의 불용성물질 및 회분Insoluble Matter and Ash in Toluene

시료 40g을 톨루엔 160g으로 진탕시키고 원심분리 한다.40 g of the sample is shaken with 160 g of toluene and centrifuged.

상등액을 경사하여 버리고 톨루엔 불용성인 탄화수소류의 잔사물질 및 회분을 100℃에서 진공 건조시켜 평량한다. 잔사중의 수분함량은 표준방법으로 측정한다.The supernatant is decanted and the residue and ash of toluene insoluble hydrocarbons are vacuum dried at 100 ° C. to be weighed. The moisture content of the residue is measured by standard methods.

아스팔텐Asphaltene

시료 25g을 n-헥산 100g으로 진탕시키고 원심분리 한다. 상등액을 경사하여 버리고 잔사 즉 회분, 톨루엔 불용성 물질 n-헥산아스팔텐에 불용성인 톨루엔 가용성 탄화수소류의 혼합물을 100℃에서 진공건조시키 평량한다. 아스팔텐 함량은 톨루엔 불용성물질 및 회분을 총헥산 불용성 물질에서 뺀 값이다.25 g sample is shaken with 100 g n-hexane and centrifuged. The supernatant is decanted and the residue, i.e., a mixture of toluene soluble hydrocarbons insoluble in toluene insoluble substance n-hexanesphaltene, is vacuum-dried at 100 deg. The asphaltene content is the value of toluene insolubles and ash minus total hexane insolubles.

석탄분석Coal analysis

본 실시예에서 사용한 석탄은 핏츠버그(bittsburgh No. 8 Alllsion mine) 광산의 역청탄을 마쇄하고 건조한후 120메쉬 체(U.S. Sieve Series)에 통과하도록 분쇄했다. 유황함량은 약 3.9%이었다.The coal used in this example was ground and ground in a Pittsburgh No. 8 Alllsion mine, dried and then ground to pass through a 120 mesh sieve (U.S. Sieve Series). The sulfur content was about 3.9%.

[실시예 1]Example 1

55-(U.S) 갤론(208ℓ) 탱크에 역청탄 73Lb(33.2kg)를 담고 입자의 크기를 75mμ이하로 분쇄한후 건조한다음 슬러리를 얻게될때까지 석탄의 수소첨가공정중에 얻어지는 순환오일 109.5Lb(49.5kg)을 가하여 교반한다.In a 55- (US) gallon (208 liter) tank containing 73 Lb (33.2 kg) of bituminous coal, the particle size was crushed to 75 mμ or less, dried and 109.5 Lb (49.5 kg) of circulating oil obtained during the hydrogenation process of coal until a slurry was obtained. ) Is added and stirred.

이 슬러리에 다음과 같은 유탁촉매용액(암모늄 헵타몰리브데이트 테트라하이드레이트, (NH4)6Mo7O244H2O)을 가하고 실온에서 물 109.5g을 가하여 용해시킨다. 오일중의 유탁액은 여과한 재순환오일 350g을 이용액에 5분간 걸쳐 교반하면 서서히 가하여 제조한다.The following emulsion catalyst solution (ammonium heptamolybdate tetrahydrate, (NH 4 ) 6 Mo 7 O 24 4H 2 O) was added to the slurry and dissolved by adding 109.5 g of water at room temperature. The emulsion in oil is prepared by slowly adding 350 g of filtered recycled oil to the solution over 5 minutes with stirring.

이 촉매유탁액을 오일중의 석탄의 슬러리에 가하고 이 혼합물을 한시간동안 교반해준다. 석탄오일 슬러리를 수소와 혼합되는 지점으로 고압펌푸에 의해 공급하고 이 혼합물에 예열기 및 온도를 460℃ 유지시킨 0.286cuft(8.1ℓ) 용적의 긴 원통형 반응로를 통하여 2000psi(140kg/cm2) 압력하에 시간당 슬러리 13.6Lb(6.04kg) 및 H20.265 Lb-몰(0.117kg-mole)로 공급한다.This catalyst emulsion is added to a slurry of coal in oil and the mixture is stirred for one hour. The coal oil slurry was fed by a high pressure pump to the point where it was mixed with hydrogen and under a pressure of 2000 psi (140 kg / cm 2 ) through a long cylindrical reactor with a volume of 0.286 cuft (8.1 l) maintained at 460 ° C. in the preheater and temperature. It is fed in slurry 13.6 Lb (6.04 kg) and H 2 0.265 Lb-mol (0.117 kg-mole) per hour.

반응로로부터의 유출액을 대기압으로 낮추고 통상적인 방법에 의하여 분리해서 개스, 비점 150℃ 이하의 경유, 소량의 수용성상 및 잔사외에 비점 150℃ 이상의 오일을 얻는다. 공급된 슬러리를 기준으로한 생성물의 분포율은 다음과 같다.The effluent from the reactor is lowered to atmospheric pressure and separated by a conventional method to obtain a gas, a light oil having a boiling point of 150 ° C. or lower, a small amount of water-soluble phase and an oil having a boiling point of 150 ° C. or higher in addition to the residue. The distribution ratio of the product based on the supplied slurry is as follows.

[표 1]TABLE 1

Figure kpo00001
Figure kpo00001

공급된 슬러리를 기준으로하여 수소전환은 50% 이상이고 생성물의 총회수량은 98%이상이다.Based on the supplied slurry, the hydrogen conversion is at least 50% and the total recovery of the product is at least 98%.

[실시예 2]Example 2

실시예 1에 기술된 장치 및 방법을 이용하여 석탄의 수소첨가반응에 있어서 유탁된 촉매계의 효과를 증명하기 위해 두단계 실험을 수행한다. 28.75시간동안 지속되는 첫째단계에서 40중량%의 석탄-60중량%의 재순환 오일슬러리를, 촉매를 가하지 않고 실시예 1에서와 같은 반응로의 온도 및 압력하에 시간당 21.4Lb(9.7kg) 슬러리와 수소 0.35Lb-mole(0.16kgmole)의 평균속도로서 반응기를 통해 펌프한다. 재순환 오일은 상기 조작에서 잔류한 70ppm의 Mo(석탄을 기준으로 0.01% Mo에 해당)을 함유한다.A two-step experiment was conducted to demonstrate the effect of the suspended catalyst system on the hydrogenation of coal using the apparatus and method described in Example 1. In a first stage lasting 28.75 hours, 40 wt% coal-60 wt% recirculating oil slurry was charged with 21.4 Lb (9.7 kg) slurry and hydrogen per hour under the temperature and pressure of the reactor as in Example 1 without adding a catalyst. Pump through the reactor at an average rate of 0.35 Lb-mole (0.16 kgmole). The recycle oil contains 70 ppm Mo (corresponding to 0.01% Mo based on coal) remaining in the operation.

첫째단계의 마지막 공정에서 오일중의 수용성 암모늄 몰리브데이트의 유탁액을 공급된 슬러리에 가하여 석탄을 기준으로 함량 0.12%의 Mo를 얻는다. 이 슬러리 혼합물을 8.7시간 동안 상기에서와 같이 반응로를 통하여 수행한다.In the last step of the first step, an emulsion of water-soluble ammonium molybdate in oil is added to the supplied slurry to obtain Mo with a content of 0.12% based on coal. This slurry mixture is run through a reactor as above for 8.7 hours.

유출물의 시료를 두단계반응 조작동안 여러지점에서 분석용으로 채취하고 다량의 유출물을 평형물질 측정을 위해 수집하는데 첫째단계에서는 두번 둘째단계에서는 한번한다.Samples of the effluent are taken for analysis at various points during the two-step reaction operation and a large volume of effluent is collected for equilibrium measurements, once in the second and second time.

재순환 오일은 150+℃에서 다음과 같은 분석치를 갖는 생성물이다.The recycle oil is the product having the following analysis at 150 + ° C.

[표 2]TABLE 2

Figure kpo00002
Figure kpo00002

여기서 사용되는 석탄은 11.7%의 평균 회분 함량을 갖는다.The coal used here has an average ash content of 11.7%.

[표 3]TABLE 3

분석용 시료Analytical Sample

[표 4]TABLE 4

평형물질의 시료Equilibrium Samples

Figure kpo00004
Figure kpo00004

*석탄의 전환백분율은 다음식에 의해서 계산된다.The conversion percentage of coal is calculated by the following equation.

전환백분율% =

Figure kpo00005
% Conversion =
Figure kpo00005

상기식에서In the above formula

S=슬러리내의 석탄의 중량유분S = weight fraction of coal in slurry

X1=슬러리 오일내의 톨루엔 불용물의 유분X 1 = oil fraction of toluene insolubles in slurry oil

Y1=X1내 회분의 유분Fraction of ash in Y 1 = X 1

Y2=석탄내 회분의 유분Y 2 = fraction of ash in coal

Y3=150+℃ 오일로부터 톨루엔 불용물내 회분의 유분Fraction of ash in toluene insolubles from Y 3 = 150 + ° C

X3=150+℃ 오일내 톨루엔 불용물의 유분X 3 = 150 + ° C Oil fraction of toluene insolubles

h=석탄 Lb당(2.2kg)당 소비되는 H2Lb(2.2kg)h = H 2 Lb (2.2 kg) consumed per Lb of coal (2.2 kg)

Z=150+℃ 오일로서 생성물의 회분.Ash of product as Z = 150 + ° C. oil.

[실시예 3-7]Example 3-7

실시예 1에 기술된 장치 및 방법을 이용하여 오일중에 현탁된 여러가지 금속염 용액을 함유하는 60 내지 40 오일-석탄 슬러리를 460℃, 2000psi(140kg/㎠)에서 반응로를 통해 펌프한다.60-40 oil-coal slurry containing various metal salt solutions suspended in oil is pumped through the reactor at 460 ° C., 2000 psi (140 kg / cm 2) using the apparatus and method described in Example 1.

실시예 3 및 4에서 촉매염은 각각 0.11%(석탄을 기준)의 Co(NO3)26H2O 및 암모니움 헵타몰리브데이트 테트라하이드레이트 혼합물과 0.11%의 유사한 Ni(NO3)26H2O 및 암모니움 헵타몰리브데이트 테트라하이드레이트 혼합물인데 각각의 혼합물에서 금속은 동일한 원자비율로서 존재하다.The catalyst salts in Examples 3 and 4 were 0.11% similar Ni (NO 3 ) 2 6H 2 with 0.11% (based on coal) Co (NO 3 ) 2 6H 2 O and ammonium heptamolybdate tetrahydrate mixtures, respectively. O and ammonium heptamolybdate tetrahydrate mixtures in which the metals are present in the same atomic ratio.

실시예 5에서 촉매염은 0.5%의 FeSO47H2O, 실시예 6에서 촉매염은 0.1%의 Na2WO42H2O, 실시예 7에서 촉매염은 실시예 1과 같이 0.11%의 암모니움 헵타몰리브데이트 테트라하이드레이트이다.In Example 5 the catalyst salt was 0.5% FeSO 4 7H 2 O, in Example 6 the catalyst salt was 0.1% Na 2 WO 4 2H 2 O, and in Example 7, the catalyst salt was 0.11% ammonium as in Example 1. Um heptamolybdate tetrahydrate.

유출물의 시료는 각각의 경우, 상기와 같이 여러시간동안 가동한 후에 분석한다. 조건 및 측정결과를 표 5에 기술하였다.Samples of the effluent are in each case analyzed after several hours of operation as above. The conditions and measurement results are described in Table 5.

[표 5]TABLE 5

Figure kpo00006
Figure kpo00006

[실시예 8]Example 8

전술한 실시예에서와 같이 60 내지 40 재순환 오일-석탄 슬러리를 2000psi(140kg/cm2)의 반응로의 압력하에서 시간당 20Lb/hr(9.1kg/hr)의 일정속도로서 수소 0.36Lb-mole(0.163kg/mole)을 반응로를 통해 펌프한다. 공급된 석탄 슬러리는 석탄을 기준하여 몰리브데늄 0.027%의 농도로 유탁된 암모늄 헵타몰리브 데이트용액을 함유한다. 이때 반응로의 온도조절기는 475℃로 고정해둔다. 표 4의 결과에서 나타난바와 같이 개스, 경유, 물 및 톨루엔 불용물의 비율은 높은온도에서 높아지는 반면 150+℃ 오일 획분의 아스팔텐 함량 및 점도는 낮아진다.As in the above embodiment, 60 to 40 recycle oil-coal slurry was subjected to hydrogen 0.36 Lb-mole (0.163) at a constant rate of 20 Lb / hr (9.1 kg / hr) per hour under a pressure of 2000 psi (140 kg / cm 2 ). kg / mole) is pumped through the reactor. The fed coal slurry contains ammonium heptamolybdate solution suspended at a concentration of 0.027% molybdenum based on coal. At this time, the temperature controller of the reactor is fixed at 475 ° C. As shown in the results of Table 4, the proportions of gas, diesel, water and toluene insolubles are higher at higher temperatures while the asphaltene content and viscosity of the 150 + ° C oil fractions are lower.

[표 6]TABLE 6

Figure kpo00007
Figure kpo00007

상기 실시예에서 나타난 이와 유사한 방법으로 금속 촉매염의 유탁된 수용액을 함유한 탄화수소오일중의 용액 또는 잔류오일, 타르 또는 핏치의 분산액에 수소첨가하여 저비점의 탄화수소 생성물을 얻는다. 잔류오일 또는 다른 획분의 점도는 아주 낮으므로 경유를 희석제로서 가할 필요는 없다. 물론 오일획분 그 자체가 액체매질로 구성된다. 상기에서 나타난 바와 같이 생성물중의 가스 및 저비점의 액체탄화수소의 생성비율은 고온, 장시간에서와 다소의 높은 비율의 촉매를 사용하는 경우에 증가된다.In a similar manner as shown in the above examples, a solution in a hydrocarbon oil containing an emulsion of a metal catalyst salt or a dispersion of residual oil, tar or pitch is hydrogenated to obtain a low boiling hydrocarbon product. Since the viscosity of the residual oil or other fractions is very low, it is not necessary to add light oil as a diluent. The oil fraction itself, of course, consists of a liquid medium. As indicated above, the production rate of gas and low-boiling liquid hydrocarbons in the product is increased when using a high temperature, a long time and some high proportion of the catalyst.

상기에서 알 수 있는 바와 같이 여기에 기술된 액체반응혼합물중의 수용성 금속화합물 유탁액으로서 수소첨가 촉매를 가하고 분산시키는 공정은 다른 수소첨가 공정에서도 이와 유사하게 이용될 수 있다.As can be seen above, the process of adding and dispersing the hydrogenation catalyst as the water-soluble metal compound emulsion in the liquid reaction mixture described herein can be similarly used in other hydrogenation processes.

이러한 공정을 예를 들면 벤젠 및 나프탈렌을 수소첨가시켜서 시클로파라핀을 얻고 동식물 오일에 수소첨가시켜서 포화 지방을 얻는다.This process, for example, hydrogenation of benzene and naphthalene to give cycloparaffins and hydrogenation of animal and plant oils to obtain saturated fats.

Claims (1)

탄화수소 물질은 수불혼화성 상으로서 철, 코발트, 닉켈, 몰리브데늄, 텅그스텐, 주석, 아연, 바나듐, 크로뮴 또는 안티몬의 금속함유 수소첨가 촉매 존재하에 수소와 접촉시킴에 있어서 상기 금속함유 수소첨가 촉매를 초기에 수용액의 유탁액 상태로 상기 수불혼화성 액상에 가함을 특징으로 하는 상기 탄화수소 물질을 수소화 하는 방법.The hydrocarbon material is a water immiscible phase, the metal-containing hydrogenation catalyst in contact with hydrogen in the presence of a metal-containing hydrogenation catalyst of iron, cobalt, nickel, molybdenum, tungsten, tin, zinc, vanadium, chromium or antimony. Is initially added to the water immiscible liquid phase in the form of an emulsion of an aqueous solution.
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