JPH0598271A - 炭化水素類の水素化分解方法 - Google Patents
炭化水素類の水素化分解方法Info
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- Catalysts (AREA)
- Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)
Abstract
に属する金属の少なくとも1種を無機酸化物担体に担持
した第1の触媒を用いて、330〜400℃の温度で水
素化処理し、次いで、Na2Oの含有量が0.3重量%以
下、SiO2/Al2O3のモル比が5〜9で、かつ格子
定数が24.42乃至24.30Åの結晶性アルミノシリ
ケート及び/又は前記格子定数が24.42乃至24.3
0Åの結晶性アルミノシリケートを遷移金属含有溶液で
処理した遷移金属含有アルミノシリケートと無機酸化物
マトリックスとからなる担体に周期律表第VI族に属する
金属の少なくとも1種とリンとを含むpH3以下の水溶
液を含浸させた後、周期律表第VIII族に属する金属の少
なくとも1種を含む水溶液を含浸、乾燥、焼成して得ら
れた第2の触媒を用いて、360〜420℃の温度で水
素化分解する。 【効果】 重質油を効率良く分解することができ、この
分解活性を長時間維持できる。
Description
圧軽油、重油等の重質炭化水素類を水素化分解する方法
に関する。
油が重質化する傾向にあり、しかも需要は白油化、軽質
化が進行し、需給のバランスを取るために重質留分の軽
質留分への転化が図られている。
るが、その中でも、減圧軽油、重油等の重質炭化水素類
の水素化分解は、良質の軽質油が得られ、二次処理等も
必要がないため、最も好ましい方法と考えられている。
のアモルファスな無機酸化物担体或いは結晶性アルミノ
けい酸塩ゼオライト含有担体に活性金属を担持させた触
媒が用いられている。前記アモルファスな無機酸化物担
体からなる触媒を用いる方法は、高沸点留分の分解性に
優れ中間留分収率が高いが、この高分解率を達成するた
めには高温が必要で、この高温のために脱硫活性や脱窒
素活性の劣化が著しく速くなり、触媒寿命が短くなると
いう欠点があった。一方、ゼオライト含有担体は、上記
アモルファスな無機酸化物担体触媒に比べて、10〜2
0℃低い温度で高分解率を得ることができるが、重質炭
化水素中の重金属、残留炭素、アスファルテン等による
被毒を受けやすく、分解活性の劣化が速いという欠点を
有する。
属成分及び周期律表第VIII族金属成分からなる前処理触
媒で水素化処理し、しかるのち、所定の結晶性アルミノ
けい酸塩ゼオライトと無機酸化物、周期律表第VI族金属
成分、同第VIII族金属成分、リン、ホウ素等からなる触
媒で水素化分解する方法が提案されている(特開昭61
−126196号公報)。しかし、この方法は、分解性
能、灯軽油留分収率などで必ずしも満足のいくものでは
ない。
ノけい酸塩であるゼオライトとアルミナ等の無機酸化物
マトリックスとからなる担体を、pH値が3.0以下の
周期律表第VI族金属化合物、第VIII族金属化合物および
リンの水溶液と接触させると、強い酸性条件下であるた
め、ゼオライトの結晶構造は破壊されてしまい、水素化
分解活性は著しく低下する。
けるために、pH値が3より高い水溶液を用いる方法が
提案されている(特開昭59-216635号公報)。し
かし、この方法では、無機酸化物マトリックスの等電点
が低い場合、担体上に均質に担持できない。また、pH
が3より高い水溶液中ではリンと周期律表第VI族金属成
分は一部は重合錯体を形成するが、一部は単核イオンと
して存在する。この単核イオンはゼオライト細孔内に入
り、ゼオライトの結晶構造を一部破壊し、分解活性の低
下を招くことが知られている(例えば、特開昭59-21
6635号公報、特公昭59-40058号公報参照)。
鋭意検討した結果、Y型ゼオライトを特定の処理をし、
所定の格子定数を有する結晶性アルミノシリケートとし
たものを用いると、初期pH値が3.0以下の水溶液と
接触させても、結晶構造の崩壊を起こさず、しかもこの
方法で調製した触媒を用いて炭化水素類の水素化分解反
応を行なったところ、極めて高い分解活性と灯軽油留分
収率を得られることを見出した。
機酸化物担体に活性金属を担持した触媒を用いて水素化
処理を行うと、上記触媒の被毒を著しく低減でき、高い
分解活性を長期に渡って維持できることが分かった。
で、本発明の目的は灯軽油留分の収率が高く、しかも長
期に渡って運転が可能な水素化分解方法を提供するもの
である。
を、周期律表第VI族及び周期律表第VIII族に属する金属
の少なくとも1種を無機酸化物担体に担持した第1の触
媒を用いて、330〜400℃の温度で水素化処理し、
次いで、Na2Oの含有量が0.3重量%以下、SiO2
/Al2O3のモル比が5〜9で、かつ格子定数が24.
42乃至24.30Åの結晶性アルミノシリケート及び
/又は前記格子定数が24.42乃至24.30Åの結晶
性アルミノシリケートを遷移金属含有溶液で処理した遷
移金属含有アルミノシリケートと無機酸化物マトリック
スとからなる担体に周期律表第VI族に属する金属の少な
くとも1種とリンとを含むpH3以下の水溶液を含浸、
乾燥させた後、或いは乾燥させることなく、周期律表第
VIII族に属する金属の少なくとも1種を含む水溶液を含
浸、乾燥、焼成して得られた第2の触媒を用いて、36
0〜420℃の温度で水素化分解する方法である。
イル等から得られる炭化水素類、全てを原料とすること
ができるが、特には、これらの蒸圧蒸留残油、減圧蒸留
軽油、減圧蒸留残油等、残留炭素、アスファルテンを含
有するものが好適である。
無機酸化物担体、例えば、アルミナ、シリカ、チタニ
ア、ボリア、ジルコニア、マグネシアの1種あるいは2
種以上の耐火性無機酸化物からなる担体に、周期律表第
VI族金属、例えばモリブデンまたはタングステン及び周
期律表第VIII族金属、例えばコバルトまたはニッケルの
いずれか1種または2種以上を8〜20重量%担持した
もので、特には、アルミナ担体に6〜15重量%のモリ
ブデン及び2〜5重量%のニッケルまたはコバルトを担
持したものを用いることが好ましい。この触媒は、15
0m2/g以上の表面積、0.5〜0.8ml/gの細孔容積、8
0〜150Åの平均細孔直径を有するものが好ましい。
/またはホウ素を0.01〜3重量%含有或いは担持さ
せたものが、重質炭化水素油の水素添加処理能力に優
れ、第2触媒の劣化抑制に効果的であり、好ましい。
含有量が0.3重量%以下で、SiO2/Al2O3のモル
比が5〜9で、かつ格子定数が24.42乃至24.30
Åの結晶性アルミノシリケートを用いて調製されるもの
である。
るとpH3以下の水溶液と接触したときに結晶構造の崩
壊が生じ、分解活性が低下し、灯軽油留分の収率が減少
する。また、SiO2/Al2O3のモル比が5以下であ
れば骨格が十分に安定化されておらず、前記のNa2O
の場合と同様に酸により結晶崩壊を生じ、さらに9以上
では酸性点の減少により分解活性が低下する。さらに格
子定数が24.42Å以上でも、前記と同様酸との接触
により結晶構造の崩壊が生じ、格子定数が24.30Å
以下では結晶性が悪く、酸量も少ないことから同様に分
解活性が低下し、灯軽油留分の収率が減少する。尚、格
子定数とはX線回折法により得られた面間隔dの値よ
り、次式数1で算出されるものである。
リケートは、Y型ゼオライトから調製することができ
る。このY型ゼオライトとしては、アルミニウムとケイ
素の比率が1:2.2〜1:3.0のもので、フォージャ
サイト構造を有するものであれば、製法の如何にかかわ
らず、いずれをも支障なく用いることができる。このY
型ゼオライトを、先ず、脱アルカリ処理し、ついで水蒸
気処理及び/又は酸処理することにより、上記特性の結
晶性アルミノシリケートを得ることができる。
ゼオライトをアンモニア含有溶液等に浸漬処理して、N
a+のようなアルカリ金属を、アンモニウムイオン等に
よりイオン交換しこれを焼成する、この一連の処理を数
回くりかえすことにより行うことにより、Na2Oを0.
3重量%以下とすることができる。
オライトを、好ましくは500〜800℃の温度の水蒸
気と接触させる方法により行うことができる。さらに酸
処理はpH3以下の硝酸水溶液等に浸漬することにより
行うとよい。この水蒸気処理と酸処理はどちらか一方で
も良いが、両処理を併用することにより部分的な脱アル
ミニウムを行ない、SiO2/Al2O3のモル比が5〜
9のものが得られ、これを乾燥、焼成により、上記格子
定数を有する結晶性アルミノシリケートを調製すること
ができる。
を有する結晶性アルミノシリケートは、亜鉛、銅、鉄、
コバルト、ニッケル、チタン、バナジウム、ジルコニ
ア、カドミウム、スズ、鉛等の遷移金属の塩を含有する
溶液に浸漬することにより、これらのイオンを導入し、
遷移金属含有アルミノシリケートとすることができる。
この遷移金属含有アルミノシリケートを上記結晶性アル
ミノシリケートに代えて第2の触媒の調製のために用い
ることもできる。この場合、遷移金属としては、特に亜
鉛が好ましい。この遷移金属含有アルミノシリケート
は、上記の結晶性アルミノシリケートと混合して用いて
も良い。
遷移金属含有結晶性アルミノシリケートは、無機酸化物
マトリックスと混合して担体とする。この担体の調製
は、常法によって行うことができる。すなわち、上記の
格子定数を有する結晶性アルミノシリケート及び/又は
遷移金属含有アルミノシリケートと無機酸化物マトリッ
クスのヒドロゲルとを十分に混合し、所定の形状に成形
し、常温乃至150℃、好ましくは、100〜130℃
で0.5時間以上乾燥した後、350〜800℃、好ま
しくは、450〜600℃で0.5時間以上焼成するこ
とにより担体を得ることができる。この場合、結晶性ア
ルミノシリケート及び/又は遷移金属含有結晶性アルミ
ノシリケートを5〜90重量%、特には、20〜50重
量%、無機酸化物マトリックスを95〜10重量%とす
ることが触媒の活性及び寿命上、好ましい。また、無機
酸化物マトリックスとしては、アルミナ、シリカ−アル
ミナ、チタニア−アルミナ、ジルコニア−アルミナな
ど、多孔質で、非晶質のものが好適に用いられる。これ
らの無機酸化物マトリックスは活性金属の担持物として
働くと共に、上記結晶性アルミノシリケート及び/又は
遷移金属含有結晶性アルミノシリケートのバインダーと
して働き、触媒の強度を向上させる役割がある。このマ
トリックスの表面積は30m2/g以上とすることが望ま
しい。
と第VI族の金属成分を含有したpH3以下の水溶液を含
浸させる。リンと第VI族の金属成分を含有した水溶液の
pHを3以下とすることにより、第VI族の金属イオンの
大部分が重合錯体として存在する。この重合錯体の形成
により、第VI族の金属イオンが上記結晶性アルミノシリ
ケート及び遷移金属含有アルミノシリケートのゼオライ
ト固有の細孔内に入ることはなくなり、これらの結晶構
造を破壊し、分解活性を低下させることがなくなる。実
際には、かかる水溶液の含浸の際にも、3〜20%程度
の結晶性の低下が見られるが、この程度では、分解性
能、脱硫性能、脱窒素性能において、大きな性能低下は
認められない。
モリブデン酸アンモニウム、モリブデン酸、モリブデン
酸アンモニウム、リンモリブデン酸、タングステン酸ア
ンモニウム、タングステン酸、無水タングステン酸、タ
ングストリン酸などの化合物を水溶液として用いるとよ
い。また、重合錯体形成のためのリンは、リン酸、亜リ
ン酸、次亜リン酸、リンモリブデン酸、リンタングステ
ン酸などの酸及びそれらの塩などの水溶液が用いられ
る。このうち、リンモリブデン酸、リンタングステン酸
を用いると、リンと第VI族の金属成分が同時に低PHで
重合錯イオンとして担体に担持できるため、操作が簡便
となり、特に好ましい。これらの担持量は、最終触媒組
成物に対し、第VI族金属成分は、その合計量として、酸
化物換算で約5〜25重量%、リンは同様に0.05〜
5重量%とすることが好ましい。
属成分を含浸させた後、常温乃至150℃、好ましく
は、100〜130℃で0.5時間以上乾燥させるか、
或いは乾燥させることなくそのまま、第VIII族の金属成
分を含有した水溶液を含浸させ、常温乃至150℃、好
ましくは、100〜130℃で0.5時間以上乾燥させ
た後、350〜800℃、好ましくは、450〜600
℃で0.5時間以上焼成することにより、本発明の第2
の触媒を調製することができる。
ケルあるいはコバルトの硝酸塩、硫酸塩、塩化物、フッ
化物、臭化物、酢酸塩、炭酸塩、リン酸塩などの水溶液
が用いられる。この第VIII族金属成分はその合計量とし
て酸化物換算で約0.5〜7重量%とすることが好まし
い。
化処理する場合、この反応の条件は、温度約330〜4
00℃、好ましくは350〜380℃、水素分圧約20
〜200kg/cm2、液空間速度約0.2〜2.0hr-1、
水素対炭化水素類の比、約200〜2000Nl/lの
範囲で選定することが好ましい。一般に、この触媒は、
炭化水素類を処理するに先立ち、硫化水素、二硫化炭素
といった硫黄化合物を含有した炭化水素類で、予備硫化
したのち、用いるとよい。
媒を用いて水素化分解するが、上記水素化処理油は、そ
のまま水素化分解しても良いが、軽質分を分離した後の
重質分のみを水素化分解してもよい。この反応の条件
は、温度約360〜420℃、水素分圧約20〜200
kg/cm2、液空間速度約0.2〜2.0hr-1、水素対炭
化水素類の比、約200〜2000Nl/lの範囲で選
定することが好ましい。また、この触媒も、炭化水素類
を処理するに先立ち、硫化水素、二硫化炭素といった硫
黄化合物を含有した炭化水素類で、予備硫化したのち、
用いるとよい。
O2/Al2O3比2.9、Na2O含量12.3重量%、格子定数2
4.60Å)200gを1Mの硝酸アンモニウム水溶液
2lを用いて、50℃の温度で、イオン交換し、ろ過、
洗浄し、さらに130℃の温度で、3時間乾燥したの
ち、450℃の温度で、3時間焼成した。この操作を9
回繰返した結果、Na2O含量が0.5重量%に減少し、
SiO2/Al2O3比が5.8、格子定数が24.55Åになった
(以下これを「SY」と称する)。これを700℃の水
蒸気と3時間接触させ、pH値約1.5に調製した50
℃の硝酸水溶液2lに2時間浸し、ろ過、洗浄し、13
0℃で、3時間乾燥した後、450℃で、3時間焼成し
た(以下これを「USY」と称する)。このようにして
得られたUSYは、格子定数が、24.38Åの値を持
ち、400m2/gの表面積を有していた。
デア社製アルミナpural SB)200gと混合し、イオ
ン交換水約230gを添加して混練し、直径1mm、長さ
5mmの円柱に押し出し成形し、130℃で、3時間乾燥
した後、600℃で2時間焼成して担体とした。
(pH=0.85;黄色溶液)を、細孔容積に見合った
量だけの含浸液を用いて担持を行う湿潤法により含浸さ
せ、130℃で、3時間乾燥し、550℃の温度で、2
時間焼成して触媒とした(触媒A)。この時、リンモリ
ブデン酸溶液は、最終触媒時に、MoO3を8.0重量
%、Pを0.2重量%含むように濃度を調整した。
に、リンモリブデン酸溶液B(pH=6;無色溶液;溶
液Aにアンモニア水を添加して、pHを向上させた)を
用いたことを除いては実施例1と同じ方法により、触媒
Bを調製した。
℃の0.2M塩化亜鉛溶液1.5lと2時間接触させたの
ち、ろ過、洗浄、乾燥、焼成した。(これをZnUSY
と称する。)このようにして得られた遷移金属含有アル
ミナシリケートには、ZnOとして、約2重量%の亜鉛
導入されおり、24.38Åの格子定数、380m2/gの
表面積を持っている。このZnUSY150gを実施例
1の(a)に記載した方法と同様の操作で担体とした。
ウム、硝酸ニッケル及びリン酸を、最終触媒時に、Mo
O3、NiO、Pとしてそれぞれ8.0wt%、2.2wt
%、1.0wt%となるように、混合し、これを湿潤法に
より担持した。この時の含浸液のpHは約2.8であっ
た。担持後に、実施例1と同様の条件で乾燥、焼成して
触媒Cを調製した。
アルミナのみの形成体を用いたことを除いて、実施例2
と同じ方法により、触媒Dを調製した。
をイオン交換して得たNa2O含量が0.5重量%、SiO2
/Al2O3比が5.8、格子定数が24.55Åの脱アルカリ
処理したアルミノシリケートSYを、実施例2のUSY
の代わりに用いて、実施例2の方法でMoO3、Ni
O、Pとしてそれぞれ8.0wt%、2.2wt%、1.0wt
%となるように担持し、触媒Eを調製した。
換し、さらに酸処理してNa2O含量が0.03重量%、
SiO2/Al2O3比が14.6、格子定数が24.29Åのアル
ミノシリケートを実施例2のUSYの代わりに用いて、
実施例2の方法でMoO3、NiO、Pとしてそれぞれ
8.0wt%、2.2wt%、1.0wt%となるように担持
し、触媒Fを調製した。
ミナ担体に、Moを金属として10重量%及びCoを金
属として3重量%担持したもので、200m2/gの表面
積、0.6ml/gの細孔容積、90Åの平均細孔直径を有
する触媒を第1の触媒とし、水素化H2圧=40kg/c
m2、LHSV=0.4hr-1、水素/原料油比=400、
反応温度=360℃の条件下に、表1の性状を有する減
圧蒸留軽油を用いて水素化処理し、引き続いて、上記触
媒Aを第2の触媒として、水素化H2圧=40kg/cm2、
LHSV=0.4hr-1、水素/原料油比=400、反応
温度=400℃の条件下に、分解反応を行った。反応開
始後10時間後と80時間後の分解油を採取し、分解率
(360℃以上の留分の減少率で算出)を測定した。こ
の結果を実施例1として表2に示した。第2の触媒とし
て、触媒Cを用いて、まったく同様の操作を行った。こ
の結果を実施例2として表2に示した。
として、触媒B、D、E、Fをそれぞれ用いて、実施例
1〜2に記載した条件と同じ条件で、水素化処理及び水
素化分解を行った。実施例1と同様に10時間目と80
時間目の分解率を測定した結果を表2に示した。
で用い、水素化H2圧=40kg/cm2、LHSV=0.8hr
-1、水素/原料油比=400、反応温度=400℃の条
件下で、水素化分解を行った。実施例1と同様に10時
間目と80時間目の分解率を測定した結果を表2に示し
た。
0kg/cm2、LHSV=0.8hr-1、水素/原料油比=4
00、反応温度=360℃の条件下で、水素化分解を行
った。実施例1と同様に10時間目と80時間目の分解
率を測定した結果を表2に示した。
媒は、比較例の触媒に比べて、分解性能及び分解活性の
寿命の点で優れていることが分かる。
おいて、高分解性能を得ることができ、またこの分解活
性を長時間維持でき、触媒寿命の長期化などを図ること
ができ、重質油を効率良く分解することができる。
Claims (3)
- 【請求項1】 炭化水素類を、周期律表第VI族及び周期
律表第VIII族に属する金属の少なくとも1種を無機酸化
物担体に担持した第1の触媒を用いて、330〜400
℃の温度で水素化処理し、次いで、Na2Oの含有量が
0.3重量%以下、SiO2/Al2O3のモル比が5〜9
で、かつ格子定数が24.42乃至24.30Åの結晶性
アルミノシリケート及び/又は前記格子定数が24.4
2乃至24.30Åの結晶性アルミノシリケートを遷移
金属含有溶液で処理した遷移金属含有アルミノシリケー
トと無機酸化物マトリックスとからなる担体に周期律表
第VI族に属する金属の少なくとも1種とリンとを含むp
H3以下の水溶液を含浸、乾燥させた後、或いは乾燥さ
せることなく、周期律表第VIII族に属する金属の少なく
とも1種を含む水溶液を含浸、乾燥、焼成して得られた
第2の触媒を用いて、360〜420℃の温度で水素化
分解することを特徴とする炭化水素類の水素化分解方
法。 - 【請求項2】 請求項1に記載の第1の触媒がリン及び
ホウ素の少なくとも1種を含有させたものであることを
特徴とする炭化水素類の水素化分解方法。 - 【請求項3】 請求項1に記載の第2の触媒中の遷移金
属含有アルミノシリケートが亜鉛含有アルミノシリケー
トであることを特徴とする炭化水素類の水素化分解方
法。 【0001】
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