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JPS61162590A - 炭化水素供給原料の選択的水添脱窒素法 - Google Patents

炭化水素供給原料の選択的水添脱窒素法

Info

Publication number
JPS61162590A
JPS61162590A JP21443285A JP21443285A JPS61162590A JP S61162590 A JPS61162590 A JP S61162590A JP 21443285 A JP21443285 A JP 21443285A JP 21443285 A JP21443285 A JP 21443285A JP S61162590 A JPS61162590 A JP S61162590A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
mixtures
nitrogen
catalyst
ligand
group
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP21443285A
Other languages
English (en)
Inventor
テー シー ホー
エイ モンターニヤ アンジエロ
アレン ジエイ ヤコブソン
ラツセル アール チアネリ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ExxonMobil Technology and Engineering Co
Original Assignee
Exxon Research and Engineering Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Exxon Research and Engineering Co filed Critical Exxon Research and Engineering Co
Publication of JPS61162590A publication Critical patent/JPS61162590A/ja
Pending legal-status Critical Current

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  • Catalysts (AREA)
  • Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 (発明の分野) 本発明は、自己助触媒されるモリブデン及びタングステ
ン硫化物担持触媒を用いる、硫黄及び窒素含有炭化水素
から窒素を選択的に除去する方法に関する。特に本発明
は、Fe % Mn 、Ni、Co % Zn 、Cu
及びこれらの混合物より成る群から選ばれた一又は二以
上の遷移金属硫化物で助触媒されるモリブデン及びタン
グステン硫化物触媒を用いて、窒素及び硫黄含有潤滑油
から窒素を選択的に除去することに関する。ここで触媒
は、一又は二以上の先駆体塩を高められた温度で、硫黄
の存在下でかつ酸素不存在条件下で、該触媒を形成する
のに十分な時間加熱することにより得られたものである
。前駆体塩は、Mo、W又はこれらの混合物のチオメタ
レートアニオン及び先駆体分子の一部として助触媒金属
を含む少くとも−゛っの中性の窒素含有ポリデンテート
リガンドによりキレートされる一又は二以上の助触媒金
属を含むカチオンを含む。
(従来技術) 石油工業は将来の供給原料源として重原油、残渣、石炭
、およびタールにますます依存するようになる。これら
重質物質からの供給原料は、慣用の原料オイルからの供
給原料よりも多くの硫黄および窒素を含む。そのような
供給原料は、汚れた供給原料と一般に云われる。従って
、これら供給原料は、それから用いうる生成物を得るた
めにかなりの上級化(upgrading)たとえば石
油工業で周知の水素処理により一般に達成される上級化
または精製(refining)を必要とする。
これらの方法は、種々の炭化水素分画または全重質原料
または供給原料を水素処理触媒の存在下で水素により処
理して、原料または供給原料の少なくとも一部をより低
分子量の炭化水素に転化させる。または非所望の成分ま
たは化合物の除去を行なう又はそれらを無害のまたはよ
り低度に非所望の化合物に転化させる事を必要とする。
水素処理は、種々の供給原料たとえば溶剤、軽、中また
は重質留出物供給原料、および残渣、または燃料油に適
用できる。比較的軽い供給原料の水素処理では、しばし
ば臭い、色、安定性、燃焼特性などを改善するために供
給原料が水素により処理される。不飽和炭化水素が、水
素化され、飽和される。
その様な処理において、硫黄および窒素が除去される。
接触クランキング供給原料の処理において、供給原料の
クランキングの質は水素処理により改善される。炭素収
率が低下され、ガソリン収率が一般に増加される。比較
的重い供給原料または残渣の水素化脱硫(HDS)では
、硫黄化合物が水素化され、そしてクランキングされる
。炭素−硫黄結合が破壊され、硫黄の大部分が硫化水素
に転化され、これはプロセスからガスとして除かれる。
水素化脱窒素(HDN)もまた一般に、有る程度、水素
化脱硫を達成する。比較的重い供給原料または残渣の水
素化脱窒素では、窒素化合物が水素化され、クランキン
グされる。炭素−窒素結合が破壊され、窒素はアンモニ
アに転化され、プロセスから出される。水素化脱硫は、
有る程度、水素化脱窒素をも一般に伴う。比較的重い供
給原料の水素化脱硫では、硫黄の除去に力点がおかれる
。比較的重い供給原料の水素化脱窒素では、窒素の除去
に力点が置かれる。水素化脱硫と水素化脱窒素は一般に
同時に起こる反応であるが、供給原料の一水素化脱硫よ
りも水素化脱窒素を効果的に達成する事の方が、通常、
はるかに困難である。
これら水素反応のために最も一般に用いられる触媒とし
ては、アルミナ上のモリブデン酸コバルト、アルミナ上
のニッケル、ニッケル、タングステン酸ニッケルなどで
助触媒されるモリブデン酸コドルトなどの物質が挙げら
れる。また、硫黄および窒素化合物を含むオイルを、水
素の存在下でその様な化合物を接触的に除去する事によ
り上級化するために、ある種の遷移金属硫化物たとえば
コバルトおよびモリブデン硫化物およびこれらの混合物
を用いる事は、当業者にとって周知であり、これらプロ
セスは、まとめて水素処理または水素精製プロセスとし
て知られている。水素精製は、また、芳香族および不飽
和脂肪族炭化水素の水素化をも含むことが、理解されよ
う。即ち、米国特許第2914462号は、ガスオイル
を水素化脱硫するためにモリブデン硫化物を用いる事を
開示する。米国特許第3148135号は、硫黄及び窒
素含有炭化水素オイルを水素精製するためにモリブデン
硫化物を用いることを開示する。米国特許第27156
03号は、重質油の水素化のために触媒としてモリブデ
ン硫化物を用いる事を開示する。一方、米国特許第30
74783号は、硫黄不含の水素及び二酸化炭素を作る
ための硫化モリブデンの使用を開示し、そこで硫化モリ
ブデンが硫化カルボニルを硫化水素に転化する。モリブ
デン及びタングステン硫化物は水素化、メタン化および
水性ガス転化のような反応における触媒としての他の用
途をもつ。
一般に、モリブデンおよび他の遷移金属硫化物触媒なら
びに他のタイプの触媒において、より大きな触媒表面積
は、より小さな表面積の類似の触媒よりも活性な触媒を
結果する。即ち、当業者は、より大きな表面積を持つ触
媒を得ようと常に努力する。極最近、米国特許第424
3553、および4243554号において、選択され
たチオモリブデート塩を実質上不活性な酸素不含雰囲気
下で300〜800℃の温度で熱的に分解することによ
り、比較的大きな表面積のモリブデン硫化物触媒が得ら
れる事が開示された。記載される適当な雰囲気は、アル
ゴン、真空、窒素および水素より成る。米国特許第42
43554号において、アンモニウムチオモリブデート
塩が、1分当り15°Cを越える速度で加熱する事によ
り分解され、一方、米国特許第4243553号におい
ては、置換アンモニウムチオモリブデート塩が、約0.
5〜b れる。これら特許に開示された方法は、水性ガスシフト
、およびメタン化反応のため、および接触水素化または
水素処理反応のための優れた特性を持つモリブデン硫化
物触媒を作るとされる。
水素処理のためのモリブデン及びタングステン硫化物触
媒の使用にも拘らず、窒素除去のために一般に用いられ
る慣用の触媒たとえばアルミナ上のニソケルモリブデー
トに比べて窒素除去のための選択性を示す水添脱窒素(
HDN)触媒へのニーズが業界にある。選択的窒素除去
法へのニーズは、たぶん潤滑油及びシェールオイル精製
プロセスにより例示され、そこではあるタイプの酸化開
始性窒素化合物を潤滑油(ルーペオイル)及びシェール
オイルから除去することが望まれる。
(発明の概要) 硫黄及び窒素含有炭化水素たとえば潤滑油(ルーペオイ
ル)及びシエールオイル供給原料を高められた温度で水
素の存在下で、該供給原料から窒素の少くとも一部を検
出するのに十分な時間自己担持触媒と接触させることに
より、炭化水素から窒素を選択的に除去することができ
ることが見い出された。
ここで触媒は、一又は二以上の先駆体塩を高められた温
度で、硫黄の存在下でかつ酸素不存在条件下で加熱する
ことにより得られたものである。
前駆体塩は、Mo、W又はこれらの混合物のチオメタレ
ートアニオン及び先駆体分子の一部として助触媒金属を
含む少くとも一つの中性の窒素含有ポリデンテートリガ
ンドによりキレートされる一又は二以上の助触媒金属を
含むカチオンを含み、助触媒金属はFe、Ni、Co、
Zn、Mn、Cu及びこれらの混合物より成る群から選
ばれる。
本発明の方法は、潤滑油の酸化安定性を改善するため及
び窒素を多く含むシエールオイルを上級化するために特
に有用である。
触媒前駆体塩は、一般式(Ml−) (Mo、 wl−
yS4)を持ち、ここでMはMn、Fe、Co、Ni、
Cu、Zn及びこれらの混合物より成る群から選ばれた
一または二以上の二価の助触媒金属であり、yは0〜1
の任意の数であり、Lはその少なくとも一つがキレート
化ポリデンテートリガンドであるところの一または二以
上の中性の窒素含有リガンドである。カチオン中のキレ
ート化助触媒金属は、二価であろうが、但しありうる例
外はCOであって、これは二価又は三価でありうる。し
かし実際的目的からは、Coを含めて前駆体塩中の総て
の助触媒金属が二価状態でありうる。
特に好ましい実施態様において、リガンドしは、6の価
数(denticity )をもち、3つのハイデンテ
ートまたはトリデンテートキレ−ティングリガンドであ
る事ができる。また、助触媒が鉄を含み、(a) F 
e及び(bl F eとNi 、Go及びこれらの混合
物との混合物より成る群から選ばれることが好ましい。
選択的窒素除去とは を意味する。ここでK MDNは、実施例の実験の部で
定義されるように、水添脱窒素の接触反応速度定数であ
り、K 805は水添脱硫の接触反応速度定数である。
本発明の方法において有用な触媒が助触媒金属として鉄
を含む場合、触媒組成物は、鉄、及びMo、W及びこれ
らの混合物より成る群から選ばれた金属の無定形硫化物
を含む。もし触媒が鉄に加えて助触媒金属を含むなら、
触媒組成物は、鉄、及びMo、W及びこれらの混合物よ
り成る群から選ばれた金属の無定形硫化物、及びさらに
Co 、Ni、Mn 、Zn 、Cu及びこれらの混合
物より成る群から選ばれた少くとも一つの金属の硫化物
を含む。
すなわち本発明の方法において有用な扶助触媒される触
媒は、鉄とモリブデン及び/又はタングステンとの混合
物の無定形硫化物、及び場合によりこの無定形硫化物と
Nj 、Co、Mn、Zn、Cu及びこれらの混合物よ
り成る群から選ばれた一又は二以上の追加的金属の硫化
物との混合物でありうる。無定形という言葉は、X線回
折により測定されたときに検出しうる結晶性を示さない
化合物を意味する。
助触媒金属がMnである態様において、本発明で有用な
触媒組成物は、 (1)Mo 、 W及びこれらの混合物より成る群から
選ばれた金属の硫化物の微結晶及び(2)低結晶度のマ
ンガン硫化物を含む。助触媒金属がMnとNi、Co 
、Cu % Zn及びこれらの混合物より成る群から選
ばれた金属との混合物である態様において、触媒組成物
は、Ni 、Co 、Cu 、2口及びこれらの混合物
から成る群から選ばれた金属の硫化物を含みうる。
タングステン又はモリブデン硫化物又はこれらの混合物
の微結晶とは、その主寸法が約0.1μ×0.01μ未
満、好ましくは0.05μX0.01μ未満、より好ま
しくは0.015μX0.005μ未満である結晶を意
味する。X線粉末回折分析によると、本発明の組成物中
に存在するマンガン硫化物は、少ない結晶性を示す。少
ない結晶性とは、物質が、結晶状物質により示されるX
′m回折のシャープなプラグビークとは対称的に、ブロ
ードなプラグピークを示すことを意味する。
触媒組成物がFeもMnも含まないB様においては、触
媒の正確な組成は、それがMo、W又はこれらの混合物
の硫化物と一以上の助触媒金属の硫化物との混合物より
成ること以外は知られない。
この場合、助触媒金属は、Ni % Co 、Zn、C
u及びこれらの混合物より成る群から選ばれる。
(発明の詳細な 説明の方法は、広い範囲の炭化水素たとえばナフサ、ジ
ーゼル燃料、ケロシン、重質ガス油、暖房用オイル、潤
滑油、残渣、全及びトッピングした原油、シエールオイ
ル、タールサンド、石油液化などから誘導した合成オイ
ルから窒素を除去するのに有用である。すなわち、反応
条件は、上級化されるべき炭化水素の性質、不純物の性
質及び量に依存して変るであろう。本発明方法が潤滑油
(ルーペオイル)から窒素を選択的に除去するために用
いられる好ましい態様においては、プロセス条件は、一
般に下記の範囲に入る。
広と範皿  社l旦見範皿 温度(’ F )        300−900  
 400−700圧力(psig)        2
00−3000  300−2.000水素供給速度(
SCF/bbl)   100−4.000  150
−2,000空間速度(V/V/)Ir)     0
.1−10.0  0.5−4.0上述したように、本
発明方法で有用な飲助触媒される触媒組成物は、鉄、及
びMo 、W及びこれらの混合物より成る群から選ばれ
た少くとも一つの金属の無定形硫化物を含む。−態様に
おいて、組成物は、(a)鉄、及びMo 、W及びこれ
らの混合物より成る群から選ばれた金属の無定形硫化物
と(blNi 、Co 、Mn 、Zn 、Cu及びこ
れらの混合物より成る群から選ばれた少くとも一つの助
触媒金属の硫化物との混合物である。
鉄、及びMo、W及びこれらの混合物の無定硫化物組成
物は、下記に簡隼に述べる多数の分析法を用いて確認さ
れている。
X線回折(XRD)分析は、試料を細かい粉末に挽き直
径251m、深さIHの円筒状凹部を持つアルミニウム
 トレイに詰めることにより行われた。この調製後に、
試料の上層は平らであり、アルミニウム トレイの上端
と同平面にあった。測定は、シーメンスD500X線回
折計を用いて、0〜20反射(Bragg−Brent
ano)位置で、環境条件下でおこなわれた。投射X線
ビームは、1.54178人の波長の固定陽極銅タゲソ
トから取られた。回折されたビームは、蛍光を最少にす
るために、グラファイト モノクロメータ−を用いて単
色光化され、比例カウンター検出器を用いて検出された
。データは、0.020゛ 20の角増加で検出器をス
テッピングし、各ステップにおいて2秒間カウントして
集められた。強度及び角情報は、PDP1103コンピ
ューターに貯えられ、次に2秒間の検出されたカウント
対20としてプロットされた。
構成要素相の形態学及び結晶構造決定は、高解像の分析
用電子顕微鏡写真を用いて行われた。
p、c、  フリン(、Flynn )  ら、J、 
Catal、、33.233−248 (1974)に
記載される手順において、遷移金属硫化物粉末は、電子
ビームが透過できる粉末片を作るためにアゲート(ag
ate )臼とキネで砕くことにより透過電子顕微鏡(
TEM)用に調製される。砕かれた粉末は、超音波的に
ヘキサン中に分散され、この分散物の一滴を、標準3 
am T E Nグリッド上で放置乾燥し、これは薄い
(< 200人)無定形カーボンフィルムで覆われる。
試料は、フィリップス(Philips )  400
 TFEG  TEMで100KVで、明るいフィール
ドイメージのエネルギー分散形X線微細分析、及び微小
回折により分析された。
定量的化学分析は、G、クリソ(C1iff )とG。
W、ロビマー(Lovi剛er ) 、ジャーナル オ
ブマイクロスコピイー(J、 Microscopy)
 、1975、第103巻、第203頁に記載されるよ
うに、薄い箔化(thin foil ratio )
法により得られた;吸収効果は、ゴールドスティン(G
oldstein)ら、[分析用電子顕微鏡への招待J
 (Introductionto Anaiytic
al Electron Mioreacopy ) 
、J、J、レン()lren) 、J、  1.ゴール
ドスティン及びり。
C,ジョイ(Joy ) Wa集、プレナム(Plen
um)出版、ニューヨーク、NY、1979、第83頁
記載の手順により分析され、較正された。XvA蛍光ス
ペクトルは、100人ブローフ゛サイズ及びサンプル厚
さく典型的には1000人)のシリンダーにより規定さ
れる量の励起されたサンプルから発生された。
本発明において有用な無定形の鉄含有金属硫化物組成物
の分散の程度及び化学的状態を評価するために用いられ
た別の方法は、EXAFS(Extended X−r
ay Absorption Pine Struct
ure)であった。EXAFSは、元素特異的な電子散
乱法であり、そこではX線光子により放出されたコア電
子が吸収性原子の局所的環境を探る。放出された光電子
は、吸収性様の近接原子により後方散乱され、光電子の
エネルギーに依存して構成的に又は破壊的に、出てくる
電子波を干渉する。光電子のエネルギーは、X線光子エ
ネルギーと電子の放出に伴ういき値エネルギーの差に等
しい。
EXAFS実験において、光電子エネルギーは、投射X
線ビームのエネルギーを変えることによって変えられる
。出てくる及び後方散乱される電子波の間のエネルギー
の関数としての干渉は、EXAFS関数に、X (K)
が吸収端の高エネルギー側の吸収係数における振動とし
て実験的に観察されるように、X線吸収係数を調節する
(ビア(Via)ら、J、 CheIIl、 Phys
、 7エ、690 (1979)参照)。
本発明の方法で有用な鉄含有触媒組成物において、触媒
前駆体塩は、式(ML) (Mo、 W+−yS4)を
持ち、ここでMは(a)二価の鉄及びfb)二価の鉄と
、Ni、Co、Mn、CuXZn及びこれらの混合物よ
り成る群から選ばれた一又は二以上の二価助触媒金属と
の混合物より成る群から選ばれたー又は二以上の二価の
助触媒金属である。すなわち、助触媒金属は、二価のF
eのみであることができ、その場合、前駆体は式(Fe
L)(MoyW+−、S4)を持つであろう。あるいは
前駆体は、その一つがFeである二以上の助触媒金属の
混合物でありうる。
FeとNiのような二つの助触媒金属の場合には、前駆
体は、式[Fea Ni+−m L ] (MoyW+
−ys4)を持ち、ここでO<a<1である。FeとN
i 、 C。
のような三つの助触媒金属の場合、前駆体は、式%式% =1である。いずれにしても、二価のFeが、本発明の
組成物を形成するために存在しなければならない。前駆
体は、自己助触媒されるチオモリブデート、チオタング
ステート又はこれらの組合せであることができる。もし
それがチオモリブデートのみであるなら、yが1の価を
持つことは明らかである。あるいは、もし前駆体がチオ
タングステートであるなら、yはゼロであろう。
上述したように、助触媒としてMnを含み、しかしFe
を含まないところの、本発明方法で有用な触媒組成物は
、(1)Mo 、 W及びこれらの混合物により成る群
から選ばれた金属の硫化物の微結晶及び(2)低結晶度
のマンガン硫化物を含むであろう。
一つの態様において、これら触媒組成物はまた、Ni 
、Co % Cu 、Zn及びこれらの混合物より成る
群から選ばれた助触媒金属の硫化物を含みうる。本発明
のこれらバルクの非担持触媒種は、対応する担持触媒種
と関連づけられると考えられる。
電子顕微鏡および他の分析手段によると、これらMn助
触媒される触媒組成物中のモリブデンおよび/またはタ
ングステン微結晶の大きさは、一般に、約0.1ミクロ
ンxo、01ミクロンより小さい。好ましい態様では微
結晶大きさは、約0.05ミクロンX0.01ミクロン
より小さく、より好ましくは、0.015ミクロン×0
.005ミクロンより小さい。
これらMn助触媒される触媒のいくつかは、X線回折(
X RD)を用いて分析された。単一波長XvAビーム
が資料上に当たるこの方法を、当業者は熟知している。
触媒試料は、細かい粉末に挽かれ、直径25m、深さ1
籠の円筒状凹部を持つアルミニウム トレイに詰められ
た。この調製後に、試料の上層は平らであり、アルミニ
ウム トレイの上端と同平面にあった。測定は、シーメ
ンスD500X線回折計を用いて、O〜20反射(Br
agg−Brentano)位置で、環境条件下でおこ
なわれた。
都度のXNaビームは、1.54178人の波長の固定
陽極鋼タゲソトから取られた。回折されたビームは、蛍
光を最少にするために、グラファイトモノクロメータ−
を用いて単色光化され、比例カウンター検出器を用いて
検出された。データは、0.020”2(E)の角増加
で検出器をステッピングし、各ステップにおいて2秒間
カウントして集められた。
X線回折パターンは、電子顕微鏡で観察された大きさの
Mo5t微結晶と一致した。X線回折パターンは、全て
、約10および15° 20の間でブロードなピークを
含み、これは、約4のスタック(Stack )数のM
oS2結晶のスタ、りを示す。X線粉末回折分析による
と、バルクの非担持物中に存在するマンガン硫化物は、
少ない結晶性を示した。少ない結晶性の物質が、結晶性
物質により示されるシャープなプラグビークと対称的な
ブロードなプラグピークを示すことは知られている。
Mn助触媒される触媒のい(つかがまた、4人の点一点
解像度を持つ電子顕微鏡で、680,000 Xの倍率
で検査された。これら組成物の顕微鏡検査によると、6
.2人離れ、一般に150八より長くない多(の線が現
われた。6.2人間隔のその様な線がMoS2の特做で
あることは、当業界で周知である(例えばR,R,チア
ネリ、インターナソヨナル レビウー イン フィジカ
ル ケミストリ(R,R,Chianelli、 In
ternational Reviewsin Phy
sical Chemistry)、1982.2.1
27−165参照)。MO52は、層状で生じ、これは
、高度に無秩序であり、単一またはスタック(Stac
k )されて生じるようであるが、本発明の組成物の顕
微鏡写真ではスタッキングの程度は8スタツクを越えず
、通常、4スタツクを越えない。
これらMn助触媒される触媒のための触媒前駆体は式(
ML) (MoyWI−yS4)を持ち、ここでMは二
価マンガン及び場合により二価マンガンと二価のNi 
、Co 、Cu 、Zn及びこれらの混合物との混合物
である。すなわちMは二価のMnのみであることができ
、その場合、前駆体は弐(MnL)(MoyWI−yS
4)を持つ。あるいはMは二価Mnと二価Ni 、Co
又はこれらの混合物との混合物であることができる。
MnとCoのような二つの助触媒金属の場合には、前駆
体は、弐[(Mnm Cot−i )L] (Moy 
Wl−yss)を持つ事ができ、ここで0<a<1であ
る。三つの助触媒金属の場合、前駆体は、弐[(Mni
 Cob Nic )Li(Mo、 J−ys4)を持
つ事ができ、ここで、0〈a。
bまたはcalおよびa+b+c=1である。
前駆体は、自己助触媒されたチオモリ、ブデート、チオ
タングステート又はこれからの混合物であることができ
る。もしそれがチオタングステートであればyはlであ
り、チオタングステートであればyはゼロであることは
明らかである。
助触媒としてMnもFeも含まない物の触媒前駆体は、
式(ML) (MoyWI−ysi)を持ち、ここでM
はNi 、Co 、Zn 、Cu及びこれらの混合物よ
り成る群から選ばれた一以上の助触媒金属である。
好ましくはMは、(a)二価のNi 、Co及びこれら
の混合物及び(b)二価のZn 、Cu及びこれらの混
合物と(a)との混合物から選ばれる。より好ましくは
Mは、二価のNi 、Go及びこれらの混合物より選ば
れる。すなわち二価助触媒金属はNiのような一つの金
属であることができ、その場合、前駆体は式(NiL)
 (Mo、 Wl−y st)を持つ。あるいは、助触
媒金属は、2.3又は4つさえの助触媒金属の混合物で
ありうる。Ni及びCoのような二つの助触媒金属の場
合、前駆体は式[(Nim Cot−s )L](Mo
、 Wl−ysn)を持ち、Q<a< 1である。Ni
、Co及びZnのような三つの助触媒金属の場合、前駆
体は式[(Nia Cot−m )L] (Mo、 W
l−、Sa)を持ち、ここでQ<aSb又はC<1、a
+b+c=1である。Cu 、 Ni 、 Go 、及
びZnのような四つの金属の場合、前駆体は弐 [(Cu、 Nib Coc Zna )L] (Mo
、 Wl−ys4)を持ち、ここでQ<a、b、c又は
d<1.a+b+c+d=1である。前駆体は、自己助
触媒されるチオモリブデート、チオタングステート又は
これらの混合物であることができる。もし、これがチオ
モリプデートなら、yは1であり、チオタングステート
ならyはゼロである。
リガンドしは一般に、6の価数(den t ic i
 ty)を持ち、一または二以上の中性窒素含有リガン
ドであり、該リガンドの少なくとも一つがマルチデンテ
ートキレート化リガンドであり、助触媒金属カチオンを
キレート化して、キレートされた助触媒金属カチオン[
ML]”を形成する。即ち、触媒的金属硫化物アニオン
(Mo、 t+I□84)2−は、キレートされた助触
媒金属カチオン[ML] ”にイオン的に結合される。
中性と言う言葉は、リガンド自体が電荷を持たない事を
意味する。
もし望むなら、(ML) (MO,Wl−1134)前
駆体塩中に存在する化学量論的量により許されるよりも
多くのモリブデン及び/又はタングステン硫化物が、該
前駆体を一般式(L ’ ) (MO,W+−ys<)
の一又は二以上のチオメタレート塩と混合することによ
り、触媒組成物中に含められうる。弐(L′)(Moy
WI−ys4)において、L′は一又は二以上のりガン
トLの共役酸であり、チオメタレートアニオンの二価の
負電荷をバランスするのに十分な電荷を持つ。この共役
酸の形において、リガンドは、チオメタレートアニオン
にイオン的に結合されるカチオン(L’)”°を形成す
る。たとえばもしLがエチレンジアミン(en)である
なら、L′は[Hzen]であり、対応する千オモリブ
デン酸塩はたとえば[Hzen] (MO54)である
。ジエチレントリアミンアミン、(dien) 、の場
合、対応する塩は、[Hzdien] (MoS4)で
ある。これら塩(L′)(Mo、 tel−yst)は
、たとえばアンモニウムチオメタレートを過剰のりガン
ト(単数又は複数)Lに溶解することにより作ることが
できる。次に塩は、水又は他の適当な反溶媒たとえばメ
タノール又はアセトンの添加により回収できる。
当業者は、リガンドという言葉が配位結合の形成のため
に役立ちうる一以上の電子対を持つ官能性配位基を指す
ために用いられることを知っている。一つの金属イオン
との二以上の結合を形成しうるリガンドは、ポリデンテ
ー) (polydentate)と呼ばれ、一方、唯
一つの結合を一つの金属イオンと形成しうるリガンドは
、モノデンテート(monodentate )と呼ば
れる。モノデンテートリガンドはキレートを形成できな
い。従って、もし前駆体分子において一又は二以上の種
のモリデンテートを用いるなら、少くとも一つのポリデ
ンテートキレート化リガンドを用いなければならない。
好ましくは、Lは、一又は二以上のポリデンテートキレ
ート化リガンドである。リガンドLの価数(denti
city )は一般に6であろう。なぜなら、助触媒金
属カチオンは、6つの配位を好むからである。従って、
前駆体分子において二以上の種類のリガンドが用いられ
るなら、リガンドの価数は通常、6までである。6より
小さい合計価数をリガンドLが持ちうることか理解され
なければならないが、多くの場合、Lは6の合計価数を
持つであろう。すなわち、Lは、三つのバイデンテート
リガンド、二つのトリデンテートリガンド、パイデンテ
ート及びクオドリデンテートリガンドの混合物、ヘキサ
デンテート又ポリデンテートリガンドとモノデンテート
リガンドとの混合物である(ただし、この組合せが6の
合計価数を持つこと)。
先に述べたように、キレート化パイデンテート及びトリ
デンテートリガンドを用いることが好ましい。一般に、
本発明で有用なりガントは、アルキル及びアリールアミ
ン及び窒素複素環化合物を包含する。本発明の触媒前駆
体において有用なりガントの例を以下に述べるが、これ
らに限定されない。
モノデンテートリガンドとしては、NH3ならびにアル
キル及びアリールアミンたとえばエチルアミン、ジメチ
ルアミン、ピリジンなどが挙げられる。有用なキレート
化パイデンテートアミンリガンドの例としては、エチレ
ンジアミン、2.2′−ビピリジン、0−フェニレンジ
アミン、テトラメチルエチレンジアミン、及びプロパン
−1,3−ジアミンが挙げられる。同様に、有用なキレ
ート化トリデンテートアミンリガンドとしては、チルピ
リジン及びジエチレントリアミンが挙げられ、一方、ト
リエチレンテトラミンが有用なキレート化りオドリデン
テートアミンリガンドの例である。
有用なキレート化ペンタデンテートリガンドとしては、
テトラエチレンペンタミンが挙げられ、一方、セブルク
レート(sepulchrate )  (オクタアザ
クリプテート)は適当なキレート化へキサデンテートリ
ガンドの例である。しかし実際問題として、キレート化
ポリデンテートアルキルアミンを用いること−が好まし
い。本発明の触媒前駆体において有用なアルキルアミン
の例(これらに限定されないが)は、エチレンジアミン
、ジエチレントリアミン、及びテトラエチレンテトラミ
ンが挙げられる。ハイデンテート及びトリデンテートア
ルキルアミンたとえばエチレンジアミン(en)及びジ
エチレントリアミン(dien)を用いることが特に好
ましい。
本発明の触媒を形成するために有用な前駆体塩の多く、
及びこれらを作る方法は従来知られていたが、そのよう
な塩が触媒前駆体として有用でありうることは知られて
いなかった。
ディーマン(Diemann)と、ミューラー(Mue
ller)の文献、[d°配装を持つ遷移金属のチオ及
びセレノ化合物J  (Thio and 5elen
o Compounds ofthe Transit
ion Metals with d″Configu
ration)、C00RD、CHEM、REV、出版
、10ニア9−122、は、既知の塩の総説を与える。
一般に、本発明の組成物を作るために有用な前駆体は、
アンモニウムチオモリブデート及び/又はチオタングス
テートの水性溶液をキレート化された助触媒金属カチオ
ン[ML] ”の水溶液と混合することにより得られ、
これは容易に回収できる沈澱物としての前駆体塩の形成
を結果する。キレート化助触媒カチオンは、たとえば−
以上の水溶性助触媒金属塩の水溶液をリガント又はリガ
ンド混合物と混合することにより容易に形成される。こ
の水溶性塩は、使用に便宜な任意の水溶性塩たとえばハ
ロゲン化物、硫酸塩、過塩素酸塩、酢酸塩、硝酸塩など
であることができる。あるいは、アンモニウムチオモリ
ブデート及び/又はタングステートの水溶液がリガンド
と混合され、得られた溶液が助触媒金属塩の水溶液と混
合されることができ、又はこの塩がリガンドに加えられ
、そしてチオモリブデート及び/又はチオタングステー
トの溶液に溶解されることができる。
触媒前駆体調製は下記の実施例により、更に理解されよ
う。しかし、触媒前駆体調製は水性媒体で行われること
に限定されるものではないことに留意せねばならない。
本発明の組成物は、一又は二以上の触媒前駆体塩を、酸
素不含環境または雰囲気下でかつ硫黄の存在下で、少く
とも150℃好ましくは少くとも約200℃の温度で触
媒を形成するのに十分な時間加熱することにより調製で
きる。触媒形成の間に必要とされる硫黄は前駆体塩中に
存在するものであることができ、この場合に硫黄の存在
下という表現は、硫黄が前駆体塩中に存在することを意
味する。すなわち、本発明の触媒組成物は、もし過剰の
硫黄が存在せず、かつもし酸素不含雰囲気がたとえば窒
素のように比較的不活性であれば、形成されるであろう
ことが見い出された。しかし、い(つかの場合、硫黄は
前駆体塩に含まれる量を越える量で存在することが好ま
しい。前駆体を過剰の硫黄の存在下で加熱することによ
り触媒を形成することが好ましい場合に、過剰の硫黄が
硫黄含有化合物の形で存在することがまた好ましく、こ
れは一又は二以上の固体、液体、気体又はこれらの混合
物であることができる。
本発明は、下記の実施例により、更に理解されるであろ
う。
実施例 触媒前駆体の調製 250mlエレンマイヤーフラスコで’15 m (1
のエチレンジアミン(e n)に12gの(N)+4)
 2M05aに溶解することにより鉄エチレンジアミン
チオモリプデートFe(en) 3Mos、を作った。
フラスコの側壁に残る固体又は溶液を洗い落すために、
蒸留水を二度用いた。得た暗赤色溶液を水浴で0℃に冷
却し、実験の間、浴中に置いた。別のフラスコ中で、1
8.4 gの水素及びH2Sの混合物が特に適当である
と判った。典型的には、温度は、約200〜600℃、
より好ましくは約250〜600℃、より好ましくは約
250〜500°C2更により好ましくは約300〜4
00℃の間にある。非酸化性環境は、ガス状、液状また
はこれらの混合物でありうる。
Fe(NHa)z(SO4)z ’ 68zOを100
m#の蒸留水に溶解し、5〜10mlのエチレンジアミ
ンをこのFe”°溶液にゆっくり加えてFe (en)
 y t’を形成した。得た溶液は、暗青色であった。
このFe(en):+”溶液を次に、室温に放冷した。
Fe(en)3”溶液を回分的にゆっくりと(NH4)
2MO54/en溶液に加え、各添加後約2分間攪拌し
た。オレンジ色の沈澱が直ちに形成した。反応混合物の
体積を増すために、蒸留水を加えた。この混合物を、反
応完了まで少くとも15分間水浴中に保たれた。沈澱を
、ブフナーロートで減圧濾過して分離した。生成物Fe
(en)−1MO54をさらにエタノールで洗い、減圧
下で15〜24時間乾燥した。20゜9gのFe (e
n) 3M054が回収された。
ニノケルエチレンジアミンチオモリブデートN1(en
)□MO54触媒前駆体は、アンモニウムチオモリブデ
ートをエチレンジアミン(e n)に溶解し、得た暗赤
色の溶液を氷浴中でO″Cに冷却することにより調製さ
れた。ニッケル塩化物の水溶液を少量ずつゆっくりと暗
赤色溶液に加え、各添加の後に攪拌する。オレンジ色の
沈澱が形成され、減圧濾過により回収された。この沈澱
はN i (en) 3MoSaであり、蒸留及びエタ
ノールで洗われ、50°Cで3時間減圧乾燥された。
より詳しくは、5.4gの(Nl(4) zMoS4を
25m1のエレンマイヤーフラスコ中で25m1のエチ
レンジアミン(e n)に加えた。フラスコの側”Jに
残る溶液を洗い落すために、蒸留水を二度用いた。得た
暗赤色溶液を水浴で0℃に冷却し、調製の間、浴中に置
いた。別のフラスコ中で、5gのNiC]z  −6H
2Oを、20m7!の蒸留水に溶解した。
このNi”溶液を(NH4)2MO54/en水溶液に
回分的にゆっくり加え、各添加後に攪拌した。オレンジ
色の沈澱が直ちに形成された。反応混合物の体積を増す
ために蒸留水を加えた。この混合物を、反応完了後、少
くとも5分間水浴中で放置した。
ブフナーロートで減圧濾過して沈澱を分離した。
この生成物Ni (en) 3M054を蒸留水で洗い
、次にエタノールで洗い、そして減圧下で16〜24時
間乾燥した。9.4gのNi (en) 3MoS4が
回収された。
これと同じ手順を、Co (en) :1MO54及び
他の金属を含む前駆体の調製のために用いた。但し、N
iC1z−6H,Oの代りに、適当量のCoC1z  
・6HzO又は他の助触媒金属の塩化物を用いた。同様
に、助触媒金属の混合物を用いるとき、それらの塩化物
塩(鉄を除く)を前駆体製造のために用いた。
触媒粉末を挽き、バインダーとして4%ポリビニルアル
コール水溶液を用いてペレット化した。
触媒調製 これら実験のために、ペレット化した触媒前駆体をステ
ンレス鋼反応器にいれ、100°C1大気圧下で1時間
窒素でパージした。水素中の10%の硫化水素を、反応
器中の各10ccの触媒に0.75SCF/hrの空間
速度で反応器に導入した。次に反応器の温度を325°
Cに上げ、この温度に3時間保って触媒を形成し、その
後、反応器の温度を100 ”Cに下げ、HzS/ll
□流を止め、室温に達するまで反応器を窒素でパージし
た。
反応条件 各触媒の約20ccを、較正された供給ビューレット、
ポンプ、気液分離装置及び液体生成物収集器を備える、
3z8インチの316ステンレス鋼パイプ製の固定床反
応器に入れた。
反応器中の条件は、下記の通りであった。
温   度       325°C 圧   力       3.15MPa水素速度  
   3000 SCF/bblL HS V    
  1.5〜6. OV/V/Hr液状生成物は、X線
蛍光により合計硫黄を、燃焼分析により窒素を分析され
た。用いた供給原料は、表3に示した特性を持つ約20
重量%パラフィンを含む軽質接触サイクルオイル(LC
CO)であった。
これら実験のすべてにおいて、本発明の触媒組成物から
得られた結果を、γ−AI203上のコハルトモリブデ
ート及びγ−A1□03上のニッケルモリプデートより
成る市販水素処理触媒から得られた結果と比較した。
コハルトモリブデート触媒は、ガンマアルミナに担持さ
れた12.5%の酸化モリブデン及び3.5%のコバル
ト酸化物を含み、ニノケルモリブデートは、ガンマアル
ミナに担持された18%のモリブデン酸化物及び3.5
%のニッケル酸化物を含んだ。これらの市販触媒は、本
発明の触媒を形成するために用いられたのと同じ手順を
用いて硫化された。但し、温度は、1時間360℃であ
った。
実験 これら実験においては、本発明の自己助触媒される触媒
及びLCCO供給原料を用いて多数の実験を行い、市販
触媒と比較した。
種々の触媒の活性が、HDS反応速度定数に8゜。
を決定するために、空間速度(L HS V)を変えて
測定された。これら実験の結果は、いくつかの触媒につ
いてHDS速度定数は2次であり、一方、他のものにつ
いてはそれは1,5次であったことを示した。HDS速
度定数KHD3を、縦軸として横軸として空間速度の逆
数のプロットの原点を通る最小自乗法を用いて、下記の
式 に従って計算した。ここでS、及びSPは、各々、供給
原料及び生成物中の硫黄の重量%であり、nはHDS反
応の次数(2次の場合にn=2.1.5次の場合にn 
= 1.5 )である。
同様に、HDN速度定数KHDN  (すべての触媒に
ついて一次速度定数)を、対数縦軸としてN。
/Np、横軸として空間速度の逆数の半対数プロットの
原点を通る最小自乗法を用いて、下記の式に従って計算
した。ここでN、及びN2は、各々、供給原料及び生成
物中の窒素の重量%である。
結果を表2及び3に示す。表2と3の違いは、表2では
表に示した総ての触媒のHDS速度定数K HDSが1
.5次速度定数であり、表3では表の総ての触媒のHD
S速度定数が2次である。動力学の1.5次は、比較の
ための簡便な基礎を得るために表2の市販触媒から得た
HDSデータの相関(0,963の相関係数)のために
用いられるものであり、しかし2次動力学の方が少しよ
り良く合致する(相関係数0.975)ことに留意され
たい。
この取扱いは、表2に示す触媒を順位つける相対的活性
にいかなる意味においても影響しない。それがなす総て
は、市販触媒と本発明の方法で有用な触媒の間の幾分よ
り穏健な比較を与えることである。
比重(’API)    18.6 硫黄(重量%)1.5 窒素(ppm>    370 GC蒸留 重量%     温度(°C) 犬−−−1 Go(en)*Mo544.1  12.1  34.
ONi(en)zMos46.7  11.4  58
.4Feo、5COo、s(en)3MO546,OL
2.8  47.2Feo、Jio、s(en)zMO
547,49,379,5Nj(en)+WS44.3
  12.9  33.3Co(en)JSa    
      2.4   7.1  33.9Feo、
tCoo、z(en)3Moss       4.1
     10.3     40.2Feo、5Co
o、5(en)JS46.1   9.2  66.4
にNDS 唐−m−1 Fe(en)3MoS41.2   1.7   69
.4Fe(en)xWSs           3.
3   4.6   75.7Zno、tNio、3(
en)JoSn    2.9   6.5   42
.8Feo、tNio、3(en)JO542,86,
247,IFeo、5Nio、5(en)JSa   
  3.1    7.3   42.7Hos

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)鉄とMo、W及びこれらの混合物より成る群から
    選ばれた少くとも一つの金属との無定形硫化物を含む触
    媒と炭化水素供給原料を少くとも約300°Fの温度で
    水素の存在下で、該供給原料の少くとも一部を水素処理
    するのに十分な時間接触させることを包含する、炭化水
    素供給原料から窒素を選択的に除去する方法。
  2. (2)触媒がNi、Co、Zn、Mn、Cu及びこれら
    の混合物より成る群から選ばれた助触媒金属の少くとも
    一つの金属硫化物を含む特許請求の範囲第1項記載の方
    法。
  3. (3)水添脱窒素対水添脱硫の触媒反応速度の定数の比
    ×100の値が30より大きいところの選択的窒素除去
    を行う特許請求の範囲第2項記載の方法。
  4. (4)炭化水素供給原料が窒素と硫黄の両者を含む潤滑
    油であり、供給原料の酸化安定性が改善される特許請求
    の範囲第1項、第2項又は第3項記載の方法。
  5. (5)触媒が、(1)Mo、W及びこれらの混合物より
    成る群から選ばれた金属の硫化物の微結晶及び(2)少
    ない結晶度のマンガン硫化物を含み、供給原料から窒素
    の少くとも一部を除去するのに十分な時間接触を行なう
    特許請求の範囲第1〜4項のいずれか一項に記載の方法
  6. (6)微結晶の主寸法が約0.05ミクロン×0.01
    ミクロンより小さい特許請求の範囲第5項記載の方法。
  7. (7)主寸法が約0.015ミクロン×0.005ミク
    ロンより小さい特許請求の範囲第6項記載の方法。
  8. (8)触媒が、一般式(ML)(Mo_yW_1_−_
    yS_4){ここでMはCo、Ni、Cu、Znおよび
    これらの混合物より成る群から選ばれた一または二以上
    の二価の助触媒金属であり、yは0〜1の任意の数であ
    り、Lはその少なくとも一つがキレート化ポリデンテー
    トリガンドであるところの一または二以上の中性の窒素
    含有リガンドである}の一又は二以上の触媒前駆体を酸
    素不含雰囲気で硫黄の存在下で少くとも約200℃の温
    度に加熱することにより得られたものである。特許請求
    の範囲第1〜7項のいずれか一項に記載の方法。
  9. (9)リガンドLがアルキルアミン、アリールアミン、
    窒素複素環化合物およびこれらの混合物より成る群から
    選ばれた特許請求の範囲第8項記載の方法。
  10. (10)リガンドLが一又は二以上のポリデンテートリ
    ガンドである特許請求の範囲第9項記載の方法。
  11. (11)リガンドLが6の合計価数を持つ特許請求の範
    囲第10項記載の方法。
  12. (12)Lが二つのトリデンテートリガンド又は三つの
    バイデンテートリガンドである特許請求の範囲第11項
    記載の方法。
  13. (13)トリデンテートリガンドおよびバイデンテート
    リガンドが各々、ジエチレントリアミン及びエチレンジ
    アミンである特許請求の範囲第12項記載の方法。
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