JPH01203041A - 水素化処理用触媒 - Google Patents

水素化処理用触媒

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JPH01203041A
JPH01203041A JP63025922A JP2592288A JPH01203041A JP H01203041 A JPH01203041 A JP H01203041A JP 63025922 A JP63025922 A JP 63025922A JP 2592288 A JP2592288 A JP 2592288A JP H01203041 A JPH01203041 A JP H01203041A
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spinel
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Toshio Sato
利夫 佐藤
Nobuyuki Matsubayashi
信行 松林
Hiromichi Shimada
島田 広道
Yuji Yoshimura
雄二 葭村
Akio Nishijima
西嶋 昭生
Shuzo Kanzaki
修三 神崎
Yasuo Shibazaki
靖雄 芝崎
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Agency of Industrial Science and Technology
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  • Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)
  • Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (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】 [技術分野] 本発明は、スピネル状結晶構造を有する物質を触媒担体
として調製し、当該担体に触媒活性成分であるMo、G
o、Ni、W等の遷移金属を担持したものを触媒として
重中質油など炭化水素の水素化処理用触媒として用いる
方法に関するものである。
[従来技術] 近年、エネルギー問題、特に化石燃料の枯渇化に伴って
効率良く重中質油などの炭化水素から脱硫、水素化精製
などを行なう反応に関する研究が精力的に行なわれてい
る。このとき用いる触媒として、7−AQ20.などに
担持したMo、Go。
Ni、W触媒系が最も多く用いられてきた。
しかし、従来の触媒系では炭化水素の水素化処理反応に
おいて水素化反応、脱窒素反応、脱アルキル反応、不均
化反応など各程の反応が同じに多発的に起こっており、
経済性の面から目的生成物を効率良く得られる新しい触
媒の開発が強く望まれるに至った。このため、最近、こ
れらの触媒系で触媒の有する基本機能(例えば、水素化
活性とか水素化分解活性)を制御したより反応選択性の
高い高性能な触媒の開発が強力に進められている。
これは、高価な水素を有効に使い、目的とする生成物を
効率良く得ることにより、従来、炭化水素の水素化脱硫
など精製反応に必要とされたコストを大幅に低減化する
ことを目的としている。
従来、これらの炭化水素の水素化処理用触媒の担体とし
て用いられる物質は、表面積の大きいγ    ・A 
Q Z 03などの担体が用いられており、α−A22
03などのより結晶化した担体は有効表面積があまりに
も小さく触媒担体としての応用が全く考えられなかった
。現在、γ−Au、O,などを担体として用いた触媒は
多種類市販されているが重中質炭化水素の水素化処理用
として用いた場合、前記1反応選択性は期待できず、更
に、触媒の酸性質に起因する触媒表面上への炭素質析出
、金属灰成分の付着などによる触媒活性劣化、再生が困
難など大きな問題がある。
[目的] 本発明は1表面積の大きい結晶性担体の調製を行ない、
その組成を変化することにより得られた新しい担体を用
い、触媒の調製を行なうものであり、従来の触媒機能と
異なった新しい世代の触媒の開発を目的としている。
すなわち、結晶性担体を用いれば触媒の活性金属と担体
の相互作用が均一になり、触媒活性金属の担持状態も均
一になり、同じ種類の触媒活性サイトが期待できる。ま
た、同種の触媒活性サイトが合成できれば極めて反応選
択性の高い触媒の開発が可能になる。更に、結晶性担体
の組成を変えれば触媒活性金属の担持状態をその均一性
を保ちながら変化させることが可能であり、従来、不可
能と考えられた均一の触媒活性サイトを有し、かつ必要
に応じ触媒活性を制御した新しい触媒の開発が可能にな
ってくる。
[構成] 本発明者らは、この炭化水素の水素化処理触媒として適
当と考えられる各5種のスピネル系担体を調製し、これ
にMo、Co、Ni、Wの活性金属を担持した触媒を調
製した。この結果、試作した新しい触媒は、極めて高い
反応選択性を有し、かつ、担体の組成を変えることによ
り触媒の基本機能である水素化活性、水素化分解活性な
どの基本活性が容易に制御できることが明かになった。
次いで、スピネル系の各種結晶性担体を調製し、Mo、
Go、Ni、Wの活性金属を担持した多くの触媒を試作
調製し、実際に炭化水素の水素化処理反応に用い、軽質
化、脱硫などの触媒性能試験及び寿命試験に関する試験
を行なった。
この結果1本発明で得られた触媒系は高い触媒活性を有
するのみでなく目的とする反応に応じ高い水素化活性あ
るいは水素化分解活性を示し、炭化水素の水素化処理反
応で極めて嵩い反応選択性を有する触媒を製造できるこ
とが明かになった。
すなわち、従来の触媒系では担体と活性金属の相互作用
がサイトにより異なり、多種多様な触媒活性サイトを有
しており、このため触媒の反応選択性を向上させること
が不可能であった。例えば。
従来の水素化処理触媒では比較的高い水素化活性が得ら
れるが相対的に高い水素化分解活性は期待できず、B、
Siなどの添加物を加え、酸性質を変え、水素化分解活
性の向上を図ってきた。しかしながら、これらの触媒で
は触媒の酸性質が強く触媒表面への炭素質析質、金属灰
成分の付着などにより触媒の活性低下が著しく触媒の再
生にも難点がある。そこで本発明のスピネル系結晶性担
体は、水素化活性と比較して高い水素化分解活性が得ら
れ、この担体を炭化水素の水素化処理反応の触媒担体と
して用いることにより、高分子化合物をより低分子化、
軽質化することが可能となる6本発明の触媒の担体組成
は代表的には、AQ。
Mg、Co、Ni、Gaなどの2成分あるいは3成分か
らなるスピネル構造を有する結晶性担体であり、その組
成は、例えば、A Q −M g −G oスピネルで
あれば原子比でAQがO〜90atom%、好ましくは
30〜70atom%である。また、Mg及びCoの組
成はO〜90atom%、好ましくは必要とする触媒機
能に応じ0〜60atom%の割合で変えられる。また
、Ni、Gaなどの成分比も必要に応じAQが0〜95
at。
m%の濃度で用いることが可能である。
担体調製は、各活性金属の硝酸塩水溶液を化学量論組成
のスピネル水溶液となるように混合し噴霧熱分解法によ
り調製されたものを用いた。
触媒活性金属としては、MO,Ni、Co、WtFe、
Vなどの遷移金属が用いられる。これらの活性金属は、
0.01〜80wt%の担持量で用いられ、好ましくは
0.5〜30wt%を担持して用いられる。
次に、本発明の触媒調製法としては、前記触媒担体にM
 o * N ig Co g Wなどの活性金属を。
含浸法あるいは蒸着法などにより担持し1通常、硫化状
態で用いられることになる。また、必要に応じ、各種の
硫化処理を行なう。
また1本発明で得られた触媒の特徴として、触媒硫化後
、EXAFS分析装置の測定により、本発明で得られた
触媒ではNi、Goなどの活性金属が硫化状態として測
定され、通常の触媒系の場合のように酸化状態が測定さ
れないことである。
この事実は1通常の触媒系ではNi、Goなどの活性金
属の多くがアルミナなどの担体成分と強く結合しく担体
中に侵入)有効な活性金属種となり得ないことを示して
いる。
[効果] 以上説明したとおり、本発明により得られた触媒は結晶
性担体を用いることに特徴を有し、本発明の大表面積を
有する結晶性担体は表面に均一な触媒活性サイトを多量
につくることを可能にしている。更に、本発明の特徴を
述べると、結晶性スピネル型担体の組成を変えることに
より、担体と活性金属の相互作用を変え、異なった種類
の均一な活性サイトを調製することを可能にしている点
である。すなわち、担体の選択により必要に応じ水素化
分解活性を向上させたり、逆に水素化活性を向上させた
りすることが可能であり、従来の触媒系と全く異なる新
しい機能を有している。この機能を用いれば、例えば、
炭化水素の選択的水素化あるいは脱硫反応が可能であり
、−力水素化活性を相対的に向上させ芳香族環あるいは
オレフィンの選択的水素化を行ない、C−C結合の開裂
を伴う水素化分解活性を抑制することも可能であり、こ
の系の触媒を用いると重質油中の芳香環の水素化を選択
的に進め、炭素質の析出の少ない長寿命触媒として利用
もできる。すなわち、触媒の水素化分解活性が水素化活
性と比べ相対的に低い場合は、C−C結合の開裂に起因
する反応中間物である炭素質の触媒上への析出が少なく
、触媒の活性低下も起こりにくい。
この系の触媒の物理的化学的特徴としては、担体が安定
構造を有するため、活性金属と担体との相互作用が均一
であり、表面上で容易に均一な活性サイトをつくること
にある。更にX線光電子分光装置により明かにされた事
実は1本発明の触媒の場合、活性金属種であるMo、C
o、Niなとの遷移金属が触媒表面上に高濃度で担持さ
れていることである。これは、通常のγ−AQ、O,な
どの担体を用いるとGo、Niなとの活性金属を担持し
た場合でも高い表面濃度を示し、同じ担持量の(、o、
Niなどを担持した場合と比べ、これら金属の表面濃度
は3〜6倍にも達する。この事実は本発明の触媒が低担
持量で高い触媒活性を示すものである。
[実施例] 次に本発明を実施例により更に詳細に説明する。
実施例1 触媒の基本活性である水素化活性(HY)水素化分解活
性(HC)の測定には適切なモデルが必要である。そこ
で、モデル化合物を用い両活性を測定した。反応は、マ
イクロオートクレーブ(内容積 50mQ)を用いた。
触媒は、噴霧熱分解法により調製された担体にM OT
 G o + N xの活性金属の硝酸塩水溶液を用い
、計算量の水溶液中に担体を浸せきさせ、減圧下、回転
式蒸留器内で乾燥させた。さらに、5゜0℃で5時間焼
成することにより調製した。活性金属として市販触媒の
半分程度の担持量であるNiO; 2 W t%、MO
Oa; 7wt%を担持したものを用いた。触媒は反応
に先立って、5%H2S/H,気流中、400℃で1時
間予備硫化を行なった。
HY  活性 1−メチルナフタレリン ’J−OmQ触媒量    
     0.5g 水素初圧        70kg/cd反応温度  
      350℃ 反応時間        1時間 の条件で1反応を行ない、1−メチルテトラリンと5−
メチルテトラリンの生成量をもって、HY活性の評価を
行なった。
HC活性 ジフェニルメタン    10 m Q触媒量    
     0.5g 水素初圧        70kg/cd反応温度  
      400℃ 反応暗反応       1時間 の条件で、反応を行ない、ベンゼンとトルエンの生成量
をもって、HC活性とした。
触 媒 HY活性 HC活性 HY/HC市販 1 3
0%   10%   3.02  21     6
    3.53  34    15    2.2
N i −M o / C。
スピネル 12    12    1. ON i 
−M o / M g スピネル 34     1.8 19.0実施例2 次に担体の組成を変えて各種の活性金属を含浸法により
担持し、触媒の調製を行なった。活性金属としてN i
 O; 2 w t%、Mob、;7wt%を担持した
ものを用いた。以下に活性を示す。
触   媒   HY活性 HC活性 Ni−Mo/Co(50)−AI(50)   12%
   12%Ni−Mo/Co(40)−Al(60)
   19 、2    9Ni−Mo/Co(30)
−AI(70)   21     5Ni−Mo/C
o(20)−A1(80)   24     3Ni
−No/Co(10)−Mg(40)   28   
  2 、1−A s (50) Ni−Mo/Mg(50)−AI(50)   35 
    1 、8実施例3 調製した各種触媒のHY活性、HC活性を以下に活性を
示す6 触   媒   HY活性 HC活性 2Ni−7Mo/Go(50)−AI(50)   1
2%   12%4Ni−14Mo/Go(50)−A
I(50)  15    182Ni−7w/Go(
50)−AI(50)   10    112Ni−
2Go−7Mo/Co(50)    15    1
6−A1(50) 2Co−7Mo/Mg(50)−AI(50)  24
     1.62Ni−7Mo/Mg(50)−A慮
(50)   34       1.8実施例4 芳香環の水素化反応を行なった。反応に用いた物質は石
炭液化油で、反応は 石炭液化油       Log 触媒量         0.5g 水素初圧        100kg/cd反応温度 
       400’C 反応時間        2時間 の条件で1反応を行なった。
触  媒    HY活性   HDN活性T / N
  4HP/P Ni−Mo/Coスピネル 1.8  3.1  48
%Ni−Mo/Mgスピネル3.0  5.3  67
市販触媒 1  3.0  4.3  652  2.
5  3.7  58 T/N  :  生成物中のテトラリンとナフタリンの
比 4HP/P  :  生成物中の4水素化フエナントレ
ンと フェナントレンの比 HDN活性 : 水素化脱窒製活性 実施例5 重質炭化水素処理用触媒において、重要な反応の1つに
水素化脱硫反応がある。石油系の重質油を用いて水素化
脱硫反応を行なった。結果を下記に示す。
反応は、 石油系重質油      Log (硫黄含量3wt%) 触媒量         0.5g 水素初圧        100kg/alt反応温度
        400℃ 反応暗反応       2時間 の条件で、反応を行ない、反応終了後、硫黄含量を測定
した。この結果、水素消費量が少ないにもかかわらず高
い脱硫性能が得られた。
脱硫率 触媒A    91% B        95 市販触媒1      85 実施例6 同じ表面積(120m/g)を有するスピネル結晶担体
および通常のアルミナ担体を用い、 2wt%Ni○−
7wt%Mob、/スピネル結晶(触媒A)、2wt%
Coo−7wt%MOO,/スピネル結晶(触媒B)お
よび2wt%Ni○−7wt%M OO3/ An z
 o z (触媒C)、2wt%Coo−7.wt%M
OO,/A220.(触媒D)触媒を調製し、表面組成
を光電子分光装置により測定した結果、以下のような結
果が得られた。すなわち、本触媒系では、担持した触媒
の活性金属濃度は極めて高いことがわかった。
活性金属の表面濃度比 N i OCo OM o O
3触媒A/触媒C5,51,5 触媒B/触媒D       5.21.4実施例7 本発明触媒の硫化後の挙動について、X線光電子分光装
置により測定した。その結果は第1図に示した。
アルミナ担持触媒は、活性金属とアルミナとが、アルミ
ネートを作り、有効な活性サイトとして働かない。これ
に対して、第1図に示すようにスピネル担体中のCoは
、実線で示すように、触媒硫化後も酸化物の状態であっ
た。
これは本発明担体が硫化処理に安定であることを示して
おり、また、触媒活性成分は、N i S 。
MoS2であることを示している。
実施例8 本発明の触媒と通常の触媒の明らかな構造の違いをEX
AFS (X線吸収微細構造)の測定をした。その結果
は第2図に示した。
第2図から本発明触媒は、はっきりとした硫化物(Ni
S)の構造が得られているが、通常のアルミナ担持触媒
ではNiの大部分は酸化物(NiO)として存在し、有
効な活性サイトとなり得ないことを示している。
【図面の簡単な説明】
第1図は、X線光電子分光装置により測定したスピネル
担体のCo2P光電子スペクトルであり、横軸は結合エ
ネルギーを示す。 第2図は、EXAFS (X線吸収微細構造)の測定結
果であり、横軸はNi  (Oの位置)からの酸素原子
と硫黄原子の距離を示し、縦軸はその原子の数に比例し
た量を示している。 特許出願人工業技術院長   飯塚 幸三゛1酩i・1
( 結合エネルギー(e v) 第1図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)炭化水素の水素化処理用触媒担体としてスピネル
    状結晶物を用いる方法。
  2. (2)第1項の担体に触媒活性金属として、Mo、Co
    、Ni、Wを担持し、水素化処理用触 媒として用いる方法。
JP63025922A 1988-02-05 1988-02-05 水素化処理用触媒 Granted JPH01203041A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021501680A (ja) * 2017-11-06 2021-01-21 ハンファ ケミカル コーポレーションHanwha Chemical Corporation 芳香族化合物の水素化反応用触媒及びその製造方法

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JPS5319190A (en) * 1976-08-06 1978-02-22 Gulf Research Development Co Hydrogenation catalysts and method of hydrogenating hydrocarbon materials using same

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