JPH11138003A - 重質炭化水素油の水素化脱硫触媒 - Google Patents

重質炭化水素油の水素化脱硫触媒

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JPH11138003A
JPH11138003A JP9322501A JP32250197A JPH11138003A JP H11138003 A JPH11138003 A JP H11138003A JP 9322501 A JP9322501 A JP 9322501A JP 32250197 A JP32250197 A JP 32250197A JP H11138003 A JPH11138003 A JP H11138003A
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哲壽 多田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 重質炭化水素油に対して優れた脱硫活性を有
する水素化脱硫触媒を提供する。 【解決手段】 周期律表第VIA族から選ばれる少なく
とも1種の金属と周期律表VIII族から選ばれる少な
くとも1種の金属とをアルミナ担体に担持してなる水素
化脱硫触媒であって、比表面積が250m/g以上
で、かつ粉末X線回折パターンにおいて2θ=9°に特
徴的なピークを有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、重質炭化水素油の
水素化脱硫触媒に関し、特に、優れた脱硫活性を有する
該水素化脱硫触媒に関する。
【0002】
【技術背景】原油を常圧蒸留装置により処理して得られ
る常圧残油や、常圧残油をさらに減圧蒸留装置で処理す
ることにより得られる減圧軽油、減圧残油等の重質炭化
水素油には、多量の硫黄化合物が含有されている。これ
らの重質炭化水素油を一般の用途に供する場合、酸性雨
等の大気汚染の問題等から、硫黄化合物を低減する必要
がある。
【0003】多量の硫黄化合物を含む重質炭化水素油か
ら硫黄分を低減する方法としては、通常、水素化脱硫法
が用いられる。この方法には、従来から、周期律表第V
IA族のMo、W、第VIII族のCo、Ni等の金属
成分を、アルミナ、アルミナ・シリカ等の担体に担持し
た触媒が使用されている。
【0004】しかし、重質炭化水素油には、水素化脱硫
反応の障害となるアスファルテン、あるいは触媒活性を
低下させる有機金属化合物や芳香族性に富む巨大分子が
存在するため、上記した触媒の水素化脱硫活性を長期に
渡って維持することは困難である。
【0005】そこで、上記した触媒の水素化脱硫能力を
改善する方法について、これまでにも、幾つかの提案が
なされている。例えば、特開平4−265158号公報
では、リンを触媒に添加することにより水素化脱硫活性
の向上を図っているが、リンを添加すると、触媒の細孔
容積が減少する傾向があるため、触媒寿命が短くなる場
合もある。また、特開昭58−146445号公報等で
は、アルミナ担体にゼオライトを加えた触媒を提案して
いるが、ゼオライトを加えると、一般に、反応初期の水
素化脱硫活性は向上するものの、ゼオライトの酸性質の
ためコークの生成が増加する傾向があり、長期間の運転
が困難になる場合もある。
【0006】
【発明の目的】本発明は、触媒活性を長期にわたって維
持することを可能にし、同時に重質炭化水素油の水素化
脱硫能力を高めた水素化脱硫触媒を提案することを目的
とする。
【0007】
【発明の概要】上記目的を達成するために、本発明の水
素化脱硫触媒は、周期律表第VIA族(以下、6A族と
記す)から選ばれる少なくとも1種の金属と、周期律表
VIII族(以下、8族と記す)から選ばれる少なくと
も1種の金属とを、アルミナ担体に担持した触媒であっ
て、比表面積が約250m/g以上で、かつ粉末X線
回折パターンにおいて2θ=9°に特徴的なピークを有
することを特徴とする。
【0008】本発明の触媒に使用するアルミナ担体は、
比表面積が約250m/g以上、好ましくは約280
〜350m/g、より好ましくは約300〜330m
/gのものが適している。
【0009】このような比表面積を有するアルミナ担体
の調製方法は、特に制限されず、一般的な方法でよい。
すなわち、アルミニウムの水溶性化合物、例えばアルミ
ニウムの硫酸塩、硝酸塩、塩化物をアンモニアのような
塩基で中和するか、あるいはアルカリ金属アルミン酸塩
を酸性アルミニウム塩または酸で中和する等して、生成
したヒドロゲルまたはヒドロゾルを、洗浄、熟成、成
形、乾燥、焼成等の一般的な処理法に付して、調製する
ことできる。
【0010】目的の比表面積を有するアルミナ担体を得
るには、例えば、沈殿剤や中和剤等を添加してアルミナ
ゲルを作る際のpH、これら薬剤の濃度、時間、温度等
を適宜調整すればよく、例えば、ゲル生成の際のpHを
酸性側で行えば、比表面積が大きくなる。本発明では、
pHは約4〜8、温度は約15〜90℃の範囲内とする
ことが好ましい。
【0011】ゲル生成後に、熟成、不純物の洗浄除去、
脱水乾燥を行う。熟成は、通常、pH4〜9、約15〜
90℃で、約1〜25時間行う。これらの範囲外では、
熟成後にアルミナゲル中の不純物が除去し難くなるのみ
ならず、アルミナゲルの表面積が小さくなる。また、脱
水乾燥は、アルミナゲルになるべく熱を加えずに、含有
水分量を調整することにより行う。例えば、約15〜9
0℃、約0.01〜2MPaでの、自然濾過、吸引濾
過、加圧濾過等による方法で脱水乾燥し、脱水乾燥後の
含有水分量が約60〜90mass%となるようにする
ことが好ましい。アルミナゲルに余分な熱を加えずに含
有水分量を調整することで、アルミナの表面性状の制御
が可能となり、触媒の水素化能を向上させることができ
る。
【0012】脱水乾燥後に担体の成形を行う。成形方法
は、特に制限されず、押出成形、打錠成形等の一般的な
方法を用いることができる。なお、成形時の圧力や速度
を調整することによっても、アルミナの表面性状である
細孔容積や細孔分布等を制御することができる。
【0013】アルミナ担体の形状は、特に制限されない
が、触媒層における重質炭化水素油の流通状態を考慮し
て、円柱、ダンベル、三つ葉、四つ葉状のペレットとす
ることが好ましい。また、このような形状を有するペレ
ットを使用する場合にあっても、触媒層の前後で圧力差
が発生しないように、ペレット径は、1/10〜1/3
6インチの範囲にあることが好ましい。なお、ペレット
径とは、ペレットの形状が円柱であるもの以外は、その
最も太い部分の長さを指す。
【0014】成形後は、通常、常温〜約150℃で約3
〜24時間乾燥し、さらに約200〜600℃で約3〜
24時間焼成することにより、アルミナ担体を得ること
ができる。
【0015】本発明の水素化脱硫触媒は、上記のアルミ
ナ担体に、6A族から選ばれる少なくとも1種の金属
と、8族から選ばれる少なくとも1種の金属を、水素化
脱硫活性成分として担持させたものである。6A族金属
は、6A族に属する金属であれば、どのようなものでも
よいが、特に、モリブデン、タングステンが好ましい。
8族金属も、8族に属する金属であれば、どのようなも
のでもよいが、特に、コバルト、ニッケルが好ましい。
【0016】6A族金属と8族金属の担持量は、触媒基
準、酸化物換算で、6A族金属が約8〜25mass
%、好ましくは約10〜16mass%であり、8族金
属が約1〜15mass%、好ましくは約2〜5mas
s%である。6A族金属が約8mass%未満では、6
A族金属の担持効果が低く、所定の触媒活性を得ること
が困難になり、約25mass%を超えると、担体表面
積の低下を生じ、触媒活性が低下する。8族金属が約1
mass%未満では、8族金属の担持効果が低く、所定
の触媒活性を得ることができず、約15mass%を超
えても、8族金属の担持効果が飽和し、経済的に好まし
くない。
【0017】上記金属の担持方法は、特に制限されず、
通常の方法、例えば、含浸法、共沈法、混練法、沈着
法、イオン交換法等の種々の方法が採用できる。6A族
金属と8族金属の担持順序も、特に制限はなく、6A族
金属と8族金属のどちらが先でもよいし、同時担持でも
よいが、6A族金属を先に担持させるこのが好ましい。
これは、8族金属を先に担持すると、担体のアルミナと
結合し複合酸化物を形成してしまうため、6A族金属の
分散性を低下させるばかりか、8族金属の助触媒として
の効果をも低下させるためと考えられる。
【0018】6A族金属源、8族金属源としては、溶液
となるものであれば、どのようなものでも使用できる。
6A族金属源としては、例えば、モリブデン源として、
モリブデン酸アンモニウム、酸化モリブデン、モリブデ
ン縮合酸塩等を挙げることができ、タングステン源とし
て、タングステン酸アンモニウム、酸化タングステン、
タングステン縮合酸塩等を挙げることができる。8族金
属源としては、例えば、コバルト源として、硝酸コバル
ト、硫酸コバルト、炭酸コバルト、酢酸コバルト、シュ
ウ酸コバルト、塩化コバルト等を挙げることができ、ニ
ッケル源として、硝酸ニッケル、硫酸ニッケル、炭酸ニ
ッケル、酢酸ニッケル、シュウ酸ニッケル、塩化ニッケ
ル等を挙げることができる。
【0019】本発明の触媒は、含浸法、共沈法、混練
法、沈着法、イオン交換法等いずれの方法で調製する場
合にあっても、以上のアルミナ担体に、以上の6A族金
属化合物と8族金属化合物を担持させた後、乾燥し、焼
成することにより製造できる。乾燥方法、乾燥条件は、
特に制限されず、例えば、通常の風乾、熱風乾燥、加熱
乾燥等の方法で、これらの方法に採用される通常の条件
でよい。
【0020】乾燥後の焼成は、電気炉、マッフル炉等を
使用し、空気流通下で行う。焼成温度は、従来の約45
0〜600℃より高い約600〜900℃、好ましくは
約600〜700℃の範囲であり、焼成時間は、約1〜
10時間、好ましくは約3〜5時間である。約600℃
未満であると、2θ=9°付近にピークが見られない触
媒となり、約900℃より高温であると、アルミナ担体
がγ型からδ型やθ型さらにはα型に変化することがあ
り、比表面積を約250m/g以上に保持することが
困難となるばかりか、担持金属がシンタリングを生起
し、脱硫活性が低下する。また、約1時間未満である
と、所望の脱硫活性が得られず、約10時間より長くて
も、それ以上の活性増加の向上は見られず、不経済とな
る。なお、焼成後の水素等での還元処理は、行なって
も、行なわなくてもよい。
【0021】以上の活性金属成分の担持、乾燥、焼成
(必要に応じての水素による還元)により、比表面積が
約250m/g以上で、粉末X線回折パターンにおい
て2θ=9°に特徴的なピークを有する本発明の触媒を
得ることができる。
【0022】触媒の比表面積が約250m/g未満で
あると、充分な脱硫活性を得ることができない。触媒の
比表面積の上限は、特に制限しないが、余り大きすぎて
も、処理対象油が重金属分を多量に含む重質油の場合、
寿命が短くなる虞れがあるため、好ましくは約350m
/gとする。
【0023】比表面積が上記の約250m/g以上、
好ましくは約250〜350m/gの範囲内にある触
媒であっても、粉末X線回折パターンにおいて2θ=9
°に特徴的なピークを有しない触媒では、該ピークを有
する触媒と比較して、その理由は不明であるが、重金属
分を多量に含む重質油を処理する場合、充分な脱硫活性
を得ることができない。
【0024】以上詳述した本発明の触媒は、実装置にお
いて、単独で使用することは勿論、公知の触媒と組合せ
て使用することもできる。また、本発明の触媒を用いて
水素化脱硫処理する重質炭化水素油としては、特に制限
はないが、例えば、原油を常圧蒸留装置により処理して
得られる常圧残油や、常圧残油をさらに減圧蒸留装置で
処理して得られる減圧軽油、減圧残油、あるいはコーカ
ー軽油、溶剤脱瀝油、タールサンド油、シェールオイ
ル、石炭液化油等が挙げられる。
【0025】本発明の触媒を実際の重質油の接触水素化
脱硫に用いるには、例えば、本発明の触媒を間接脱硫装
置や直接脱硫装置等の反応器に充填し、該反応器に原料
油としての重質油を導入し、従来と同様に、高温・高圧
および相当の水素分圧の条件下で、脱硫処理を行えばよ
い。最も一般的には、本発明の触媒を固定床として反応
器に維持し、予備硫化を行い、担持金属成分を大部分硫
化物にした後、原料油をこの固定床の上方から下方に通
過させる。このとき、本発明の触媒は、単独の反応器に
充填して用いてもよいし、直列に連結した複数の反応器
のそれぞれに充填して用いてもよい。
【0026】このときの反応条件は、特に限定されない
が、例えば、5容量%留出温度が240℃以上、95容
量%留出温度が450℃以上である減圧軽油留分や、4
0容量%留出温度が450℃以上の常圧残油等を接触水
素化脱硫する場合、水素分圧約4〜18MPa、原料油
温度約320〜410℃、液空間速度約0.1〜4.0
hr−1とすることが好ましい。
【0027】上記の反応条件で上記の原料油の水素化脱
硫を行うとき、本発明の触媒の脱硫活性は、従来の水素
化脱硫触媒に比較し、非常に高活性であり、また触媒活
性の低下が大きく抑制される。
【0028】
【実施例】[触媒の調製]実施例1 5mass%のアルミン酸ナトリウム水溶液10kgを
60℃に加熱し、この温度に保持したまま25mass
%の硫酸アルミニウム水溶液を徐々に滴下し、最終的に
水溶液のpHを6に調整した。生成したアルミナスラリ
ーを濾過し、濾別したアルミナゲルを0.2mass%
のアンモニア水溶液で繰り返し洗浄した後、このゲルに
イオン交換水5リットル(以下、「L」と記す)を加
え、さらに10mass%のアンモニア水溶液を加えて
pHを7に調整した。次いで、このpH7の溶液を25
℃で15時間攪拌して熟成させた。その後、5Nの硝酸
水溶液を加えてpHを4に調整し、15分間攪拌した。
続いて、10mass%のアンモニア水溶液を再度加え
てpHを6に調整し、アルミナケーキを得た。
【0029】このアルミナケーキを、室温下での吸引濾
過(吸引圧0.02MPa)で、脱水乾燥後の含水量が
80mass%となるように脱水乾燥した後、押出成形
機で必要な触媒直径に合うように押出し、四つ葉状に成
形した。この成形物を120℃で20時間乾燥した後、
550℃で2時間焼成し、アルミナ担体を得た。このア
ルミナ担体は、比表面積305m/g、細孔容積0.
72cc/g、平均細孔径7.1nmであった。
【0030】このアルミナ担体100gに、次のように
して活性金属成分を担持した。室温下、三角フラスコ中
で、15.5gのモリブテン酸アンモニウムと24gの
水酸化アンモニウムからなる水溶液と、18.2gの硝
酸ニッケル・6水和物と72gのイオン交換水からなる
水溶液を混合し、含浸用の水溶液を調製した。この水溶
液の全てを、ナス型フラスコ中で、アルミナ担体に滴下
した後、室温にて1時間静置し、風乾後、マッフル炉に
より、空気流通下、650℃で4時間焼成した。得られ
た触媒は、比表面積284m/g、細孔容積0.61
cc/g、平均細孔径8.6nmであった。
【0031】また、上記触媒の粉末X線回折パターンを
図1に示した。図1から明らかなように、2θ=9に特
徴的なピークが認められる。なお、粉末X線回折は、理
学電機(株)製RINT−2000により、Cu管球を
使用し、管電圧50kV、管電流300mA、発散スリ
ット1°、散乱スリット1°、受光スリット0.3mm
で行った。
【0032】実施例2 実施例1において、硝酸ニッケル・6水和物18.2g
の代わりに硝酸コバルト6水和物18.2gを用いた以
外は同様の方法で行い、触媒を得た。この触媒は、比表
面積289m/g、細孔容積0.61cc/g、平均
細孔径8.5nmであり、粉末X線回折パターンは、図
1と略同様で、2θ=9°に特徴的なピークが認められ
た。
【0033】実施例3 実施例1において、硝酸ニッケル・6水和物18.2g
の代わりに硝酸ニッケル・6水和物9.1gと硝酸コバ
ルト・6水和物9.1gとを用いた以外は同様な方法で
行い、触媒を得た。この触媒は、比表面積287m
g、細孔容積0.60cc/g、平均細孔径8.5nm
であり、粉末X線回折パターンは、図1と略同様で、2
θ=9°に特徴的なピークが認められた。
【0034】実施例4 実施例1において、モリブテン酸アンモニウム15.5
gの代わりにタングステン酸アンモニウム15.5gを
用いた以外は同様な方法で行い、触媒を得た。この触媒
は、比表面積285m/g、細孔容積0.61cc/
g、平均細孔径8.5nmであり、粉末X線回折パター
ンは、図1と略同様で、2θ=9°に特徴的なピークが
認められた。
【0035】実施例5 実施例1において、焼成条件を700℃で4時間とする
以外は同様な方法で行い、触媒を得た。この触媒は、比
表面積267m/g、細孔容積0.60cc/g、平
均細孔径8.8nmであり、粉末X線回折パターンは、
図1と略同様で、2θ=9°に特徴的なピークが認めら
れた。
【0036】実施例6 実施例1において、焼成条件を850℃で2時間とする
以外は同様な方法で行い、触媒を得た。この触媒は、比
表面積258m/g、細孔容積0.58cc/g、平
均細孔径9.2nmであり、粉末X線回折パターンは、
図1と略同様で、2θ=9°に特徴的なピークが認めら
れた。
【0037】実施例7 実施例1において、アルミナスラリー調製時のpHを4
とし、アルミナゲルの熟成時間を5時間とする以外は同
様な方法で行い、触媒を得た。この触媒は、比表面積3
22m/g、細孔容積0.55cc/g、平均細孔径
7.3nmであり、粉末X線回折パターンは、図1と略
同様で、2θ=9°に特徴的なピークが認められた。
【0038】実施例8 実施例1において、アルミナスラリー調製時のpHを7
とし、アルミナゲル熟成時のpHを8、温度を60℃、
時間を20時間とする以外は同様な方法で行い、触媒を
得た。この触媒は、比表面積260m/g、細孔容積
0.65cc/g、平均細孔径9.5nmであり、粉末
X線回折パターンは、図1と略同様で、2θ=9°に特
徴的なピークが認められた。
【0039】実施例9 実施例1において、アルミナケーキの脱水乾燥条件を加
圧濾過(圧力0.8MPa)により含水量が75mas
s%となるようにする以外は同様な方法で行い、触媒を
得た。この触媒は、比表面積280m/g、細孔容積
0.61cc/g、平均細孔径8.5nmであり、粉末
X線回折パターンは、図1と略同様で、2θ=9°に特
徴的なピークが認められた。
【0040】比較例1 実施例1において、焼成条件を400℃で4時間とする
以外は同様な方法で行い、触媒を得た。この触媒は、比
表面積291m/g、細孔容積0.61cc/g、平
均細孔径8.3nmであった。また、実施例1と同様に
して行った粉末X線回折パターンを図2に示した。図2
から明らかなように、2θ=9°に特徴的なピークは認
めらない。
【0041】比較例2 実施例1において、焼成条件を1000℃で3時間とす
る以外は同様な方法で行い、触媒を得た。この触媒は、
比表面積170m/g、細孔容積0.65cc/g、
平均細孔径11.2nmであり、粉末X線回折パターン
は、図2と略同様であり、2θ=9°に特徴的なピーク
は認めらなかった。
【0042】比較例3 実施例1において、アルミナスラリー調製時のpHを7
とし、アンモニアゲルアンモニアゲル熟成時のpHを1
1、温度を60℃、時間を30時間とする以外は同様な
方法で行い、触媒を得た。この触媒は、比表面積219
/g、細孔容積0.67cc/g、平均細孔径1
0.2nmであり、粉末X線回折パターンは、図2と略
同様であり、2θ=9°に特徴的なピークは認めらなか
った。
【0043】[触媒の性状]実施例1〜9および比較例
1〜3で得られた触媒の性状を表1に纏めて示した。
【0044】
【表1】
【0045】[触媒の活性評価]以上の実施例1〜9お
よび比較例1〜3で得た触媒の水素化脱硫活性を、表2
に示す条件で評価した。この水素化脱硫活性は、ライト
ガスオイルと減圧軽油で予備硫化を行った後、表2の運
転条件下、20日目の反応生成物の残留硫黄分(mas
s%)を求め、以下に示す計算式により反応速度定数K
sを求めることで行った。なお、Ks値が高いほど、水
素化脱硫活性が優れていることを示す。評価結果は、相
対値として表3に示す。
【0046】
【数1】Ks=[(1/生成油のS濃度)−(1/原料
油のS濃度)]×液空間速度
【0047】
【表2】 (原料油:常圧残油) 原油 :アラビアンヘビー 密度 :0.9955g・cm−3(15℃) 硫黄分 :4.37mass% 金属分 :NiおよびVの合計量=133massppm 蒸留性状:留出温度 5容量%=404℃ 40容量%=493℃ 54容量%=538℃ (反応条件) 水素分圧:10.3MPa 反応温度:380℃ 液空間速度:0.5hr−1 水素/油比:997Nm/kL−1 (装置) 固定床方式による高圧流通式反応装置
【0048】
【表3】
【0049】
【発明の効果】以上のように、本発明の比表面積が25
0m/g以上で、特定な粉末X線回折ピークを有する
水素化脱硫触媒は、常圧残油等の重質炭化水素油に対し
て優れた水素化脱硫活性を発揮することができる。この
ような特性を有する本発明の触媒は、常圧残油、減圧軽
油、減圧残油等の石油製品を高品質化するための、さら
なる脱硫処理を良好に行うことができるため、従来の水
素化脱硫触媒と比較して、重質炭化水素油の有効利用上
非常に有用な触媒である。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1で得た触媒の粉末X線回折パターンを
示す。
【図2】比較例1で得た触媒の粉末X線回折パターンを
示す。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 周期律表第VIA族から選ばれる少なく
    とも1種の金属と周期律表VIII族から選ばれる少な
    くとも1種の金属とをアルミナ担体に担持してなる水素
    化脱硫触媒であって、比表面積が250m/g以上
    で、かつ粉末X線回折パターンにおいて2θ=9°に特
    徴的なピークを有する重質炭化水素油の水素化脱硫触
    媒。
  2. 【請求項2】 周期律表第VIA族が、モリブデン、タ
    ングステンであることを特徴とする請求項1記載の重質
    炭化水素油の水素化脱硫触媒。
  3. 【請求項3】 周期律表VIII族が、コバルト、ニッ
    ケルであることを特徴とする請求項1または請求項2記
    載の重質炭化水素油の水素化脱硫触媒。
  4. 【請求項4】 活性金属担持後、600〜900℃で、
    空気中、1〜10時間焼成してなることを特徴とする請
    求項1〜3のいずれかに記載の重質炭化水素油の水素化
    脱硫触媒。
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KR100804942B1 (ko) * 2001-08-24 2008-02-20 주식회사 포스코 탈황용 감마알루미나 촉매의 제조방법

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