JPS642422B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は不当に水素を消費することなく、コン
ラドソン残留炭素分（CCR）を選択的に減少さ
せて石油残油の品質を改良することに関するもの
である。本発明は特に、石油残油をコーキング操
作における原料として特に適したものにするため
に触媒的に水素化処理することに関するものであ
る。 コーキングは残油を、精油業者がより軽質のよ
り貴重な原料に転化する主な方法の１つである。
石油コークスは高沸点炭化水素の熱分解によつて
生じる残留物、特にアスフアルテン系原油留出油
のクラツキングまたは蒸留によつて得られる残留
物である。コーキング操作における原料として一
般に使用される炭化水素は通常初留点が約380℃
以上で、API比重が約０〜20℃で、コンラドソン
残留炭素分が約５〜40重量％である。 コーキング操作は熱クラツキングによつて得ら
れるタール及び接触クラツキングによつて得られ
るデカンテーシヨンしたスラリー油などの耐熱性
芳香族原料に適用した場合、特に有利である。コ
ーキングの際、残留分中の重質芳香族は濃縮され
てコークスを生成する。コーキング中、原料の約
15〜25重量％がコークスを生成する。残留物質は
クラツキングされてナフサ及びガスオイルを生成
し、これらの生成物はリフオーミング及び接触ク
ラツキングの原料として使用される。 常圧及び減圧原油蒸留塔によつて生成される留
分などの石油残油は通常ほとんどの精製工程で直
接使用する原料としては望ましくない。これは主
として金属、硫黄、窒素及びCCRなどの汚染物
が多量に存在するためである。 主な金属汚染物はニツケル及びバナジウム並び
に鉄であり、それに時々少量の銅が存在する。さ
らに、ほとんどの原料には微量の亜鉛及びナトリ
ウムが存在する。これらの金属の大半は原油中に
存在する場合、非常に大きな炭化水素分子と結合
しているので、原油の蒸留によつて得られる重質
留分が原油中に存在する実質的に全ての金属を含
有し、このような金属は特にアスフアルテン残留
留分に集中する。金属汚染物は通常メタロポルフ
イリン及びそれに類似したテトラピロール構造な
どの大きな有機−金属錯体となつている。 単一工程の常圧蒸留及び２工程の常圧／減圧蒸
留の残留分も実質的に転化することなくクラツキ
ング触媒上に炭素質またはコークス状物質として
析出する原油成分の大半を含有する。これらはし
ばしば石油留分中のその濃度を測定する分析法か
ら“コンラドソン炭素”と称する。 過去において、また現在の操作形態のある程度
において、硫黄、窒素及び金属を含有する高分子
量原料はしばしばコーキング装置中で処理されて
金属及び硫黄の一部が効果的に除去された（これ
らの汚染物は固体コークス中に残留する）。しか
しながら、生成したコークスは市販されるものな
ら、その中に許容し得る金属及び硫黄の量には限
界がある。従つて種々の石油留分から金属及び非
金属汚染物を除去して回収し、このような汚染さ
れた原料がより望ましい生成物に転化されるよう
にするためにかなりの努力が払われて来た。 通常、金属及び硫黄の除去は水素化処理によつ
て達成された。このような水素化処理は、Fe、
Cu及びNiなどの第Ａ族金属またはその酸化物、
硫化物またはオキシ硫化物、並びにMo及びＷな
どの第Ａ族金属またはその酸化物、硫化物また
はオキシ硫化物をアルミナなどの多孔性耐熱性支
持体上に析出させた触媒とともに水素を使用する
ことからなる。これらの触媒のうち、アルミナ上
に支持させたコバルト−モリブデン及びニツケル
−コバルト−モリブデンなどは脱硫、脱金属及び
CCRの減少に対して良好な活性を示すので好ま
しい触媒である。これらの触媒の気孔寸法の分布
は脱金属活性及び脱硫活性を確認するのに重要な
パラメーターであることがわかつた。一般に、気
孔の大きな触媒は気孔の小さな触媒より脱金属活
性が高く、気孔の小さな触媒は一般に気孔の大き
な触媒より脱硫活性が大きい。水素化処理に関し
ては多くの特許があり、たとえば米国特許第
3876523号；第3931052号；第4016067号；第
4054508号；及び第4082695号がある。米国特許第
3684688号は炭化水素原料をコーキングすること
によつて通常液体の炭化水素の収率を高める方法
について開示している。 従来技術はコーカー原料を水素化処理して主と
して金属及び硫黄を除去することに関するもので
あり、CCRを減少させ、水素を保存することに
ついてはあまり関心が払われていなかつた。すな
わち、CoMo／Al₂O₃及びNiMo／Al₂O₃などの好
ましい触媒は活性な脱硫化剤であり、脱硫化の目
的には多量の水素の消費が必要であり、従つて
CCRの減少のためには付加的な水素の消費が必
要であつた。一般に、硫黄、窒素及び酸素などの
非金属複素原子を除去するのに必要な水素量は残
油の水素化処理に消費される水素全体量の約５〜
20％に相当する。複素原子含有率が高いタールサ
ンド、瀝青などの原料の場合、複素原子を除去す
るための水素必要量はさらに高い。 前述のように、気孔寸法分布は水素化処理触媒
の重要なパラメータであり、脱硫触媒の場合には
通常小さな気孔寸法、例えば平均気孔寸法が約
100オングストロームまたはそれ以下となるよう
に設計される。このように気孔寸法が小さいこと
によつて触媒の表面積は大きくなる。コンラドソ
ン残留炭素分（CCR）を付与する炭化水素分子
の大半は分子の大きなアスフアルテンタイプのも
のであるので、従来の気孔の小さな脱硫触媒は
CCR型物質が拡散して水素化されるのを制限す
る。その結果、炭化水素の水素化は分子の小さな
ものについて優先的に行われ、CCRの減少を達
成するのに水素が効率良く消費されない。 本発明は脱硫及び脱金属などに付加的水素を不
必要に消費することなく、残留分中のCCRを選
択的に減少させ、コーカー装置中で使用するため
の残留分を品質改良させ、コークスの生成を減少
させることに関するものである。 本発明によれば、コンラドソン残留炭素分を選
択的に減少させて石油残油の品質改良に使用する
触媒において、気孔容積の50％以上が100〜200オ
ングストロームの直径の気孔により構成され、か
つ気孔容積の少なくとも30％が約０〜50オングス
トロームの直径の気孔により構成される多孔性無
機耐熱性支持体上に析出させたモリブデン、タン
グステン、ニツケル、鉄、パラジウム、鉄−ニツ
ケル、パラジウム−タングステン、パラジウム−
モリブデン、鉄−モリブデン、ニツケル−パラジ
ウム、モリブデン−タングステン、パラジウム−
鉄及び鉄−タングステンから選択される金属また
は金属の組合わせ、あるいはこれらの酸化物、硫
化物またはオキシ硫化物を含む触媒が提供され
る。 本発明はさらにまた石油残油を前記触媒及び水
素と転化条件下で接触させることから成る、コン
ラドソン残留炭素分を選択的に減少させて石油残
油の品質を改良する方法を提供する。 本発明によれば、好ましくは残油などの炭化水
素油が接触水素化処理されて、脱硫及び脱金属な
どに必要とされる付加的水素を不必要に消費する
ことなくCCRを選択的に減少させる。このよう
に本発明によつて処理された残油はコーキング操
作の優秀な原料として働き、コークスの生成が減
少される。本発明によつてコークスの生成が減少
されることによつて精製業者はコーカーの能力を
高めることなく、より多量の原油を処理できる
か、または低品質の原油を使用することができ
る。 本発明の方法は炭化水素油、好ましくは残油を
転化条件下で水素及び触媒と接触することから成
る。触媒は気孔の容積の50％以上が100〜200オン
グストロームの直径の気孔により構成され、かつ
気孔容積の少なくとも30％が約０〜50オングスト
ロームの直径の気孔により構成される多孔性無機
耐熱性支持体上に析出された金属を含む。金属は
単金属または多金属であり、金属、金属酸化物、
金属硫化物または金属オキシ硫化物などである。
適当な金属の例としては、Ni、Ｗ、Fe、Mo、
Pd、Fe−Ni、Pd−Ｗ、Pd−Mo、Fe−Mo、Ni
−Pd、Mo−Ｗ、Pd−Fe及びFe−Ｗがある。 本発明の方法の原料は完全な原油でも良い。し
かしながら、好ましい原料は石油の低留分から誘
導されるもの、すなわちナフサ及び加熱炉油など
の低沸点物質を除去するための原油の常圧蒸留、
あるいはガスオイルを除去するための常圧蒸留の
残油の減圧蒸留によつて得られるものがある。 本発明が適用される代表的残油は通常480℃よ
り高い沸点を有する炭化水素残油から成り、かな
りの量のアスフアルト系物質を含有する。すなわ
ち、原料は実質的量、たとえば炭化水素成分の約
40〜50容積％が480℃より高い沸点を有する炭化
水素成分であれば、初留点または５％までが480
℃より幾分低い沸点を有するものでも良い。この
ような原料の例としては、たとえば50％が約480
℃の沸点を有し、アスフアルト系物質、４重量％
の硫黄及び51ppmのニツケル及びバナジウムを含
有するものがある。 本発明の方法は他の精製流、たとえば澄んだス
ラリー油、溶媒抽出物、シンタワー底留分及び脱
アスフアルト装置タールにも適用できる。また石
炭液化、頁岩油の処理、タールサンドの抽出、ビ
オマスの転化などの炭化水素生成物及び合成燃料
製造の生成物なども本発明の方法の原料として使
用できる。 本発明の触媒は多孔性無機耐熱性支持体上に析
出させた金属を含む。この金属は金属、金属酸化
物、または金属硫化物のいずれでも良く、また単
一金属または多種金属のいずれでも良い。単一金
属の例としてはMo、Ｗ、Fe、Ni及びPdがあり、
特にＷ及びNiが好ましく、中でもＷが最も好ま
しい。多種金属の例としてはこれらの金属のほと
んどの組合わせが考えられ、二成分系金属は他の
多成分系金属より好ましい。好ましい二成分系金
属の例としてはFe−Ni、Pd−Ｗ、Pd−Mo、Fe
−Mo、Ni−Pd、Mo−Ｗ、Pd−Fe及びFe−Ｗ
がある。しかしながら、Ni−Mo及びNi−Ｗなど
の組合わせは脱硫活性が高く、それに伴なつて水
素の消費が高いので本発明で使用するのには望ま
しくない。 前記金属は多孔性無機耐熱性支持体上に析出さ
れる。本発明では有用な多孔性無機耐火性支持体
の例としてはアルミナ、シリカ−アルミナ、シリ
カ−マグネシア、チタニア、ジルコニア、チタニ
ア−ジルコニア、シリカ−ジルコニア−アルミ
ナ、チタニア−アルミナ、チタニア−シリカーア
ルミナ、シリカ−アルミナ−ボリア、ボリア、ス
トロンチア、ハフニア、マグネシア−チタニア及
び活性炭がある。中でも好ましい支持体はアルミ
ナである。 金属の濃度は主として金属の種類、金属の組合
わせ、並びに原料の特性に依存する。第Ａ族金
属（Mo、Ｗ）については約0.5〜15.0重量％の量
で使用するのが好ましく、第Ａ族金属（Fe、
Ni、Pd）は約0.1〜15.0重量％の量で使用するの
が好ましい。残りの重量は支持体物質で占められ
る。本発明の触媒の気孔寸法分布は重要なパラメ
ーターである。本発明の触媒は一般に大きな気孔
のCCR−選択性触媒であり、ここで「大きな気
孔」とは、支持体（好ましくはアルミナ）の気孔
の容積の大半が100〜200オングストロームの直径
の孔から構成されることを意味する。この気孔の
サイズの分布の基準はアスフアルト系分子を触媒
粒子に充分に接近させるために必要な基準であ
る。好ましくは、気孔の容積の約60％以上が約
100〜200オングストロームの範囲の直径を有する
気孔から構成される。さらに、触媒は気孔の容積
の少くとも約30％が約０〜50オングストロームの
直径を有する気孔であることが好ましい。 硫化された形態の触媒を使用する場合には、焼
成した後、または焼成及び還元の後、原料と接触
する前に、硫化剤としての硫化水素と水素との混
合物と約205〜430℃温度で大気圧または高圧下で
接触させることによつて予め硫化される。この予
備硫化は操作開始の条件と同じ条件下で行うと都
合が良い。水素及び硫化水素の正確な量比は臨界
的でなく、硫化水素の濃度が低くても高くても良
い。経済的理由から比較的濃度が低い方が好まし
い。この予備硫化操作中に利用された未使用の水
素及び硫化水素を触媒床に循環する場合、予備硫
化操作中に生成した水は触媒床に循環する前に除
去するのが好ましい。硫化水素の代わりに硫化操
作条件下で硫化水素を生成することができる二硫
化炭素、メルカプタン等の硫黄化合物または元素
状硫黄を使用しても良い。 触媒の予備コークス化は好ましい操作ではある
が、触媒は操作条件下で高硫黄含有率の原料と接
触させた場合通常非常に短時間で硫化するので必
ずしも必須操作ではない。 本発明による水素化処理の転化条件は温度が約
345〜460℃、好ましくは約390〜430℃で、圧力が
70.4〜211Kg／cm²（約6900〜20700kPa）、好まし
くは141〜176Kg／cm²（約13800〜17250kPa）で、
液体時間空間速度（LHSV）が約0.5〜４、好ま
しくは約１〜２で、水素循環速度が178〜3562
／（約1000〜20000scf／bbl）、好ましくは
890〜1781／（約5000〜10000scf／bbl）であ
る。 水素の純度は約60〜100％の範囲で変わる。水
素を循環する時（この方が通常）、循環ガスの一
部を逃がし、水素の純度を所望する範囲内に保つ
ために水素を補充することが望ましい。硫化水素
を循環ガスから除去する場合も、通常このように
ガスを逃がす操作で行われる。しかしながら、循
環する前に、所望により、循環ガスを硫化水素の
化学的吸収剤で洗浄するか、または他の公知の方
法で処理した硫化水素含有率を低下させても良
い。 本発明の方法に従つて製造した水素化処理した
残油のコーキングは代表的には約430〜600℃の温
度、１〜10.2Kg／cm²（約100〜1000kPa）の圧力
で操作するドラマまたは反応器中で行われる。コ
ーキングは一般に原料（残油）をクラツキング温
度に予備加熱することから成る。しかる後、高温
原料は分留装置に送られ、頂部ガス、ガソリン沸
点物質（ナフサ）及びコーカーガスオイルが除去
される。分留装置からの底留分は再び加熱され、
コークスドラムに送られる。コーキングに現在使
用されている基本的方法はデイレードコーキング
及び流動コーキング法である。デイレードコーキ
ング法の場合、コークスがドラム中で生成し、周
期的に（日に１回）そのコークスを機械的に除去
しなければならない。流動コーキング法の場合、
コークスは流動粒子として生成し、連続的に引出
すことができる。残油原料が金属及び硫黄含有率
が低い場合、デイレードコーキング法で生成する
コークスは焼成され、陽極及び顔料などの製造に
使用できる。 本発明の方法は従来の残油の水素化処理と非常
に違う。本発明の触媒はその主要目的が芳香族の
飽和及び540℃⁺物質の転化、すなわちCCRの低
下に選択的に寄与する反応における水素の消費を
制限することに向けられている。活性な脱硫化剤
である触媒たとえばCoMo／Al₂O₃及びNiMo／
Al₂O₃は本発明の触媒の場合と同程度にCCRを除
去するためには不必要に付加的水素を消費する。
硫黄の大半はコークスとともに排除されるので、
精製業者の主目的がコークス生成量ではなく、コ
ーキングの液体生成物である場合には、水素化処
理中の従来の硫黄の除去操作は不必要である。脱
窒素も付加的水素を消費するが、窒素は硫黄より
少量であるので脱窒素は脱硫の場合より問題がは
るかに小さい。従来の残油の水素化処理に伴なわ
れる脱金属も本発明の系では望ましくない反応で
ある。というのは金属の蓄積は触媒を失活させる
からである。すなわち、本発明の触媒の大半は不
当に脱金属及び脱硫することなく、CCRを選択
物に低下させ、その結果水素の消費が節約でき
る。このようにCCRを低下させた原料のコーキ
ングはコークスの生成量を少くしてより多量の液
体を生成する。しかる後、精製業者はコーカーの
能力を高めることなく低品質原油を処理すること
ができる。従つて、本発明の方法は付加的な水素
を必要とすることなく、現存の精製装置で簡便に
実施することができる。たとえば、本発明の方法
で必要とされる水素は現存の精製装置中の改質装
置によつて供給できる。 本発明は下記の実施例によつてさらに詳しく説
明される。 例 １〜３ 硫黄の除去、金属の除去（バナジウムの除去）
及びCCRの除去（水素含有率に基づく）につい
て３種の触媒を評価した。それぞれの触媒は
LHSV＝1400℃及び176Kg／cm²（17250kPa）でク
ウエート減圧蒸留残油についての水素化処理工程
で使用した。例１においては慣用の水素化処理触
媒、即ち、CoO−MoO₃／アルミナ触媒（アルミ
ナ支持体の平均気孔直径は100オングストローム
またはそれ以下のもの）が用いられた。例２及例
３においては本発明の代表的触媒を使用した。す
なわち、例２においてＷ／アルミナ触媒を使用
し、例３においてはNi／アルミナ触媒を用い、
例２及び例３共に用いたアルミナ支持体はその気
孔容積の50％以上が100〜200オングストロームの
直径の気孔により構成され、気孔容積の少なくと
も30％が50オングストローム以下の直径の気孔か
ら構成されている。これらの触媒を使用した水素
化処理の結果を表１に要約する。表１はＷ／
Al₂O₃及びNi／Al₂O₃触媒が従来の触媒よりCCR
の除去に対して選択的であることを示している。
添付図面は３種の触媒についてのクウエート減圧
蒸留残油の水素化処理の水素消費量に対する
CCR除去率（％）を示したものである。図面上、
最も低い曲線は従来の水素化処理触媒、すなわち
CoMo／アルミナについてのCCR除去／水素の消
費の動向を示すものである。中間の曲線は脱硫が
起らない場合のCoMo／Al₂O₃触媒はCCRの除去
選択性が改良されることを示している。本発明の
２種の代表的触媒、すなわちＷ／アルミナ及び
Ni／アルミナはCCR除去／水素消費がこの中間
の曲線に近づき、従つて撰択率が高いことを示し
ている。上部の曲線はCCR除去／水素消費につ
いてのいわゆる「理論的限界」を示している。こ
の限界を達成するためには、水素の消費の全てが
液体の水素含有率を高めるのに向けられなければ
ならない。すなわち、軽質ガス留分またはヘテロ
原子の除去が行われず、CCR先駆体分子が非
CCR先駆体に転化するように水素化が優先的に
達成される。 【表】

【図面の簡単な説明】

添付図面はクウエート減圧蒸留残油を399℃
（750〓）で1LHSVで176Kg／cm²（2500psig）で水
素化処理した場合の水素消費量に対するCCR除
去率（％）を示したものである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ コンラドソン残留炭素分を選択的に減少させ
   て石油残油の品質改良に使用する触媒において、
   気孔の容積の50％以上が100〜200オングストロー
   ムの直径の気孔から構成され、気孔の容積の少な
   くとも30％が約０〜50オングストロームの直径の
   気孔から構成される多孔性無機耐熱性支持体上に
   析出させたモリブデン、タングステン、ニツケ
   ル、鉄、パラジウム、鉄−ニツケル、パラジウム
   −タングステン、パラジウム−モリブデン、鉄−
   モリブデン、ニツケル−パラジウム、モリブデン
   −タングステン、パラジウム−鉄及び鉄−タング
   ステンから選択される金属または金属の組合わ
   せ、あるいはこれらの酸化物、硫化物またはオキ
   シ硫化物を含む石油残油の品質改良用触媒。 ２ 支持体が、その気孔の容積の60％以上が100
   〜200オングストロームの直径の気孔から構成さ
   れるものである特許請求の範囲第１項記載の石油
   残油の品質改良用触媒。 ３ 支持体がアルミナである特許請求の範囲第１
   項または第２項記載の石油残油の品質改良用触
   媒。 ４ 金属がタングステンである特許請求の範囲第
   １項ないし第３項のいずれかに記載の石油残油の
   品質改良用触媒。 ５ 金属がニツケルである特許請求の範囲第１項
   ないし第３項のいずれかに記載の石油残油の品質
   改良用触媒。 ６ 石油残油を、気孔の容積の50％以上が100〜
   200オングストロームの直径の気孔から構成され、
   気孔の容積の少なくとも30％が約０〜50オングス
   トロームの直径の気孔から構成される多孔性無機
   耐熱性支持体上に析出させたモリブデン、タング
   ステン、ニツケル、鉄、パラジウム、鉄−ニツケ
   ル、パラジウム−タングステン、パラジウム−モ
   リブデン、鉄−モリブデン、ニツケル−パラジウ
   ム、モリブデン−タングステン、パラジウム−鉄
   及び鉄−タングステンから選択される金属または
   金属の組合わせ、あるいはこれらの酸化物、硫化
   物またはオキシ硫化物を含む触媒及び水素と転化
   条件下で接触させることから成る、コンラドソン
   残留炭素分を選択的に減少させて石油残油の品質
   を改良する方法。 ７ 転化条件が温度が345〜460℃で、圧力が70.4
   〜211Kg／cm²（6900〜20700kPa）で、液体時間空
   間速度が0.5〜４で、水素循環速度が178〜3562
   ／（1000〜20000scf／bbl）である特許請求
   の範囲第６項記載の方法。 ８ 転化条件が温度が390〜430℃で、圧力が141
   〜176Kg／cm²（13800〜17250kPa）で、液体時間
   空間速度が１〜２で、水素循環速度が890〜1780
   ／（5000〜10000scf／bbl）である特許請求
   の範囲第６項記載の方法。 ９ 支持体がその気孔の容積の60％以上が100〜
   200オングストロームの直径の気孔から構成され
   るものである特許請求の範囲第６項記載の方法。 １０ 支持体がアルミナである特許請求の範囲第
   ６項または第７項記載の方法。 １１ 金属がタングステンである特許請求の範囲
   第６項ないし第１０項のいずれかに記載の方法。 １２ 金属がニツケルである特許請求の範囲第６
   項ないし第１０項のいずれかに記載の方法。