JP3439790B2 - 水素化転換法 - Google Patents
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Description
処理する方法に関し、より詳細には、特定の孔径分布を
示す触媒を使用する水素化転換法に関する。
水素、例えば約540℃(1,000°F)を越える沸
点を有するものを、より高い経済的価値を特徴とする軽
質の炭化水素に転換することが望まれる。また、炭化水
素原料、特に石油残渣油を処理して、水素化脱硫(HD
S)、水素化脱硝(HDN)、残留炭素減少(CCR)
ならびに水素化脱金属(HDM)、特にニッケル化合物
の除去(HDNi)およびバナジウム化合物の除去(H
DV)をはじめとする他の目標を達成することも望まし
い。
を有する細孔(すなわち、本明細書において250Å未
満の直径を有する細孔と定義するミクロ細孔)および比
較的大きな直径を有する細孔(すなわち、本明細書にお
いて250Åを越える直径を有する細孔と定義するマク
ロ細孔)を特定の範囲で有する水素化処理触媒を使用す
る。
(Dai らの)は、硫黄および金属を含有する原料の水素
化処理に有用な触媒組成物であって、多孔質アルミナに
担持されたニッケルもしくはコバルトの酸化物およびモ
リブデンの酸化物を含み、触媒のモリブデン分が6.0
未満の値を有し、ニッケルもしくはコバルトの15〜3
0%が酸抽出可能な形態にあり、150〜210m2/gの
表面積、0.50〜0.75mlの全細孔容積(TP
V)、およびTPVのうち、25%未満が100Å未満
の直径を有する細孔にあり、70.0〜85.0%が1
00〜160Åの直径を有する細孔にあり、1.0〜1
5.0%が250Åを越える直径を有する細孔にあるよ
うな孔径分布を示す触媒組成物を開示している。
(Dai らの)は、硫黄および金属を含有する原料の水素
化処理法であって、触媒が等温条件に維持され、均一な
品質の原料にさらされるようなあり方で、該原料を水素
および該触媒に接触させる方法を開示している。この場
合、該触媒は、多孔質アルミナに担持された第VIII族金
属の酸化物、第VIB族金属の酸化物および0〜2.0重
量%のリンの酸化物を含み、150〜210m2/gの表面
積および0.50〜0.75ml/gの全細孔容積(TP
V)を有し、TPVのうち、70〜85%が100〜1
60Åの直径を有する細孔にあり、5.5〜22.0%
が250Åを越える直径を有する細孔にあるようなもの
である。
に、非常に小さなミクロ細孔直径(例えば100Å未
満)および広めの孔径分布を示す単一形態(monomodal)
の触媒であった。第一世代の石油残渣油水素化処理触媒
は、大きな分子の拡散抵抗を克服するために、留出物水
素化処理触媒の細孔構造に、多量のマクロ細孔を導入す
ることによって開発された。完全に複形態(bimodal)の
HDS/HDM触媒と考えられるそのような触媒は、米
国特許第4,395,328号および同第4,089,
774号の触媒によって例示されている。
開発するもう一つの方法は、上記の拡散の限界を克服す
るために、本質的に単一形態の触媒(顕著なマクロ多孔
度を有しない)のミクロ細孔の直径を拡大することを伴
った。石油残渣油HDSの改良のために設計された、小
さなミクロ細孔直径および低いマクロ多孔度を示す本質
的に単一形態の触媒には、米国特許第4,738,94
4号、同第4,652,545号、同第4,341,6
25号、同第4,309,378号、同第4,306,
965号、同第4,297,242号、同第4,06
6,574号、同第4,051,021号、同第4,0
48,060号(第一段階の触媒)、同第3,770,
617号および同第3,692,698号の各明細書に
開示された触媒がある。石油残渣油HDMの改良のため
に設計された、大きめのミクロ細孔直径および低いマク
ロ多孔度を示す本質的に単一形態の触媒には、米国特許
第4,328,127号、同第4,309,278号、
同第4,082,695号、同第4,048,060号
(第二段階の触媒)および同第3,876,523号の
各明細書に開示された触媒がある。
開発する最近の方法は、上記の単一形態のHDS触媒と
HDM触媒との中間のミクロ細孔直径、ならびに540
℃を越える沸点を有する水素化処理された石油残渣油の
石油釜残HDS(すなわち、炭化水素生成物からの硫黄
除去)の場合の拡散限界を克服するに十分なマクロ多孔
度を有するが、触媒粒子内部の被毒を制限するためにマ
クロ多孔度が制限されている触媒の使用を含む。上記の
単一形態のHDS触媒とHDM触媒との中間のマクロ細
孔直径を有し、マクロ多孔度が制限されている触媒に
は、米国特許第4,941,964号および同第5,0
47,142号の各明細書の触媒がある。
も、540℃を越える沸点を有する原料成分を、540
℃未満の沸点を有する生成物にする、所望のレベルの水
素化転換を達成し、同時により低い硫黄含有量を示す5
40℃+の生成物を生じさせるのに効果的であること
は、見出されていない。
水素供給原料を水素化処理する方法を提供することであ
る。他の目的は、当業者には明白になるであろう。
様によると、540℃を越える温度で沸騰する成分、硫
黄、金属およびアスファルテンを含む炭化水素供給原料
を水素化処理する方法であって、第VIII族金属の酸化物
3〜6重量%、第VIB族金属の酸化物14.5〜24重
量%およびリン酸化物0〜6重量%を担持した多孔質ア
ルミナ担体からなり、165〜230m2/gの全表面積、
0.5〜0.8ml/gの全細孔容積TPV、および全細孔
容積の約5%未満が、約80Å未満の直径を有する一次
ミクロ細孔として存在し、細孔モード約100〜135
ű20Åの直径を有する二次ミクロ細孔が、250Å
未満の直径を有する細孔を有するミクロ細孔容積の少な
くとも約65%の量で存在し、全細孔容積の約22〜2
9%が直径250Å以上のマクロ細孔として存在するよ
うな細孔直径分布を示す触媒の存在下に、該炭化水素供
給原料を水素と等温水素化処理条件で接触させて、それ
により、540℃を越える温度で沸騰する成分、硫黄、
金属およびアスファルテンの含有量が減少している水素
化処理された生成物を形成することを含む方法に関す
る。
きる炭化水素供給原料には、重質で高沸点の石油留分、
代表的には軽油、真空軽油、石油コークス、残渣油、真
空残渣油などがある。本発明の方法は、540℃を越え
る温度で沸騰する成分を含む高沸点油を処理して、それ
らを540℃未満の温度で沸騰する生成物に転換するこ
とに特に有用である。供給原料は、540℃を越える温
度で沸騰する成分、金属、硫黄およびアスファルテンが
望ましくないほど高い含有量で存在することを特徴とす
る、340℃を越える沸点を有する石油留分であること
ができる。
化水素供給原料、特に約540℃を越える温度で沸騰す
る成分を含むものを処理して、540℃未満で沸騰する
成分の含有量の増大、ならびに望ましくない成分、代表
的には金属、硫黄およびアスファルテンの含有量の減少
(本明細書においては、原料または生成物中のn−ヘプ
タン不溶分の量からトルエン不溶分の量を引いたものと
して定義する)を特徴とする生成物を形成することがで
きることである。
は、表1に示す性質を有するアラビア中質/重質の真空
残渣油である。
供給原料を、触媒の存在下に、水素と等温水素化処理条
件で接触させる。水素は、340〜1,690Nm3/m
3(2,000〜10,000SCFB)、好ましくは50
0〜1,350Nm3/m3(3,000〜8,000SCF
B)、例えば1,180Nm3/m3(7,000SCFB)の速
度で供給する。操作温度は、通常は340〜450℃、
好ましくは370〜430℃、例えば410℃である。
操作は本質的には等温であり、温度は、通常、触媒床を
通じて約11℃未満だけ変化してもよい。操作圧力は、
313〜727MPa (1,500〜3,500psig)、
好ましくは375〜520MPa (1,800〜2,50
0psig)、例えば468MPa (2,250psig)である
ことができる。
アルミナは、α−、β−、θ−またはγ−のいずれであ
ってもよいが、γ−アルミナを使用することが好まし
い。
表面積、全細孔容積および細孔直径分布を特徴とする完
成した触媒をもたらす。全表面積は、165〜230m2
/g、好ましくは195〜215m2/g、例えば209m2/g
である。全細孔容積は、0.5〜0.8ml/g、好ましく
は0.73〜0.8ml/g、例えば0.77ml/gである。
満、好ましくは0〜3%、例えば1.9%が、約80Å
未満の直径を有する一次ミクロ細孔として存在するよう
なものである。
105〜125Å、例えば約105ű20Åである細
孔直径を有する二次ミクロ細孔が、250Å未満の直径
を有する細孔を有するミクロ細孔容量の65%以上、好
ましくは65〜70%、例えば68%の量で存在する。
孔は、全細孔容積の約22〜29%、好ましくは25〜
29%、例えば26%の量で存在する。
径100〜135Åの二次ミクロ細孔の割合は、その触
媒を調製するための仕込みアルミナにおけるその割合と
本質的に同じである。完成した触媒の全表面積、全細孔
容積および細孔容量は、その触媒を調製するための仕込
みアルミナの90〜100%、例えば97%であること
ができる。
II族金属の酸化物3〜6重量%、好ましくは3〜3.5
重量%、例えば3.2重量%、第VIB族金属の酸化物1
4.5〜24重量%、好ましくは14.5〜16.5重
量%、例えば5.2重量%およびリン酸化物(P2 O
5 )0〜6重量%、好ましくは0〜0.2重量%、例え
ば0.2重量%以下を含む生成物触媒を得ることができ
る。
バルトまたはニッケルであることもできるし、貴金属、
例えばルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウ
ム、イリジウムまたは白金であることもできる。このよ
うな金属は、通常、水溶性塩(例えば、硝酸塩、酢酸
塩、シュウ酸塩など)の10〜50%、例えば30%の
水溶液として、アルミナに付加することができる。好ま
しい金属はニッケルであり、硝酸ニッケルの30重量%
水溶液として使用することができる。
はタングステンであることが好ましい。このような金属
は、通常、水溶性塩、例えばモリブデン酸アンモニウム
の10〜25%、例えば15%の水溶液として、アルミ
ナに付加することができる。
O4 の20〜90%、例えば85重量%の水溶液として
使用することができる。
ば、リン)をアルミナ担体に付加するためには、アルミ
ナ担体を触媒金属の溶液に浸漬することができる。金属
とリンとを同時に担持することが好ましいが、それぞれ
を別々に担持することも可能である。リンが含まれない
場合、少量のH2 O2 を添加して、含浸溶液を安定化し
てもよい。各金属の担持は、アルミナ担体を水溶液に1
2〜36時間、例えば24時間、15〜37℃、例えば
26℃で浸漬したのち、水抜きし、104〜148℃、
例えば121℃で;2〜10時間、例えば4時間乾燥さ
せ、482〜648℃、例えば590℃で0.5〜5時
間、例えば0.5時間焼成することにより、実施するこ
とができる。
り、所望の形状に形成することが好ましい。好ましく
は、触媒を押出しして、直径0.9〜1mm、例えば0.
95mm、長さ2.5〜12.7mm、例えば3.8mmの円
筒形に形成してもよい。
95mm、長さ3.8mmの押出した円筒形物の形態にある
ことが好ましい触媒を反応器に入れることができる。粒
径の分布は、0.5mmを越えるものを最大0.5重量
%、5.0mmを越えるものを最大5重量%、1.6mmを
越えるものを最大10重量%、2.5mmを越えるものを
最大40重量%、15mmを越えるものを最大10重量%
とすることができる。炭化水素供給原料は、液相中、3
43〜426℃、好ましくは371〜426℃、例えば
410℃および313〜727MPa 、好ましくは417
〜624MPa 、例えば468MPa で、触媒床の下部に導
入する。炭化水素供給原料とともに、水素ガスを、50
4〜1,680Nm3/m3、好ましくは840〜1,350
Nm3/m3、例えば1,180Nm3/m3の量で導入する。炭化
水素供給原料は、0.1〜3、好ましくは0.3〜1、
例えば0.56のLHSVで触媒床を通過する。操作
中、触媒床が拡張して、画定された上部レベルを有する
沸騰床を形成する。操作は本質的には等温であり、入口
と出口との通常の最大温度差は0〜28℃、好ましくは
0〜17℃、例えば8℃である。
は、反応を、本質的に等温の条件を与える1個以上の連
続攪拌槽型反応器(CSTR)において実施してもよ
い。
間に、炭化水素原料は、水素化処理反応により、沸点が
より低い生成物に転換されることができる。代表的な実
施態様においては、540℃を越える温度で沸騰する成
分60〜95重量%、例えば89重量%、および315
〜540℃の範囲で沸騰する成分0〜30重量%、例え
ば12重量%を含む供給原料を水素化処理して、540
℃を越える温度で沸騰する成分を35〜65重量%、例
えば58重量%しか含まない生成物に転換することがで
きる。元の供給原料の硫黄は通常5.0重量%であり、
未転換の540℃+成分の硫黄含有量は通常は3.1重
量%である。
することが、当業者に明らかになるであろう。すなわ
ち、 (i) 540℃未満で沸騰する炭化水素生成物を得ること
ができ; (ii)脱硫度の高い炭化水素生成物を得るように操作する
ことができ; (iii) 金属含有量の低下を特徴とする炭化水素生成物を
得るように操作することができ; (iv)生成物のうち340〜540℃で沸騰する部分が、
窒素および硫黄の含有量の望ましい低下をも特徴とし; (v) 生成物のうち540℃+の成分が、硫黄含有量の大
幅な低下を特徴とし; (vi)生成物のうち540℃+の成分が、アスファルテン
含有量の大幅な低下を特徴とし; (vii) 液状生成物全体が低いアスファルテン含有量を特
徴とする。
の分別器具における沈殿物の付着によって生じる予定外
の運転停止を避けることが期待される。
者に明らかになるであろう。なお、別段指定のないかぎ
り、部はすべて重量部である。アスタリスク(*)は比
較例を示す。
この例においては、供給炭化水素は、上記の表に示す性
質を有するアラビア中質/重質真空残渣油であった。こ
の供給炭化水素は、とりわけ、540℃を越える沸点を
有する成分87.5容量%、硫黄5重量%および金属総
含有量245重量ppm を特徴とするものであった。
−アルミナから調製した。表2には、アルミナ1g あた
りの全表面積TSA(m2)、1g あたりの全細孔容積T
PV(cm3 )およびそこに記した直径(Å)の細孔から
得られるTPVの%としての細孔容積PVを記す。
ナ(780g )を、27℃で、硝酸ニッケル六水和物1
22g 、モリブデン酸アンモニウム185g および過酸
化水素40mlを含む水溶液820mlに含浸した。この触
媒を121℃(250°F)で4時間乾燥させ、590
℃(1,095°F)で30分間焼成した。
った。
質的に同じ全細孔容積、全表面積および孔径分布率を特
徴としていた(表2を参照)。しかし、全表面積および
全細孔容積は、いくぶん減少することもある。
8mmの円筒形の形態であった。この触媒を26℃で24
時間乾燥させたのち、543℃で1時間焼成した。この
触媒を反応容器に入れ、反応容器に中に沸騰床を維持し
た。
68MPa で、0.56の空間速度で沸騰床に導入した。
水素を1,180Nm3/m3の量で導入した。
得た。
沸騰する第一の留分、 (ii) 340〜540℃で沸騰す
る第二の留分、および(iii) 540℃を越える温度で沸
騰する第三の留分を回収した。それらの性質と分析結果
について、表5に記す。
で沸騰する物質の転換率を40.2重量%にまで増大し
うることが明らかである。540℃+留分の硫黄含有量
は、原料中の5.0重量%から3.1重量%に低下し
た。金属含有量は、245重量ppm から85重量ppm に
減少した。
ルテン分解有利指数(Asphaltene Cracking Advantage)
を示す(比較例7の従来技術による市販の対照触媒と対
比して測定)。本発明の触媒を使用することによって得
られる生成物の540℃+成分のアスファルテン含有量
は、従来技術による市販の対照触媒の場合の11.95
重量%に対比して、10.36重量%であった。
金属有利指数(HydrodemetallationAdvantage)を示す
(比較例7の従来技術による市販の対照触媒に対比して
測定)。水素化脱金属(HDV)有利指数は、特定の例
について測定した重量%HDV(X)から基準について
測定した重量%HDV(Y)を引き、その差を基準の重
量%HDVによって割ったものとして計算した。
れる生成物の540℃+成分のアスファルテン含有量
は、10.36重量%であった。代表的な従来技術によ
る対照触媒は、11.95重量%のアスファルテン含有
量を示した。
金属を含み、TPV、TSAおよび孔径分布が異なる
(すべて、表6に示す)ことを除き、例1の場合と同様
に調製した。また、比較例4〜7をも含めた。比較例5
では、市販のNiMo触媒(Criterion Catalyst社が販
売するHDS−1443 Bブランド)を使用した。こ
れらの実施例および比較例に用いた触媒の化学組成と担
体の性質を表6に、得られたHDVおよびHDNiの、
比較例7を基準にした相対比を表7に示す。
におけるよりも、バナジウムおよびニッケルの高水準の
除去を示すことが明らかである。
0.035〜1.05m3/kg の範囲にわたって測定した
結果を表8に示す。
した脱金属有利指数は表9のとおりである。
ーターを表10に示す。
とができる。すなわち、 (i) 本発明の例1および2の触媒は、水素化脱硫および
アスファルテン転換に使用されると、望ましい結果を達
成する。 (ii)本発明の方法は、供給原料の脱ニッケル処理(HD
Ni)を高いレベルで達成する。 (iii) 本発明の方法は、高水準のアスファルテン分解転
換を達成する。 (iv)本発明の方法は、供給原料の水素化脱金属(HD
M)を高いレベルで達成する。 (v) 本発明の方法は、高水準の残留炭素減少(CCR)
を達成する。 (vi)本発明の方法は、約540℃を越える沸点を有する
原料成分を、540℃未満の沸点を有する生成物成分に
転換することができる。
Claims (2)
- 【請求項1】 540℃を越える温度で沸騰する成分を
硫黄、金属およびアスファルテンとともに含む炭化水素
供給原料を接触的に水素化転換する方法であって、 (a)第VIII族金属の酸化物3〜6重量%、第VIB族金
属の酸化物14.5〜24重量%およびリン酸化物0〜
6重量%を担持した多孔質アルミナ担体からなり、16
5〜230m2/gの全表面積、0.5〜0.8ml/gの全細
孔容積を有する触媒の存在下に、該炭化水素供給原料を
水素と等温水素化処理条件で接触させ、 (b)それにより、540℃を越える温度で沸騰する成
分、硫黄、金属およびアスファルテンの含有量が減少し
た、水素化処理された生成物を形成し、 (c)次いで、該水素化処理された生成物を回収する方
法であり、 該接触工程で使用する該触媒が、100〜135Åの範
囲に細孔モードが存在し、全細孔容積の5%未満が、8
0Å未満の直径を有する一次ミクロ細孔として存在し、
250Å未満の直径を有する細孔を有するミクロ細孔容
積の少なくとも65%が、該細孔モード±20Åの直径
を有する二次ミクロ細孔として存在し、そして全細孔容
積の22〜29%が、直径250Å以上のマクロ細孔と
して存在するような、細孔直径分布を示す触媒であるこ
とを特徴とする方法。 - 【請求項2】 第VIII族金属の酸化物3〜6重量%、第
VIB族金属の酸化物14.5〜24重量%およびリン酸
化物0〜6重量%を担持した多孔質アルミナ担体からな
り、165〜230m2/gの全表面積、0.5〜0.8ml
/gの全細孔容積を有する触媒であり、100〜135Å
の範囲に細孔モードが存在し、全細孔容積の5%未満
が、80Å未満の直径を有する一次ミクロ細孔として存
在し、250Å未満の直径を有する細孔を有するミクロ
細孔容積の少なくとも65%が、該細孔モード±20Å
の直径を有する二次ミクロ細孔として存在し、そして全
細孔容積の22〜29%が、直径250Å以上のマクロ
細孔として存在するような、細孔直径分布を示す触媒。
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