JP4949957B2 - モリブデンとコバルトまたはニッケルとをその構造中に結集させる少なくとも1種のアンダーソン型ヘテロポリアニオンの少なくとも1種のコバルトおよび/またはニッケルの塩を調製する方法 - Google Patents

モリブデンとコバルトまたはニッケルとをその構造中に結集させる少なくとも1種のアンダーソン型ヘテロポリアニオンの少なくとも1種のコバルトおよび/またはニッケルの塩を調製する方法 Download PDF

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Description

本発明は、少なくとも1つのモリブデンと、ニッケルおよびコバルトから選択される少なくとも1種の第VIII族金属とを含有し、少なくとも1種のアンダーソン型ヘテロポリアニオンの少なくとも1種のコバルトおよび/またはニッケルの塩から調製される触媒の分野に関する。より詳細には、本発明は、少なくともモリブデンとコバルト、または少なくともモリブデンとニッケルをその構造中に結集させている少なくとも1種のヘテロポリアニオンの少なくとも1種のコバルトおよび/またはニッケルの塩によって形成される溶液の調製に関する。本発明はまた、触媒、特には炭化水素仕込み原料、例えば、オイル留分、石炭からの留分、または天然ガスから生じさせられた炭化水素、より特定的には、ヘテロ原子を含有する炭化水素仕込み原料からの留分を水素化精製および/または水素化転化するための水素化処理触媒を調製するための前記溶液の使用に関する。用語「水素化精製」は、水素化、水素化脱窒素、水素化脱酸素、水素化脱芳香族、水素化脱硫、水素化脱金属、水素化異性化、水素化脱アルキル化および脱水素化を含む。
硫黄含有オイル留分等の炭化水素仕込み原料を水素化精製することは、オイル製品中に存在する硫黄の量を低減させることおよび重質フラクションを燃料としての品質を向上させ得るより軽質のフラクションに転化することの必要性が大きくなるにつれて精製の重要性を急速に増している。このことは、部分的には、増え続ける重質フラクション(水素が激減し、窒素および硫黄を含むヘテロ原子を豊富に含む)を有する粗生成物を品質向上させることの経済的な興味に起因し、また、市販燃料に対して種々の国において課される規格にも起因する。
現行の接触水素化精製法には、用いられるおよび前記留分を用いる主反応、特に、芳香族の水素化(hydrogenation of aromatics:HAR)、水素化脱硫(hydrodesulphurization:HDS)、水素化脱窒(hydrodenitrogenation:HDN)および他の水素化脱離を促進することが可能な触媒が用いられる。水素化精製は、ガソリン、軽油、真空軽油(vacuum gas oil)、常圧または真空残渣(脱アスファルト化されてもされていなくてもよい)等のプロセス仕込み原料に用いられる。それは、クラッキングおよび接触水素化クラッキング法のための仕込み原料の予備処理においても必要とされる。少なくとも1回の水素化精製工程は、通常、オイル留分の品質を向上させるために既知方法のそれぞれと統合される。
上記に要約される本発明の背景は、当業者に周知である。
当業者にとっての問題は、満足な工業的実施を保証しながら、接触水素化精製方法において、特に、水素化脱硫方法において高い触媒性能を特に活性に関して得ることである。
現在受け入れられていることは、第VI族からの少なくとも1種の元素(一般的にはモリブデンおよび/またはタングステン)と、第VIII族からの少なくとも1種の元素(一般的にはコバルトおよび/またはニッケル)とを同一分子中に結集させているヘテロポリアニオンを含有する酸化物前駆体は、硫化後に、このようなヘテロポリアニオンを含有しない標準的な前駆体から調製された触媒活性よりも触媒活性が実質的に優れている触媒をもたらすことである。そのようなより良好な活性の起源は、硫化活性化工程後の第VIII族元素(一般的にはコバルトおよび/またはニッケル)による、第VI族元素(一般的にはモリブデンおよび/またはタングステン)のより良好な促進作用に関連付けられる。多孔質マトリクス上に担持される場合、ヘテロポリアニオンをベースとする前記酸化物前駆体はまた、活性相の分散を大幅に増加させることができ、このことも触媒活性に有利に働く。
第VI族からの元素と第VIII族からの元素との間の同一分子構造中のこの会合の触媒活性についての結果は、特許文献1〜3に報告され、および出版国際的科学文献、特に非特許文献1〜3に出版された。
ヘテロポリアニオンは、モリブデンとコバルトまたはモリブデンとニッケルを同一構造中に結集させているアンダーソン構造を有するものを含み、このものは、コバルトまたはニッケル塩の形態の場合、そのプロモーター(Coおよび/またはNi)/Mo原子比は0.4〜0.6、すなわち、水素化処理触媒の性能を最大にするための当業者に知られた最適比に近いかまたは等しい。例えば、モノマーの6−モリブドコバルト酸(6-molybdocobaltate)イオン(式CoII 3/2[CoIIIMo24]またはNiII 3/2[CoIIIMo24]を有する)のCoIIまたはNiII塩およびダイマーのデカモリブドコバルト酸(decamolybdocobaltate)イオン(式CoII [CoIII Mo1038]またはNiII [CoIII Mo1038]を有する)のCoIIまたはNiII塩は、それぞれ0.41および0.5のプロモーター(Coおよび/またはNi)/Mo原子比によって特徴付けられる。さらなる例のために、6−モリブドニッケル酸(6-molybdonickellate)イオン(式NiII [NiIIIMo24]を有する)のCoIIまたはNiII塩およびダイマーのデカモリブドニッケル酸(decamolybdonickellate)イオン(式NiII [NiII Mo1038]を有する)のCoIIまたはNiII塩は、それぞれ0.5および0.6のプロモーター(Coおよび/またはNi)/Mo原子比によって特徴付けられる。
モリブデンとコバルトまたはモリブデンとニッケルを同一構造中に結集させているアンダーソン構造を有するヘテロポリアニオンのNiIIまたはCoII塩は、ラマン分光法、UV−可視分光法、X線吸収分光法および核磁気共鳴法によって特徴付けられ得る。特許文献3によると、水素化精製および水素化転化法、特に、芳香族炭化水素の水素化、水素化脱硫および水素化脱窒素法において用いられる水素化処理触媒の多孔質マトリクス上に担持される場合、これらの塩は、アンダーソン構造を有するヘテロポリアニオン塩を含まない触媒配合(formulation)の触媒活性より高い触媒活性を有する。
アンダーソン構造のヘテロポリアニオンは当業者に知られている。イソポリアニオン(M t−で表記される)は、オキソアニオンMO n−(Mは金属原子である)を凝縮(condensation)することによって得られる。縮合は媒体の酸性化によって起こり、次いで、水分子が除かれ、金属原子間にオキソブリッジ(oxo bridge)が形成される。モリブデン化合物は、このタイプの反応のために周知であり、pHに応じて、溶液中のモリブデン化合物は、MoO 2−の形態またはアンダーソンのイソポリアニオンMo24 6−の形態であり得る。アンダーソンのイソポリアニオンMo24 6−は、
7MoO 2− + 8H → Mo24 6− + 4H
の反応により得られる。オキソアニオンXO P−(式中、Xは、Mとは異なる原子である)の存在下、金属原子は、このオキソアニオンの周囲で会合し、その後の多縮合により、ヘテロポリアニオンと呼ばれX z−で表記される混合種が生じる。こうしたポリオキソメタラート(polyoxometallate:POM)を形成するための反応は、pH、溶液中の種の濃度、溶媒の性質、金属原子の数の比M/X等の種々の実験的要素によって支配される。M/X=6,XM24 n−である場合の特定の構造が、アンダーソンによって提案された(非特許文献4);それは、同一面内に配置され、へりの部分で一緒に接続された7個の八面体:ヘテロ原子を含有する中心の八面体の周囲を取り巻く6個の八面体を含む。ヘテロポリアニオンCoIIIMo24 3−およびNiIIMo24 4−は、アンダーソンヘテロポリアニオンの良い例である。
特許文献3によると、ヘテロポリアニオン塩を調製するには、構成工程が必要であるが、この構成工程は、長期であり、工業スケールで実施するのが困難である場合がある。特許文献3に記載された調製法は、間接法として適切である。それは、ヘテロポリアニオンのアンモニウム塩を調製する工程、強制的に沈殿させる工程、ろ過および結晶化工程、および、その後の、化合物(そのアニオンが、アンモニウムカチオンに高度に不溶性であり沈殿を生じ、コバルトおよび/またはニッケルカチオンおよびヘテロポリアニオンを含有する溶液から分離される化合物を形成する)を反応媒体に加えることによりヘテロポリアニオンのアンモニウムイオンをコバルトまたはニッケルカチオンと溶液交換する工程からなるからである。その後、ヘテロポリアニオンの結晶性CoまたはNi塩は結晶化によって得られる。これらの塩は、その後に水に再溶解させられ、当業者に周知である乾式含浸技術によって担持型水素化処理触媒の酸化物相を調製するための含浸溶液を構成し得る。この間接調製は、ダイマーのデカモリブドコバルト酸イオン(式CoII [CoIII Mo1038]を有する)のCoII塩の調製のための国際的な文献(総説の非特許文献5)において出版された。間接調製法を用いてアンダーソンヘテロポリアニオンのダイマー体を製造するには、活性炭またはラネーニッケル等の二量化剤を使用することをさらに必要とすることが留意されるべきである。さらに、交換反応のために用いられる化合物は、一般的に、リンモリブデン酸のコバルトまたはニッケル塩であり、その調製にも、長期であり、かつ、工業的スケールで実施することが困難である所定数の構成工程(中和、交換反応、ろ過および結晶化)が必要とされる。さらに、当該方法は、ヘテロポリアニオンのアンモニウム塩を溶液に投入することを必要とする。しかしながら、総説の非特許文献6に報告されているように、その溶解性は、等価なコバルト塩より低い(アンモニウム塩の溶液の容積(リットル)当たりMo0.17molに対して、コバルト塩の場合、溶液の容積(リットル)当たりMo1.08mol)。それ故に、これは、活性相の含有量が大きい触媒が想定される場合(MoO>16重量%)、溶液は、再濃縮されなければならないか、または、2段階含浸が行われなければならないことを意味し、これは、このような方法を、工業的スケールで実施することをより困難にする。
米国特許第2547380号明細書 仏国特許発明第2759778号明細書 欧州特許第1393802号明細書 ジャーナル・オフ・キャタリシス(Journal of Catalysis)、1999年、第188巻、第1号、p.102−110 アプライド・キャタリシス・エイ(Applied Catalysis A、全般2001年、第220巻、p.113−121 ケミストリー・マテリアルズ(Chemistry Materials)、2005年、第17巻、p.4438−4448 ネイチャー(Nature)、1937年、第140巻、p.850 ケミストリー・マテリアルズ(Chemistry Materials)、2005年、第17巻、p.4438−4448 インオーガニック・ケミストリー(Inorganic Chemistry)、2004年、第43巻、p.4636
本発明は、工業的スケールで実施することができる、少なくともモリブデンとコバルト、または少なくともモリブデンとニッケルをその構造中に結集させている少なくとも1種のヘテロポリアニオンの少なくとも1種のコバルトおよび/またはニッケルの塩によって形成される溶液の調製方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明は、モリブデンとコバルトまたはモリブデンとニッケルを構造中に結集させている少なくとも1種のヘテロポリアニオンの少なくとも1種のコバルトおよび/またはニッケル塩によって形成された溶液を調製する方法であって、a)少なくとも1種のモリブデン源と少なくとも1種の酸化性化合物とを水溶液中で混合して、酸性pHにおいてペルオキソモリブデン酸イオンを合成する工程であって、(酸化性化合物/モリブデン源)のモル比は0.1〜20である、工程と、b)少なくとも1種のコバルト前駆体および/または少なくとも1種のニッケル前駆体を、工程a)からの溶液に導入して、(Co+Ni)/Moモル比が0.25〜0.85である少なくとも前記塩を含む溶液が形成される工程とを包含する方法である。
前記ペルオキソモリブデン酸イオンは、工程a)の終了時に、2.5未満のpHを有する澄明水溶液中に存在することが好ましい。
前記工程a)において用いられるモリブデン源は、酸化モリブデンMoOであることが好ましい。
前記酸化性化合物は過酸化水素であることが好ましい。
前記工程a)を行う際の(酸化性化合物/モリブデン源)のモル比は2〜7であることが好ましい。
前記工程b)の終了時に形成された溶液は、3より大きいpHを有することが好ましい。
前記工程b)において用いられるコバルト前駆体および/またはニッケル前駆体は、硝酸塩、硫酸塩、リン酸塩、ハロゲン化物、カルボン酸塩(酢酸塩等)、炭酸塩、水酸化物および酸化物によって構成された群から選択されることが好ましい。
前記工程b)において用いられるコバルト前駆体は炭酸コバルトであることが好ましい。
ニッケル前駆体は、ヒドロキシ炭酸ニッケルであることが好ましい。
少なくとも1種のコバルト前駆体が、ニッケル前駆体の不存在下に工程a)からの前記溶液に導入されることが好ましい。
少なくとも1種のニッケル前駆体が、コバルト前駆体の不存在下に工程a)からの前記溶液に導入されることが好ましい。
少なくとも1種のコバルト前駆体および少なくとも1種のニッケル前駆体が、工程a)からの前記溶液に導入されることが好ましい。
工程b)の終了時に得られる前記溶液は、3.5以上のpHを有することが好ましい。
また、本発明は、上記のいずれか1つに記載された方法にしたがって調製された、モリブデンとコバルトまたはモリブデンとニッケルを構造中に結集させている少なくとも1種のヘテロポリアニオンの少なくとも1種のコバルトおよび/またはニッケルの塩から形成された溶液の、水素化処理触媒の調製のための使用方法に関する。
本発明は、モリブデンとコバルトまたはモリブデンとニッケルを構造中に結集させている少なくとも1種のヘテロポリアニオンの少なくとも1種のコバルトおよび/またはニッケル塩によって形成された溶液を調製する方法であって、a)少なくとも1種のモリブデン源と少なくとも1種の酸化化合物とを水溶液中で混合して、酸性pHにペルオキソモリブデン酸イオンを合成する工程であって、(酸化化合物/モリブデン源)のモル比が0.1〜20である、工程と、b)少なくとも1種のコバルト前駆体および/または少なくとも1種のニッケル前駆体を、工程a)からの溶液に導入して、少なくとも前記塩を含み、(Co+Ni)/Moモル比が0.25〜0.85である溶液が形成される工程とを包含する、方法である。
本発明は、少なくともモリブデンとコバルトまたは少なくともモリブデンとニッケルをその構造中に結集させている少なくとも1種のアンダーソンヘテロポリアニオンの少なくとも1種のコバルトおよび/またはニッケル塩を調製するための新規な方法を提案する。前記の新規方法は、少なくとも前記アンダーソン型ヘテロポリアニオンの少なくとも前記塩の調製のために、従来技術において知られる方法よりも、単純化されかつはるかに少ない工程を必要とする。さらに、それは、少なくともモリブデンとコバルトまたは少なくともモリブデンとニッケルをその構造中に結集させている少なくとも1種のアンダーソン型ヘテロポリアニオンの少なくとも1種のコバルトおよび/またはニッケル塩であって、上記のように間接的に調製された塩と比較して前記塩のより良好な溶解性のためにMoO含有量が大幅に増加させられ得るものをもたらすという利点を有する。これは、大幅に増加させられた量の、MoOによって構成された活性相を有する触媒前駆体が調製され得ることを意味し;溶液中に存在する前記塩(単数種または複数種)は、それらの結晶化の後、担持型触媒、特に、担持型水素化処理触媒の酸化物相の調製のため、または、バルク触媒、特に、バルク水素化処理触媒の調製ために用いられる。
担持されたおよびバルク状の状態で、本発明にしたがって調製されたアンダーソン型ヘテロポリアニオンのCoおよび/またはNi塩(単数種または複数種)は、150℃未満の温度での乾燥の後、それらのラマンおよびUV−可視の分光学的特徴(拡散反射率)を維持し、同じ条件(担持またはバルク)、例えば、同じ活性相または同じ容積含有量に対して、間接的経路によって合成されたヘテロポリアニオンの塩から調製された触媒により得られたものと比較して同等以上の性能を有する水素化処理触媒を生じさせる。
本発明は、モリブデンとコバルトまたはモリブデンとニッケルをその構造中に結集させている少なくとも1種のヘテロポリアニオンの少なくとも1種のコバルトおよび/またはニッケルの塩によって形成される溶液を調製する方法であって、
a)少なくとも1種のモリブデン源と少なくとも1種の酸化性化合物とを水溶液中で混合して、酸性pHにおいてペルオキソモリブデン酸(peroxomolybdate)イオンを合成する工程であって、(酸化性化合物/モリブデン源)のモル比が0.1〜20である、工程と、
b)少なくとも1種のコバルト前駆体および/または少なくとも1種のニッケル前駆体を、工程a)からの溶液に導入して、(Co+Ni)/Moモル比が0.25〜0.85である少なくとも前記塩を含む溶液を形成する工程と
を包含する方法を提供する。
本発明の方法によると、工程a)は、ペルオキソモリブデン酸イオンの合成をもたらす。本発明の方法の工程a)の間に合成されたペルオキソモリブデン酸イオンは、モノマーのペルオキソモリブデン酸体MoO(O2−、ダイマーのペルオキソモリブデン酸体Mo(O 2−および中間的なモノ−、ジ−、トリ、テトラ−ペルオキソモリブデン酸種(式MoO(O 2−、MoO(O 2−およびMo(O 2−を有する)およびこれらの混合物によって構成される群に属する。好ましくは、合成条件は、工程a)の間に、ダイマーのペルオキソモリブデン酸イオンを調製するように適合させられる。ラマン分光法におけるダイマーのペルオキソモリブデン酸イオンの主要ピークは、540cm−1および970cm−1に位置する。モノマーのペルオキソモリブデン酸イオンは、ラマン分光法において、560および930cm−1に位置する主要ピークによって特徴付けられ、ジ−、トリ−およびテトラ−ペルオキソモリブデン酸種は、540〜560cm−1の範囲および930〜970cm−1の範囲の中間ピークによって特徴付けられ、伸長モードに相当する。
本発明の方法の前記工程a)は、少なくとも1種のモリブデン源と少なくとも1種の酸化性化合物を水溶液中で混合することによって行われる。混合は、酸化性化合物の作用によってモリブデン源が完全に溶解させられる澄明な水溶液が得られるまで行われる。この混合物は、室温で攪拌しながら生じさせられ得るか、または、30〜90℃、好ましくは50〜60℃で、数分〜数時間にわたって澄明な水溶液が得られるまで還流加熱され得る。工程a)の終了時に得られ、前記ペルオキソモリブデン酸イオンを含有する前記澄明な溶液は、酸性のpH、より正確には5未満、好ましくは2.5未満、非常に好ましくは1未満、一層より好ましくは0.5未満のpHを有する。
本発明の調製方法の前記工程a)を行うために用いられるモリブデン源は、酸化モリブデン、水酸化モリブデン、モリブデン酸およびそれらの塩、特に、アンモニウム塩、例えばモリブデン酸、二モリブデン酸、七モリブデン酸および八モリブデン酸のアンモニウム塩から選択される。好ましくは、モリブデン源は、酸化モリブデンMoOである。
本発明の調製方法の前記工程a)を行うために用いられる酸化性化合物は、過酸化水素HおよびアルキルヒドロペルオキシドR−OOH、特にtert−ブチルヒドロペルオキシド(tBu−OOH)から選択される。過酸化水素が酸化性化合物として有利に用いられる。
本発明の方法の工程a)において、前記酸化性化合物およびモリブデン源は、酸化性化合物とモリブデン源との間のモル比が0.1〜20、有利には0.5〜10、非常に有利には2〜7となるような比率で、水溶液中で混合される。
本発明の調製方法の工程b)によると、少なくとも1種のコバルトおよび/または少なくとも1種のニッケル前駆体が、前記工程a)から得られた酸性pHを有する澄明な水溶液に導入されて、少なくとも1種のコバルト塩および/またはニッケル塩と、モリブデンとコバルトまたはモリブデンとニッケルをその構造中に結集させている少なくとも1種のヘテロポリアニオンを含む溶液が形成される。本発明の方法の工程b)の終了時に得られる前記溶液は、3超、好ましくは3.5以上、非常に好ましくは3.5〜4.0のpHを有する。好ましくは、前記工程b)により、モリブデンとコバルトまたはモリブデンとニッケルをその構造中に結集させている少なくとも1種のヘテロポリアニオンの少なくとも1種のコバルトまたはニッケル塩を含む溶液が形成され、前記塩は、塩CoII 3/2[CoIIIMo24]、NiII 3/2[CoIIIMo24]、CoII [CoIII Mo1038]、NiII [CoIII Mo1038]、NiII [NiIIMo24]およびNiII [NiII Mo1038]によって構成される群に属している。
工程a)からのペルオキソモリブデン酸イオンを含有する溶液に導入されたコバルトおよび/またはニッケルの前駆体は、硝酸塩、硫酸塩、リン酸塩、ハロゲン化物、カルボン酸塩(例えば、酢酸塩)、炭酸塩、水酸化物および酸化物によって構成された群から選択される。好ましくは、水酸化物をベースとする前駆体およびヒドロキシ炭酸塩前駆体と並んで、炭酸塩をベースとする前駆体が用いられる。好ましいコバルト前駆体は炭酸コバルトであり、好ましいニッケル前駆体はヒドロキシ炭酸ニッケルである。
本発明によると、コバルトおよび/またはニッケルの前駆体は、有利には、工程a)からの溶液に導入されるが、室温より高い温度で溶解が行われる場合には、好ましくは、それを室温に冷却した後に導入される。前記前駆体は、注意しながら、かつ、制御された方法で、所定の前駆体、特に、炭酸塩をベースとするものを用いる時に起こる発熱および沸騰に適合するように導入される。好ましくは、コバルトおよび/またはニッケル前駆体は、強酸、特にHSO、HNOまたはHClあるいは有機酸、特に、クエン酸の存在下に導入されない。
本発明の方法の工程b)の第1の実施形態では、少なくとも1種のコバルト前駆体は、ニッケル前駆体の不存在下に、工程a)から得られる前記溶液に導入され、モリブデンとコバルトをその構造中に結集させている少なくとも1種のヘテロポリアニオンの少なくとも1種のコバルト塩が形成される。コバルト前駆体は、Co/Moモル比が0.40〜0.85、好ましくは0.40〜0.55であるような量で導入される。この第1の実施形態を用いて調製される特定の塩は、モノマーのアンダーソン型ヘテロポリアニオン(CoIIIMo243−に相当するCoII 3/2[CoIIIMo24]、ダイマーのアンダーソン型ヘテロポリアニオン(CoIII Mo10386−に相当するCoII [CoIII Mo1038]である。それらは、工程b)からの前記溶液中に単独でまたは混合物として存在してもよい。前記塩には、好ましくは、コバルト前駆体として炭酸コバルトCo(COが用いられる。
本発明の方法の工程b)の第2の実施形態では、少なくとも1種のニッケル前駆体が、コバルト前駆体の不存在下に、工程a)からの前記溶液に導入され、モリブデンとニッケルをその構造中に結集させている少なくとも1種のヘテロポリアニオンの少なくとも1種のニッケル塩が形成される。ニッケル前駆体は、Ni/Moモル比が0.40〜0.85、好ましくは0.45〜0.65であるような量で導入される。この第2の実施形態を用いて調製される特定の塩は、モノマーのアンダーソン型ヘテロポリアニオン(NiIIMo244−に相当する塩NiII [NiIIMo24]およびダイマーのアンダーソン型ヘテロポリアニオン(NiII Mo10388−に相当する塩NiII [NiII Mo1038]である。それらは、工程b)からの前記溶液中に単独でまたは混合物として存在してもよい。そのような塩には、好ましくは、ニッケル前駆体としてヒドロキシ炭酸ニッケルが用いられる。
本発明の方法の工程b)の第3の実施形態では、少なくとも1種のコバルト前駆体および少なくとも1種のニッケル前駆体が、工程a)からの前記澄明な溶液に導入される。好ましくは、前記工程b)は、少なくとも1種のニッケル前駆体を導入し、その後に、少なくとも1種のコバルト前駆体を工程a)からの前記溶液に導入することによって実施される。コバルトおよびニッケル前駆体は、(Co+Ni)/Moモル比が0.25〜0.85、好ましくは0.28〜0.55であるような比率で導入される。ニッケル前駆体は、Ni/Moモル比が0.20〜0.40、好ましくは0.25〜0.35であるような比率で導入される。コバルト前駆体は、Co/Moモル比が0.10〜0.30、好ましくは0.15〜0.25であるような比率で導入される。この第3の実施形態を用いて調製される特定の塩は、モノマーのアンダーソン型ヘテロポリアニオン(CoIIIMo243−に相当する塩NiII 3/2[CoIIIMo24]およびダイマーのアンダーソン型ヘテロポリアニオン(CoIII Mo10386−に相当する塩NiII [CoIII Mo1038]である。それらは、工程b)からの前記溶液中に単独でまたは混合物として存在してよい。好ましくは、前記塩の調製には、ヒドロキシ炭酸ニッケルがニッケル前駆体として、炭酸コバルトがコバルト前駆体として用いられる。
本発明によると、少なくとも1種のモノマーの(CoIIIMo24 3−、NiIIMo24 4−)およびダイマーの(CoIII Mo1038 6−、NiII Mo1038 8−)のアンダーソン型ヘテロポリアニオンの少なくとも1種のCoおよび/またはNi塩が溶液中に存在することは、ラマン分光法による、モノマーのアンダーソン型ヘテロポリアニオンについての903、920および952cm−1およびダイマーのアンダーソン型ヘテロポリアニオンについての917および957cm−1におけるMo−O2t結合の伸長モードの相対変位のくぼみ部(dint)によって特徴付けられ得る。同様にラマン分光法において、Mo−O−X結合(ここで、X=CoまたはNi)の振動モードに相当する変位は、モノマー種について560および575cm−1およびダイマー種について565および602cm−1に位置する。溶液において、モリブデンおよびコバルトをベースとするアンダーソン型ヘテロポリアニオンのCoおよび/またはNi塩の場合、アンダーソン型ヘテロポリアニオン構造中の酸化数+3のコバルトはまた、UV−可視分光法によって、塩中にカウンターイオンとして存在する酸化数+2のコバルトまたはニッケルから識別され得る。Co2+またはNi2+は、510〜515nmにおける吸収バンドによって特徴付けられる。これは、八面体環境におけるCo2+(d7)またはNi2+(d7s1)の2g1g遷移に相当する。これに対して、Co3+は、410および600nmにおける2つの吸収バンドによって特徴付けられる。これらは、八面体配位におけるCo3+(d6)の2つのd−d遷移、それぞれ、1g2gおよび1g1gに帰属される。
本発明の方法を用いて調製される、モリブデンとコバルトまたはモリブデンとニッケルをその構造中に結集させている少なくとも1種のアンダーソン型ヘテロポリアニオンのCoおよび/またはNi塩(単数種または複数種)は、EP−A−1 398 802(特許文献3)に記載される間接法を用いて調製されるヘテロポリアニオンの塩によって示される特徴と同一のラマンおよびUV−可視の特徴を有する。
本発明の方法によると、いずれの工程も、所望のヘテロポリアニオンのアンモニウム塩の形成をもたらさない。
少なくともモリブデンとコバルトおよび/または少なくともモリブデンおよびニッケルをその構造中に結集させている少なくとも1種のアンダーソン型ヘテロポリアニオンの少なくとも1種のコバルトおよび/またはニッケル塩によって形成された溶液を調製するための本発明の特に好ましい方法は、酸化モリブデンMoOおよび過酸化水素を水溶液中で混合する工程であって、MoO/Hモル比が2〜7であり、過酸化水素の作用による酸化モリブデンの完全溶解後に得られる澄明な溶液のpHが2.5未満、好ましくは0.5未満である工程と、その後の、室温で炭酸コバルトを前記澄明な溶液に、Co/Moモル比が0.25〜0.85、好ましくは0.28〜0.55であるような比率で導入する工程であって、炭酸コバルトを完全に溶解させた後の溶液のpHが3超、好ましくは3.5以上である、工程とからなる。調製された溶液のモリブデン濃度は、溶液の容積(リットル)当たりモリブデン2.6モルである。比較として、EP−A−1 393 802による間接調製は、ダイマー体CoIII Mo1038 6−について溶液の容積(リットル)当たりモリブデン1.8モルおよびCoIIIMo24 3−体について溶液の容積(リットル)当たりモリブデン1.06モルの濃度を有する溶液を生じさせることができるのみである。
本発明はまた、モリブデンとコバルトまたはモリブデンとニッケルをその構造中に結集させている少なくとも1種のアンダーソン型ヘテロポリアニオンの少なくとも1種のコバルトおよび/またはニッケル塩によって形成され本発明の方法を用いて調製された溶液の、触媒、特に、水素化処理触媒を調製するための使用に関連する。より詳細には、上記の本発明の方法を用いて得られた少なくとも1種の前記塩によって形成された溶液は、有利には、担持型触媒、特には担持型水素化処理触媒の酸化物相を調製するための含浸溶液として、または、結晶化後に、バルク触媒、特にはバルク水素化処理触媒を調製するために用いられ得る結晶塩の源として用いられる。
担持型触媒は、当業者に知られるあらゆる技術を用いる従来の方法において、少なくとも1種の前記塩によって形成された溶液を含浸溶液として用いて調製され得る。前記溶液は、当業者に周知の方法を用いて担体を形成する前、その最中、またはその後に導入される。前記担持型触媒を調製するための好ましい方法は、a)モリブデンとコバルトまたはモリブデンとニッケルをその構造中に結集させている少なくとも1種のヘテロポリアニオンの少なくとも1種のコバルトおよび/またはニッケル塩によって形成された溶液を成形された担体上に乾式含浸によって導入する工程と、b)10〜80℃の温度で、湿った固体を水で飽和した雰囲気中に放置する工程と、c)10〜150℃、好ましくは30〜135℃の温度で、工程b)で得られた固体を乾燥させる工程とからなる。工程c)で得られた乾燥触媒は、有利には、第2の熱処理を経る。第2の熱処理は、80〜800℃、好ましくは150〜600℃、より好ましくは200〜550℃の温度で、酸化雰囲気(例えば、空気または酸素)、中性雰囲気(例えば窒素またはアルゴン)または還元雰囲気(例えば水素)下に行われる。
上記の方法を用いて調製された担持型触媒中に存在する担体は、少なくとも1種の多孔質鉱物マトリクス(通常は無定形または低結晶性)によって形成される。前記マトリクスは、通常は、アルミナ、シリカ、シリカ−アルミナ、マグネシア、粘土、酸化チタン、酸化ホウ素、酸化ジルコニウム、酸化ランタン、酸化セリウム、リン酸アルミニウム、リン酸ホウ素またはここに挙げた酸化物の少なくとも2種の混合物(アルミナ−酸化ホウ素の組合せ、アルミナ−酸化チタンの混合物、アルミナ−ジルコニアの混合物および酸化チタン−ジルコニアの混合物が特に好ましい)によって形成される群から選択される。アルミン酸塩、例えば、マグネシウム、カルシウム、バリウム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅または亜鉛のアルミン酸塩、および混合アルミン酸塩、例えば、上記の金属の少なくとも2種を含有するものを用いることも可能である。チタン酸塩、例えば、亜鉛、ニッケルまたはコバルトのチタン酸塩を選択することも可能である。好ましくは、アルミナを含有するマトリクスが、当業者に知られる全ての形態(例えば、ガンマアルミナ)で用いられる。アルミナおよびシリカの混合物およびアルミナおよび酸化ホウ素の混合物を用いることも可能である。
ガンマアルミナをベースとするドープ担体であって、焼成中にアルミナが焼結することを阻害するような元素、例えば、リン、モリブデン、ホウ素等のあらゆる前駆体にベーマイトゲルが混合された時点でその性質が改変されたものを用いることも可能である。より詳細には、マトリクスとして選択されたベーマイトゲルは、リン酸または第VIb族からのあらゆる前駆体と共混合(co-mix)され、混合物は、その後、成形され、焼成され、ガンマアルミナをベースとするドープ担体が生じさせられ、これは、モリブデンとコバルトまたはモリブデンとニッケルをその構造中に結集させている少なくとも1種のアンダーソン型ヘテロポリアニオンの少なくとも1種のコバルトおよび/またはニッケル塩をベースとする担持型触媒を調製する場合に適している。
上記の化合物の少なくとも1種に加えて、担体を構成する前記マトリクスは、少なくとも1種の簡単な合成または天然のフィロケイ酸塩の2八面体2:1型またはフィロケイ酸塩の3八面体3:1型の粘土、例えば、カオリナイト、アンチゴライト、クリソタイル、モンモリロナイト、バイデライト、バーミキュライト、タルク、ヘクトライト、サポナイト、ラポナイト等も含んでもよい。これらの粘土は、場合によっては、脱アルミニウム化されてもよい。好ましくは、担体は、アルミナおよび粘土の混合物またはシリカ−アルミナおよび粘土から形成された混合物によって形成されたマトリクスである。
上記の化合物の少なくとも1種に加えて、前記マトリクスは、結晶性アルミノシリケートタイプのモレキュラーシーブスの族、合成および天然合成ゼオライト、例えば、Yゼオライト、フッ素化Yゼオライト、希土類を含有するYゼオライト、Xゼオライト、Lゼオライト、βゼオライト、小細孔モルデナイト、大細孔モルデナイト、Ωゼオライト、NU−10、ZSM−22、NU−86、NU−87、NU−88およびZSM−5ゼオライトによって形成される群から選択される少なくとも1種の化合物も含んでもよい。通常には、ケイ素/アルミニウム骨格の原子比(Si/Al)が約3:1超であるゼオライトが好まれる。有利には、フォージャサイト構造を有するゼオライトが用いられ、特には、安定化されたYゼオライトおよび超安定化されたYゼオライト(USY)であって、金属カチオン、例えば、アルカリ土類金属のカチオンおよび/または57〜71の原子番号(57、71を含む)を有する希土類金属のカチオンと少なくとも部分的に交換された形態または水素形態のいずれかの形態としたもの用いられる(Zeolite Molecular Sieve Structure,Chemistry and Uses,D W Breck,J Wiley&Sons,1973)。
酸性担体はまた、非ゼオライト性結晶モレキュラーシーブスの族によって形成される群、例えば、メソ孔シリカ、シリカライト、シリコアルミノリン酸塩、アルミノリン酸塩、フェロケイ酸塩、シリコアルミン酸チタン、ボロシリケート、クロモケイ酸塩およびアルミノリン酸の遷移金属(コバルトを含む)塩から選択されてもよい。
少なくとも1種のアンダーソン型ヘテロポリアニオンの少なくとも1種のコバルトおよび/またはニッケル塩から調製される担持型触媒は、一般的に、乾燥状態において、総触媒質量に対する重量%として、
・少なくとも1種の多孔質鉱物マトリクス:1〜99.9%、好ましくは5〜99.5%、より好ましくは10〜99%;
・モリブデンとコバルトまたはモリブデンとニッケルをその構造中に結集させている少なくとも1種のアンダーソン型ヘテロポリアニオンの少なくとも1種のコバルトおよび/またはニッケル塩:0.1〜99%、好ましくは0.5〜95%、より好ましくは1〜90%;および
・少なくとも1種のゼオライト性モレキュラーシーブス、例えば、フォージャサイト構造を有する、一般的には水素型であるYゼオライト:0〜80%、好ましくは3〜70%、より好ましくは5〜60%
を含む。
乾燥状態にある担持型触媒中に存在するモリブデンとコバルトまたはモリブデンとニッケルをその構造中に結集させている少なくとも1種のヘテロポリアニオンのコバルトおよび/またはニッケル塩(単数種または複数種)は、好ましくは、下記塩から選択される:
CoII 3/2[CoIIIMo24]、NiII 3/2[CoIIIMo24]、CoII [CoIII Mo1038]、NiII [CoIII Mo1038]、NiII [NiIIMo24]およびNiII [NiII Mo1038]。
バルク触媒、好ましくはバルク水素化処理触媒は、当業者に知られるあらゆる従来の方法を用いて、モリブデンとコバルトまたはモリブデンとニッケルをその構造中に結集させている少なくとも1種のヘテロポリアニオンの少なくとも1種のコバルトおよび/またはニッケル塩から調製され得る。一般的におよび有利には、本発明の方法を用いて調製される、溶液を蒸発させた後に得られる少なくとも前記塩は、バインダーとして作用するマトリクスと機械的に混合され、最後に、成形、乾燥が行われた後、場合によっては、機械的混合物を焼成する工程がなされる。成形は、当業者に周知であり、かつ、出版物「Catalyse de contact,conception,preparation et mise en oeuvre des catalyseurs industriels(Contact catalysis,design,preparation and use of industrial catalysts),J F Le Pageにより出版,Technip,publishers,1978」の122〜132頁に記載されるあらゆる方法、例えば、造粒、共混合およびその後の押出、さらには滴下凝固技術を用いて行われ得る。好ましくは0.5〜3.5mmの径を有する押出物への成形が行われるが、より好ましくは0.8〜2.5mmである。
少なくとも1種のアンダーソン型ヘテロポリアニオンの少なくとも1種のコバルトおよび/またはニッケル塩から調製されたバルク触媒は、乾燥状態において、総触媒質量に対する重量%として、一般的には0.01〜100%、好ましくは0.05〜100%、より好ましくは0.1〜100%の少なくとも1種の前記塩を含む。乾燥状態におけるバルク触媒中に存在するモリブデンとコバルトまたはモリブデンとニッケルをその構造中に結集させている少なくとも1種のアンダーソン型ヘテロポリアニオンのコバルトおよび/またはニッケル塩(単数種または複数種)は、好ましくは、以下の塩から選択される:CoII 3/2[CoIIIMo24]、NiII 3/2[CoIIIMo24]、CoII [CoIII Mo1038]、NiII [CoIII Mo1038]、NiII [NiIIMo24]およびNiII [NiII Mo1038]。
本発明によると、少なくともモリブデンと少なくともコバルトまたは少なくともモリブデンと少なくともニッケルを結集させているアンダーソン型ヘテロポリアニオンの構造において、コバルトをモリブデンに、またはニッケルをモリブデンに接続し、3.6オングストローム以下の長さを有する結合の数は厳格に2超である、すなわち、2より多いモリブデン原子が、3.6オングストローム以下の距離でコバルトまたはニッケル原子を取り囲んでいる。この種の特徴は、X線吸収分光法によって容易に証明される。コバルトまたはニッケルのすぐ近くでモリブデンに隣接する原子数が多いことは、モリブデンとコバルトまたはモリブデンとニッケルをその構造中に結集している本発明の少なくとも1種のアンダーソン型ヘテロポリアニオンの少なくとも1種のコバルトおよび/またはニッケル塩から調製された触媒における、モリブデンとコバルトまたはモリブデンとニッケルとの間の強い相互作用を意味する。
好ましくは、ニッケルまたはコバルトをモリブデンに接続する2個より多い結合は、モリブデンとコバルトまたはモリブデンとニッケルをその構造中に結集させている本発明の少なくとも1種のアンダーソン型ヘテロポリアニオンの少なくとも1種のコバルトおよび/またはニッケル塩から調製された乾燥状態の触媒において3.5オングストローム以下の長さを有する。
本発明によると、本発明の少なくとも1種のアンダーソン型ヘテロポリアニオンの少なくとも1種のコバルトおよび/またはニッケル塩から調製された触媒は、モリブデンとコバルトまたはモリブデンとニッケルをその構造中に結集させている少なくとも1種のヘテロポリアニオンの少なくとも1種のコバルトおよび/またはニッケル塩を含有する乾燥状態の触媒または乾燥触媒を焼成することによって得られた焼成された状態の触媒であってよい。本発明によると、焼成触媒は、少なくともコバルトと少なくともモリブデン、または少なくともニッケルと少なくともモリブデンを含有し、その中で、コバルトまたはニッケルは、モリブデンと強く相互作用している状態にあり、焼成触媒は、少なくともモリブデンと少なくともコバルトまたは少なくともモリブデンと少なくともニッケルをその構造中に結集させている少なくとも1種のヘテロポリアニオンの少なくとも1種のコバルトおよび/またはニッケル塩から調製され、ニッケルまたはコバルトをモリブデンに接続し、3.6オングストローム以下、好ましくは3.5オングストローム以下の長さを有する結合の数は、厳格に2より大きい。触媒は、有利には、7〜23重量%の酸化モリブデンMoOを含有する。
少なくとも1種のアンダーソン型ヘテロポリアニオンの少なくとも1種のコバルトおよび/またはニッケルの塩から調製され、乾燥状態または焼成された状態にある本発明の触媒は、好ましくは、硫化物タイプの触媒を得るために硫化処理を受け、硫化処理は、少なくとも部分的に、金属種の硫化物への変換を可能にし、その後に、それらは処理されるべき仕込み原料と接触させられる。この硫化活性化処理は当業者に周知であり、文献に記載されたあらゆる方法を用いて行われ得る。硫黄源は、単体硫黄(elemental sulphur)、硫化炭素、硫化水素、硫黄含有炭化水素(例えば、ジメチルスルフィド、ジメチルジスルフィド、メルカプタン、チオフェン化合物、チオール、ポリスルフィド(ARKEMAからのジ−tert−ノニルポリスルフィド(TPS)等))、単独でまたは上記の硫黄含有化合物との混合物として用いられる硫黄を豊富に含むオイル留分(ガソリン、灯油、軽油等)であり得る。好ましい硫黄源は、硫化水素または硫黄含有炭化水素(例えば、ジメチルジスルフィド)である。1つの従来の周知の方法は、硫化水素(純粋または水素/硫化水素混合気の流れの中)の存在下に置かれた触媒を、150〜800℃、好ましくは250〜600℃の温度に、一般的には移動床反応帯域において加熱することからなる。
本発明の少なくとも1種のアンダーソン型ヘテロポリアニオンの少なくとも1種のコバルトおよび/またはニッケルの塩から調製され、乾燥状態または焼成された状態のいずれかにある触媒は、オイル留分、石炭から得られた留分、天然ガスから生じさせられた炭化水素等の炭化水素含有仕込み原料の水素化精製および/または水素化転化のために用いられ、特に、水素化、水素化脱窒素、水素化脱酸素、水素化脱芳香族、水素化脱硫、水素化脱金属、水素化異性化、水素化脱アルキル、脱水素のために用いられる。本発明による少なくとも1種のアンダーソン型ヘテロポリアニオンの少なくとも1種のコバルトおよび/またはニッケルの塩から調製された触媒はまた、有利には、芳香族性および/またはオレフィン性の化合物、および/またはナフテン系、および/またはパラフィン系の化合物を含有する仕込み原料等の炭化水素仕込み原料を水素化分解するために用いられる。前記仕込み原料は、場合によっては、金属および/または窒素および/または酸素および/または硫黄を含有する。
本発明による少なくとも1種のアンダーソン型ヘテロポリアニオンの少なくとも1種のコバルトおよび/またはニッケルの塩から調製された触媒を用いる種々の方法において用いられる仕込み原料は、一般的には、ガソリン、軽油、真空軽油、脱アスファルト残渣または非脱アスファルト残渣、パラフィン油、ろうおよびパラフィンによって形成される群から選択される。それらは、少なくとも1種のヘテロ原子、例えば、硫黄、酸素、窒素、場合によっては金属(ニッケル、バナジウム等)等を含有する。水素化精製または水素化転化の操作条件、例えば、温度、圧力、水素/炭化水素容積比(リットル/リットル)、毎時空間速度は、仕込み原料の性質、所望生成物の量および精製を行う者が利用可能な設備に応じて広く変動し得る。本発明の少なくとも1種のアンダーソン型ヘテロポリアニオンの少なくとも1種のコバルトおよび/またはニッケルの塩から調製された触媒を用いる種々の方法のための反応器(単数または複数)において用いられる好ましい操作条件は、次の通りである:温度:200℃超、好ましくは200〜450℃;圧力:0.5〜30MPa、好ましくは20MPa未満;空間速度:0.1〜10h−1、好ましくは0.1〜8h−1、より好ましくは0.2〜6h−1;導入水素量:水素/炭化水素の容積比(リットル/リットル)が10〜5000L/L、好ましくは100〜2000L/Lであるようにされる。
(実施例)
下記実施例には、本発明がより詳細に記載されるが、本発明の範囲を制限するものではない。本発明の触媒を調製するための実施例の全てにおいて、押出物の形態でAXENSにより販売される、250m/gの比表面積を有するガンマアルミナがベース担体として用いられた。
(実施例1:酸化物状態の、CoMo型の水素化処理触媒A、A’およびNiMo型の触媒EおよびE’(本発明に合致しない)の調製)
90gの三葉形状ガンマアルミナ押出物(Axens,250m/g)が、モリブデンおよびコバルト前駆体を含有する溶液を乾式含浸させられた。乾式含浸は当該技術において周知である技術であり、乾式含浸の間に、担体の細孔容積は、活性相の前駆体を含有する等価容積を有する溶液で満たされる。この場合に用いられる溶液は、75mLの容積を有し、10.6gの式(NHMo24・4HOを有する七モリブデン酸アンモニウム(HMA)(濃度96重量%)、7.2gの硝酸コバルトCo(NO・6HOを含んでいた。含浸後、押出物は、水が飽和した雰囲気下に室温で24時間にわたり熟成することを可能にされた。押出物は、120℃で2時間にわたりオーブン乾燥させられた。最後に、押出物は、1.5L/g(触媒)/hの空気の流れの存在下に、5℃/分の昇温、2時間の500℃での一定温度段階で焼成された。式CoMoを有する酸化物の状態で得られた触媒Aは、8.30%(酸化物MoOの重量%として表される)のモリブデン含有量、1.85%(酸化物CoOの重量%として表される)のコバルト含有量を有していた。この触媒のCo/Mo原子比は0.41であった。この触媒は、本発明に合致していなかった。触媒A’は、乾燥工程までは触媒Aの方法と同一の方法で調製された。乾燥工程の終了時に、第二の乾式含浸段階が乾燥触媒において行われた。10.2gのHMAおよび8.8gのCo(NO・6HOを含有する溶液45mLが、前記第二含浸の間に用いられた。その後の乾燥および焼成工程は、触媒Aと同一であった。式CoMoを有する酸化物の状態で得られた触媒A’は、16.30%(酸化物MoOの重量%として表される)のモリブデン含有量および4.10%(酸化物CoOの重量%として表される)のコバルト含有量を有していた。前記触媒について得られたCo/Mo原子比は0.48であった。この触媒は本発明に合致していなかった。
触媒Eは、硝酸コバルトを硝酸ニッケルNi(NO・6HOに置き換えることによって調製された。88gのアルミナ押出物が、11.74gのHMAおよび9.34gの硝酸ニッケルを含有する水溶液74mLを乾式含浸させられた。熟成、乾燥および焼成工程は、触媒Aと同一であった。式NiMoを有する酸化物状態で得られた触媒Eは、9.20%(酸化物MoOの重量%として表される)モリブデン含有量および2.40%(酸化物NiOの重量%として表される)のニッケル含有量を有していた。前記触媒のNi/Mo原子比は0.50であった。この触媒は本発明に合致していなかった。
触媒E’は、触媒A’と同一の方法である、中間乾燥工程を有する2回の乾式含浸工程で、43mLの水溶液に溶解させられた七モリブデン酸アンモニウム(14.16g)および硝酸ニッケル(8.17g)を用いて得られた。その後の乾燥および焼成工程は、触媒Aのものと同一であった。式NiMoを有する酸化物状態で得られた触媒E’は、20.30%(酸化物MoOの重量%として表される)のモリブデン含有量および4.50%(酸化物NiOの重量%として表される)のニッケル含有量を有していた。この触媒について得られたNi/Mo原子比は0.48であった。この触媒は本発明に合致していなかった。
表1は、本発明に合致していない4種の触媒A、A’、EおよびE’についての配合を要約する。
Figure 0004949957
(実施例2:ヘテロポリアニオンCoMo24 3−を含有する含浸溶液を用いる酸化物状態のCoMo型水素化処理触媒BおよびヘテロポリアニオンCoMo24 3−のダイマー体CoMo1038 6−を含有する溶液からの水素化処理触媒B’(本発明に合致しない)の調製)
90gのγアルミナ押出物がペレタイザーに導入され、CoMo24・(Co)3/2塩(CoMo(Co)とも称する)を含有する溶液を乾式含浸させられた。この溶液は、欧州特許出願EP−A1−1 393 802の実施例2に記載された手順を用いて得られたが、特に、アンモニウム塩を結晶化させる工程と、その後の、ヘテロポリアニオンのアンモニウムカウンターイオンをコバルトと交換するようにイオン交換させる工程を包含していた。この後者の工程は、0.41のCo/Moモル比を引き出した。含浸工程の後、押出物は、水が飽和した雰囲気下に室温で24時間にわたって熟成することを可能にされた。熟成の終了時に、押出物は、120℃で終夜乾燥させられ、次いで、450℃で2時間にわたり酸素中で(5℃/分で昇温)焼成された。得られた触媒Bは、9.90%(MoOの重量%として表される)のモリブデン含有量を有していた。そのコバルト含有量は、2.15%(CoOの重量%として表される)であった。Co/Moモル比は0.41であった。この触媒は本発明に合致していなかった。
90gのγアルミナ押出物がペレタイザーに導入され、CoMo1038・(Co)塩(CoMo10(Co)とも称される)を含有する溶液を乾式含浸させられた。この溶液は、欧州特許出願EP−A1−1 393 802の実施例4に記載された手順を用いて得られた。NH とCo2+カチオンとの間のイオン交換工程は、0.50のCo/Mo原子比を引き出した。押出物は、24時間にわたって室温で水が飽和した雰囲気下に熟成することを可能にされ、次いで、空気中で12時間にわたって乾燥させられ、120℃でオーブン乾燥させられ、次いで、450℃で2時間にわたって酸素中で焼成され(5℃/分の昇温、乾燥空気の流量1.5L/g(固体)/h)、触媒B’を生じさせた。得られた触媒B’の配合は次の通りである:MoO:16.3重量%;CoO:4.1重量%。この触媒のCo/Moモル比は0.50であった。この触媒は本発明に合致していなかった。
表2は、2種の触媒BおよびB’(本発明に合致していない)の配合を要約する。
Figure 0004949957
(実施例3:塩CoMo(Co)およびそのダイマー体CoMo10(Co)を含有する溶液を用いる酸化物状態のCoMo型の水素化処理触媒C’、DおよびD’(本発明に合致する)の調製)
74.3gのアルミナ三葉形状押出物が、本発明に従って調製された水溶液77mLを乾式含浸させられた。溶液は、次のようにして調製された。
a)77gの過酸化水素(30%純度)がフラスコに導入され、次いで、21.2gのMoO(96%純度)が導入された:H/Moモル比は6であった。
b)三酸化モリブデンが、1時間30分にわたり80℃で還流加熱することにより溶解させられた。得られた溶液は澄明であり、次いで、加熱により62mLに容積を低減させられなければならなかった。一旦温度が室温に戻され、pHが測定され、得られた値は0.05であった。
c)炭酸コバルト(8.6g、99%純度)が、次いで、あらゆる非制御発熱および沸騰を避けるように少量で注意しながら導入され;炭酸塩が直後に溶解させられ;得られた溶液のpHは3.6であった。
調製された溶液のラマンスペクトルは、溶液中のCoMo10(CO)塩について957、917、602、565、355、222cm−1に、溶液中のCoMo(Co)について952、903、575、355および222cm−1に特徴バンドを有していた。
調製された溶液は、押出物に成形されたガンマアルミナ担体(Axens,250m/g)上に含浸するために用いられた。次いで、押出物は、24時間にわたって水が飽和した雰囲気下に室温で熟成することを可能にされ、次いで、空気中12時間にわたって120℃でオーブン乾燥させられた。得られた乾燥触媒は触媒C’であった。触媒C’の半分は、乾燥空気中450℃で2時間にわたって焼成され(昇温5℃/分、乾燥空気の流量1.5L/g(固体)/h)、触媒D’を生じさせた。得られた触媒D’の配合は次の通りであった:MoO:20.4重量%;CoO:5.3重量%。触媒C’中のモリブデンおよびコバルトの量は、触媒D’の量と同一であった。触媒C’およびD’中のCo/Moモル比は0.49であった。前記触媒C’およびD’は本発明に合致していた。触媒C’について表3に与えられた値は、灼熱減量(loss on ignition)について修正した後に得られたものであった。
87.4gのアルミナ三葉形状押出物が、本発明にしたがって調製された水溶液74mLを乾式含浸させられた。溶液は、次の通りに調製された。
a)38.0gの過酸化水素(30%純度)が蒸留水36gと共にフラスコに導入され、次いで、10.4gのMoO(96%純度)が導入された;H/Moモル比は6であった。
b)三酸化モリブデンが、室温で約10時間にわたって攪拌することによって溶解させられた。得られた溶液は0.07のpHを有していた。
c)炭酸コバルト(4.2g,99%純度)が、次いで、あらゆる非制御発熱および沸騰を避けるために少量で注意して導入された;炭酸塩はすぐに溶解した;得られた溶液のpHは3.8であった。
調製された溶液のラマンスペクトルは、溶液中のCoMo10(CO)塩について957、917、602、565、355、222cm−1に、溶液中のCoMo(Co)について952、903、575、355および222cm−1に特徴バンドを有していた。
調製された溶液は、押出物に成形されたガンマアルミナ担体(Axens,250m/g)上に含浸するために用いられた。次いで、押出物は、24時間にわたって水が飽和した雰囲気中室温で熟成することを可能にされ、次いで、空気中12時間にわたって120℃でオーブン乾燥させられた。最後に、押出物は、乾燥空気中450℃で2時間にわたって焼成された(昇温5℃/分、乾燥空気流量1.5L/g(固体)/h)。得られた触媒Dの配合は次の通りであった:MoO:10.0重量%;CoO:2.6重量%。Co/Moモル比は0.49であった。触媒Dは本発明に合致していた。
得られた3種の触媒についての配合は、表3に要約される。
Figure 0004949957
(実施例4:硫化水素の存在中の圧力下でのシクロヘキサン中のトルエンのの水素化についての触媒A、A’、B、B’、C’およびD’の比較試験)
上記の触媒A、A’、B、B’、C’およびD’は、固定式の移動床管状反応器(流体が頂部から底部に移動する)において動的条件下にイン・サイチュで硫化された。水素化活性の測定は、圧力下に、空気の進入なしで、触媒を硫化するように機能する炭化水素仕込み原料により硫化した直後に行われた。
硫化および試験仕込み原料は、5.8重量%のジメチルジスルフィド(DMDS)、20重量%のトルエンおよび74.2重量%のシクロヘキサンからなる。触媒A、A’、B、B’、C’およびD’の等容積(40cm)の安定化された触媒活性は、トルエンの水素化反応について測定された。
活性を測定するための条件は次の通りであった:
全圧: 6.0MPa
トルエン圧 0.38MPa
シクロヘキサン圧 1.55MPa
水素圧 3.64MPa
S圧 0.22MPa
触媒容積 40cm
仕込み原料流量 80cm/h
毎時空間速度 2L/L/h
水素流量 36L/h
硫化および試験の温度 350℃(昇温3℃/分)
液体流出物のサンプルは、ガスクロマトグラフィーによって分析された。未転化トルエンのモル濃度(T)および水素化生成物の濃度(メチルシクロヘキサン(MCC6)、エチルシクロペンタン(EtCC5)およびジメチルシクロペンタン(DMCC5))は、トルエンの水素化速度(XHYD)が下式に規定されるように計算されることを可能にした。
Figure 0004949957
トルエンの水素化反応は、用いられた試験条件下および反応器が理想的なピストン反応器として振る舞ったとして、一次であり、したがって、触媒の水素化活性AHYDは、下式を適用することによって計算された:
AHYD=ln(100/(100−XHYD))
表4は、基準として利用された触媒Aの活性(100%)に対する考慮中の触媒の活性の比に等しい、相対的な水素化活性を比較する。
Figure 0004949957
表4は、本発明に合致しない方法を用いて調製された触媒と比較した、本発明の方法を用いて調製された触媒について得られた等容積での水素化活性における大きな利得を明示する。
(実施例5:直留軽油の水素化脱硫についての触媒A’、B’、C’およびD’の比較試験)
上記の触媒A’、B’、C’およびD’はまた、軽油の水素化脱硫についての試験において比較された。当該軽油の特徴は下記の通りである:
15℃での密度 0.8522
硫黄 1.44重量%
模擬蒸留
初留点(IP) 155℃
10重量% 247℃
50重量% 315℃
90重量% 392℃
終留点(EP) 444℃
試験は、等温固定式移動床試験用反応器(流体は底部から頂部に移動する)において行われた。2重量%のジメチルスルフィドが添加された試験軽油を用いる加圧装置における350℃でのインサイチュ硫化の後、水素化脱硫試験が以下の操作条件下に行われた:
全圧 7MPa
触媒容積 30cm
温度 340℃
水素流量 24L/h
仕込み原料流量 60cm/h
試験触媒の触媒性能は表5に示される。それらは、触媒A’の活性が100であるとみなし、それらが硫黄に対して見かけ上1.5次(order)であると仮定して、相対活性として表される。活性と水素化脱硫転化率(%HDS)とを関連付ける関係式は以下の通りである:
Figure 0004949957
Figure 0004949957
驚くべきことに、表5は、本発明に合致しない触媒A’およびB’と比較して、本発明の方法を用いて調製された触媒C’およびD’について大きな利得が得られることを示す。触媒B’(比較)および触媒C’およびD’(本発明に合致)により得られた性能は、少なくともモリブデンとニッケルまたは少なくともモリブデンとコバルトをそれらの構造中に結集させているアンダーソン型ヘテロポリアニオンの塩から調製され、本発明の方法の方法に合致する触媒が、少なくともモリブデンとニッケルまたは少なくともモリブデンとコバルトをその構造中に結集させているアンダーソン型ヘテロポリアニオンの塩から調製されてはいるが、イオン交換を含めて2工程でより複雑な調製法が行われた触媒より触媒的に良好に機能することを示す。
(実施例6:塩NiMo(Ni)および/またはそのダイマー体NiMo10(Ni)を含有する溶液を用いる酸化物状態のNiMo型の水素化処理触媒F’(本発明に合致する)の調製)
73.5gのアルミナ三葉形状押出物が、本発明にしたがって調製された水溶液62mLを乾式含浸させられた。溶液は、以下のようにして調製された。
a)92.3gの過酸化水素(30%純度)がフラスコに導入され、次いで、19.5gのMoO(96%純度)が導入された;H/Moモル比は6であった;溶液は、交換水(permutated water)を用いて103mLに増加させられた。
b)三酸化モリブデンが、1時間30分にわたって80℃で還流加熱することにより溶解させられた。次いで、溶液は、80℃に加熱することにより62mLに容積が低減させられた。pHは、0.04であった。
c)次いで、ヒドロキシ炭酸ニッケル(13.1g,94%純度)が、あらゆる非制御の発熱および沸騰を避けるために注意しながら少量で導入された;ヒドロキシ炭酸塩はすぐに溶解させられた;溶液のpHは酸を加えることにより調節された;調製された溶液のラマンスペクトルは、955、906、560および360cm−1にヘテロポリアニオンNiMo1038 8−の溶解させられたニッケル塩についての特徴バンドを有していた。
調製された溶液は、押出物に成形されたガンマアルミナ担体(Axens,250m/g)上に含浸するために用いられた。次いで、押出物は、24時間にわたって水が飽和した雰囲気中室温で熟成することを可能にされ、次いで、空気中12時間にわたりオーブンにおいて120℃で乾燥させられた。得られた乾燥触媒は、乾燥空気中450℃で2時間にわたり焼成され(昇温5℃/分、乾燥空気の流量1.5L/g(固体)/h)、触媒F’を生じさせた。得られた触媒F’の配合は次の通りであった:MoO:20.0重量%;NiO:6.3重量%。Ni/Moモル比は0.6であった。触媒F’は本発明に合致していた。
(実施例7:真空蒸留液の水素化処理についての触媒E’(本発明に合致しない)と触媒F’(本発明に合致する)の比較試験)
上記のNiMo触媒E’およびF’も、真空蒸留液を用いた水素化処理試験において比較された。真空蒸留液の特徴は下記に与えられる:
20℃での密度 0.9365
硫黄 2.92重量%
総窒素 1400重量ppm
模擬蒸留:
初留点 361℃
10重量% 430℃
50重量% 492℃
90重量% 567℃
終留点 598℃
試験は、等温の固定式移動床試験用反応器(流体は底部から頂部に移動する)において行われた。2重量%のジメチルジスルフィドが加えられた直留軽油を用いる加圧装置における350℃でのインサイチュの硫化の後、水素化脱硫試験は、下記の操作条件下に行われた:
全圧 12MPa
触媒容積 40cm
温度 380℃
水素流量 40L/h
仕込み原料の流量 40cm/h
試験触媒の触媒性能は表6に示される。それらは、触媒E’の活性が100であると見なし、かつ、それらが、全硫黄に対して見かけ上1.5次であると仮定して、相対活性として表されている。活性と水素化脱硫転化率(%HDS)とを関連付ける関係式は以下の通りである:
Figure 0004949957
同一の関係式が、水素化脱窒(%HDNおよびAHDN)のために適用されるが、全窒素に対して一次である。
さらに、380℃未満の沸点を有するフラクションへの粗い転化率が、各触媒について決定された。それは、下記関係式を用いて模擬蒸留結果(ASTM D86法)から表されている:
転化率=[(%380+)仕込み原料−(%380−)流出物]/(%380+)仕込み原料
式中:
(%380+)仕込み原料は、380℃超の沸点を有する仕込み原料の重量百分率を示す;
(%380−)流出物は、380℃未満の沸点を有する流出物の重量百分率を示す。
Figure 0004949957
驚くべきことに、表6には、本発明に合致しない方法を用いて調製された触媒Eと比較して、本発明により調製された触媒F’について活性において利得が得られることが示された。
(実施例8:真空残渣の水素化脱硫についての触媒D、BおよびA’の比較試験)
触媒D(本発明に合致する)の触媒活性が、脱金属化された真空残渣のHDSにおいて研究され、その性能が、触媒A’(本発明に合致しない)の性能と比較された。用いられた仕込み原料は、軽質のアラブ起源(Aramco)の真空残渣であり、これは、水素化脱金属触媒によって部分的に脱金属化されていた。
この脱金属化残渣の主要な特徴は表7に示される。
Figure 0004949957
前記仕込み原料は、オイル残渣水素化処理試験用装置であって、上向流モードで機能する固定床反応器を含むものにおいて処理された。
硫化工程の後、350℃の最終温度で2重量%の硫黄を含有する真空蒸留液を反応器内に流通させることにより、装置は、部分的に脱金属化された上記常圧残渣により操作された。試験の開始時に用いられた操作条件は表8に示される。
Figure 0004949957
300時間にわたり安定化させた後、水素化脱(HDS)およびCCR低減(HDCCR)性能が下記式に従って計算された:
HDS(重量%)=[(S,重量%)仕込み原料−(S,重量%)試験]/(S,重量%)仕込み原料*100
HDCCR(重量%)=[(CCR,重量%)仕込み原料−(CCR,重量%)試験]/(CCR,重量%)仕込み原料*100
表9は、この真空残渣のHDSおよびHDCCRについての触媒A’、BおよびDの性能を比較している。
Figure 0004949957
本発明の方法を用いて1工程で調製され、乾燥状態で、コバルトおよびモリブデンを、ヘテロポリアニオンの形態で強い相互作用で含有するCoMo触媒Dが、硫化後に、同じ化学組成を有するが本発明に合致していない従来の触媒A’より活性である触媒をもたらすことが理解され得る。単一工程で調製された触媒Dは、イオン交換を含む2工程を利用する従来技術の方法を用いて調製された触媒Bより良好に水素化脱硫およびCCR低減のために機能する。
(実施例9:本発明による方法を用いるCoMo型バルク触媒の調製)
乾燥するまで蒸発させた後にCoMo型固体を得るために、溶液は、下記のように調製された。
a)18.7gのMoOが、68gの過酸化水素(30%純度)を含有する62mLの容積を有する溶液に溶解させられた。H/Moモル比は6であった;
b)MoOが約12時間にわたり室温で溶解させられた。0.03のpHを有する溶液が得られた。
c)次いで、炭酸コバルト(7.6g,99%純度)が、沸騰を避けるように注意しながら少量で導入された;それはすぐに溶解させられた;得られた溶液のpHは3.5であった。
次いで、溶液は、回転式エバポレータにおいて70℃で乾燥するまでゆっくり蒸発させられた。得られた固体は、回収され、T=27℃およびP=30mbarであるオーブンに1時間にわたり置かれた。得られた触媒Gは、以下の配合を有していた:MoO:78.0重量%;CoO:18重量%。Co/Moモル比は0.44であった。X線回折分析は、得られた化合物は結晶であることを示していた。
(実施例10:チオフェンHDSについてのCoMo型触媒A’およびGの比較)
上記の触媒A’およびGが、チオフェンHDSにおいて試験された。試験は、グリニア型反応器(バッチ式反応器)において、200℃、水素中3.5MPaの圧力で一定に維持されて行われた。モデル仕込み原料は、n−ヘプタン中の1000重量ppmの3−メチルチオフェンおよび10重量%の2,3−ジメチル−2−ブテンによって構成された。溶液の容積は、冷時に210cmであり、試験触媒の質量は4グラム(硫化前)であった。触媒A’は、すり潰された(315〜1000μm)。試験前に、触媒は、硫化ベンチ上で、HS/H混合気(4L/h,HS:15容積%)中、400℃で2時間にわたって予備硫化され(昇温5℃/分)、次いで、高純度H中200℃で2時間にわたり還元された。次いで、触媒は、空気の不存在下にグリニア反応器に移された。試験触媒の触媒性能は表10に与えられる。それらは、触媒A’の活性が100に等しいと仮定し、かつ、それらが総硫黄含有量に対して1.5次である仮定して相対活性として表されている。活性と水素化脱硫の転化率(%HDS)とを関連付ける関係式は次の通りである。
Figure 0004949957
Figure 0004949957
表10により、本発明の溶液から開始して得られたバルク触媒の使用に関連するHDS活性における大きな利得が示された。

Claims (14)

  1. モリブデンとコバルトまたはモリブデンとニッケルを構造中に結集させている少なくとも1種のヘテロポリアニオンの少なくとも1種のコバルトおよび/またはニッケル塩によって形成された溶液を調製する方法であって、
    a)少なくとも1種のモリブデン源と少なくとも1種の酸化性化合物とを水溶液中で混合して、酸性pHにおいてペルオキソモリブデン酸イオンを合成する工程であって、(酸化性化合物/モリブデン源)のモル比は0.1〜20である、工程と、
    b)少なくとも1種のコバルト前駆体および/または少なくとも1種のニッケル前駆体を、工程a)からの溶液に導入して、(Co+Ni)/Moモル比が0.25〜0.85である少なくとも前記塩を含む溶液が形成される工程と
    を包含する方法。
  2. 前記ペルオキソモリブデン酸イオンは、工程a)の終了時に、2.5未満のpHを有する澄明水溶液中に存在する、請求項1に記載の方法。
  3. 前記工程a)において用いられるモリブデン源は、酸化モリブデンMoOである、請求項1または2に記載の方法。
  4. 前記酸化性化合物は過酸化水素である、請求項1〜3のいずれか1つに記載の方法。
  5. 前記工程a)を行う際の(酸化性化合物/モリブデン源)のモル比は2〜7である、請求項1〜4のいずれか1つに記載の方法。
  6. 前記工程b)の終了時に形成された溶液は、3より大きいpHを有する、請求項1〜5のいずれか1つに記載の方法。
  7. 前記工程b)において用いられるコバルト前駆体および/またはニッケル前駆体は、硝酸塩、硫酸塩、リン酸塩、ハロゲン化物、カルボン酸塩、炭酸塩、水酸化物および酸化物によって構成された群から選択される、請求項1〜6のいずれか1つに記載の方法。
  8. 前記工程b)において用いられるコバルト前駆体は炭酸コバルトである、請求項1〜7のいずれか1つに記載の方法。
  9. ニッケル前駆体は、ヒドロキシ炭酸ニッケルである、請求項1〜8のいずれか1つに記載の方法。
  10. 少なくとも1種のコバルト前駆体が、ニッケル前駆体の不存在下に工程a)からの前記溶液に導入される、請求項1〜9のいずれか1つに記載の方法。
  11. 少なくとも1種のニッケル前駆体が、コバルト前駆体の不存在下に工程a)からの前記溶液に導入される、請求項1〜9のいずれか1つに記載の方法。
  12. 少なくとも1種のコバルト前駆体および少なくとも1種のニッケル前駆体が、工程a)からの前記溶液に導入される、請求項1〜9のいずれか1つに記載の方法。
  13. 工程b)の終了時に得られる前記溶液は、3.5以上のpHを有する、請求項1〜12のいずれか1つに記載の方法。
  14. 請求項1〜13のいずれか1つに記載された方法にしたがって調製された、モリブデンとコバルトまたはモリブデンとニッケルを構造中に結集させている少なくとも1種のヘテロポリアニオンの少なくとも1種のコバルトおよび/またはニッケルの塩から形成された溶液の、水素化処理触媒の調製のための使用方法。
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