JP5027391B2 - 含蝋原料油の水素化分解触媒 - Google Patents

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本発明は、含蝋原料油の水素化分解触媒及びその製造方法、並びに該触媒を使用する含蝋原料油の水素化分解方法に関する。
天然ガスから製造される合成ガス(CO、水素)、あるいは石炭、重質残渣油のガス化から生成するCO、水素を用い、フィッシャー・トロプシュ(FT)反応により合成するFT油、潤滑油の基油又はブレンド基材を製造するためのスラックワックス、石油精製及び石油化学のワックス含有留出油などはパラフィンを多く含有し、流動性、燃焼性等の品質に問題があり、そのまま輸送用、民生用石油系燃料機器に用いることはできない。そこで、上記FT油などの含蝋原料油を水素化処理する触媒で、灯軽油留分の選択率、収率が高く、かつ灯軽油留分の品質が良好である水素化分解触媒の開発が望まれている。
特許的には、「α−アルミナ等の不活性コア上にフッ化したγ−アルミナ上白金の外部シェルを含む触媒」が開示されている(特許文献1)。また、「酸性担体に担持された少なくとも1種の貴金属を含む触媒において、前記貴金属の分散度が20%未満であることを特徴とする前記触媒」が開示されている(特許文献2)。しかし、以上の特許文献1,2に開示されている触媒は、性能的に未だ改良の余地があった。
特開平5−230472号公報 特開2000−334300号公報
本発明は、このような状況下でなされたもので、含蝋原料油を水素化処理する際に用いられ、灯軽油留分の選択率、収率が高く、かつ灯軽油留分の品質が良好である水素化分解触媒及びその製造方法、並びに該触媒を使用する含蝋原料油の効果的な水素化分解方法を提供することを目的とするものである。
本発明者らは、前記目的を達成するために、鋭意研究を重ねた結果、活性金属の機能を効率的に発現させるために、触媒の全体に活性金属を均一に担持させることにより、分解活性が大きく向上した触媒が得られ、その目的を達成し得ることを見出した。本発明は、かかる知見に基いて完成したものである。
すなわち、本発明は、
(1)Y型ゼオライト、超安定Y型ゼオライト(USY)及びβ−ゼオライトから選ばれる少なくとも一種のゼオライト、アルミナ又はアルミナ−ボリアからなる担体に白金成分及び/又はパラジウム成分からなる貴金属成分が担持された触媒であって、エレクトロン・プローブ・マイクロ・アナリシス(EPMA)測定における該触媒断面の貴金属の濃度分布において、外表面の濃度高さAと中心の濃度高さBの比A/Bが0.2〜2の範囲にある蝋原料油の水素化分解触媒の製造において、前記貴金属成分の担持を、pH10.6〜14の条件で貴金属塩を担体に担持させ手行うことを特徴とする蝋原料油の水素化分解触媒の製造方法、
(2)前記比A/Bが0.8〜1.8の範囲にある上記(1)記載の含蝋原料油の水素化分解触媒の製造方法、
(3)貴金属塩が、テトラアンミン硝酸塩又はテトラアンミン水酸塩である上記(1)又は(2)に記載の含蝋原料油の水素化分解触媒の製造方法、
(5)上記(1)〜(3)のいずれかに記載の水素化分解触媒の製造方法によって得られた水素化分解触媒を使用することを特徴とする含蝋原料油の水素化分解方法、
を提供するものである。
本発明によれば、含蝋原料油を水素化処理する際に用いられ、灯軽油留分の選択率、収率が高く、かつ灯軽油留分の品質が良好である水素化分解触媒及びその製造方法、並びに該触媒を使用する含蝋原料油の効果的な水素化分解方法を提供することができる。
本願の第一発明は、担体に貴金属成分が担持された触媒であって、エレクトロン・プローブ・マイクロ・アナリシス(EPMA)測定における該触媒断面の貴金属の濃度分布において、外表面の濃度高さAと中心の濃度高さBの比A/Bが0.2〜2の範囲にあることを特徴とする含蝋原料油の水素化分解触媒である。
上記担体として、ゼオライト、アルミナ又はアルミナと他元素酸化物との複合酸化物が好適に使用される。
そして、ゼオライトとしては、X型ゼオライト、Y型ゼオライト、超安定Y型ゼオライト、ZSM−5、ZSM−22、ZSM−23、モルデナイト、フェリエライト、β−ゼオライト等が好適に挙げられる。中でもY型ゼオライト、超安定Y型ゼオライト(USYゼオライト)、β−ゼオライトが好ましく、特に、鉄を含有したUSYゼオライトが好ましい。アルミナとしては、α−アルミナ、γ−アルミナ、η−アルミナ、θ−アルミナが好適に使用される。アルミナと他元素酸化物との複合酸化物としては、アルミナ−ボリア、シリカ−アルミナ、アルミナ−チタニア、アルミナ−ジルコニア、アルミナ−マグネシア、アルミナ−トリア、アルミナ−イットリア、シリカ−アルミナ−ボリアなどが挙げられる。中でも、アルミナ−ボリア、シリカ−アルミナ、アルミナ−チタニア、アルミナ−ジルコニア、アルミナ−マグネシアが好ましく、アルミナ−ボリアがより好ましい。また、複合酸化物中のアルミナの量は60〜95質量%の範囲が好ましい。
さらに、貴金属成分の担持量は、触媒基準で、金属として、0.3〜3質量%の範囲が好ましい。上記貴金属成分として、白金成分及び/又はパラジウム成分が好適に使用されが、白金成分がより好ましい。
本発明においては、上記担体に上記貴金属成分が担持された触媒であって、EPMA測定における該触媒断面の貴金属の濃度分布において、外表面の濃度高さAと中心の濃度高さBの比A/Bが0.2〜2の範囲にあることが必須である。この範囲を逸脱すると、担体上に貴金属成分が均一に担持されず、その結果触媒として分解活性が向上せず、灯軽油留分の収率が高くならない。該A/Bが0.8〜1.8の範囲にあるものが好ましい。
次に、上記触媒の好ましい製造方法について説明する。
担体のゼオライト及びアルミナとしては、上記のいずれも使用することができるが、アルミナと他元素酸化物の複合酸化物については、第二成分のボリア、シリカ、チタニア等の溶液塩やスラリー、水酸化物、ゾル、ゲルをアルミナスラリーに混合捏和してもよく、第二成分の各塩の水溶液をアルミナに含浸させてもよい。
その後、60〜200℃程度、好ましくは80〜150℃で乾燥させる。乾燥時間は0.5〜20時間程度、好ましくは2〜12時間である。
次いで、空気の存在下、350〜800℃程度、好ましくは400〜550℃で焼成する。焼成時間は1〜8時間程度、好ましくは2〜6時間である。
次に、上記の担体に貴金属塩を担持する。貴金属塩としては、白金塩、パラジウム塩、ロジウム塩、ルテニウム塩、レニウム塩、オスミニウム塩が挙げられる。中でも白金塩及びパラジウム塩が好適に使用できる。白金塩としては、ヘキサヒドロキシ白金酸塩、テトラアンミン白金水酸塩、ヘキサアンミン白金水酸塩、テトラアンミン白金硝酸塩、ジニトロジアンミン白金硝酸塩、ジニトロジアンミン白金硫酸塩等が挙げられるが、テトラアンミン白金水酸塩、ヘキサアンミン白金水酸塩、ヘキサヒドロキシ白金酸塩、テトラアンミン白金硝酸塩を好適に使用することができる。また、パラジウム塩としては、硝酸パラジウム、テトラアンミンパラジウム硝酸塩、ジニトロジアンミンパラジウム硝酸塩が挙げられるが、テトラアンミンパラジウム硝酸塩が好適に使用できる。
これら貴金属塩を担体に担持させる際、貴金属塩の溶液としてpHが3〜14の条件で行うことが好ましく、6〜13の条件で行うことがより好ましい。また、担持方法として、混練法、常圧含浸法、真空含浸法、浸漬法、イオン交換法等があるが、常圧含浸法が簡易で好ましい。
さらに、貴金属塩は一種類のみを担体に担持してもよいが、二種以上の貴金属塩を担持してもよい。例えば、白金塩溶液にパラジウム塩溶液を混合して担体に共含浸してもよく、白金塩を担持した後、パラジウム塩をさらに担持してもよく、その逆でもよい。
また、貴金属塩とともに貴金属塩以外の金属塩を担持していてもよい。この場合、貴金属塩以外の金属塩としては、水素化分解活性を持つ金属塩が好ましいが、含蝋原料油の性状によっては脱硫活性、脱窒素活性、脱金属活性、異性化活性等の水素化分解活性以外の活性を持つものであってもよい。これらの金属塩としては、ニッケル、コバルト、鉄、マンガン、クロム等の金属塩が挙げられる。
担持後、60〜200℃程度、好ましくは80〜150℃で乾燥させる。乾燥時間は0.5〜20時間程度、好ましくは2〜12時間である。
次いで、空気の存在下、350〜800℃程度、好ましくは400〜550℃で焼成する。焼成時間は1〜8時間程度、好ましくは2〜6時間である。
上記の触媒を使用し水素化分解処理する含蝋原料油として、天然ガスから製造される合成ガス(CO、水素)、あるいは石炭、重質残渣油のガス化から生成するCO、水素を用い、フィッシャー・トロプシュ(FT)反応により合成するFT油、潤滑油の基油又はブレンド基材を製造するためのスラックワックス、石油精製及び石油化学のワックス含有留出油などが挙げられる。
反応形式は、特に限定されず、通常は、固定床、移動床、沸騰床、懸濁床等の種々のプロセスから選択できるが、反応器の設計、製造がより容易であり、かつ運転をより安定に実施しやすいという点から、固定床が好ましい。また、原料油の流通法については、ダウンフロー、アップフローの両形式で採用することができる。
反応条件については特に制限はないが、固定床を用いる場合には、通常、温度200〜480℃、好ましくは250〜380℃、反応圧力1.0〜15.0MPa・G、好ましくは4.0〜10.0MPa・G、水素/原料油比100〜2,000Nm3/kL、好ましくは200〜1,000Nm3/kL、液時空間速度(LHSV)0.1〜10hr-1、好ましくは0.3〜8hr-1で処理することができる。
次に、本発明を実施例により、さらに詳細に説明するが、本発明は、これらの例によってなんら限定されるものではない。
比較例1 触媒Iの調製
アルミナスラリー(20質量%濃度)と硼酸水溶液(10質量%濃度)を混合し、B23(ボリア)/Al23(アルミナ)の質量比で10/90となるように調整し、捏和器にて加熱捏和し、水分を調整した後、押出し成形機にて1/16インチの円柱状の押出し成形体を調製した。押出し成形体を110℃、12時間乾燥後、550℃、3時間焼成し、担体Iを得た。100gの担体Iにジニトロジアンミン白金硝酸酸性溶液(pH1.0)を白金として1.0質量%となるように含浸させ90℃、3時間乾燥後、500℃、3時間焼成し、触媒Iとした。その触媒IについてEPMAを測定したところ、A/B比は8.0であった。
実施例1 触媒IIの調製
比較例1における触媒Iの調製において、白金塩としてテトラアンミン白金硝酸塩水溶液(pH10.6)にしたこと以外は同様にして、触媒IIを調製した。その触媒IIについてEPMAを測定したところ、A/B比は1.67であった。
実施例2 触媒IIIの調製
比較例1における触媒Iの調製において、白金塩としてテトラアンミン白金水酸化物溶液(pH13.0)にしたこと以外は同様にして、触媒IIIを調製した。その触媒IIIについてEPMAを測定したところ、A/B比は1.67であった。
実施例3 触媒IVの調製
実施例1における触媒IIの調製において、白金として0.5質量%となるように含浸したこと以外は同様にして、触媒IVを調製した。その触媒IVについてEPMAを測定したところ、A/B比は1.50であった。
比較例2 触媒Vの調製
SiO2(シリカ)/Al23(アルミナ)モル比5.5、Na含量1.3質量%のNH4−Y型ゼオライトを580℃でスチーミング処理してスチーミングゼオライトを得た。1.0kgのスチーミングゼオライトに水を11.5L加え、スラリーとした後、75℃にて30分間攪拌した。次いで、このスラリーに10質量%硫酸6.37kgを添加し、さらに濃度0.57モル/Lの硫酸第二鉄水溶液1.15kgを添加し、30分間攪拌してろ過、洗浄後、鉄含有ゼオライトスラリーを得た。
アルミナスラリー(20質量%濃度)と10質量%の硼酸水溶液を混合し、B23(ボリア)/Al23(アルミナ)の質量比で15/85となるように調整した。この硼酸−アルミナスラリーに鉄含有ゼオライトを乾燥質量で5質量%となるように捏和混合した。水分を調整した後、押出し成形機にて1/16インチの円柱状の押出し成形体を調製した。押出し成形体を110℃、12時間乾燥後、350℃、3時間焼成し、担体IIを得た。100gの担体IIにジニトロジアンミン白金硝酸酸性溶液(pH1.3)を白金として1.0質量%となるように含浸し、乾燥後、500℃、3時間焼成し、触媒Vとした。EPMAを測定したところA/B比は6.0であった。
実施例4 触媒VIの調製
比較例2において、ジニトロジアンミン白金硝酸酸性溶液に替えてテトラアンミン白金硝酸塩水溶液(pH10.6)にした以外は同様にして触媒VIを調製した。EPMAを測定したところA/B比は1.33であった。
比較例3,4及び実施例5〜8
触媒I〜VIについて、ノルマルヘキサンのパルス反応を行った。反応は以下の前処理条件、反応条件で行った。
・触媒量:30mgの触媒を粉砕し、粉末状とした。
・前処理条件:水素流量100cm3/min(0℃、0.1MPa換算)、室温より1時間昇温、400℃で1時間保持、260℃に降温した。
・反応条件:水素流量100cm3/min(0℃、0.1MPa換算)、温度280℃,320℃,360℃,380℃,400℃におけるパルス反応を実施した。パルス量は1μL/回とした。
ノルマルヘキサンが他の成分へ転化した割合を転化率として、結果を第1表に示す。
Figure 0005027391
実施例9〜15
触媒IIを使用し、第2表に記載のFT油を原料とし、第3表に記載の反応条件で、固定床流通式反応装置で水素化分解反応を行った。結果を第3表に示す。
Figure 0005027391
Figure 0005027391
*1 分解率(質量%)={1−(生成油中の350℃+留分(質量%))/(原料油中の350℃+留分(質量%))}×100

Claims (4)

  1. Y型ゼオライト、超安定Y型ゼオライト(USY)及びβ−ゼオライトから選ばれる少なくとも一種のゼオライト、アルミナ又はアルミナ−ボリアからなる担体に白金成分及び/又はパラジウム成分からなる貴金属成分が担持された触媒であって、エレクトロン・プローブ・マイクロ・アナリシス(EPMA)測定における該触媒断面の貴金属の濃度分布において、外表面の濃度高さAと中心の濃度高さBの比A/Bが0.2〜2の範囲にある蝋原料油の水素化分解触媒の製造において、前記貴金属成分の担持を、pH10.6〜14の条件で貴金属塩を担体に担持させて行うことを特徴とする蝋原料油の水素化分解触媒の製造方法。
  2. 前記比A/Bが0.8〜1.8の範囲にある請求項1記載の含蝋原料油の水素化分解触
    の製造方法。
  3. 貴金属塩が、テトラアンミン硝酸塩又はテトラアンミン水酸塩である請求項1又は2に記載の含蝋原料油の水素化分解触媒の製造方法。
  4. 請求項1〜のいずれかに記載の水素化分解触媒の製造方法によって得られた水素化分解触媒を使用することを特徴とする含蝋原料油の水素化分解方法。
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