JP4275526B2 - 水素化精製触媒、それに用いる担体および製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、石油などの炭化水素油の水素化精製に用いられる触媒およびその製造方法、並びに、その触媒に用いられる担体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
石油精製では水素化精製触媒として、アルミナ担体上に水添能のある水素化活性金属成分を担持させた触媒が多く用いられている。水素化精製は、水素の存在下で炭化水素油と水素化精製触媒を接触させるものであり、炭化水素油中に含まれるヘテロ元素、すなわち硫黄、窒素、および金属分（バナジウム、ニッケル、鉄など）を除去することができる。このような触媒に関しては、ヘテロ元素の除去能力を向上させるため、活性金属、担体の性質、細孔構造、活性金属の担持方法などについて種々検討がなされてきた。
【０００３】
水素化精製触媒の担体として、アルミナ水和物である擬ベーマイトの微粉体を混練、成形した後、焼成することで作製できるアルミナ担体を用いることで、高い活性の水素化精製触媒が得られる。水素化精製触媒にりん成分を含有させることがある。りん成分は、担持液に含まれて担持される場合や、担体の作製時に添加される。例えば、特開昭６１−２５４２５４（米国特許４，６２４，９３８に対応）は、水酸化アルミナ沈殿物にりん含有化合物を添加して焼成することで触媒担体を作製している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、担体中にりん成分を含有し、実用上十分な機械的強度及び高い触媒活性を有する水素化精製触媒を製造するための新規な方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、擬ベーマイトを合成する原料溶液にりん成分を含ませ、得られた擬ベーマイトを特定の温度で焼成した担体を用いることで、実用上十分な機械的強度を有し、かつ、水素化精製触媒の活性が向上することを見いだし、本発明を完成した。
【０００６】
本発明の第１の態様に従えば、アルミニウムに対してモル比で０．００３〜０．０３のりんを含有するアルミニウム溶液を調製する工程と；
調製したアルミニウム溶液を中和して擬ベーマイト粉を形成する工程と；
擬ベーマイト粉を成形し、６５０℃以上の温度で焼成して、γアルミナを主成分とする担体であってγアルミナの粉末Ｘ線回折の（４００）ピークの半価幅Ｗγがαアルミナの（１１３）ピークの半価幅Ｗαに対して、（Ｗγ／Ｗα）≦１０であり、かつ、示差熱分析したときに、γアルミナのαアルミナへの相転移により生じる発熱ピーク温度が１３５０℃以上である担体を得る工程と；
擬ベーマイト粉または担体に水素化活性金属を担持する工程とを備える水素化精製触媒の製造方法が提供される。
【０００７】
本発明において、成形された擬ベーマイト粉の焼成温度は、７００℃〜９００℃が好ましく、特に７５０℃〜８５０℃が好ましい。水素化活性金属の担持は、水素化活性金属を含む溶液で担体を含浸し、さらに焼成することによって行ってよく、あるいは擬ベーマイト粉を形成する工程で形成された擬ベーマイト粉を混練しながら水素化活性金属を添加することにより行ってもよい。
【０００８】
水素化活性金属がモリブデン、タングステン、コバルト及びニッケルからなる群から選ばれた少なくとも一種にし得る。特に、水素化活性金属は、モリブデンまたはタングステンと、コバルトまたはニッケルを少なくとも含むことが好ましい。
【０００９】
本発明の第２の態様に従えば、アルミニウムに対してモル比で０．００３〜０．０３のりんを含有するアルミニウム溶液を調製する工程と；
調製したアルミニウム溶液を中和して擬ベーマイト粉を形成する工程と；
擬ベーマイト粉を６５０℃以上の温度で焼成して担体を得る工程で得た水素化精製触媒用担体であって、
主成分としてのγアルミナと；
アルミニウムに対してモル比で０．００３〜０．０３のりんと；を含み；
上記りんの担体内部での濃度分布のばらつきが１０％以内であり、
上記担体を示差熱分析したときに、γアルミナのαアルミナへの相転移により生じる発熱ピーク温度が１３５０℃以上であり、γアルミナの粉末Ｘ線回折の（４００）ピークの半価幅Ｗγが、αアルミナの（１１３）ピークの半価幅Ｗαに対して、（Ｗγ／Ｗα）≦１０を満足することを特徴とする水素化精製触媒用担体が提供される。
【００１０】
本発明の水素化精製触媒用担体において、γアルミナの粉末Ｘ線回折の（４００）ピークの半価幅Ｗγが、αアルミナの（１１３）ピークの半価幅Ｗαに対して、（Ｗγ／Ｗα）≦１０を満足することにより、担体が十分に結晶化していることがわかる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
［アルミニウム溶液］
本発明に用いるアルミニウム溶液は、含有するアルミニウムに対してモル比で０．００１〜０．０５、好ましくは０．００３〜０．０３または０．００８〜０．０４のりんを含有している。アルミニウム溶液は、酸性のアルミニウム溶液でもアルカリ性のアルミニウム溶液でもよい。含有させるりんの形態は特に限定されないが、通常、りん酸またはりん酸塩の形態で含まれる。
【００１２】
酸性のアルミニウム溶液としては、硫酸、塩酸などの無機酸、酸性塩の水溶液などを用いることができるが、硫酸アルミニウム、塩化アルミニウムなどの酸性のアルミニウム塩水溶液が、好ましく用いられる。この場合、酸性アルミニウム水溶液のアルミニウム濃度は０．５〜３ｍｏｌ／Ｌが好ましい。
【００１３】
酸性のアルミニウム溶液としては、アルミニウムを含む酸性廃液や、アルミニウム廃材、水酸化アルミニウム汚泥を溶解した溶液を用いることが資源の再利用の視点から好ましい。特に、アルミニウム表面処理工場のアルミスラッジと呼ばれる廃液処理工程から生じる低結晶質水酸化アルミニウム汚泥は、溶解性が高いので好ましく用いられる。アルミニウムを含む酸性廃液としては、アルミニウムのエッチング廃液、陽極酸化処理の電解液廃液などを用いることができる。また、アルミニウム加工時に生じる切りくず、廃棄物中に含まれるアルミニウム金属分や水酸化アルミニウム汚泥を酸で溶解した溶液を用いることができる。
【００１４】
アルカリ性のアルミニウム溶液としては、アルミン酸水溶液が好ましく用いられる。アルミン酸水溶液のアルミニウム濃度は０．３〜６ｍｏｌ／Ｌ、特には０．５〜４ｍｏｌ／Ｌが、また、アルカリ／アルミニウムのモル比は、１〜３、特には１．５〜２．８が好ましい。アルカリ性のアルミニウム溶液として、アルミニウムを含むアルカリ性廃液や、アルミニウム廃材を溶解した溶液を用いることが資源の再利用の視点から好ましい。
【００１５】
［擬ベーマイト粉の形成］
アルミニウム溶液を中和することで擬ベーマイト粉を生成する。中和は、アルミニウム溶液に酸またはアルカリを混合する、または、酸性のアルミニウム溶液とアルカリ性のアルミニウム溶液を混合することで行なうことができる。混合を４０〜８０℃、特には５５〜７５℃の温度で行い、混合の割合は、混合液のｐＨが７〜１０．５、特には８．５〜９．５となるように調整することが好ましい。これ未満では合成された擬ベーマイト粉の濾過が難しく、また、これを越えると擬ベーマイトが発生せずバイヤライトが発生しやすくなる。得られた擬ベーマイト粉は、濾過、水洗され、担体の原料となる。なお、運搬などのために、水洗後に乾燥してもよい。
【００１６】
［擬ベーマイト粉の物性］
得られる擬ベーマイトは、結晶内に余分の水分子を持つアルミナ水和物であり、Ａｌ_２Ｏ_３・ｘＨ_２Ｏで表され、ｘは１以上２未満である。ベーマイトのＸ線回折インデックスは、ＡＳＴＭカードＮｏ．５−０１９０に記載されているが、本発明によれば、（０２０）面間隔６．４〜６．７Åの擬ベーマイトが好ましく得られる。
【００１７】
擬ベーマイトは、窒素吸着法で測定した比表面積を１００〜５００ｍ^２／ｇ、特には、３００〜５００ｍ^２／ｇとすることでより高い触媒活性を得ることができる。また、窒素吸着法で測定した細孔容積が０．３〜１．８ｍＬ／ｇ、特に０．５〜１．２ｍＬ／ｇであることが好ましい。細孔容積がこの範囲未満では触媒の初期活性が得られ難く、逆に、この範囲を超えると触媒担体の機械的強度が低下する。
【００１８】
［担体］
本発明による担体は、上述した擬ベーマイトを焼成することで作製することができる。焼成温度は、通常のアルミナ担体の焼成温度よりも高く、例えば、６５０℃以上、好ましくは６５０℃〜９００℃、特に好ましくは７００℃〜９００℃、一層特に好ましくは７５０〜８５０℃で焼成する。発明者によると、この理由は次のように考えられる。アルミナ中に存在するリンはアルミナの結晶化を阻害することが分っている。これはリンとアルミナが化学結合してエネルギー的に安定な状態になっているからであると考えられる。すなわち、本発明で得られる擬ベーマイトはリンを均一分散して含有しているために擬ベーマイトがエネルギー的に安定して、この結果、アルミナを結晶化させるための焼結温度が高くなると考えられる。焼成前に、常温〜１５０℃で、特には１００〜１３０℃で乾燥することが好ましい。焼成時間は、焼成温度に達した後、０．２〜１２時間、特には０．５〜５時間とすることが好ましい。通常、乾燥工程前に、スクリュー式押出機などの装置を用いて、ペレット状、ハニカム状などの形状に成形する。典型的には、０．５〜５ｍｍ径の球状、円柱状、円筒状、クローバ状などの形状が用いられる。
【００１９】
擬ベーマイトを、焼成前に混練し、成形することが好ましい。混練は、一般に触媒調製に用いられている混練機により行うことができる。上述の擬ベーマイトの水分を調整し、攪拌羽根で混合するような方法が好ましく用いられる。通常、乾燥した擬ベーマイトを用いる場合は、混練の際に水を加えるが、加える液体としては、アルコールやケトンでもよい。混練の時間やその温度は、適宜選択できる。また、硝酸などの酸やアンモニアなどの塩基、有機化合物、バインダー、セラミックス繊維、界面活性剤、水素化活性成分、ゼオライトなどを加えて混練してもよい。混練により、擬ベーマイトの結晶子成長を行わせることもできる。
【００２０】
混練により得られる担体の細孔径分布も調整することができる。マクロポアの実質的に存在しない担体を調製するためには解膠性の高い粉が好ましい。マクロポアを持つ担体を調製するためには解膠性の低い粉が好ましい。解膠性が高すぎると得られた担体の水安定性が低く好ましくない。具体的には、擬ベーマイト粉体の解膠性指数として０．１０〜０．９０、特には０．１５〜０．８０が好ましい。リンを含有する擬ベーマイト粉体の場合、水安定性の高い担体が得られるため、リンを含有しない擬ベーマイト粉体より高い解膠性でも十分な機械的強度を有するものが得られる。また、マクロポアを有する担体を調製のためには解膠性指数が０．１５以下、特には０．１０以下が好ましい。解膠性指数は、次のように測定することができる。評価する擬ベーマイト粉体６ｇを、水３０ｍＬと０．１規定硝酸水溶液６０ｍＬとともに容器に入れた後ブレンダーで解砕して、スラリーとする。このスラリーを３０００ｒｐｍ、３分間の遠心分離により、懸濁部と沈降部に分離して、容器に移して乾燥し、それぞれの固形分重量を測定する。懸濁部の固形分重量を、懸濁部の固形分重量と沈降部の固形分重量の合計で割った値を解膠性指数とする。
【００２１】
［担体の特性］
担体は、窒素吸着法で測定した比表面積を５０〜４００ｍ^２／ｇとすることでより高い触媒活性を得ることができる。また、窒素脱着法で測定した細孔容積が０．４〜１．２ｍＬ／ｇ、特には０．５〜１．０ｍＬ／ｇであることが好ましい。細孔容積がこの範囲以下では触媒の初期活性が得られ難く、逆に、この範囲を超えると触媒の機械的強度が低下する。担体は実質的にγ−アルミナからなることが好ましいが、γ−アルミナ以外の担体成分として、担体重量に対して２０重量％以下、特には５重量％以下の他の成分を含ませることもできる。
【００２２】
本発明による水素化精製触媒用担体は、アルミニウムに対してモル比で０．００１〜０．０５のりんを含有するγアルミナを主成分とし、γアルミナの粉末Ｘ線回折の（４００）ピークの半価幅Ｗγとαアルミナの（１１３）ピークの半価幅Ｗαとの比（Ｗγ／Ｗα）が１０以下、好ましくは８．５〜１０、さらに好ましくは８．５〜９．０である。この半価幅の測定は、Ｘ線回折の粉末試料にαアルミナを内部標準として含有させて測定することができる。担体に水素化活性金属が担持されて得られた触媒であっても、比（Ｗγ／Ｗα）で特定した結晶性は同等である。比（Ｗγ／Ｗα）の値として１０を基準としているのは、比（Ｗγ／Ｗα）が１０以下であればアルミナの結晶化が十分であるからであるからである。さらに、本発明による水素化精製触媒用担体は、γアルミナのαアルミナへの相転移に起因する発熱ピーク温度が１３００℃以上、好ましく１３５０℃以上、さらに好ましくは１３６０℃〜１４００℃に現れることによっても同定される。
【００２３】
本発明の担体が灯油留分、軽油留分、減圧軽油留分などの中間留分の水素化精製触媒に用いられる場合には、担体が以下のような性状を有することが好ましい。窒素ガス吸着法で測定した比表面積が１００〜４００ｍ^２／ｇ、特に好ましくは２００ｍ^２／ｇ以上であり、細孔容積が０．３〜１ｍＬ／ｇ、特に好ましくは０．５ｍＬ／ｇ以上であり、中央細孔直径が３〜２０ｎｍ、特に好ましくは４〜１２ｎｍである。なお、本明細書で中間留分とは、５０％留出温度が４８０℃未満の留分である。通常、中間留分の９０％留出温度は、５８０℃以下である。
【００２４】
本発明の担体が重質油の水素化精製触媒に用いられる場合には、担体が以下のような性状を有することが好ましい。窒素ガス吸着法で測定した比表面積が好ましくは１００〜４００ｍ^２／ｇ、特に好ましくは１５０ｍ^２／ｇ以上である。窒素ガス吸着法で測定した細孔容積が好ましくは０．３〜１ｍＬ／ｇ、特に好ましくは０．５ｍＬ／ｇ以上であり、中央細孔直径が好ましくは３〜２０ｎｍ、特に好ましくは４〜２０ｎｍである。なお、本明細書で重質油とは、残炭分が１％以上含む留分であり、常圧蒸留残さ油、減圧蒸留残さ油などが例示される。
【００２５】
［水素化精製触媒］
上述の担体に水素化活性金属成分を担持して、水素化精製触媒を作製する。担持する水素化活性金属成分としては、周期律表第６族、第９族および第１０族金属元素から選ばれる少なくとも一種の金属元素を用いることができる。周期律表第６族金属元素の少なくとも一種、特にはモリブデンまたはタングステンと、第９族または１０族金属元素の少なくとも一種、特にはニッケルまたはコバルトのいずれかあるいはこの両元素を用いることが好ましい。これらの元素は、金属、酸化物状態、あるいは硫化物状態で担体に含有させることが好ましい。水素化活性金属成分以外に、りんの酸化物または硫化物などを担持することもできる。
【００２６】
これらの金属成分の担持は、通常用いられる含浸法、例えば、ポアフィリング法（ｐｏｒｅ−ｆｉｌｌｉｎｇ法）、加熱含浸法、真空含浸法、浸漬法、混練法などの公知の手法を用いるとよい。典型的には、担体に水素化活性金属成分を含有する水溶液を含浸させ、乾燥した後、焼成することにより担持できる。特にはポアフィリング法が好ましく用いられる。ポアフィリング法は、担体にその細孔容量と同程度（細孔容量の０．２〜５倍容量、好ましくは０．５〜２倍容量）の担持液を霧状にするなどの方法で均一に担体に接触させる方法である。なお、この場合、第６族金属元素は、パラモリブデン酸アンモニウム、パラモリブデン酸、モリブデン酸アンモニウム、りんモリブデン酸、タングステン酸アンモニウム、タングステン酸、無水タングステン酸、りんタングステン酸などの化合物を水溶液として用いるとよい。また、第９族または１０族金属元素は、ニッケルあるいはコバルトの硝酸塩、硫酸塩、塩化物、フッ化物、臭化物、酢酸塩、炭酸塩、りん酸塩などの水溶液が用いられる。
【００２７】
担持のための焼成は、空気、または、酸素を十分に含む雰囲気が用いられる。焼成は、４００℃〜８００℃、好ましくは４００〜６００℃、特には４５０〜５５０℃の温度範囲、好ましくは、担体の焼成温度よりも低い温度で行われ、焼成温度までの昇温時間は１０〜２４０分、焼成温度での保持時間は１〜２４０分が好ましい。好ましくは焼成の前に乾燥が行われる。乾燥は、通常は、５０〜１８０℃、好ましくは８０〜１５０℃の温度範囲で、１０分〜２４時間行われる。
【００２８】
これらの担持量は、脱硫、脱窒素などの水素化精製活性の観点から、触媒重量に対し、第６族金属元素は、その合計の金属元素重量として１〜１５重量％、特には５〜１０重量％、第９族または１０族金属元素は、その合計の金属元素重量として０．５〜５重量％、特には１〜３重量％とすることが好ましい。なお、金属成分の担持は、擬ベーマイトを混練する過程で金属成分を添加して混練することにより行うこともできる。特に好ましい触媒組成は、モリブデンを金属元素重量として３〜２０重量％、特には７〜１８重量％、コバルトおよびニッケルを金属元素重量として１〜８重量％、特には２〜５重量％、りんをりん元素重量として０．１〜５重量％、特には０．２〜３重量％、さらに好ましくは０．５〜１重量％である。
【００２９】
本発明の水素化精製触媒を中間留分の水素化精製に用いる場合には、比表面積が５０〜３５０ｍ^２／ｇ、より好ましくは１５０〜３００ｍ^２／ｇ、細孔容積が０．１〜１ｍＬ／ｇ、より好ましくは０．３〜０．８ｍＬ／ｇ、中央細孔直径は３〜２０ｎｍ、より好ましくは４〜１２ｎｍの範囲になるようにするとよい。本発明の水素化精製触媒を、重質油の精製に用いる場合には、比表面積が５０〜３５０ｍ^２／ｇ、より好ましくは１５０〜３００ｍ^２／ｇ、細孔容積が０．１〜１ｍＬ／ｇ、より好ましくは０．３ｍＬ／ｇ以上、中央細孔直径は３〜２０ｎｍ、より好ましくは４〜２０ｎｍの範囲になるようにするとよい。
【００３０】
水素化精製触媒は、使用に先立って、硫黄含有化合物と接触させることで硫化処理される。用いられる硫黄含有化合物としては、二硫化炭素、ジメチルジサルファイド、ブチルメルカプタン、ジメチルメルカプタンなどがあげられる。硫化処理は、反応器に触媒を充填する前、または、充填した後に行なう。
【００３１】
本発明により製造された触媒を用いた水素化精製条件は、反応温度が２５０〜５００℃、より好ましくは３００〜４５０℃、反応圧力が１〜３０ＭＰａ、好ましくは３〜２０ＭＰａ、水素流量が水素／油比で５０〜５０００Ｌ／Ｌ、より好ましくは１００〜２０００Ｌ／Ｌ、および液空間速度（ＬＨＳＶ）が０．１〜１０／時、より好ましくは０．２〜５／時の範囲から選定することができる。
【００３２】
以下、本発明を実施例により詳しく説明するが、この実施例は本発明の権利範囲を限定するものではない。
【００３３】
【実施例１】
［初期活性評価１］
りん濃度０．０３ｍｏｌ／Ｌとなるようにりん酸を加えたアルミニウム濃度２．６ｍｏｌ／Ｌの塩酸アルミニウム水溶液を用意した（アルミニウムに対するリンのモル比Ｐ／Ａｌ＝約０．０１２）。加温した水に４．６ｍｏｌ／Ｌの水酸化ナトリウム水溶液を滴下しｐＨを９．０になるように調整した。この後、この塩酸アルミニウム水溶液と水酸化ナトリウム水溶液を容器に同時に連続的に注入しながら攪拌して混合した。混合時の液温は６０℃であり、ｐＨが９．０になるように各液の注入量を調整した。この混合を１７分間継続し、混合液５００Ｌを得た。この混合液を３０分間放置した後、得られたスラリーを濾過洗浄後スプレードライにより乾燥し擬ベーマイト粉Ａを得た。得られた擬ベーマイト粉は、Ｘ線回折から擬ベーマイトの構造であることが確認された。この擬ベーマイト粉Ａの解膠性指数は、０．５４であった。
【００３４】
得られたベーマイト粉に３．２５重量％硝酸水溶液を加えて混練を開始し、水を加えながら２時間混練した。これを押し出し成形機を用い、直径０．８ｍｍ、長さ３〜５ｍｍの柱状物とした。乾燥したペレットは、Ｘ線回折から擬ベーマイトの構造であることが確認された。その後、ロータリーキルンにより６００℃、７００℃または８００℃で１時間焼成し、担体１、担体２、担体３を得た。比較のため、りん含有量が０．０３重量％以下（アルミニウムに対するリンのモル比Ｐ／Ａｌ＝０．０００５以下）の市販の擬ベーマイト粉Ｂを用いて、６００℃、８００℃で焼成し、他の条件は同様にして担体４、担体５を作製した。なお、市販の擬ベーマイト粉Ｂに含まれるりんは、原料であるアルミニウム溶液中の不純物に由来していると考えられる。
【００３５】
担体１〜５にモリブデンとニッケルをそれぞれ次の方法により担持して、触媒１〜５を得た。アンモニウム溶液でアンモニウムヘプタモリブデ−ト（ＮＨ_４）_４Ｍｏ_７Ｏ_２４を溶解した水溶液を、担体の吸水量に希釈し、ポアフィリング法で担体に含浸させた。この含浸物を１３０℃で一晩乾燥後、吸水量に相当する硝酸ニッケル・Ｎｉ（ＮＯ_３）_２水溶液をポアフィリング法で担体に含浸させた。この含浸物を１３０℃で一晩乾燥後、通気式ロータリーキルンで空気中４５０℃、２５分間焼成して触媒を調製した。これらの触媒の性状を表１に示す。
【００３６】
なお、担体および触媒の比表面積、細孔容積（細孔直径５〜６０ｎｍの範囲）、中央細孔径の測定は、Ｍｉｃｒｏｍｅｒｉｔｉｃｓ社製ＡＳＡＰ２４００型にて測定し、触媒のペレットについて機械的強度としての側面破壊強度を富山産業（株）製ＴＨ−２０３ＣＰ錠剤破壊強度測定器を用いて測定した。測定プローブは先端が直径５．０ｍｍの円形状のものを使用し、円柱ペレットの側面中央に当てて測定する操作を２０回繰り返し、その平均値を測定値とした。
【００３７】
【表１】

【００３８】
触媒１〜５の脱硫活性、脱金属活性を次の条件による重質油の水素化精製実験により測定し、その結果を表１に併せて示す。原料油とした中東系常圧残渣油の性状は、密度：０．９７８ｇ／ｍＬ、硫黄分：４．１６２重量％、窒素分：２２３０重量ｐｐｍ、バナジウム元素：６７重量ｐｐｍ、ニッケル元素：２１重量ｐｐｍである。水素化精製の反応は触媒１００ｍＬを充填した直径２．５ｃｍ、長さ１００ｃｍのリアクタ−を使用し、軽油に二硫化炭素を１重量％溶解した油にて硫化処理し、水素化精製反応条件は、水素純度：９９．９％以上、水素圧力：１４．０ＭＰａ、液空間速度：１．０ｈｒ^−１、水素／オイル比：１０００ＮＬ／Ｌとした。反応温度３６０℃、３８０℃、４００℃で採取した生成油中の硫黄分、金属分（バナジウムおよびニッケル）を分析し、脱硫に関する反応次数を２次として、脱メタルに関する反応次数を一次として各触媒について脱硫反応速度定数、脱金属反応速度定数を求めた。各温度における反応速度定数の平均値を、触媒４を基準（１００）として標準化した値を相対活性とした。
【００３９】
【実施例２】
［寿命評価１］
触媒３と同様に作製した触媒６と、触媒４と同様に作製した触媒７と、触媒８を使用して、寿命評価のためにラタウィ重油を原料油とした水素化精製実験を行った。ここで触媒８とは、担体４に対してりんを担持液に添加しポアフィリング法で含浸した触媒である。すなわち、和光純薬工業（株）製アンモニウムヘプタモリブデ−ト（ＮＨ_４）_４Ｍｏ_７Ｏ_２４・４Ｈ_２Ｏ １７．８ｇにイオン交換水を加えて溶解した溶液に、関東化学（株）製２８重量％アンモニウム溶液７．８ｇを加えた溶液を１００ｇの担体４の吸水量に相当する溶液量に希釈し、ポアフィリング法で１００ｇの担体４に含浸させた。この含浸物を１３０℃で一晩乾燥後、関東化学（株）製硝酸ニッケル・Ｎｉ（ＮＯ_３）_２・６Ｈ_２Ｏ １３．１ｇにイオン交換水を加え、溶解溶液に関東化学（株）製りん酸４．５ｇを加えた溶液を乾燥物吸水量に相当する溶液量に希釈し、再度ポアフィリング法で乾燥物に含浸させた。含浸物を１３０℃で一晩乾燥後、通気式ロータリーキルンで空気中４５０℃、２５分間焼成し触媒８とした。触媒６と触媒７と触媒８の特性を表２にまとめる。
【００４０】
【表２】

【００４１】
原料油の性状は、密度：１．０３ｇ／ｃｍ^３、硫黄分：５．６４重量％、バナジウム分：１２９重量ｐｐｍ、ニッケル分：４９重量ｐｐｍである。水素化精製の反応は触媒１００ｃｍ^３を充填した直径２．５ｃｍ、長さ１００ｃｍのリアクタ−を２本接続して使用し、軽油に二硫化炭素を１重量％溶解した油にて硫化処理し、反応条件は、水素純度：９９．９％以上、水素圧力：１４．０ＭＰａ、液空間速度：０．５ｈｒ^−１、水素／オイル比：１０００ＮＬ／Ｌとした。反応温度３９０℃で水素化脱硫、脱メタル反応を行った。図１には運転時間に対する生成油中の硫黄濃度の関係、図２には運転時間に対する生成油中のニッケルとバナジウムの合計の濃度の関係を示した。触媒６は、触媒７よりも初期の脱硫活性が約２５％高く、通期において活性優位かつ触媒寿命も延長した。りんを担持液に添加し、含浸した触媒８は初期の脱硫活性は触媒６と同等であったが、劣化が著しかった。脱メタル活性についも脱硫活性と同様な傾向であった。
【００４２】
【実施例３】
［寿命評価２］
りん濃度０．０３ｍｏｌ／Ｌとなるようにりん酸を加えたアルミニウム濃度２．６ｍｏｌ／Ｌの塩酸アルミニウム水溶液を用意した。加温した水に４．６ｍｏｌ／Ｌの水酸化ナトリウム水溶液を滴下しｐＨを９．０になるように調整した。この後、この塩酸アルミニウム水溶液と水酸化ナトリウム水溶液を容器に同時に連続的に注入しながら撹拌して混合した。混合時の液温は７５℃であり、ｐＨが９．０になるように各液の注入量を調整した。この混合を１７分継続し、混合液５００Ｌを得た。この混合液を３０分放置した後、得られたスラリーを濾過洗浄後スプレードライにより乾燥し擬ベーマイト粉Ｃを得た。得られた擬ベーマイト粉は、Ｘ線回折から擬ベーマイトの構造であることが確認された。この擬ベーマイト粉Ｃの解膠性指数は０．３６であった。
【００４３】
得られたベーマイト粉に１重量％アンモニア水溶液を加えて混練を開始し、水を加えながら１時間混練した。これを押し出し成形機を使い、長径１．５ｍｍ、短径１．２ｍｍ、安定径１．１ｍｍで長さが３〜５ｍｍ程度の四つ葉状のペレットとした。乾燥したペレットを８００℃で１時間焼成し、担体９を得た。比較のため、りん含有量が０．０１重量％以下の市販の擬ベーマイトＤを用いて、担体９と同様の条件で担体１０を得た。
【００４４】
触媒９は四つ葉状の担体９に和光純薬工業（株）製アンモニウムヘプタモリブデ−ト（ＮＨ_４）_４Ｍｏ_７Ｏ_２４・４Ｈ_２Ｏ １２．４ｇにイオン交換水を加えて溶解した溶液に、関東化学（株）製２８重量％アンモニウム溶液５．５ｇを加えた溶液を、１００ｇの担体９の吸水量に相当する溶液量に希釈し、ポアフィリング法で１００ｇの担体９に含浸させた。含浸物を１３０℃で一晩乾燥後、関東化学（株）製硝酸ニッケル・Ｎｉ（ＮＯ_３）_２・６Ｈ_２Ｏ ８．３ｇにイオン交換水を加えた溶液を乾燥物吸水量に相当する溶液量に希釈し、再度ポアフィリング法で乾燥物に含浸させた。含浸物を１３０℃で一晩乾燥後、通気式ロータリーキルンで空気中４５０℃、２５分間焼成した。触媒１０は四つ葉状の担体１０を使用して触媒９と同様に調製した。触媒９と触媒１０の特性を表３にまとめる。
【００４５】
【表３】

【００４６】
触媒１０と触媒９についてボスカン原油を原料油として用い、触媒１００ｃｍ^３を充填した直径２．５ｃｍ、長さ１００ｃｍのリアクタ−を１本接続して固定床反応装置にて実施した。軽油に二硫化炭素を１重量％溶解した油にて硫化処理し、反応条件は、水素純度：９９．９％以上、水素圧力：１４．０ＭＰａ、液空間速度：１．０ｈｒ^−１、水素／オイル比：６７０ＮＬ／Ｌとした。原料油性状は密度：０．９９５ｇ／ｃｍ^３、硫黄分：４．７７重量％、バナジウム分：１２６０重量ｐｐｍ、ニッケル分：１２０重量ｐｐｍ、残炭１４．７重量％である。反応は反応温度３９０℃で水素化脱硫、脱メタル反応を行った。触媒の活性は、主に原料油に含まれるニッケル、バナジウムなど重金属の被毒により低下するため、本実験は短期間で水素化脱硫触媒の寿命を評価する目的に適している。図３には運転時間に対する生成油中の硫黄濃度の関係、図４には運転時間に対する生成油中のニッケルとバナジウムの合計の濃度の関係を示した。触媒９は、触媒１０よりも初期の脱硫、脱メタル活性が高く、通期において活性優位であった。触媒寿命については同等であった。
【００４７】
【実施例４】
りん含有量が０．０３重量％以下（アルミニウムに対するリンのモル比Ｐ／Ａｌ＝０．０００６以下）の市販の擬ベーマイト粉Ｂに、３．２３重量％硝酸水溶液を加えて混練を開始し、水を加えながら２時間混練した。なお、このとき、添加した硝酸水溶液中にあらかじめ試薬のリン酸（関東化学社製 特級）を添加した。リン酸の添加量は、担体中のリン含有量が０．６重量％となる量を添加した。混練後に押し出し成形を行い、直径０．８ｍｍ、長さ３〜５ｍｍの柱状物とした。その後、ロータリーキルンにより８００℃で１時間焼成し、担体１１を得た。担体１１に、担体１〜５と同様の方法でモリブデンとニッケルを担持して触媒１１を得た。触媒１１の特性を表３にまとめる。
【００４８】
［結晶化度の測定］
担体１、担体２、担体３、担体９について、Ｘ線回折によるピーク分布を測定した。測定は、管電流と管電圧がそれぞれ４０ｋＶ、４００ｍＡの条件下において行い、スキャン速度は１分あたり２θが５°として２θが３°から９０°までスキャンした。試料は担体を乳鉢で粉末になるまで粉砕し、この粉砕物０．５グラムに対して０．０５グラムのαアルミナを内部標準として添加して、再度、乳鉢で均一混合したものを用いた。測定した２θが４０°から５０°までのピーク分布は図５のようになり、αアルミナの（１１３）ピークと担体であるγアルミナの（４００）のピークが明瞭に確認された。ここで用いたαアルミナは、市販γアルミナ（Ｓａｓｏｌ社「ＰＵＲＡＬ ＳＢ１」）を１６００℃で３６時間焼成したものを用いた。
【００４９】
次に、上記のαアルミナの（１１３）ピークと担体であるγアルミナの（４００）のピークの半価幅を求めた。αアルミナの（１１３）ピークの半価幅をＷα、γアルミナの（４００）のピークの半価幅をＷγとすると、表４のようになった。さらに焼成温度に対する（Ｗγ／Ｗα）の変化を求めたところ、焼結温度が６５０℃以上であると、（Ｗγ／Ｗα）の値は１０．１以下となることがわかった。ここで、本発明者の調査によると（Ｗγ／Ｗα）の値が約１０以下であれば、アルミナの結晶化が十分であり、高い触媒活性が得られることが分った。従って、表４の結果より、焼結温度が６５０℃以上であれば（Ｗγ／Ｗα）の値が１０．１以下となり、この値が９．０以下が好ましいことが分る。
【００５０】
【表４】

【００５１】
［示差熱分析］
担体１、担体２、担体３、担体４、担体９、担体１０、担体１１について、示差熱分析法（ＴＧ−ＤＴＡ）による吸発熱ピークを測定した。測定はリガク社製のＴＡＳ２００を使用し、各担体を乳鉢で粉砕して粉末状にしたものをアルミナルツボに収納して測定に使用した。そして室温から１４００℃まで１分あたり１０℃の速度で昇温した。図６は担体４において測定された吸発熱ピークと熱減量の様子を示しているが、１２４５℃付近に明瞭な発熱ピークが見られる。これはγアルミナからαアルミナへの相転移に伴う発熱である。表５は、各担体で測定されたγアルミナからαアルミナへの相転移に伴う発熱ピーク温度をまとめたものであるが、リンを含有するアルミニウム溶液を中和して形成した擬ベーマイト粉を用いた担体は全て発熱温度ピークが１３５０℃以上であることがわかる。これは、アルミナ中でリンとアルミニウムが化学結合してエネルギー的に安定な状態になっているために、アルミナを結晶化させるためにエネルギーがアルミナ単独の場合に比べて多く必要であるからと考えられる。特に本発明に従うアルミナ担体では、後述のようにリンがアルミナ中に均一分布しているために、γアルミナからαアルミナへの相転移温度が通常のアルミナよりもかなり高くなっている。なお、リンを混練により擬ベーマイトに含有させて調製した担体１１ではγアルミナからαアルミナへの相転移に伴う発熱ピーク温度は１３０７℃であった。
【００５２】
【表５】

【００５３】
［ＥＰＭＡ測定］
触媒１、触媒２、触媒３、触媒８、触媒９について、ＥＰＭＡ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｒｏｂｅ Ｍｉｃｒｏ Ａｎａｌｙｓｉｓ）による触媒断面の金属分布の線分析を行った。測定は、加速電圧２０ｋＶ、プローブ電流０．１μＡ、ビーム径１０μｍφ、ステップ幅１０μｍの条件において、Ａｌ、活性金属のＭｏ、Ｎｉおよびリンを対象に行った。図７は測定された触媒３断面、図８は触媒８断面の各成分の分布を示している。リンを含有する原料を用いて合成した擬ベーマイトから作製した触媒３は触媒内部のリン分布が均一であるのに対して、りんを担持液に添加しポアフィリング法で含浸した触媒８は触媒外周部にリンが偏在しているのがわかる。これは、リンのアルミニウムに対する吸着力が強いために、含浸担持の際、リンが触媒表面に吸着し内部に浸透しないことが原因と考えられる。リンが外周部のみに偏在すると表面活性が極めて高くなるため、メタル堆積による細孔閉塞が生じやすく短寿命となると考えられる。一方、触媒３は触媒内部にリンを均一に有しており長寿命でかつ高活性な触媒となっているものと考えられる。これは図１、図２で示した活性評価結果とも一致している。両者の触媒断面内におけるリン分布のばらつきを計算した結果を表６に示したが、リンを含有する原料を用いて合成した擬ベーマイトから作製した触媒はいずれもリンのばらつきが１０％以下であることがわかる。なお、ここでのばらつきは、ペレット内の標準偏差を平均値で割った値により定義される。
【００５４】
【表６】

【００５５】
【実施例５】
リン濃度０．１ｍｏｌ／Ｌとなるようにリン酸を加えたアルミニウム濃度１．０ｍｏｌ／Ｌの硫酸アルミニウム水溶液、および、アルミニウム濃度１．０ｍｏｌ／Ｌのアルミン酸ナトリウム水溶液を用意した（硫酸アルミニウムおよびアルミン酸ナトリウム中の総アルミニウムに対するリンのモル比はＰ／Ａｌ＝０．０３５）。加温した水にアルミン酸ナトリウム水溶液を滴下し、ｐＨを９．０になるように調整した。この後、この硫酸アルミニウム水溶液とアルミン酸ナトリウム水溶液を同時に連続的に注入しながら攪拌して混合した。混合時の液温は６０℃であり、ｐＨが９．０になるように各液の注入量を調整した。この混合を２０分継続し、混合液５００Ｌを得た。この混合液を３０分放置した後、得られたスラリーを濾過脱水後、スプレードライにより乾燥し、擬ベーマイト粉Ｃを得た。得られた擬ベーマイト粉は、Ｘ線回折から擬ベーマイトの構造であることが確認された。この擬ベーマイト粉の解膠性指数は、０．４３であった。
得られたベーマイト粉Ｃを用いて、担体３と同様の方法で担体１２を調製した。担体１２を用いて触媒３と同様の方法で触媒１２を調製した。また、触媒３の初期活性評価と同様の方法で、触媒１２の脱硫活性、脱金属活性を測定した。触媒１２の性状および初期活性評価結果を表７に示す。
【００５６】
【実施例６】
リン濃度０．０１ｍｏｌ／Ｌとなるようにリン酸を加えたアルミニウム濃度１．０ｍｏｌ／Ｌの硫酸アルミニウム水溶液、および、アルミニウム濃度１．０ｍｏｌ／Ｌのアルミン酸ナトリウム水溶液を用意し（硫酸アルミニウムおよびアルミン酸ナトリウム中の総アルミニウムに対するリンのモル比はＰ／Ａｌ＝０．００２）、それ以外は擬ベーマイト粉Ｃと同様の方法によって擬ベーマイト粉Ｄを得た。得られた擬ベーマイト粉は、Ｘ線回折から擬ベーマイトの構造であることが確認された。この擬ベーマイト粉の解膠性指数は、０．５２であった。
得られたベーマイト粉Ｄを用いて、担体３と同様の方法で担体１３を調製した。担体１３を用いて触媒３と同様の方法で触媒１３を調製した。また、触媒３の初期活性評価と同様の方法で、触媒１３の脱硫活性、脱金属活性を測定した。触媒１３の性状および初期活性評価結果を表７に示す。
【００５７】
【表７】

【００５８】
【産業上の利用可能性】
本発明は、特定量のりんを含有するアルミニウム溶液を中和して作製した擬ベーマイト粉成形して６５０℃以上の温度で焼成した担体を用いて水素化精製触媒を製造するものであり、この触媒は、実用上十分な機械的強度を有し、高い脱硫、脱金属活性を発揮する。
【００５９】
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、実施例で作製した触媒６〜８を用いた水素化精製処理の結果を示すグラフであり、運転時間に対する生成油中の硫黄濃度の関係を示す。
【図２】図２は、実施例で作製した触媒６〜８を用いた水素化精製処理の結果を示すグラフであり、運転時間に対する生成油中のニッケルとバナジウムの合計の濃度の関係を示す。
【図３】図３は、実施例で作製した触媒９及び１０を用いた水素化精製処理の結果を示すグラフであり、運転時間に対する生成油中の硫黄濃度の関係を示す。
【図４】図４は、実施例で作製した触媒９及び１０を用いた水素化精製処理の結果を示すグラフであり、運転時間に対する生成油中のニッケルとバナジウムの合計の濃度の関係を示す。
【図５】図５は、担体１、担体２、担体３、担体９についてのＸ線回折の結果を示すグラフである。
【図６】図６は、担体４について示差熱分析法により測定した吸発熱ピークを示すグラフである。
【図７】図７は、触媒３のＥＰＭＡ測定による触媒断面におけるＡｌ及びＰの濃度分布を示すグラフである。
【図８】図８は、触媒８のＥＰＭＡ測定による触媒断面におけるＡｌ及びＰの濃度分布を示すグラフである。

Claims (7)

1. アルミニウムに対してモル比で０．００３〜０．０３のりんを含有するアルミニウム溶液を調製する工程と；
   調製したアルミニウム溶液を中和して擬ベーマイト粉を形成する工程と；
   擬ベーマイト粉を成形し、６５０℃以上の温度で焼成して、γアルミナを主成分とする担体であって、γアルミナの粉末Ｘ線回折の（４００）ピークの半価幅Ｗγがαアルミナの（１１３）ピークの半価幅Ｗαに対して、（Ｗγ／Ｗα）≦１０であり、かつ、示差熱分析したときに、γアルミナのαアルミナへの相転移により生じる発熱ピーク温度が１３５０℃以上である担体を得る工程と；
   擬ベーマイト粉または担体に水素化活性金属を担持する工程とを備える水素化精製触媒の製造方法。
2. 焼成温度が７００℃〜９００℃であることを特徴とする請求項１に記載の水素化精製触媒の製造方法。
3. 水素化活性金属の担持を、水素化活性金属を含む溶液で担体を含浸し、さらに焼成することで行うことを特徴とする請求項１記載の水素化精製触媒の製造方法。
4. 水素化活性金属の担持を、形成された擬ベーマイト粉を混練しながら水素化活性金属を添加することにより行うことを特徴とする請求項１に記載の水素化精製触媒の製造方法。
5. 水素化活性金属がモリブデン、タングステン、コバルト及びニッケルからなる群から選ばれた少なくとも一種であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の水素化精製触媒の製造方法。
6. 請求項１に記載の方法で得られた水素化精製触媒。
7. アルミニウムに対してモル比で０．００３〜０．０３のりんを含有するアルミニウム溶液を調製する工程と；
   調製したアルミニウム溶液を中和して擬ベーマイト粉を形成する工程と；
   擬ベーマイト粉を６５０℃以上の温度で焼成して担体を得る工程で得た水素化精製触媒用担体であって、
   主成分としてのγアルミナと；
   アルミニウムに対してモル比で０．００３〜０．０３のりんと；を含み；
   上記りんの担体内部での濃度分布のばらつきが１０％以内であり、
   上記担体を示差熱分析したときに、γアルミナのαアルミナへの相転移により生じる発熱ピーク温度が１３５０℃以上であり、γアルミナの粉末Ｘ線回折の（４００）ピークの半価幅Ｗγが、αアルミナの（１１３）ピークの半価幅Ｗαに対して、（Ｗγ／Ｗα）≦１０を満足することを特徴とする水素化精製触媒用担体。

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