(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
３つの突起を有する長い成形粒子であって、各突起は、粒子の中心縦軸と平行する中心位置に取付けられ、そこから延びていて、粒子の断面は、中心円の周りにある、実際の１セットの３つの互い違いの外側円と仮想の１セットの３つの互い違いの外側円との合計６つの外側円の外端縁で囲まれた領域から、仮想の１セットの３つの互い違いの外側円が占める領域を除いた領域を有し、前記６つの外側円は各々、２つの隣接する外側円に接触し、実際の１組の３つの互い違いの外側円は、中心円に対し等距離であり、同一の直径を有し、かつ中心円に取付けられた該粒子。
【請求項２】
実際の１セットの３つの互い違いの外側円の直径が、中心円の直径の０．７４〜１．３倍の範囲である請求項１に記載の粒子。
【請求項３】
実際の１セットの３つの互い違いの外側円の直径が、中心円の直径と同一である請求項２に記載の粒子。
【請求項４】
Ｌ／Ｄ比が少なくとも２である請求項１〜３のいずれか１項に記載の粒子。
【請求項５】
Ｌ／Ｄ比が２〜５の範囲である請求項４に記載の粒子。
【請求項６】
長さが１〜２５ｍｍの範囲である請求項１〜５のいずれか１項に記載の粒子。
【請求項７】
アルミナ、シリカ、シリカ−アルミナ、マグネシア、チタニア、ジルコニア、合成又は天然ゼオライト、或いはこれら材料の２種以上の混合物から形成されたものである請求項１〜６のいずれか１項に記載の粒子。
【請求項８】
触媒活性を有する１種以上の金属及び／又は金属化合物を含有する請求項１〜７のいずれか１項に記載の粒子。
【請求項９】
水素化処理活性を有する１種以上の金属及び／又は金属化合物を含有する請求項８に記載の粒子。
【請求項１０】
請求項１〜９に記載の粒子のいずれか１種以上を含有する、触媒床上で処理すべき原料流で生じる望ましくない影響に対し、防護床の下流にある前記触媒床を保護するための防護床。
【請求項１１】
汚染性物質含有供給原料を、請求項１〜９のいずれか１項に記載の粒子の１層以上又は請求項１０に記載の防護床と接触させることを特徴とする触媒床における汚染又は汚染性沈着物の影響を低下させる方法。
【請求項１２】
炭化水素質供給原料を、請求項８又は９に記載の粒子を含有する触媒と接触させることを特徴とする炭化水素質供給原料の転化方法。
【請求項１３】
前記転化が、炭化水素質供給原料の水素化脱硫を含む請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
一酸化炭素及び水素から作った重質パラフィン系材料を、請求項１〜７のいずれか１項に記載の粒子を含有すると共に、水素化分解活性を有する１種以上の金属及び／又は金属化合物を含有する触媒の存在下で水素化分解処理して中間蒸留物を製造することを特徴とする合成ガスからの中間蒸留物の製造方法。
【請求項１５】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の粒子の存在下、向流気−液流の条件下で行なうことを特徴とする炭化水素の転化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
本発明は、広範囲の触媒的又は非触媒的役割に使用できる、特殊な形状を持った成形（ｆｏｒｍｅｄ）粒子に関する。これらの粒子は、汚染性物質を含有する供給原料に曝された触媒床の汚染を防止するか或いはかなり低下させて、圧力降下を減少させるのに好適に利用できる。また、これらの粒子は、例えばフィッシャー・トロプシュ法で得られたパラフィン系材料から中質蒸留物を製造するための水素化処理、例えば水素化脱硫や水素化分解にも利用できる。
【背景技術】
【０００２】
発明の背景
従来、各種の異なる方法用の粒子、特に触媒活性の粒子の開発には、膨大な量の研究が向けられて来た。非触媒的役割は勿論、触媒的役割のペレット、ロッド、球及び円筒のような通常の形状とは異なる形状の効果について利点、時には欠点を理解しようとする努力もかなりあった。
【０００３】
周知の形状の更なる例は、リング、クローバーの葉、ダンベル及びＣ形の粒子である。いわゆる“多葉体（ｐｏｌｙｌｏｂａｌ）”形粒子について、かなりの努力が向けられて来た。多くの市販の触媒は、ＴＬ（Ｔｒｉｌｏｂｅ）（三葉体）又はＱＬ（Ｑｕａｄｒｕｌｏｂｅ）（四葉体）形で入手できる。これらは通常の円筒形に対する代替品として役立ち、多くの場合、表面対容量比の増大により、更に多くの接触部位に曝すことができ、こうして一層活性な触媒を提供できるという利点がある。
【０００４】
各種形状による触媒性能への効果に関する研究の一例が、Ｉ．Ｎａｋａ及びＡ．ｄｅ  Ｂｒｕｉｊｎ（Ｊ．Ｊａｐａｎ  Ｐｅｔｒｏｌ．Ｉｎｓｔ．，Ｖｏｌ．２３，Ｎｏ．４，１９８０，ｐ２６８−２７３）の“Ｈｙｄｒｏｄｅｓｕｌｐｈｕｒｉｓａｔｉｏｎ  Ａｃｔｉｖｉｔｙ  ｏｆ  Ｃａｔａｌｙｓｔｓ  ｗｉｔｈ  Ｎｏｎ−Ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ  Ｓｈａｐｅ”と題する論文で知見することができる。この論文では、小規模実験装置において、断面が対称的四葉体形、非対称的四葉体形及び三葉体形の非円筒形押出物や、呼び径１／３２インチ、１／１６インチ及び１／１２インチの円筒形押出物の水素化脱硫活性（γ−アルミナ上にＭｏＯ3 を１２重量％及びＣｏＯを４重量％担持したもの）を試験した実験が説明されている。この論文では、水素化脱硫活性は、触媒粒子の幾何的容量対表面比と強力に相関するが、触媒の形状とは関係ないと結論付けている。
【０００５】
１９８７年公開のＥＰ−Ａ−２２０９３３には、四葉体型触媒の形状は、特に圧力降下として知られる現象に対し重要であると説明されている。得られた実験的証拠から、非対称的四葉体は、密接に関連する対称的四葉体よりも圧力降下が少ないことを明らかにしている。ＥＰ−Ａ−２２０９３３には、非対称形の粒子について、突起対の各々がこれら突起よりも狭い溝で分離され、隣接粒子の突起がその溝に入るのを防止していると説明されている。ＥＰ−Ａ−２２０９３３は、粒子の形状が触媒床の全体のかさ密度低下の原因となる床内の“詰め込み（ｐａｃｋｉｎｇ）”を防止することを教示している。
従来技術の知見の多くは矛盾し、特に粒子の大きさ低下により表面対容量比が増大した際、圧力降下の問題が絶えず存在しているので、このような問題を低減したり、或いは更に防止するような代りの粒子形状（任意に触媒活性のある）を探究する余地は、なおかなりある。
【非特許文献１】Ｉ．Ｎａｋａ及びＡ．ｄｅ  Ｂｒｕｉｊｎ（Ｊ．Ｊａｐａｎ  Ｐｅｔｒｏｌ．Ｉｎｓｔ．，Ｖｏｌ．２３，Ｎｏ．４，１９８０，ｐ２６８−２７３）
【特許文献１】ＥＰ−Ａ−２２０９３３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
今回、意外にも、一般的な“三葉体”形状の中でも特殊な形状の粒子は、触媒及び非触媒の両役割において、従来の“三葉体”粒子に比べて、予期し得ない大きさ可変性の利点を与えることが見い出された。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
発明の詳細な説明
したがって、本発明は、３つの突起を有する長い成形粒子であって、各突起は、粒子の中心縦軸と平行する中心位置に取付けられ、そこから延びていて、粒子の断面は、中心円の周りにある、実際の１セットの３つの互い違いの外側円と仮想の１セットの３つの互い違いの外側円との合計６つの外側円の外端縁で囲まれた領域から、仮想の１セットの３つの互い違いの外側円が占める領域を除いた領域を有し、前記６つの外側円は各々、２つの隣接する外側円に接触し、実際の１組の３つの互い違いの外側円は、中心円に対し等距離であり、同一の直径を有し、かつ中心円に取付けられた該粒子に関する。
【０００８】
本発明の粒子と同様な大きさの従来の対応する“三葉体”粒子よりも表面対容量比が大きい本発明の粒子は、このような従来の対応する“三葉体”粒子よりも実質的に圧力降下が少なくなることが見い出された。更に、本発明粒子の形状は、ＥＰ−Ａ−２２０９３３の教示では、圧力降下に対し有害であるとされた“詰め込み”をある程度許容する。
【０００９】
本発明による形状を有する粒子は、汚染を捕獲し、これにより圧力降下の増大に対し固定床反応器を防護するため、地均し（ｇｒａｄｉｎｇ）材として使用すると、極めて良好に達成することも見い出された。また、本発明による形状の粒子を基剤とする触媒は、固定床反応器内の物質移動又は拡散に限定された反応に、例えばフィッシャー・トロプシュ法による合成ガスから作ったパラフィン系材料の水素化分解の水素化分解触媒として使用すると、性能が向上できるものと考えられる。
【００１０】
本発明の粒子は、長く、３つの突起を有し、各突起は、粒子の全長沿いに続いている（ｒｕｎ）。粒子の断面は、中心円の周りの６つの外側円（実際の１セットの３つの互い違いの外側円と仮想の１セットの３つの互い違いの外側円との合計６つの外側円）の外端縁で囲まれた領域から仮想の１セットの３つの互い違いの外側円が占める領域を除いた領域として説明できる。
これら６つの外側円は各々、２つの隣接する外側円に接触していて、これら２つの隣接する外側円と重複していない。６つの外側円は、２セットの互い違いの外側円、即ち、前記断面内にある実際の１セットの３つの互い違いの外側円及び残りの仮想の１セットの３つの互い違いの外側円として見ることができる。これら実際の１セットの３つの互い違いの外側円は、中心円に対し等距離であり、同一の直径を有し、かつ中心円に取付けられている。中心円への距離及び円の直径は、両セットの互い違いの外側円について異なっていてもよい。
【００１１】
本発明の好ましい粒子は、実際の１セットの３つの互い違いの円の直径が、中心円の直径の０．７４〜１．３倍である断面を有するものである。実際の１セットの３つの外側円及び仮想の１セットの３つの外側円の合計６つの外側円の直径が全てこの範囲であることが好ましい。
本発明の更に好ましい粒子は、実際の１セットの３つの互い違いの外側円の直径が中心円の直径と同じである断面を有するものである。前記合計６つの外側円の直径が全て中心円の直径と同じであることが好ましい。
最も好ましい粒子は、実際の１セットの３つの互い違いの円が中心円に接触している断面を有する粒子である。前記合計６つの外側円が全て中心円に接触していることが好ましい。
【００１２】
図１に、本発明の最も好ましい粒子の断面を示した。図１の粒子の断面領域は、実線１内の領域である。この図（好ましい粒子の断面を示す）から明らかなように、外側円と同じ大きさの中心円の周りに整列した、実際の１セットの３つの互い違いの外側円と仮想の１セットの３つの外側円との合計６つの均等な大きさの外側円についての概念では、各外側円は、これに隣接する２つの外側円及び中心円に接触し、一方、仮想の１セットの３つの互い違いの外側円（点線２）を控除すると、中心円と２つの隣接する外側円の６倍分とが封じ込めた部分により形成された６つの領域（３）と共に、４つの円（中心円及び実際の１セットの３つの互い違いの外側円）から構成された、本発明粒子の断面領域が得られる。この好ましい粒子の呼び径は、図１のｄ  ｎｏｍとして示す。
【００１３】
本発明粒子の断面の周縁は、滑らかな線を形成するような周縁であり、この線は、連続的に微分可能な断面周縁を描く関数としても表現できる。
上記定義した形状から若干逸脱した形状も、本発明の範囲内であると考えられることは明らかであろう。ダイプレートを作製する際、実際上、許容差が予測できるダイプレートを製造することは、当業者にとって公知のことである。
【００１４】
粒子の長さ沿いに１つ以上の孔も有する本発明の粒子を製造することができる。例えば、中心の円筒（図１に示す断面の中心円）で形成された領域に１つ以上の孔、及び／又は１つ以上の互い違いの円筒（図１で示す断面の実線で示す互い違いの外側円）に１つ以上の孔を含有できる。１つ又は多数の孔が存在すると、表面対容積比が増大して、原則として更に多くの接触部位に曝すことができ、いずれの場合も、導入される装填材料に一層多く曝され、触媒及び／又は汚染回避の観点から有利に作業できる。粒子の大きさが小さくなるのに従って、中空粒子を製造するのはますます困難になるので、特定の目的で小さい方が望ましい場合は、大量の（ｍａｓｓｉｖｅ）粒子（なお微細孔を有する）を用いることが好ましい。
【００１５】
本発明粒子の間隙率（ｖｏｉｄａｇｅ）は、充分５０％を超える（間隙率は、存在する粒子外部の粒子床に存在する開放空間の容積分率として定義する。即ち、粒子内部の細孔容積は、間隙率には含まれない）。以下に述べる実験で使用した粒子の間隙率は、通常５８％で、比較用の“三葉体”粒子の間隙率（丁度４３％を超える）よりもかなり大きい。
【００１６】
本発明の粒子は、長さ／直径比（Ｌ／Ｄ）が少なくとも２であるものとして説明できる。粒子の直径は、２つの突起に接触する接線と、この接線に平行な、第三の突起に接触する線との距離として定義する。この直径は、図１のｄ  ｎｏｍで示した。好ましくは本発明粒子のＬ／Ｄ比は、２〜５の範囲である。例えば、以下に述べる実験で使用した粒子のＬ／Ｄ比は約２．５である。
【００１７】
本発明粒子の長さは、意図した用途の種類によるが、好適には１〜２５ｍｍの範囲であり、好ましくは３〜２０ｍｍの範囲である。汚染の制御や水素化脱硫の用途には、使用する粒子の直径は２〜５ｍｍの範囲であると都合がよい。
【００１８】
この成形粒子は、意図した形状を与えるダイプレートにより加工できるならば、いかなる好適な材料でも成形できる。好ましい材料は、非触媒的用途には勿論、触媒的用途にも使用できる多孔質材料である。好適な材料の例は、アルミナ、シリカ、シリカ−アルミナ、マグネシア、チタニア、ジルコニア及びこれら材料の２種以上の混合物のような無機耐火性酸化物である。本発明成形粒子の成形に使用される材料としては、合成又は天然ゼオライト、或いはそれらの混合物を、任意に前述の耐火性酸化物と共に、使用することも可能である。良好な結果は、アルミナ、特にγ−アルミナ、及び各種形状のシリカ−アルミナを基剤とした（触媒活性の）粒子で得られるが、他の材料も充分、利用できる。
【００１９】
本発明の粒子を触媒的方法に使用する場合、適当量の触媒活性金属及び／又が金属化合物が、（この場合のように、汚染を除去する能力の他に）触媒担体として役立つ粒子上に存在しなければならない。どのような金属及び／又は金属化合物を特定の用途に、しかも、どの程度に利用するか、更にこの選択された部分を、意図した粒子上にどのようにして取り込むかは、当業者に公知である。
【００２０】
例えば炭化水素質供給原料の水素化脱硫を意図する場合、本発明の成形粒子は通常、周期律表第ＶＩ族の金属１種以上及び／又は第ＶＩＩＩ族の非貴金属１種以上を含有する。これらの金属は、酸化物及び／又は硫化物として存在すると都合がよい。本明細書中で“水素化脱硫”という表現を使用する場合は、同時に起こる水素化脱窒素及び水素化のような水素化処理方法も含む。水素化脱硫条件は通常、１５０〜４００℃の範囲の温度、８０バール以下の水素分圧及び１〜２０Ｎｌ原料／ｌ触媒／ｈｒの範囲のＬＨＳＶである。Ｈ2 ／炭化水素原料比は、好適には１００〜２０００Ｎｌ／ｌの範囲である。
【００２１】
本発明の粒子は、防護床の役割に有利に使用できる。防護床は通常、触媒床上で処理すべき原料流で生じる望ましくない影響に対し、防護床の下流にある前記触媒床を保護するために利用される。
汚染は、供給原料を１つ以上の触媒床に通して処理する際、最も直面する問題の１つである。観察される汚染は、供給原料中の不純物で生じる可能性があり、これらの不純物は、原料中に既に存在していたか、或いは処理中に形成された可能性がある。処理すべき供給原料中に存在する不純物の例は、例えば金属含有粒子及び／又は適当な触媒床上で処理する前に除去されなかったか、或いは不完全にしか除去されなかった粘土又は塩粒子である。処理中に形成される不純物の例は、触媒床から除去されて、再循環操作においてこのような触媒床を通過する触媒活性粒子、又は供給原料を（厳しい）処理条件に曝す間に形成されたコークス粒子である。
【００２２】
防護床は通常、触媒的方法で使用される床の上流に配置される。不純物を吸収して、圧力降下の発生を遅らせ、これにより意図した方法の運転時間を長くするため、１つ以上の防護床が使用できる。防護床を形成する粒子の一部又は全部を触媒活性粒子に供給して、防護及び反応の役割に組合せることも可能である。意図した方法で使用する触媒活性材料とは異なる性能の触媒活性材料を防護床の粒子に取り込むことも可能である。例えば水素化処理に活性な材料を、防護床の下流に配置された水素化分解用の１つ以上の触媒床を保護する役割を持った防護床を形成する複数の粒子中及び／又は上に存在させてよい。これらの防護床に存在する触媒活性材料の種類及び量は、当該技術分野で周知であり、これら材料の使用方法も当業者に公知である。
【００２３】
本発明粒子の特定の用途は、重質（供給原料に由来する）汚染になり易い固定床反応器を保護すると共に、触媒床、例えば合成粗製品を処理するユニット深部での微粉の沈着から固定床反応器を保護する地均し層としての用途である。重質汚染は、水素化転化、特に水素化脱金属法、長鎖（ｌｏｎｇ）残留物水素化脱硫法、及び熱分解物の処理において生じる可能性がある。
【００２４】
本発明の粒子を含有する床は、ランダムな詰め込みにおいて、周知の“ソックローディング（ｓｏｃｋ  ｌｏａｄｉｎｇ）”法を用いて詰め込んだ場合、従来の対応する三葉体を含有する床よりも遥かに高い間隙率を有することが見い出された。従来の三葉体形を用いて得られた間隙率は、約４５％に達するのに対し、本発明の粒子を使用すると、間隙率は少なくとも５５％となる。このような間隙率の粒子は、例えば向流気−液流の条件下で、圧力降下の低い用途に魅力的である。
【００２５】
本発明の粒子は、合成ガスからの中間蒸留物の製造方法にも好適に利用できる。この方法は、一酸化炭素及び水素から作った重質パラフィン系材料を、本発明の粒子と、更に、所望の触媒活性を有する１種以上の金属及び／又は金属化合物とを含有する触媒の存在下で水素化分解処理して中間蒸留物を製造するというものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明を以下の非限定的実施例により説明する。
【実施例１】
【００２７】
実施例１
従来の三葉体（以下、TＬという）からなる触媒及び図１に示すような形状を有する粒子（以下、“特殊な”三葉体、ＳＴＬという）からなる触媒の汚染条件下で圧力降下をモニターするため、２つのモデル実験を行なった。ＳＴＬ粒子の断面は、同じ大きさの７つの円の内側の領域（同じ大きさの６つの外側円（実際の１セットの３つの外側円と仮想の１セットの３つの外側円との合計６つの外側円）が取付けられた中心円、及び断面の一部を形成する実際の１セットの３つの互い違いの外側円）から残りの仮想の１セットの３つの外側円を除いた領域を占める。
【００２８】
ＴＬ粒子は、呼び径が２．５ｍｍ、Ｌ／Ｄ比が約２．５で、γ−アルミナ製である。このＴＬ粒子をランダムに詰め込んだ床は４３％の間隙率を示した。これらの粒子は、別の触媒材料を含まない。ＳＴＬ粒子は、呼び径が２．８ｍｍ、Ｌ／Ｄ比が約２．５で、ＤＮ−２００触媒（Ｃｒｉｔｅｒｉｏｎ  Ｃａｔａｌｙｓｔ  Ｃｏｍｐａｎｙの市販品）用に通常使用されている材料からなる。このＳＴＬ粒子のランダム詰め込み床は、５８．３％の間隙率を示した。両タイプの粒子は、適当なダイプレートを用いて押出法により得られた。
【００２９】
これら２つの実験で使用した汚染性物質は、粉砕シリカとＦＣＣ（流動接触分解）触媒との混合物からなるものである。汚染性物質の組成を下記第１表に示す。
【００３０】
第１表
┌───────────┬────────┬───────┐
│    大きさ（ｎｍ）    │  フラクション  │  物質の種類  │
│                      │  （％ｗ／ｗ）  │              │
├───────────┼────────┼───────┤
│    １．４〜１．７    │    ０．５８    │    シリカ    │
├───────────┼────────┼───────┤
│  １．１８〜１．４    │    ０．７１    │    シリカ    │
├───────────┼────────┼───────┤
│    ０．６〜１．１８  │    ６．６０    │    シリカ    │
├───────────┼────────┼───────┤
│０．３５５〜０．６    │    ４．５１    │    シリカ    │
├───────────┼────────┼───────┤
│０．２１２〜０．３５５│    ４．８５    │    シリカ    │
├───────────┼────────┼───────┤
│０．１２５〜０．２１２│    ７．０１    │    シリカ    │
├───────────┼────────┼───────┤
│    ＜０．１２５      │  ７５．７４    │  ＦＣＣ触媒  │
└───────────┴────────┴───────┘
【００３１】
試験材料を入れた単一塔で実験を行なった。塔は、周囲温度及び周囲圧力下、ガス（空気）及び液体（水）の並流で操作した。ガス及び液体の表面速度は、それぞれ１００ｍｍ／ｓ、４ｍｍ／ｓであった。各実験の前に、詰め込みは、適当に清浄水で濡らした。
【００３２】
液体原料を清浄水から汚染性物質を２．９４ｋｇ．ｍ3 含有するスラリーに切り替えることにより実験を開始した。この濃度は、比較的短時間で圧力降下現象を評価可能にするため、通常の操作条件で予想される濃度よりも数オーダー高い。ＴＬ粒子についての運転時間（５００ミリバール／ｍの圧力降下が観察される前）が１４６０秒であったのに対し、ＳＴＬ粒子を使用した場合は、運転時間が２２６０秒以上、即ち、従来の成形粒子に比べて５５％増大できた。
【実施例２】
【００３３】
実施例２
従来のＴＬ及び本発明による形状（この場合、図１に示すような形状）を有する粒子を使用した時に起こるフラッジング（ｆｌｏｏｄｉｎｇ）限界を比較するため、２つの実験を行なった。これらの実験で使用した粒子は、実施例１の場合と同じ形状及び組成を有するものである。ＴＬ粒子のランダム詰め込み床は、４０％の間隙率を示し、ＳＴＬ粒子では５５％の間隙率を示した。
【００３４】
これらの実験は、周囲温度及び２バールの絶対圧下にｎ−オクタン及び窒素と向流で操作する単一塔中で行なった。均一な気液分布を確保するのに注意した。実験中、ガス流は一定の液体流速度で増大し、また圧力降下は塔を横断して測定した。フラッド（ｆｌｏｏｄ）点は、ガス速度に対する圧力降下の依存性が１〜２のオーダーから実質的にこれよりも高いオーダーに急激に変化する点として定義する。
【００３５】
ＴＬで行なった実験では、フラッジングが始まるガス速度は、絶対圧２バール及び表面液体速度３ｍｍ／ｓで測定した。ＳＴＬの試験は、ＴＬが２バラ（ｂａｒａ）及び液体の表面速度３ｍｍ／ｓでフラッジングを開始するという条件下で行なった。これらの条件下でガス速度は、ＳＴＬがフラッジングを開始する前の３．４倍も高く増大できた。したがって、ＳＴＬを使用すると、フラッジング条件に到達するのがかなり遅れた。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の好ましい粒子の断面を示す。
【符号の説明】
【００３７】
１      実際の１セットの３つの外側円を含む粒子の断面領域
２      仮想の１セットの３つの互い違いの外側円
３      中心円と２つの隣接する外側円の６倍分とを封じ込めた部分により形
成された６つの領域
ｄｎｏｍ  呼び径
【図１】
0004469601.tif 000002