(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭質及び／又は硫黄含有物質で汚染された使用済水素化プロセス触媒粒子の再生方法であって、ａ）前記粒子を流動床で酸素含有ガスと２０４℃（４００°Ｆ）〜５９３℃（１１００°Ｆ）の温度で２０分間以下の時間にわたり接触させて、汚染物の少なくとも一部を除去するステップと、ｂ）このように処理した触媒粒子を移動ベルトに送り、該ベルトの移動によって、３７１℃（７００°Ｆ）〜５９３℃（１１００°Ｆ）の温度に維持した炉ゾーンに前記触媒粒子を少なくとも２時間通し、汚染物の残部を除去するステップとからなる前記炭質及び／又は硫黄含有物質で汚染された使用済水素化プロセス触媒粒子の再生方法。
【請求項２】
ステップａ）で５〜４０重量％の炭素汚染物及び／又は５０重量％以上の硫黄汚染物を除去する請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記酸素含有ガスを空気、純酸素及びこれらの混合物の中から選択する請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
ステップ（ｂ）の炉ゾーンを、温度がゾーンからゾーンへと順次増加する一連のゾーンで構成する請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
ゾーンの数が３〜８である請求項４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
本発明は、炭質及び／又は硫黄含有物質からなる汚染物を含んでいる使用済水素化プロセス（ｈｙｄｒｏｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）触媒の再生方法に関する。
石油及び石油化学工業では、プロセス流（ｐｒｏｃｅｓｓ  ｓｔｒｅａｍ）を処理して種々の有用な生成物に変換するために多くの触媒プロセスが使用されている。触媒を使用する精製プロセスには、クラッキング、水素化分解、水素化脱硫、水素化脱硝及び改質がある。これらのプロセスで使用される触媒は、使用している間に活性及び／又は選択性が低下する。その主な原因は、通常水素及び硫黄を含む炭質が触媒の表面に蓄積されることにある。
炭質の堆積によって失活した触媒は、固定床装置又は流動床装置で調節酸化雰囲気下に炭素を現場焼失させることにより再生できる。例えば、米国特許発明明細書第４，００７，１３１号には、０．１〜４．０容量％の酸素を含む熱い不活性ガス反応器内の触媒にその場で通すことにより、水素化プロセス操作に使用した触媒を再生する方法が開示されている。しかしながら、このような現場再生では再生の実施に必要な時間にわたって反応器を閉鎖しなければならず、そのために多くの日数を必要とし得る。また、通常は触媒床中に高温ガス流のチャネリングが発生し、その結果、望ましくない再生度変化が生じる。そのため、反応器を長時間停止させる必要のない、より効果的な外部触媒再生方法が追求されるようになった。しかしながら、開発された外部型の商業用触媒再生方法は、ガス温度、酸化雰囲気及び物理的破損を総合的に制御することができないため、完全に満足のいくものではなかった。これらの方法で再生した触媒はしばしば表面積及び細孔容積の回復が不完全であり、硫黄及び炭素の残留量が高く、実質的な微粉損失を示す。このような状況が起こるのは、汚染物の除去には熱が必要であるのに、過剰な熱は細孔構造を崩壊させ、表面積を減少させ、金属を凝集させるからである。触媒細孔の深部から汚染物を放出させるためには、除去率を高めるために、長い「熱浸漬（ｈｅａｔ  ｓｏａｋ）」期間がしばしば必要とされる。短時間の調節加熱を示唆する表面積の保持、及びより長時間の加熱期間を示唆する炭素の完全除去という相反する目的の達成は、長い間実現し難い目標であった。従って、触媒的及び物理的性質の回復並びに汚染物除去度がより高い触媒再生方法の実現は有益なものであろう。
米国特許発明明細書第４，６２１，０６９号は、炭素及び硫黄を含む使用済触媒を多重ステッププロセスで連続的に再生する方法を開示している。予備的な第一のステップは、粒状触媒を高温不活性ガスで１〜２時間ストリップして低沸点液体成分を蒸発させることからなり、実質的な第二〜第四のステップは、油分を含まない触媒を、（ステップ毎に）増加する濃度の酸素で、（ステップ毎に）温度を上昇させ、持続時間を増加しながら（即ち、それぞれ４〜６時間、４〜６時間及び６〜１０時間）燃焼することからなる。ストリッピングステップは流動床で実施し得、燃焼ステップは移動ベルトで実施し得る。
米国特許発明明細書第３，６４７，７１４号は、触媒再生チャンバ内で燃焼を行い、それによって再生チャンバ内の触媒の滞留時間を１５分以下に短縮し、再生チャンバ内の温度を少なくとも６６０℃（１２２０°Ｆ）に維持し、且つ再生すべき触媒を再生チャンバ内に導くトランスファーラインに１０〜１００％の燃焼空気を導入することによって、使用済シリカ−アルミナ又はゼオライト触媒の炭素含量を少なくとも０．５重量％から０．２５重量％以下に低下させる方法を開示している。トランスファーラインにおける速度は毎秒６．１０〜１８．２９ｍ（２０〜６０フィート）に達する。触媒はトランスファーライン及び再生チャンバ内で流動化する。
国際特許出願公開明細書第９２０１５１１号は、使用済流動床クラッキング触媒を、流動化触媒クラッキング再生器内でＣＯ燃焼促進剤（例えばＰｔ）を用いて再生する方法を開示している。この方法は、使用済触媒を調節条件下で少なくとも二つのステップで再生し、ＣＯ燃焼促進剤を含んでいる熱い再生触媒を第二のステップから第一のステップに再循環させ、どちらのステップでも９０％以上のＣＯ燃焼を維持することを特徴とする。
前記明細書のいずれも、再生の間、使用済触媒の物理的性質を保存するという問題に取り組んではいない。
使用済触媒を流動床処理ステップにかけ、次いで移動ベルト処理ステップにかけることからなる触媒再生方法を使用すると、汚染物が除去され、触媒の物理的性質が実質的に回復及び／又は改善された再生触媒が得られることが判明した。
従って本発明は、炭質及び／又は硫黄含有物質で汚染された使用済触媒粒子の再生方法であって、
ａ）前記粒子を流動床で酸素含有ガスと２０４℃（４００°Ｆ）〜５９３℃（１１０°Ｆ）の温度で２０分間以下の時間にわたり接触させて、汚染物の少なくとも一部を除去するステップと、
ｂ）このように処理した触媒粒子を移動ベルトに送り、該ベルトの移動によって、３７１℃（７００°Ｆ）〜５９３℃（１１００°Ｆ）の温度に維持した炉ゾーンに前記触媒粒子を少なくとも２時間通し、汚染物の残部を除去するステップとからなる方法に関する。
本発明は、炭質及び硫黄含有化合物での汚染によって失活した、即ち通常はこれらの汚染物質が触媒粒子の表面に堆積するか、又はこれらの汚染物質が触媒の細孔に詰まることによって失活した使用済水素化プロセス触媒を、２ステッププロセスで再生する方法を提供する。該再生方法の第一のステップは流動床処理であり、第二のステップは移動ベルト処理である。これらのステップを組合わせると、摩耗度が低い、即ち粒子の大きさが殆ど又は全く減少していない再生触媒が得られる。場合によっては、表面積の増加も見られる。本発明の方法では更に処理量が倍増し得、最終的結果として従来のものより遥かに最適な再生方法が得られる。
本発明の再生方法は特に、水素化プロセス触媒、特に水素化処理触媒の再生に適している。これらの触媒は典型的には、ＶＩＢ族、ＶＩＩＢ族、ＶＩＩＩ族金属、又はこれらの金属を２種類以上混合したものを、例えばアルミナ、シリカ、シリカ−アルミナ、アルミノケイ酸塩、ゼオライト等のような種々の支持体で支持したものからなる。これらの触媒は典型的には、円筒形、球形又は多重ローブ（ｍｕｌｔｉ−ｌｏｂｅ）形を有し、直径が０．５０ｍｍ〜３．５ｍｍ、長さが１．５ｍｍ〜６．５ｍｍである。
本発明の再生方法の第一のステップは流動床処理である。要約すれば、流動床は、ガスが導入されるチャンバ内に入れられた一団の粒子からなる。これらの粒子は典型的には加熱され、チャンバ内に導入するガスの速度を適当に調整すると、粒子が分離してランダムに動き回り、その結果床全体が液体のような挙動を示す。
本発明では、使用済触媒を任意の適当な構造の流動床装置又はチャンバ内に配置し、底部プレート、即ち酸素含有ガスを上向きに流動させ、触媒粒子が下方に移動してガス流を制限するのを防止するように設計された複数の開口部を有するプレート又は他の適当な手段で支持する。酸素含有ガスは通常、処理すべき材料を導入する前にチャンバ内に導入する。ガスの酸素含量は４容量％〜１００容量％の範囲で変化させ得る。好ましくは、ガス流の酸素含量は４〜３０容量％、より好ましくは１５〜２２容量％である。都合のよいガス流は大気であるが、純酸素も使用し得る。酸素含有ガスが開口部を介してチャンバ内に上向きに流入し、使用済触媒粒子と接触した後、排気ガスがチャンバから流出する。この排気ガスは更に別の処理にかけるのが適当である。例えば、当業者によく知られている方法で排出するために下流の装置に通し得る。
ガス流の速度は、触媒粒子がチャンバ内で流動状態を維持するのに十分な大きさでなければならない。最小速度は、触媒粒子に対する重力の作用を打ち負かすのに必要な速度である。前記速度は、触媒粒子がチャンバの外に運び出されるほど大きくしてはならない。酸素含有ガスは、好ましくは、１２．２ｍ／分（４０フィート（ｆｔ）／分）〜４８８ｍ／分（１６００ｆｔ／分）の範囲の表面速度でチャンバ内に導入する。
一般的には、酸素含有ガスはカラム内で所望の反応を開始させるのに十分な温度でチャンバ内に導入し、チャンバ内のガス流の温度は導入時の温度に維持することが望ましい。従って、入口のガスの温度は、チャンバの温度が所望の温度、即ち２０４℃（４００°Ｆ）〜５９３℃（１１００°Ｆ）、好ましくは３９９℃（７５０°Ｆ）〜５３８℃（１０００°Ｆ）の範囲の温度に維持されるように調整する。チャンバ内の圧力は典型的には大気圧である。
所望の温度及び速度でガス雰囲気が確立された後、使用済触媒材料をチャンバに加える。流動床装置又はチャンバ内での触媒粒子の滞留時間は適当には１分間〜２０分間、好ましくは５分間〜１５分間である。前記温度でこれらの滞留時間にすると、適当には、使用済触媒から硫黄汚染物が５０重量％以上除去される。該再生方法の第一のステップ、即ち流動床ステップでは更に、適当には、使用済触媒上に存在する炭素汚染物が５重量％〜４０重量％除去されると共に、全揮発性物質が２５重量％〜５０重量％除去される。好ましくは、流動床処理の間に、使用済触媒上に存在する硫黄汚染物が５５重量％以上、炭素汚染物が１０重量％〜２５重量％、及び全揮発性物質が３０重量％〜４０重量％除去される。当業者には容易に認識されるであろうように、前述の流動床処理は使用済触媒から汚染物を除去する上でかなり効果的であるが、継続的撹拌は摩耗作用がかなり大きいため、触媒の保全性を損なう。従って、触媒をこのような処理に長時間かけると、摩耗が重大な問題になる。そのため本発明の方法では、汚染物の最も揮発性の高い部分を、発熱量を制御する第一のステップ、即ち流動床処理で除去し、汚染物質の残部を第二のステップ、即ち触媒粒子の運動量が最小である移動ベルト処理で除去する。
使用済触媒は、流動床処理に次いで移動ベルト処理にかける。この本発明の再生方法の第二のステップでは、触媒粒子を流動床装置又はチャンバから取り出し、例えば電動機のような機械的手段で作動して炉ゾーン内を移動する連続ベルト上に移す。
炉ゾーンは一つ以上の加熱ゾーンを含む単一炉からなり得るが、後で詳述するように、二つ以上の別個の炉で構成してもよい。ベルトは、適当にはステンレス鋼製のワイヤメッシュで形成すると有利であるが、耐熱性移動ベルトとして使用することができる他の任意の公知の材料を使用してもよい。ベルトは、触媒粒子が最少量の撹拌作用を受けるように、炉ゾーン内を水平方向に移動する。触媒粒子は通常は層又は床の形態でベルト上に配置するが、これは絶対的な条件ではない。このような床は、適当には０．６４ｃｍ（１／４インチ）〜６．４ｃｍ（２．５インチ）、好ましくは１．９ｃｍ（３／４インチ）〜３．８ｃｍ（１．５インチ）の厚さを有する。触媒粒子を含む床が炉ゾーン内を移動するのに伴い、燃焼ガスの存在下又は不在下でワイヤメッシュベルトに熱風を通す。空気流の方向は随意に上向き又は下向きであってよいが、触媒粒子を載せた移動ベルトを通って流れなければならない。移動ベルトを通って上方又は下方に流れ、触媒粒子と接触する空気の温度は、触媒粒子上に残留している汚染物質の残部を除去するのに十分な高さでなければならない。粒子が炉内を移動するのに伴って前記温度を上昇させると、特に有利であることが判明した。触媒粒子がベルトによって移動し続けるに伴い、使用する酸素含有ガス（適当には空気）の温度を約３７０℃（７００°Ｆ）〜約５９５°（１１００°Ｆ）の範囲で上昇させると、極めて良好な結果が得られる。従って、炉内の温度は適当には３７１℃（７００°Ｆ）〜５９３℃（１１００°Ｆ）、好ましくは３７１℃（７００°Ｆ）〜５１０℃（９５０°Ｆ）の範囲に維持する。移動ベルト処理、並びに炭素及び硫黄汚染物残部の除去に必要な時間は適当には２時間以上、一般的には４時間〜８時間である。
本発明の具体例の一つでは、温度がゾーンからゾーンへと逐次上昇するように各ゾーン毎に温度調整される一連のゾーンからなる炉ゾーンに触媒粒子を通す。この具体例では、基本的に炉が複数のより小さい炉ゾーンで構成されるように、前記ゾーンを物理的分離手段で区分する。ゾーンの数は通常８以下、適当には３〜８である。しかしながら、使用するゾーンの数は絶対的に重要なものではない。この具体例では、ベルト速度の調整によって各ゾーンでの触媒滞留時間を所望の時間に維持する。最初、第一のゾーンの酸素含有ガス温度は３７１℃（７００°Ｆ）〜４８２℃（９００°Ｆ）、好ましくは４１２℃（７７５°Ｆ）〜４６８℃（８７５°Ｆ）である。触媒粒子は、各ゾーンに０．５〜２時間滞留した後、酸素含有ガス温度を４２７℃（８００°Ｆ）〜５９３℃（１１００°Ｆ）、好ましくは４３２℃（８１０°Ｆ）〜５１０℃（９５０°Ｆ）に上げた別のゾーンに移る。移動ベルト処理の合計滞留時間はやはり２時間〜８時間が適当であるが、所望であればより長い滞留時間を使用してもよい。次いで、再生された触媒を移動ベルトから除去し、冷却ステップにかけた後で包装し、戻して再使用する。
本発明の再生方法は、連続操作の経済的観点から、処理量を大幅に増加できるという点で特に有利である。
以下に具体例を挙げて本発明の方法をより詳細に説明する。これらの具体例は例示のためのものであって、本発明の範囲を限定するものではない。
下記の実施例及び比較例では、下記の特性を有する使用済（ｓｐｅｎｔ／ｕｓｅｄ）触媒を使用した：
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（1）表面積はＢｒｕｎａｕｅｒ，Ｓ．，Ｅｍｍｅｔ，Ｐ．Ｙ．及びＴｅｌｌｅｒ，Ｅ．．Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，６０，３０９−３１６（１９３８）に記載のように比表面積を決定するためのＢ．Ｅ．Ｔ．法で測定した。
（2）摩耗指数は、２．５ｍｍの平均長さより短い粒子の数の％として決定する。
実施例１
前記特性を有する使用済触媒を本発明の方法で再生した。使用した条件は下記の通りである：
ガス雰囲気、即ち２１容量％の酸素を含んだ空気を、流動床チャンバ、即ち予備処理器内に、表面速度１３１ｍ／分（４３０ｆｔ／分）及び初期温度５１０℃（９５０°Ｆ）で導入した。流動床チャンバは底部にジグザグ穿孔型分配プレートを備え、直径４５．７ｃｍ（１８インチ）、高さ１６０ｃｍ（５フィート３インチ）の反応ゾーンと、内角４５°、高さ２８．６ｃｍ（１１．２５インチ）の円錐形遷移ゾーンと、直径９１ｃｍ（３６インチ）、高さ９１ｃｍ（３フィート）の離脱ゾーンとを有していた。流動床チャンバから運び出される微細な触媒粒子を集め、予備処理器内で生成された二酸化硫黄を除去するために、下流サイクロン及び湿潤スクラバーを具備した。
平均して直径０．１３ｃｍ（１／２０インチ）、長さ２．５ｍｍのトリローブ（ｔｒｉｌｏｐｅ）形状を有する使用済触媒を、７．６ｃｍ（３インチ）管から離脱セクションの片側に継続的に供給した。部分的に再生された触媒は、１５．２ｃｍ（６インチ）管から反応ゾーンの反対側に継続的に送出した。触媒送出速度はフラップ弁を用いて制御し、使用済触媒の供給速度は、ホッパーに接続されたバイブレーターを用いて制御した。予備処理器内の触媒床の高さは約１５ｃｍ（６インチ）に維持した。
反応器の初期温度の制御を容易にするために、最初に１９．５ｋｇ（４３ポンド）の再生触媒を予備処理器に充填した。安定な状態に到達するために、流動床処理ステップに先立ち、使用済触媒の供給速度及び送出速度を１．０ｋｇ／分（２．２１ｂ／分）に設定した。次いで、導入空気の温度を開始から２０分後に５１０℃（９５０°Ｆ）から４６６℃（８７０°Ｆ）に漸次低下させた。次いで、供給及び送出速度を約２．０ｋｇ／分（４．３１ｂ／分）に設定し直し（滞留時間１０分）、導入空気の温度を２９３℃（５６０°Ｆ）に漸次低下させた。開始から６０分後に、１ドラムの部分的に再生した触媒が回収された。次いで、供給及び送出速度を更に２．５ｋｇ／分（５．５１ｂ／／分）に増加し（滞留時間７．８分）、導入空気の温度を２９３℃（５６０°Ｆ）に維持した。開始から１２０分後に、更に１ドラムの部分的に再生された触媒が回収された。流動床予備処理器内の触媒温度は、前記二つのドラムの触媒の回収時に、３９３℃（７４０°Ｆ）から４１６℃（７８０°Ｆ）に変動した。最初のドラムは、このステップの後の硫黄含量が２．６重量％であり、即ち硫黄汚染物が５９重量％除去されており、炭素含量が８．６重量％であった、即ち炭素汚染物が１６．５重量％除去されていた。第二のドラムは、硫黄含量が２．７重量％であり、即ち硫黄汚染物が５８重量％除去されており、炭素含量が８．６重量％、即ち炭素汚染物が１６．５重量％除去されていた。
次いで、予備処理器から回収された前記２ドラムの部分的に再生された触媒を、該再生方法の第二のステップにかけるべく移動ベルトに送った。触媒は、温度４３２℃（８１０°Ｆ）〜４４３℃（８３０°Ｆ）のゾーン１、温度３８２℃（７２０°Ｆ）〜４３８℃（８２０°Ｆ）のゾーン２、温度４３２℃（８１０°Ｆ）〜４５４℃（８５０°Ｆ）のゾーン３、及び温度４３２℃（８１０°Ｆ）〜４６０℃（８６０°Ｆ）のゾーン４を通過した。ベルト上の触媒床の厚さは１．９ｃｍ（３／４インチ）に維持し、ベルト速度は３４０２ｋｇ（７５００ポンド）／日の生産速度に対応させた。
結果は下記の表１に示す。
比較例１
前記特性を有する使用済触媒を、流動床処理を用いて、但し後続の移動ベルト処理は使用せずに再生した。使用した条件は下記の通りである：
前記実施例１の予備処理器内に残留している触媒を、３９３℃（７４０°Ｆ）から４８２℃（９００°Ｆ）まで７５分かけて徐々に加熱した。再生処理の間、反応器内の表面空気速度は１３１ｍ／分（４３０ｆｔ／分）に維持した。
結果は下記の表１に示す。
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（1）表面積はＢｒｕｎａｕｅｒ，Ｓ．，Ｅｍｍｅｔ，Ｐ．Ｙ．及びＴｅｌｌｅｒ，Ｅ．．Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，６０，３０９−３１６（１９３８）に記載のような比表面積を決定するためのＢ．Ｅ．Ｔ．法で測定した。
（2）摩耗指数は、２．５ｍｍの平均長さより短い粒子の数の％として決定する。この数の％は、使用済触媒の特性を示す前出の表に示すように、使用済触媒の場合は５３．４％である。
表１から明らかなように、本発明の方法で再生した使用済触媒（実施例１）は、流動床処理のみを用いて再生した触媒（比較例１）より遥かに小さい摩耗指数を有する。