계내 제조된 Ｙ-파우아자사이트를 포함하는 수소화분해 촉매 및 수소화분해 방법 document_id A220623066539

수소화분해는 정유 산업에서 널리 사용되는 다목적 석유 정유 공정이다. 수소화분해는 광범위의 난해한 공급원료를 각종 바람직한 생성물로 처리하는 능력을 갖는다. 이러한 공정에 의해 처리될 수 있는 공급원료에는 중질 나프타, 케로센, 내화성 촉매 분해 사이클 원료 및 고비점 초기(virgin) 및 코커(coker) 가스 오일이 포함된다. 고도로 가혹한 조건에서, 수소화분해는 이들 물질을 가솔린 및 저비점 파라핀으로 전환시킬 수 있으며, 덜 가혹한 조건에서 보다 높은 비점의 공급원료가 보다 가벼운 증류물, 예컨대 디젤 연료 및 항공 케로센으로 전환될 수 있다. 수소화분해는 통상적으로 350℃ 내지 450℃ (650℉ 내지 850℉)의 적정 온도 및 7,000 kPa (1,000 psig) 초과의 고압에서 수행되는데, 이는 수소화분해 공정의 열역학이 보다 높은 온도에서는 불리하기 때문이다. 또한, 통상적으로 촉매 노화를 방지하여 재생할 필요없이 1 내지 2년의 기간 동안 고정층 촉매로 공정이 운영될 수 있도록 충분한 활성을 유지하는데 보통 800 psig 이상의 고수소압이 필요하다. 특히 산화황 및 산화질소 방출에 관한 환경적 관심은 석유 정유소들이 과거보다 더 많이 수첨탈황 및 수소화분해 공정에 의존하도록 하였다. 또한, 나프타 개질로부터 나온 부산물 수소의 이용가능성은 확실히 이러한 의존을 조장하는데 협력하였다. 다른 인자 역시 수소처리의 중요성을 증가시키는데 개입하였다. 이들 인자 중 하나는 윤활유 및 연료 정유소용 고품질 원유가 점점 더 희귀해질 것으로 예상된다는 것이다. 또한, 유체 촉매 분해 (FCC) 플랜트를 포함하는 정유소는 통상 FCC 사이클 오일(FCC Cycle Oil)로 공지된, 다량의 탈알킬화된 방향족 내화성 유출물을 생성한다. 이들 FCC 사이클 오일이 사전 혼입된 연료 오일 제품에 대한 수요 감소에 더하여 이들을 수소화분해기 공급원료로 혼입시킴으로써 이를 제거하는 시도가 있었다. 촉매 분해와 달리 수소화분해는 이들 내화성 물질을 효과적으로 업그레이드시킬 수 있다. 수소화분해는 확립된 석유 정유 공정이다. 수소화분해 공급원료는 수소화분해기를 통과하기 전에 반드시 수소화처리되어 황 및 질소 화합물 뿐만 아니라 금속을 제거하며, 또한 올레핀을 포화시키고 방향족 물질의 부분적 포화를 수행한다. 황, 질소 및 산소 화합물은, 단일분해-JHC 공정에서와 같이 단계간 분리가 생략될 수 있지만, 수소화분해 전에 무기 황, 질소 및 물로서 제거될 수 있다. 다량의 암모니아의 존재가 후속 수소화분해 단계에서 분해 활성의 억제를 초래할 수 있지만, 이는 수소화분해 공정의 가혹조건을 증가시킴으로써 상쇄될 수 있다. 수소화처리기에서, 올레핀 및 방향족 고리 포화를 비롯한 다수의 상이한 수소화 반응이 일어나지만, 분해를 최소화하기 위해서 공정의 가혹조건은 제한된다. 이어서, 수소화처리된 공급물은 각종 분해 및 수소화 반응이 일어나는 수소화분해기를 통과한다. 수소화분해기에서, 분해 반응은 올레핀을 수소화시키는 반면 수소화는 분해를 위한 열을 제공하는데, 이는 수소화 반응이 발열성인 반면 분해 반응은 흡열성이기 때문이며, 반응은 일반적으로 과도한 열이 발생되면서 진행되는데, 이는 발열성 수소화 반응에 의해 방출된 열의 양이 통상적으로 흡열성 분해 반응에 의해 소모된 열의 양보다 훨씬 크기 때문이다. 이러한 과잉 열은 반응기 온도를 증가시키고 반응 속도를 가속화하지만, 수소 켄칭을 사용하여 제어된다. 통상적인 수소화분해 촉매는 산성 관능성 및 수소화 관능성을 조합한다. 촉매에서 산성 관능성은 알루미나, 실리카-알루미나와 같은 다공성 고체 담체에 의해 또는 파우자사이트(faujasite), 제올라이트(Zeolite) X, 제올라이트 Y 또는 모더나이트(mordenite)와 같은 결정질 제올라이트와 실리카-알루미나와 같은 비정질 담체의 복합체에 의해 제공된다. 7 Å초과의 비교적 큰 기공 크기를 갖는 다공성 고체의 사용이 일반적으로 필요한데, 이는 전형적인 공급원료의 대부분을 구성하는 벌키 폴리시클릭 방향족 화합물이 대부분의 분해 반응이 일어나는 촉매의 내부 기공 구조에 접근하기 위해 상기 정도의 기공 크기를 필요로 하기 때문이다. 수소화분해 촉매에서 수소화 관능성은 전이 금속 또는 금속 조합물에 의해 제공된다. 주기율표 VIIIA 족의 귀금속, 특히 백금 또는 팔라듐이 사용될 수 있지만, 일반적으로 IVA, VIA 및 VIIIA 족의 기초금속이 보다 낮은 비용 및 오염물에 의한 무력화에 대한 비교적 큰 내성 때문에 바람직하다. 수소화 성분으로서 사용하기에 바람직한 기초금속은 크롬, 몰리브덴, 텅스텐, 코발트 및 니켈이 있으며, 금속 조합물, 예컨대 니켈-몰리브덴, 코발트-몰리브덴, 코발트-니켈, 니켈-텅스텐, 코발트-니켈-몰리브덴 및 니켈-텅스텐-티탄이 매우 효과적이고 유용한 것으로 나타났다. 촉매에 산성 관능성을 제공하는 다공성 지지체는 비정질 또는 결정질 물질 중 어느 하나 또는 둘 다를 포함할 수 있다. 비정질 물질은 유의한 양의 벌키 폴리시클릭 물질 (방향족 뿐만 아니라 폴리나프탈렌)을 함유하는 매우 고비점의 공급물을 처리하는데 유의한 이점을 갖는데, 이는 비정질 물질이 통상적으로 광범위한 크기로 확장되는 기공을 가지며, 종종 100 내지 400 옹스트롱의 크기 범위에 있는 보다 큰 기공은 산 촉매화 반응이 일어날 수 있는 물질의 내부 구조로 공급물의 벌키 성분을 도입시키기에 충분히 크기 때문이다. 이러한 종류의 전형적인 비정질 물질에는, 가능한 경우 실리카, 마그네시아 또는 티타니아와 같은 다른 무기 산화물로 개질된 알루미나 및 실리카-알루미나 및 이 둘의 혼합물이 포함된다. 결정질 물질, 특히 제올라이트 X 및 Y와 같은 큰 기공 크기 제올라이트가 다수의 수소화분해 응용에 유용한 것으로 밝혀졌는데, 이는 이들이 비정질 물질에 비해 더 큰 정도의 활성을 가져, 수반되는 수소화 반응이 열역학적으로 유리한 보다 낮은 온도에서 수소화분해가 수행되도록 하는 이점을 갖기 때문이다. 또한, 결정질 촉매는 알루미나와 같은 비정질 물질보다 공정에서 보다 안정적인 경향이 있다. 그러나, 결정질 물질이 모든 응용에 적합할 수 있는 것은 아닌데, 이는 이들 물질 중 가장 큰 기공 크기, 전형적으로 X 및 Y 제올라이트에서의 약 7.4 옹스트롱 조차도 공급물 중 각종 벌키 종의 접근을 허용하기에 너무 작기 때문이다. 이러한 이유로, 잔류 분획물 및 고비점 공급물의 수소화분해는 일반적으로 훨씬 더 낮은 활성의 비정질 촉매를 필요로 하였다. 결정질 수소화분해 촉매는 일반적으로 생성물로서 유의한 양의 가솔린 비점 범위 물질 (대략 330℉-, 165℃-)을 생성하는 경향이 있다. 수소화분해된 가솔린은 비교적 저급 옥탄이 되려는 경향이 있고, 생성물이 정유소 가솔린 풀 중에 블렌딩될 수 있기 전에 개질과 같은 추가 처리를 필요로 하기 때문에, 수소화분해는 통상적으로 가솔린 생성을 위한 매력적인 경로는 아니다. 반면, 증류 분획물, 특히 제트 연료, 가열 오일 및 디젤 연료의 제조에는 바람직한데, 이는 수소화분해 공정이 이들 분획물에 특징적으로 존재하는 헤테로원자 불순물을 이들 제품에 바람직한 낮은 수준으로 감소시키기 때문이다. 연료 수소화분해에서, 촉매의 제올라이트 함량은 통상적으로 목적하는 산성도를 위해 가능한 높으며, 반대로 금속 성분을 지지하는 매트릭스의 양은 제한되고, 촉매 중 제올라이트의 비율이 증가함에 따라 금속 성분에 이용가능한 지지체의 양은 감소하며, 그 결과 연료 수소화분해에 필요한 높은 제올라이트 로딩에서 수소화 활성이 제한된다. 발명의 요약 본 발명에 따르면, 수소화처리 및/또는 수소화분해는 구조의 매크로기공이 본질적으로 제올라이트 결정으로 코팅 또는 라이닝된 매크로다공성 구조를 갖는 결정질 제올라이트 촉매의 존재 하에서 달성된다.