KR102549406B1 - Process of desulfurization and denitrification of heavy oil using water - Google Patents
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Abstract
본 발명은 중질유의 개질(upgrading)에 관한 것으로, 상세하게는 수증기를 이용하여 중질 원유 및 공정 부산 물 내 황 및 질소를 제거하는 촉매 및 그 촉매를 이용하는 것을 포함하는 탈황 및 탈질 처리 공정에 관한 것이다.The present invention relates to upgrading of heavy oil, and more particularly, to a catalyst for removing sulfur and nitrogen from heavy crude oil and process by-products using steam, and to a desulfurization and denitrification treatment process including using the catalyst. .
Description
본 발명은 중질유의 개질(upgrading)에 관한 것으로, 상세하게는 수증기를 이용하여 중질 원유 및 공정 부산 물 내 황 및 질소를 제거하는 촉매 및 그 촉매를 이용하는 것을 포함하는 탈황 및 탈질 처리 공정에 관한 것이다.The present invention relates to upgrading of heavy oil, and more particularly, to a catalyst for removing sulfur and nitrogen from heavy crude oil and process by-products using steam, and to a desulfurization and denitrification treatment process including using the catalyst. .
원유의 정제는 크게 단순 정제와 고도화 정제로 나눌 수 있다. 단순 정제는 통상적으로 원유를 340℃ 이상으로 가열하여 원유에 포함되는 성분들의 끓는점 차이를 이용하여 분리하는 것으로 상압증류시설(Atmospheric Distillation Unit or Crude Distillation Unit, ADU/CDU)이 대표적이다. 이에 반해 고도화 정제공정은 중질유를 대상으로 다시 가공, 분해 및 탈황 등의 공정을 거쳐 휘발유, 경유, 등유 등을 생산하는 공정이다. Crude oil refining can be largely divided into simple refining and advanced refining. Simple refining is usually separated by heating crude oil to 340 ° C. or higher using the difference in boiling points of components contained in crude oil, and an Atmospheric Distillation Unit or Crude Distillation Unit (ADU / CDU) is a typical example. On the other hand, the advanced refining process is a process of producing gasoline, diesel, kerosene, etc. through processes such as processing, decomposition, and desulfurization of heavy oil.
고도화 정제공정은 다시 중질유분해공정과 중질유탈황공정으로 구분할 수 있는데, 이중 중질유분해공정은 수소화 촉매를 이용하여 고유황의 중질유에 화학반응을 일으켜 휘발유, 등유, 경유 등을 생산하는 공정이다. 중질유분해공정은 수첨분해(hydrocracking)와 촉매접촉분해(catalytic cracking)로 구분되는데, 촉매접촉분해의 경우 수소를 첨가하는 반응이 아니므로 중질유를 탈황하여 공급하여야 한다.The advanced refining process can be further divided into a heavy oil cracking process and a heavy oil desulfurization process. Among them, the heavy oil cracking process produces gasoline, kerosene, diesel, etc. by causing a chemical reaction with high sulfur heavy oil using a hydrogenation catalyst. The heavy oil cracking process is divided into hydrocracking and catalytic cracking. In the case of catalytic cracking, since hydrogen is not added, heavy oil must be supplied after desulfurization.
수첨분해는 고온, 고압 및 촉매의 존재 하에서 수소를 첨가하여 중질유를 분해한 다음 성분을 분리하는 것으로, 확보가 어렵고 값비싼 수소를 이용하여 중질유를 분해하므로 가공비용이 증가하는 단점이 있다.Hydrocracking involves cracking heavy oil by adding hydrogen at high temperature, high pressure, and the presence of a catalyst and then separating the components. Since it is difficult to secure and cracks heavy oil using expensive hydrogen, processing costs increase.
최근 이러한 문제점을 해결하기 위해 수소 대신에 확보가 용이하고 저렴한 물을 이용하여 중질유를 처리하는 기술이 각광을 받고 있다. 이는 처리 온도에 따라 크게 세 가지로 나눌 수 있는데, 첫 번째는 중질유와 물을 고온에서 반응시켜 중질유를 완전 경질화하는 것이며, 두 번째는 중질유와 물을 코크를 생성하지 않는 중질유의 visbreaking 온도 근처에서 반응시켜 중질유를 처리하는 기술이며, 마지막으로, 중질유나 비투멘의 시추 과정에서 주입되는 증기의 온도 근처에서 반응시켜 중질유의 점도를 저감시키는 기술이다.Recently, in order to solve this problem, a technology for processing heavy oil using inexpensive water, which is easy to secure, instead of hydrogen, has been in the limelight. It can be divided into three types according to the processing temperature. The first is to completely lighten heavy oil by reacting heavy oil and water at high temperature, and the second is to heat heavy oil and water near the visbreaking temperature of heavy oil that does not produce coke. It is a technology to process heavy oil by reacting it, and finally, a technology to reduce the viscosity of heavy oil by reacting near the temperature of the steam injected in the drilling process of heavy oil or bitumen.
첫 번째 기술의 예로는 US4743357, JP2002-129171 등과 같이 중질유를 470℃ 이상에서 물과 철계 촉매와 반응시켜 중질유를 경질화하는 것을 들 수 있는데, 주로 철계 촉매를 이용하며, 비교적 고온에서 반응을 수행하여야 한다는 단점이 있다. 또한 수소에 비해 반응성이 떨어지는 물을 사용함에 따라 대량의 코크가 발생한다는 문제점이 있다.An example of the first technology is to lighten heavy oil by reacting heavy oil with water and an iron-based catalyst at 470 ° C or higher, such as US4743357 and JP2002-129171. An iron-based catalyst is mainly used, and the reaction must be performed at a relatively high temperature There is a downside to doing it. In addition, there is a problem that a large amount of coke is generated as water, which is less reactive than hydrogen, is used.
두 번째 기술의 예로는 비교적 낮은 온도인 430℃에서 알칼리 금속 및 니켈을 포함하는 촉매 존재 하에서 물과 반응시켜 경질화하는 것을 들 수 있는데, 촉매의 형태가 에멀젼으로, 코크를 발생시키지 않는 장점이 있으나, 경질화 정도가 낮다는 단점이 있다.An example of the second technology is hardening by reacting with water in the presence of a catalyst containing an alkali metal and nickel at a relatively low temperature of 430 ° C. , the degree of hardening is low.
이와 같이 수소 대신 확보가 용이한 물을 이용하면서도 높은 황 및 질소 제거율을 가질 수 있는 공정의 개발이 요구되는 실정이다.As such, there is a demand for the development of a process that can have a high sulfur and nitrogen removal rate while using water, which is easily secured instead of hydrogen.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 상세하게는 수증기를 이용하여 촉매 존재 하에서 황 및 질소 성분을 효율적으로 제거하고, 이에 따라 중질유의 점도를 저감시키는 중질유의 탈황 및 탈질 처리 공정에 관한 것이다.The present invention has been made to solve the above problems, and in detail, a desulfurization and denitrification treatment process for heavy oil that efficiently removes sulfur and nitrogen components in the presence of a catalyst using steam, thereby reducing the viscosity of heavy oil. It is about.
또한, 본 발명은 저온에서 실시될 수 있으며, 반응성이 낮은 물을 사용하면서도 코크의 발생량을 효율적으로 억제할 수 있는 중질유의 탈황 및 탈질 처리 공정을 제공하는 것을 목적으로 한다. In addition, an object of the present invention is to provide a heavy oil desulfurization and denitrification treatment process that can be carried out at a low temperature and can efficiently suppress the generation of coke while using water with low reactivity.
본 발명은 물을 이용한 중질유의 탈황 및 탈질 처리 공정에 관한 것으로, 반응기에 중질유 및 물을 투입한 다음, 200 내지 420℃의 온도범위에서 반응시키며, 상기 반응은 하기 화학식 1의 구조를 가지는 화합물을 황화 처리한 촉매 존재 하에서 실시되는 것을 특징으로 하는 물을 이용한 중질유의 탈황 및 탈질 처리 방법을 제공한다. The present invention relates to a process for desulfurization and denitrification of heavy oil using water, wherein heavy oil and water are introduced into a reactor, and then reacted at a temperature range of 200 to 420 ° C. The reaction produces a compound having the structure of Formula 1 below Provided is a method for desulfurization and denitrification treatment of heavy oil using water, characterized in that it is carried out in the presence of a sulfurized catalyst.
[화학식 1][Formula 1]
(Mo)a(W)b(M1)c(M2)d(Mo)a(W)b(M1)c(M2)d
(상기 화학식 1에서 M1 및 M2는 서로 상이한 것으로 ⅧA족 원소 군에서 선택되는 어느 하나의 금속 원소이고, a, b, c 및 d의 중량비는 각각 0 ≤ a ≤ 0.4, 0 ≤ b ≤ 0.4, 0 < c ≤ 0.2 및 0 < d ≤ 0.2 이되, a 및 b가 동시에 0인 경우는 제외한다.)(In Formula 1, M1 and M2 are different from each other and are any one metal element selected from the group VIIIA element group, and the weight ratios of a, b, c, and d are 0 ≤ a ≤ 0.4, 0 ≤ b ≤ 0.4, 0, respectively. < c ≤ 0.2 and 0 < d ≤ 0.2, except when a and b are 0 at the same time.)
본 발명의 일 실시예에 따른 물을 이용한 중질유의 탈황 및 탈질 처리 방법에 있어서, 상기 M1 및 M2는 각각 서로 독립적으로 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 팔라듐(Pd) 및 백금(Pt) 중에서 선택되는 어느 하나의 금속 원소인 것일 수 있다. In the desulfurization and denitrification treatment method of heavy oil using water according to an embodiment of the present invention, the M 1 and M 2 are independently of each other iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), palladium (Pd) ) and platinum (Pt).
본 발명의 일 실시예에 따른 물을 이용한 중질유의 탈황 및 탈질 처리 방법에 있어서, 상기 화합물은 하기 식 1을 만족하는 것일 수 있다. In the desulfurization and denitrification treatment method for heavy oil using water according to an embodiment of the present invention, the compound may satisfy Equation 1 below.
[식 1] 0.5 ≤ (a+b)/(c+d) ≤ 12[Equation 1] 0.5 ≤ (a + b) / (c + d) ≤ 12
(상기 식 1에서, a, b, c 및 d는 상기 화학식 1에서의 중량비와 동일한 것이다.)(In Formula 1, a, b, c, and d are the same as the weight ratio in Formula 1.)
본 발명의 일 실시예에 따른 물을 이용한 중질유의 탈황 및 탈질 처리 방법에 있어서, 상기 촉매는 a) 지지체 입자에 ① 몰리브덴, 텅스텐 또는 이들의 혼합 성분을 포함하는 전구체 및 ② ⅧA족 성분을 포함하는 프로모터 금속 전구체를 포함하는 제 1 함침 용액으로 함침시켜 원소 함침된 지지체를 제공하는 단계; b) 상기 원소 함침된 지지체를 하소하는 단계; c) 상기 b) 단계 지지체에 ① 몰리브덴, 텅스텐 또는 이들의 혼합 성분을 포함하는 전구체 및 ② ⅧA족 성분을 포함하는 프로모터 금속 전구체를 포함하는 제 2 함침 용액을 함침시키는 단계; 및 d) 상기 c) 단계 지지체를 하소한 후, 황화수소 및 수소의 혼합기체와 함께 가열시켜 촉매를 제조하는 단계;를 포함할 수 있다. In the desulfurization and denitrification treatment method of heavy oil using water according to an embodiment of the present invention, the catalyst is a) a precursor containing molybdenum, tungsten or a mixture thereof in support particles and ② a group VIIIA component. impregnating with a first impregnating solution comprising a promoter metal precursor to provide an elementally impregnated scaffold; b) calcining the element-impregnated support; c) impregnating the support in step b) with a second impregnation solution containing ① a precursor containing molybdenum, tungsten or a mixture thereof and ② a promoter metal precursor containing a group VIIIA component; and d) preparing a catalyst by calcining the support of step c) and then heating it together with a mixed gas of hydrogen sulfide and hydrogen.
본 발명의 일 실시예에 따른 물을 이용한 중질유의 탈황 및 탈질 처리 방법에 있어서, 상기 지지체는 알루미나, 실리카, 실리카-알루미나, 마그네시아, 지르코니아, 보리아 및 티타니아 중에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. In the method for desulfurization and denitrification of heavy oil using water according to an embodiment of the present invention, the support is any one selected from alumina, silica, silica-alumina, magnesia, zirconia, boria, and titania, or a mixture thereof. can include
본 발명의 일 실시예에 따른 물을 이용한 중질유의 탈황 및 탈질 처리 방법에 있어서, 상기 반응은 촉매가 수납된 반응기에 캐리어 가스를 이용하여 중질유와 물을 공급하는 단계 20 내지 200 bar 압력 하에서 200 내지 420℃로 가열하는 단계 및 중질유와 황산화물 및 질산화물을 분리하여 처리하는 단계를 포함할 수 있다. In the desulfurization and denitrification treatment method for heavy oil using water according to an embodiment of the present invention, the reaction is performed at a pressure of 200 to 200 bar under a pressure of 20 to 200 bar in the step of supplying heavy oil and water using a carrier gas to a reactor in which a catalyst is stored. It may include a step of heating to 420 ° C. and a step of separating and treating heavy oil and sulfur oxides and nitric oxides.
본 발명의 일 실시예에 따른 물을 이용한 중질유의 탈황 및 탈질 처리 방법에 있어서, 상기 캐리어 가스는 수증기와 질소 또는 수증기와 수소의 혼합 가스일 수 있다. In the desulfurization and denitrification treatment method of heavy oil using water according to an embodiment of the present invention, the carrier gas may be a mixed gas of water vapor and nitrogen or water vapor and hydrogen.
본 발명에 따른 물을 이용한 중질유의 탈황 및 탈질 처리 공정은 중질유와 수증기의 반응을 통해 황 및 질소를 효율적으로 저감할 수 있으며, 특히 기존의 수소를 이용한 공정과 비교하여 반응성이 낮은 물을 이용함에도 불구하고, 수소 사용 시와 거의 동등한 저감 효율을 보여 수소 사용에 따른 공정 비용을 줄일 수 있는 장점이 있다.The desulfurization and denitrification treatment process of heavy oil using water according to the present invention can efficiently reduce sulfur and nitrogen through the reaction between heavy oil and water vapor, and in particular, despite using water with low reactivity compared to the existing process using hydrogen, Nevertheless, it has the advantage of reducing the process cost according to the use of hydrogen by showing a reduction efficiency almost equivalent to that of using hydrogen.
또한, 기존의 물을 이용한 개질 기술에 비해 코크 발생량을 획기적으로 줄일 수 있으며, 처리된 중질유의 점도를 저감시킬 수 있어 처리가 끝난 중질유를 보다 용이하게 취급 및 운송할 수 있는 장점이 있다. In addition, compared to the existing reforming technology using water, the amount of coke generated can be drastically reduced, and the viscosity of the treated heavy oil can be reduced, so that the treated heavy oil can be more easily handled and transported.
이하, 본 발명에 따른 물을 이용한 중질유의 탈황 및 탈질 처리 공정에 대하여 상세히 설명한다. 다만, 이는 발명의 하나의 예시로서 제시되는 것으로, 반드시 이에 의해 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니며, 발명의 권리범위 내에서 구현예에 대한 다양한 변형이 가능함은 당업자에게 자명하다. 이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어는 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가진다. 또한, 본 명세서 전체에서 특별한 언급이 없는 한 “포함” 또는 “함유”라 함은 어떤 구성요소를 별다른 제한 없이 포함함을 지칭하며, 다른 구성 요소의 부가를 제외하는 것으로 해석되지 않는다.Hereinafter, the process of desulfurization and denitrification of heavy oil using water according to the present invention will be described in detail. However, this is presented as an example of the invention, and the scope of the present invention is not necessarily limited thereby, and it is obvious to those skilled in the art that various modifications to the embodiments are possible within the scope of the invention. At this time, unless otherwise defined, the technical terms and scientific terms used have meanings commonly understood by those of ordinary skill in the art to which this invention belongs. In addition, throughout this specification, unless otherwise specified, "include" or "include" refers to including a certain component without particular limitation, and is not construed as excluding the addition of other components.
본 발명에서 용어 "처리(treatment)", "처리된(treated)", "개질(upgrade)", "개질(upgrading)" 및 "개질된(upgraded)"이 중질유 공급원료과 함께 사용되는 경우, 이는 수소 처리되고 있거나 수소 처리된 중질유 공급원료 혹은 중질유 공급원료의 분자량의 감소, 중질유 공급원료의 비등점 범위의 감소, 아스팔텐 밀도의 감소, 탄화수소 유리기 밀도의 감소 또는 황, 질소, 산소, 할라이드의 금속과 같은 불순물을 감소시킨 결과물 또는 원유 생성물을 의미한다. 이때, 수소란 수소 또는 이의 화합물 또는 중질유 공급물 및 촉매제의 존재 하에서 반응하여 수소를 제공하는 화합물을 의미한다.When the terms "treatment", "treated", "upgrade", "upgrading" and "upgraded" are used in conjunction with a heavy oil feedstock in the present invention, it refers to Heavy oil feedstock that is or has been hydrotreated, or a reduction in the molecular weight of a heavy oil feedstock, a reduction in the boiling range of a heavy oil feedstock, a reduction in the density of asphaltenes, a reduction in the density of free radicals in hydrocarbons, or a reduction in sulfur, nitrogen, oxygen, metals and halides. Refers to the result of reducing the same impurities or crude oil products. Here, hydrogen refers to hydrogen or a compound thereof or a compound that reacts in the presence of a heavy oil feed and a catalyst to provide hydrogen.
또한, 본 발명에서 "공정"은 "수소첨가처리(hydroprocessing)", (수소화분해(hydrocracking) 또는 수소전환 (hydroconversion))인 것으로 언급되며, 상기 수소첨가처리는 수소전환, 수소화분해, 수소화반응 (hydrogenation), 수소첨가처리, 수소탈황 (hydrodesulfurization), 수소탈질소(hydrodenitrification), 수소탈금속화 (hydrodemetallization), 수소탈방향족화 (hydrodearomatization), 수소이성질화 (hydroisomerization), 수소탈랍 (hydrodewaxing), 그리고 선별적 수소화 분해를 비롯한 수소화 분해가 포함되지만 이들에 제한되지 않고, 수소의 존재에서 수행되는 임의의 과정을 의미한다. In addition, in the present invention, "process" is referred to as "hydroprocessing", (hydrocracking or hydroconversion), and the hydroprocessing is hydroconversion, hydrocracking, hydrogenation ( hydrogenation), hydrotreating, hydrodesulfurization, hydrodenitrification, hydrodemetallization, hydrodearomatization, hydroisomerization, hydrodewaxing, and any process carried out in the presence of hydrogen, including but not limited to hydrocracking, including selective hydrocracking.
본 발명에서 언급된 주기율표는 IUPAC 및 미국 국립 표준국 (U.S. National Bureau of Standards)이 승인한 표이며, 예로는 2001년 10월 발표된 Los Alamos National Laboratory's Chemistry Division 에 의한 원소 주기율표를 들 수 있다.The periodic table referred to in the present invention is a table approved by IUPAC and the U.S. National Bureau of Standards, and examples thereof include the periodic table of elements by Los Alamos National Laboratory's Chemistry Division published in October 2001.
본 발명에서 "금속" 은 이들의 원소, 화합물, 또는 이온 형태의 시약들을 포함할 수 있다. 또한 "금속 전구체" 는 공정에 공급된 금속 화합물을 포함할 수 있다. 단수형인 용어 "금속" 또는 "금속 전구체" 는 단일 금속 또는 금속 전구체, 즉, ⅥB족 또는 프로모터 금속들에 한정되지 않을 뿐 아니라, 금속들의 혼합물들에 대한 복수 형태들도 포함할 수 있다. "용질 상태에서 (in the solute state)" 는 금속 성분이 양성자성 액체 형태인 것을 의미한다.In the present invention, "metal" may include reagents in their elemental, compound, or ionic form. "Metal precursors" may also include metal compounds supplied to the process. The term "metal" or "metal precursor" in the singular is not limited to a single metal or metal precursor, ie Group VIB or promoter metals, but may also include plural forms for mixtures of metals. “In the solute state” means that the metal component is in protic liquid form.
본 발명에서 "ⅥB족 금속" 은 크롬, 몰리브덴, 텅스텐 및 이들의 조합의 원소, 화합물 또는 이온 형태를 포함할 수 있다.In the present invention, "Group VIB metal" may include elements, compounds, or ionic forms of chromium, molybdenum, tungsten, and combinations thereof.
본 발명에서 "프로모터 금속 (promoter metal)" 은 ⅣB족, ⅧA족, ⅡB족, ⅡA족, ⅣA족 및 이들의 조합 중에서 선택되는 어느 하나의 성분 어느 것으로부터 선택된 금속의 원소, 화합물 또는 이온 형태를 의미한다. 상기 프로모터 금속은 Mo, W 등 1차 금속(primary metal)의 촉매 활성을 증가시키며, 1차 금속보다 더 적은 양으로 존재할 수 있다. In the present invention, "promoter metal" refers to an element, compound, or ionic form of a metal selected from any one component selected from group IVB, group VIIIA, group IIB, group IIA, group IVA, and combinations thereof. it means. The promoter metal increases the catalytic activity of a primary metal such as Mo or W, and may be present in a smaller amount than the primary metal.
본 발명에서 ⅣB족 원소는 구 IUPAC에 따른 주기율표에서 14족 원소를 통칭하는 것으로, 그 중 게르마늄(Ge), 주석(Sn), 납(Pb) 등을 포함할 수 있다.In the present invention, the group IVB element collectively refers to the group 14 elements in the periodic table according to the old IUPAC, and may include germanium (Ge), tin (Sn), lead (Pb), and the like.
본 발명에서 ⅧA족 원소는 구 IUPAC에 따른 주기율표에서 8족 내지 10족 원소를 통칭하는 것으로, 철(Fe), 루테늄(Ru), 오스뮴(Os), 하슘(Hs), 코발트(Co), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 마이트너륨(Mt), 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 디름스타튬(Ds) 등을 포함할 수 있다.In the present invention, the group VIIIA element collectively refers to the elements of groups 8 to 10 in the periodic table according to the old IUPAC, iron (Fe), ruthenium (Ru), osmium (Os), hassium (Hs), cobalt (Co), rhodium (Rh), iridium (Ir), meitnerium (Mt), nickel (Ni), palladium (Pd), platinum (Pt), dimstatium (Ds), and the like.
본 발명에서 ⅡB족 원소는 구 IUPAC에 따른 주기율표에서 12족 원소를 통칭하는 것으로, 아연(Zn), 카드뮴(Cd), 수은(Hg) 등을 포함할 수 있다.In the present invention, group IIB elements collectively refer to group 12 elements in the periodic table according to the old IUPAC, and may include zinc (Zn), cadmium (Cd), mercury (Hg), and the like.
본 발명에서 ⅡA족 원소는 구 IUPAC에 따른 주기율표에서 2족 원소를 통칭하는 것으로, 베릴륨(Be), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba) 등을 포함할 수 있다.In the present invention, group ⅡA elements collectively refer to group 2 elements in the periodic table according to the old IUPAC, and may include beryllium (Be), magnesium (Mg), calcium (Ca), strontium (Sr), barium (Ba), etc. there is.
본 발명에서 ⅣA족 원소는 구 IUPAC에 따른 주기율표에서 4족 원소를 통칭하는 것으로 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 하프늄(Hf) 등을 포함할 수 있다.In the present invention, the group IVA element collectively refers to the group 4 element in the periodic table according to the old IUPAC, and may include titanium (Ti), zirconium (Zr), hafnium (Hf), and the like.
또한, 본 발명에서 "중질유 공급물" 또는 "중질유 공급원료"는 잔사유, 석탄, 비투멘, 셰일 오일(shale oil), 오일 샌드(tar sand) 등을 포함하는 중질 및 초중질 원유를 나타낼 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 또한, 중질유 공급원료는 용액, 반고체 또는 고체일 수 있다. 본 발명에서 개질될 수 있는 중질유 공급원료의 일예로는 캐나다산 타르 샌드, Brazilian Santos 및 Campos basins 의 감압 잔사유, Egyptian Gulf of Suez, Chad, Venezuelan Zulia, Malaysia, Indonesia Sumatra 등을 포함할 수 있으나 이에 한정되지는 않는다. In addition, "heavy oil feed" or "heavy oil feedstock" in the present invention may refer to heavy and extra-heavy crude oil, including resid, coal, bitumen, shale oil, tar sand, and the like. However, it is not limited thereto. Also, the heavy oil feedstock may be a solution, semi-solid or solid. Examples of heavy oil feedstocks that can be reformed in the present invention include Canadian tar sands, decompression residues from Brazilian Santos and Campos basins, Egyptian Gulf of Suez, Chad, Venezuelan Zulia, Malaysia, Indonesia Sumatra, etc. Not limited.
본 발명에 따른 공정은 물 및 촉매 존재 하에서 실시되는 중질유의 탈황 및 탈질 처리 공정으로, 반응기에 중질유 및 물을 주입한 다음, 승온시켜 반응시킨다. 이때, 반응 온도범위는 200 내지 420℃, 바람직하게는 250 내지 400℃의 온도범위에서 실시하는 것이 좋다. 또한, 상기 물은 중질유 100중량부에 대하여 1 내지 500 중량부 사용되는 것이 좋다. The process according to the present invention is a desulfurization and denitrification treatment process for heavy oil carried out in the presence of water and a catalyst. After injecting heavy oil and water into a reactor, the temperature is raised and reacted. At this time, the reaction temperature range is preferably carried out in a temperature range of 200 to 420 ℃, preferably 250 to 400 ℃. In addition, the water is preferably used in an amount of 1 to 500 parts by weight based on 100 parts by weight of heavy oil.
본 발명에 따른 중질유의 탈황 및 탈질 공정은 하기 화학식 1의 구조를 가지는 화합물을 황화 처리한 촉매 존재 하에서 반응시키는 것을 특징으로 한다. The process of desulfurization and denitrification of heavy oil according to the present invention is characterized in that a compound having a structure of Formula 1 is reacted in the presence of a sulfurized catalyst.
[화학식 1][Formula 1]
(Mo)a(W)b(M1)c(M2)d (Mo) a (W) b (M 1 ) c (M 2 ) d
(상기 화학식 1에서 M1 및 M2는 서로 상이한 것으로 ⅧA족 원소 군에서 선택되는 어느 하나의 금속 원소이고, a, b, c 및 d의 중량비는 각각 0 ≤ a ≤ 0.4, 0 ≤ b ≤ 0.4, 0 < c ≤ 0.2 및 0 < d ≤ 0.2 이되, a 및 b가 동시에 0인 경우는 제외한다.)(In Formula 1, M 1 and M 2 are different from each other and are any one metal element selected from the group VIIIA element group, and the weight ratio of a, b, c, and d is 0 ≤ a ≤ 0.4, 0 ≤ b ≤ 0.4, respectively. , 0 < c ≤ 0.2 and 0 < d ≤ 0.2, except when a and b are 0 at the same time.)
상기 촉매는 지지체 상에 도입되는 높은 로딩 수준의 1종 이상의 활성 금속 또는 활성 금속 전구체를 더 포함할 수 있다. 활성 금속 또는 금속들은, 일반적으로 지지체 재료 내에 또는 상에 활성 금속 또는 금속들을 도입하는 것으로 공지된 임의의 표준 용액 함침 방법에 의해 지지체 재료 내에 도입할 수 있다. 다중 함침은 추가적 열 처리와 조합으로 실시될 수 있다. The catalyst may further comprise a high loading level of one or more active metals or active metal precursors introduced onto the support. The active metal or metals may generally be introduced into the support material by any standard solution impregnation method known to introduce active metals or metals into or onto the support material. Multiple impregnations can be carried out in combination with additional heat treatments.
본 발명에서 상기 화학식 1로 표기된 화합물 조성에서 Mo는 ⅥB족 금속 중 하나인 몰리브덴을 의미하며, W는 ⅥB족 금속 중 하나인 텅스텐을 의미한다.In the present invention, in the compound composition represented by Formula 1, Mo means molybdenum, which is one of the Group VIB metals, and W means tungsten, which is one of the Group VIB metals.
상기 화학식 1에서 M1 및 M2는 선택적으로 존재할 수 있으며, 촉매 성분 중 프로모터 금속으로의 기능을 한다. 상기 M1 및 M2는 각각 서로 독립적으로 철, 루테늄, 오스뮴, 하슘, 코발트, 로듐, 이리듐, 마이트너륨, 니켈, 팔라듐, 백금 등의 ⅧA족 금속 중 하나인 것일 수 있으며, 바람직하게는 철, 코발트, 니켈, 팔라듐 및 백금 중 어느 하나인 것을 사용하는 것이 더욱 좋다. In Formula 1, M 1 and M 2 may optionally be present and function as promoter metals among catalyst components. The M 1 and M 2 may each independently be one of group VIIIA metals such as iron, ruthenium, osmium, hassium, cobalt, rhodium, iridium, meitnerium, nickel, palladium, and platinum, preferably iron , it is more preferable to use one of cobalt, nickel, palladium and platinum.
상기 화학식 1에서 a, b, c 및 d는 각 구성성분들의 총 중랑비를 나타내며, 이 중 a 및 b는 0 내지 0.8의 값을 가질 수 있다. 즉, 상기 화합물의 성분은 몰리브덴 및 텅스텐 중 어느 하나의 금속만을 포함할 수도 있다. 다만 a 및 b가 모두 0인 경우는 제외된다. 또한 a 및 b가 모두 0이 아닌 경우, 몰리브덴 대 텅스텐의 혼합 중량비는 9:1 내지 1:9 범위인 것이 좋으며, 바람직하게는 5:1 내지 1:5인 것이 더욱 좋다. 또한, 상기 c 및 d가 모두 0인 경우는 제외된다. In Formula 1, a, b, c, and d represent total median ratios of each component, and among them, a and b may have a value of 0 to 0.8. That is, the component of the compound may include only any one metal of molybdenum and tungsten. However, the case where both a and b are 0 is excluded. Also, when a and b are both non-zero, the mixing weight ratio of molybdenum to tungsten is preferably in the range of 9:1 to 1:9, more preferably 5:1 to 1:5. In addition, the case where both c and d are 0 is excluded.
본 발명에서 상기 촉매는In the present invention, the catalyst is
a) 지지체에 ① 몰리브덴, 텅스텐 또는 이들의 혼합 성분을 포함하는 전구체 및 ② ⅧA족 성분을 포함하는 프로모터 금속 전구체를 포함하는 제 1 함침 용액으로 함침시켜 원소 함침된 지지체를 제공하는 단계;a) impregnating the support with a first impregnating solution containing ① a precursor containing molybdenum, tungsten or a mixture thereof and ② a promoter metal precursor containing a group VIIIA component to provide an element-impregnated support;
b) 상기 원소 함침된 지지체를 하소하는 단계;b) calcining the element-impregnated support;
c) 상기 b) 단계 지지체에 ① 몰리브덴, 텅스텐 또는 이들의 혼합 성분을 포함하는 전구체 및 ② ⅧA족 성분을 포함하는 프로모터 금속 전구체를 포함하는 제 2 함침 용액을 함침시키는 단계; 및c) impregnating the support in step b) with a second impregnation solution containing ① a precursor containing molybdenum, tungsten or a mixture thereof and ② a promoter metal precursor containing a group VIIIA component; and
d) 상기 c) 단계 지지체를 하소한 후, 황화수소 및 수소의 혼합기체와 함께 가열시켜 촉매를 제조하는 단계를 포함하여 제조될 수 있다. d) calcining the support of step c) and then heating it together with a mixed gas of hydrogen sulfide and hydrogen to prepare a catalyst.
이때, 상기 지지체는 촉매 활성 금속 성분을 담지할 수 있는 입자일 수 있으며, 무기 산화물을 지지체로 사용할 수 있다. 상기 무기 산화물로는 알루미나, 실리카, 무정형 실리카-알루미나, 결정형 실리카-알루미나(제올라이트), 마그네시아, 지르코니아, 보리아, 티타니아 및 이들의 혼합물을 포함할 수 있으며, 구체적으로, ZSM-5, ZSM-12, ZSM-21, ZSM-22, ZSM-23, ZSM-35, ZSM-38, ZSM-48, ZSM-57, SSZ-32, ferrite, SAPO-11, SAPO-31, SAPO-41, MAPO-11, MAPO-31, X-zeolite, Y-zeolite, L-zeolite, beta-zeolite, SBA-15, MCM-41, MCM-48 등을 사용할 수 있다.In this case, the support may be a particle capable of supporting a catalytically active metal component, and an inorganic oxide may be used as the support. The inorganic oxide may include alumina, silica, amorphous silica-alumina, crystalline silica-alumina (zeolite), magnesia, zirconia, boria, titania, and mixtures thereof. Specifically, ZSM-5 and ZSM-12 , ZSM-21, ZSM-22, ZSM-23, ZSM-35, ZSM-38, ZSM-48, ZSM-57, SSZ-32, ferrite, SAPO-11, SAPO-31, SAPO-41, MAPO-11 , MAPO-31, X-zeolite, Y-zeolite, L-zeolite, beta-zeolite, SBA-15, MCM-41, MCM-48, etc. may be used.
본 발명에서 지지체는 촉매를 함유한 함침 용액에 함침되어 촉매를 담지할 수 있다. 이때, 함침 시 사용되는 용액은 상기 화학식 1의 화합물을 포함하는 금속 전구체를 포함할 수 있다. 상기 금속 전구체는 오일 또는 물에 용해성 및 분산성을 가지는 물질로, 원소성 금속 또는 금속 화합물로 제공될 수 있으며, a) 단계 및 c) 단계에 포함되는 금속 전구체는 이와 동일하거나 상이할 수 있다. In the present invention, the support may be impregnated with a catalyst-containing impregnation solution to support the catalyst. In this case, the solution used for impregnation may include a metal precursor including the compound of Chemical Formula 1. The metal precursor is a material soluble and dispersible in oil or water, and may be provided as an elemental metal or metal compound, and the metal precursor included in steps a) and c) may be the same as or different from these.
바람직하게는 상기 금속 전구체는 유기산을 포함할 수 있다. 일예로, 아세트산염, 옥살산염, 구연산염, 나프텐산염, 옥토산염, 아민염 등을 사용할 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다. Preferably, the metal precursor may include an organic acid. For example, acetate, oxalate, citrate, naphthenate, octoate, amine salt, etc. may be used, but is not limited thereto.
상기 몰리브덴 금속 전구체는 바람직하게는 암모늄 몰리브데이트, 이소-, 페록소, 디-, 트리-, 테트라-, 헵타-, 옥타-, 또는 테트라데카-몰리브데이트 등의 몰리브덴의 알칼리 금속 또는 암모늄 금속염, 포스포몰리브산의 암모늄염, 몰리브덴-인의 헤테로폴리아니온 화합물 등을 사용할 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다. The molybdenum metal precursor is preferably an alkali metal or ammonium metal salt of molybdenum such as ammonium molybdate, iso-, feroxo, di-, tri-, tetra-, hepta-, octa-, or tetradeca-molybdate. , ammonium salts of phosphomolybic acid, heteropolyanion compounds of molybdenum-phosphorus, etc. may be used, but are not limited thereto.
상기 텅스텐 금속 전구체는 바람직하게는 텅스텐-인의 헤테로폴리아니온 화합물, 텅스텐-규소의 헤테로폴리아니온 화합물, 메타-, 파라-, 헥사-, 또는 폴리텅스테이트 등의 알칼리 금속 또는 암모늄 텅스테이트 등을 사용할 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다. The tungsten metal precursor is preferably a tungsten-phosphorus heteropolyanion compound, a tungsten-silicon heteropolyanion compound, an alkali metal such as meta-, para-, hexa-, or polytungstate, or ammonium tungstate. Yes, but is not limited thereto.
또한, 니켈-몰리브덴-텅스텐 헤테로폴리아니온 화합물, 코발트-몰리브덴-텅스텐 헤테로폴리아니온 화합물 등과 같이 몰리브덴과 텅스텐을 모두 포함하는 전구체를 사용할 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.In addition, a precursor containing both molybdenum and tungsten may be used, such as a nickel-molybdenum-tungsten heteropolyanion compound or a cobalt-molybdenum-tungsten heteropolyanion compound, but is not limited thereto.
본 발명에서 ⅧA족 금속을 포함하는 전구체로는 나이트레이트, 수화 나이트레이트, 클로라이드, 수화 클로라이드, 설페이트, 수화 설페이트, 포르메이트, 아세테이트, 하이포포스파이트 및 이들의 혼합물에서 선택되는 금속염 또는 혼합물을 사용할 수 있으며, 용질 상태로 첨가될 수 있다. 바람직하게는 니켈, 코발트 등의 설파이드, 몰리브데이트, 텅스테이트 등의 수불용성 화합물, 합금 또는 수용성 설페이트 용액인 것이 더욱 좋다.In the present invention, metal salts or mixtures selected from nitrate, hydrated nitrate, chloride, hydrated chloride, sulfate, hydrated sulfate, formate, acetate, hypophosphite, and mixtures thereof may be used as a precursor containing a Group VIIIA metal. and can be added in a solute state. Preferably, it is more preferably a water-insoluble compound, alloy, or water-soluble sulfate solution, such as sulfide such as nickel or cobalt, molybdate, or tungstate.
상기 함침 용액은 지지체의 다중 함침에 따라 제 1 함침 용액 및 제 2 함침 용액으로 나눌 수 있다. 다만 이러한 구분은 함침의 횟수에 따른 것으로, 함침 횟수가 2회 이상이어도 무방하다. 또한 제 1 함침 용액과 제 2 함침 용액은 서로 동일하거나 상이할 수 있다.The impregnation solution may be divided into a first impregnation solution and a second impregnation solution according to multiple impregnation of the support. However, this classification is based on the number of times of impregnation, and it is okay even if the number of times of impregnation is two or more. Also, the first impregnation solution and the second impregnation solution may be the same as or different from each other.
상기 지지체를 함침 용액에 함침하는 공정은 추가로 비활성기체 분위기 하에서 초음파 처리할 수 있다. In the step of impregnating the support with the impregnating solution, ultrasonication may be further performed under an inert gas atmosphere.
상기 원소가 함침된 지지체는 하소하는 공정을 실시한다. 이때, 하소 공정 전에 건조를 실시할 수 있다. 하소 공정은 250℃ 내지 900℃, 바람직하게는 300℃ 내지 800℃, 보다 바람직하게는 350℃ 내지 600℃의 온도범위에서 실시하는 것이 더욱 좋다. 또한, 함침 횟수에 따라 2회 이상 하소할 수 있으며, 이때 하소 온도 및 시간은 서로 동일하거나 상이할 수 있다.The support impregnated with the element is calcined. At this time, drying may be performed before the calcination process. The calcination process is more preferably carried out in a temperature range of 250°C to 900°C, preferably 300°C to 800°C, more preferably 350°C to 600°C. In addition, calcination may be performed twice or more depending on the number of impregnations, and at this time, the calcination temperature and time may be the same or different from each other.
하소가 끝난 지지체는 황화제를 이용하여 황화 처리한다. 상기 황화제는 좋게는 즉시 배출이 가능한 형태의 황 화합물일 수 있으며, 예를 들어, 황, 황화수소, 황화암모늄, 티오황산암모늄, 티오황산나트륨, 티오우레아, 이황화탄소, 이황화디메틸, 황화디메틸, 다황화터셔리부틸, 다황화터셔리노닐 및 이들의 혼합물 중에서 선택되는 어느 하나를 사용할 수 있으며, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 상기 황화제는 황 유기물 이외에도 알칼리 또는 알칼라인 토금속 황화물, 알칼리 또는 알칼라인 토금속 수소 황화물 및 이들의 혼합물 중에서 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다. The calcined support is sulfided using a sulfiding agent. The sulfurizing agent may preferably be a sulfur compound in a form that can be released immediately, for example, sulfur, hydrogen sulfide, ammonium sulfide, ammonium thiosulfate, sodium thiosulfate, thiourea, carbon disulfide, dimethyl disulfide, dimethyl sulfide, polysulfide Any one selected from tertiary butyl, polysulfurized tertiary nonyl, and mixtures thereof may be used, but is not necessarily limited thereto. In addition, the sulfiding agent may be at least one selected from alkali or alkaline earth metal sulfides, alkali or alkaline earth metal hydrogen sulfides, and mixtures thereof, in addition to organic sulfur.
제조된 촉매는 ⅥB족 성분의 함량이 0.5 내지 40 중량%인 것이며, ⅧA족 성분의 함량이 0.05 내지 20 중량%인 것일 수 있다. 상기 범위 미만일 경우에는 탈황, 탈질 반응이 충분하지 않을 수 있으며, 상기 범위 초과일 경우에는 비용 상승으로 경제성이 떨어질 수 있다.The prepared catalyst may contain 0.5 to 40% by weight of the group VIB component and 0.05 to 20% by weight of the group VIIIA component. If it is less than the above range, desulfurization and denitrification reactions may not be sufficient, and if it exceeds the above range, economic feasibility may decrease due to cost increase.
또한 본 발명에서 촉매 제조 시 반응 활성을 증가시키기 위해 인, 불소, 염소, 브롬, 붕소 또는 이들의 혼합물을 더 포함할 수 있다. 본 발명에서 이들의 첨가량을 한정하지는 않으나, 전체 촉매 중량 대비 1 내지 10 중량% 포함할 수 있다.In addition, in the present invention, phosphorus, fluorine, chlorine, bromine, boron, or a mixture thereof may be further included to increase the reaction activity when preparing the catalyst. Although the amount of these additions is not limited in the present invention, it may include 1 to 10% by weight based on the total weight of the catalyst.
본 발명에서 중질유의 탈황 및 탈질 처리 반응은 촉매가 수납된 반응기에 캐리어 가스를 이용하여 중질유와 물을 공급하는 단계, 20 내지 200 bar 압력 하에서 200 내지 420℃로 가열하는 단계 및 중질유와 황산화물 및 질산화물을 분리하여 처리하는 단계를 포함할 수 있다. In the present invention, the desulfurization and denitrification treatment of heavy oil includes supplying heavy oil and water to a reactor containing a catalyst using a carrier gas, heating at 200 to 420° C. under a pressure of 20 to 200 bar, and carrying out heavy oil and sulfur oxides and It may include the step of separating and treating nitric oxide.
본 발명에서 사용되는 반응기는 통상적으로 사용되는 것이라면 크게 제한되지 않고 사용될 수 있다. 예를 들어, 고정층(fixed bed), 팽창층(ebullated bed), 이동층(moving bed) 반응기를 사용할 수 있으며, 앞서 기술한 공정에 따라 반응기의 형태, 크기 및 반응 조건을 자유롭게 변경 및 선택할 수 있다.The reactor used in the present invention may be used without any particular limitation as long as it is commonly used. For example, a fixed bed, an ebullated bed, or a moving bed reactor may be used, and the shape, size, and reaction conditions of the reactor may be freely changed and selected according to the process described above. .
본 발명에서 캐리어 가스는 반응기 내부로 원료인 중질유 및 물을 공급하기 위한 것으로, 수증기와 질소의 혼합 기체 또는 수증기와 수소의 혼합 기체일 수 있다. 단 물로부터 수증기를 발생시켜 공급하는 경우, 공급 전에 수증기 발생장치를 더 포함할 수 있다. 이때, 수증기와 중질유의 공급비(수증기/중질유, 중량비)는 0.01 내지 5 일 수 있다. 반응기에 공급되는 중질유 대비 수증기의 양이 중량비 0.01 미만인 경우에는 수증기 양이 부족하여 탈황, 탈질 반응이 충분히 발생하지 않을 수 있으며, 중량비 5를 초과하는 경우에는 과도한 수증기 사용으로 운전비가 증가할 수 있다. In the present invention, the carrier gas is for supplying heavy oil and water as raw materials into the reactor, and may be a mixed gas of steam and nitrogen or a mixed gas of steam and hydrogen. In the case of generating and supplying steam from sweet water, a steam generator may be further included before supply. At this time, the supply ratio (steam/heavy oil, weight ratio) of steam and heavy oil may be 0.01 to 5. If the weight ratio of steam to heavy oil supplied to the reactor is less than 0.01, desulfurization and denitrification may not occur sufficiently due to insufficient steam, and if the weight ratio exceeds 5, operating costs may increase due to excessive steam use.
중질유를 캐리어 가스를 통해 반응기 내부로 공급하면 반응기의 온도를 승온시킨 후 반응을 진행할 수 있다. 이때 반응기의 반응 온도는 200 내지 420℃일 수 있다. 200℃ 미만인 경우 반응온도가 낮아 탈황, 탈질 반응이 충분히 발생하지 않을 수 있으며, 420℃ 초과인 경우 과도한 코크가 발생할 수 있다.When heavy oil is supplied into the reactor through a carrier gas, the temperature of the reactor can be raised and then the reaction can proceed. At this time, the reaction temperature of the reactor may be 200 to 420 ℃. If the reaction temperature is lower than 200 ° C, desulfurization and denitrification may not occur sufficiently, and if the temperature exceeds 420 ° C, excessive coke may occur.
반응이 종료되면 자연 냉각한 후 처리유와 황산화물 및 질산화물, 기타 생성물을 회수할 수 있다.After the reaction is completed, after natural cooling, treated oil, sulfur oxides and nitric oxides, and other products can be recovered.
본 발명에 따른 공정은 처리유의 종류에 따라 약간의 차이가 있으나, 촉매의 활성화도가 높아 황 및 질소를 효과적으로 저감할 수 있으며, 점도 저감율이 높으며, 추가적으로 특정 범위의 비점을 가지는 유분의 함량이 늘어나거나 줄어들 수 있다.Although the process according to the present invention has slight differences depending on the type of oil to be treated, sulfur and nitrogen can be effectively reduced due to the high activity of the catalyst, the viscosity reduction rate is high, and the content of oil having a boiling point within a specific range is increased. or may be reduced.
이하 실시예 및 비교예를 들어 본 발명에 따른 물을 이용한 중질유의 탈황 및 탈질 처리 공정을 더욱 상세히 설명한다. 다만 실시예 및 비교예는 본 발명을 더욱 상세히 설명하기 위한 하나의 예시일 뿐, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the desulfurization and denitrification treatment process of heavy oil using water according to the present invention will be described in more detail by way of Examples and Comparative Examples. However, Examples and Comparative Examples are only examples for explaining the present invention in more detail, and the present invention is not limited thereto.
본 발명의 실시예 및 비교예에 따른 물성 평가 방법은 하기와 같다. Methods for evaluating physical properties according to Examples and Comparative Examples of the present invention are as follows.
(평가)(evaluation)
(1) 성분 함량(1) Ingredient content
촉매 내 각 성분의 함량은 형광 X선 분석(X-ray fluorescence) 방법을 통해 측정하였다. The content of each component in the catalyst was measured through an X-ray fluorescence method.
(2) 비점 분포(2) boiling point distribution
GC-SIMDIS(Gas Chromatography-SIMulated DIStillation) 분석을 이용하여 ASTM D-86의 규정에 의거하여 측정하였다. It was measured according to the rules of ASTM D-86 using GC-SIMDIS (Gas Chromatography-SIMulated DIStillation) analysis.
(3) 황 및 질소 저감율(3) Sulfur and nitrogen reduction rate
Total Sulfur & Nitrogen(TNS) 및 Elemental Analysis(EA) 분석을 통해 액상생성물 내 황 및 질소 함량을 측정하였으며, 저감율(%)은 하기 식 1을 이용하여 계산하였다. The sulfur and nitrogen content in the liquid product was measured through Total Sulfur & Nitrogen (TNS) and Elemental Analysis (EA) analysis, and the reduction rate (%) was calculated using Equation 1 below.
(식 1) (Equation 1)
(4) 점도 저감율(4) Viscosity reduction rate
Brookfield rotational viscometer를 이용하여 80℃에서 측정하였으며, 점도 저감율(%)은 하기 식 2를 이용하여 계산하였다.It was measured at 80 ° C using a Brookfield rotational viscometer, and the viscosity reduction rate (%) was calculated using Equation 2 below.
(식 2) (Equation 2)
또한, 사용한 중질유는 하기 표 1과 같다. In addition, heavy oil used is shown in Table 1 below.
하기 실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 10은 상기 표 1에 따른 LCO를 중질유로 하여 공정을 실시하였다. The following Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 10 were processed using LCO according to Table 1 as heavy oil.
(실시예 1)(Example 1)
지르코니아(ZrO2) 지지체에 Ni 3.0중량% 및 Mo 10.0중량%가 함침된 촉매를 제조한 다음, 10% 황화수소가 함유된 수소기체를 사용하여 400℃에서 2시간 동안 황화 처리시켰다. 300ml 회분식 반응기에 LCO 50g 및 물 20g과 함께 앞서 제조한 황화된 촉매 10g을 넣고, 질소 분위기에서 400℃까지 승온시킨 후, 4시간 동안 반응을 진행하였다. 반응이 끝난 후 황 저감율, 질소 저감율, 이산화탄소, 황화수소, 수소 생성량 및 비점 분포를 측정하여 하기 표 2에 표기하였다.A catalyst impregnated with 3.0% by weight of Ni and 10.0% by weight of Mo in a zirconia (ZrO 2 ) support was prepared, and then sulfided at 400° C. for 2 hours using hydrogen gas containing 10% hydrogen sulfide. In a 300 ml batch reactor, 10 g of the previously prepared sulfurized catalyst was put together with 50 g of LCO and 20 g of water, the temperature was raised to 400 ° C. in a nitrogen atmosphere, and the reaction was carried out for 4 hours. After the reaction was completed, the sulfur reduction rate, nitrogen reduction rate, carbon dioxide, hydrogen sulfide, hydrogen production and boiling point distribution were measured and shown in Table 2 below.
(실시예 2)(Example 2)
알루미나(Al2O3) 지지체에 Ni 3.0중량% 및 Mo 9.0중량%가 함침된 촉매를 제조한 다음 이를 황화시킨 것을 촉매로 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다. A catalyst impregnated with 3.0 wt% of Ni and 9.0 wt% of Mo in an alumina (Al 2 O 3 ) support was prepared, and the same method as in Example 1 was carried out, except that a sulfurized catalyst was used as the catalyst.
(실시예 3)(Example 3)
알루미나(Al2O3) 지지체에 Co 0.98중량% 및 Mo 1.0중량%가 함침된 촉매를 제조한 다음 이를 황화시킨 것을 촉매로 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다. A catalyst impregnated with 0.98% by weight of Co and 1.0% by weight of Mo in an alumina (Al 2 O 3 ) support was prepared, and then the same method as in Example 1 was carried out except that the sulfurized catalyst was used as the catalyst.
(실시예 4)(Example 4)
USY 제올라이트(Zeolite)에 Ni 4.5중량% 및 W 21.5중량%가 함침된 촉매를 제조한 다음 이를 황화시킨 것을 촉매로 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다. A catalyst impregnated with 4.5 wt% of Ni and 21.5 wt% of W in USY zeolite was prepared, and the same method as in Example 1 was carried out, except that a sulfurized catalyst was used as the catalyst.
(실시예 5)(Example 5)
무정형의 실리카-알루미나(SiO2-Al2O3) 지지체에 Ni 3.7중량% 및 W 23.6중량%가 함침된 촉매를 제조한 다음 이를 황화시킨 것을 촉매로 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다. The same method as in Example 1, except that a catalyst impregnated with 3.7% by weight of Ni and 23.6% by weight of W in an amorphous silica-alumina (SiO 2 -Al 2 O 3 ) support was prepared and then a sulfurized catalyst was used as the catalyst. was carried out.
(비교예 1)(Comparative Example 1)
촉매를 사용하지 않고 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다. It was carried out in the same manner as in Example 1 without using a catalyst.
(비교예 2)(Comparative Example 2)
지지체 없이, Fe2O3 82.1중량% 및 Cr2O3 17.9중량%로 이루어진 촉매를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다. It was carried out in the same manner as in Example 1 except that a catalyst composed of 82.1 wt% of Fe 2 O 3 and 17.9 wt% of Cr 2 O 3 was used without a support.
(비교예 3)(Comparative Example 3)
지지체 없이, Fe2O3 82.1중량% 및 Cr2O3 17.9중량%로 이루어진 촉매를 제조한 다음 이를 실시예 1과 같은 방법으로 황화시킨 것을 촉매로 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다. A catalyst composed of 82.1% by weight of Fe 2 O 3 and 17.9% by weight of Cr 2 O 3 was prepared without a support and then sulfurized in the same manner as in Example 1, except that a catalyst was used as the catalyst. conducted.
(비교예 4)(Comparative Example 4)
지지체 없이, Mo 함량이 1.9중량%인 Mo(CO)6 1g을 촉매로 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다. It was carried out in the same manner as in Example 1, except that 1 g of Mo(CO) 6 having a Mo content of 1.9% by weight was used as a catalyst without a support.
(비교예 5)(Comparative Example 5)
지지체 없이, Mo 함량이 1.0중량%인 몰리브덴 나프탈레이트(Mo Naphthalate) 1g을 촉매로 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다. It was carried out in the same manner as in Example 1, except that 1 g of molybdenum naphthalate having a Mo content of 1.0% by weight was used as a catalyst without a support.
(비교예 6)(Comparative Example 6)
지지체 없이, MoS2 1g을 촉매로 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다. It was carried out in the same manner as in Example 1, except that 1 g of MoS 2 was used as a catalyst without a support.
(비교예7) (Comparative Example 7)
지르코니아(ZrO2) 지지체에 Ni 3.0중량% 및 Mo 10.0중량%가 함침된 촉매를 제조한 다음, 10% 수소기체를 사용하여 400℃에서 2시간 동안 환원시킨 것을 촉매로 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다. Examples except that a catalyst impregnated with 3.0% by weight of Ni and 10.0% by weight of Mo in a zirconia (ZrO 2 ) support was prepared and then reduced at 400 ° C. for 2 hours using 10% hydrogen gas as a catalyst. It was carried out in the same way as in 1.
(비교예 8) (Comparative Example 8)
알루미나(Al2O3) 지지체에 Co 0.98중량% 및 Mo 1.0중량%가 함침된 촉매를 제조한 다음 이를 10% 수소기체를 사용하여 400℃에서 2시간 동안 환원시킨 것을 촉매로 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다. Except that a catalyst impregnated with 0.98% by weight of Co and 1.0% by weight of Mo on an alumina (Al 2 O 3 ) support was prepared and reduced at 400 ° C for 2 hours using 10% hydrogen gas as a catalyst. It was carried out in the same way as in Example 1.
(비교예 9)(Comparative Example 9)
알루미나(Al2O3) 지지체에 Ni 2.4중량%가 함침된 촉매를 제조한 다음, 10% 수소기체를 사용하여 400℃에서 2시간 동안 환원시킨 것을 촉매로 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.A catalyst impregnated with 2.4% by weight of Ni in an alumina (Al 2 O 3 ) support was prepared, and then reduced using 10% hydrogen gas at 400 ° C. for 2 hours. method was carried out.
(g)LCO/water
(g)
상기 표 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 실시예 1 내지 5는 높은 황, 질소 저감율을 나타내었으며, 특히 몰리브덴을 담지한 촉매 중에 실시예 2, 3과 텅스텐을 담지한 촉매 중 실시예 4의 경우 그 효율이 매우 향상됨을 확인할 수 있었다. 반면, 비교예들은 황 저감 효과가 미비했으며, 증기 반응에 활성을 보일 것으로 예상되었던 철 촉매를 사용한 비교예 2 내지 3의 경우에도 황 및 질소 저감 효과가 크지 않았다.As can be seen in Table 2, Examples 1 to 5 of the present invention exhibited high sulfur and nitrogen reduction rates, especially Examples 2 and 3 among catalysts supported by molybdenum and Example 4 among catalysts supported by tungsten. In the case of , it was confirmed that the efficiency was greatly improved. On the other hand, in Comparative Examples, the sulfur reduction effect was insufficient, and in the case of Comparative Examples 2 to 3 using the iron catalyst, which was expected to be active in steam reaction, the sulfur and nitrogen reduction effect was not great.
다음으로, 하기 실시예 6 및 비교예 13은 상기 표 1에 따른 SLO를 중질유로 하여 공정을 실시하였다.Next, the following Example 6 and Comparative Example 13 were processed using SLO according to Table 1 as heavy oil.
(실시예 6)(Example 6)
실시예 3에서, 중질유를 LCO 대신 SLO로 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.In Example 3, the same method as in Example 1 was carried out except that heavy oil was changed to SLO instead of LCO.
(비교예 13)(Comparative Example 13)
실시예 6에서 촉매를 사용하지 않은 것을 제외하고는 실시예 6과 동일한 방법으로 실시하였다.Example 6 was carried out in the same manner as in Example 6, except that no catalyst was used.
(g)SLO/water
(g)
상기 표 3에서 볼 수 있는 바와 같이, LCO 평가에서 우수한 효율을 보였던 실시예 3에서 사용한 촉매는 SLO 평가에서도 우수한 황, 질소 저감율을 나타내었다. 이는 촉매를 사용하지 않은 비교예 13과 비교하였을 때, 더욱 우수한 황, 질소 저감율을 저감율을 보일 뿐만 아니라, 코크 생성을 억제하면서 비점분포 360℃ 미만의 유분으로 업그레이딩 하였다. As can be seen in Table 3, the catalyst used in Example 3, which showed excellent efficiency in LCO evaluation, exhibited excellent sulfur and nitrogen reduction rates in SLO evaluation. Compared to Comparative Example 13 in which no catalyst was used, this not only showed a more excellent sulfur and nitrogen reduction rate, but also upgraded to an oil with a boiling point distribution of less than 360 ° C. while suppressing coke formation.
(실시예 7)(Example 7)
실시예 3에서 중질유를 LCO 대신 비투멘(bitumen)으로 변경하여, 300ml 회분식 반응기에 비투멘 80g 및 물 4g과 함께 실시예 3에서 사용한 촉매 10g을 넣고, 질소 분위기에서 370℃까지 승온시킨 후, 4시간 동안 반응을 진행하였다. 반응이 끝난 후 황 저감율, 질소 저감율, 이산화탄소, 황화수소, 수소 생성량 및 비점 분포를 측정하여 하기 표 2에 표기하였다.In Example 3, the heavy oil was changed to bitumen instead of LCO, and 10 g of the catalyst used in Example 3 was put into a 300 ml batch reactor together with 80 g of bitumen and 4 g of water, and the temperature was raised to 370 ° C. in a nitrogen atmosphere. The reaction proceeded over time. After the reaction was completed, the sulfur reduction rate, nitrogen reduction rate, carbon dioxide, hydrogen sulfide, hydrogen production and boiling point distribution were measured and shown in Table 2 below.
(비교예 14)(Comparative Example 14)
실시예 7에서 촉매를 사용하지 않은 것을 제외하고는 실시예 7과 동일한 방법으로 실시하였다.Example 7 was carried out in the same manner as in Example 7, except that the catalyst was not used.
(g)Bitumen/water
(g)
상기 표 4에서 볼 수 있는 바와 같이, 실시예 7은 황 저감율 및 질소 저감율에서 높은 수치를 보였으며, 처리 전에 비해 비점 분포가 170 내지 360℃인 성분의 증가량이 170% 이상으로 개선된 비점분포도를 보였다. 또한, 점도 저감율 측면에서도 높은 수치를 나타내어 처리 후 중질유의 운송 측면에서도 다른 촉매에 비해 우수함을 확인할 수 있었다. As can be seen in Table 4, Example 7 showed high values in the sulfur reduction rate and nitrogen reduction rate, and the boiling point distribution was improved to 170% or more in the increase of components with a boiling point distribution of 170 to 360 ° C. compared to before treatment. looked In addition, it showed a high value in terms of viscosity reduction rate, and it was confirmed that it was superior to other catalysts in terms of transportation of heavy oil after treatment.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있으며, 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 실시예에 기재된 내용은 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, it is clear that the present invention can use various changes, modifications, and equivalents, and can be equally applied by appropriately modifying the embodiments. Therefore, the content described in the examples does not limit the scope of the present invention, which is defined by the limits of the claims.
Claims (7)
반응기에 중질유 및 물을 투입한 후, 200 내지 420℃의 온도범위에서 반응시키되,
상기 반응은 하기 화학식 1의 구조를 가지는 화합물을 황화 처리한 촉매 존재 하에서 실시되고,
상기 촉매는,
a) 지지체 입자에 ① 몰리브덴, 텅스텐 또는 이들의 혼합 성분을 포함하는 전구체 및 ② ⅧA족 성분을 포함하는 프로모터 금속 전구체를 포함하는 제 1 함침 용액으로 함침시켜 원소 함침된 지지체를 제공하는 단계;
b) 상기 원소 함침된 지지체를 하소하는 단계;
c) 상기 b) 단계 지지체에 ① 몰리브덴, 텅스텐 또는 이들의 혼합 성분을 포함하는 전구체 및 ② ⅧA족 성분을 포함하는 프로모터 금속 전구체를 포함하는 제 2 함침 용액을 함침시키는 단계; 및
d) 상기 c) 단계 지지체를 하소한 후, 황화수소 및 수소의 혼합기체와 함께 가열시켜 촉매를 제조하는 단계;
를 포함하여 제조되는 것을 특징으로 하는 물을 이용한 중질유의 탈황 및 탈질 처리 방법.
[화학식 1]
(Mo)a(W)b(M1)c(M2)d
(상기 화학식 1에서 M1 및 M2는 서로 상이한 것으로 ⅧA족 원소 군에서 선택되는 어느 하나의 금속 원소이고, a, b, c 및 d의 중량비는 각각 0 ≤ a ≤ 0.4, 0 ≤ b ≤ 0.4, 0 < c ≤ 0.2 및 0 < d ≤ 0.2 이되, a 및 b가 동시에 0인 경우는 제외한다.)
As a desulfurization and denitrification treatment method for heavy oil,
After adding heavy oil and water to the reactor, react at a temperature range of 200 to 420 ° C.
The reaction is carried out in the presence of a catalyst obtained by sulfurizing a compound having the structure of Formula 1 below,
The catalyst is
a) impregnating support particles with a first impregnating solution containing ① a precursor containing molybdenum, tungsten or a mixture thereof and ② a promoter metal precursor containing a group VIIIA component to provide an element-impregnated support;
b) calcining the element-impregnated support;
c) impregnating the support in step b) with a second impregnating solution containing ① a precursor containing molybdenum, tungsten or a mixture thereof and ② a promoter metal precursor containing a group VIIIA component; and
d) calcining the support of step c) and then heating it together with a mixed gas of hydrogen sulfide and hydrogen to prepare a catalyst;
Desulfurization and denitrification treatment method of heavy oil using water, characterized in that produced by including.
[Formula 1]
(Mo) a (W) b (M 1 ) c (M 2 ) d
(In Formula 1, M 1 and M 2 are different from each other and are any one metal element selected from the group VIIIA element group, and the weight ratio of a, b, c, and d is 0 ≤ a ≤ 0.4, 0 ≤ b ≤ 0.4, respectively. , 0 < c ≤ 0.2 and 0 < d ≤ 0.2, except when a and b are 0 at the same time.)
상기 M1 및 M2는 각각 서로 독립적으로 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 팔라듐(Pd) 및 백금(Pt) 중에서 선택되는 어느 하나의 금속 원소인 물을 이용한 중질유의 탈황 및 탈질 처리 방법.
According to claim 1,
The M 1 and M 2 are each independently desulfurized heavy oil using water, which is any one metal element selected from iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), palladium (Pd), and platinum (Pt). and a denitrification treatment method.
상기 촉매는 하기 식 1을 만족하는 것인 물을 이용한 중질유의 탈황 및 탈질 처리 방법.
[식 1] 0.5 ≤ (a+b)/(c+d) ≤ 12
According to claim 1,
The method of desulfurization and denitrification treatment of heavy oil using water, wherein the catalyst satisfies Formula 1 below.
[Equation 1] 0.5 ≤ (a + b) / (c + d) ≤ 12
상기 지지체는 알루미나, 실리카, 실리카-알루미나, 마그네시아, 지르코니아, 보리아 및 티타니아 중에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 혼합물을 포함하는 물을 이용한 중질유의 탈황 및 탈질 처리 방법.
According to claim 1,
The support is a desulfurization and denitrification treatment method of heavy oil using water containing any one selected from alumina, silica, silica-alumina, magnesia, zirconia, boria and titania or a mixture thereof.
상기 반응은 촉매가 수납된 반응기에 캐리어 가스를 이용하여 중질유와 물을 공급하는 단계 20 내지 200 bar 압력 하에서 200 내지 420℃로 가열하는 단계 및 중질유와 황산화물 및 질산화물을 분리하여 처리하는 단계를 포함하는 물을 이용한 중질유의 탈황 및 탈질 처리 방법.
According to claim 1,
The reaction includes supplying heavy oil and water to a reactor containing a catalyst using a carrier gas, heating at 200 to 420 ° C. under a pressure of 20 to 200 bar, and separating and treating heavy oil and sulfur oxides and nitric oxides. Desulfurization and denitrification treatment method of heavy oil using
상기 캐리어 가스는 수증기와 질소 또는 수증기와 수소의 혼합 가스인 물을 이용한 중질유의 탈황 및 탈질 처리 방법.
According to claim 6,
The carrier gas is desulfurization and denitrification treatment method of heavy oil using water, which is a mixed gas of steam and nitrogen or steam and hydrogen.
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