JP2006502307A - 接触脱ロウのための総合的プロセス - Google Patents

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Abstract

サワー環境にある炭化水素原料の総合的脱ロウプロセスを開示する。このプロセスは、水素化処理、脱ロウ、水素化仕上げ、またはそれらの組み合わせを含み、いずれのプロセス工程間にも解放されない。

Description

本発明は、炭化水素原料のための総合的な接触水素化脱ロウプロセスに関する。特に、プロセス工程間に解放されずに、硫黄および窒素汚染物質を含有する原料に、水素化処理、水素化脱ロウおよび/または水素化仕上げを含むプロセスを受けさせる。
従来から、典型的には、炭化水素原料の脱ロウを使用して流動点を低下させることにより、原料のフロー特性が改善されている。脱ロウ触媒は、選択的水素化分解または異性化のいずれかによって、原料のワックス状成分を除去する。拘束中間細孔モレキュラシーブを利用することによって、脱ロウ触媒の選択性を改善することができる。金属水素化/脱水素化成分を利用することによって、かかる選択的触媒の活性を改善することができる。
脱ロウ触媒によって遭遇される1つの問題は、それらが、硫黄および/または窒素汚染物質を含有する環境に感応性であることである。かかる汚染物質は、触媒活性、触媒老化および触媒選択性に悪影響を及ぼす。従って、窒素および硫黄含有汚染物質をアンモニアおよび硫化水素へと変換するため、そして脱ロウ工程の前に、これらの気体状汚染物質をこのプロセスから除去するために、脱ロウ工程の前に水素化処理および/または水素化分解工程を利用することが一般的である。
別々の脱ロウおよび水素化仕上げ工程を伴うプロセスの不都合は、これらの工程のための設備において、かなりの設備投資を伴うことである。高VIおよび低流動点を有する潤滑剤に関し、かつ水素化処理をZSM−5のような従来の脱ロウ触媒と組み合わせるプロセスは、水素化脱ロウ間のVI損失を補償するために、より過酷な条件で水素化処理工程が実行されるため、実質的な収率のマイナスをもたらす。より最近の、異性化によって機能する脱ロウ触媒は、典型的に、クリーンな原料、即ち、硫黄および窒素汚染物質が非常に低濃度である原料を必要とする。前水素化処理工程と組み合わせる場合、通常、触媒活性を保護するために、気体状汚染物質の分離およびストリッピングが必要とされる。
選択性、活性および老化のような触媒特性を維持しながら、実質的な濃度の硫黄および、または窒素含有汚染物質を含有する環境で操作可能である脱ロウ触媒を使用する総合的プロセスであって、硫黄および窒素含有気体状汚染物質を除去するための解放工程を必要とせずに機能するプロセスが望まれている。
米国特許第4,397,827号明細書 米国特許第4,448,675号明細書 米国特許第5,075,269号明細書 米国特許第4,556,477号明細書 米国特許第4,076,342号明細書 米国特許第4,016,245号明細書 米国特許第6,294,077号明細書 米国特許第5,282,958号明細書 米国特許第4,016,218号明細書 米国特許第5,098,684号明細書 米国特許第5,198,203号明細書 米国特許第5,246,689号明細書 ジャーナル オブ アメリカン ケミカル ソサエティー(J.Amer.Chem.Soc.),1992,114,10834
本発明は、非常に汚染された原料によって操作可能である総合的な脱ロウプロセスに関する。20,000ppmwまでの硫黄および1000ppmwまでの窒素を含有するラフィネート原料の総合的脱ロウ方法は、
(a)水素化処理条件下で、前記ラフィネート原料を水素化処理触媒と接触させて、水素化処理原料、並びに窒素および硫黄含有気体状汚染物質を生成する工程;および
(b)前記工程(a)由来の前記水素化処理原料および気体状成分の少なくとも一部を、解放せずに、ZSM−48、ZSM−22、ZSM−23、ZSM−5、ZSM−35、ゼオライトベータ、SSZ−31、SAPO−11、SAPO−31、SAPO−41、MAPO−11、ECR−42、合成フェリエライト、モルデナイト、オフレタイト、エリオナイトおよびシャバザイトの少なくとも1つを含む脱ロウ触媒を含有する水素化脱ロウ処理域へ送り、水素化脱ロウ条件下で前記水素化処理原料を水素化脱ロウして、水素化脱ロウ生成物を形成する工程
を含み、
前記脱ロウ触媒は、少なくとも1つの6族金属、少なくとも1つの8族〜10族金属、または6族および8族〜10族金属の混合物である金属水素化成分を含む。本明細書で使用される場合、ZSM−48としては、EU−2、EU−11およびZBM−20が挙げられ、これらは構造的にZSM−48と同等である。
もう1つの実施形態は、20,000ppmwまでの硫黄および1000ppmwまでの窒素を含有するラフィネート原料の総合的脱ロウ方法であって、
(a)水素化処理条件下で、前記ラフィネート原料を水素化処理触媒と接触させて、水素化処理原料、並びに窒素および硫黄含有気体状汚染物質を生成する工程;および
(b)前記工程(a)由来の前記水素化処理原料、並びに硫黄および窒素含有気体状汚染物質の少なくとも一部を、解放せずに、ZSM−48、ZSM−22、ZSM−23、ZSM−5、ZSM−35、ゼオライトベータ、SSZ−31、SAPO−11、SAPO−31、SAPO−41、MAPO−11、ECR−42、合成フェリエライト、モルデナイト、オフレタイト、エリオナイトおよびシャバザイトの少なくとも1つを含む脱ロウ触媒を含有する水素化脱ロウ処理域へ送り、水素化脱ロウ条件下で前記水素化処理原料を水素化脱ロウする工程
を含み、
前記脱ロウ触媒は、少なくとも1つの6族金属、少なくとも1つの8族〜10族金属、または6族および8族〜10族金属の混合物である金属水素化成分を含み、
前記水素化脱ロウ処理域は、硫黄および窒素含有汚染物質に対して耐性である第2の脱ロウ触媒をも含有する
ことを特徴とする総合的脱ロウ方法に関する。
また、もう1つの実施形態は、20,000ppmwまでの硫黄および1000ppmwまでの窒素を含有するラフィネート原料の総合的脱ロウ方法であって、
(a)水素化脱ロウ条件下で、前記ラフィネート原料を、ZSM−48、ZSM−22、ZSM−23、ZSM−5、ZSM−35、ゼオライトベータ、SSZ−31、SAPO−11、SAPO−31、SAPO−41、MAPO−11、ECR−42、合成フェリエライト、モルデナイト、オフレタイト、エリオナイトおよびシャバザイトの少なくとも1つを含む脱ロウ触媒と接触させて、水素化脱ロウ生成物を形成する工程;および
(b)前記工程(b)由来の水素化脱ロウ生成物および気体状成分の少なくとも一部を、水素化仕上げ処理域へ送り、水素化仕上げ条件下で前記水素化脱ロウ生成物を水素化仕上げする工程
を含み、
前記脱ロウ触媒は、少なくとも1つの6族金属、少なくとも1つの8族〜10族金属、または6族および8族〜10族金属の混合物である金属水素化成分を含むことを特徴とする総合的脱ロウ方法に関する。
更にもう1つの実施形態は、ラフィネート原料の総合的脱ロウ方法であって、
(a)前記ラフィネート原料を溶剤脱ロウして、ラフィネートおよび粗ロウを形成する工程;
(b)前記粗ロウを脱油して、フーツ油を生成する工程;
(c)水素化処理条件下で前記フーツ油を水素化処理触媒と接触させて、水素化処理フーツ油、並びに窒素および硫黄含有気体状汚染物質を生成する工程;および
(d)前記工程(c)由来の前記水素化処理フーツ油、並びに硫黄および窒素含有気体状汚染物質の少なくとも一部を、解放せずに、ZSM−48、ZSM−22、ZSM−23、ZSM−5、ZSM−35、ゼオライトベータ、SSZ−31、SAPO−11、SAPO−31、SAPO−41、MAPO−11、ECR−42、合成フェリエライト、モルデナイト、オフレタイト、エリオナイトおよびシャバザイトの少なくとも1つを含む脱ロウ触媒を含有する水素化脱ロウ処理域へ送り、水素化脱ロウ条件下で前記水素化処理フーツ油を水素化脱ロウして、水素化脱ロウ生成物を形成する工程
を含み、
前記脱ロウ触媒は、少なくとも1つの6族金属、少なくとも1つの8族〜10族金属、または6族および8族〜10族金属の混合物である金属水素化成分を含むことを特徴とする総合的脱ロウ方法に関する。
もう1つの実施形態は、20,000ppmwまでの硫黄および1000ppmwまでの窒素を含有する原料の総合的脱ロウ方法であって、
(a)ラフィネート原料を、粗ロウおよびフーツ油の少なくとも1つとブレンドして、ブレンド原料を形成する工程;
(b)水素化処理条件下で前記ブレンド原料を水素化処理触媒と接触させて、水素化処理原料、並びに窒素および硫黄含有気体状汚染物質を生成する工程;および
(c)前記工程(b)由来の前記水素化処理原料および気体状成分の少なくとも一部を、解放せずに、ZSM−48、ZSM−22、ZSM−23、ZSM−5、ZSM−35、ゼオライトベータ、SSZ−31、SAPO−11、SAPO−31、SAPO−41、MAPO−11、ECR−42、合成フェリエライト、モルデナイト、オフレタイト、エリオナイトおよびシャバザイトの少なくとも1つを含む脱ロウ触媒を含有する水素化脱ロウ処理域へ送り、水素化脱ロウ条件下で水素化処理原料を水素化脱ロウして、水素化脱ロウ生成物を形成する工程
を含み、
前記脱ロウ触媒は、少なくとも1つの6族金属、少なくとも1つの8族〜10族金属、または6族および8族〜10族金属の混合物である金属水素化成分を含むことを特徴とする総合的脱ロウ方法に関する。
本プロセスにおいて、工程は総合的であり、即ち、プロセスは、前工程または後工程のいずれかに相互に関連し、かつ依存する工程の配列を組み入れる。前記工程は、工程の配列の間に解放されずに実行される。
異性化触媒である脱ロウ触媒は通常、水素化金属、特に貴金属が負荷された形状選択的中間細孔モレキュラシーブである。しかし、かかる異性化脱ロウ触媒は、NHおよびHSのような硫黄および窒素含有汚染物質による被毒を受けやすいと考えられる。従って、かかる毒物を除去するために、通常、前処理によってそれらを保護する。かかる前処理の例は、水素化処理による、それぞれHSおよびNHへの硫黄および窒素含有汚染物質の変換である。しかし、触媒を被毒させないように、脱ロウの前に硫黄および窒素含有汚染物質を除去(ストリップ)するために、水素化処理に続いて解放される。
本総合的脱ロウプロセスのための原料として、ラフィネートが挙げられる。より多くのパラフィン系成分をラフィネート相に残しながら、芳香族成分を抽出相に選択的に溶解する、溶剤抽出プロセスから、ラフィネートは得られる。ナフテンは、抽出物とラフィネート相との間に分配される。溶剤抽出のための典型的な溶剤としては、フェノール、フルフラールおよびN−メチルピロリドンが挙げられる。溶剤対油の比率、抽出温度および溶剤に抽出される原料の接触方法を制御することによって、抽出物とラフィネート相との間の分離度を制御することができる。ラフィネートは、ワイドカットまたはナローカットであってよい。
溶剤抽出からのラフィネートを、更に溶剤脱ロウに付し、潤滑油留分と粗ロウとに分離してもよい。プロパン、ケトン、並びにケトンと、ベンゼン、トルエンおよび/またはキシレンのような芳香族との混合物のような溶剤によってラフィネートを処理し、そして冷凍して、ワックス分子を結晶化および分離することによって、溶剤脱ロウを達成してもよい。次いで、得られた粗ロウを脱油し、ミクロクリスタリンワックス(ハードワックス)からフーツ油(ソフトワックス)を分離する。粗ロウまたはフーツ油をラフィネートとブレンドして、ブレンド原料を形成してもよい。ブレンド原料におけるラフィネート対粗ロウまたはフーツ油の比率は、99:1〜1:99の範囲であってよい。
ラフィネート、粗ロウまたはフーツ油原料は、それらが、高レベルの20,000ppmwまでの硫黄を含有する汚染物質および1000ppmwまでの窒素を含有する汚染物質を含有してもよいことを特徴とする。
水素化処理の重要な目的は、原料の硫黄および窒素含有量を減少することである。本プロセスに関する水素化処理は、主に、原料の沸点変換に関係していない。水素化処理触媒は、通常、アルミニウムまたはシリカのようなより酸性の低い支持体上に、少なくとも1つの6族および8族〜10族金属(1族〜18族を有するIUPAC周期表を基礎とする族)を含有する。触媒は、金属の量が30重量%以上であってもよいバルク金属触媒であってもよい。例としては、Ni/Mo、Co/MoおよびNi/W触媒が挙げられる。好ましい水素化処理触媒は、KF−848(アクゾ ノベル(Akzo Nobel))、DN190(クリテリオン キャタリスツ(Criterion catalysts))およびRT721(アクゾ ノベル(Akzo Nobel))のような低酸性度、高金属含有量触媒である。金属の量は、触媒を基準として0.1重量%〜95重量%である。水素化処理条件は、315℃〜425℃の温度、2170kPa〜20786kPa(300psig〜3000psig)の圧力、0.1〜10の液時空間速度(LHSV)および89m/m〜1780m/m(500scf/bbl〜10,000scf/bbl)の水素化処理比を含む。
本プロセスの脱ロウ工程の前に、水素化処理工程が使用される場合、水素化処理工程と脱ロウ工程との間に解放が必要とされない。解放は、減圧、ストリップおよび再加圧を伴い、従って、高価なポンプ、分離装置および加熱装置を必要とする。本脱ロウ触媒はサワー環境で作用し得るため、この不都合は回避される。ラフィネートの場合、いずれの事前の水素化処理もせずに、ラフィネートを直接的に脱ロウ工程へと単に通過させることが可能である。
特定の脱ロウ触媒は、サワー環境で機能し得ることが発見されている。本脱ロウ触媒としては、ZSM−48、ZSM−22、ZSM−23、ZSM−5、ZSM−35、ゼオライトベータ、SSZ−31、SAPO−11、SAPO−31、SAPO−41、MAPO−11、ECR−42、合成フェリエライト、モルデナイト、オフレタイト、エリオナイトおよびシャバザイトが挙げられ、ZSM−48、ZSM−22、ZSM−5、ZSM−23およびZSM−35が好ましく、ZSM−48が、より好ましい実施形態である。ZSM−48は、5.3Å×5.6Åの細孔径を有する一次元中間細孔10環ゼオライトである。ZSM−48は市販品として入手可能であり、そしてその調製については特許文献1、特許文献2および特許文献3に記載されている。ZSM−22は特許文献4に、ZSM−23は特許文献5に、そしてZSM−35は特許文献6に記載されている。
脱ロウ触媒は二機能性であり、即ち、それらは金属水素化成分で負荷されており、これは、少なくとも1つの6族金属、少なくとも1つの8族〜10族金属、またはそれらの混合物である。好ましい金属は、9族〜10族金属である。Pt、Pdまたはそれらの混合物のような9族〜10族貴金属が特に好ましい(1族〜18族を有するIUPAC周期表を基礎とする)。これらの金属は、触媒を基準として0.1重量%〜30重量%の率で負荷される。触媒調製および金属負荷法は、例えば特許文献7に記載されており、そして例えば、分解可能金属塩を使用するイオン交換および含浸が挙げられる。金属分散技術および触媒粒径制御については、特許文献8に記載されている。小粒径の、良好に分散された金属を有する触媒が好ましい。
脱ロウ触媒は、典型的に、仕上げられた脱ロウ触媒を形成するために脱ロウ条件下で利用されてもよい高温に抵抗する結合剤材料との複合物であるか、または結合剤がなくてもよい(自己結合)。結合剤材料は、通常、シリカ、アルミナ、シリカ−アルミナ、シリカとチタニア、マグネシア、トリア、ジルコニア等のような他の金属酸化物との二成分の組み合わせ、並びにシリカ−アルミナ−トリアおよびシリカ−アルミナ−マグネシアのようなこれらの酸化物の三成分の組み合わせのような無機酸化物である。仕上げられた脱ロウ触媒におけるモレキュラシーブの量は、触媒を基準として10重量%〜100重量%、好ましくは35重量%〜100重量%である。かかる触媒は、噴霧乾燥、抽出等のような方法によって形成される。脱ロウ触媒は、硫化物型または非硫化物型で使用されてよく、そして硫化物型が好ましい。
本脱ロウプロセスのための温度は、360℃〜425℃の範囲内である。触媒構造のため、これらの温度は、別の方法では、かかるより高い温度から予期される分解が生じない触媒脱ロウのために通常使用される温度より高い。他のプロセス条件は、2859kPa〜20786kPa(400psig〜3000psig)の水素圧力、0.1〜10の液時空間速度LHSVおよび53.4m/m〜1780m/m(300scf/bbl〜10,000scf/bbl)の水素化処理ガス比を含む。
水素化脱ロウ触媒は、ZSM−48脱ロウ触媒と混合されてもよい第2の触媒成分を含有してもよいか、または上層の第2の成分との積み重ね(積層)配置であってよい。第2の触媒は、硫黄および窒素含有汚染物質に対して耐性である。かかる汚染物質に対して耐性である典型的な触媒としては、ZSM−5、およびゼオライトベータのようなより大きい細孔の触媒が挙げられる。脱ロウ触媒がその内部構造に様々な径の制御分子を提供する範囲の都合のよい尺度は、ゼオライトのコンストレイントインデックス(Constraint Index)である。非常に制限された内部構造への接近および内部構造からの排出を提供するゼオライトは、高いコンストレイントインデックス値を有し、この種類のゼオライトは通常、小細孔径を有する。一方、比較的自由な内部ゼオライト構造への接近を提供するゼオライトは、低いコンストレイントインデックス値を有する。コンストレイントインデックスを決定する方法は、特許文献9に完全に記載されており、これは、方法の詳細に関して参照される。1未満のコンストレイントインデックスを有する大細孔のゼオライトとしては、TEAモルデナイト(0.4)、脱アルミニウムY(0.5)、ZSM−4(0.5)、ZSM−20(0.5)、モルデナイト(0.5)、REY(0.4)および超安定Yが挙げられる。ゼオライトベータも大細孔ゼオライトの範囲内である。第2の触媒成分は、非晶質アルミノシリケート、ハロゲン化アルミナ、酸性粘土、アルミナまたはシリカ−アルミナのような酸性多孔性非晶質材料であってもよい。
次いで、水素化脱ロウ処理域または工程からの生成物の少なくとも一部を、再び水素化仕上げ工程へと通過させてもよく、ここでは、水素化脱ロウ工程と水素化仕上げ工程との間に解放の必要がない。水素化仕上げのための触媒は、あるとしても予備的な水素化処理工程に使用されたもの、即ち、アルミナまたはシリカのような支持体上で少なくとも1つの6族および8族〜10族金属を含有するものと同一であり得る。例としては、Ni/Mo、Co/MoおよびNi/W触媒が挙げられる。好ましい水素化処理触媒としては、KF−840、KF−848(アクゾ ノベル(Akzo Nobel))、DN190(クリテリオン キャタリスツ(Criterion catalysts))およびRT721(アクゾ ノベル(Akzo Nobel))のような触媒が挙げられる。
水素化仕上げ触媒は、M41S類の触媒に属する結晶性メソポーラス材料であってもよい。M41S類の触媒は、高シリカ含有量を有する結晶性メソポーラス材料であり、その調製については非特許文献1に更に記載されている。例としては、MCM−41、MCM−48およびMCM−50が挙げられる。この種類の好ましい一員はMCM−41であり、その調製については特許文献10に記載されている。MCM−41は、13オングストロームより大きいセル直径を有する一次元配列細孔の六角形結晶構造を有することを特徴とする。MCM−41の物理的構造はストロー束様であり、ここでは、ストローの開口(細孔のセル直径)は13〜100+オングストロームの範囲である。MCM−48は立方対称性を有し、例えば特許文献11に記載されている。それに対して、MCM−50はラメラ構造を有し、特許文献12に記載されている。
材料の量は、触媒を基準として0.1重量%〜5重量%、好ましくは0.2重量%〜2重量%である。水素化仕上げ条件は、150℃〜350℃、好ましくは180℃〜300℃の温度、100psig〜3000psig(790kPa〜20786kPa)、好ましくは50psig〜2500psig(1135kPa〜17339kPa)の圧力、0.1〜20、好ましくは0.2〜15のLHSVおよび300scf/bbl〜10000scf/bbl(53m/m〜1780m/m)、好ましくは450scf/B〜5000scf/B(80m/m〜890m/m)の処理ガス比を含む。
予備的な水素化処理工程をせずに、ラフィネート原料を直接的に水素化脱ロウへと通過させる場合、次いで、解放されずに、水素化脱ロウからの脱ロウ生成物を水素化仕上げへと通過させる。好ましい水素化仕上げ条件は、150℃〜300℃の温度範囲を含む。
水素化仕上げ工程由来の生成物を、典型的に、ストリッピングおよび/または分画を含み得る分離装置へと通過させる。分離処理域において、硫黄および窒素含有汚染物質、特に、硫化水素およびアンモニアは、他の気体状成分と一緒に液体生成物から分離される。液体生成物を分画して、沸点範囲を基準とする潤滑油生成物の様々な留分を得る。
プロセス配列は、様々な組み合わせで、以下の工程を含んでもよい。ワックス状原料を最初に溶剤抽出して、ラフィネートと抽出物とを分離する。次いで、ラフィネートを水素化処理へと直接的に送るか、直接的に水素化脱ロウするか、または溶剤脱ロウして、潤滑油および粗ロウを生成してよい。脱油時に、粗ロウはハードワックスとフーツ油とを生じ、次いで、これを水素化処理へと送ってよい。
ラフィネートの水素化処理、水素化脱ロウおよび任意の水素化仕上げへの配列において、いずれのプロセス配列工程の間にも解放されない。水素化処理および水素化脱ロウ工程は、別々の反応器中で順次に起きてもよく、または単一反応器中で積み重ね床として生じてもよい。いずれの水素化仕上げ工程も、別々の反応器中で生じる。水素化脱ロウ工程が2以上の脱ロウ触媒を伴う場合、次いで、水素化脱ロウ工程は、単一反応基中に脱ロウ触媒の混合物、単一反応基中に積み重ね床、または順序どおり、それぞれが脱ロウ触媒を含有する別々の反応器を伴う。
フーツ油を伴うプロセス配列は、水素化処理、水素化脱ロウおよび任意の水素化仕上げを含む。ラフィネートの場合、この配列は、別々の反応器中で順次に起きてもよく、または単一反応器中で積み重ね床として生じてもよい。
以下の実施例によって本発明を更に説明するが、これらの実施例は、限定するものとして意図されない。
実施例1
表1は、−18の流動点で、6680wppmの硫黄および50.6wppmの窒素を含有し、そして原料において16.75重量%の乾燥ワックス含有量である260ニュートラルラフィネートを脱ロウするための3つのプロセス構成を比較する。A欄は、3:1の原料対溶剤比でメチルイソブチルケトンを使用する260ニュートラルラフィネートの溶剤脱ロウによって得られた、脱ロウ油の特性を説明する。溶剤脱ロウの前に、350℃の平均反応器温度、0.53LHSV、2600SCF H/原料bblの処理ガス比、および1800psigで、アクゾ(Akzo)KF−848水素化処理触媒上で、ラフィネートを水素化処理した。水素化処理ラフィネートの硫黄および窒素含有量は、2wppm未満であった。
Figure 2006502307
B欄は、350℃の平均反応器温度、0.53LHSV、1800psig、および2600SCF H/原料bllの処理ガス比で、アクゾ(Akzo)KF−848上で260Nラフィネートを水素化処理して、続いてZSM−48を含有する水素化脱ロウ触媒上で接触脱ロウすることによって製造された生成物の特性を説明する。水素化脱ロウ間のプロセス条件は、0.76LHSV、1650SCF/B H、および1800psigであった。この実施例において、水素化脱ロウ工程前に、気体相極性種(例えば、アンモニアおよび硫化水素)を除去した。A欄およびB欄の生成物を比較すると、一定流動点での溶剤脱ロウによって得られたものよりも、水素化脱ロウ後の生成物の収率およびVIが増加していることがわかる。留意すべきもう1つの項目は、水素化脱ロウ生成物の曇り点−流動点値幅が、溶剤脱ロウ生成物のものより著しく大きいことである。
C欄は、350℃の平均反応器温度、0.53LHSV、および2600SCF H/原料bblの処理ガス比で、アクゾ(Akzo)KF−848上で260Nラフィネートを水素化処理して、ZSM−48を含有する水素化脱ロウ触媒上で水素化脱ロウすることによって製造された生成物の特性を説明する。水素化脱ロウ段階のプロセス条件は、0.76LHSV、1650SCF/B H、および1800psigであった。この説明において、水素化処理段階の間に発生した気体相極性種は、脱ロウ段階の温度がB欄におけるものよりも高いことが必要とされる水素化脱ロウ段階にわたって、水素によってカスケードされた。A欄およびB欄の生成物とC欄の生成物とを比較すると、溶剤脱ロウによって得られたものよりも、水素化脱ロウ後の生成物の収率およびVIが増加していることがわかる。サワー気体環境において高反応器温度で製造された水素化脱ロウ生成物の曇り点−流動点値幅が、溶剤脱ロウ生成物のものと同様であることは、注目に値する。
実施例2
表2は、−16℃の流動点で、2500wppmの硫黄および25wppmの窒素を含有し、そして原料において16.44重量%の乾燥ワックス含有量である130ニュートラルラフィネートを脱ロウするための3つのプロセス構成を比較する。A欄は、3:1の原料対溶剤比でメチルイソブチルケトンを使用する130ニュートラルラフィネートの溶剤脱ロウによって得られた、脱ロウ油の特性を説明する。溶剤脱ロウの前に、350℃の平均反応器温度、0.53LHSV、2600SCF H/原料bllの処理ガス比、および1800psigで、アクゾ(Akzo)KF−848水素化処理触媒上で、ラフィネートを水素化処理した。水素化処理ラフィネートの硫黄および窒素含有量は、2wppm未満であった。
Figure 2006502307
B欄は、350℃の平均反応器温度、0.53LHSV、1800psig、および2600SCF H/原料bllの処理ガス比で、アクゾ(Akzo)KF−848上で130Nラフィネートを水素化処理して、続いてZSM−48を含有する水素化脱ロウ触媒上で接触脱ロウすることによって製造された生成物の特性を説明する。水素化脱ロウ間のプロセス条件は、0.76LHSV、1650SCF/B H、および1800psigであった。この実施例において、水素化脱ロウ工程前に、気体相極性種(例えば、アンモニアおよび硫化水素)を除去した。A欄およびB欄の生成物を比較すると、一定流動点での溶剤脱ロウによって得られたものよりも、水素化脱ロウ後の生成物の収率およびVIが増加していることがわかる。留意すべきもう1つの項目は、水素化脱ロウ生成物の曇り点−流動点値幅が、溶剤脱ロウ生成物のものより著しく大きいことである。
C欄は、350℃の平均反応器温度、0.53LHSV、および2600SCF H/原料bllの処理ガス比で、アクゾ(Akzo)KF−848上で130Nラフィネートを水素化処理して、ZSM−48を含有する水素化脱ロウ触媒上で水素化脱ロウすることによって製造された生成物の特性を説明する。水素化脱ロウ段階のプロセス条件は、0.76LHSV、1650SCF/B H、および1800psigであった。この説明において、水素化処理段階の間に発生した気体相極性種は、脱ロウ段階の温度がB欄におけるものよりも高いことが必要とされる水素化脱ロウ段階にわたって、水素によってカスケードされた。A欄およびB欄の生成物とC欄の生成物とを比較すると、同一流動点での溶剤脱ロウによって得られたものよりも、水素化脱ロウ後の生成物の収率およびVIが増加していることがわかる。C欄のサワー気体環境において高反応器温度で製造された水素化脱ロウ生成物の曇り点−流動点値幅が、溶剤脱ロウ生成物のものと同様であることは、注目に値する。
実施例3
本実施例は、サワー気体環境において操作される水素化脱ロウ段階に及ぼす処理ガス比の影響を説明する。350℃の平均反応器温度、0.53LHSV、および2600SCF H/原料bllの処理ガス比で、アクゾ(Akzo)KF−848上で、130Nラフィネートを水素化処理し、そしてZSM−48を含有する水素化脱ロウ触媒上で水素化脱ロウした。水素化脱ロウ段階のプロセス条件は、0.76LHSV、1650SCF/B H〜2500SCF/B H、および1800psigであった。この説明において、水素化処理段階の間に発生した気体相極性種は、水素化脱ロウ段階にわたって、水素によってカスケードされた。水素化脱ロウ触媒は、ZSM−48であってアルミナと結合しており(それぞれ重量比で35/65)、図1に示される連続条件下で操作される。この図は、130Nラフィネートに関して、1650SCF H/原料Bから2100SCF H/原料B、次いで2500SCF H/原料Bへの処理ガス比の増加によって、10°Fの原料流動点を維持するために必要とされる平均反応器温度が690°Fから680°Fへと減少することを説明する。
実施例4
本実施例は、前水素化処理をしないが水素化仕上げ工程をして、400psig Hおよび2500SCF/B Hで、−18℃の流動点で、7270wppmの硫黄および32.6wppmの総窒素を含有し、そして原料において17重量%の乾燥ワックス含有量である130Nワックス状ラフィネートを水素化脱ロウするための、ZSM−48およびアルミナを65/35重量%で含有する水素化脱ロウ触媒の適用を説明する。
プロセス条件を表3に記載し、そして生成物品質データを表4に記載した。
Figure 2006502307
Figure 2006502307
表4は、未水素化処理ワックス状ラフィネートの水素化脱ロウによって、溶剤脱ロウによって製造されたものよりも8点高いVIを有する370℃+生成物が得られることを説明する。
図2は、未水素化処理130Nラフィネート原料によって、運転50日が与えられた触媒の極性耐性(polar tolerance)を説明する。
実施例5
本実施例は、フーツ油原料のカスケード脱ロウを説明する。脱ロウ研究のために、2つのソフトワックス原料、中ニュートラルフーツ油(MNFO)および軽ニュートラルフーツ油(LNFO)を使用した。原料の特性を以下にまとめる。
Figure 2006502307
フーツ油原料の脱ロウのために、2種の触媒を利用した。前水素化処理触媒としてクロスフィールド(Crosfield)599を使用し、続いて、Pt/ZSM−48脱ロウ触媒を使用した。クロスフィールド599は市販触媒であり、アルミナ上に支持されたNiOおよびMoOの混合物を含有する。触媒の特性および金属含有量を以下に示す。
クロスフィールド599:224m/g(表面積)、1.37g/cc(粒子密度)、35% Al、3.8% Ni、17% Mo
脱ロウ触媒は、アルミナ(35重量%)に結合された、0.6重量%白金を含有するZSM−48結晶であった。
2つのカスケードされたダウン−フロートリクルベッド管型反応器および2つの3処理域炉を備えたマイクロユニットを使用して、脱ロウ実験を実行した。このユニットを熱トレースして、ワックス状原料の冷凍を回避した。原料のバイパスを減少するために、そしてゼオライト細孔拡散抵抗を低下するために、触媒押出物を押し潰し、そして60メッシュ〜80メッシュの大きさにした。次いで、最初の反応器に、7.5ccの大きさを設定されたクロスフィールド599および3ccの80メッシュ〜120メッシュの砂の混合物を充填した。第2の反応器に、15ccの大きさを設定されたPt/ZSM−48および5ccの80メッシュ〜120メッシュの砂の混合物を充填した。
ユニットの圧力試験後、1気圧、255cc/分の水素フロー下で1時間、204℃(400°F)で、触媒を乾燥および還元した。次いで、100cc/分のH中2%HSを使用して、12時間、371℃(700°F)で、触媒を硫化した。カスケードされたクロスフィールド599/Pt−ZSM−48上で、最初にMNFOを処理し、続いて原料をLNFOに切り替えた。クロスフィールド599を基準として2.0h−l LHSVで、そしてPt/ZSM−48を基準として1.0h−1 LHSVで、2860kPa〜6996kPa(400psig〜1000psig)H下で、フーツ油原料の異性化および脱ロウを実行した。水素/原料比を1015m/m(5700scf/bbl)に設定した。最初に、204℃(400°F)で触媒床を原料で飽和させ、次いで、2つの反応器を初期操作温度まで加熱する(2つの反応器を同一温度に維持した)ことによって、脱ロウ実験を開始した。8時間のラインアウト後に16時間、物質収支を一晩で実行した。次いで、流動点を変更するために、反応器温度を徐々に変化させた。
GCによってオフガス試料を分析した。擬似蒸留によって、総液体生成物(TLP)を計量および分析した。初期沸点(IBP)〜166℃(〜330°F)ナフサ、166℃〜343℃(330°F〜650°F)蒸留物、および343℃+(650°F+)潤滑油留分へとTLPを蒸留した。実際の蒸留操作の正確さを確実にするために、擬似蒸留(シムディス(Simdis))によって、343℃+(650°F+)潤滑油留分を再び分析した。ASTM D97およびD2500法に従って、343℃+650°F+潤滑油の流動点および曇り点を測定し、そして、それぞれASTM D445−3およびD445−5法に従って、それらの粘度を40℃および100℃の両方で決定した。
クロスフィールド599を基準として2.0h−l LHSVで、そしてPt/ZSM−48を基準として1.0h−1 LHSVで、6996kPa(1000psig)H下で、MNFOの脱ロウを実行した。1015m/m(5700scf/bbl)の水素/原料比を使用した。反応器1(クロスフィールド599含有)および反応器2(Pt/ZSM−48含有)の両方の温度を同一に保持した。脱ロウ油の収率および特性を表6にまとめる。更なる説明のため、脱ロウ結果を図3〜6にも説明する。
Figure 2006502307
この結果は、第1の床のクロスフィールド599前水素化処理触媒、それに続く第2の床のPt/ZSM−48脱ロウ触媒からなるカスケードされた二重触媒系は、低硫黄(<25ppm)および窒素(<5ppm)含有量を有する高VI(>120)のIII族潤滑油ベースストックへと中ニュートラルフーツ油を変換可能であることを示す。従来の流動点において、約60%の潤滑油収率が得られた。
実施例6
また、触媒性能および潤滑油生成物特性に及ぼす圧力の影響を試験するために、2859kPa(400psig)Ha下で、MNFOの脱ロウを実行した。LHSV、水素/原料比のような他の条件は、6996kPa(1000psig)H下での以前のプロセスにおいて使用されたものと同様であった。反応器1(クロスフィールド599含有)および反応器2(Pt/ZSM−48含有)の温度を同一に保持した。脱ロウ油の収率および特性を表7にまとめる。
Figure 2006502307
上記結果は、カスケードされた二重触媒系が、2859kPa(400psig)程度の低水素圧力におけるフーツ油の脱ロウに関して、効力を維持することを実証する。低圧力反応器の設計および構造における単純性および低コストのため、低圧力プロセスは高圧力操作に対して、著しく好都合である。6996kPa(1000psig)Hで得られた脱ロウデータを比較することによって、触媒活性に及ぼす水素圧力の影響は、高含有量の硫黄および窒素を有するこの特定の原料に関して最小であることが見出された。H圧力の減少によって、従来の流動点において、潤滑油収率はわずかに高く、本質的に潤滑油VIにおける変化はなかった。低水素圧力において、前水素化処理触媒(クロスフィールド599)の効力は減少し、その結果として、潤滑油生成物中の硫黄および芳香族含有量の両方は増加する(表6および7を参照のこと)。
実施例7
本実施例は、6996kPa HにおけるLNFOの脱ロウを示す。LNFOの脱ロウのために使用されたプロセス条件は、MNFOに関するものと同様であった。クロスフィールド599を基準として2.0h−l LHSVで、そしてPt/ZSM−48を基準として1.0h−1 LHSVで、6996kPa(1000psig)H下で、実験を実行した。5700scf/bbl(1015m/m)の水素/原料比を使用した。反応器1(クロスフィールド599含有)および反応器2(Pt/ZSM−48含有)の温度を同一に保持した。脱ロウ油の収率および特性を表8にまとめる。更なる説明のため、結果を図5〜8にも示す。
Figure 2006502307
これらの結果は、カスケードされた二重触媒系が、高VI(>120)、低硫黄(<25ppm)III族潤滑油ベースストックへの軽ニュートラルフーツ油の変換においても有効かつ選択的であることを実証する。従来の流動点において、約57%の潤滑油収率が得られた。
加えて、表8のデータは、運転10日後のMNFOからLNFOへの原料の切り替え時に、わずかな潤滑油収率(+5%)およびVI(+2)の増加とともに、触媒活性が約10°F増加することを示す。
実施例8
以下の通り、MNFOおよびLNFOの脱ロウに関する副生物収率を決定した。クロスフィールド599を基準として2.0h−l LHSVで、そしてPt/ZSM−48を基準として1.0h−1 LHSVで、6996kPa(1000psig)H下で、プロセスを実行した。1015m/m(5700scf/bbl)の水素/原料比を使用した。反応器1(クロスフィールド599含有)および反応器2(Pt/ZSM−48含有)の温度を同一に保持した。脱ロウ油およびより軽い副生物の収率を表9にまとめる。MNFOおよびLNFO脱ロウの両方に関して、主要副生物が蒸留された。ナフサは相対的に少量(<8%)のC〜C気体を含む。
Figure 2006502307
与えられた流動点における平均反応器温度を示すグラフである。 触媒の極性耐性を示すグラフである。 クロスフィールド水素化処理触媒、それに続く、Pt/ZSM−48脱ロウ触媒上での中ニュートラルフーツ油の脱ロウに関する潤滑油収率を示すグラフである。 脱ロウ中ニュートラルフーツ油の粘度を示すグラフである。 脱ロウ中ニュートラルフーツ油のVIを示すグラフである。 脱ロウ中ニュートラルフーツ油の曇り点を示すグラフである。

Claims (15)

  1. 20,000ppmwまでの硫黄および1000ppmwまでの窒素を含有するラフィネート原料の総合的脱ロウ方法であって、
    (a)水素化処理条件下で、前記ラフィネート原料を水素化処理触媒と接触させて、水素化処理原料、並びに窒素および硫黄含有気体状汚染物質を生成する工程;および
    (b)前記工程(a)由来の前記水素化処理原料および気体状成分の少なくとも一部を、解放せずに、ZSM−48、ZSM−22、ZSM−23、ZSM−5、ZSM−35、ゼオライトベータ、SSZ−31、SAPO−11、SAPO−31、SAPO−41、MAPO−11、ECR−42、合成フェリエライト、モルデナイト、オフレタイト、エリオナイトおよびシャバザイトの少なくとも1つを含む脱ロウ触媒を含有する水素化脱ロウ処理域へ送り、水素化脱ロウ条件下で前記水素化処理原料を水素化脱ロウして、水素化脱ロウ生成物を形成する工程
    を含み、
    前記脱ロウ触媒は、少なくとも1つの6族金属、少なくとも1つの8族〜10族金属、または6族および8族〜10族金属の混合物である金属水素化成分を含むことを特徴とする総合的脱ロウ方法。
  2. 20,000ppmwまでの硫黄および1000ppmwまでの窒素を含有するラフィネート原料の総合的脱ロウ方法であって、
    (a)水素化処理条件下で、前記ラフィネート原料を水素化処理触媒と接触させて、水素化処理原料、並びに窒素および硫黄含有気体状汚染物質を生成する工程;および
    (b)前記工程(a)由来の前記水素化処理原料、並びに硫黄および窒素含有気体状汚染物質の少なくとも一部を、解放せずに、ZSM−48、ZSM−22、ZSM−23、ZSM−5、ZSM−35、ゼオライトベータ、SSZ−31、SAPO−11、SAPO−31、SAPO−41、MAPO−11、ECR−42、合成フェリエライト、モルデナイト、オフレタイト、エリオナイトおよびシャバザイトの少なくとも1つを含む脱ロウ触媒を含有する水素化脱ロウ処理域へ送り、水素化脱ロウ条件下で前記水素化処理原料を水素化脱ロウする工程
    を含み、
    前記脱ロウ触媒は、少なくとも1つの6族金属、少なくとも1つの8族〜10族金属、または6族および8族〜10族金属の混合物である金属水素化成分を含み、
    前記水素化脱ロウ処理域は、硫黄および窒素含有汚染物質に対して耐性である第2の脱ロウ触媒をも含有する
    ことを特徴とする総合的脱ロウ方法。
  3. 20,000ppmwまでの硫黄および1000ppmwまでの窒素を含有するラフィネート原料の総合的脱ロウ方法であって、
    (a)水素化脱ロウ条件下で、前記ラフィネート原料を、ZSM−48、ZSM−22、ZSM−23、ZSM−5、ZSM−35、ゼオライトベータ、SSZ−31、SAPO−11、SAPO−31、SAPO−41、MAPO−11、ECR−42、合成フェリエライト、モルデナイト、オフレタイト、エリオナイトおよびシャバザイトの少なくとも1つを含む脱ロウ触媒と接触させて、水素化脱ロウ生成物を形成する工程;および
    (b)前記工程(b)由来の水素化脱ロウ生成物および気体状成分の少なくとも一部を、水素化仕上げ処理域へ送り、水素化仕上げ条件下で前記水素化脱ロウ生成物を水素化仕上げする工程
    を含み、
    前記脱ロウ触媒は、少なくとも1つの6族金属、少なくとも1つの8族〜10族金属、または6族および8族〜10族金属の混合物である金属水素化成分を含むことを特徴とする総合的脱ロウ方法。
  4. ラフィネート原料の総合的脱ロウ方法であって、
    (a)前記ラフィネート原料を溶剤脱ロウして、ラフィネートおよび粗ロウを形成する工程;
    (b)前記粗ロウを脱油して、フーツ油を生成する工程;
    (c)水素化処理条件下で前記フーツ油を水素化処理触媒と接触させて、水素化処理フーツ油、並びに窒素および硫黄含有気体状汚染物質を生成する工程;および
    (d)前記工程(c)由来の前記水素化処理フーツ油、並びに硫黄および窒素含有気体状汚染物質の少なくとも一部を、解放せずに、ZSM−48、ZSM−22、ZSM−23、ZSM−5、ZSM−35、ゼオライトベータ、SSZ−31、SAPO−11、SAPO−31、SAPO−41、MAPO−11、ECR−42、合成フェリエライト、モルデナイト、オフレタイト、エリオナイトおよびシャバザイトの少なくとも1つを含む脱ロウ触媒を含有する水素化脱ロウ処理域へ送り、水素化脱ロウ条件下で前記水素化処理フーツ油を水素化脱ロウして、水素化脱ロウ生成物を形成する工程
    を含み、
    前記脱ロウ触媒は、少なくとも1つの6族金属、少なくとも1つの8族〜10族金属、または6族および8族〜10族金属の混合物である金属水素化成分を含むことを特徴とする総合的脱ロウ方法。
  5. 20,000ppmwまでの硫黄および1000ppmwまでの窒素を含有する原料の総合的脱ロウ方法であって、
    (a)ラフィネート原料を、粗ロウおよびフーツ油の少なくとも1つとブレンドして、ブレンド原料を形成する工程;
    (b)水素化処理条件下で前記ブレンド原料を水素化処理触媒と接触させて、水素化処理原料、並びに窒素および硫黄含有気体状汚染物質を生成する工程;および
    (c)前記工程(b)由来の前記水素化処理原料および気体状成分の少なくとも一部を、解放せずに、ZSM−48、ZSM−22、ZSM−23、ZSM−5、ZSM−35、ゼオライトベータ、SSZ−31、SAPO−11、SAPO−31、SAPO−41、MAPO−11、ECR−42、合成フェリエライト、モルデナイト、オフレタイト、エリオナイトおよびシャバザイトの少なくとも1つを含む脱ロウ触媒を含有する水素化脱ロウ処理域へ送り、水素化脱ロウ条件下で水素化処理原料を水素化脱ロウして、水素化脱ロウ生成物を形成する工程
    を含み、
    前記脱ロウ触媒は、少なくとも1つの6族金属、少なくとも1つの8族〜10族金属、または6族および8族〜10族金属の混合物である金属水素化成分を含むことを特徴とする総合的脱ロウ方法。
  6. 20,000ppmwまでの硫黄および1000ppmwまでの窒素を含有するラフィネート原料の総合的脱ロウ方法であって、
    (a)水素化処理条件下で前記ラフィネート原料を水素化処理触媒と接触させて、水素化処理原料、並びに窒素および硫黄含有気体状汚染物質を生成する工程;および
    (b)前記工程(a)由来の前記水素化処理原料および気体状成分の少なくとも一部を、解放せずに、ZSM−48脱ロウ触媒を含有する水素化脱ロウ処理域へ送り、水素化脱ロウ条件下で前記水素化処理原料を水素化脱ロウして、水素化脱ロウ生成物を形成する工程
    を含み、
    前記脱ロウ触媒は、少なくとも1つの6族金属、少なくとも1つの8族〜10族金属、または6族および8族〜10族金属の混合物である金属水素化成分を含むことを特徴とする総合的脱ロウ方法。
  7. 前記水素化処理条件は、315〜425℃の温度、2170〜20786kPaの圧力、0.1〜10の液時空間速度(LHSV)および89〜1780m/mの水素化処理比を含むことを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の総合的脱ロウ方法。
  8. 前記金属水素化成分は、Pt、Pdまたはそれらの混合物であることを特徴とする、請求項1〜7のいずれかに記載の総合的脱ロウ方法。
  9. 前記水素化脱ロウ条件が、360〜425℃の温度、2859〜20786kPaの水素圧力、0.1〜10LHSVの液時空間速度および53.4〜1780m/mの水素化処理ガス比を含むことを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の総合的脱ロウ方法。
  10. 前記工程(b)に続いて、水素化仕上げ工程を更に含むことを特徴とする請求項1、2または6に記載の総合的脱ロウ方法。
  11. 前記工程(c)に続いて、水素化仕上げ工程を更に含むことを特徴とする請求項4または5に記載の総合的脱ロウ方法。
  12. 前記脱ロウ触媒は、ZSM−48を含有することを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の総合的脱ロウ方法。
  13. 前記脱ロウ触媒は、第2の脱ロウ触媒を更に含むことを特徴とする請求項1または6に記載の総合的脱ロウ方法。
  14. 前記第2の脱ロウ触媒は、ZSM−5またはゼオライトベータであることを特徴とする請求項2または13に記載の総合的脱ロウ方法。
  15. 前記水素化仕上げ条件は、150〜350℃の温度、100〜3000psig(790〜20786kPa)の圧力、0.1〜20のLHSVおよび300〜10000scf/bbl(53〜1780m/m)の処理ガス比を含むことを特徴とする請求項1〜14のいずれかに記載の総合的脱ロウ方法。
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