JP2008173580A - 炭化水素油の接触分解触媒及び該触媒を用いる炭化水素油の接触分解方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】X線回折(XRD)においてKaolinite−1Md及びIllite−2M1のXRDパターンを示す粘土鉱物を10〜75質量%、結晶性アルミノ珪酸塩を20〜60質量%、結合剤であるシリカバインダーを5〜40質量%含有してなることを特徴とする炭化水素油の接触分解触媒、及び該触媒を用いた炭化水素油の接触分解方法。
【選択図】なし
Description
(1)X線回折(XRD)においてKaolinite−1Md及びIllite−2M1のXRDパターンを示す粘土鉱物を10〜75質量%、結晶性アルミノ珪酸塩を20〜60質量%、結合剤であるシリカバインダーを5〜40質量%含有してなることを特徴とする炭化水素油の接触分解触媒。
(2)前記粘土鉱物が、さらにQuartzのXRDパターンを示すことを特徴とする上記(1)に記載の炭化水素油の接触分解触媒。
(3)炭化水素油を接触分解するにあたり、上記(1)又は(2)に記載の接触分解触媒を使用することを特徴とする炭化水素油の接触分解方法。
(4)X線回折(XRD)におけるKaolinite−1Mdの2θ=20°付近のピーク強度をI0とし、Illite−2M1の2θ=9°付近のピーク強度をI1としたとき、ピーク強度の比I1/I0が3以下であることを特徴とする上記(1)又は(2)に記載の炭化水素油の接触分解触媒。
<触媒の構成成分>
本発明に係る接触分解触媒は、結晶性アルミノ珪酸塩、粘土鉱物、シリカバインダーを含有してなる。
本発明で触媒成分に用いる結晶性アルミノ珪酸塩は、天然物であっても、人工物であってもよく、またその構造形態も多岐にわたっており、正方晶系、斜方晶系、立方晶系、六方晶系などの結晶構造を有する。この結晶性アルミノ珪酸塩としては、モルデナイト、βゼオライト、ZSM系ゼオライト、A型ゼオライト、X型ゼオライト、Y型ゼオライト等を用いることができ、Y型ゼオライトが好ましく、安定化Y型ゼオライトが特に好ましい。安定化Y型ゼオライトとしては、(a)化学組成分析によるバルクのSiO2/Al2O3モル比が4〜15、好ましくは5〜10、(b)単位格子寸法が24.35〜24.65Å、好ましくは、24.40〜24.60、(c)全Alに対するゼオライト骨格内Alのモル比が0.3〜1.0、好ましくは0.4〜1.0、のものを用いることができる。この安定化Y型ゼオライトは、天然のフォージャサイトと基本的に同一の結晶構造を有し、酸化物として下記に示す組成物を有する。
(0.02〜1.0)R2/mO・Al2O3・(5〜11)SiO2・(5〜8)H2O
R:Na、K、その他のアルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオン
m:Rの原子価
・NA1=(ao−2.425)/0.000868・・・・・(A)
ao:単位格子寸法/nm
NAl:単位格子当たりのAl原子数
2.425:単位格子骨格内の全Al原子が骨格外に脱離したときの単位格子寸法
0.000868:実験により求めた計算値であり、aoとNAlについて1次式で整理したとき(ao=0.000868NAl+2.425)の傾き
・(Si/Al)計算式=(192−NAl)/NAl・・・・・(B)
192:Y型ゼオライトの単位格子寸法あたりの(Si+Al)の原子数
・ゼオライト骨格内Al/全Al=(Si/Al)化学組成分析値/(Si/Al)計算式・・・・・(C)
本発明で触媒成分に用いるシリカバインダーは、結晶性アルミノケイ酸塩や粘土鉱物などの粒子間に存在し、触媒を微粒子化する時の成形性を良くし、触媒微粒子を球状にさせ、また得られる触媒微粒子の流動性及び耐摩耗性を図るために結合剤として使用される。シリカバインダーは固体酸性質を示さないため、それ自身に分解活性は持たないが、メソ細孔の形成に寄与しコークの生成量を低減させることができる。
本発明で用いる粘土鉱物は、Kaolinite−1MdのXRD(X線回折)パターンと、Illite−2M1のXRDパターンとを示すものである。粘土鉱物は、本発明の触媒において、マトリックスとして機能する。Kaolinite−1Mdの代表的なピークは2θ=13°、20°及び25°付近に観測され、それぞれ(001)面、(110)面及び(002)面のピークを意味する。Illite−2M1のピークは2θ=9°、18°及び27°付近に観測され、それぞれ(002)面、(004)面及び(006)面のピークを意味する。本発明で用いる粘土鉱物は、XRDパターンにおいてKaolinite−1Md及びIllite−2M1の両ピークを有することが肝要である。ここで、「1Md」や「2M1」といった記号は、結晶のポリタイプ(多形)を示しており、Mは単斜(monoclinic)を示し、また、記号の前の数字は、単位胞中に含む単位構造層の枚数を示す。
本発明の触媒には、上記粘土鉱物以外のマトリックス成分として、シリカ、シリカ−アルミナ、アルミナ、擬ベーマイト、シリカ−マグネシア、アルミナ−マグネシア、リン−アルミナ、シリカ−ジルコニア、シリカ−マグネシア−アルミナ等の通常の接触分解用触媒に使用される公知の無機酸化物の酸化物微粒子を含有させることもできる。また、アルカリ土類や、マンガン、アンチモン、スズ等のメタル不活性化機能を持つ無機酸化物を含有させることもできる。
以上のような各成分から構成されている本発明の接触分解触媒を調製するには、種々の方法があって、その調製方法は特に制限されないが、例えば次のような手順で調製することができる。
先ず、上記の結晶性アルミノ珪酸塩、シリカバインダー及び粘土鉱物を混合溶液中で攪拌混合し、均一な水性スラリーを得る。このときの結晶性アルミノ珪酸塩、シリカバインダー、及び粘土鉱物の混合割合は、触媒乾燥基準で、結晶性アルミノ珪酸塩が20〜60質量%、好ましくは30〜50質量%、シリカバインダーが5〜40質量%、好ましくは10〜20質量%、粘土鉱物が10〜75質量%、好ましくは30〜70質量%の範囲に入るようにする。
上記のようにして得られた触媒の微小球体あるいはその焼成物は、通常、結晶性アルミノ珪酸塩や、シリカバインダーや、粘土鉱物の各触媒成分からの可溶性不純物やナトリウムやカリウム等のアルカリ金属が含まれているため、水やアンモニア水を用いて可溶性不純物を洗浄除去し、次いでアルカリ金属をイオン交換することによって洗浄除去する。得られた微小球体やその焼成物に過剰のナトリウムやカリウムが存在しない場合は、その洗浄除去を行うことなく、そのまま触媒として用いることもできる。
本発明において、炭化水素油を接触分解するには、ガソリンの沸点範囲200℃以上で沸騰する炭化水素油(炭化水素混合物)を、上記本発明の接触分解触媒に接触させればよい。このガソリン沸点範囲以上で沸騰する炭化水素混合物とは、原油の常圧あるいは減圧蒸留で得られる軽油留分や、常圧蒸留残渣油及び減圧蒸留残渣油を意味し、もちろんコーカー軽油、溶剤脱瀝油、脱剤脱瀝アスファルト、タールサンド油、シェールオイル油、石炭液化油、GTL(Gas to Liquids)油、植物油、廃潤滑油、廃食油をも包括するものである。
実施例、比較例で得た各触媒の分析に使用した機器、計算式等は次のとおりである。
・組成分析(ICP):Thermo Jarrell Ash社製 “IRIS Advantage”
・比表面積(SA):日本ベル株式会社製‘BELSORP28SA’ (高精度全自動ガス吸着装置)
・XRD*機器:理学電機株式会社製‘RINT2500V’
* 前処理:各触媒は100℃で24時間乾燥を用ってから以下の条件で測定した。
管電圧:50kv
管電流:200mA
走査モード:連続
スキャンスピード:2°/min
スキャンステップ:0.02°
測定範囲(2θ):5〜90°
発散,散乱スリット:1°
受光スリット:0.3mm
実施例1
結晶性アルミノ珪酸塩として表1の性状を有する安定化Y型ゼオライト、粘土鉱物として表2の性状を有し、XRD測定において図1のXRDパターンを示す粘土鉱物(a)(山陽クレー工業社製:BIカオリン)、及び結合剤としてシリカゾル(JIS3号水ガラス、SiO2濃度20.0質量%)をそれぞれ用い、次のようにして触媒を調製した。
希硫酸94gに水ガラス138gと純水176gの混合溶液を滴下し、シリカゾル水溶液(SiO2濃度20.0質量%)を調製した。一方、表1の性状を有する安定化Y型ゼオライト69.4g(乾燥基準)に蒸留水を加え、ゼオライトスラリーを調製した。上記のシリカゾル水溶液に、表2の性状を有し、図1のXRDパターンを示す粘土鉱物(a)108.5g(乾燥基準)と上記のゼオライトスラリーを混合し、さらに5分間混合した。
得られた混合スラリーを210℃の入口温度、及び140℃の出口温度の条件で噴霧乾燥し、得られた微小球体を触媒前駆体とした。該触媒前駆体を、60℃の5質量%の硫酸アンモニウム水溶液3Lで2回イオン交換した後、さらに6Lの蒸留水で洗浄した。その後、乾燥機中、110℃で一晩乾燥し、実施例1に係る触媒を得た。
結晶性アルミノ珪酸塩として表1の性状を有する安定化Y型ゼオライト、粘土鉱物として表2の性状を有し、XRD測定において図2のXRDパターンを示す粘土鉱物(b)、及び結合剤としてシリカゾル(JIS3号水ガラス、SiO2濃度20.0質量%)をそれぞれ用い、次のようにして触媒を調製した。
希硫酸94gに水ガラス138gと純水176gの混合溶液を滴下し、シリカゾル水溶液(SiO2濃度20.0質量%)を調製した。一方、表1の性状を有する安定化Y型ゼオライト69.4g(乾燥基準)に蒸留水を加え、ゼオライトスラリーを調製した。上記のシリカゾル水溶液に、表2の性状を有し、図2のXRDパターンを示す粘土鉱物(b)108.5g(乾燥基準)と上記のゼオライトスラリーを混合し、さらに5分間混合した。
得られた混合スラリーを210℃の入口温度、及び140℃の出口温度の条件で噴霧乾燥し、得られた微小球体を触媒前駆体とした。該触媒前駆体を、60℃の5質量%の硫酸アンモニウム水溶液3Lで2回イオン交換した後、さらに6Lの蒸留水で洗浄した。その後、乾燥機中、110℃で一晩乾燥し、比較例1に係る触媒を得た。
上記の実施例1及び比較例1で得た触媒の組成を表3に纏めて示す。
実施例1及び比較例1で得た各触媒について、沸騰床マイクロ活性試験装置(KAYSER TECHNOLOGY社製 ACE-Model R+)を用いて、同一原料油、同一測定条件のもと、接触分解特性を試験した。なお、試験に先立ち、上記触媒について、実際の使用状況に近似させるべく、即ち平衡化させるべく以下の模擬平衡化処理(強制劣化処理)を行った。まず、各触媒を室温から600℃まで30分間で昇温し、600℃にて2時間保持して乾燥した後、ニッケル及びバナジウムがそれぞれ1000質量ppm、2000質量ppmとなるようにナフテン酸ニッケル、ナフテン酸バナジウムを含むシクロヘキサン溶液を吸収させた。次いで100℃で乾燥し、しかる後600℃まで30分間で昇温し、600℃で2時間保持して焼成を行い、さらに、各触媒を、流動状態で、空気雰囲気下で室温から800℃まで90分間で昇温し、800℃に到達後、100%スチーム雰囲気に切替え、6時間処理した。
Claims (4)
- X線回折(XRD)においてKaolinite−1Md及びIllite−2M1のXRDパターンを示す粘土鉱物を10〜75質量%、結晶性アルミノ珪酸塩を20〜60質量%、結合剤であるシリカバインダーを5〜40質量%含有してなることを特徴とする炭化水素油の接触分解触媒。
- 前記粘土鉱物が、さらにQuartzのXRDパターンを示すことを特徴とする請求項1に記載の炭化水素油の接触分解触媒。
- 炭化水素油を接触分解するにあたり、請求項1又は2に記載の接触分解触媒を使用することを特徴とする炭化水素油の接触分解方法。
- X線回折(XRD)におけるKaolinite−1Mdの2θ=20°付近のピーク強度をI0とし、Illite−2M1の2θ=9°付近のピーク強度をI1としたとき、ピーク強度の比I1/I0が3以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載の炭化水素油の接触分解触媒。
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