JP2017043688A - 潤滑油基油の製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】石油系スラックワックスを原料油として、優れた粘度特性を有する潤滑油基油を効率的に得ることが可能な、潤滑油基油の製造方法を提供すること。【解決手段】炭素数30以上の重質分の含有割合が80質量%以上、且つ油分の含有割合が15質量%以下である石油系スラックワックスを、前記重質分の分解率が5〜30質量%となるように水素化分解して、前記重質分及びその水素化分解物を含む水素化分解油を得る第一の工程と、前記水素化分解油から潤滑油基油を得る第二の工程と、を備える、潤滑油基油の製造方法。【選択図】図1

Description

本発明は、潤滑油基油の製造方法に関する。
石油製品のなかで、例えば潤滑油は低温における流動性が重要視される製品である。そのため、これらの製品に用いられる基油は、低温流動性悪化原因となるノルマルパラフィンなどのワックス成分が、完全に若しくは部分的に、除去されている又はワックス成分以外のものに転換されていることが望ましい。
炭化水素油中のワックス成分を非ワックス成分へと転換する脱蝋技術としては、例えば、炭化水素油を、水素存在下で、水素化−脱水素能及び異性化能の二元機能を有する水素化異性化脱蝋触媒に接触せしめ、炭化水素油中のノルマルパラフィンをイソパラフィンに異性化する水素化異性化脱蝋が知られている(例えば、特許文献1)。
特表2006−502297号公報
潤滑油基油の製品は、使用目的によって複数の種類が存在し、それぞれの製品において求められる低温性能及び粘度特性が異なるため、目的の製品に相当する留分を多く得ることが望ましい。
そのため、従来、目的の製品に相当する留分(製品留分)より重質の留分(重質分)を含有する原料油を潤滑油基油の製造に用いる場合に、原料油を水素化分解処理して重質分を軽質化させてから上述の水素化異性化脱蝋を行う方法が知られている。
本発明は、石油系スラックワックスを原料油として、優れた粘度特性を有する潤滑油基油を効率的に得ることが可能な、潤滑油基油の製造方法を提供することを目的とする。
本発明の一側面は、炭素数30以上の重質分の含有割合が80質量%以上、且つ油分の含有割合が15質量%以下である石油系スラックワックスを、重質分の分解率が5〜30質量%となるように水素化分解して、重質分及びその水素化分解物を含む水素化分解油を得る第一の工程と、水素化分解油から潤滑油基油を得る第二の工程と、を備える、潤滑油基油の製造方法に関する。
上記製造方法においては、原料油として用いる石油系スラックワックスにおける油分の含有割合を15質量%以下とし、水素化分解における重質分の分解率を5〜30質量%とすることで、優れた粘度特性を有する潤滑油基油を効率良く得ることができる。
一態様において、第二の工程は、水素化分解油の水素化異性化脱蝋により脱蝋油を得る工程と、脱蝋油の水素化精製により水素化精製油を得る工程と、水素化精製油の蒸留により潤滑油基油を得る工程と、を含むものであってよい。
一態様において、第二の工程は、水素化分解油の蒸留により、水素化分解物を含む基油留分を得る工程と、基油留分の水素化異性化脱蝋により脱蝋油を得る工程と、脱蝋油の水素化精製により水素化精製油を得る工程と、水素化精製油の蒸留により潤滑油基油を得る工程と、を含むものであってよい。
一態様において、上記製造方法は、油分の含有割合が15質量%を超える高油分スラックワックスから、前記石油系スラックワックスを得る工程を更に備えるものであってよい。
一態様において、石油系スラックワックスにおける硫黄分の含有割合は0.0001〜3.0質量%であってよい。
一態様において、潤滑油基油の100℃における動粘度は3.5mm/s以上4.5mm/s以下であってよく、潤滑油基油の粘度指数は135以上であってよい。
一態様において、第一の工程は、水素の存在下、石油系スラックワックスを水素化分解触媒に接触させて、石油系スラックワックスを水素化分解する工程でよい。また、水素化分解触媒は、アルミニウム、ケイ素、ジルコニウム、ホウ素、チタン及びマグネシウムからなる群より選択される二種以上の元素を含む多孔性無機酸化物と、該多孔性無機酸化物に担持された、周期表第6族、第8族、第9族及び第10族の元素から選択される一種以上の活性金属と、を含有するものであってよい。
一態様において、水素化異性化脱蝋は、水素化異性化脱蝋触媒を用いて行われてよい。また、水素化異性化脱蝋触媒は、10員環一次元状細孔構造を有するゼオライト、及びバインダーを含む担体と、該担体に担持された白金及び/又はパラジウムと、を含有し、カーボン量が0.4〜3.5質量%である水素化異性化脱蝋触媒であってよい。また、ゼオライトは、有機テンプレートを含有し10員環一次元状細孔構造を有する有機テンプレート含有ゼオライトの陽イオン交換体に由来するものであってよい。
一態様において、水素化異性化脱蝋は、水素化異性化脱蝋触媒を用いて行われてよい。また、水素化異性化脱蝋触媒は、10員環一次元状細孔構造を有するゼオライト、及びバインダーを含む担体と、該担体に担持された白金及び/又はパラジウムと、を含有し、ミクロ細孔容積が0.02〜0.12ml/gである水素化異性化脱蝋触媒であってよい。また、ゼオライトは、有機テンプレートを含有し10員環一次元状細孔構造を有する有機テンプレート含有ゼオライトの陽イオン交換体に由来するものであってよい。また、ゼオライトの単位質量当りのミクロ細孔容積は0.01〜0.12ml/gであってよい。なお、本明細書においてミクロ細孔とは、国際純正・応用化学連合IUPAC(International Union of Pure and Applied Chemistry)で定義されている「直径が2nm以下の細孔」を指す。
本発明は、石油系スラックワックスを原料油として、優れた粘度特性を有する潤滑油基油を効率的に得ることが可能な、潤滑油基油の製造方法が提供される。
一実施形態に係る潤滑油基油の製造方法を実施するための、潤滑油基油製造装置の一例を示すフロー図である。
以下、図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について説明する。
本実施形態に係る潤滑油基油の製造方法は、炭素数30以上の重質分の含有割合が80質量%以上、且つ油分の含有割合が15質量%以下である石油系スラックワックスを、重質分の分解率が5〜30質量%となるように水素化分解して、重質分及び重質分の水素化分解物を含む水素化分解油を得る第一の工程と、水素化分解油から潤滑油基油を得る第二の工程と、を備える。
本実施形態に係る製造方法では、原料油として用いる石油系スラックワックスにおける油分の含有割合を15質量%以下とし、水素化分解における重質分の分解率を5〜30質量%とすることで、優れた粘度特性を有する潤滑油基油を効率良く得ることができる。
以下、各工程について詳細に説明する。
(第一の工程)
第一の工程は、石油系スラックワックス(以下、単に「原料油」ともいう。)を水素化分解して、重質分(炭素数30以上の炭化水素)とその水素化分解物(例えば、炭素数30未満の炭化水素)とを含む水素化分解油を得る工程である。
第一の工程に供される石油系スラックワックスにおいて、炭素数30以上の重質分の含有割合は80質量%以上であり、且つ油分の含有割合は15質量%以下である。なお、本明細書中、油分の含有割合は、JIS K 2235に記載の「油分試験方法」に準拠して測定される。なお、石油系スラックワックスとは石油精製の過程で得られる粗蝋のことを指し、ノルマルパラフィンが主成分の炭化水素油である。また、第一の工程に供される石油系スラックワックスは、第一の工程の前に、重質分の含有割合及び油分の含有割合が上記範囲となるように成分調整されたものであってよい。すなわち、石油系ワックスは、油分の含有割合が15質量%を超える高油分スラックワックスから、油分の除去又は重質分の添加などにより得られたものであってよい。
第一の工程において、石油系スラックワックスは、重質分の分解率が5〜30質量%となるように水素化分解される。なお、本明細書中、重質分の分解率(質量%)は、原料の石油系スラックワックス中の炭素数30以上の重質分の含有割合をCとし、水素化分解を経て得られた水素化分解油中の炭素数30以上の重質分の含有割合をCとしたとき、((C−C)/C)×100で求めることができる。
第一の工程では、重質分の一部が、重質分より沸点の低い炭化水素(水素化分解物)に転化される。この水素化分解物のうち一部は、潤滑油基油用途に好適な基油留分であり、他部は該基油留分より軽質の軽質留分(例えば、燃料油留分、溶剤留分を含む。)であってよい。また、重質分の他部は、水素化分解を十分に受けず、重質分として水素化分解油中に残存する。
第一の工程では、石油系スラックワックスの水素化分解により、重質分の5〜30質量%が、炭素数30未満の炭化水素に分解される。第一の工程における重質分の分解率が30質量%を超えると、得られる潤滑油基油の粘度指数が低下する傾向がある。また、第一の工程における重質分の分解率が5質量%未満であると、ナフサ等の燃料油の生成を抑制できる一方、高品質(例えば、100℃における動粘度が3.5mm/s以上4.5mm/s以下のとき、粘度指数が135以上)の潤滑油基油を高収率で得ることが困難となる傾向がある。すなわち、本実施形態に係る製造方法では、第一の工程で、特定の石油系スワックワックスを、重質分の分解率が5〜30質量%となるように水素化分解することにより、高品質の潤滑油基油を効率良く製造できる。
また、重質分の分解率を5質量%以上とすると、石油系スラックワックスが後述のように硫黄分及び窒素分を含有していた場合でも、第一の工程において脱硫及び脱窒素が十分に進行するため、後段の反応(例えば、水素化異性化脱蝋)への悪影響を十分に防止することができる。これに対して、水素化分解の条件を重質分の分解率が5質量%未満となる条件に設定すると、脱硫が十分に進行せず、石油系スラックワックスに含まれていた硫黄分が多く後段に供されてしまう。この場合には、水素化異性化脱蝋触媒等の触媒活性の低下を防ぐため、脱蝋工程において、水素化異性化脱蝋の条件を一層厳しく設定する等の必要が生じる。そして水素化異性化脱蝋の条件を厳しくすると、分解率が高まり目的とする潤滑油基油の収率が低下する傾向がある。
また、第一の工程では、油分の含有割合が15質量%以下の石油系スラックワックスを原料油として水素化分解を行う。石油系スラックワックスの油分の含有割合が15質量%を超える場合、アロマ及びナフテンが多く含まれることで潤滑油基油の粘度指数が低くなる傾向がある。実施形態では、石油系スラックワックスにおける油分の含有割合を15質量%以下とし、上述の条件で水素化分解を行うことで、高品質の潤滑油基油を効率良く得ることができる。
石油系スラックワックスは、硫黄分を含有していてもよい。石油系スラックワックスにおける硫黄分の含有割合は、例えば0.0001質量%以上であってよく、0.001質量%以上であってよく、0.01質量%以上であってよい。また、石油系スラックワックスにおける硫黄分の含有割合は、例えば3.0質量%以下であってよく、1.0質量%以下であってよく、0.5質量%以下であってよい。本実施形態に係る製造方法では、第一の工程において、石油系スラックワックスの水素化分解とともに脱硫が進行することから、石油系スラックワックスに硫黄分が上記範囲で含有していても、後段の水素化異性化脱蝋触媒等の硫黄分による劣化を十分に防止することができる。なお、本明細書中、硫黄分の含有割合は、JIS K 2541−6に記載の「原油及び石油製品−硫黄分試験方法−第6部:紫外蛍光法」に準拠して測定される値を示す。
石油系スラックワックスは、窒素分を含有していてもよい。石油系スラックワックスにおける窒素分の含有割合は、例えば0.0001質量%以上であってよく、0.001質量%以上であってよい。また、石油系スラックワックスにおける窒素分の含有割合は、例えば0.5質量%以下であってよく、0.1質量%以下であってよい。なお、本明細書中、窒素分の含有割合は、JIS K 2609に記載の「原油及び石油製品−窒素分試験方法」に準拠して測定される値を示す。
石油系スラックワックスの100℃における動粘度は、6.0mm/s以上であってよく、7.0mm/s以上であってよい。また、当該動粘度は、100.0mm/s以下であってよく、50.0mm/s以下であってよい。
石油系スワックワックスにおいて、油分の含有割合は15質量%以下であり、好ましくは10質量%以下であってよい。
石油系スラックワックスにおいて、重質分の含有割合は80質量%以上であり、好ましくは90質量%以上であり、より好ましくは95質量%以上である。
石油系スラックワックスにおいて、重質分(炭素数30以上の炭化水素)の総量(A)に対する炭素数30以上60以下の炭化水素の含有量(A)の比(A/A)は、好ましくは0.6以上であり、より好ましくは0.8以上である。このような石油系スラックワックスでは、上述の分解率での水素化分解により、潤滑油基油として好適な炭素数の炭化水素がより多く得られるため、高品質の潤滑油基油をより高収率で製造することができる。
一態様において、石油系スラックワックスは、10容量%留出温度が400〜500℃、且つ90容量%留出温度が500〜600℃のものであってよい。また、他の態様において、石油系スラックワックスは、10容量%留出温度が500〜600℃、且つ90容量%留出温度が600〜700℃のものであってよい。なお、10容量%留出温度及び90容量%留出温度は、JIS K2254「石油製品−蒸留試験方法−ガスクロマトグラフ法」に基づいて測定される値である。
第一の工程では、例えば、水素の存在下、石油系スラックワックスを水素化分解触媒に接触させることにより、水素化分解を行うことができる。水素化分解触媒及び水素化分解の反応条件は、後述の水素化分解触媒及び反応条件の例示を参考に、重質分の分解率が5〜30質量%となる範囲で適宜選択できる。
好適な水素化分解触媒の一例を、水素化分解触媒Aとして以下に説明する。
水素化分解触媒Aは、アルミニウム、ケイ素、ジルコニウム、ホウ素、チタン及びマグネシウムから選ばれる2種以上の元素を含んで構成される多孔性無機酸化物、並びに該多孔性無機酸化物に担持された周期表第6族、第8族、第9族、及び第10族の元素から選ばれる1種以上の金属とを有する。水素化分解触媒Aによれば、原料油(石油系スラックワックス)が上述の範囲で硫黄分、窒素分を含有していても、硫黄被毒による触媒活性の低下が十分に抑制される。
水素化分解触媒Aの担体としては、上述のようにアルミニウム、ケイ素、ジルコニウム、ホウ素、チタン及びマグネシウムから選ばれる2種以上を含んで構成される多孔性無機酸化物が用いられる。かかる多孔性無機酸化物としては、水素化分解活性を一層向上できる点から、アルミニウム、ケイ素、ジルコニウム、ホウ素、チタン及びマグネシウムから選ばれる2種以上であることが好ましく、アルミニウムと他の元素とを含む無機酸化物(酸化アルミニウムと他の酸化物との複合酸化物)がより好ましい。また、水素化分解触媒Aの担体は、固体酸性を有する無機担体であってもよい。
多孔性無機酸化物が構成元素としてアルミニウムを含有する場合、アルミニウムの含有量は、多孔性無機酸化物全量を基準として、アルミナ換算で、好ましくは1〜97質量%、より好ましくは10〜95質量%、更に好ましくは20〜90質量%である。アルミニウムの含有量がアルミナ換算で1質量%未満であると、担体酸性質などの物性が好適でなく、十分な水素化分解活性が発揮されない傾向にある。他方、アルミニウムの含有量がアルミナ換算で97質量%を超えると、触媒の固体酸強度が不十分となり、活性が低下する傾向にある。
アルミニウム以外の担体構成元素である、ケイ素、ジルコニウム、ホウ素、チタン及びマグネシウムを担体に導入する方法は特に制限されず、これらの元素を含有する溶液などを原料として用いればよい。例えば、ケイ素については、ケイ素、水ガラス、シリカゾルなど、ホウ素についてはホウ酸など、リンについては、リン酸やリン酸のアルカリ金属塩など、チタンについては硫化チタン、四塩化チタンや各種アルコキサイド塩など、ジルコニウムについては硫酸ジルコニウムや各種アルコキサイド塩などを用いることができる。
さらに、多孔性無機酸化物は、構成元素としてリンを含有してもよい。リンを含有する場合、その含有量は、多孔性無機酸化物全量を基準として、酸化物換算で好ましくは0.1〜10質量%、より好ましくは0.5〜7質量%、更に好ましくは2〜6質量%である。リンの含有量が0.1質量%未満の場合には十分な水素化分解活性が発揮されない傾向にあり、また、10質量%を超えると過度の分解が進行する恐れがある。
上記の酸化アルミニウム以外の担体構成成分の原料は、担体の焼成より前の工程において添加することが好ましい。例えば、アルミニウム水溶液に予め上記原料を添加した後、これらの構成成分を含む水酸化アルミニウムゲルを調製してもよく、調合した水酸化アルミニウムゲルに対して上記原料を添加してもよい。あるいは、市販の酸化アルミニウム中間体やベーマイトパウダーに水もしくは酸性水溶液を添加して混練する工程において上記原料を添加してもよいが、水酸化アルミニウムゲルを調合する段階で共存させることがより好ましい。また、酸化アルミニウム以外の担体構成成分を予め調製し、これにベーマイトパウダー等アルミナ原料を調合してもよい。酸化アルミニウム以外の担体構成成分の効果発現機構は必ずしも解明されたわけではないが、アルミニウムと複合的な酸化物状態を形成していると推察され、このことが担体表面積の増加や活性金属との相互作用を生じることにより、活性に影響を及ぼしていると考えられる。
担体としての上記多孔性無機酸化物には、周期表第6族、第8族、第9族、及び第10族の元素から選ばれる1種以上の金属が担持される。これらの金属の中でも、コバルト、モリブデン、ニッケル及びタングステンから選ばれる2種以上の金属を組み合わせて用いることが好ましい。好適な組み合せとしては、例えば、コバルト−モリブデン、ニッケル−モリブデン、ニッケル−コバルト−モリブデン、ニッケル−タングステンが挙げられる。これらのうち、ニッケル−モリブデン、ニッケル−コバルト−モリブデン及びニッケル−タングステンの組み合せがより好ましい。水素化分解に際しては、これらの金属を硫化物の状態に転換して使用する。
触媒質量を基準とする活性金属の含有量としては、タングステン及びモリブデンの合計担持量の範囲は、酸化物換算で12〜35質量%が好ましく、15〜30質量%がより好ましい。タングステン及びモリブデンの合計担持量が12質量%未満であると、活性点が少なくなり、十分な活性が得られなくなる傾向がある。他方、35質量%を越えると、金属が効果的に分散せず、十分な活性が得られなくなる傾向がある。コバルト及びニッケルの合計担持量の範囲は、酸化物換算で1.0〜15質量%が好ましく、1.5〜13質量%がより好ましい。コバルト及びニッケルの合計担持量が1.0質量%未満であると、十分な助触媒効果が得られず、活性が低下する傾向がある。他方、15質量%を越えると、金属が効果的に分散せず、十分な活性が得られなくなる傾向がある。
担体としての上記多孔性無機酸化物には、活性成分として活性金属とともにリンが担持されていることが好ましい。担体に担持されるリンの担持量は、酸化物換算で0.5〜10質量%が好ましく、1.0〜5.0質量%がより好ましい。リンの担持量が0.5質量%未満であるとリンの効果が十分発揮できず、10質量%より大きい場合には触媒の酸性質が強くなり分解反応が起きてしまう可能性がある。リンを担体に担持させる方法も特に限定されず、上述の周期表第8〜10族の金属および第6族の金属を含む水溶液に共存させて担持してもよく、金属を担持する前、あるいは担持した後に逐次的に担持してもよい。
これらの活性金属を触媒に含有させる方法は特に限定されず、通常の水素化分解触媒を製造する際に適用される公知の方法を用いることができる。通常、活性金属の塩を含む溶液を触媒担体に含浸する方法が好ましく採用される。また、平衡吸着法、Pore−filling法、Incipient−wetness法なども好ましく採用される。例えば、Pore−filling法は、担体の細孔容積を予め測定しておき、これと同じ容積の金属塩溶液を含浸する方法である。なお、含浸方法は特に限定されるものではなく、金属担持量や触媒担体の物性に応じて適当な方法で含浸することができる。
本実施形態において、使用する水素化分解触媒Aの種類数は特に限定されない。例えば、一種類の触媒を単独で使用してもよく、活性金属種や担体構成成分の異なる触媒を複数使用してもよい。異なる触媒を複数使用する場合の好適な組み合せとしては、例えば、ニッケル−モリブデンを含有する触媒の後段にコバルト−モリブデンを含有する触媒、ニッケル−モリブデンを含有する触媒の後段にニッケル−コバルト−モリブデンを含有する触媒、ニッケル−タングステンを含有する触媒の後段にニッケル−コバルト−モリブデンを含有する触媒、ニッケル−コバルト−モリブデンを含有する触媒の後段にコバルト−モリブデンを含有する触媒を用いることが挙げられる。これらの組み合せの前段及び/又は後段にニッケル−モリブデン触媒を更に組み合せてもよい。
担体成分が異なる複数の触媒を組み合せる場合には、例えば、担体の総質量を基準として酸化アルミニウムの含有量が30質量%以上であり且つ80質量%未満の触媒の後段に、酸化アルミニウムの含有量が80〜99質量%の範囲にある触媒を用いればよい。
さらに、水素化分解触媒A以外に、必要に応じてスケール分をトラップしたり触媒床の区切り部分で水素化分解触媒Aを支持したりする目的でガード触媒、脱金属触媒、不活性充填物を用いてもよい。なお、これらは単独又は組み合せて用いることができる。
水素化分解触媒Aの窒素吸着BET法による細孔容積は、0.30〜0.85ml/gであることが好ましく、0.45〜0.80ml/gであることがより好ましい。当該細孔容積が0.30ml/gに満たない場合は担持される金属の分散性が不十分となり、活性点が減少する懸念がある。また、当該細孔容積が0.85ml/gを超えると、触媒強度が不十分となり、使用中に触媒が粉化、破砕するおそれがある。
また、窒素吸着BET法によって求められる触媒の平均細孔直径は、5〜15nmであることが好ましく、6〜12nmであることがより好ましい。平均細孔直径が5nm未満であると、反応基質が細孔内に十分に拡散せず、反応性が低下するおそれがある。また、平均細孔直径が15nmを超えると、細孔表面積が低下し、活性が不十分となるおそれがある。
さらに、水素化分解触媒Aにおいては、有効な触媒細孔を維持し、十分な活性を発揮させるために、全細孔容積に占める細孔直径3nm以下の細孔に由来する細孔容積の割合が35容量%以下であることが好ましい。
水素化分解触媒Aを用いるとき、水素化分解の条件は、例えば、水素圧力2〜20MPa、液空間速度(LHSV)0.1〜3.0h−1、水素油比(水素/油比)150〜1500Nm/mとすることができ、好ましくは、水素圧力5〜18MPa、液空間速度0.3〜1.5h−1、水素油比380〜1200Nm/mであり、より好ましくは、水素圧力8〜15MPa、空間速度0.3〜1.5h−1、水素油比350〜1000Nm/mである。これらの条件はいずれも反応活性を左右する因子であり、例えば水素圧力及び水素油比が上記の下限値に満たない場合には、反応性が低下したり触媒活性が急速に低下したりするおそれがある。他方、水素圧力及び水素油比が上記の上限値を超える場合には、圧縮機等の過大な設備投資が必要となる傾向がある。また、液空間速度は低いほど反応に有利な傾向にあるが、上記の下限値未満の場合は、極めて大きな内容積の反応器が必要となり過大な設備投資が必要となる傾向があり、他方、液空間速度が上記の上限値を超える場合は、反応が十分に進行しなくなるおそれがある。また、反応温度としては、180〜450℃が挙げられ、250〜420℃が好ましく、280〜410℃がより好ましく、300〜400℃が特に好ましい。反応温度が450℃を越えると、軽質留分への分解が進行して基油留分の収率が減少するだけでなく、生成物が着色し、製品基材としての使用が制限される傾向にある。一方、反応温度が180℃を下回ると、水素化分解反応の進行が抑えられ、重質分の分解率5〜30質量%が達成し難くなる場合がある。
(第二の工程)
第二の工程は、第一の工程で得られた水素化分解油から潤滑油基油を得る工程である。第二の工程では、使用する製造装置の形態、所望の潤滑油基油の特性等に応じて水素化分解油を処理して、潤滑油基油を得ることができる。
一態様において、第二の工程は、水素化分解油の水素化異性化脱蝋により脱蝋油を得る工程(脱蝋工程(A−1))を含んでいてよく、脱蝋油の水素化精製により水素化精製油を得る工程(水素化精製工程(A−2))と、水素化精製油の蒸留により潤滑油基油を得る工程(蒸留工程(A−3))とをさらに含んでいてよい。
以下、本態様に係る第二の工程について詳述する。
<脱蝋工程(A−1)>
脱蝋工程(A−1)は、第一の工程で得られた水素化分解油の水素化異性化脱蝋により脱蝋油を得る工程である。脱蝋工程(A−1)に供される水素化分解油は、重質分及びその水素化分解物を含む。第一の工程では、重質分の水素化分解により、ガス、ナフサ、灯軽油等の軽質留分が生じ得るが、脱蝋工程(A−1)に供される水素化分解油は、これらの軽質留分を含んでいてもよく、これらの軽質留分が除去されていてもよい。
脱蝋工程(A−1)において、水素化異性化脱蝋は、例えば、水素の存在下、水素化分解油を水素化異性化触媒に接触させることにより行うことができる。水素化異性化脱蝋触媒としては、例えば、水素化異性化に一般的に使用される触媒、すなわち無機担体に水素化活性を有する金属が担持された触媒等を用いることができる。
水素化異性化脱蝋触媒における水素化活性を有する金属としては、例えば、周期表第6族、第8族、第9族、及び第10族の金属からなる群より選ばれる1種以上の金属が用いられる。これらの金属の具体的な例としては、白金、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、イリジウム、オスミウム等の貴金属、あるいはコバルト、ニッケル、モリブデン、タングステン、鉄などが挙げられ、好ましくは、白金、パラジウム、ニッケル、コバルト、モリブデン、タングステンであり、更に好ましくは白金、パラジウムである。また、これらの金属は複数種を組み合わせて用いることも好ましく、その場合の好ましい組み合わせとしては、白金−パラジウム、コバルト−モリブデン、ニッケル−モリブデン、ニッケル−コバルト−モリブデン、ニッケル−タングステン等が挙げられる。
水素化異性化脱蝋触媒を構成する無機担体としては、例えば、アルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニア、ボリア等の金属酸化物が挙げられる。これら金属酸化物は1種であってもよいし、2種以上の混合物あるいはシリカアルミナ、シリカジルコニア、アルミナジルコニア、アルミナボリア等の複合金属酸化物であってもよい。上記無機担体は、ノルマルパラフィンの水素化異性化を効率的に進行させる観点から、シリカアルミナ、シリカジルコニア、アルミナジルコニア、アルミナボリア等の固体酸性を有する複合金属酸化物であることが好ましい。また、無機担体には少量のゼオライトを含んでもよい。さらに無機担体は、担体の成型性及び機械的強度の向上を目的として、バインダーが配合されていてもよい。好ましいバインダーとしては、アルミナ、シリカ、マグネシア等が挙げられる。
水素化異性化脱蝋触媒における水素化活性を有する金属の含有量としては、当該金属が上記の貴金属である場合には、金属原子として、担体の質量基準で0.1〜3質量%程度であることが好ましい。また、当該金属が上記の貴金属以外の金属である場合には、金属酸化物として、担体の質量基準で2〜50質量%程度であることが好ましい。水素化活性を有する金属の含有量が上記下限値未満の場合には、水素化異性化が充分に進行しない傾向にある。一方、水素化活性を有する金属の含有量が上記上限値を超える場合には、水素化活性を有する金属の分散が低下して触媒の活性が低下する傾向となり、また触媒コストが上昇する。
また、水素化異性化脱蝋触媒は、アルミニウム、ケイ素、ジルコニウム、ホウ素、チタン、マグネシウム及びゼオライトから選ばれる物質より構成される多孔性の無機酸化物からなる担体に周期表第6族、第8族、第9族、及び第10族の金属の元素から選ばれる金属を1種以上担持してなる触媒であってもよい。
このような水素化異性化脱蝋触媒の担体として用いられる多孔性の無機酸化物としては、アルミナ、チタニア、ジルコニア、ボリア、シリカ、あるいはゼオライトが挙げられ、このうちチタニア、ジルコニア、ボリア、シリカおよびゼオライトのうち少なくとも1種類とアルミナによって構成されているものが好ましい。その製造法は特に限定されないが、各元素に対応した各種ゾル、塩化合物などの状態の原料を用いて任意の調製法を採用することができる。さらには一旦シリカアルミナ、シリカジルコニア、アルミナチタニア、シリカチタニア、アルミナボリアなどの複合水酸化物あるいは複合酸化物を調製した後に、アルミナゲルやその他水酸化物の状態あるいは適当な溶液の状態で調製工程の任意の工程で添加して調製してもよい。アルミナと他の酸化物との比率は担体に対して任意の割合を取り得るが、好ましくはアルミナが90質量%以下、より好ましくは60質量%以下、さらに好ましくは40質量%以下であり、好ましくは10質量%以上、より好ましくは20質量%以上である。
ゼオライトは結晶性アルミノシリケートであり、フォージャサイト、ペンタシル、モルデナイト、TON、MTT、MREなどが挙げられ、所定の水熱処理および/または酸処理によって超安定化したもの、あるいはゼオライト中のアルミナ含有量を調整したものを用いることができる。好ましくはフォージャサイト、モルデナイト、特に好ましくはY型、ベータ型が用いられる。Y型は超安定化したものが好ましく、水熱処理により超安定化したゼオライトは本来の20Å以下のミクロ細孔と呼ばれる細孔構造に加え、20Åを超え100Å以下の範囲に新たな細孔が形成される。水熱処理条件は公知の条件を用いることができる。
このような水素化異性化脱蝋触媒の活性金属としては、周期表第6族、第8族、第9族、及び第10族の元素から選ばれる1種以上の金属が用いられる。これらの金属の中でも、Pd、Pt、Rh、Ir、Niから選ばれる1種以上の金属を用いることが好ましく、組み合わせて用いることがより好ましい。好適な組み合せとしては、例えば、Pd−Pt、Pd−Ir、Pd−Rh、Pd−Ni、Pt−Rh、Pt−Ir、Pt−Ni、Rh−Ir、Rh−Ni、Ir−Ni、Pd−Pt−Rh、Pd−Pt−Ir、Pt−Pd−Niなどが挙げられる。このうち、Pd−Pt、Pd−Ni、Pt−Ni、Pd−Ir、Pt−Rh、Pt−Ir、Rh−Ir、Pd−Pt−Rh、Pd−Pt−Ni、Pd−Pt−Irの組み合わせがより好ましく、Pd−Pt、Pd−Ni、Pt−Ni、Pd−Ir、Pt−Ir、Pd−Pt−Ni、Pd−Pt−Irの組み合わせがさらにより好ましい。
触媒質量を基準とする活性金属の合計含有量としては、金属として0.1〜2質量%が好ましく、0.2〜1.5質量%がより好ましく、0.25〜1.3質量%がさらにより好ましい。金属の合計担持量が0.1質量%未満であると、活性点が少なくなり、十分な活性が得られなくなる傾向がある。他方、2質量%を超えると、金属が効果的に分散せず、十分な活性が得られなくなる傾向がある。
上記水素化異性化脱蝋触媒のいずれの触媒においても、活性金属を担体に担持させる方法は特に限定されず、通常の水素化異性化脱蝋触媒を製造する際に適用される公知の方法を用いることができる。通常は、活性金属の塩を含む溶液を触媒担体に含浸する方法が好ましく採用される。また平衡吸着法、Pore−filling法、Incipient−wetness法なども好ましく採用される。例えば、Pore−filling法は、担体の細孔容積を予め測定しておき、これと同じ容積の金属塩溶液を含浸する方法であるが、含浸方法は特に限定されるものではなく、金属担持量や触媒担体の物性に応じて適当な方法で含浸することができる。
また、水素化異性化脱蝋触媒としては、下記触媒を用いることもできる。
[水素化異性化脱蝋触媒の具体的な一態様]
本態様の水素化異性化脱蝋触媒は、特定の方法によって製造されることでその特徴が付与される。以下、本態様の水素化異性化脱蝋触媒について、その好ましい製造の態様に沿って説明する。
本態様の水素化異性化脱蝋触媒の製造方法は、有機テンプレートを含有し10員環一次元状細孔構造を有する有機テンプレート含有ゼオライトを、アンモニウムイオン及び/又はプロトンを含む溶液中でイオン交換して得られるイオン交換ゼオライトと、バインダーと、が含まれる混合物を、N雰囲気下、250〜350℃の温度で加熱して担体前駆体を得る工程(1)と、担体前駆体に白金塩及び/又はパラジウム塩を含ませた触媒前駆体を、分子状酸素を含む雰囲気下、350〜400℃の温度で焼成して、ゼオライトを含む担体に白金及び/又はパラジウムが担持された水素化異性化脱蝋触媒を得る工程(2)とを備える。
本態様で用いられる有機テンプレート含有ゼオライトは、ノルマルパラフィンの水素化異性化反応における高い異性化活性と抑制された分解活性とを高水準で両立する観点から、10員環からなる一次元状細孔構造を有する。このようなゼオライトとしては、AEL、EUO、FER、HEU、MEL、MFI、NES、TON、MTT、WEI、MRE及びSSZ−32などが挙げられる。なお、上記の各アルファベット三文字は、分類分けされたモレキュラーシーブ型ゼオライトの各構造に対して、国際ゼオライト協会構造委員会(The Structure Commission of The International Zeolite Association)が与えている骨格構造コードを意味する。また、同一のトポロジーを有するゼオライトは包括的に同一のコードで呼称される。
上記有機テンプレート含有ゼオライトとしては、上記の10員環一次元状細孔構造を有するゼオライトの中でも、高異性化活性及び低分解活性の点で、TON、MTT構造を有するゼオライト、MRE構造を有するゼオライトであるZSM−48ゼオライト、及びSSZ−32ゼオライトが好ましい。TON構造を有するゼオライトとしては、ZSM−22ゼオライトがより好ましく、また、MTT構造を有するゼオライトとしては、ZSM−23ゼオライトがより好ましい。
有機テンプレート含有ゼオライトは、シリカ源、アルミナ源及び上記所定の細孔構造を構築するために添加する有機テンプレートから、公知の方法によって水熱合成される。
有機テンプレートは、アミノ基、アンモニウム基等を有する有機化合物であり、合成するゼオライトの構造に応じて選択されるものであるが、アミン誘導体であることが好ましい。具体的には、アルキルアミン、アルキルジアミン、アルキルトリアミン、アルキルテトラミン、ピロリジン、ピペラジン、アミノピペラジン、アルキルペンタミン、アルキルヘキサミン及びそれらの誘導体からなる群より選択される少なくとも一種であることがより好ましい。上記アルキルの炭素数は、4〜10が挙げられ、好ましくは6〜8である。なお、代表的なアルキルジアミンとしては、1,6−ヘキサンジアミン、1,8−ジアミノオクタン等を例示できる。
10員環一次元状細孔構造を有する有機テンプレート含有ゼオライトを構成する珪素とアルミニウム元素とのモル比([Si]/[Al])(以下、「Si/Al比」という。)は、10〜400であることが好ましく、20〜350であることがより好ましい。Si/Al比が10未満の場合には、ノルマルパラフィンの転換に対する活性は高くなるが、イソパラフィンへの異性化選択性が低下し、また反応温度の上昇に伴う分解反応の増加が急激となる傾向にあることから好ましくない。一方、Si/Al比が400を超える場合には、ノルマルパラフィンの転換に必要な触媒活性が得られにくくなり好ましくない。
合成され、好ましくは洗浄、乾燥された上記有機テンプレート含有ゼオライトは、対カチオンとして通常アルカリ金属カチオンを有し、また有機テンプレートが細孔構造内に包含される。本態様の水素化異性化脱蝋触媒を製造する際に用いる有機テンプレートを含むゼオライトとは、このような、合成された状態のもの、すなわち、ゼオライト内に包含される有機テンプレートを除去するための焼成処理がなされていないものであることが好ましい。
上記有機テンプレート含有ゼオライトは、次に、アンモニウムイオン及び/又はプロトンを含む溶液中でイオン交換される。イオン交換処理により、有機テンプレート含有ゼオライト中に含まれる対カチオンは、アンモニウムイオン及び/又はプロトンに交換される。またそれと同時に、有機テンプレート含有ゼオライト中に包含される有機テンプレートの一部が除去される。
上記イオン交換処理に使用する溶液は、水を少なくとも50容量%含有する溶媒を用いた溶液であることが好ましく、水溶液であることがより好ましい。また、アンモニウムイオンを溶液中に供給する化合物としては、塩化アンモニウム、硫酸アンモニウム、硝酸アンモニウム、リン酸アンモニウム、酢酸アンモニウム等の無機及び有機の各種のアンモニウム塩が挙げられる。一方、プロトンを溶液中に供給する化合物としては、通常、塩酸、硫酸、硝酸等の鉱酸が利用される。有機テンプレート含有ゼオライトをアンモニウムイオンの存在下でイオン交換することにより得られるイオン交換ゼオライト(ここでは、アンモニウム型ゼオライト)は、後の焼成の際にアンモニアを放出し、対カチオンがプロトンとなってブレンステッド酸点となる。イオン交換に用いるカチオン種としてはアンモニウムイオンが好ましい。溶液中に含まれるアンモニウムイオン及び/又はプロトンの含有量は、使用する有機テンプレート含有ゼオライトに含まれる対カチオン及び有機テンプレートの合計量に対して10〜1000当量となるように設定されることが好ましい。
上記イオン交換処理は、粉末状の有機テンプレート含有ゼオライト単体に対して行ってもよく、またイオン交換処理に先立って、有機テンプレート含有ゼオライトにバインダーである無機酸化物を配合し、成型を行い、得られる成型体に対して行ってもよい。但し、上記の成型体を焼成することなくイオン交換処理に供すると、当該成型体が崩壊、粉化する問題が生じやすくなることから、粉末状の有機テンプレート含有ゼオライトをイオン交換処理に供することが好ましい。
イオン交換処理は、定法、すなわち、アンモニウムイオン及び/又はプロトンを含む溶液、好ましくは水溶液に有機テンプレートを含むゼオライトを浸漬し、これを攪拌又は流動する方法によって行うことが好ましい。また、上記の撹拌又は流動は、イオン交換の効率を高めるために加熱下に行うことが好ましい。本態様においては、上記水溶液を加熱し、沸騰、還流下でイオン交換する方法が特に好ましい。
更に、イオン交換の効率を高める点から、溶液によってゼオライトをイオン交換する間に、溶液を一回又は二回以上新しいものに交換することが好ましく、溶液を一回又は二回新しいものに交換することがより好ましい。溶液を一回交換する場合、例えば、有機テンプレート含有ゼオライトをアンモニウムイオン及び/又はプロトンを含む溶液に浸漬し、これを1〜6時間加熱還流し、次いで、溶液を新しいもの交換した後、更に6〜12時間加熱還流することにより、イオン交換効率を高めることが可能となる。
イオン交換処理により、ゼオライト中のアルカリ金属等の対カチオンのほぼ全てをアンモニウムイオン及び/又はプロトンに交換することが可能である。一方、ゼオライト内に包含される有機テンプレートについては、上記のイオン交換処理によりその一部が除去されるが、同処理を繰り返し行っても、その全てを除去することは一般に困難であり、その一部がゼオライト内部に残留する。
本態様では、イオン交換ゼオライトとバインダーとが含まれる混合物を窒素雰囲気下、250〜350℃の温度で加熱して担体前駆体を得る。
イオン交換ゼオライトとバインダーとが含まれる混合物は、上記の方法にて得られたイオン交換ゼオライトに、バインダーである無機酸化物を配合し、得られる組成物を成型したものが好ましい。無機酸化物をイオン交換ゼオライトに配合する目的は、成型体の焼成によって得られる担体(特には、粒子状の担体)の機械的強度を、実用に耐えられる程度に向上することにあるが、本発明者は、無機酸化物種の選択が水素化異性化脱蝋触媒の異性化選択性に影響を与えることを見出している。このような観点から、上記無機酸化物として、アルミナ、シリカ、チタニア、ボリア、ジルコニア、マグネシア、セリア、酸化亜鉛及び酸化リン並びにこれらの2種以上の組み合わせからなる複合酸化物から選択される少なくとも一種の無機酸化物が用いられる。中でも、水素化異性化脱蝋触媒の異性化選択性が更に向上するとの観点から、シリカ、アルミナが好ましく、アルミナがより好ましい。また、上記「これらの2種以上の組み合わせからなる複合酸化物」とは、アルミナ、シリカ、チタニア、ボリア、ジルコニア、マグネシア、セリア、酸化亜鉛、及び酸化リンのうちの少なくとも2種の成分からなる複合酸化物であるが、複合酸化物を基準として50質量%以上のアルミナ成分を含有するアルミナを主成分とする複合酸化物が好ましく、中でもアルミナ−シリカがより好ましい。
上記組成物におけるイオン交換ゼオライトと無機酸化物との配合比率は、イオン交換ゼオライトの質量:無機酸化物の質量の比として、好ましくは10:90〜90:10、より好ましくは30:70〜85:15である。この比が10:90よりも小さい場合には、水素化異性化脱蝋触媒の活性が充分ではなくなる傾向にあるため好ましくない。一方、上記比が90:10を超える場合には、組成物を成型及び焼成して得られる担体の機械的強度が充分ではなくなる傾向にあるため好ましくない。
イオン交換ゼオライトに上記の無機酸化物を配合する方法は特に限定されないが、例えば両者の粉末に適量の水等の液体を添加して粘ちょうな流体とし、これをニーダー等により混練する等の通常行われる方法を採用することができる。
上記イオン交換ゼオライトと上記無機酸化物とを含む組成物或いはそれを含む粘ちょうな流体は、押出成型等の方法により成型され、好ましくは乾燥されて粒子状の成型体となる。成型体の形状としては特に限定されないが、例えば、円筒状、ペレット状、球状、三つ葉・四つ葉形の断面を有する異形筒状等が挙げられる。成型体の大きさは特に限定されないが、取り扱いの容易さ、反応器への充填密度等の観点から、例えば長軸が1〜30mm、短軸が1〜20mm程度であることが好ましい。
本態様においては、上記のようにして得られた成型された成型体を、100℃以下で十分乾燥させた後に引き続き、N雰囲気下、250〜350℃の温度で加熱して担体前駆体とすることが好ましい。加熱時間については、0.5〜10時間が好ましく、1〜5時間がより好ましい。
本態様において、上記加熱温度が250℃より低い場合は、有機テンプレートが多量に残留し、残留したテンプレートによってゼオライト細孔が閉塞する。異性化活性点は細孔ポアマウス付近に存在すると考えられており、上記の場合、細孔閉塞によって反応基質が細孔内へ拡散できなくなり、活性点が被覆されて異性化反応が進行しにくくなり、ノルマルパラフィンの転化率が充分に得られにくくなる傾向にある。一方、加熱温度が350℃を超える場合には、得られる水素化異性化脱蝋触媒の異性化選択性が充分に向上しない。
成型体を加熱して担体前駆体とするときの下限温度は280℃以上が好ましい。また、上限温度は330℃以下が好ましい。
本態様では、上記成型体に含まれる有機テンプレートの一部が残留するように上記混合物を加熱することが好ましい。具体的には、後述の金属担持後の焼成を経て得られる水素化異性化脱蝋触媒のカーボン量が0.4〜3.5質量%(好ましくは0.4〜3.0質量%、より好ましくは0.4〜2.5質量%、さらに好ましくは0.4〜1.5質量%)となるように、又は、当該触媒の単位質量当りのミクロ細孔容積が0.02〜0.12ml/gとなり、当該触媒に含有されるゼオライトの単位質量当りのミクロ細孔容積が0.01〜0.12ml/gとなるように、加熱条件を設定することが好ましい。
次に、上記担体前駆体に白金塩及び/又はパラジウム塩を含ませた触媒前駆体を、分子状酸素を含む雰囲気下、250〜400℃、好ましくは280〜400℃、より好ましくは300〜400℃の温度で焼成して、ゼオライトを含む担体に白金及び/又はパラジウムが担持された水素化異性化脱蝋触媒を得る。なお、「分子状酸素を含む雰囲気下」とは、酸素ガスを含む気体、中でも好ましくは空気と接触することを意味する。焼成の時間は、0.5〜10時間であることが好ましく、1〜5時間であることがより好ましい。
白金塩としては、例えば、塩化白金酸、テトラアンミンジニトロ白金、ジニトロアミノ白金、テトラアンミンジクロロ白金などが挙げられる。塩化物塩は反応時に塩酸が発生して装置腐食の恐れがあるため、塩化物塩以外で白金が高分散する白金塩であるテトラアンミンジニトロ白金が好ましい。
パラジウム塩としては、例えば、塩化パラジウム、テトラアンミンパラジウム硝酸塩、ジアミノパラジウム硝酸塩などが挙げられる。塩化物塩は反応時に塩酸が発生して装置腐食の恐れがあるため、塩化物塩以外でパラジウムが高分散するパラジウム塩であるテトラアンミンパラジウム硝酸塩が好ましい。
本態様に係るゼオライトを含む担体における活性金属の担持量は、担体の質量を基準として、0.001〜20質量%が好ましく、0.01〜5質量%がより好ましい。担持量が0.001質量%未満の場合には、所定の水素化/脱水素機能を付与することが困難となる。一方、担持量が20質量%を超える場合には、当該活性金属上での炭化水素の分解による軽質化が進行しやすくなり、目的とする留分の収率が低下する傾向にあり、さらには触媒コストの上昇を招く傾向にあるため好ましくない。
また、本態様に係る水素化異性化脱蝋触媒が含硫黄化合物及び/又は含窒素化合物を多く含む炭化水素油の水素化異性化に用いられる場合、触媒活性の持続性の観点から、活性金属として、ニッケル−コバルト、ニッケル−モリブデン、コバルト−モリブデン、ニッケル−モリブデン−コバルト、ニッケル−タングステン−コバルト等の組み合わせを含むことが好ましい。これらの金属の担持量は、担体の質量を基準として、0.001〜50質量%が好ましく、0.01〜30質量%がより好ましい。
本態様では、上記担体前駆体に残留させた有機テンプレートが残留するように上記触媒前駆体を焼成することが好ましい。具体的には、得られる水素化異性化脱蝋触媒のカーボン量が0.4〜3.5質量%(好ましくは0.4〜3.0質量%、より好ましくは0.4〜2.5質量%、さらに好ましくは0.4〜1.5質量%)となるように、又は、得られる水素化異性化脱蝋触媒の単位質量当りのミクロ細孔容積が0.02〜0.12ml/gであり、当該触媒に含有されるゼオライトの単位質量当りのミクロ細孔容積が0.01〜0.12ml/gとなるように加熱条件を設定することが好ましい。
なお、本明細書中、水素化異性化脱蝋触媒のカーボン量は、酸素気流中燃焼―赤外線吸収法により分析できる。具体的には、炭素・硫黄分析装置(例えば、株式会社堀場製作所製EMIA−920V)を用いて、酸素気流中で当該触媒を燃焼し、赤外線吸収法にて炭素量の定量を行うことで求めることができる。
水素化異性化脱蝋触媒の単位質量当りのミクロ細孔容積は、窒素吸着測定と呼ばれる方法にて算出される。すなわち、触媒について、液体窒素温度(−196℃)で測定した窒素の物理吸着脱離等温線を解析、具体的には、液体窒素温度(−196℃)で測定した窒素の吸着等温線をt−plot法により解析することにより、触媒の単位質量当りのミクロ細孔容積が算出される。また、触媒に含有されるゼオライトの単位質量当りのミクロ細孔容積についても、上記の窒素吸着測定により算出される。
触媒に含有されるゼオライトの単位質量当りのミクロ細孔容積Vは、例えば、バインダーがミクロ細孔容積を有していない場合、水素化異性化脱蝋触媒の単位質量当りのミクロ細孔容積の値Vと、触媒におけるゼオライトの含有割合M(質量%)から下記式に従って算出することができる。
=V/M×100
本態様の水素化異性化脱蝋触媒は、上記の焼成処理に続いて、水素化異性化の反応を行う反応器に充填後に還元処理されたものであることが好ましい。具体的には、分子状水素を含む雰囲気下、好ましくは水素ガス流通下、好ましくは250〜500℃、より好ましくは300〜400℃にて、0.5〜10時間程度の水素還元処理が施されたものであることが好ましい。このような工程により、炭化水素油の脱蝋に対する高い活性をより確実に触媒に付与することができる。
本態様の水素化異性化脱蝋触媒は、10員環一次元状細孔構造を有するゼオライト、及びバインダーを含む担体と、該担体に担持された白金及び/又はパラジウムと、を含有する。そして、本態様の水素化異性化脱蝋触媒は、触媒中のカーボン量が0.4〜3.5質量%の触媒である。また、本態様の水素化異性化脱蝋触媒は、単位質量当りのミクロ細孔容積が0.02〜0.12ml/gの水素化異性化脱蝋触媒であって、上記ゼオライトが、有機テンプレートを含有し10員環一次元状細孔構造を有する有機テンプレート含有ゼオライトを、アンモニウムイオン及び/又はプロトンを含む溶液中でイオン交換して得られるイオン交換ゼオライトに由来するものであり、触媒に含有されるゼオライトの単位質量当りのミクロ細孔容積が、0.01〜0.12ml/gであるものであってもよい。
本態様の水素化異性化脱蝋触媒は、上述した方法により製造することができる。触媒のカーボン量、触媒の単位質量当りのミクロ細孔容積及び触媒に含有されるゼオライトの単位質量当りのミクロ細孔容積は、イオン交換ゼオライトとバインダーとが含まれる混合物におけるイオン交換ゼオライトの配合量、当該混合物のN雰囲気下での加熱条件、触媒前駆体の分子状酸素を含む雰囲気下での加熱条件を適宜調整することより上記範囲内にすることができる。
以上、水素化異性化脱蝋触媒の具体的な一態様について説明したが、本実施形態において、第二の工程の水素化異性化脱蝋に用いられる触媒はこれに限定されるものではない。
次に、脱蝋工程(A−1)の反応条件について以下に詳述する。
脱蝋工程(A−1)において、水素化異性化脱蝋の反応温度は、200〜450℃が好ましく、280〜400℃がより好ましい。反応温度が200℃を下回る場合、水素化分解油に含まれるノルマルパラフィンの異性化が進行しにくくなり、ワックス成分の低減及び除去が不十分になる傾向にある。一方、反応温度が450℃を超える場合、分解が顕著となり、潤滑油基油の収率が低下する傾向にある。
水素化異性化脱蝋の反応圧力は、0.1〜20MPaが好ましく、0.5〜10MPaがより好ましい。反応圧力が0.1MPaを下回る場合、コーク生成による触媒の劣化が早まる傾向にある。一方、反応圧力が20MPaを超える場合、装置建設コストが高くなるため経済的なプロセスを実現しにくくなる傾向にある。
水素化異性化脱蝋における水素化分解油の触媒に対する液空間速度は、0.01〜100h−1が好ましく、0.1〜50h−1がより好ましい。液空間速度が0.01h−1未満の場合、分解が過度に進行しやすくなり、生産効率が低下する傾向にある。一方、液空間速度が100h−1を超える場合、ノルマルパラフィンの異性化が進行しにくくなり、ワックス成分の低減、除去が不十分になる傾向にある。
水素化異性化脱蝋における水素と水素化分解油との供給比率は、100〜1500Nm/mが好ましく、200〜800Nm/mがより好ましい。供給比率が100Nm/m未満の場合、例えば水素化分解油が硫黄分又は窒素分を含む場合に、異性化反応と併発する脱硫又は脱窒素反応により発生する硫化水素又はアンモニアガスが触媒上の活性金属を吸着被毒して、所定の触媒性能が得られにくくなる傾向にある。一方、供給比率が1000Nm/mを超える場合、大きな能力の水素供給設備を必要とするため経済的なプロセスを実現しにくくなる傾向にある。
脱蝋工程(A−1)で得られる脱蝋油は、ノルマルパラフィン濃度が10容量%以下であることが好ましく、1容量%以下であることがより好ましい。
脱蝋工程(A−1)で得られた脱蝋油は、潤滑油基油原料として好適に用いることができる。本実施形態においては、例えば、脱蝋工程(A−1)で得られた脱蝋油を水素化精製して水素化精製油を得る工程(水素化精製工程(A−2))と、水素化精製油を蒸留して潤滑油基油を得る蒸留工程(A−3)とを経て、潤滑油基油を得ることができる。
<水素化精製工程(A−2)>
水素化精製工程(A−2)は、脱蝋工程(A−1)で得られた脱蝋油を水素化精製して、水素化精製油を得る工程である。水素化精製によって、例えば、脱蝋油中のオレフィン及び芳香族化合物が水素化され、潤滑油基油の酸化安定性及び色相が改善される。さらに、脱蝋油中の硫黄化合物が水素化されることにより、硫黄分の低減も期待される。
水素化精製は、水素の存在下、脱蝋油を水素化精製触媒に接触させることにより行うことができる。水素化精製触媒としては、例えば、アルミナ、シリカ、ジルコニア、チタニア、ボリア、マグネシア及びリンから選ばれる1種類以上の無機固体酸性物質を含んで構成される担体と、その担体上に担持された、白金、パラジウム、ニッケル−モリブデン、ニッケル−タングステン及びニッケル−コバルト−モリブデンからなる群より選ばれる1種以上の活性金属とを備えた触媒が挙げられる。
水素化精製触媒における好適な担体としては、アルミナ、シリカ、ジルコニア、又はチタニアを少なくとも2種類以上含む無機固体酸性物質が挙げられる。担体に活性金属を担持する方法としては、含浸やイオン交換等の常法を採用できる。
水素化精製触媒における活性金属の担持量は、金属の合計量が担体に対して0.1〜25質量%であることが好ましい。
水素化精製触媒の平均細孔径は6〜60nmであると好ましく、7〜30nmであるとより好ましい。平均細孔径が6nmより小さいと十分な触媒活性が得られない傾向にあり、平均細孔径が60nmを越えると、活性金属の分散度が下がることにより触媒活性が低下する傾向にある。
水素化精製触媒の細孔容積は0.2mL/g以上であることが好ましい。細孔容積が0.2mL/gより小さいと、触媒の活性劣化が早くなる傾向にある。なお、水素化精製触媒の細孔容積は、例えば0.5mL/g以下であってよい。また、水素化精製触媒の比表面積は200m/g以上であると好ましい。触媒の比表面積が200m/gを下回ると、活性金属の分散性が不十分となり活性が低下する傾向にある。なお、水素化精製触媒の比表面積は、例えば400m/g以下であってよい。これら触媒の細孔容積及び比表面積は、窒素吸着によるBET法と呼ばれる方法により測定、算出可能である。
水素化精製の反応条件は、例えば反応温度200〜300℃、水素分圧3〜20MPa、LHSV0.5〜5h−1、水素/油比170〜850Nm/mであると好ましく、反応温度200℃〜300℃、水素分圧4〜18MPa、LHSV0.5〜4h−1、水素/油比340〜850Nm/mであるとより好ましい。
本態様においては、水素化精製油における硫黄分及び窒素分がそれぞれ、5質量ppm以下及び1質量ppm以下となるように、水素化精製の反応条件を調整することが好ましい。なお、硫黄分は、JIS K2541「原油及び石油製品‐硫黄分試験方法」に基づき、窒素分は、JIS K2609「原油及び石油製品‐窒素分試験方法」に基づき測定される値である。
<蒸留工程(A−3)>
蒸留工程(A−3)は、水素化精製工程(A−2)で得られた水素化精製油を複数の留分に分留して、少なくとも一種の潤滑油基油を得る工程である。
蒸留工程(A−3)における蒸留条件は、水素化精製油から潤滑油基油を分留できる条件であれば特に限定されない。例えば、蒸留工程(A−3)は、水素化精製油から軽質留分を留去する常圧蒸留(又は加圧下での蒸留)と、該常圧蒸留のボトム油から潤滑油基油を分留する減圧蒸留とにより行われることが好ましい。
蒸留工程(A−3)では、例えば、複数のカットポイントを設定してボトム油を減圧蒸留することにより、複数の潤滑油留分を得ることができる。蒸留工程(A−3)では、例えば、水素化精製油から、10容量%留出温度が280℃以上、90容量%留出温度が390℃以下である第1の潤滑油留分と、10容量%留出温度が390℃以上、90容量%留出温度が490℃以下である第2の潤滑油留分と、10容量%留出温度が490℃以上、90容量%留出温度が530℃以下である第3の潤滑油留分とをそれぞれ分留して回収することができる。
第1の潤滑油留分は、ATFやショックアブソーバーに適した潤滑油基油として取得することができ、この場合、100℃における動粘度2.7mm/sを目標値とすることが好ましい。第2の潤滑油留分は、APIのグループIII規格を満たすエンジン油基油に適した本発明に係る潤滑油基油として取得することができ、この場合、100℃における動粘度4.0mm/sを目標値とし、100℃における動粘度が3.5mm/s以上4.5mm/s以下、流動点が−17.5℃以下の留分とすることが好ましい。第3の潤滑油留分は、APIのグループIII規格を満たすエンジン油基油であり、例えばディーゼルエンジン等に適した潤滑油基油として取得することができ、この場合、40℃における動粘度が32mm/sより高い値を目標とし、更に100℃における動粘度が6.0mm/sより高い値であることが好ましい。なお、本明細書中、40℃または100℃における動粘度および粘度指数は、JIS K2283「原油及び石油製品−動粘度試験方法及び粘度指数算出方法」に基づき求められる値である。
なお、第1の潤滑油留分は70Paleに相当する潤滑油基油として、第2の潤滑油留分はSAE−10に相当する潤滑油基油として、第3の潤滑油留分はSAE−20に相当する潤滑油基油として取得することができる。なお、SAE粘度とは、Society of Automotive Engineersが定めた規格を意味する。また、API規格は、米国石油協会(API(American Petroleum Institute))の潤滑油グレードの分類によるもので、グループII(粘度指数80以上120未満、かつ、飽和分90質量%以上、かつ、硫黄分含有量0.03質量%以下)、グループIII(粘度指数120以上、かつ、飽和分90質量%以上、かつ、硫黄分含有量0.03質量%以下)を意味する。これに加え、粘度指数130以上の潤滑油基油はグループIII+と呼ばれ、API規格以上の高品質な製品として求められている。
また、水素化精製工程(A−2)で得られた水素化精製油には、水素化異性化や水素化分解により副生したナフサや灯軽油などの軽質留分が含まれる。蒸留工程(A−3)では、これらの軽質留分を、例えば90容量%留出温度が280℃以下の留分として回収してもよい。
以上、第二の工程の一態様について説明したが、本実施形態に係る第二の工程は上記態様に限定されるものではない。例えば、他の一態様において、第二の工程は、水素化分解油の蒸留により、水素化分解物を含む基油留分を得る工程(第一の蒸留工程(B−1))と、基油留分の水素化異性化脱蝋により脱蝋油を得る工程(脱蝋工程(B−2))とを含むものであってよく、脱蝋油の水素化精製により水素化精製油を得る工程(水素化精製工程(B−3))と、水素化精製油の蒸留により潤滑油基油を得る工程(第二の蒸留工程(B−4))と、をさらに含むものであってよい。以下、この態様に係る第二の工程について詳述する。
<第一の蒸留工程(B−1)>
第一の蒸留工程(B−1)では、第一の工程で得られた水素化分解油から、水素化分解物を含む基油留分を分留する。また、場合により、ガス、ナフサ、灯軽油等の軽質留分もさらに分留してよい。また、第一の蒸留工程(B−1)では、基油留分より重質な重質留分をさらに分留してよく、当該重質留分をボトム油として回収してもよい。
基油留分は、後述する脱蝋工程(B−2)(並びに、必要に応じて水素化精製工程(B−3)及び第二の蒸留工程(B−4))を経て潤滑油基油を得るための留分であり、その沸点範囲は目的とする製品に応じて適宜変更してよい。
基油留分は、10容量%留出温度が280℃以上、90容量%留出温度が530℃以下の留分であることが好ましい。基油留分を沸点範囲が上記範囲の留分とすることで、より効率的に有用な潤滑油基油を製造することができる。なお、本明細書中、10容量%留出温度及び90容量%留出温度は、JIS K2254「石油製品−蒸留試験方法−ガスクロマトグラフ法」に基づいて測定される値である。
水素化分解油は、場合により、基油留分以外に、基油留分より沸点が高い重質の留分(重質留分)、及び、基油留分より沸点が低い軽質の留分(軽質留分)を含んでいてよい。軽質留分は、90容量%留出温度が基油留分の10容量%留出温度より低い留分であり、例えば、280℃より低い90容量%留出温度を有する留分である。重質留分は、10容量%留出温度が基油留分の90容量%留出温度より高い留分であり、例えば、530℃より高い10容量%留出温度を有する留分である。
第一の蒸留工程における蒸留条件は、水素化分解油から基油留分を分留できる条件であれば特に限定されない。例えば、第一の蒸留工程は、減圧蒸留により水素化分解油から基油留分を分留する工程であってよく、常圧蒸留(又は加圧下での蒸留)及び減圧蒸留を組み合わせて水素化分解油から基油留分を分留する工程であってもよい。
例えば、水素化分解油が重質留分及び軽質留分を含む場合、第一の蒸留工程は、水素化分解油から軽質留分を留去する常圧蒸留(又は加圧下での蒸留)と、該常圧蒸留のボトム油から基油留分及び重質留分をそれぞれ分留する減圧蒸留とにより行ってよい。
第一の蒸留工程において、基油留分は単一の留分として分留されてもよく、所望の潤滑油基油に応じた複数の留分として分留されてもよい。このように分留された複数の潤滑油留分は、それぞれ独立に後段の脱蝋工程(B−2)に供することができる。また、複数の基油留分の一部又は全部を混合して後段の脱蝋工程(B−2)に供することもできる。
<脱蝋工程(B−2)>
脱蝋工程(B−2)は、第一の蒸留工程で得られた基油留分を水素化異性化脱蝋して脱蝋油を得る工程である。脱蝋工程(B−2)における水素化異性化脱蝋は、例えば、水素の存在下、基油留分を水素化異性化触媒に接触させることにより行うことができる。
脱蝋工程(B−2)の水素化異性化脱蝋における水素化異性化触媒及び反応条件としては、上記脱蝋工程(A−1)と同様の水素化異性化触媒及び反応条件が例示できる。
脱蝋工程(B−2)で得られる脱蝋油は、ノルマルパラフィン濃度が10容量%以下であることが好ましく、1容量%以下であることがより好ましい。
脱蝋工程(B−2)で得られた脱蝋油は、潤滑油基油原料として好適に用いることができる。本実施形態においては、例えば、脱蝋工程(B−2)で得られた脱蝋油を水素化精製して水素化精製油を得る工程(水素化精製工程(B−3))と、水素化精製油を蒸留して潤滑油基油を得る第二の蒸留工程(B−4)とを経て、潤滑油基油を得ることができる。
<水素化精製工程(B−3)>
水素化精製工程(B−3)は、脱蝋工程(B−2)で得られた脱蝋油を水素化精製して、水素化精製油を得る工程である。水素化精製によって、例えば、脱蝋油中のオレフィン及び芳香族化合物が水素化され、潤滑油基油の酸化安定性及び色相が改善される。さらに、脱蝋油中の硫黄化合物が水素化されることにより、硫黄分の低減も期待される。
水素化精製工程(B−3)は、例えば、水素の存在下、脱蝋油を水素化精製触媒に接触させることにより行うことができる。水素化精製工程(B−3)における水素化精製触媒及び水素化精製の反応条件としては、上記水素化精製工程(A−2)と同様の水素化精製触媒及び反応条件が例示できる。
本態様においては、水素化精製油における硫黄分及び窒素分がそれぞれ、5質量ppm以下及び1質量ppm以下となるように、水素化精製の反応条件を調整することが好ましい。なお、硫黄分は、JIS K2541−6に記載の「原油及び石油製品−硫黄分試験方法−第6部:紫外蛍光法」に基づき、窒素分は、JIS K2609に記載の「原油及び石油製品−窒素分試験方法」に基づき測定される値である。
<第二の蒸留工程(B−4)>
第二の蒸留工程(B−4)は、水素化精製工程(B−3)で得られた水素化精製油を分留して、少なくとも一種の潤滑油基油を得る工程である。
第二の蒸留工程(B−4)における蒸留条件は、水素化精製油から潤滑油基油を分留できる条件であれば特に限定されない。例えば、第二の蒸留工程(B−4)は、水素化精製油から軽質留分を留去する常圧蒸留(又は加圧下での蒸留)と、該常圧蒸留のボトム油から潤滑油基油を分留する減圧蒸留とにより行われることが好ましい。
第二の蒸留工程(B−4)では、例えば、複数のカットポイントを設定してボトム油を減圧蒸留することにより、複数の潤滑油留分を得ることができる。第二の蒸留工程(B−4)では、例えば、水素化精製油から、10容量%留出温度が280℃以上、90容量%留出温度が390℃以下である第1の潤滑油留分と、10容量%留出温度が390℃以上、90容量%留出温度が490℃以下である第2の潤滑油留分と、10容量%留出温度が490℃以上、90容量%留出温度が530℃以下である第3の潤滑油留分とをそれぞれ分留して回収することができる。
第1の潤滑油留分は、ATFやショックアブソーバーに適した潤滑油基油として取得することができ、この場合、100℃における動粘度2.7mm/sを目標値とすることが好ましい。第2の潤滑油留分は、APIのグループIII規格を満たすエンジン油基油に適した本発明に係る潤滑油基油として取得することができ、この場合、100℃における動粘度4.0mm/sを目標値とし、100℃における動粘度が3.5mm/s以上4.5mm/s以下、流動点が−17.5℃以下の留分とすることが好ましい。第3の潤滑油留分は、APIのグループIII規格を満たすエンジン油基油であり、例えばディーゼルエンジン等に適した潤滑油基油として取得することができ、この場合、40℃における動粘度が32mm/sより高い値を目標とし、更に100℃における動粘度が6.0mm/sより高い値であることが好ましい。なお、本明細書中、40℃または100℃における動粘度および粘度指数は、JIS K2283「原油及び石油製品−動粘度試験方法及び粘度指数算出方法」に基づき求められる値である。
なお、第1の潤滑油留分は70Paleに相当する潤滑油基油として、第2の潤滑油留分はSAE−10に相当する潤滑油基油として、第3の潤滑油留分はSAE−20に相当する潤滑油基油として取得することができる。なお、SAE粘度とは、Society of Automotive Engineersが定めた規格を意味する。また、API規格は、米国石油協会(API(American Petroleum Institute))の潤滑油グレードの分類によるもので、グループII(粘度指数80以上120未満、かつ、飽和分90質量%以上、かつ、硫黄分含有量0.03質量%以下)、グループIII(粘度指数120以上、かつ、飽和分90質量%以上、かつ、硫黄分含有量0.03質量%以下)を意味する。これに加え、粘度指数130以上の潤滑油基油はグループIII+と呼ばれ、API規格以上の高品質な製品として求められている。
また、水素化精製工程(B−3)で得られた水素化精製油には、水素化異性化や水素化分解により副生したナフサや灯軽油などの軽質留分が含まれる。第二の蒸留工程(B−4)では、これらの軽質留分を、例えば90容量%留出温度が280℃以下の留分として回収してもよい。
(その他の工程)
本実施形態に係る製造方法は、上述した第一の工程及び第二の工程以外の工程をさらに備えるものであってよい。
例えば、本実施形態に係る製造方法は、油分の含有割合が15質量%を超える高油分スラックワックスから、第一の工程に供される石油系スラックワックスを得る工程(原料準備工程)を更に備えていてよい。
原料準備工程は、例えば、高油分スラックワックスから油分の少なくとも一部を除去して、油分の含有割合が15質量%以下の石油系スラックワックスを得る工程であってよい。油分の除去は、例えば、溶剤抽出により行ってよい。溶剤抽出は、例えば、公知の溶剤脱蝋処理の条件で行うことができる。より具体的には、例えば、溶剤抽出は、メチルエチルケトン(MEK)と、ベンゼン又はトルエンとの混合溶剤を用いて、溶剤/原料油の容積比が0.5〜5.0(好ましくは1.0〜4.5)、抽出温度が−5〜−45℃(好ましくは−10〜−40℃)となる条件で行ってよい。
また、原料準備工程は、例えば、高油分スラックワックスと重質分を含む炭化水素油とを混合して、油分の含有割合が15質量%以下の石油系スラックワックスを得る工程であってよい。
次いで、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。図1は、一実施形態に係る潤滑油基油の製造方法を実施するための、潤滑油基油製造装置の一例を示すフロー図である。
図1に示される潤滑油基油製造装置100は、流路L1から導入された石油系スラックワックスを水素化分解する第一の反応器10と、第一の反応器から流路L2を通じて供給される水素化分解反応物を高圧分離(加圧下で軽質留分を留去)する第一のセパレーター20と、第一のセパレーター20から流路L3を通じて供給されるボトム油(水素化分解油)を水素化異性化脱蝋する第二の反応器30と、第二の反応器30から流路L7を通じて供給される脱蝋油を水素化精製する第三の反応器40と、第三の反応器40から流路L8を通じて供給される水素化精製油を分留する第二のセパレーター50と、第二のセパレーター50から流路L9を通じて供給されるボトム油を減圧蒸留する減圧蒸留塔51と、を備えて構成されている。
第一の反応器10、第二の反応器30及び第三の反応器40には、流路L40を通じて水素ガスが供給される。
潤滑油基油製造装置100には、流路L40から分岐して流路L1に接続する流路L31が設けられており、流路L31から供給される水素ガスは、流路L1内で原料油の石油系スラックワックスと混合されて第一の反応器10に導入される。また、第一の反応器10には流路L40から分岐したL32が接続されており、流路L32からの水素ガスの供給により第一の反応器10内の水素圧及び触媒層温度が調整される。
潤滑油基油製造装置100にはまた、流路L40から分岐して流路L3に接続する流路L33が設けられており、流路L33から供給される水素ガスは、流路L3内で水素化分解油と混合されて第二の反応器30に導入される。また、第二の反応器30には流路L40から分岐した流路L34が接続されており、流路L34からの水素ガスの供給により第二の反応器30内の水素圧及び触媒層温度が調整される。
潤滑油基油製造装置100にはさらに、流路L40から分岐して流路L7に接続する流路L35が設けられており、流路L35から供給される水素ガスは、流路L7内で脱蝋油と混合されて第三の反応器40に導入される。また、第三の反応器40には流路L40から分岐した流路L36が接続されており、流路L36からの水素ガスの供給により第三の反応器40内の水素圧及び触媒層温度が調整される。
なお、第二の反応器30からは、流路L7により、脱蝋油とともに第二の反応器30を通過した水素ガスが取り出される。そのため、流路L35から供給する水素ガスの量は、第二の反応器30から取り出された水素ガスの量に応じて適宜調整することができる。
第一のセパレーター20には軽質留分及び水素ガスを系外へと取り出すための流路L4が接続されている。流路L4から取り出された軽質留分及び水素ガスを含む混合ガスは、第一の気液分離器60に供給され、軽質留分と水素ガスとに分離される。第一の気液分離器60には、軽質留分を取り出すための流路L21及び水素ガスを取り出すための流路L22が接続されている。
第二のセパレーター50には軽質留分及び水素ガスを系外へと取り出すための流路L10が接続されている。流路L10から取り出された軽質留分及び水素ガスを含む混合ガスは、第二の気液分離器70に供給され、軽質留分と水素ガスとに分離される。第二の気液分離器70には、軽質留分を取り出すための流路L23及び水素ガスを取り出すための流路L24が接続されている。
第一の気液分離器60及び第二の気液分離器70から取り出された水素ガスは、流路L22及び流路L24を通じて酸性ガス吸収塔80に供給される。第一の気液分離器60及び第二の気液分離器70から取り出された水素ガスには、硫黄分の水素化物である硫化水素等が含まれており、酸性ガス吸収塔80では、この硫化水素等を除去する。酸性ガス吸収塔80で硫化水素等を除去された水素ガスは、流路L40に供給され、各反応器に再度導入される。
減圧蒸留塔51には、所望の潤滑油基油に応じて分留された潤滑油留分を系外へと取り出すための流路L11、L12及びL13が設けられている。
潤滑油基油製造装置100において、第一の工程は、流路L1から供給された石油系スラックワックスを第一の反応器10で水素化分解することにより実施することができる。第一の反応器10では、流路L31及び流路L32より供給された水素(分子状水素)の存在下、石油系スラックワックスを水素化分解触媒に接触させて水素化分解を行うことができる。
第一の反応器10の形式は特に限定されず、例えば水素化分解触媒が充填された固定床流通式反応器が好適に用いられる。なお、潤滑油基油製造装置100において、水素化分解のための反応器は第一の反応器10のみであるが、本実施形態において、潤滑油基油製造装置は、水素化分解のための複数の反応器が直列又は並列に配置されたものであってもよい。また、反応器内の触媒床は単一であっても複数であってもよい。
潤滑油基油製造装置100において、第一の反応器から取り出した反応物は、第一のセパレーター20で高圧分離された後、第二の反応器に供される。
第一のセパレーター20では、流路L2から供給された水素化分解反応物を高圧分離(加圧下で分留)することにより、軽質留分を流路L4から取り出し、ボトム油(水素化分解油)を流路L3から取り出すことができる。また、流路L2からは、水素化分解反応物とともに第一の反応器10を通過した水素ガスが第一のセパレーター20に流通される。第一のセパレーター20では、軽質留分とともに当該水素ガスを流路L4から取り出すことができる。
潤滑油基油製造装置100においては、第二の工程を、脱蝋工程(A−1)、水素化精製工程(A−2)及び蒸留工程(A−3)を含むものとして実施することができる。
潤滑油基油製造装置100において、脱蝋工程(A−1)は、第二の反応器30において実施される。第二の反応器30では、流路L33及び流路L34より供給された水素(分子状水素)の存在下、流路L3より供給された水素化分解油を水素化異性化脱蝋触媒に接触させる。これにより、水素化分解油が水素化異性化により脱蝋される。
第二の反応器30の形式は特に限定されず、例えば水素化異性化脱蝋触媒が充填された固定床流通式反応器が好適に用いられる。なお、潤滑油基油製造装置100において、水素化異性化脱蝋のための反応器は第二の反応器30のみであるが、本実施形態において、潤滑油基油製造装置は、水素化異性化脱蝋のための複数の反応器が直列又は並列に配置されたものであってもよい。また、反応器内の触媒床は単一であっても複数であってもよい。
第二の反応器30を経て得られた脱蝋油は、第二の反応器30を通過した水素ガスとともに流路L7を通じて第三の反応器40に供給される。
潤滑油基油製造装置100において、水素化精製工程(A−2)は、第三の反応器40において実施される。第三の反応器40では、流路L7、流路L35及び流路L36より供給された水素(分子状水素)の存在下、流路L7より供給された脱蝋油を水素化精製触媒に接触させることにより、脱蝋油が水素化精製される。
第三の反応器40の形式は特に限定されず、例えば水素化精製触媒が充填された固定床流通式反応器が好適に用いられる。なお、潤滑油基油製造装置100において、水素化精製のための反応器は第三の反応器40のみであるが、本実施形態において、潤滑油基油製造装置は、水素化精製のための複数の反応器が直列又は並列に配置されたものであってもよい。また、反応器内の触媒床は単一であっても複数であってもよい。
第三の反応器40を経て得られた水素化精製油は、第三の反応器40を通過した水素ガスとともに流路L8を通じて第二のセパレーター50に供給される。
潤滑油基油製造装置100において、蒸留工程(A−3)は、第二のセパレーター50及び減圧蒸留塔51により実施することができる。
第二のセパレーター50では、流路L8を通じて供給された水素化精製油を高圧分離(加圧下で分留)することにより、潤滑油基油として有用な留分より軽質の留分(例えば、ナフサ及び燃料油留分)を流路L10から取り出し、ボトム油を流路L9から取り出すことができる。また、流路L8からは、水素化精製油とともに第三の反応器40を通過した水素ガスが流通されるが、第二のセパレーター50では、軽質留分とともに当該水素ガスを流路L10から取り出すことができる。
減圧蒸留塔51では、流路L9から供給されたボトム油を減圧蒸留することにより、潤滑油留分を流路L11、流路L12及び流路L13から取り出すことができ、各流路から取り出された潤滑油留分は、それぞれ潤滑油基油として好適に用いることができる。また、減圧蒸留塔51では、潤滑油留分より軽質な留分を流路L10’から抜き出し、流路L10に合流させてもよい。
なお、潤滑油基油製造装置100では、蒸留工程(A−3)は第二のセパレーター50及び減圧蒸留塔51によって行われるが、蒸留工程(A−3)は、例えば3つ以上の蒸留塔によって実施することもできる。また、減圧蒸留塔51では潤滑油留分として3つの留分を分留して取り出しているが、本実施形態に係る製造方法では、潤滑油留分として単一の留分を取り出してもよく、潤滑油留分として2つの留分又は4以上の留分を分留して取り出すこともできる。
潤滑油基油製造装置100では、第一の反応器10において、重質分の分解率が5〜30質量%となるように水素化分解が行われる。このとき、原料油に含まれる硫黄分が水素化され、硫化水素が生じる場合がある。すなわち、第一の反応器10を通過した水素ガスは硫化水素を含む場合がある。
第一の反応器10を通過して硫化水素を含んだ水素ガスをそのまま流路L40に戻してリサイクルすると、第二の反応器30に硫化水素を含む水素ガスが供給されて第二の反応器30の触媒活性が低下する。そこで、潤滑油基油製造装置100では、第一の反応器10を通過した水素ガスは、流路L2、第一のセパレーター20、流路L4、第一の気液分離器60及び流路L22を経て酸性ガス吸収塔80に供給され、当該酸性ガス吸収塔80で硫化水素を除去した後、流路L40に戻される。
また、潤滑油基油製造装置100において、第二の反応器30及び第三の反応器40を通過した水素ガスも、基油留分にわずかに含まれる硫黄分から生じた硫化水素を含む場合があるため、流路L24を通じて酸性ガス吸収塔80に供給された後、流路L40に戻される。
潤滑油基油製造装置100では、上述のように酸性ガス吸収塔80を介して水素ガスを循環させているが、本実施形態では、必ずしも水素ガスを循環させる必要はなく、各反応器にそれぞれ独立に水素ガスを供給してもよい。
また、潤滑油基油製造装置100は、酸性ガス吸収塔80の前段又は後段に、原料油に含まれる窒素分の水素化により生じるアンモニア等を除去するための、排水処理設備を備えていてもよい。アンモニアは、ストリッピングスチーム等に混ざって排水処理設備で処理され、サルファーリカバリーにて硫黄とともにNOxとなり、その後脱硝反応で窒素に戻される。
以上、潤滑油基油製造装置の一例について説明したが、本実施形態に係る潤滑油基油の製造方法を実施するための潤滑油基油製造装置は、上記のものに限定されるものではない。
例えば、潤滑油基油製造装置は、第一のセパレーター20と第二の反応器30との間に、流路L3を通じて第一のセパレーター20から供給されるボトム油を減圧蒸留する減圧蒸留塔をさらに備えていてよい。このような潤滑油基油製造装置では、減圧蒸留塔で水素化分解油から分留された基油留分が、第二の反応器39に供給される。
このような潤滑油基油によれば、第二の工程を、第一の蒸留工程(B−1)、脱蝋工程(B−2)、水素化精製工程(B−3)、及び第二の蒸留工程(B−4)を含むものとして実施することができる。
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
以下、実施例により本発明をより具体的に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
(製造例1:水素化分解触媒aの調製)
シリカジルコニア50質量%とアルミナバインダー50質量%の混合物に水を加えて粘土状に混練を行って捏和物を調製した。この捏和物を押出成型、乾燥、焼成して担体を調製した。この担体に含浸法でニッケル酸化物5重量%、モリブデン酸化物20重量%、リン酸化物3質量%を担持して、水素化分解触媒aを得た。
(製造例2:水素化異性化脱蝋触媒bの調製)
<ZSM−22ゼオライトの製造>
Si/Al比が45である結晶性アルミノシリケートからなるZSM−22ゼオライト(以下、「ZSM−22」ということがある。)を、以下の手順で水熱合成により製造した。 まず、下記の4種類の水溶液を調製した。
溶液A:1.94gの水酸化カリウムを6.75mLのイオン交換水に溶解したもの。
溶液B:1.33gの硫酸アルミニウム18水塩を5mLのイオン交換水に溶解したもの。
溶液C:4.18gの1,6−ヘキサンジアミン(有機テンプレート)を32.5mLのイオン交換水にて希釈したもの。
溶液D:18gのコロイダルシリカ(Grace Davison社製Ludox AS−40)を31mLのイオン交換水にて希釈したもの。
次に、溶液Aを溶液Bに加え、アルミニウム成分が完全に溶解するまで攪拌を行った。この混合溶液に溶液Cを加えた後、室温にて激しく攪拌しながら、溶液A、B、Cの混合物を溶液Dに注入した。更に、ここへ結晶化を促進する「種結晶」として、別途合成され、合成後に何ら特別な処理が行われていないZSM−22の粉末を0.25g添加し、ゲル状物を得た。
上記の操作にて得たゲル状物を、内容積120mLのステンレス鋼製オートクレーブ反応器に移し、150℃のオーブン中で60時間、約60rpmの回転速度でオートクレーブ反応器をタンブリング装置上で回転させ、水熱合成反応を行った。反応終了後、反応器を冷却後開放し、60℃の乾燥器中で一夜乾燥して、Si/Al比が45であるZSM−22を得た。
<有機テンプレートを含有するZSM−22のイオン交換>
上記にて得られたZSM−22について、以下の操作によりアンモニウムイオンを含む水溶液でイオン交換処理を行った。
上記にて得られたZSM−22をフラスコ中に取り、ZSM−22ゼオライト1g当り100mLの0.5N−塩化アンモニウム水溶液を加え、6時間加熱環流した。これを室温まで冷却した後、上澄み液を除去し、結晶性アルミノシリケートをイオン交換水で洗浄した。ここに、上記と同量の0.5N−塩化アンモニウム水溶液を再び加え、12時間加熱環流した。
その後、固形分をろ過により採取し、イオン交換水で洗浄し、60℃の乾燥器中で一晩乾燥して、イオン交換されたNH型ZSM−22を得た。このZSM−22は、有機テンプレートを含んだ状態でイオン交換されたものである。
<バインダー配合、成型、焼成>
上記で得たNH型ZSM−22と、バインダーであるアルミナとを質量比7:3にて混合し、ここに少量のイオン交換水を添加して混錬した。得られた粘ちょうな流体を押出成型機に充填、成型し、直径約1.6mm、長さ約10mmの円筒状の成型体を得た。この成型体を、窒素雰囲気下、300℃にて3時間加熱して、担体前駆体を得た。
<白金担持、焼成>
テトラアンミンジニトロ白金[Pt(NH](NOを、担体前駆体のあらかじめ測定した吸水量に相当するイオン交換水に溶解して含浸溶液を得た。この溶液を、上記の担体前駆体に初期湿潤法により含浸し、ZSM−22ゼオライトの質量に対して、0.3質量%の白金量となるように担持を行った。次に、得られた含浸物(触媒前駆体)を60℃の乾燥中で一晩乾燥した後、空気流通下、400℃で3時間焼成して、カーボン量0.56質量%の水素化異性化脱蝋触媒bを得た。なお、水素化異性化触媒のカーボン量は、酸素気流中燃焼―赤外線吸収法(測定装置:株式会社堀場製作所EMIA−920V)により分析した。具体的には、酸素気流中で当該触媒bを燃焼し、赤外線吸収法にて炭素量の定量を行った。
更に、得られた水素化異性化脱蝋触媒の単位質量当りのミクロ細孔容積を以下の方法で算出した。まず、水素化異性化脱蝋触媒に吸着した水分を除去するため、150℃、5時間真空排気する前処理を行った。この前処理後の水素化異性化脱蝋触媒について、日本ベル(株)社製 BELSORP−maxを使用し、液体窒素温度(−196℃)で窒素を用いた定容量法ガス吸着法により吸脱着等温線を自動測定した。データの解析には、装置附属の解析ソフトウェア(BEL MasterTM)を用いて、測定された窒素の吸脱着等温線をt−plot法にて自動解析し、水素化異性化脱蝋触媒の単位質量当りのミクロ細孔容積(ml/g)を算出した。
更に、触媒に含有されるゼオライトの単位質量当りのミクロ細孔容積Vを下記式に従って算出した。なお、バインダーとして用いたアルミナについて上記と同様に窒素吸着測定を行ったところ、アルミナがミクロ細孔を有さないことが確認された。
=Vc/Mz×100
式中、Vcは水素化異性化脱蝋触媒の単位質量当りのミクロ細孔容積を示し、Mzは触媒に含有されるゼオライトの含有割合(質量%)を示す。
水素化異性化脱蝋触媒bの単位質量当りのミクロ細孔容積は、0.055ml/gであり、触媒に含有されるゼオライトの単位質量当りのミクロ細孔容積は、0.079ml/gであった。
(製造例3:水素化精製触媒c)
シリカジルコニア50質量%とアルミナバインダー50質量%の混合物に水を加えて粘土状に混練を行って捏和物を調製した。この捏和物を押出成型、乾燥、焼成して担体を調製した。この担体に含浸法で白金0.3重量%、パラジウム0.3重量%を担持して、水素化精製触媒cを得た。
(実施例1)
以下に、図1に示した潤滑油基油製造装置100を参照して実施例について説明する。
実施例1では、原料油として下記表1に記載した石油系スラックワックス1を用い、当該スラックワックスを反応温度368℃、水素分圧10MPa、液空間速度(LHSV)1.0h−1、水素/油比844Nm/mにて水素化分解した。水素化分解触媒には水素化分解触媒aを使用した。この水素化分解における重質分の分解率は、8.1%であった。
得られた水素化分解油は高温高圧セパレーター(第一のセパレーター20)にて、沸点290℃以下の留分(軽質留分)を留去した。軽質留分は気液分離装置(第一の気液分離器60)にて水素ガスを主として含有するガス成分と液体留分(分解油)に分離し、ガス成分は酸性ガス吸収塔(酸性ガス吸収塔80)に導いて硫化水素、アンモニア等の不純物を吸収除去して水素ガスとした後、フレッシュな水素ガスに適宜混合して水素化分解反応塔(第一の反応器10)、水素化異性化脱蝋反応塔(第二の反応器30)、水素化精製反応塔(第三の反応器40)に導入した。
次いで、軽質留分が留去された水素化分解油を、反応温度320℃、水素分圧5.5MPa、液空間速度1h−1、水素/油比505Nm/mの条件で水素化異性化脱蝋し、脱蝋油を得た。水素化異性化脱蝋触媒には、水素化異性化脱蝋触媒bを使用した。
次に、脱蝋油を、反応温度223℃、水素分圧5.5MPa、液空間速度1.5h−1、水素/油比505Nm/mの条件で水素化精製して、水素化精製油を得た。水素化精製触媒には、水素化精製触媒cを使用した。水素化精製油は、蒸留塔(高温高圧セパレーター(第二のセパレーター50)及び減圧蒸留塔51)にて、10容量%留出温度が280℃以下であるLPGから軽油に相当する燃料油、10容量%留出温度が280℃以上、90容量%留出温度が390℃以下である潤滑油基油1、10容量%留出温度が390℃以上、90容量%留出温度が490℃以下である第潤滑油基油2、10容量%留出温度が490℃以上、90容量%留出温度が530℃以下である潤滑油基油3に分留して、燃料油及び潤滑油基油1〜3を得た。このプロセス条件にて連続して200時間の運転を行い、各潤滑油基油の性状、収率を求めた。
表1にスラックワックス1の性状を示した。また、表2に水素化分解条件と得られた水素化分解油(軽質留分除去後)の性状を示す。また、表4に水素化異性化脱蝋条件及び水素化精製条件を示す。また、表6に潤滑油基油1〜3の性状と各潤滑油基油の収率を示す。
(実施例2〜5)
水素化分解条件、水素化異性化脱蝋条件、及び水素化精製条件を表2及び表4に記載したとおりに変更したこと以外は、実施例1と同様にして連続200時間のプロセスを実施した。得られた潤滑油基油1〜3の性状及び各潤滑油基油の収率は表6に記載のとおりであった。
(比較例1〜3)
水素化分解条件、水素化異性化脱蝋条件、及び水素化精製条件を表3及び表5に記載したとおりに変更したこと以外は、実施例1と同様にして連続200時間のプロセスを実施した。得られた潤滑油基油1〜3の性状及び各潤滑油基油の収率は表7に記載のとおりであった。
Figure 2017043688
なお、表中、「T10(℃)」及び「T90(℃)」は、JIS K2254「石油製品−蒸留試験方法−ガスクロマトグラフ法」に基づき測定された10容量%留出温度及び90容量%留出温度の値を示す。また、「密度@15℃(g/cm)」は、JIS K2254「原油及び石油製品−密度試験方法及び密度・質量・容量換算表」に基づき測定された15℃における密度の値を示す。また、「100℃動粘度(mm/s)」は、JIS K2283「原油及び石油製品−動粘度試験方法及び粘度指数算出方法」に基づき測定された100℃における動粘度の値を示す。また、「硫黄分(質量%)」は、JIS K2541「原油及び石油製品−硫黄分試験方法」に基づき測定された、硫黄分の含有量を示す。また、「窒素分(質量ppm)」は、JIS K2609「原油及び石油製品−窒素分試験方法」に基づき測定された、窒素分の含有量を示す。また、「油分(質量%)」は、JIS K 2235に記載の「油分試験方法」に基づき測定された、石油系スラックワックス中の油分の含有量を示す。また、「C30以上(質量%)」は及び「C30−60(質量%)」は、無極性カラム(ウルトラアロイ−1HT(30m×0.25mmφ)、FID(水素炎イオン化検出器)を装着した株式会社島津製作所製ガスクロマトグラフGC−2010にて分離・定量された成分分析結果に基づき求めた、炭素数30以上の炭化水素の含有割合及び炭素数30〜60の炭化水素の含有割合を示す。
Figure 2017043688
Figure 2017043688
Figure 2017043688
Figure 2017043688
Figure 2017043688
なお、表中、「100℃動粘度(mm/s)」及び「粘度指数」は、JIS K2283「原油及び石油製品‐動粘度試験方法及び粘度指数算出方法」に基づき測定された、100℃における動粘度の値及び粘度指数の値を示す。また、「流動点(℃)」は、JIS K2269「原油及び石油製品の流動点並びに石油製品曇り点試験方法」に基づき測定された流動点の値を示す。
Figure 2017043688
10…第一の反応器、20…第一のセパレーター、30…第二の反応器、40…第三の反応器、50…第二のセパレーター、51…減圧蒸留塔、60…第一の気液分離器、70…第二の気液分離器、80…酸性ガス吸収塔、L1,L2,L3,L4,L7,L8,L9,L10,L10’,L11,L12,L13,L21,L22,L23,L24,L31,L32,L33,L34,L35,L36,L40…流路、100…潤滑油基油製造装置。

Claims (9)

  1. 炭素数30以上の重質分の含有割合が80質量%以上、且つ油分の含有割合が15質量%以下である石油系スラックワックスを、前記重質分の分解率が5〜30質量%となるように水素化分解して、前記重質分及びその水素化分解物を含む水素化分解油を得る第一の工程と、
    前記水素化分解油から潤滑油基油を得る第二の工程と、
    を備える、潤滑油基油の製造方法。
  2. 前記第二の工程が、
    前記水素化分解油の水素化異性化脱蝋により脱蝋油を得る工程と、
    前記脱蝋油の水素化精製により水素化精製油を得る工程と、
    前記水素化精製油の蒸留により前記潤滑油基油を得る工程と、
    を含む、請求項1に記載の製造方法。
  3. 前記第二の工程が、
    前記水素化分解油の蒸留により、前記水素化分解物を含む基油留分を得る工程と、
    前記基油留分の水素化異性化脱蝋により脱蝋油を得る工程と、
    前記脱蝋油の水素化精製により水素化精製油を得る工程と、
    前記水素化精製油の蒸留により前記潤滑油基油を得る工程と、
    を含む、請求項1に記載の製造方法。
  4. 油分の含有割合が15質量%を超える高油分スラックワックスから、前記石油系スラックワックスを得る工程を更に備える、請求項1〜3のいずれか一項に記載の製造方法。
  5. 前記石油系スラックワックスにおける硫黄分の含有割合が0.0001〜3.0質量%である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の製造方法。
  6. 前記潤滑油基油の100℃における動粘度が、3.5mm/s以上4.5mm/s以下であり、
    前記潤滑油基油の粘度指数が135以上である、請求項1〜5のいずれか一項に記載の製造方法。
  7. 前記第一の工程が、水素の存在下、前記石油系スラックワックスを水素化分解触媒に接触させて、前記石油系スラックワックスを水素化分解する工程であって、
    前記水素化分解触媒が、アルミニウム、ケイ素、ジルコニウム、ホウ素、チタン及びマグネシウムからなる群より選択される二種以上の元素を含む多孔性無機酸化物と、該多孔性無機酸化物に担持された、周期表第6族、第8族、第9族及び第10族の元素から選択される一種以上の活性金属と、を含有する、請求項1〜6のいずれか一項に記載の製造方法。
  8. 前記水素化異性化脱蝋が、水素化異性化脱蝋触媒を用いて行われ、
    前記水素化異性化脱蝋触媒が、10員環一次元状細孔構造を有するゼオライト、及びバインダーを含む担体と、該担体に担持された白金及び/又はパラジウムと、を含有し、カーボン量が0.4〜3.5質量%である水素化異性化脱蝋触媒であり、
    前記ゼオライトが、有機テンプレートを含有し10員環一次元状細孔構造を有する有機テンプレート含有ゼオライトの陽イオン交換体に由来するものである、請求項2又は3に記載の製造方法。
  9. 前記水素化異性化脱蝋が、水素化異性化脱蝋触媒を用いて行われ、
    前記水素化異性化脱蝋触媒が、10員環一次元状細孔構造を有するゼオライト、及びバインダーを含む担体と、該担体に担持された白金及び/又はパラジウムと、を含有し、ミクロ細孔容積が0.02〜0.12ml/gである水素化異性化脱蝋触媒であり、
    前記ゼオライトが、有機テンプレートを含有し10員環一次元状細孔構造を有する有機テンプレート含有ゼオライトの陽イオン交換体に由来するものであり、前記ゼオライトの単位質量当りのミクロ細孔容積が0.01〜0.12ml/gである、請求項2又は3に記載の製造方法。
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