JP2020508280A - マグネシウム改質y型分子篩、その生成方法、およびそれを含む触媒 - Google Patents

マグネシウム改質y型分子篩、その生成方法、およびそれを含む触媒 Download PDF

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Abstract

マグネシウム改質Y型分子篩、その生成方法、および、それを含む触媒を開示する。当該改質Y型分子篩は、希土類酸化物の含有量が約4重量%〜約11重量%であり、酸化マグネシウムの含有量が約0.1重量%〜約4重量%であり、酸化ナトリウムの含有量が約0.3重量%〜約0.8重量%であり、全細孔体積が約0.33mL/g〜約0.39mL/gであり、改質Y型分子篩において、孔径が2〜100nmである二次孔の細孔体積の、全細孔体積に対する比率が約10%〜約30%であり、格子定数が約2.440nm〜約2.455nmであり、改質Y型分子篩において、非骨格アルミニウムの含有量の、アルミニウムの総含有量に対する比率が約20%以下であり、格子崩壊温度が約1045℃以上である。当該改質Y型分子篩は、接触分解触媒の生成に用いることが可能であり、重油の接触分解に用いられた場合、高い重油転化活性および低いコークス選択性を示し、さらに、高いディーゼル油収量、高い軽油収量、および高い全液体収量を示す。

Description

本発明は、高安定性マグネシウム改質Y型分子篩、その生成方法、およびそれを含む触媒に関する。
高シリカ・マグネシウム改質Y型分子篩は、重油の転化に用いられた場合、ディーゼルの収量を増加させることができる。現在、この業界における高シリカY型分子篩の生産方法は、主に熱水法に基づいている。当該熱水法では、NaYゼオライトに対して複数回の希土類イオン交換および複数回の高温熱水焙焼を行い、それにより、高シリカ・希土類改質Y型分子篩を生成する。当該方法は、高シリカY型分子篩の最も一般的な生成方法でもある。しかしながら、高シリカ・希土類改質Y型分子篩を生成する熱水法には以下の欠点がある。過酷な熱水処理条件により分子篩の構造が破壊され、その結果、シリカ・アルミナ比が高いY型分子篩を得ることができない。非骨格アルミニウムの生成は、分子篩の安定性の向上や、新しい酸性中心の形成には有益であるが、過剰な非骨格アルミニウムは、分子篩の選択性を低下させる恐れがある。さらに、分子篩において、脱アルミニウム化された多くの穴には、骨格から移動してきたケイ素が適時に補給されないため、分子篩の格子の欠陥をしばしば引き起こし、その結果、分子篩の結晶化度維持率が低下する。したがって、熱水法で生成された高シリカ・希土類改質Y型分子篩は、熱安定性および熱水安定性が低い。そのことは、低い格子崩壊温度、ならびに、熱水エージング後の低い結晶化度維持率および低い比表面積維持率として現れる。
米国特許第4584287号および同4429053号に開示された方法では、まず、NaYゼオライトと希土類とのイオン交換を行い、その後、水蒸気処理を行う。当該方法では、希土類イオンの遮蔽効果および担持により、水蒸気処理中に分子篩からアルミニウムを取り除くことが困難である。分子篩の格子定数は、水蒸気処理前に2.465〜2.475nmへ増加し、処理後に2.420〜2.464nmになる。格子定数を低減させるためには、高い温度(593〜733℃)が必要になる。
米国特許第5340957号および同5206194号に開示された方法では、原料NaYゼオライトのSiO/Al比が6.0であり、製造コストが比較的高い。さらに、当該方法でも、NaYはまず希土類とイオン交換を行い、その後、熱水処理に供されるため、当該方法は上述の米国特許第4584287号および同4429053号と同じ欠点を有する。
気相化学法は、1980年にBeyerおよびMankuiにより初めて報告された、高シリカ分子篩の別の重要な生成方法である。気相化学法では、通常、一定の温度の窒素保護下で、SiClと無水NaYゼオライトとを反応させる。反応では、SiClからの外部Siを十分に利用し、同形置換により、1回の工程でアルミニウム除去およびケイ素補給が完了する。米国特許第4273753号、同4438178号、および中国特許出願公報CN1382525A、CN1194941A、およびCN1683244Aには、SiClを用いた気相化学法による脱アルミニウム化によって、超安定Y型分子篩を生成する方法が開示されている。しかしながら、従来の気相超安定分子篩の重油分解活性は高くなく、従来技術には、気相超安定分子篩の重油分解活性をさらに高める方法が開示されていない。
さらに、(NHSiFを用いた液相Si−Al同形置換法が、超安定分子篩を生成するために一般的に用いられる。当該方法の原理としては、分子篩の骨格におけるAl原子を溶液中の(NHSiFのSiに置換することによって、シリカ・アルミナ比の高い超安定分子篩を生成する。(NHSiFを用いたSi−Al同形置換法は、骨格SiO/Alモル比が10〜30以上であり、熱安定性が高く、非骨格アルミニウム断片またはAl断片を有さず、相対結晶化度が高い、超安定分子篩を生成することができることを特徴とする。しかしながら、拡散の問題のために、(NHSiFによる脱アルミニウム化が不均一であり、「ケイ素の表面濃縮」と呼ばれる、表面Alの欠乏を引き起こす恐れがある。さらに、(NHSiFを用いた脱アルミニウム処理中に生成された不溶性のAlFおよび残留フルオロケイ酸塩が、分子篩の熱水安定性に影響を与える可能性がある。さらに、(NHSiFは、環境を汚染する恐れがあり、生成された超安定分子篩は、二次孔を有していない。
したがって、従来の高シリカ・マグネシウム改質Y型分子篩は、重油分解活性が低く、ディーゼル選択性が低い。
本発明は、重油の接触分解処理に好適な高安定性マグネシウム改質Y型分子篩、その生成方法、およびそれを含む触媒を提供することを目的とする。当該改質Y型分子篩は、重油分解活性が高く、より優れたディーゼル選択性を有する。
一態様において、本発明は、希土類酸化物の含有量が約4重量%〜約11重量%であり、酸化マグネシウムの含有量が約0.1重量%〜約4重量%であり、酸化ナトリウムの含有量が約0.3重量%〜約0.8重量%であり、全細孔体積が約0.33mL/g〜約0.39mL/gであり、改質Y型分子篩において、孔径が2〜100nmである二次孔の細孔体積の、全細孔体積に対する比率が約10%〜約30%であり、格子定数が約2.440nm〜約2.455nmであり、改質Y型分子篩において、非骨格アルミニウムの含有量の、アルミニウム総含有量に対する比率が約20%以下であり、格子崩壊温度が約1045℃以上である、マグネシウム改質Y型分子篩を提供する。
別の態様では、本発明は、
(1)NaY分子篩を希土類塩溶液と接触させてイオン交換反応を行い、酸化ナトリウムの含有量が低減された、希土類改質Y型分子篩を得る工程と、
(2)上記工程(1)で得られた上記Y型分子篩を、約30体積%〜約90体積%の水蒸気を含む雰囲気下において、約350〜480℃の温度で約4.5時間〜約7時間焙焼することにより、格子定数が低減されたY型分子篩を得る工程と、
(3)SiClと上記Y型分子篩との乾燥ベースの重量比を約0.1:1〜約0.7:1として、上記工程(2)で得られた上記Y型分子篩を、約200℃〜約650℃の反応温度で、約10分間〜約5時間、四塩化ケイ素ガスと接触反応させることにより、高シリカ超安定Y型分子篩を得る工程と、
(4)マグネシウム化合物を用いて、上記工程(3)で得られた上記高シリカ超安定Y型分子篩を改質処理し、マグネシウム改質Y型分子篩を得る工程と、を含む、マグネシウム改質Y型分子篩の生成方法を提供する。
さらに別の態様では、本発明は、本発明に係る改質Y型分子篩、または、本発明の方法により得られた改質Y型分子篩を含む接触分解触媒を提供する。
好ましい実施形態において、上記触媒は、上記触媒の重量を基準として、乾燥ベースで約10重量%〜約50重量%の上記改質Y型分子篩と、アルミナベースで約10重量%〜約40重量%のアルミナバインダーと、乾燥ベースで約10重量%〜約80重量%の粘土と、を含む。
好ましい実施形態において、上記触媒は、上記触媒の重量を基準として、乾燥ベースで約10重量%〜約50重量%の上記改質Y型分子篩と、乾燥ベースで約2重量%〜約40重量%の添加剤含有アルミナと、乾燥ベースで約10重量%〜約80重量%の粘土と、を含み、上記添加剤含有アルミナは、上記添加剤含有アルミナの重量を基準として乾燥ベースで、約60重量%〜約99.5重量%のアルミナと、約0.5重量%〜約40重量%の添加剤と、を含み、上記添加剤は、アルカリ土類金属、ランタノイド金属、ケイ素、ガリウム、ホウ素、および/またはリンを含む化合物からなる群から選択される1つまたは複数である。
本発明のマグネシウム改質Y型分子篩は、熱安定性および熱水安定性が高く、重油の接触分解に用いられた場合、従来のY型分子篩と比較して、重油転化活性が高く、コークス選択性が低く、ディーゼル油収量が高く、軽油収量が高く、全液体収量が高い。
本発明のマグネシウム改質Y型分子篩の生成方法は、高い結晶化度、高い熱安定性、および高い熱水安定性を有し、一定量の二次孔を有する、高シリカ・マグネシウム改質超安定Y型分子篩を生成するために使用することができる。当該分子篩では、アルミニウムの分布が均一であり、非骨格アルミニウムの含有量が少ない。当該Y型分子篩は、重油の接触分解に用いられた場合、優れたコークス選択性を発揮し、重油分解活性が高く、ディーゼル油収量、軽油収量、および全液体収量が向上する。
本発明の改質Y型分子篩は、接触分解触媒の活性成分として、重油または低質油の転化に用いることができる。このような分子篩を活性成分とする接触分解触媒は、強力な重油転化能力、高い安定性、優れたコークス選択性、ならびに高い軽油収量および高いディーゼル油収量を有する。
本発明の接触分解触媒は、高い活性および高い熱水安定性を有し、重油の接触分解に用いられた場合、従来のマグネシウム改質Y型分子篩に基づく分解触媒と比較して、重油転化活性が高く、コークス選択性が低く、ディーゼル油収量が高く、軽油収量が高く、全液体収量が高い。
本発明の触媒は、様々な炭化水素油の接触分解に有用であり、特に、重油の接触分解に有用である。例えば、上記炭化水素油としては、常圧残油、減圧残油、減圧ガス油、常圧ガス油、直留ガス油、プロパン軽質/重質脱アスファルト油、および、コークスガス油が挙げられるが、これらに限定されない。
以下、本発明の実施形態を詳細に説明するが、これらの実施形態は、単に本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではないことに留意されたい。
本明細書にて開示されるすべての数値(数値範囲の端点を含む)は、記載されたその値に限定されるものではなく、当該記載されたその値に近い値も含むと解釈されるべきである。さらに、開示される数値範囲のいずれについても、任意に、当該範囲の末端値同士を組み合わせて、末端値と当該範囲内の特定の値とを組み合わせて、または、当該範囲内の特定の値同士を組み合わせて、1つ以上の新たな数値範囲を得ることができる。それらの新たな数値範囲も本明細書において具体的に開示されていると見なすべきである。
本発明で言及されるRIPP試験法は、『石油化学分析法(RIPP試験法)』(Cuiding YANG et al.編、科学出版社、1990年9月、第一版、第263〜268頁、412〜415頁、および424〜426頁、ISBN:7−03−001894−X)に記載されており、当該文献の全文は、引用により本明細書中に援用されるものとする。
本明細書で言及されるすべての特許文献および非特許文献は、教科書および刊行物の記事も含め(ただしこれらに限定されない)、いずれも引用によりその全体が本明細書中に援用されるものとする。
本明細書において、「Y型分子篩」および「Y型ゼオライト」という用語は、入れ替えて使用可能である。さらに、「NaY分子篩」および「NaYゼオライト」という用語も、入れ替えて使用可能である。
本明細書において、「二次孔」という用語は、分子篩における孔径(すなわち、孔直径)が2〜100nmの孔を指す。
本明細書において、「強度が中程度以上の無機酸」という用語は、酸強度がHNO(亜硝酸)のものと同等以上の無機酸を指す。当該無機酸としては、HClO(過塩素酸)、HI(ヨウ化水素)、HBr(臭化水素酸)、HCl(塩酸)、HNO(硝酸)、HSeO(セレン酸)、HSO(硫酸)、HClO(塩素酸)、HSO(亜硫酸)、HPO(リン酸)、およびHNO(亜硝酸)等が挙げられるが、これらに限定されない。
本明細書において、「希土類溶液」および「希土類塩溶液」という用語は、入れ替えて使用可能である。好ましくは希土類塩の水溶液である。
本明細書において、「通常の格子定数のY型分子篩」という表現は、当該Y型分子篩の格子定数が、従来のNaY分子篩の格子定数の範囲内、好ましくは約2.465nm〜約2.472nmの範囲内にあることを指す。
本明細書において、「常圧」という用語は、圧力が約1atmであることを指す。
本明細書において、乾燥ベースの物質の重量は、当該物質を800℃で1時間か焼して得られた固体生成物の重量を指す。
第1の態様において、本発明は、希土類酸化物の含有量が約4重量%〜約11重量%であり、酸化マグネシウムの含有量が約0.1重量%〜約4重量%であり、酸化ナトリウムの含有量が約0.3重量%〜約0.8重量%であり、全細孔体積が約0.33mL/g〜約0.39mL/gであり、改質Y型分子篩において、孔径が2〜100nmである二次孔の細孔体積の、全細孔体積に対する比率が約10%〜約30%であり、格子定数が約2.440nm〜約2.455nmであり、改質Y型分子篩において、非骨格アルミニウムの含有量の、アルミニウム総含有量に対する比率が約20%以下であり、格子崩壊温度が約1045℃以上である、マグネシウム改質Y型分子篩を提供する。
好ましい実施形態において、本発明の改質Y型分子篩の格子崩壊温度は、約1045℃以上である。好ましくは、上記改質Y型分子篩の格子崩壊温度は、約1045〜1075℃であり、例えば、約1050〜1070℃である。
好ましい実施形態において、本発明の改質Y型分子篩の酸化マグネシウムの含有量は、約0.5重量%〜約3重量%である。
好ましい実施形態において、本発明の改質Y型分子篩の格子定数は、約2.440〜2.455nmであり、例えば、2.441〜2.453nmまたは2.442〜2.451nmである。
好ましい実施形態において、本発明の改質Y型分子篩は、高シリカY型分子篩であり、その骨格シリカ・アルミナ比(SiO/Alモル比)は約7.3〜14であり、例えば、約7.8〜13.2または約8.5〜12.6である。
好ましい実施形態において、本発明の改質Y型分子篩は、非骨格アルミニウムの含有量の、アルミニウム総含有量に対する比率が約20%以下であり、例えば、約13〜19重量%である。
好ましい実施形態において、本発明の改質Y型分子篩は、100体積%の水蒸気雰囲気下において、800℃および常圧でエージングを17時間行った後の結晶化度維持率が約30%以上であり、例えば、約30〜45%、約32〜40%、約35〜44%、または約38〜43%である。
好ましい実施形態において、本発明の改質Y型分子篩の相対結晶化度は、約55%以上である。好ましくは、上記改質Y型分子篩の相対結晶化度は約55〜68%であり、例えば、約58〜66%である。
好ましい実施形態において、本発明の改質Y型分子篩の比表面積は、約600〜670m/gであり、例えば、約610〜660m/g、約620〜655m/g、または約630〜650m/gである。
好ましい実施形態において、本発明の改質Y型分子篩の全細孔体積は、約0.33mL/g〜約0.39mL/gであり、例えば、約0.35mL/g〜約0.39mL/g、または約0.35mL/g〜約0.37mL/gである。
好ましい実施形態において、本発明の改質Y型分子篩は、孔径が2.0〜100nmである二次孔の細孔体積の、全細孔体積に対する比率が約10〜30%であり、例えば、約15〜25%、約17〜22%、または約20〜28%である。
好ましい実施形態において、本発明の改質Y型分子篩は、希土類酸化物の含有量がReベースで約4重量%〜約11重量%であり、好ましくは約4.5重量%〜約10重量%であり、例えば、約5重量%〜約9重量%である。
好ましい実施形態において、本発明の改質Y型分子篩の酸化ナトリウムの含有量は、約0.8重量%以下であり、約0.3重量%〜約0.8重量%であってもよく、例えば、約0.5重量%〜約0.80重量%または約0.4重量%〜約0.6重量%である。
いくつかの好ましい実施形態において、本発明の改質Y型分子篩は、希土類酸化物の含有量が約4重量%〜約11重量%であり、好ましくは約4.5重量%〜約10重量%であり、酸化マグネシウムの含有量が約0.1重量%〜約4重量%であり、例えば、約0.5〜3重量%であり、酸化ナトリウムの含有量が約0.3〜0.8重量%であり、好ましくは約0.35〜0.75重量%であり、例えば、約0.4〜0.6重量%であり、全細孔体積が約0.33〜0.39mL/gであり、孔径が2〜100nmである二次孔の細孔体積の、全細孔体積に対する比率が約10〜30%であり、好ましくは約15〜25%であり、格子定数が約2.440〜2.455nmであり、骨格シリカ・アルミナ比(SiO/Alモル比)が約7〜14であり、分子篩において、非骨格アルミニウムの含有量の、アルミニウム総含有量に対する比率が約20%以下であり、好ましくは約13〜19%であり、相対結晶化度が約55%以上であり、例えば、約55〜68%であり、格子崩壊温度が約1045〜1075℃であり、例えば、約1047〜1065℃である。
好ましい実施形態において、本発明の改質Y型分子篩の生成方法は、Y型分子篩を四塩化ケイ素に接触させることで、Si−Al同形置換反応を行う工程を含む。
いくつかの実施形態において、本発明の改質Y型分子篩は、「ケイ素の表面濃縮」を示さず、表面SiO/Alモル比の、骨格SiO/Alモル比に対する比率が1以下であり、通常、1未満である。
第2の態様において、本発明は、
(1)NaY分子篩を希土類溶液と接触させてイオン交換反応を行い、酸化ナトリウムの含有量が低減された、希土類改質Y型分子篩を得る工程と、
(2)上記工程(1)で得られた上記Y型分子篩を、約30体積%〜約90体積%の水蒸気を含む雰囲気(30〜90体積%の水蒸気雰囲気または30〜90%水蒸気ともいう)において、約350〜480℃の温度で、約4.5時間〜約7時間焙焼することにより、格子定数が低減されたY型分子篩を得る工程と、
(3)SiClと上記Y型分子篩との乾燥ベースの重量比を好ましくは約0.1:1〜約0.7:1として、上記工程(2)で得られた上記Y型分子篩を、約200℃〜約650℃の温度で、約10分間〜約5時間、SiClガスと接触反応させる工程と、
(4)上記工程(3)で得られた上記超安定改質Y型分子篩を、マグネシウム化合物と接触させ、マグネシウム改質処理を行うことにより、マグネシウム改質Y型分子篩を得る工程と、を含む、マグネシウム改質Y型分子篩の生成方法を提供する。
いくつかの好ましい実施形態において、本発明の改質Y型分子篩の生成方法は、工程(1)において、NaY分子篩と希土類溶液との間でイオン交換反応を行うことで、酸化ナトリウムの含有量が低減された、通常格子定数を有する希土類改質Y型分子篩を得る。NaY分子篩は、市販のものであるか、または従来の方法により生成されるものである。好ましい実施形態において、NaY分子篩の格子定数は約2.465〜2.472nmであり、骨格シリカ・アルミナ比(SiO/Alモル比)は約4.5〜5.2であり、相対結晶化度は約85%以上であり、例えば、約85〜95%であり、酸化ナトリウムの含有量は約13.0〜13.8重量%である。
好ましい実施形態では、工程(1)におけるNaY分子篩と希土類溶液とのイオン交換反応のイオン交換温度は、好ましくは、約15〜95℃であり、例えば、約65〜95℃であり、当該イオン交換反応の交換時間は、好ましくは、約30〜120分間であり、例えば、約45〜90分間であり、当該イオン交換反応でのNaY分子篩(乾燥ベース):希土類塩(Reベース):HOの重量比は、約1:0.01〜0.18:5〜15である。
好ましい実施形態において、NaY分子篩と希土類溶液とのイオン交換反応では、NaY分子篩、希土類塩、および水を、NaY分子篩:希土類塩:HO=約1:0.01〜0.18:5〜15の重量比で混合することによって混合物を形成し、当該反応における撹拌温度は約15〜95℃であり、例えば、約65〜95℃であり、撹拌時間は、好ましくは約30〜120分間である。これにより、希土類イオンとナトリウムイオンとの交換を行う。
好ましい実施形態において、NaY分子篩、希土類塩および水の混合物を得る場合、まず、NaY分子篩および水を混合してスラリーを生成し、続いて、当該スラリーに希土類塩および/または希土類塩の水溶液を添加してもよい。希土類溶液は希土類塩の溶液であってもよい。希土類塩は、好ましくは、希土類塩化物および/または希土類硝酸塩である。希土類は、例えば、La、Ce、Pr、Ndおよび混合希土類のうちの1つ以上である。混合希土類は、好ましくは、La、Ce、PrおよびNdのうちの1つ以上を含み、あるいは、La、Ce、PrおよびNd以外の希土類のうちの少なくとも1つをさらに含む。
好ましい実施形態において、工程(1)は、交換後のナトリウムイオンを洗浄するために、例えば、脱イオン水または脱カチオン水を用いて洗浄する洗浄工程をさらに含む。
好ましい実施形態において、工程(1)で得られた、酸化ナトリウムの含有量が低減された、通常格子定数を有する希土類改質Y型分子篩は、希土類の含有量がReベースで約4.5〜13重量%であり、例えば、約5.5〜13重量%または約5.5〜12重量%であり、酸化ナトリウムの含有量が約9.5重量%以下であり、例えば、約5.5〜9.5重量%であり、格子定数が約2.465〜2.472nmである。
いくつかの好ましい実施形態において、本発明の改質Y型分子篩の生成方法の工程(2)では、約30体積%〜約90体積%の水蒸気を含む雰囲気下で、通常格子定数を有する希土類改質Y型分子篩を約350℃〜520℃の温度で約4.5〜7時間処理する。
好ましい実施形態において、工程(2)では、焙焼温度が約380〜460℃であり、焙焼雰囲気が約40〜80体積%の水蒸気を含み、焙焼時間が約5〜6時間である。
好ましい実施形態において、水蒸気雰囲気は、約30体積%〜90体積%の水蒸気を含み、さらに、他の気体、例えば、空気、ヘリウムガスまたは窒素ガスのうちの1つ以上を含む。
好ましい実施形態において、工程(2)において得られた格子定数が低減されたY型分子篩は、格子定数が約2.450nm〜約2.462nmである。
好ましい実施形態において、工程(2)において得られたY型分子篩は、水の含有量が約1重量%以下であり、工程(3)の反応に直接に用いられる。
他の好ましい実施形態において、工程(2)は、水の含有量が1重量%以下になるように、焙焼済のY型分子篩を乾燥する工程をさらに含む。
好ましい実施形態において、工程(2)において得られた、格子定数が低減されたY型分子篩は、固体含有量が約99重量%以上である。
好ましい実施形態において、工程(2)は、超安定改質Y型分子篩を得るために、必要に応じて、洗浄工程、濾過工程、および乾燥工程をさらに含み、必要に応じて、酸溶液と接触させてチャネル洗浄を行う工程をさらに含んでもよい。
いくつかの好ましい実施形態において、本発明の改質Y型分子篩の生成方法の工程(3)では、SiCl:Y型分子篩(乾燥ベース)の重量比は、好ましくは、約0.3〜0.6:1であり、反応温度は好ましくは約350℃〜約500℃である。
好ましい実施形態において、分子篩に残留したNa、ClおよびAl3+等の可溶性副産物を除去するために、工程(3)は、脱イオン水または脱カチオン水等の水を用いた従来の洗浄法による洗浄工程をさらに含んでもよい。例えば、洗浄条件としては、洗浄水と分子篩との重量比が約5〜20:1であってもよく、通常、分子篩:HOの重量比は約1:6〜15であり、pHは好ましくは約2.5〜5.0であってもよく、洗浄温度は約30〜60℃であってもよい。好ましくは、使用済の洗浄液からNa、ClおよびAl3+等の遊離イオンが検出されなくなるまで洗浄を行い、洗浄後の分子篩において、Na、ClおよびAl3+イオンそれぞれの含有量は約0.05重量%以下である。
好ましい実施形態において、本発明の改質Y型分子篩の生成方法は、工程(3)において、得られた気相超安定改質Y型分子篩を酸溶液と接触させて反応させる(以下、本明細書において、チャネル洗浄改質(略してチャネル洗浄)と称し、あるいは、酸処理改質と称する)。
さらなる好ましい実施形態において、上記気相超安定改質Y型分子篩を酸溶液と接触させて反応させる処理は、気相超安定改質処理後の分子篩、つまり、気相超安定Y型分子篩を酸溶液と混合して一定時間反応させることによって行われる。続いて、例えば、濾過によって反応後の分子篩を酸溶液から分離し、必要に応じて、洗浄および乾燥を行い、本発明の改質Y型分子篩を得る。なお、上記洗浄は、分子篩に残留したNa、ClおよびAl3+等の可溶性副産物を除去するために行われ、洗浄条件としては、例えば、洗浄水と分子篩との重量比が約5〜20:1であり、通常、分子篩:HOの重量比は約1:6〜15であり、pHは、好ましくは約2.5〜5.0であり、洗浄温度は、約30〜60℃である。
さらに好ましい実施形態において、工程(3)で得られた気相超安定Y型分子篩を酸溶液と接触させる。ここで、酸と分子篩(乾燥ベース)との重量比は約0.001〜0.15:1であり、例えば、約0.002〜0.1:1または0.01〜0.05:1であり、水と分子篩(乾燥ベース)との重量比は約5〜20:1であり、例えば、約8〜15:1であり、反応温度は約60〜100℃であり、例えば、約80〜99℃であり、好ましくは約88〜98℃である。
好ましい実施形態において、酸溶液(酸の水溶液)における酸は、少なくとも1つの有機酸、および、強度が中程度以上の少なくとも1つの無機酸である。有機酸は、シュウ酸、マロン酸、ブタン二酸(琥珀酸)、メチルコハク酸、リンゴ酸、酒石酸、クエン酸、およびサリチル酸のうちの1つまたは複数であってもよい。強度が中程度以上の無機酸は、リン酸、塩酸、硝酸および硫酸のうちの1つまたは複数であってもよい。
好ましい実施形態において、チャネル洗浄改質は、約80〜99℃、例えば、85〜98℃の温度で行い、当該処理の時間は約60分間以上、例えば、約60〜240分間または約90〜180分間である。有機酸と分子篩との重量比は約0.01〜0.10:1であり、例えば、約0.03〜0.1:1または0.02〜0.05:1であり、強度が中程度以上の無機酸と分子篩との重量比は約0.01〜0.06:1であり、例えば、約0.01〜0.05:1または0.02〜0.05:1であり、水と分子篩との重量比は、好ましくは、約5:1〜約20:1であり、例えば、約8:1〜約15:1である。
好ましい実施形態において、チャネル洗浄改質は2つのステップに分けられる。まず、強度が中程度以上の無機酸を分子篩と接触させる。ここで、強度が中程度以上の無機酸と分子篩との重量比は約0.01〜0.05:1であり、例えば、約0.02〜0.05:1であり、水と分子篩との重量比は、好ましくは約5〜20:1であり、例えば、約8〜15:1であり、反応温度は約80〜99℃であり、好ましくは90〜98℃であり、反応時間は約60〜120分間である。その後、当該処理で得られた分子篩を有機酸と接触させる。ここで、有機酸と分子篩との重量比は約0.02〜0.1:1であり、例えば、約0.02〜0.10:1または0.05〜0.08:1であり、水と分子篩との重量比は、好ましくは約5:1〜約20:1であり、例えば、約8:1〜15:1であり、反応温度は約80℃〜約99℃であり、好ましくは約90℃〜約98℃であり、反応時間は約60〜120分間である。ここで、重量比の計算における分子篩の重量は、乾燥ベースの重量である。
いくつかの好ましい実施形態において、本発明の改質Y型分子篩の生成方法の工程(4)は、工程(3)で得られた超安定Y型分子篩に、マグネシウム化合物を用いたマグネシウム改質処理を施す工程を含む。好ましい実施形態では、工程(3)で得られた超安定Y型分子篩の濾過ケーキを、直接または乾燥後に、マグネシウム化合物(例えば、マグネシウム塩)を含む溶液に添加し、約5〜50℃で約10〜120分間撹拌した後、アンモニア水を添加し、溶液のpHを約7.5〜10に調節する。当該混合物を均一に撹拌して濾過し、中性水ですすいだ後、濾過ケーキを乾燥させてマッフル炉に置き、約500〜650℃で約1時間以上、例えば、約1〜5時間または約2〜3時間か焼する。これにより、高シリカ・マグネシウム改質超安定Y型分子篩が得られる。マグネシウム化合物溶液および分子篩の使用量は、分子篩(乾燥ベース)に対する水の重量比が約1〜6であり、好ましくは約1.5〜3.5であり、分子篩(乾燥ベース)に対するマグネシウム(酸化マグネシウムベースで計算)の重量比が約0.001〜約0.04であり、好ましくは約0.005〜約0.035となるような量である。好ましくは、上記マグネシウム塩は塩化マグネシウムおよび/または硝酸マグネシウムである。
好ましい実施形態において、本発明の改質Y型分子篩の生成方法は、
(1)NaY分子篩と希土類溶液とのイオン交換反応を行い、濾過および洗浄することにより、酸化ナトリウムの含有量が低減された、通常格子定数を有する希土類改質Y型分子篩を得る工程であって、上記イオン交換は、通常、約15〜95℃、好ましくは約65〜95℃の温度で撹拌しながら、約30〜120分間行われる工程と、
(2)酸化ナトリウムの含有量が低減された、通常格子定数を有する上記希土類改質Y型分子篩を、約30〜90体積%の水蒸気を含む雰囲気下において、約350〜480℃の温度で約4.5〜7時間焙焼し、乾燥させることにより、水の含有量が約1重量%未満の、格子定数が低減されたY型分子篩を得る工程であって、格子定数が低減された上記Y型分子篩の格子定数は、約2.450〜2.462nmである工程と、
(3)水の含有量が約1重量%未満の、格子定数が低減された上記Y型分子篩を、SiCl:分子篩(乾燥ベース)の重量比を約0.1:1〜約0.7:1として、約200℃〜約650℃の温度で約10分間〜約5時間、加熱気化されたSiClガスと接触反応させ、必要に応じて、チャネル洗浄、洗浄、および濾過を行うことで、気相超安定Y型分子篩の濾過ケーキを得る工程と、
(4)上記工程(3)で得られた気相超安定Y型分子篩の濾過ケーキをマグネシウム塩水溶液と混合し、約5〜50℃で約10〜120分間撹拌し、その後、アンモニア水を添加して溶液のpHを約7.5〜10に調節し、均一に撹拌し、濾過し、中性水ですすぎ、濾過ケーキを乾燥させた後、約500〜650℃で1〜3時間か焼することによって、高シリカ・マグネシウム改質超安定Y型分子篩を得る工程であって、マグネシウム塩水溶液と気相超安定Y型分子篩とから形成された混合物において、分子篩に対する水の重量比が約1〜6であり、好ましくは約1.5〜3.5であり、分子篩に対するマグネシウム(酸化マグネシウムベースで計算)の重量比が約0.001〜0.04であり、好ましくは約0.005〜0.035である工程と、を含む。
第3の態様において、本発明は、本発明に係る改質Y型分子篩、または、本発明の方法により得られた改質Y型分子篩を含む接触分解触媒を提供する。
いくつかの好ましい実施形態において、本発明の接触分解触媒は、触媒の重量を基準として、乾燥ベースで約10重量%〜約50重量%の上記改質Y型分子篩、アルミナベースで約10重量%〜40重量%のアルミナバインダー、および、乾燥ベースで約10重量%〜約80重量%の粘土を含む。
好ましい実施形態において、上記アルミナバインダーは、分解触媒に通常用いられる、様々な形態のアルミナ、水和アルミナ、および、アルミニウムコロイド溶液からなる群から選択される1つまたは複数である。例えば、γ−アルミナ、η−アルミナ、θ−アルミナ、χ−アルミナ、擬似ベーマイト(pseudo-boemite)、ベーマイト、ギブス石、バイヤライト、またはアルミニウムコロイド溶液からなる群から選択される1つまたは複数であってもよく、好ましくは、擬似ベーマイトおよび/またはアルミニウムコロイド溶液である。例えば、上記接触分解触媒は、乾燥ベースで約2重量%〜約15重量%、好ましくは、約3重量%〜約10重量%のアルミニウムコロイド溶液バインダー、および/または、乾燥ベースで約10重量%〜約30重量%、好ましくは、約15重量%〜25重量%の擬似ベーマイトバインダーを含んでもよい。
いくつかの好ましい実施形態において、本発明の上記触媒は、触媒の重量を基準として、乾燥ベースで約10重量%〜約50重量%、例えば、約15重量%〜約45重量%または約25重量%〜約40重量%の上記Y型分子篩、および、乾燥ベースで約50重量%〜約90重量%、例えば、55〜85重量%または60〜75重量%の基材を含み、上記基材は、添加剤含有アルミナ、粘土、および、必要に応じてバインダーを含み、好ましくは、上記バインダーはアルミナバインダーである。
さらなる好ましい実施形態において、本発明の接触分解触媒は、触媒の重量を基準として、乾燥ベースで約10重量%〜約50重量%の上記改質Y型分子篩、乾燥ベースで約2重量%〜約40重量%の添加剤含有アルミナ、および、乾燥ベースで約10重量%〜約80重量%の粘土を含み、上記添加剤含有アルミナは、上記添加剤含有アルミナの重量を基準として、乾燥ベースで約60重量%〜約99.5重量%のアルミナと、約0.5重量%〜約40重量%の添加剤とを含み、上記添加剤は、アルカリ土類金属、ランタノイド金属、ケイ素、ガリウム、ホウ素、および/またはリンを含む化合物からなる群から選択される1つまたは複数である。
好ましい実施形態では、本発明の接触分解触媒において、上記改質Y型分子篩の含有量が乾燥ベースで約10重量%〜約50重量%であり、好ましくは約15重量%〜約45重量%であり、例えば、約20〜40重量%、25〜40重量%または25〜35重量%である。
いくつかの好ましい実施形態では、本発明の接触分解触媒において、上記触媒の重量を基準として、上記粘土の含有量が約70重量%以下であり、好ましくは約10重量%〜約70重量%である。好ましくは、上記粘土は、分解触媒成分として好適に用いられる粘土からなる群から選択される1つまたは複数である。当該粘土は、例えば、カオリン、エンデライト、モンモリロナイト、珪藻土、ハロイサイト、サポナイト、レクトライト、セピオライト、アタパルジャイト、ハイドロタルサイト、およびベントナイト等、当業者に公知の粘土のうちの1つまたは複数である。特に好ましくは、本発明の接触分解触媒において、上記粘土の含有量が乾燥ベースで約20重量%〜約55重量%であり、より好ましくは、約30重量%〜約50重量%である。
いくつかの好ましい実施形態では、本発明の上記接触分解触媒において、上記添加剤含有アルミナの含有量は、触媒の重量を基準として、乾燥ベースで約2重量%〜約40重量%、好ましくは約2重量%〜約20重量%である。好ましくは、上記添加剤含有アルミナは、特許出願公報CN1915486A、CN1915485A、およびCN1916116Aに記載の方法により生成されてもよく、これらのすべての文献は、引用によりその全文が本明細書に援用されるものとする。好ましくは、上記添加剤含有アルミナは、上記添加剤含有アルミナの乾燥重量を基準として、約70重量%〜約95重量%のアルミナ、および、約5重量%〜約30重量%の添加剤を含む。好ましくは、上記添加剤は、リンおよび/またはマグネシウムを含有する化合物である。
好ましい実施形態において、上記添加剤含有アルミナは、
(1)擬似ベーマイトと、スラリー形成のために十分な量の水と、酸とを撹拌しながら混合する工程であって、擬似ベーマイト中のアルミナに対する酸の重量比が約0.01〜0.5となる量の酸を使用する工程と、
(2)工程(1)で得られた混合スラリーを、室温〜約90℃の温度で約0〜24時間エージングする工程と、
(3)工程(2)で得られた生成物を添加剤と混合し、必要に応じて乾燥し、必要に応じてか焼する工程と、を含む方法により生成される。
さらに好ましい実施形態において、上記添加剤含有アルミナの生成方法は、工程(1)において、擬似ベーマイト中のアルミナに対する酸の重量比が約0.05〜約0.3になる量の酸を使用する。好ましくは、工程(1)で擬似ベーマイトと水とから形成されたスラリーは、固体含有量が約10重量%〜約50重量%であり、好ましくは約15重量%〜約30重量%である。上記酸は、無機酸および有機酸からなる群から選択される1つまたは複数である。例えば、上記無機酸は、塩酸、硝酸、硫酸、およびリン酸のうちの1つまたは複数であってもよく、上記有機酸は、ギ酸、酢酸、シュウ酸、またはクエン酸のうちの1つまたは複数であってもよく、好ましくは塩酸または硝酸である。
さらなる好ましい実施形態において、上記添加剤含有アルミナの生成方法の工程(2)では、エージング温度が室温〜約80℃であり、上記室温は、例えば、約15〜40℃であり、エージング時間が約0.5〜4時間である。
好ましい実施形態において、上記添加剤含有アルミナの生成方法の、工程(2)における生成物と、工程(3)において得られた添加剤との混合物は、接触分解触媒の生成に直接に用いてもよい。すなわち、当該形成された混合物を、接触分解触媒を形成するための他の成分と混合してもよく、または、乾燥およびか焼をした後、触媒の生成に用いてもよい。上記乾燥は、例えば、オーブン乾燥、または噴霧乾燥である。
さらなる好ましい実施形態において、上記添加剤含有アルミナの生成方法の工程(3)では、上記か焼の温度が約350〜800℃であり、例えば、約400〜600℃であり、か焼時間が、例えば、約0.5〜8時間である。
好ましい実施形態において、上記添加剤は、アルカリ土類金属、ランタノイド金属、ケイ素、ガリウム、ホウ素、および/またはリンを含む化合物からなる群から選択される1つまたは複数である。アルカリ土類金属、ランタノイド金属、ケイ素、ガリウム、ホウ素、および/またはリンを含む上記化合物は、これらの元素の酸化物または水和酸化物であってもよく、例えば、アルカリ土類金属として酸化マグネシウムおよび水酸化マグネシウム、ランタノイド金属として希土類酸化物、シリカ、シリカゾル、および酸化リンのうちの1つまたは複数であってもよく、または、上記元素を含む塩であってもよく、例えば、アルカリ土類金属の硝酸塩、ランタノイド金属として希土類塩化物、ケイ酸塩、およびリン酸塩のうちの1つまたは複数であってもよい。上記添加剤が上記元素の酸化物および/または水和酸化物である場合、上記混合は、上記工程(2)で得られた生成物を直接、上記添加剤と混合することにより行う。上記添加剤が、上記元素を含む塩のうちの1つまたは複数である場合、好ましくは、上記混合は、まず上記塩を水溶液に調製し、その後、当該溶液を上記工程(2)で得られた生成物と混合することにより行う。それぞれの工程における上記混合は、従来の様々な方法によって行うことができる。好適な方法は、上記原料(例えば、擬似ベーマイト、添加剤)をスラリーにするための十分な条件下で混合を行うことである。当該スラリー化の方法は当業者にとって公知であり、スラリーの固体含有量が、通常、約10重量%〜約50重量%、好ましくは約15重量%〜約30重量%となるように、原料をスラリー化するための十分な量の水を供給する工程を含む。
好ましい実施形態において、本発明の上記接触分解触媒は、添加剤含有アルミナおよびアルミナバインダーの両方を含み、触媒の重量を基準として、上記アルミナバインダーの含有量は乾燥ベースで約32重量%以下、好ましくは約5重量%〜約32重量%である。さらに好ましい実施形態において、上記接触分解触媒は、乾燥ベースで約2重量%〜約15重量%、好ましくは、約3重量%〜10重量%のアルミニウムコロイド溶液バインダー、および/または、乾燥ベースで約10重量%〜約30重量%、好ましくは、約15重量%〜約25重量%の擬似ベーマイトバインダーを含む。
好ましい実施形態では、本発明の上記触媒において、アルミナバインダーおよび添加剤含有アルミナの総含有量が、触媒の重量を基準として、約10重量%〜約40重量%であり、例えば、約20重量%〜約35重量%であり、添加剤含有アルミナの含有量が約2重量%〜約20重量%である。
好ましい実施形態において、本発明の触媒は、上記改質Y型分子篩以外の、他の分子篩をさらに含んでもよい。上記他の分子篩は、接触分解触媒に有用な分子篩から選択可能であり、例えば、MFI構造ゼオライト、Betaゼオライト、他のY型ゼオライト、および非ゼオライト分子篩のうちの1つまたは複数であってもよい。上記他の分子篩の含有量は、乾燥ベースで、約0重量%〜約40重量%であり、例えば、約0重量%〜約30重量%または約1重量%〜約20重量%であってもよい。好ましくは、上記他のY型分子篩の含有量は、乾燥ベースで、約40重量%以下であり、例えば、約1重量%〜約40重量%または約0重量%〜約20重量%である。上記他のY型分子篩は、例えば、REY、REHY、DASY、SOYおよびPSRYのうちの1つまたは複数であってもよい。上記MFI構造ゼオライトは、例えば、HZSM−5、ZRPおよびZSPのうちの1つまたは複数であってもよい。上記betaゼオライトは、例えば、Hβであってもよい。上記非ゼオライト分子篩は、例えば、リン酸アルミニウム分子篩(AlPO分子篩)およびシリコアルミノリン酸塩分子篩(SAPO分子篩)のうちの1つまたは複数であってもよい。好ましくは、上記他の分子篩の含有量は、触媒の重量を基準として、約20重量%以下である。
好ましい実施形態において、本発明の接触分解触媒は、乾燥ベースかつ触媒の重量を基準として、約10重量%〜約50重量%の上記改質Y型分子篩、約2重量%〜約40重量%の上記添加剤含有アルミナ、約0重量%〜約40重量%のアルミナバインダー、および、約10重量%〜約80重量%の粘土を含む。好ましくは、上記接触分解触媒は、乾燥ベースで、約25〜40重量%の上記改質Y型分子篩、約2〜20重量%の上記添加剤含有アルミナ、約5〜30重量%のアルミナバインダー、および、約30〜50重量%の粘土を含み、アルミナバインダーと添加剤含有アルミナとの総含有量が約20〜35重量%である。
いくつかの実施形態において、上記改質Y型分子篩を除いて、本発明の上記触媒は、従来の方法により生成されてもよい。これらの生成方法は、特許出願公報CN1916116A、CN1362472A、CN1727442A、CN1132898C、CN1727445A、CN1098130Aで詳細に記載されている。これらの文献は、引用により本明細書中に援用されるものとする。さらに、上述の噴霧乾燥、洗浄、および乾燥は、いずれも従来の技術手法であり、本発明において特別な要件は設けない。例えば、好ましい実施形態において、上記触媒の生成方法は、上記改質Y型分子篩、添加剤含有アルミナ、粘土、必要に応じてアルミナバインダー、および水を混合してスラリーを形成する工程、噴霧乾燥工程、洗浄工程、濾過工程、および乾燥工程を含む。
特に好ましくは、本発明は、以下の好適な実施形態を提供する。
項目1
希土類酸化物の含有量が約4重量%〜約11重量%であり、酸化マグネシウムの含有量が約0.1重量%〜約4重量%であり、酸化ナトリウムの含有量が約0.3重量%〜約0.8重量%であり、全細孔体積が約0.33mL/g〜約0.39mL/gであり、改質Y型分子篩において、孔径が2〜100nmである二次孔の細孔体積の、全細孔体積に対する比率が約10%〜約30%であり、格子定数が約2.440nm〜約2.455nmであり、改質Y型分子篩において、非骨格アルミニウムの含有量の、アルミニウム総含有量に対する比率が約20%以下であり、格子崩壊温度が約1045℃以上である、マグネシウム改質Y型分子篩。
項目2
孔径が2〜100nmである二次孔の細孔体積の、全細孔体積に対する比率が約15〜25%であることを特徴とする、項目1に記載の改質Y型分子篩。
項目3
非骨格アルミニウムの含有量の、アルミニウム総含有量に対する比率が約13〜19%であり、SiO/Alモル比に基づいて計算した骨格シリカ・アルミナ比が約7〜約14であることを特徴とする、項目1または2に記載の改質Y型分子篩。
項目4
格子崩壊温度が約1045〜1075℃であることを特徴とする、項目1〜3のいずれか1項に記載の改質Y型分子篩。
項目5
酸化マグネシウムの含有量が約0.5〜約3重量%であることを特徴とする、項目1〜4のいずれか1項に記載の改質Y型分子篩。
項目6
100%の水蒸気雰囲気下において、800℃および常圧で17時間エージングした後の相対結晶化度維持率が約30%以上であり、例えば、約30〜45%であることを特徴とする、項目1〜5のいずれか1項に記載の改質Y型分子篩。
項目7
相対結晶化度が約55〜68%であることを特徴とする、項目1〜6のいずれか1項に記載の改質Y型分子篩。
項目8
希土類酸化物の含有量が約4.5重量%〜約10重量%であり、酸化ナトリウムの含有量が約0.4〜0.6重量%であり、格子定数が2.442〜2.451nmであり、骨格シリカ・アルミナ比が約8.5〜12.6であることを特徴とする、項目1〜7のいずれか1項に記載の改質Y型分子篩。
項目9
(1)NaY分子篩を希土類塩溶液と接触させてイオン交換反応を行い、濾過、洗浄、および必要に応じて乾燥を行うことで、酸化ナトリウムの含有量が低減された、通常格子定数を有する希土類改質Y型分子篩を得る工程と、
(2)酸化ナトリウムの含有量が低減された、通常格子定数を有する上記希土類改質Y型分子篩を、約30体積%〜90体積%の水蒸気を含む雰囲気下において、約350〜480℃の温度で約4.5〜7時間焙焼し、必要に応じて乾燥させることにより、格子定数が低減されたY型分子篩を得る工程と、
(3)SiClと格子定数が低減された上記Y型分子篩との乾燥ベースの重量比を約0.1:1〜約0.7:1として、格子定数が低減された上記Y型分子篩を、約200℃〜約650℃の反応温度で約10分間〜約5時間、四塩化ケイ素ガスと接触反応させ、必要に応じて、洗浄および濾過を行い、必要に応じて、酸溶液と接触させてチャネル洗浄を行うことにより、高シリカ超安定Y型分子篩を得る工程と、
(4)工程(3)で得られた高シリカ超安定Y型分子篩を、マグネシウム化合物を用いて改質処理することにより、改質Y型分子篩を得る工程と、を含む、改質Y型分子篩を生成する方法。
項目10
上記工程(1)において得られた、酸化ナトリウムの含有量が低減された、通常格子定数を有する上記希土類改質Y型分子篩は、格子定数が2.465〜2.472nmであり、酸化ナトリウムの含有量が約9.5重量%以下であることを特徴とする、項目9に記載の方法。
項目11
上記工程(1)において得られた、酸化ナトリウムの含有量が低減された、通常格子定数を有する上記希土類改質Y型分子篩は、希土類の含有量がReベースで約4.5〜13重量%であり、酸化ナトリウムの含有量が約5〜9.5重量%であり、例えば、約5.5〜9.0重量%であり、格子定数が約2.465〜2.472nmであることを特徴とする、項目9に記載の方法。
項目12
上記工程(1)において、NaY分子篩を希土類塩溶液と接触させることでイオン交換反応を行う上記工程は、NaY分子篩:希土類塩:HOが約1:0.01〜0.18:5〜15の重量比として、NaY分子篩、希土類塩、および水の混合物を形成し、撹拌することによって行われることを特徴とする、項目9〜11のいずれか1項に記載の方法。
項目13
上記工程(1)において、NaY分子篩を希土類溶液と接触させることでイオン交換反応を行う上記工程は、NaY分子篩を脱カチオン水と混合する工程、撹拌しながら希土類塩および/または希土類塩溶液を添加することでイオン交換反応を行う工程、濾過および洗浄を行う工程、を含み、イオン交換反応の条件として、イオン交換温度が約15〜95℃であり、イオン交換時間が約30〜120分であり、上記希土類塩溶液として希土類塩の水溶液を使用することを特徴とする、項目9〜12のいずれか1項に記載の方法。
項目14
上記工程(2)において、上記焙焼温度が約380〜460℃であり、上記焙焼雰囲気が約40〜80%の水蒸気を含む雰囲気であり、上記焙焼時間が約5〜6時間であることを特徴とする、項目9〜13のいずれか1項に記載の方法。
項目15
上記工程(2)において得られた、格子定数が低減された上記Y型分子篩は、格子定数が2.450〜2.462nmであり、水の含有量が約1重量%以下であることを特徴とする、項目9〜14のいずれか1項に記載の方法。
項目16
上記工程(3)における上記洗浄工程は、水を用いて行われる工程であり、洗浄条件としては、分子篩:HOの割合が約1:6〜15であり、pH値が約2.5〜5.0であり、洗浄温度が約30〜60℃であることを特徴とする、項目9〜15のいずれか1項に記載の方法。
項目17
上記希土類塩は希土類塩化物および/または希土類硝酸塩であり、上記マグネシウム化合物は塩化マグネシウムおよび/または硝酸マグネシウムであることを特徴とする、項目9〜16のいずれか1項に記載の方法。
項目18
上記工程(3)において、上記酸溶液は、有機酸、および、強度が中程度以上の無機酸を含み、強度が中程度以上の無機酸と分子篩との重量比は約0.01〜0.05:1であり、有機酸と分子篩との重量比は約0.02〜0.10:1であり、水と分子篩との重量比は約5〜20:1であり、接触温度は約80〜99℃であり、接触時間は約1〜4時間であることを特徴とする、項目9〜17のいずれか1項に記載の方法。
項目19
上記工程(3)において、上記酸溶液との接触工程は、まず、強度が中程度以上の無機酸と接触させ、その後、有機酸と接触させることによって行い、強度が中程度以上の無機酸と接触させる工程の条件としては、無機酸と分子篩との重量比が約0.01〜0.05:1であり、水と分子篩との重量比が約5〜20:1であり、接触時間が約60〜120分であり、接触温度が約90〜98℃であり、有機酸と接触させる工程の条件としては、有機酸と分子篩との重量比が約0.02〜0.10:1であり、水と分子篩との重量比が約5〜20:1であり、接触時間が約60〜120分であり、接触温度が約90〜98℃であることを特徴とする、項目9〜18のいずれか1項に記載の方法。
項目20
上記有機酸は、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、メチルコハク酸、リンゴ酸、酒石酸、クエン酸、およびサリチル酸からなる群から選択される1つまたは複数であり、強度が中程度以上の上記無機酸は、リン酸、塩酸、硝酸、および硫酸からなる群から選択される1つまたは複数であることを特徴とする、項目18または19に記載の方法。
項目21
上記工程(4)において、マグネシウム化合物による改質処理は、マグネシウム塩を含有する溶液に分子篩を入れ、約5〜50℃の条件下で約10〜120分間撹拌し、その後、アンモニア水を添加して溶液のpHを約7.5〜10に調節し、均一に撹拌し、濾過し、水ですすぐ工程と、濾過ケーキを乾燥した後、500〜650℃で少なくとも1時間か焼することにより高シリカ・マグネシウム改質超安定Y型分子篩を得る工程を含み、上記マグネシウム塩溶液と上記分子篩との混合物において、分子篩に対する水の重量比が約1〜6であり、好ましくは約1.5〜3.5であり、分子篩に対するマグネシウム塩(酸化マグネシウムベースで計算)の重量比が約0.001〜約0.04であり、好ましくは約0.005〜約0.035であることを特徴とする、項目9〜20のいずれか1項に記載の方法。
項目22
乾燥ベースで、約10重量%〜約50重量%の改質Y型分子篩、約2重量%〜約40重量%の添加剤含有アルミナ、および、約10重量%〜約80重量%の粘土を含み、上記添加剤含有アルミナは、乾燥ベースで、約60重量%〜約99.5重量%のアルミナ、および、0.5重量%〜40重量%の添加剤を含み、上記添加剤は、アルカリ土類金属、ランタノイド金属、ケイ素、ガリウム、ホウ素、またはリンを含む化合物からなる群から選ばれる1つまたは複数であり、上記マグネシウム改質Y型分子篩は、項目1〜8のいずれか1項に記載の改質Y型分子篩であるか、または、項目9〜21のいずれか1項に記載の方法により得られた改質Y型分子篩である、接触分解触媒。
項目23
上記触媒は、乾燥ベースで約25〜40重量%の上記改質Y型分子篩、乾燥ベースで約2〜20重量%の上記添加剤含有アルミナ、乾燥ベースで約5〜30重量%のアルミナバインダー、および、乾燥ベースで約30〜50重量%の粘土を含むことを特徴とする、項目22に記載の接触分解触媒。
項目24
上記粘土は、カオリン、エンデライト、モンモリロナイト、珪藻土、ハロイサイト、サポナイト、レクトライト、セピオライト、アタパルジャイト、ハイドロタルサイト、およびベントナイトからなる群から選択される1つまたは複数であることを特徴とする、項目22または23に記載の接触分解触媒。
項目25
上記添加剤含有アルミナは、
(1)擬似ベーマイト中のアルミナに対する酸の重量比が約0.01〜0.5となるような量の酸を使用して、擬似ベーマイトと、スラリーを得るために十分な量の水および酸とを撹拌しながら混合する工程と、
(2)上記工程(1)において得られた混合スラリーを、室温〜約90℃の温度で約0〜24時間エージングする工程と、
(3)上記工程(2)において得られた生成物を添加剤と混合し、必要に応じて、乾燥を行い、必要に応じて、か焼を行う工程と、を含む方法により生成されることを特徴とする、項目22〜24のいずれか1項に記載の接触分解触媒。
項目26
乾燥ベースで約10重量%〜約50重量%のマグネシウム改質Y型分子篩、アルミナベースで約10重量%〜約40重量%のアルミナバインダー、および、乾燥ベースで約10重量%〜約80重量%の粘土を含む接触分解触媒であって、上記マグネシウム改質Y型分子篩において、希土類酸化物の含有量が約4重量%〜約11重量%であり、酸化マグネシウムの含有量が約0.1重量%〜約4重量%であり、酸化ナトリウムの含有量が約0.3〜0.8重量%であり、全細孔体積が約0.33mL/g〜約0.39mL/gであり、改質Y型分子篩において、孔径が2〜100nmである二次孔の細孔体積の、全細孔体積に対する比率が約10%〜約30%であり、格子定数が約2.440nm〜約2.455nmであり、改質Y型分子篩において、非骨格アルミニウムの含有量の、アルミニウム総含有量に対する比率が約20%以下であり、格子崩壊温度が約1045℃以上である、接触分解触媒。
項目27
乾燥ベースで約10重量%〜約50重量%のマグネシウム改質Y型分子篩、乾燥ベースで約2重量%〜約40重量%の添加剤含有アルミナ、および、乾燥ベースで約10重量%〜約80重量%の粘土を含む接触分解触媒であって、上記添加剤含有アルミナは、乾燥ベースで約60重量%〜約99.5重量%のアルミナおよび約0.5重量%〜約40重量%の添加剤を含み、上記添加剤は、アルカリ土類金属、ランタノイド金属、ケイ素、ガリウム、ホウ素、またはリンを含む化合物からなる群から選ばれる1つまたは複数であり、上記マグネシウム改質Y型分子篩において、希土類酸化物の含有量が約4重量%〜約11重量%であり、酸化マグネシウムの含有量が約0.1重量%〜約4重量%であり、酸化ナトリウムの含有量が約0.3重量%〜約0.8重量%であり、全細孔体積が約0.33mL/g〜約0.39mL/gであり、改質Y型分子篩において、孔径が2〜100nmの二次孔の細孔体積の、全細孔体積に対する比率が約10%〜約30%であり、格子定数が約2.440nm〜約2.455nmであり、改質Y型分子篩において、非骨格アルミニウムの含有量の、アルミニウム総含有量に対する比率が約20%以下であり、格子崩壊温度が約1045℃以上である、接触分解触媒。
以下、実施例を参照しながら本発明をさらに説明するが、本発明はそれらの実施例に限定されない。
供給材料
以下の実施例および比較例において、NaY分子篩は、中国石油化学触媒有限公司齊魯分公司により供給されたものであり、酸化ナトリウムの含有量が13.5重量%であり、骨格シリカ・アルミナ比(SiO/Alモル比)が4.6であり、格子定数が2.470nmであり、相対結晶化度が90%である。希土類塩化物および希土類硝酸塩は北京化学工場により生産された化学的に純粋な試薬である。擬似ベーマイトは山東アルミニウム工場により生産された工業製品であり、固体含有量が61重量%である。カオリンは蘇州中国カオリン公司により生産されたものであり、固体含有量が76重量%である。アルミニウムコロイド溶液は、中国石油化学触媒有限公司齊魯分公司により供給されたものであり、アルミナの含有量が21重量%である。
分析方法
それぞれの比較例および実施例において、分子篩の元素含有量は、X線蛍光分光法により測定した。分子篩の格子定数および相対結晶化度は、RIPP 145−90・RIPP 146−90標準法に基づくX線粉末回析法(XRD)(『石油化学分析法(RIPP試験法)』(Cuiding YANG et al.編、科学出版社、1990年9月第一版、第412〜415頁を参照)により測定した。分子篩の骨格シリカ・アルミナ比は、下記式により計算した。
SiO/Al=(2.5858−a)×2/(a−2.4191)
式中、aは格子定数を示し、その単位はnmである。
分子篩の全シリカ・アルミナ比は、X線蛍光分光法で測定したSi元素およびAl元素の含有量に基づき計算した。XRD法で測定された骨格シリカ・アルミナ比、および、XRF法で測定された全シリカ・アルミナ比により、骨格Al含有量の、全Al含有量に対する比率を計算し、続いて、非骨格Al含有量の、全Al含有量に対する比率を計算した。格子崩壊温度は、示差熱分析法(DTA)により測定した。
それぞれの比較例および実施例において、二次孔の細孔体積の測定方法は下記の通りであった。RIPP 151−90標準法(『石油化学分析法(RIPP試験法)』(Cuiding YANG et al.編、科学出版社、1990年9月第一版、第424〜426頁を参照)に従い、吸着等温線に基づき、分子篩の全細孔体積を測定した。続いて、Tプロット法(T−plot法)により、吸着等温線に基づいて分子篩の微細孔の体積を測定し、全細孔体積から微細孔体積を減算することにより、二次孔の細孔体積を得た。
それぞれの比較例および実施例において、分子篩の表面SiO/Alモル比は下記の通り測定した。つまり、XPS光電子分光法を用いて、分子篩の表面におけるSi原子およびAl原子の質量%を測定し、続いて、分子篩の表面におけるSiO/Alモル比を計算した。XPS光電子分光法は、Thermo Scientific社のESCALab250型X線光電子分光器を用いて行った。励起源は、エネルギーが1486.6eVで電力が150Wの単色性Al Kα X線とした。ナロースキャンのための透過エネルギーは30eVであった。分析時のベース真空度は、約6.5×10−10mbarであった。結合エネルギーは、アルキル炭素または汚染炭素のC1sピーク(284.8eV)に基づいて較正した。
それぞれの比較例および実施例において、特に明示しない限り、試薬としては化学的に純粋な試薬を使用した。
実施例1
2000gのNaY分子篩(乾燥ベース)を、20Lの脱カチオン水溶液に添加し、均一に撹拌した。600mlのRe(NO溶液(Reベースで溶液濃度が319g/L)をさらに添加して撹拌し、90〜95℃まで昇温して1時間保温した。その後、混合物を濾過および洗浄し、濾過ケーキを120℃で乾燥することにより、格子定数が2.471nmであり、酸化ナトリウムの含有量が7.0重量%であり、希土類の含有量がReベースで8.8重量%である、Y型分子篩を得た。続いて、50体積%の水蒸気および50体積%空気を含む雰囲気下において、390℃の温度で6時間焙焼することにより、格子定数が2.455nmのY型分子篩を得た。続けて、乾燥処理を行うことにより、水の含有量を1重量%未満とした。その後、SiCl:Y型分子篩(乾燥ベース)の重量比を0.5:1として、加熱気化したSiClガスを導入し、400℃の温度で2時間反応を行った。続いて、生成されたものを20Lの脱カチオン水で洗浄した後に濾過し、分子篩ケーキを、塩化マグネシウムを含有する溶液に添加した。当該溶液において、分子篩に対する水の重量比は2.5であり、分子篩に対するマグネシウム(酸化マグネシウムベース)の重量比は0.01であった。25℃の温度で40分間撹拌した後、アンモニア水を添加して溶液のpHを8.5に調節し、均一に撹拌し、濾過し、脱イオン水ですすいだ。濾過ケーキを乾燥させた後、マッフル炉に載置して550℃で2時間焙焼し、これにより、マグネシウムによって改質されたY型分子篩(SZ1と称す)を得た。その物理化学的性質を表1に示す。
100%の水蒸気雰囲気下において、800℃および常圧で露出状態のSZ1を17時間エージングした後、エージング前後の分子篩SZ1の相対結晶化度をXRD法によって分析し、エージング後の相対結晶化度維持率を計算した。その結果を表2に示す。表2中、相対結晶化度維持率は以下の通り算出した。
Figure 2020508280
実施例2
2000gのNaY分子篩(乾燥ベース)を、25Lの脱カチオン水溶液に添加し、均一に撹拌した。800mlのReCl溶液(Reベースで溶液濃度が319g/L)を添加し、撹拌し、90〜95℃まで昇温して1時間保温した。その後、混合物を濾過および洗浄し、濾過ケーキを120℃で乾燥することにより、格子定数が2.471nmであり、酸化ナトリウムの含有量が5.5重量%であり、希土類の含有量がReベースで11.3重量%である、Y型分子篩を得た。続いて、80%水蒸気雰囲気下において、温度450℃で5.5時間焙焼することにより、格子定数が2.461nmのY型分子篩を得た。続けて、乾燥処理を行うことにより、水の含有量を1重量%未満とした。その後、SiCl:Y型分子篩の重量比を0.6:1として、加熱気化したSiClガスを導入し、480℃の温度で1.5時間反応を行った。続いて、生成されたものを20Lの脱カチオン水で洗浄した後に濾過し、分子篩ケーキを、硝酸マグネシウムを含有する溶液に添加した。当該溶液において、分子篩に対する水の重量比は2.3であり、分子篩に対するマグネシウム(酸化マグネシウムベース)の重量比は0.02であった。30℃の温度で35分間撹拌した後、アンモニア水を添加して溶液のpHを9に調節し、均一に撹拌し、濾過し、脱イオン水ですすいだ。濾過ケーキを乾燥させた後、マッフル炉に載置して590℃で2時間焙焼し、これにより、マグネシウムによって改質されたY型分子篩(SZ2と称す)を得た。その物理化学的性質を表1に示す。
100%の水蒸気雰囲気下において、800℃および常圧で露出状態のSZ2を17時間エージングした後、エージング前後の分子篩SZ2の相対結晶化度をXRD法によって分析し、エージング後の相対結晶化度維持率を計算した。その結果を表2に示す。
実施例3
2000gのNaY分子篩(乾燥ベース)を、22Lの脱カチオン水溶液に添加し、均一に撹拌した。570mlのReCl溶液(Reベースで溶液濃度が319g/L)をさらに添加し、撹拌し、90〜95℃まで昇温して1時間撹拌した。その後、混合物を濾過および洗浄し、濾過ケーキを120℃で乾燥することにより、格子定数が2.471nmであり、酸化ナトリウムの含有量が7.5重量%であり、希土類の含有量がReベースで8.5重量%のY型分子篩を得た。その後、70体積%の水蒸気雰囲気下において、470℃の温度で5時間焙焼することにより、格子定数が2.458nmのY型分子篩を得た。続けて、乾燥処理を行うことにより、水の含有量を1重量%未満とした。その後、SiCl:Y型分子篩の重量比を0.4:1として、加熱気化したSiClガスを導入し、500℃の温度で1時間反応を行った。続いて、生成されたものを20Lの脱カチオン水で洗浄した後に濾過し、分子篩ケーキを、塩化マグネシウムを含有する溶液に添加した。当該溶液において、分子篩に対する水の重量比は3.2であり、分子篩に対するマグネシウム(酸化マグネシウムベース)の重量比は0.025であった。20℃の温度で45分間撹拌した後、アンモニア水を添加して、溶液のpHを9.2に調節し、均一に撹拌した後、濾過し、脱イオン水ですすいだ。濾過ケーキを乾燥させた後、マッフル炉に載置して580℃で2時間焙焼し、これにより、マグネシウムによって改質されたY型分子篩(SZ3と称する)を得た。その物理化学的性質を表1に示す。
100%の水蒸気雰囲気下において、800℃および常圧で露出状態のSZ3を17時間エージングした後、エージング前後の分子篩SZ3の相対結晶化度をXRD法によって分析し、エージング後の相対結晶化度維持率を計算した。その結果を表2に示す。
比較例1
2000gのNaY分子篩(乾燥ベース)を、20Lの脱カチオン水溶液に添加し、均一に撹拌した。1000gの(NHSOをさらに添加し、撹拌し、90〜95℃まで昇温して1時間保温した。その後、混合物の濾過および洗浄を行い、濾過ケーキを120℃で乾燥させた後、熱水改質処理を行った。当該熱水改質処理では、100%の水蒸気雰囲気下において、650℃の温度で5時間焙焼を行った。続いて、生成されたものを20Lの脱カチオン水溶液に添加し、均一に撹拌した。さらに、1000gの(NHSOを添加し、撹拌し、90〜95℃まで昇温して1時間保温し、その後、混合物の濾過および洗浄を行い、濾過ケーキを120℃で乾燥させた後、2回目の熱水改質処理を行った。当該熱水改質処理では、100%の水蒸気雰囲気下において、650℃の温度で5時間焙焼を行った。これにより、2回のイオン交換および2回の熱水改質処理を経た、希土類を含有しない熱水超安定Y型分子篩(DZ1と称する)を得た。その物理化学的性質を表1に示す。
100%の水蒸気雰囲気下において、800℃および常圧で露出状態のDZ1を17時間エージングした後、エージング前後のDZ1分子篩の相対結晶化度をXRD法によって分析し、エージング後の相対結晶化度維持率を計算した。その結果を表2に示す。
比較例2
2000gのNaY分子篩(乾燥ベース)を、20Lの脱カチオン水溶液に添加し、均一に撹拌した。さらに、1000gの(NHSOを添加し、撹拌し、90〜95℃まで昇温して1時間保温した。その後、混合物の濾過および洗浄を行い、濾過ケーキを120℃で乾燥した後、熱水改質処理を行った。当該熱水改質処理では、100%の水蒸気雰囲気下において、650℃の温度で5時間焙焼を行った。続いて、生成されたものを20Lの脱カチオン水溶液に添加し、均一に撹拌した。さらに、200mlのRe(NO溶液(Reベースで溶液濃度が319g/L)および900gの(NHSOを添加し、撹拌し、90〜95℃まで昇温して1時間保温した。その後、混合物の濾過および洗浄を行い、濾過ケーキを120℃で乾燥した後、2回目の熱水改質処理を行った。当該熱水改質処理では、100%の水蒸気雰囲気下において、650℃の温度で5時間焙焼を行った。これにより、2回のイオン交換および2回の熱水改質処理を経た、希土類を含有する熱水超安定Y型分子篩(DZ2と称する)を得た。その物理化学的性質を表1に示す。
100体積%の水蒸気の雰囲気下において、800℃および常圧で露出状態のDZ2を17時間エージングした後、エージング前後の分子篩DZ2の相対結晶化度をXRD法によって分析し、エージング後の相対結晶化度維持率を計算した。その結果を表2に示す。
比較例3
2000gのNaY分子篩(乾燥ベース)を、20Lの脱カチオン水溶液に添加し、均一に撹拌した。650mlのRe(NO溶液(Reベースで溶液濃度が319g/L)を添加し、撹拌し、90〜95℃まで昇温して1時間保温した。その後、混合物を濾過および洗浄し、続いて、分子篩を乾燥させることにより、水の含有量を1重量%未満とした。その後、SiCl:Y型分子篩の重量比を0.4:1として、加熱気化したSiClガスを導入し、580℃の温度で、1.5時間反応を行った。続いて、生成されたものを20Lの脱カチオン水で洗浄した後に濾過し、分子篩ケーキを、塩化マグネシウムを含有する溶液に添加した。当該溶液において、分子篩に対する水の重量比は3.2であり、分子篩に対するマグネシウム(酸化マグネシウムベース)の重量比は0.025であった。20℃の温度で45分間撹拌した後、アンモニア水を添加して、溶液のpHを9.2に調節し、均一に撹拌した後、濾過し、脱イオン水ですすいだ。濾過ケーキを乾燥させた後、マッフル炉に載置して580℃で2時間焙焼し、マグネシウム改質超安定Y型分子篩(DZ3と称する)を得た。その物理化学的性質を表1に示す。
100体積%の水蒸気の雰囲気下において、800℃および常圧で露出状態のDZ3を17時間エージングした後、エージング前後の分子篩DZ3の相対結晶化度をXRD法によって分析し、エージング後の相対結晶化度維持率を計算した。その結果を表2に示す。
比較例4
2000gのNaY分子篩(乾燥ベース)を、22Lの脱カチオン水溶液に添加し、均一に撹拌した。570mlのReCl溶液(Reベースで溶液濃度が319g/L)を添加し、撹拌し、90〜95℃まで昇温して1時間撹拌した。その後、得られた混合物を濾過および洗浄し、濾過ケーキを120℃で乾燥した後、格子定数が2.471nmであり、酸化ナトリウムの含有量が7.5重量%であり、希土類の含有量がReベースで8.5重量%であるY型分子篩を得た。その後、100体積%の水蒸気雰囲気下において、650℃の温度で、5時間焙焼した。その後、水の含有量が1重量%未満となるように、乾燥処理を行った。その後、SiCl:Y型分子篩の重量比を0.4:1として、加熱気化したSiClガスを導入し、500℃の温度で1時間反応を行った。続いて、生成されたものを20Lの脱カチオン水で洗浄した後に濾過し、分子篩ケーキを、塩化マグネシウムを含有する溶液に添加した。当該溶液において、分子篩に対する水の重量比は3.2であり、分子篩に対するマグネシウム(酸化マグネシウムベース)の重量比は0.025であった。20℃の温度で45分間撹拌した後、アンモニア水を添加して、溶液のpHを9.2に調節し、均一に撹拌した後、濾過し、脱イオン水ですすいだ。濾過ケーキを乾燥させた後、マッフル炉に載置して580℃で2時間焙焼し、マグネシウム改質超安定Y型分子篩(DZ4と称する)を得た。その物理化学的性質を表1に示す。
100体積%の水蒸気の雰囲気下において、800℃および常圧で露出状態のDZ4を17時間エージングした後、エージング前後の分子篩DZ4の相対結晶化度をXRD法によって分析し、エージング後の相対結晶化度維持率を計算した。その結果を表2に示す。
実施例4〜6
実施例4〜6は、実施例1〜3で生成された、本発明の改質Y型分子篩の接触分解活性および安定性を説明する。
実施例1〜3で生成された改質Y型分子篩SZ1、SZ2およびSZ3を用いて、触媒SC1、SC2およびSC3をそれぞれ生成した。100%の水蒸気雰囲気下において、触媒を800℃で4時間または17時間エージングした後、触媒の軽油マイクロ活性を評価した。その結果を表3に示す。
触媒の生成方法
アルミナの含有量が21重量%のアルミニウムコロイド溶液714.5gを、1565.5gの脱カチオン水に添加して撹拌を開始し、固体含有量が76重量%のカオリン2763gを添加して60分間分散させ、カオリン分散スラリーを得た。アルミナの含有量が61重量%の擬似ベーマイト2049gを、8146gの脱カチオン水に添加し、撹拌しながら濃度36重量%の塩酸210mlを添加した。60分間酸性化させた後、カオリン分散スラリーを添加し、その後、細かく砕いた上記改質Y型分子篩1500g(乾燥ベース)を添加し、均一に撹拌した後、噴霧乾燥、洗浄、および乾燥を行うことで、触媒を得た。得られた触媒は、30重量%の改質Y型分子篩、42重量%のカオリン、25重量%の擬似ベーマイト、および3重量%のアルミニウムコロイド溶液を含有していた。
軽油マイクロ活性の評価方法
RIPP 92−90標準法(『石油化学分析法(RIPP試験法)』(Cuiding YANG et al.編、科学出版社、1990年9月第一版、第263〜268頁を参照)に基づき、各触媒の軽油マイクロ活性を評価した。触媒の装填量は5.0g、反応温度は460℃、原料油は蒸留範囲が235〜337℃の大港軽油とした。ガスクロマトグラフィーにより生成物の組成を分析し、当該生成物の組成に基づき、軽油マイクロ活性を計算した。
軽油マイクロ活性(MA)=(216℃よりも低いガソリンの収量+ガスの収量+コークスの収量)/総供給量×100%
比較例5〜8
比較例5〜8は、比較例1〜4で生成された超安定Y型分子篩の接触分解活性および安定性を説明する。
実施例4〜6に記載の触媒の生成方法に従って、比較例1〜4で生成された超安定Y型分子篩DZ1、DZ2、DZ3およびDZ4を、それぞれ、擬似ベーマイト、カオリン、水、および、アルミニウムコロイド溶液と混合し、噴霧乾燥を行い、微小球型の触媒を生成した。このとき、それぞれの触媒の組成比率は実施例4〜6と同じであり、触媒における超安定Y型分子篩の含有量は30重量%とした。得られた触媒を、それぞれDC1、DC2、DC3およびDC4と称する。100%の水蒸気雰囲気下において、触媒を800℃で4時間または17時間エージングした後、それらの軽油マイクロ活性を評価した。評価方法は実施例4〜6に記載のものと同じであり、その結果を表3に示す。
実施例7〜9
実施例7〜9は、実施例1〜3で生成された本発明の改質Y型分子篩の接触分解性能を説明する。
100%の水蒸気雰囲気下において、触媒SC1、SC2およびSC3を800℃で17時間エージングした後、小型の固定流動床反応器(ACE)を用いて、それらの接触分解性能を評価した。分解ガスおよび生成油を別々に収集し、ガスクロマトグラフィーにより分析した。触媒の装填量は9gとし、反応温度は500℃とし、重量空間速度は16h−1とし、触媒と油との重量比は表5に示す通りであった。ACE試験において用いた供給材料の性質は表4に示す通りであり、試験結果を表5に示す。
比較例9〜12
比較例9〜12は、比較例1〜4で生成された超安定Y型分子篩の接触分解性能を説明する。
100%の水蒸気雰囲気下において、触媒DC1、DC2、DC3およびDC4を800℃で17時間エージングした後、小型の固定流動床反応器(ACE)を用いて、それらの接触分解性能を評価した。評価方法は実施例7〜9に記載したものと同じである。ACE試験において用いた供給材料の性質は表4に示す通りであり、試験結果を表5に示す。
Figure 2020508280
表1に示す通り、本発明の改質Y型分子篩は、以下の利点を有する。つまり、酸化ナトリウムの含有量が少なく、比較的高いシリカ・アルミナ比においても非骨格アルミニウムの含有量が比較的少なく、孔径が2.0〜100nmである二次孔の細孔体積の、全細孔体積に対する比率が高く、分子篩の格子定数が比較的低く、希土類の含有量が比較的多い場合に、結晶化度が比較的高く、熱安定性が高い。
Figure 2020508280
表2に示す通り、本発明の改質Y型分子篩は、露出状態において800℃で17時間という厳しい条件下でエージングされた後に、比較的高い相対結晶化度維持率を示す。つまり、本発明の改質Y型分子篩は高い熱水安定性を有する。
Figure 2020508280
Figure 2020508280
Figure 2020508280
表3および表5の結果からわかるように、本発明の改質Y型分子篩を活性成分として用いて生成された接触分解触媒は、熱水安定性が高く、コークス選択性が極めて低く、液体収量が極めて高く、軽油収量が極めて高く、ディーゼル油収量が高く、ディーゼル・ガソリン比が高く、重油転化活性が高い。
以下、実施例4A〜9Aは、本発明に係る改質Y型分子篩および改質基材を含む接触分解触媒の実施例である。
実施例4A
アルミナの含有量が61重量%である擬似ベーマイト786gを、3909gの脱カチオン水に添加し、撹拌しながら、97.5mlの化学的に純粋な塩酸(36重量%のHClを含む)を添加し、70℃で1時間エージングした。その後、82.5mlのリン酸(北京化学工場製、濃度85%、分析的に純粋)および塩化マグネシウム六水和物(北京双環試薬工場製、分析的に純粋)の水溶液185g(内、塩化マグネシウム六水和物は102g)を添加し、スラリー化することにより、添加剤含有アルミナのスラリーを得た。
アルミナの含有量が21重量%であるアルミニウムコロイド溶液2499gを、5475gの脱カチオン水に添加し、撹拌しながら、固体含有量が76重量%であるカオリン2926.5gを添加して60分間スラリー化することで、カオリンのスラリーを得た。アルミナの含有量が61重量%である擬似ベーマイト1180.5gを、4690.5gの脱カチオン水に添加してスラリー化し、撹拌しながら、115.5mlの化学的に純粋な塩酸(36重量%のHClを含む)をさらに添加した。60分間エージングした後、先に生成したカオリンのスラリーを添加し、さらに、先に生成した添加剤含有アルミナのスラリーを添加してスラリー化した。その後、実施例1で生成された分子篩SZ1 1800g(乾燥ベース)およびREY型分子篩(中国石油化学触媒有限公司齊魯分公司製、希土類の含有量(Reベース)が18重量%、シリカ・アルミナ比(SiO/Alモル比)が4.6)300g(乾燥ベース)を添加し、スラリー化した。続いて、得られたものを入口温度650℃および排気温度180℃で噴霧乾燥し、脱イオン水で洗浄し、乾燥させることにより、触媒(SC1Aと称する)を得た。
実施例5A
アルミナの含有量が61重量%である擬似ベーマイト394gを、1958gの脱カチオン水に添加し、撹拌しながら、49mlの化学的純粋な塩酸(36重量%のHClを含む)を添加し、その後、70℃で1時間エージングした。その後、塩化マグネシウム六水和物(北京双環試薬工場製)水溶液288g(内、塩化マグネシウム六水和物は164g)を添加し、スラリー化することにより、添加剤含有アルミナのスラリーを得た。
アルミナの含有量が21重量%であるアルミニウムコロイド溶液1142gを、1001gの脱カチオン水に添加し、撹拌しながら、固体含有量が76重量%であるカオリン2336gを添加して60分間スラリー化することで、カオリンのスラリーを得た。アルミナの含有量が61重量%である擬似ベーマイト1180gを、5876gの脱カチオン水に添加し、撹拌しながら、128mlの塩酸(化学的に純粋であり、濃度が36重量%)を添加した。60分間エージングした後、先に生成したカオリンのスラリーを添加し、スラリー化した。さらに、先に生成した添加剤含有アルミナのスラリーを添加し、スラリー化した。その後、実施例2で生成された分子篩SZ2 1824g(乾燥ベース)を添加してスラリー化した。その後、得られたものに対して、噴霧乾燥、洗浄(実施例4Aと同様)、および乾燥を行うことにより、触媒(SC2Aと称する)を得た。
実施例6A
アルミナの含有量が61重量%である擬似ベーマイト650gを、3232gの脱カチオン水に添加し、撹拌しながら、81.5mlの化学的に純粋な塩酸(HClの含有量が36重量%)を添加し、70℃で1時間エージングした。その後、194mlのリン酸(北京化学工場製、濃度85重量%、分析的に純粋)を添加し、スラリー化することにより、添加剤含有アルミナのスラリーを得た。
アルミナの含有量が21重量%であるアルミニウムコロイド溶液1885gを、3014gの脱カチオン水に添加し、撹拌しながら、固体含有量が76重量%であるカオリン3855gを添加して60分間スラリー化することで、カオリンのスラリーを得た。アルミナの含有量が61重量%である擬似ベーマイト2596gを、8402gの脱カチオン水に添加し、撹拌しながら、281mlの化学的に純粋な塩酸(濃度36重量%)を添加した。60分間エージングした後、先に生成したカオリンのスラリーを添加し、スラリー化した。さらに、先に生成した添加剤含有アルミナのスラリーを添加し、スラリー化した。その後、実施例3で生成された分子篩SZ3 1980g(乾燥ベース)を添加し、REY型分子篩(実施例1で用いられたREY型分子篩と同様)634g(乾燥ベース)、および、分子篩ZRP−5(中国石油化学触媒有限公司齊魯分公司製、希土類の含有量が0.5重量%、シリカ・アルミナ比が45)396g(乾燥ベース)を添加し、スラリー化した。その後、得られたものに対して、噴霧乾燥、洗浄(実施例4Aと同様)および乾燥を行うことにより、触媒(SC3Aと称する)を得た。
比較例5A
アルミナの含有量が21重量%であるアルミニウムコロイド溶液1429gを、3131gの脱カチオン水に添加して撹拌を開始し、固体含有量が76重量%であるカオリン5526gを添加し、60分間分散した。アルミナの含有量が61重量%である擬似ベーマイト4098gを、16292gの脱カチオン水に添加し、撹拌しながら、420mlの化学的に純粋な塩酸(濃度36重量%)を添加した。60分間酸性化させた後、カオリン分散スラリーを添加し、続けて、細かく砕いた、比較例1で生成された分子篩DZ1 3000g(乾燥ベース)を添加した。均一に撹拌した後、得られたものに対して噴霧乾燥、洗浄、および乾燥を行うことで、触媒(DC1Aと称する)を得た。得られたDC1A触媒は、30重量%の分子篩DZ1、42重量%のカオリン、25重量%の擬似ベーマイト、および3重量%のアルミニウムコロイド溶液を含有していた。
比較例6A
比較例2で生成された分子篩DZ2、カオリン、水、擬似ベーマイトバインダー、およびアルミニウムコロイド溶液を、従来の接触分解触媒の生成方法により形成し、噴霧乾燥することにより、微小球型の接触分解触媒(DC2Aと称する)を生成した(比較例5Aの触媒の生成方法を参照した)。得られた触媒DC2Aは、30重量%の分子篩DZ2、42重量%のカオリン、25重量%の擬似ベーマイト、および3重量%のアルミニウムコロイド溶液を含有していた。
比較例7A
比較例3で生成された分子篩DZ3、カオリン、水、擬似ベーマイトバインダー、およびアルミニウムコロイド溶液を、従来の接触分解触媒の生成方法により形成し、噴霧乾燥することにより、微小球型の接触分解触媒(DC3Aと称する)を生成した(比較例5Aの触媒の生成方法を参照した)。得られた触媒DC3Aは、30重量%の分子篩DZ3、42重量%のカオリン、25重量%の擬似ベーマイト、3重量%のアルミニウムコロイド溶液を含有していた。
比較例8A
分子篩SZ2の代わりに、比較例3で生成された分子篩DZ3を使用したこと以外は、実施例5Aに記載の方法の通りに触媒を生成し、触媒DC4Aを得た。
実施例7A〜9A
100%の水蒸気雰囲気下において、触媒SC1A、SC2A、およびSC3Aを800℃で17時間エージングした後、小型の固定流動床反応器(ACE)を用いて、それらの接触分解性能を評価した。分解ガスおよび生成油を別々に収集し、ガスクロマトグラフィーにより分析した。触媒の装填量は9gとし、反応温度は500℃とし、重量空間速度は16h−1とし、触媒と油との重量比は表5Aに示す通りであった。ACE試験において用いた供給材料の性質は表4に示す通りであり、試験結果を表5Aに示す。
比較例9A〜12A
100%の水蒸気雰囲気下において、触媒DC1A、DC2A、DC3A、およびDC4Aを800℃で17時間エージングした後、小型の固定流動床反応器(ACE)を用いて、それらの接触分解性能を評価した。評価方法は、実施例7A〜9Aに記載したものと同じである。ACE試験において用いた供給材料の性質は表4に示す通りであり、試験結果を表5Aに示す。
Figure 2020508280
表5Aに示す通り、本発明の接触分解触媒は、コークス選択性が極めて低く、液体収量が極めて高く、軽油収量が高く、ディーゼル油収量が高く、ディーゼル・ガソリン比が高く、重油転化活性が高い。
本明細書では、実施形態を参照しながら本発明の概念について説明している。しかしながら、添付の特許請求の範囲に規定された本発明の範囲を超えない限りにおいて、様々な修正および変更が可能であることを、当業者は理解する。したがって、明細書および図面は、限定的なものではなく例示的なものであるとみなされるべきであり、そのような修正および変更のすべてが、本発明の範囲に含まれる。
明確な説明のために複数の実施形態において別々に説明したいくつかの構成は、組み合わせることによって単一の実施形態として実現させてもよい。一方、簡潔な説明のために単一の実施形態において記載した複数の異なる構成は、単独で、または任意のサブコンビネーションとして、別々の実施形態において実現させてもよい。

Claims (20)

  1. 希土類酸化物の含有量が約4重量%〜約11重量%であり、酸化マグネシウムの含有量が約0.1重量%〜約4重量%であり、酸化ナトリウムの含有量が約0.3重量%〜約0.8重量%であり、全細孔体積が約0.33mL/g〜約0.39mL/gであり、改質Y型分子篩において、孔径が2nm〜100nmである二次孔の細孔体積の、全細孔体積に対する比率が約10%〜約30%であり、格子定数が約2.440nm〜約2.455nmであり、改質Y型分子篩において、非骨格アルミニウムの含有量の、アルミニウム総含有量に対する比率がが約20%以下であり、格子崩壊温度が約1045℃以上であることを特徴とする、マグネシウム改質Y型分子篩。
  2. 上記改質Y型分子篩は、孔径が2〜100nmである二次孔の細孔体積の、全細孔体積に対する比率が約15〜25%であることを特徴とする、請求項1に記載の改質Y型分子篩。
  3. 上記改質Y型分子篩において、非骨格アルミニウムの含有量の、アルミニウム総含有量に対する比率が約13〜19%であり、SiO/Alモル比に基づいて計算した骨格シリカ・アルミナ比が約7〜約14であることを特徴とする、請求項1または2に記載の改質Y型分子篩。
  4. 上記改質Y型分子篩の格子崩壊温度が約1045〜1075℃であることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の改質Y型分子篩。
  5. 酸化マグネシウムの含有量が約0.5重量%〜約3重量%であることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1項に記載の改質Y型分子篩。
  6. 100%の水蒸気雰囲気下において、800℃および常圧で17時間エージングを行った後の、上記改質Y型分子篩の相対結晶化度維持率が約30%以上であることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか1項に記載の改質Y型分子篩。
  7. 上記改質Y型分子篩の相対結晶化度が約55%〜約68%であることを特徴とする、請求項1〜6のいずれか1項に記載の改質Y型分子篩。
  8. 上記改質Y型分子篩において、希土類酸化物の含有量が約4.5重量%〜約10重量%であり、酸化ナトリウムの含有量が約0.4重量%〜約0.6重量%であり、格子定数が2.442nm〜2.451nmであり、SiO/Alモル比に基づいて計算した骨格シリカ・アルミナ比が約8.5〜約12.6であることを特徴とする、請求項1〜7のいずれか1項に記載の改質Y型分子篩。
  9. (1)NaY分子篩を希土類塩溶液と接触させてイオン交換反応を行い、酸化ナトリウムの含有量が低減された、希土類改質Y型分子篩を得る工程と、
    (2)上記工程(1)で得られた上記Y型分子篩を、約30体積%〜約90体積%の水蒸気を含む雰囲気下において、約350〜480℃の温度で約4.5時間〜約7時間焙焼することにより、格子定数が低減されたY型分子篩を得る工程と、
    (3)SiCl:上記Y型分子篩の乾燥ベースの重量比を約0.1:1〜約0.7:1として、上記工程(2)で得られた上記Y型分子篩を、約200℃〜約650℃の反応温度で約10分間〜約5時間、四塩化ケイ素ガスと接触反応させることにより、高シリカ超安定Y型分子篩を得る工程と、
    (4)マグネシウム化合物を用いて、上記工程(3)で得られた上記高シリカ超安定Y型分子篩を改質処理し、マグネシウム改質Y型分子篩を得る工程と、を含むことを特徴とする、マグネシウム改質Y型分子篩を生成する方法。
  10. 上記工程(1)において得られた、酸化ナトリウムの含有量が低減された上記希土類改質Y型分子篩の格子定数が約2.465〜2.472nmであり、酸化ナトリウムの含有量が約9.5重量%以下であることを特徴とする、請求項9に記載の方法。
  11. 上記工程(1)において得られた、酸化ナトリウムの含有量が低減された上記希土類改質Y型分子篩は、希土類の含有量がReベースで約4.5重量%〜約13重量%であり、酸化ナトリウムの含有量が約5〜9.5重量%であり、格子定数が約2.465〜2.472nmであることを特徴とする、請求項9に記載の方法。
  12. 上記工程(1)において、上記NaY分子篩と上記希土類溶液とのイオン交換反応は、NaY分子篩:希土類塩:HOの重量比を約1:0.01〜0.18:5〜15とし、イオン交換温度を約15℃〜95℃とし、イオン交換時間を約30〜120分間とする条件で行われることを特徴とする、請求項9〜11のいずれか1項に記載の方法。
  13. 上記工程(2)において、焙焼温度は約380〜460℃であり、焙焼雰囲気は約40〜80%の水蒸気を含む雰囲気であり、焙焼時間は約5〜6時間であることを特徴とする、請求項9〜12のいずれか1項に記載の方法。
  14. 上記工程(2)で得られた格子定数が低減された上記Y型分子篩において、格子定数が約2.450〜2.462nmであり、水の含有量が1重量%以下であることを特徴とする、請求項9〜13のいずれか1項に記載の方法。
  15. 上記希土類塩が希土類塩化物および/または希土類硝酸塩であり、上記マグネシウム化合物が塩化マグネシウムおよび/または硝酸マグネシウムであることを特徴とする、請求項9〜14のいずれか1項に記載の方法。
  16. 上記工程(4)における上記マグネシウム化合物による改質処理は、マグネシウム塩を含有する溶液に上記分子篩を添加する工程であって、上記分子篩に対する水の重量比を約1〜6とし、上記分子篩に対する上記マグネシウム塩の重量比を酸化マグネシウムベースで約0.001〜0.04とする工程と、約5〜50℃で約10〜120分間撹拌する工程と、アンモニア水を添加して上記溶液のpHを約7.5〜10に調節する工程と、その後、濾過を行い、濾過ケーキを約500〜650℃で少なくとも約1時間焙焼することにより、上記マグネシウム改質Y型分子篩を得る工程と、を含むことを特徴とする、請求項9〜15のいずれか1項に記載の方法。
  17. 請求項1〜8のいずれか1項に記載の改質Y型分子篩、または、請求項9〜16のいずれか1項に記載の方法により得られた改質Y型分子篩、を含む、接触分解触媒。
  18. 乾燥ベースで約10重量%〜約50重量%の上記改質Y型分子篩、アルミナベースで約10重量%〜約40重量%のアルミナバインダー、および、乾燥ベースで約10重量%〜約80重量%の粘土を含むことを特徴とする、請求項17に記載の接触分解触媒。
  19. 乾燥ベースで約10重量%〜約50重量%の上記改質Y型分子篩、乾燥ベースで約2重量%〜約40重量%の添加剤含有アルミナ、および、乾燥ベースで約10重量%〜約80重量%の粘土を含み、上記添加剤含有アルミナの重量を基準として、上記添加剤含有アルミナは、乾燥ベースで約60重量%〜約99.5重量%のアルミナおよび約0.5重量%〜約40重量%の添加剤を含み、上記添加剤は、アルカリ土類金属、ランタノイド金属、ケイ素、ガリウム、ホウ素、および/またはリンを含む化合物からなる群から選択される1つまたは複数であることを特徴とする、請求項17に記載の接触分解触媒。
  20. 乾燥ベースで約25〜40重量%の上記改質Y型分子篩、乾燥ベースで約2〜20重量%の添加剤含有アルミナ、乾燥ベースで約5〜30重量%のアルミナバインダー、および、乾燥ベースで約30〜50重量%の粘土を含むことを特徴とする、請求項19に記載の接触分解触媒。
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