JP2023531260A - ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブならびにその合成および使用 - Google Patents
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Abstract
ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブ、その合成および使用を開示する。当該モレキュラーシーブは、ZSM-5モレキュラーシーブの少なくとも2つの粒から構成されるコア相と、βモレキュラーシーブの複数の粒から構成されるシェル層とを含み、ZSM-5/βモレキュラーシーブ粒の平均粒度が0.05~15μmであり、コア-シェルモレキュラーシーブのシェル被覆率が50~100%、シェルの厚さが10~2000nmであり、シェルにおけるβモレキュラーシーブ粒の平均粒度が10~500nmである。ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブのX線回折スペクトルにおいて、2θ=22.4°の回折ピークのピーク高さの、2θ=23.1°の回折ピークのピーク高さに対する比が0.1~10:1である。ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブは、良好な触媒性能を有する。
Description
〔関連出願への相互参照〕
本出願は2020年6月24日に出願された「ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブおよびその合成および使用」と題された中国特許出願第202010590434.7号、2020年8月31日に出願された「水素化VGOの分解を介して軽質オレフィンおよび重質燃料油を生成するための触媒、その調製およびこれらの応用」と題された中国特許出願第202010894090.9号、2020年8月28日に出願された「水素化LCOから超軽質オレフィンを生成するための接触分解触媒、その調製およびこれらの応用」と題された中国特許出願第202010885254.1号、2020年8月31日に出願された「重油のための接触分解触媒の中のコア-シェルモレキュラーシーブの使用」と題された中国特許出願第202010893693.7号、2020年9月18日に出願された「豊富な多孔質構造を有する接触分解触媒、その調製、およびこれらの応用」と題された中国特許出願第202010985188.5号の優先権を主張し、その内容はその全体が参照により本明細書に組み込まれる。
本出願は2020年6月24日に出願された「ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブおよびその合成および使用」と題された中国特許出願第202010590434.7号、2020年8月31日に出願された「水素化VGOの分解を介して軽質オレフィンおよび重質燃料油を生成するための触媒、その調製およびこれらの応用」と題された中国特許出願第202010894090.9号、2020年8月28日に出願された「水素化LCOから超軽質オレフィンを生成するための接触分解触媒、その調製およびこれらの応用」と題された中国特許出願第202010885254.1号、2020年8月31日に出願された「重油のための接触分解触媒の中のコア-シェルモレキュラーシーブの使用」と題された中国特許出願第202010893693.7号、2020年9月18日に出願された「豊富な多孔質構造を有する接触分解触媒、その調製、およびこれらの応用」と題された中国特許出願第202010985188.5号の優先権を主張し、その内容はその全体が参照により本明細書に組み込まれる。
〔技術分野〕
本出願は触媒材料の分野に関し、特に、ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブ、その合成およびその応用に関する。
本出願は触媒材料の分野に関し、特に、ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブ、その合成およびその応用に関する。
〔背景技術〕
高付加価値の石油製品に対する社会の需要は絶えず増加し、石油留分を最大限に高価値の製品(例えば、軽質オレフィン、BTXなど)に転化するために、深層処理に向けた石油精製産業の発展を促進する。
高付加価値の石油製品に対する社会の需要は絶えず増加し、石油留分を最大限に高価値の製品(例えば、軽質オレフィン、BTXなど)に転化するために、深層処理に向けた石油精製産業の発展を促進する。
ゼオライトモレキュラーシーブは、骨格構造を有する微孔性結晶材料であり、特定のサイズおよび形状、大きな比表面積および強力な調整可能な酸特性を有する細孔構造を有し、接触分解、アルカン異性化、接触改質、トルエン不均化および他の触媒反応などの石油精製および加工において広く適用されている。
MFI構造を有するZSM-5モレキュラーシーブおよびBEA構造を有するβモレキュラーシーブは、産業界で広く使用されている2つのモレキュラーシーブである。ZSM-5は、MFI構造および三次元直線チャネルを有する高シリカメソ細孔モレキュラーシーブ(USP3702886)であり、このZSM-5は、Mobil Corporatio, USAによって開発され、独特の細孔構造を有し、斜方晶系に属し、単位セルパラメータa=20.07Å、b=19.92Å、c=13.42Åを有し、その単位セル中のAl原子の数は0~27の範囲内で変化することができ、シリカ-アルミナ比は広い範囲にわたって変化することができ、ZSM-5の骨格は2つの嵌合10員環チャネル系を含み、チャネルの1つの型は5.5Å×5.1Åの細孔径を有するS字形であり、チャネルの他の型は、5.3Å×5.6Åの細孔径を有する直線形である。ZSM-5は良好な形状選択的触媒および異性化性能、高い熱安定性および水熱安定性、高い比表面積、広いシリカ-アルミナ比範囲、独特の表面酸性度およびより低い炭素析出の特性を有し、触媒または触媒担体として広く使用されており、アルキル化、異性化、不均化、接触分解、メタノールからのガソリン調製、メタノールからのオレフィン調製などのプロセスにおいて成功裏に使用されている。βモレキュラーシーブは、3次元構造を有し、細孔径が5.7Å×7.5Åおよび5.6Å×6.5Åの交差12員環チャネル系を有する、マクロ細孔高シリカゼオライトである。モレキュラーシーブはその特殊な構造により、酸触媒特性と構造選択性の両方を有し、良好な熱安定性および水熱安定性、適度な酸性度および酸安定性および疎水性を有し、トランスアルキル化反応および重質芳香族アップグレーディング反応において優れた触媒性能を示し、触媒用途における炭化水素反応における困難なコーキングおよび長い耐用年数の特性を示す。
しかしながら、ZSM-5モレキュラーシーブは形状選択性を有するが、その細孔径は小さく、これは大きな分子反応物(特に環状炭化水素)の拡散および吸着を助長せず、βモレキュラーシーブは大きな細孔径を有し、これは大きな分子反応物を侵入させ、活性中心の接近性を増加させ得るが、エチレンおよびプロピレンなどの小さな分子軽質オレフィンに対する形状選択性を有さない。従来技術では、炭化水素油の転化のためにZSM-5モレキュラーシーブとβモレキュラーシーブとを組合せて使用しており、現在使用されている一般的な方法は2つのモレキュラーシーブの機械的混合物を使用することであり、そのような場合、ZSM-5モレキュラーシーブ粒子とβモレキュラーシーブ粒子との間の距離は長い。
近年、典型的には異なる結晶構造を有する2つのモレキュラーシーブからなるコア-シェルモレキュラーシーブへの2つのモレキュラーシーブの形成について研究がなされており、一方のモレキュラーシーブはコアとして取り上げられ、他方のモレキュラーシーブはコアの表面に包まれたシェルとして取り上げられ、その結果、2つの異なるモレキュラーシーブ(すなわちコアモレキュラーシーブおよびシェルモレキュラーシーブ)が触媒反応を促進するための触媒材料として使用される。しかしながら、従来技術におけるコア-シェルモレキュラーシーブの研究はまだ初期段階であり、十分ではなく、良好な性能を有するコア-シェルモレキュラーシーブを得ることは容易ではない。ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブなどの既存のコア-シェルモレキュラーシーブは、接触分解反応に使用される場合、反応性能が悪く、炭化水素油の接触分解または深部分解またはその調製に適したコア-シェルモレキュラーシーブを提供する先行技術はない。
〔発明の開示〕
本出願の目的は新規なZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブ、その合成およびその応用を提供することであり、コア-シェルモレキュラーシーブはZSM-5モレキュラーシーブのコアおよびβモレキュラーシーブのシェルを有し、コア-シェルモレキュラーシーブは、炭化水素油の接触転化のために使用されるとき、より良好な転化効果を示す。
本出願の目的は新規なZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブ、その合成およびその応用を提供することであり、コア-シェルモレキュラーシーブはZSM-5モレキュラーシーブのコアおよびβモレキュラーシーブのシェルを有し、コア-シェルモレキュラーシーブは、炭化水素油の接触転化のために使用されるとき、より良好な転化効果を示す。
上記目的を達成するため、本出願は一態様において、ZSM-5モレキュラーシーブの少なくとも2つの結晶粒から構成されるコアと、βモレキュラーシーブの複数の結晶粒から構成されるシェルを含むZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブであって、ZSM-5モレキュラーシーブ粒の平均粒度は0.05~15μmであり、コア-シェルモレキュラーシーブのシェル被覆率は50~100%、シェルの厚さは10~2000nmであり、およびシェルにおけるβモレキュラーシーブ粒の平均粒度は10~500nmであって、ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブのX線回折パターンにおいて、2θ=22.4°の回折ピークの高さの、2θ=23.1°の回折ピークの高さに対する比が0.1~10:1である、ZSM-5モレキュラーシーブを提供する。
別の態様では、本出願は、ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブの合成のための方法であって:
1)粒子状ZSM-5モレキュラーシーブを界面活性剤溶液で処理して、ZSM-5モレキュラーシーブ材料Iを得る工程;
2)ZSM-5モレキュラーシーブ材料Iを、粒子状βモレキュラーシーブを含むスラリーで処理して、ZSM-5モレキュラーシーブ材料IIを得る工程であって、βモレキュラーシーブの粒子は、βモレキュラーシーブの少なくとも1つの結晶粒から構成される工程;
3)ケイ素源、アルミニウム源、任意のアルカリ源、鋳型および水を含む合成液体を提供し、合成液体を、50~300℃、好ましくは75~250℃、より好ましくは80~180℃で、4~100時間、好ましくは10~80時間、より好ましくは18~50時間結晶化させて、予備結晶化合成液体IIIを得る工程;および
4)ZSM-5モレキュラーシーブ材料IIを予備結晶化合成液体IIIと混合し、得られたものを結晶化して、ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブを得る工程;
を含む方法を提供する。
1)粒子状ZSM-5モレキュラーシーブを界面活性剤溶液で処理して、ZSM-5モレキュラーシーブ材料Iを得る工程;
2)ZSM-5モレキュラーシーブ材料Iを、粒子状βモレキュラーシーブを含むスラリーで処理して、ZSM-5モレキュラーシーブ材料IIを得る工程であって、βモレキュラーシーブの粒子は、βモレキュラーシーブの少なくとも1つの結晶粒から構成される工程;
3)ケイ素源、アルミニウム源、任意のアルカリ源、鋳型および水を含む合成液体を提供し、合成液体を、50~300℃、好ましくは75~250℃、より好ましくは80~180℃で、4~100時間、好ましくは10~80時間、より好ましくは18~50時間結晶化させて、予備結晶化合成液体IIIを得る工程;および
4)ZSM-5モレキュラーシーブ材料IIを予備結晶化合成液体IIIと混合し、得られたものを結晶化して、ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブを得る工程;
を含む方法を提供する。
好ましくは、工程1)で使用されるZSM-5モレキュラーシーブの粒子がZSM-5モレキュラーシーブの少なくとも2つの結晶粒から構成される。
さらに別の態様において、本出願は、乾燥基準で、触媒の重量に基づいて、30重量%~90重量%の担体、2重量%~50重量%の本出願によるZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブ、および0重量%~50重量%の追加のモレキュラーシーブを含む触媒を提供する。
好ましくは、ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブがNa2Oとして計算して、0.15重量%以下のナトリウム含有量を有する。
さらに別の態様において、本出願が炭化水素油原料を本出願による触媒と接触させる工程を含む、炭化水素油の接触転化方法を提供する。
本出願のコア-シェルモレキュラーシーブは、接触分解反応、アルキル化反応、異性化反応などの炭化水素転化反応に使用することができる。特に、炭化水素油のクラッキングまたはディープクラッキングに使用される場合、本出願のコア-シェルモレキュラーシーブはより良好な転化効果を示し、水素化LCOのクラッキングおよび転化などの、ナフテン環を含む炭化水素油のクラッキングに使用される場合、より高いプロピレン収率および/またはエチレン収率、ならびにより高い重油転化率を示す。
本出願のZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブの合成のための方法は、以下の有益な効果からなる群から選択される1つ以上の効果を有する:
(1)ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブの迅速な合成を達成することができる;
(2)βモレキュラーシーブを、比較的少量の鋳型を使用して合成することができる;
(3)シェル被覆率を向上させることができる;
(4)合成されたモレキュラーシーブの総比表面積を向上させることができる;
(5)合成されたモレキュラーシーブは、比較的高い比のメソ細孔表面積を有する;
(6)合成されたモレキュラーシーブは2~50nmの細孔を有し、モレキュラーシーブの細孔径分布は2~4nmおよび20~80nmの細孔径範囲内で細孔径分布のピークを示し、モレキュラーシーブは多量のメソ細孔およびマクロ細孔の細孔容積を有する。
(1)ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブの迅速な合成を達成することができる;
(2)βモレキュラーシーブを、比較的少量の鋳型を使用して合成することができる;
(3)シェル被覆率を向上させることができる;
(4)合成されたモレキュラーシーブの総比表面積を向上させることができる;
(5)合成されたモレキュラーシーブは、比較的高い比のメソ細孔表面積を有する;
(6)合成されたモレキュラーシーブは2~50nmの細孔を有し、モレキュラーシーブの細孔径分布は2~4nmおよび20~80nmの細孔径範囲内で細孔径分布のピークを示し、モレキュラーシーブは多量のメソ細孔およびマクロ細孔の細孔容積を有する。
本出願の他の特徴および利点は、以下の詳細な説明において詳細に説明される。
〔図面の簡単な説明〕
本明細書の一部を形成する図面は、本出願の理解を助けるために提供され、限定的であるとみなされるべきではない。本出願は、以下の詳細な説明と組合せて図面を参照して解釈することができる。
本明細書の一部を形成する図面は、本出願の理解を助けるために提供され、限定的であるとみなされるべきではない。本出願は、以下の詳細な説明と組合せて図面を参照して解釈することができる。
図1は、本出願の実施例I-1で得られたZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブのSEM像を示す。
図2AはモレキュラーシーブのXRD回折パターンを示す。1はZSM-5モレキュラーシーブのXRD回折パターンであり、2はβモレキュラーシーブのXRD回折パターンであり、3は本出願の実施例I-1で得られたZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブのXRD回折パターンである。
図2Bは、本出願の実施例I-1で得られたZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブのXRD回折パターンの部分拡大図を示す。
図3は、本出願の実施例I-1で得られた予備結晶化合成液体IIIのXRD回折パターンを示す。
図4は、本出願の実施例I-1で得られたZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブのTEM像を示す。
図5は、本出願の実施例I-1で得られたZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブの細孔径分布を示す。
〔発明の詳細な説明〕
本出願は、図面およびその特定の実施形態を参照して、以下でさらに詳細に説明される。本出願の特定の実施形態は、説明の目的のためにのみ提供され、いかなる方法でも限定することを意図するものではないことに留意されたい。
本出願は、図面およびその特定の実施形態を参照して、以下でさらに詳細に説明される。本出願の特定の実施形態は、説明の目的のためにのみ提供され、いかなる方法でも限定することを意図するものではないことに留意されたい。
本出願の文脈において記載される、数値範囲の終点を含むいかなる具体的な数値も、その正確な値に限定されず、上記正確な値に近い全ての値、例えば、上記正確な値の±5%内の全ての値をさらに包含すると解釈されるべきである。さらに、本明細書に記載される任意の数値範囲に関して、範囲の端点間、各端点と範囲内の任意の特定の値との間、または範囲内の任意の2つの特定の値との間で任意の組合せを行って、1つ以上の新しい数値範囲を提供することができ、上記新しい数値範囲はまた、本出願において具体的に記載されているとみなされるべきである。
特に明記しない限り、本明細書で使用される用語は当業者によって一般に理解されるものと同じ意味を有し、用語が本明細書で定義され、その定義が当技術分野における通常の理解と異なる場合、本明細書で提供される定義が優先するものとする。
本出願において、「粒度」とは、試料のSEM像またはTEM像において、結晶粒の投影面の最も広い部分の大きさを測定することにより得られる、結晶粒の最も広い部分の大きさを意味する。複数の結晶粒の粒度の平均は、試料の平均粒度である。
本出願において、「粒子サイズ」とは試料のSEMまたはTEM画像において、粒子の投影面の最も広い部分の大きさを測定することによって得ることができる、粒子の最も広い部分の大きさを指し、複数の粒子の粒子サイズの平均は試料の平均粒子サイズである。それは、レーザー粒子サイザーによって測定することもできる。1つの粒子は、その中に1つ以上の結晶粒を含んでもよい。
本出願において、「乾燥重量」とは、850℃で1時間、大気中で焼成した後に測定される固体生成物の重量を指す。
本出願において、「触媒/油比」は、原料油に対する触媒の重量比を指す。
本出願において、用語「ナトリウム型コア-シェルモレキュラーシーブ」はNa2O含有量を減少させるための処理(例えば、アンモニウム交換)を行わない結晶化工程後に得られるZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブを指し、用語「水素型コア-シェルモレキュラーシーブ」または「改質コア-シェルモレキュラーシーブ」は、Na2O含有量を減少させるための処理(例えば、アンモニウム交換)後の「ナトリウム型コア-シェルモレキュラーシーブ」から得られるZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブを指す(実施例の場合、Na2O含有量を0.15重量%未満に減少させる)。
本出願において、用語「重油」は当該技術分野において周知の意味を有し、例えば、常圧残油、常圧軽油、減圧残油、減圧軽油、コーカー軽油、および脱アスファルト軽油/重油から選択される1種以上であってもよい。
本出願において、用語「中間ベース原油」は、パラフィンベース原油とナフテンベース原油との中間特性を有する原油の一種であって、特性因子が11.5~12.1であり、アルカン含有量およびシクロアルカン含有量がほぼ同じである原油の一種をいう。
本出願の文脈では、明示的に述べられた主題に加えて、言及されていないいかなる主題またはいくつかの主題はいかなる変更もなしに、当技術分野で知られているものと同じであるとみなされる。さらに、本明細書に記載される実施形態のいずれも、本明細書に記載される別の1つ以上の実施形態と自由に組合せることができ、このようにして得られる技術的解決策または考えは、本出願の当初の開示または当初の記載の一部とみなされ、そのような組合せが明らかに不合理であることが当業者に明らかでない限り、本明細書に開示または予期されていない新規事項であるとみなされるべきではない。
本明細書に引用される特許文献および非特許文献の全ては、教科書および雑誌記事を含むがこれらに限定されず、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
(ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブ)
以上のように、本出願は、第1の態様において、ZSM-5モレキュラーシーブの少なくとも2つの結晶粒から構成されるコアと、βモレキュラーシーブの複数の結晶粒から構成されるシェルとを含むZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブであって、ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブのX線回折パターンにおける、2θ=22.4°の回折ピークの高さ(D1)の、2θ=23.1°の回折ピークの高さ(D2)に対する比が0.1~10:1である、ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブを提供する。
以上のように、本出願は、第1の態様において、ZSM-5モレキュラーシーブの少なくとも2つの結晶粒から構成されるコアと、βモレキュラーシーブの複数の結晶粒から構成されるシェルとを含むZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブであって、ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブのX線回折パターンにおける、2θ=22.4°の回折ピークの高さ(D1)の、2θ=23.1°の回折ピークの高さ(D2)に対する比が0.1~10:1である、ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブを提供する。
本出願によれば、2θ=22.4°における回折ピークは22.4°±0.1°の範囲内の2θ角におけるX線回折パターンにおける回折ピークを指し、2θ=23.1°における回折ピークは、23.1°±0.1°の範囲内の2θ角におけるX線回折パターンにおける回折ピークを指す。
ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブの好ましい実施形態において、2θ=22.4°における回折ピークの高さ(D1)の、2θ=23.1°における回折ピークの高さ(D2)に対する比は、0.1~8:1、例えば0.1~5:1または0.12~4:1または0.8~8:1の範囲にある。
ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブの好ましい実施形態において、コア-シェルモレキュラーシーブの、シェルに対するコアの質量比は0.2~20:1、例えば1~15:1であり、シェルに対するコアの質量比はX線回折パターンのピーク面積を使用して計算することができる。
ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブの好ましい実施形態において、ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブが420m2/gを超える、例えば420~650m2/gの総比表面積(ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブの比表面積とも称される)を有する。さらに好ましくは、ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブが450m2/gを超える総比表面積を有し、例えば450~620m2/g、480~600m2/g、490~580m2/gまたは500~560m2/gの総比表面積を有する。
ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブの好ましい実施形態において、ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブの総表面積に対するZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブのメソ細孔表面積の割合(総比表面積に対するメソ細孔比表面積の割合とも称される)が10%~40%、例えば12%~35%である。メソ細孔とは、細孔径が2~50nmの細孔をいう。
ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブの好ましい実施形態において、ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブ中の、0.3~0.6nmの細孔径を有する細孔の細孔容積は、ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブの総細孔容積の40%~90%、例えば40%~88%、50%~85%、60%~85%、または70%~82%を占める。
ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブの好ましい実施形態において、ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブ中の、0.7~1.5nmの細孔径を有する細孔の細孔容積は、ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブの総細孔容積の3%~20%、例えば、3%~15%または3%~9%を占める。
ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブの好ましい実施形態において、ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブ中の、2~4nmの細孔径を有する細孔の細孔容積は、ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブの総細孔容積の4%~50%、例えば、4%~40%、または4%~20%、または4%~10%を占める。
ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブの好ましい実施形態において、ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブ中の、20~80nmの細孔径を有する細孔の細孔容積は、ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブの総細孔容積の5%~40%、例えば5%~30%、または6%~20%、または7%~18%、または8%~16%を占める。
ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブの好ましい実施形態において、コア-シェルモレキュラーシーブ中の、2~80nmの細孔径を有する細孔の細孔容積は、総細孔容積の10%~30%、例えば、11%~25%を占める。
ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブの好ましい実施形態において、コア-シェルモレキュラーシーブ中の、20~80nmの細孔径を有する細孔の細孔容積は、2~80nmの細孔径を有する細孔の細孔容積の50%~70%、例えば55%~65%または58%~64%を占める。
ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブの好ましい実施形態において、ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブは、0.28mL/g~0.42mL/g、例えば0.3mL/g~0.4mL/gまたは0.32mL/g~0.38mL/gの総細孔容積を有する。
上記の好ましい実施形態ではZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブが明らかにミクロ細孔-メソ細孔-マクロ細孔の勾配細孔分布を有し、2~4nmおよび20~80nmの孔径内のメソ細孔およびマクロ細孔容積に豊富であり、これはナフテン系重油の大きな分子の分別分解に有利である。
本出願によれば、総細孔容積および細孔径分布は低温窒素吸着容積法により測定することができ、細孔径分布は、RIPP-151-90法(「石油化学分析法(RIPP試験法)」、Cuiding YANG et al., Science Press, September 1990, pages 424-427, ISBN: 7-03-001894-X参照)に準拠したBJH算出法により算出することができる。
ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブの好ましい実施形態において、ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブのシェルにおけるβモレキュラーシーブ粒が10~500nm、例えば50~500nmの粒度を有する。
ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブの好ましい実施形態において、ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブのシェルは、10~2000nm、例えば50~2000nmの厚さを有する。
ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブの好ましい実施形態において、シェルモレキュラーシーブ(すなわち、シェルにおけるβモレキュラーシーブ)は10~500、好ましくは10~300、例えば、30~200、または25~200のシリカ-アルミナ比(すなわち、SiO2/Al2O3として計算されるシリカ対アルミナのモル比)を有する。
ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブの好ましい実施形態において、ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブのコアモレキュラーシーブ(すなわち、コア中のZSM-5モレキュラーシーブ)は、10~∞、例えば20~∞、50~∞、30~300、30~200、20~80、25~70または30~60のシリカ-アルミナ比を有する。
本出願によれば、ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブのコアモレキュラーシーブの粒子は複数のZSM-5モレキュラーシーブ結晶粒の集合体であり、コアモレキュラーシーブの単一粒子中のZSM-5モレキュラーシーブ結晶粒の数は2以上である。
ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブの好ましい実施形態において、ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブのコア中のZSM-5モレキュラーシーブ結晶粒は、0.05~15μm、好ましくは0.1~10μm、例えば0.1~5μmまたは0.1~1.2μmの平均粒度を有する。
ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブの好ましい実施形態において、ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブのコア中のZSM-5モレキュラーシーブ粒子が0.1~30μm、例えば0.2~25μm、0.5~10μm、1~5μmまたは2~4μmの平均粒子サイズを有する。
ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブの好ましい実施形態において、コア-シェルモレキュラーシーブのシェル被覆率は、50~100%、例えば80~100%である。
(ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブの合成方法)
上述のように、第2の態様において、本出願は、以下の工程を含むZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブの合成のための方法を提供する:
1)粒子状ZSM-5モレキュラーシーブ(出発材料)を界面活性剤溶液で処理して、ZSM-5モレキュラーシーブ材料Iを得る工程;
2)粒子状βモレキュラーシーブを含むスラリーでZSM-5モレキュラーシーブ材料Iを処理して、その表面に付着したβモレキュラーシーブを有するZSM-5モレキュラーシーブ材料IIを得る工程;
3)ケイ素源、アルミニウム源、任意のアルカリ源、鋳型および水を含む合成液体を提供し、合成液体を50~300℃の温度で4~100時間結晶化させて(本出願では、第1の結晶化または予備結晶化とも称される)、予備結晶化合成液体IIIを得る工程;および
4)ZSM-5モレキュラーシーブ材料IIを予備結晶化合成液体IIIと混合し、結晶化(本出願では第2の結晶化とも称される)させて、ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブを得る工程。
上述のように、第2の態様において、本出願は、以下の工程を含むZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブの合成のための方法を提供する:
1)粒子状ZSM-5モレキュラーシーブ(出発材料)を界面活性剤溶液で処理して、ZSM-5モレキュラーシーブ材料Iを得る工程;
2)粒子状βモレキュラーシーブを含むスラリーでZSM-5モレキュラーシーブ材料Iを処理して、その表面に付着したβモレキュラーシーブを有するZSM-5モレキュラーシーブ材料IIを得る工程;
3)ケイ素源、アルミニウム源、任意のアルカリ源、鋳型および水を含む合成液体を提供し、合成液体を50~300℃の温度で4~100時間結晶化させて(本出願では、第1の結晶化または予備結晶化とも称される)、予備結晶化合成液体IIIを得る工程;および
4)ZSM-5モレキュラーシーブ材料IIを予備結晶化合成液体IIIと混合し、結晶化(本出願では第2の結晶化とも称される)させて、ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブを得る工程。
本出願のZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブの合成のための方法の好ましい実施形態において、工程1)の処理は、0.05~50重量%、好ましくは0.1~30重量%、例えば0.1~5重量%の濃度で界面活性剤溶液に粒子状ZSM-5モレキュラーシーブ(出発材料)を添加して接触させ、好ましくは撹拌しながら接触させ、それから濾過し、乾燥させて、ZSM-5モレキュラーシーブ材料Iを得ることによって行われる。
この好ましい実施形態において、工程1)の上記乾燥は特に限定されず、例えば、乾燥、急速乾燥、空気乾燥であってもよい。さらに好ましい実施形態において、乾燥温度は50~150℃であり、乾燥時間は、試料を乾燥することができる限り限定されず、例えば0.5~4時間であってもよい。
さらに好ましい実施形態において、工程1)における処理は、20~70℃で0.5時間以上、例えば0.5~48時間または1~36時間実施される。
本出願のZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブの合成のための方法の好ましい実施形態において、工程1)における乾燥基準での界面活性剤溶液のZSM-5モレキュラーシーブに対する重量比は、10~200:1である。
本出願のZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブの好ましい実施形態において、界面活性剤溶液は、界面活性剤の分離または分散を促進することができ、電解質特性を有する塩をさらに含んでもよい。当該塩は、水に可溶なアルカリ金属塩およびアンモニウム塩からなる群から選択される1種以上などであり、好ましくはアルカリ金属の塩化物、アルカリ金属の硝酸塩、アルカリ金属の塩化物、アンモニウムの塩化物、アンモニウムの硝酸塩、アンモニウムの硝酸塩からなる群から選択される1種以上であり、例えば、当該塩は、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化アンモニウム、硝酸アンモニウム、またはそれらの組合せから選択することができ、界面活性剤溶液中の当該塩の濃度は好ましくは0.05重量%~10.0重量%、例えば、0.2重量%~2重量%である。当該塩の添加は、界面活性剤の吸着に有益である。
本出願のZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブの合成のための方法の好ましい実施形態において、界面活性剤はポリメチルメタクリレート、ポリジアリルジメチルアンモニウムクロリド、ジピコリン酸、アンモニア水、エチルアミン、n-ブチルアミン、水酸化テトラエチルアンモニウム、水酸化テトラプロピルアンモニウム、臭化テトラエチルアンモニウム、臭化テトラプロピルアンモニウム、水酸化テトラブチルアンモニウムまたはそれらの組合せからなる群から選択されてもよい。
本出願のZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブの合成のための方法の好ましい実施形態において、工程1)における粒子状ZSM-5モレキュラーシーブのシリカ-アルミナ比は10~∞であり;例えば、工程1)における粒子状ZSM-5モレキュラーシーブのシリカ-アルミナ比は20~∞、50~∞、30~300、30~200、40~70、20~80、25~70または30~60であってもよい。
本出願のZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブの合成のための方法の好ましい実施形態において、工程1)で使用される粒子状ZSM-5モレキュラーシーブの粒子は、ZSM-5モレキュラーシーブの少なくとも2つの結晶粒から構成される。
さらに好ましい実施形態において、ZSM-5モレキュラーシーブ結晶粒は、0.05~20μm、例えば0.1~10μmの平均粒度を有する。
本出願のZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブの合成のための方法の好ましい実施形態において、粒子状ZSM-5モレキュラーシーブは、0.1~30μm、例えば0.5~25μm、1~20μm、1~5μmまたは2~4μmの平均粒子サイズを有する。
本出願のZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブの合成のための方法の好ましい実施形態において、工程1)で使用されるZSM-5モレキュラーシーブは、ナトリウム型ZSM-5モレキュラーシーブ、水素型ZSM-5モレキュラーシーブまたはイオン交換ZSM-5モレキュラーシーブである。イオン交換ZSM-5モレキュラーシーブは、ZSM-5モレキュラーシーブ(例えば、ナトリウム型ZSM-5モレキュラーシーブ)を、アルカリ金属以外のイオン(例えば、遷移金属イオン、アンモニウムイオン、アルカリ土類金属イオン、IIIA族金属イオン、IVA族金属イオンおよびVA族金属イオン)とイオン交換することによって得られる、交換ZSM-5モレキュラーシーブを指す。
本出願のZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブの合成のための方法の好ましい実施形態において、工程2)の処理がZSM-5モレキュラーシーブ材料Iを、粒子状βモレキュラーシーブ(βゼオライトとも称される)を含むスラリーに添加して接触させ、好ましくは撹拌下で接触させ、それから濾過し、次いで乾燥させて、ZSM-5モレキュラーシーブ材料IIを得ることによって行われる。
さらに好ましい実施形態において、工程2)の処理は、20~60℃で0.5時間以上、例えば、1~24時間行われる。
本出願のZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブの合成のための方法の好ましい実施形態において、工程2)における粒子状βモレキュラーシーブを含むスラリー中のβモレキュラーシーブの濃度は、0.1~10重量%、例えば0.3~8重量%または0.2~1重量%の範囲である。
本出願のZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブの合成のための方法の好ましい実施形態において、工程2)におけるβモレキュラーシーブを含むスラリーとZSM-5モレキュラーシーブ材料Iとの乾燥基準での重量比は10~50:1の範囲内であり、好ましくは、乾燥基準でのβモレキュラーシーブの乾燥基準でのZSM-5モレキュラーシーブ材料Iに対する重量比が0.01~1:1の範囲内であり、例えば、0.02~0.35:1である。
本出願のZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブの合成のための方法の好ましい実施形態において、工程2)で使用される粒子状βモレキュラーシーブの粒子が少なくとも1つのβモレキュラーシーブ結晶粒から構成される。さらに好ましい実施形態において、βモレキュラーシーブ粒は、10~500nm、例えば50~400nm、100~300nm、10~300nmまたは200~500nmの平均粒度を有する。
さらに好ましい実施形態において、βモレキュラーシーブ結晶粒の平均粒度は、ZSM-5モレキュラーシーブ結晶粒の平均粒度よりも小さい。例えば、βモレキュラーシーブ粒の平均粒度はZSM-5モレキュラーシーブ粒の平均粒度よりも10~500nm小さいか、またはZSM-5モレキュラーシーブ粒の平均粒度はβモレキュラーシーブ粒の平均粒度の1.5倍以上、例えば2~50または5~20倍である。
本出願のZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブの合成のための方法の好ましい実施形態において、工程2)における粒子状βモレキュラーシーブの平均粒子サイズは、0.01~0.5μm、例えば0.05~0.5μmである。好ましくは、βモレキュラーシーブの粒子が単粒粒子である。
本出願のZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブの合成のための方法の好ましい実施形態において、工程2)で使用されるβモレキュラーシーブは、10~500、例えば30~200または25~200のシリカ-アルミナ比を有する。
本出願のZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブの合成のための方法の好ましい実施形態において、工程3)において、ケイ素源、アルミニウム源、任意選択のアルカリ源、鋳型(Rで表される)、および水のモル比については、R/SiO2=0.1~10、例えば、0.1~3または0.2~2.2;H2O/SiO2=2~150、例えば10~120;SiO2/Al2O3=10~800、例えば20~800;Na2O/SiO2=0~2、例えば0.01~1.7、0.05~1.3または0.1~1.1であり、Rは鋳型を表し、SiO2はSiO2として計算されるケイ素源を表し、Al2O3はAl2O3として計算されるアルミニウム源を表し、Na2OはNa2Oとして計算されるアルカリ源を表す。
本出願のZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブ合成のための方法の好ましい実施形態において、工程3)にて、ケイ素源は、テトラエトキシシラン、水ガラス、粗シリカゲル、シリカゾル、シリカホワイト、活性粘土、またはそれらの組合せからなる群から選択されてもよい。アルミニウム源は、硫酸アルミニウム、アルミニウムイソプロポキシド、硝酸アルミニウム、アルミニウムゾル、メタアルミン酸ナトリウム、γ-アルミナ、またはそれらの組合せからなる群から選択されてもよい。アルカリ源は、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、またはそれらの組合せからなる群から選択されてもよい。鋳型(R)は、例えば、フッ化テトラエチルアンモニウム、水酸化テトラエチルアンモニウム、塩化テトラエチルアンモニウム、臭化テトラエチルアンモニウム、ポリビニルアルコール、トリエタノールアミン、またはカルボキシメチルセルロースナトリウムからなる群から選択される1つ以上であってもよい。好ましくは、鋳型は、水酸化テトラエチルアンモニウム、塩化テトラエチルアンモニウム、臭化テトラエチルアンモニウムまたはそれらの組合せを含む。
本出願のZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブの合成のための方法の好ましい実施形態において、工程3)にて、ケイ素源、アルミニウム源、任意のアルカリ源、鋳型R、および脱イオン水を混合して合成液体を形成し、次いで合成液体を75~250℃で10~80時間結晶化させて、予備結晶化合成液体IIIを得る。好ましくは工程3)の結晶化(すなわち、最初の結晶化)の結晶化温度は80~180℃であり、結晶化時間は18~50時間である。
本出願のZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブの合成のための方法の上記好ましい実施形態において、工程3)の結晶化は得られた予備結晶化合成液体IIIが結晶化状態で存在するように行われ、結晶粒が現れるが、まだ現れていない、すなわち結晶化誘導期間の終了付近であり、結晶核の急速成長段階に入る。好ましくは、得られた予備結晶化合成テトラエトキシシラン液体IIIのXRD分析が2θ=22.4°でピークを示し、2θ=21.2°ではピークを示さない。2θ=22.4°は2θ=22.4°±0.1°の範囲にあることを意味し、2θ=21.2°は2θ=21.2°±0.1°の範囲にあることを意味する。例えば、その合成液体IIIのXRDパターンにおいて、2θ=22.4°におけるピークの強度の2θ=21.2°におけるピークの強度に対する比は無限大である。結晶化合成液体IIIのXRD分析は、予備結晶化合成液体IIIを濾過、洗浄、乾燥し、550℃で4時間焼成した後にXRD分析を行うことができ、洗浄は脱イオン水を使用して行うことができる。
本出願のZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブの合成のための方法の好ましい実施形態において、工程4)にて、ZSM-5モレキュラーシーブ材料IIを予備結晶化合成液体IIIと混合し、例えば、ZSM-5モレキュラーシーブ材料IIを予備結晶化合成液体IIIに添加し、乾燥基準での予備結晶化合成液体IIIのZSM-5モレキュラーシーブ材料IIに対する重量比は2~10:1、例えば、4~10:1である。好ましくは、乾燥基準でのZSM-5モレキュラーシーブの乾燥基準での予備結晶化合成液体IIIに対する重量比が0.2:1より大きく、例えば、0.3~20:1、1~15:1、0.5~10:1、0.5~5:1、0.8~2:1または0.9~1.7:1であり、乾燥基準での予備結晶化合成液体IIIの重量は、予備結晶化合成液体IIIを濾過し、850℃にて大気中で1時間乾燥および焼成した後に得られる固体生成物の重量を指す。
ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブの合成のための方法の好ましい実施形態において、工程4)における結晶化(すなわち、第2の結晶化)の結晶化温度は50~300℃であり、結晶化時間は10~400時間である。
ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブの合成のための方法の好ましい実施形態において、工程4)において、ZSM-5モレキュラーシーブ材料IIを予備結晶化合成液体IIIと混合し、次いで100℃および250℃で30~350時間結晶化させる。工程4)における結晶化の結晶化温度は、例えば、100~200℃であり、結晶化時間は、例えば、50~120時間である。
本出願のZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブの合成のための方法の好ましい実施形態において、工程4)にて、結晶化が完了した後、コア-シェルモレキュラーシーブを回収する方法をさらに実施してもよく、回収する工程は典型的には濾過、洗浄、乾燥および焼成の1つ以上の工程を含み、例えば、結晶化生成物を濾過し、次いで洗浄し、乾燥し、場合により焼成してもよい。乾燥は従来の手段によって実施してもよく、例えば、空気乾燥、炉乾燥、気体乾燥、フラッシュ乾燥であってもよい。好ましくは、乾燥条件は50~150℃の温度および0.5~4時間の時間を含んでよい。洗浄は、例えば水で洗浄することによる従来の手段によって実施してもよく、水は脱イオン水、蒸留水および脱カチオン水からなる群から選択される1つ以上であり得、コア-シェルモレキュラーシーブの水に対する重量比は例えば、1:5~20であってもよく、洗浄後の水のpH値が8~9になるまで、洗浄を1回以上行うことができる。焼成条件は、例えば、400~600℃の焼成温度、および2~10時間の焼成時間を含むことができる。
本出願のZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブの合成のための方法の好ましい実施形態において、得られたZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブはZSM-5モレキュラーシーブのコアとβモレキュラーシーブのシェルとを有し、シェルモレキュラーシーブのシリカ-アルミナ比はSiO2/Al2O3として計算して、10~500、例えば、25~200である。
特に好ましい実施形態において、本出願のZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブの合成のための方法は、以下の工程を含む:
1)ZSM-5モレキュラーシーブを0.05~50重量%の濃度で界面活性剤溶液中に、処理のために、添加し、0.5~48h撹拌し(界面活性剤のZSM-5モレキュラーシーブに対する重量比は好ましくは0.02~0.5:1である)、濾過し、乾燥させてZSM-5モレキュラーシーブ材料Iを得る工程であって、ZSM-5モレキュラーシーブは、好ましくは20~∞、例えば50~∞の、SiO2/Al2O3として計算されるシリカ-アルミナモル比を有する、工程;
2)ZSM-5モレキュラーシーブ材料Iを、βモレキュラーシーブを含むスラリー中に添加し(スラリー中のβモレキュラーシーブの含有量が0.2~8重量%であり、βモレキュラーシーブのZSM-5モレキュラーシーブ材料Iに対する乾燥基準での重量比が好ましくは0.03~0.30:1である)、少なくとも0.5時間、例えば0.5~24時間撹拌し、次いで濾過および乾燥させて、ZSM-5モレキュラーシーブ材料IIを得る工程、
3)ケイ素源、アルミニウム源、任意のアルカリ源、鋳型(Rで表される)、および水を混合して混合溶液を形成し、混合溶液を50~300℃で4~100時間、好ましくは75~250℃で10~80時間撹拌して、予備結晶化合成液体IIIを得る工程であって;モル比は、R/SiO2=0.1~10:1、H2O/SiO2=2~150:1、SiO2/Al2O3=10~800:1、Na2O/SiO2=0~2:1であり;ケイ素源は、例えば、テトラエトキシシラン、水ガラス、粗シリカゲル、シリカゾル、シリカホワイト、活性粘土、またはそれらの組合せからなる群から選択され;アルミニウム源は、例えば、硫酸アルミニウム、アルミニウムイソプロポキシド、硝酸アルミニウム、アルミニウムゾル、メタアルミン酸ナトリウム、γ-アルミナ、またはそれらの組合せからなる群から選択され、アルカリ源は、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、またはそれらの組合せからなる群から選択され、鋳型剤は例えば、フッ化テトラエチルアンモニウム、水酸化テトラエチルアンモニウム、塩化テトラエチルアンモニウム、臭化テトラエチルアンモニウム、トリエタノールアミン、またはカルボキシメチルセルロースナトリウムからなる群から選択される1種以上である、工程、
4)ZSM-5モレキュラーシーブ材料IIを予備結晶化合成液体IIIに添加し、50~300℃で10~400時間結晶化し、好ましくはZSM-5モレキュラーシーブ材料IIを予備結晶化合成液体IIIに添加し、100~250℃で30~350時間結晶化し、結晶化完了後、濾過、洗浄、および乾燥させてZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブを得る工程であって、好ましくは、得られたシェルβモレキュラーシーブがSiO2/Al2O3として計算される25~200のシリカ-アルミナモル比を有するように、ケイ素源およびアルミニウム源を使用する、工程。
1)ZSM-5モレキュラーシーブを0.05~50重量%の濃度で界面活性剤溶液中に、処理のために、添加し、0.5~48h撹拌し(界面活性剤のZSM-5モレキュラーシーブに対する重量比は好ましくは0.02~0.5:1である)、濾過し、乾燥させてZSM-5モレキュラーシーブ材料Iを得る工程であって、ZSM-5モレキュラーシーブは、好ましくは20~∞、例えば50~∞の、SiO2/Al2O3として計算されるシリカ-アルミナモル比を有する、工程;
2)ZSM-5モレキュラーシーブ材料Iを、βモレキュラーシーブを含むスラリー中に添加し(スラリー中のβモレキュラーシーブの含有量が0.2~8重量%であり、βモレキュラーシーブのZSM-5モレキュラーシーブ材料Iに対する乾燥基準での重量比が好ましくは0.03~0.30:1である)、少なくとも0.5時間、例えば0.5~24時間撹拌し、次いで濾過および乾燥させて、ZSM-5モレキュラーシーブ材料IIを得る工程、
3)ケイ素源、アルミニウム源、任意のアルカリ源、鋳型(Rで表される)、および水を混合して混合溶液を形成し、混合溶液を50~300℃で4~100時間、好ましくは75~250℃で10~80時間撹拌して、予備結晶化合成液体IIIを得る工程であって;モル比は、R/SiO2=0.1~10:1、H2O/SiO2=2~150:1、SiO2/Al2O3=10~800:1、Na2O/SiO2=0~2:1であり;ケイ素源は、例えば、テトラエトキシシラン、水ガラス、粗シリカゲル、シリカゾル、シリカホワイト、活性粘土、またはそれらの組合せからなる群から選択され;アルミニウム源は、例えば、硫酸アルミニウム、アルミニウムイソプロポキシド、硝酸アルミニウム、アルミニウムゾル、メタアルミン酸ナトリウム、γ-アルミナ、またはそれらの組合せからなる群から選択され、アルカリ源は、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、またはそれらの組合せからなる群から選択され、鋳型剤は例えば、フッ化テトラエチルアンモニウム、水酸化テトラエチルアンモニウム、塩化テトラエチルアンモニウム、臭化テトラエチルアンモニウム、トリエタノールアミン、またはカルボキシメチルセルロースナトリウムからなる群から選択される1種以上である、工程、
4)ZSM-5モレキュラーシーブ材料IIを予備結晶化合成液体IIIに添加し、50~300℃で10~400時間結晶化し、好ましくはZSM-5モレキュラーシーブ材料IIを予備結晶化合成液体IIIに添加し、100~250℃で30~350時間結晶化し、結晶化完了後、濾過、洗浄、および乾燥させてZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブを得る工程であって、好ましくは、得られたシェルβモレキュラーシーブがSiO2/Al2O3として計算される25~200のシリカ-アルミナモル比を有するように、ケイ素源およびアルミニウム源を使用する、工程。
任意で、本出願のZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブの合成のための方法は、さらに、以下の工程を含んでいてもよい:
5)工程4)で得られたコア-シェルモレキュラーシーブ(すなわち、ナトリウム型コア-シェルモレキュラーシーブ)をアンモニア交換に供し、コア-シェルモレキュラーシーブ中のNa2Oの含有量を0.15重量%未満に減少させる工程;
6)工程5)で得られたコア-シェルモレキュラーシーブを乾燥させ、400~600℃で2~10時間焼成して鋳型を除去して、水素型コア-シェルモレキュラーシーブを得る工程。
5)工程4)で得られたコア-シェルモレキュラーシーブ(すなわち、ナトリウム型コア-シェルモレキュラーシーブ)をアンモニア交換に供し、コア-シェルモレキュラーシーブ中のNa2Oの含有量を0.15重量%未満に減少させる工程;
6)工程5)で得られたコア-シェルモレキュラーシーブを乾燥させ、400~600℃で2~10時間焼成して鋳型を除去して、水素型コア-シェルモレキュラーシーブを得る工程。
好ましくは、工程5)に記載のアンモニウム交換は、ナトリウム型コア-シェルモレキュラーシーブ:アンモニウム塩:H2O=1:(0.1~1):(5~15)の重量比で、50~100℃で交換をし、濾過をすることを行い、この工程は1回以上行ってもよく、アンモニウム塩は塩化アンモニウム、硫酸アンモニウムおよび硝酸アンモニウムから選択される1種以上である。
本出願は、ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブの合成のための方法によって得られるZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブ材料も提供する。
本出願はまた、炭化水素油の接触分解または深部接触分解における、ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブの使用、または、本出願の方法によって得られるZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブの使用を提供する。ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブは、接触分解触媒を調製するための有効成分の一部または全部として使用することができ、次いで、得られた反応生成物のプロピレン収率および/またはエチレン収率を改善するために、炭化水素油の接触分解または深部接触分解に使用することができる。
(ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブを含む触媒)
上記のように、第3の態様において、本出願は、乾燥基準で、触媒の重量に基づいて、30重量%~90重量%の担体、2重量%~50重量%の本出願によるZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブ、および0重量%~50重量%の追加のモレキュラーシーブを含む触媒を提供する。
上記のように、第3の態様において、本出願は、乾燥基準で、触媒の重量に基づいて、30重量%~90重量%の担体、2重量%~50重量%の本出願によるZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブ、および0重量%~50重量%の追加のモレキュラーシーブを含む触媒を提供する。
好ましい実施形態において、担体は、粘土、アルミナ担体、シリカ担体、シリカ-アルミナ担体、リン酸アルミニウムゲル/ゾル、およびジルコニアゲル/ゾルからなる群から選択される1つ以上を含んでもよい。
本出願によれば、粘土は、カオリン、モンモリロナイト、珪藻土、ハロイサイト、擬ハロイサイト、サポナイト、レクトライト、セピオライト、アタパルガイト、ヒドロタルサイト、ベントナイトなどの天然粘土からなる群から選択される1つ以上であってもよい。
本出願によれば、アルミナ担体は、酸性化擬ベーマイト、アルミナゾル、水和アルミナおよび活性アルミナからなる群から選択される1種以上であり得る。水和アルミナは、例えば、擬ベーマイト(酸性化されていない)、ベーマイト、ギブサイト、バイエライト、ノルドストランダイト、非晶質水酸化アルミニウムからなる群から選択される1種以上であってもよい。活性アルミナは、例えば、γ-アルミナ、η-アルミナ、χ-アルミナ、δ-アルミナ、θ-アルミナ、およびκ-アルミナからなる群から選択される1つ以上であってもよい。
本出願によれば、酸性化擬ベーマイトは擬ベーマイトを酸性化することによって得ることができ、酸性化は当業者に周知の方法で、例えば、擬ベーマイトを水でスラリー化してスラリーを形成し、次いで、酸を添加し、50~85℃で0.2~1.5時間撹拌することによって行ってもよく、アルミナとして計算される擬ベーマイトに対する酸のモル比は例えば、0.10~0.25である。
本出願によれば、シリカ担体は、例えば、シリカゾル、シリカゲル、および固体シリカゲルからなる群から選択される1種以上であってもよい。シリカゾルは、例えば、中性シリカゾル、酸性シリカゾル、および塩基性シリカゾルからなる群から選択される1種以上であってもよい。
本出願によれば、シリカ-アルミナ担体は、例えば、シリカ-アルミナ材料、シリカ-アルミナゾル、およびシリカ-アルミナゲルからなる群から選択される1つ以上であってもよい。
本出願によれば、アルミニウムリン酸塩ゲル/ゾルは、例えば、アルミニウムリン酸塩ゾル、アルミニウムリン酸塩ゲルであり得る。
本出願によれば、ジルコニアゲル/ゾルは、例えば、ジルコニアゾル、ジルコニウムゲルであってもよい。
好ましい実施形態において、ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブは、Na2Oとして計算して、0.15重量%以下のナトリウム含有量を有する。
本実施形態によれば、アンモニウム交換により、酸化ナトリウム含有量が低減されたコア-シェルモレキュラーシーブを得ることができる。アンモニウム交換は、公知の方法で行ってもよく、例えば、アンモニウム交換は、ナトリウム型コア-シェルモレキュラーシーブ:アンモニウム塩:H2O=1:(0.1~1):(5~15)の重量比で50~100℃で行い、続いて濾過をすることによって実施してもよく、1回以上行ってもよく、アンモニウム塩は、塩化アンモニウム、硫酸アンモニウム、および硝酸アンモニウムからなる群から選ばれる1種以上であってもよい。
本出願によれば、追加のモレキュラーシーブは、接触分解触媒の調製において従来使用されている種々のモレキュラーシーブのいずれであってもよい。好ましい実施形態において、追加のモレキュラーシーブは、Yモレキュラーシーブおよび0.65~0.70ナノメートルの細孔開口径を有するモレキュラーシーブ、またはそれらの組合せからなる群から選択してもよい。
さらに好ましい実施形態において、Yモレキュラーシーブは、希土類を含まないYモレキュラーシーブ、または、RE2O3として計算して5重量%未満の希土類含有量を有する、少ない希土類を含むYモレキュラーシーブである。Yモレキュラーシーブは、例えば、4~18または4.5~15のシリカ-アルミナ比(SiO2/Al2O3モル比)を有する。Yモレキュラーシーブは、DASYモレキュラーシーブ、希土類含有DASYモレキュラーシーブ、HRYモレキュラーシーブ、希土類含有HRYモレキュラーシーブ、DOSYモレキュラーシーブ、USYモレキュラーシーブ、希土類含有USYモレキュラーシーブ、HYモレキュラーシーブおよびREHYモレキュラーシーブからなる群から選択される1種以上であり、好ましくはHYモレキュラーシーブ、DASYモレキュラーシーブおよびUSYモレキュラーシーブからなる群から選択される1種以上である。
さらに好ましい実施形態において、0.65~0.70ナノメートルの細孔開口径を有するモレキュラーシーブは、AET、AFR、AFS、AFI、BEA、BOG、CFI、CON、GME、IFR、ISV、LTL、MEI、MOR、OFFまたはSAO構造を有するモレキュラーシーブからなる群から選択される1つ以上であり、好ましくはBeta、SAPO-5、SAPO-40、SSZ-13、CIT-1、ITQ-7、ZSM-18、モルデナイト、グメリナイトまたはそれらの組合せからなる群から選択され、より好ましくはβモレキュラーシーブであり、例えば、水素型βモレキュラーシーブであってもよい。
(第1のタイプの実施形態)
本出願の第1のタイプの実施形態の触媒は、シリカゾルおよび改質元素を含む担体と、本出願によるコア-シェルモレキュラーシーブとを含む水素化VGO接触分解触媒である。担体の含有量は乾燥基準で50重量%~90重量%、好ましくは55重量%~75重量%または60重量%~85重量%である。コア-シェルモレキュラーシーブの含有量は乾燥基準で10重量%~50重量%、好ましくは20重量%~45重量%または15重量%~40重量%である。シリカゾルの含有量は乾燥基準で1重量%~15重量%、好ましくは5重量%~15重量%である。改質元素化合物の含有量は0.1重量%~12重量%であり、例えば、0.5重量%~10重量%である。
本出願の第1のタイプの実施形態の触媒は、シリカゾルおよび改質元素を含む担体と、本出願によるコア-シェルモレキュラーシーブとを含む水素化VGO接触分解触媒である。担体の含有量は乾燥基準で50重量%~90重量%、好ましくは55重量%~75重量%または60重量%~85重量%である。コア-シェルモレキュラーシーブの含有量は乾燥基準で10重量%~50重量%、好ましくは20重量%~45重量%または15重量%~40重量%である。シリカゾルの含有量は乾燥基準で1重量%~15重量%、好ましくは5重量%~15重量%である。改質元素化合物の含有量は0.1重量%~12重量%であり、例えば、0.5重量%~10重量%である。
本出願の第1のタイプの実施形態の触媒は、好ましくは、改質元素の少なくとも一部がシリカゾル中に存在し、より好ましくは改質元素の全てがシリカゾル中に存在し、改質元素は希土類元素である。希土類元素含有シリカゾルは本明細書では改質シリカゾルと称し、RE2O3として算出される希土類の、SiO2として算出されるシリカゾルに対する重量比が0.2~18:100、好ましくは1~18:100であることが好ましい。
本出願の第1のタイプの実施形態の触媒において、担体は、さらに、擬ベーマイト、アルミナゾル、および粘土からなる群から選択される1つ以上を含むことが好ましい。さらに好ましくは、触媒が乾燥基準で、1~15重量%のシリカゾル、5~25重量%の擬ベーマイト、3~20重量%のアルミナゾル、および25~50重量%の粘土を含む。担体の希土類酸化物含有量は、担体の乾燥重量に基づいて、RE2O3として計算して、0超~15重量%、例えば、0.1~15重量%、1~15重量%、0.5~5重量%、または0.2~10重量%である。
本出願の第1のタイプの実施形態の触媒による水素化VGO接触分解触媒は、水素化VGOの接触転化のために使用されるとき、より高い重油収率およびより高いエチレン収率およびプロピレン収率を示す。
本出願の第1のタイプの実施形態の触媒は、シリカゾルと、改質元素化合物と、本出願によるコア-シェルモレキュラーシーブとを含む第1のスラリーを形成し、噴霧乾燥を行う工程を含み、改質元素が希土類元素である、方法によって調製してもよい。
好ましくは、第1のタイプの実施形態の触媒を調製する方法は、以下の工程を含む:
i)本出願のZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブの合成のための方法によるナトリウム型コア-シェルモレキュラーシーブを調製する工程;
ii)工程i)で得られたナトリウム型コア-シェルモレキュラーシーブをアンモニア交換に供して、コア-シェルモレキュラーシーブ中のNa2O含有量を0.15重量%未満の濃度に減少させる工程;
iii)工程ii)で得られたコア-シェルモレキュラーシーブを乾燥させ、400~600℃で2~10時間焼成して水素型コア-シェルモレキュラーシーブを得る工程;および
iv)希土類塩、シリカゾル、および工程iii)で得られた水素型コア-シェルモレキュラーシーブを含む第1スラリーを形成し、噴霧乾燥して、触媒を得る工程。
i)本出願のZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブの合成のための方法によるナトリウム型コア-シェルモレキュラーシーブを調製する工程;
ii)工程i)で得られたナトリウム型コア-シェルモレキュラーシーブをアンモニア交換に供して、コア-シェルモレキュラーシーブ中のNa2O含有量を0.15重量%未満の濃度に減少させる工程;
iii)工程ii)で得られたコア-シェルモレキュラーシーブを乾燥させ、400~600℃で2~10時間焼成して水素型コア-シェルモレキュラーシーブを得る工程;および
iv)希土類塩、シリカゾル、および工程iii)で得られた水素型コア-シェルモレキュラーシーブを含む第1スラリーを形成し、噴霧乾燥して、触媒を得る工程。
さらに好ましくは、工程ii)における上記アンモニウム交換は、50~100℃で、ナトリウム型コア-シェルモレキュラーシーブ:アンモニウム塩:H2O=1:(0.1~1):(5~15)の重量比で交換を行い、濾過を行う工程を含む、1回以上行ってもよく、アンモニウム塩は塩化アンモニウム、硫酸アンモニウムおよび硝酸アンモニウムからなる群から選択される1種以上であってもよい。
本出願の第1のタイプの実施形態において、工程ii)で得られたコア-シェルモレキュラーシーブを乾燥させ、次いで工程iii)で焼成して鋳型を除去して、Na含有量が低減されたコア-シェルモレキュラーシーブ(すなわち、水素型コア-シェルモレキュラーシーブ)を得る。
本出願の第1のタイプの実施形態において、担体は、シリカゾルおよび改質元素に加えて、接触分解触媒に従来使用されている担体を含むことが好ましく、本出願はこれに特に限定されない。例えば、担体は、天然粘土/アルミナ担体、天然粘土/アルミナ/シリカ担体(シリカゾル以外のシリカ担体)をさらに含んでもよく、アルミナ担体は例えば、アルミナゾルおよび/または擬ベーマイトであってもよい。好ましくは、シリカゾルは、得られた触媒中のシリカゾル含有量が乾燥基準で1重量%~15重量%であるような量で添加される。
さらに好ましくは、工程iv)における第1のスラリーは、シリカゾル、改質元素化合物、ならびに、任意に粘土、アルミニウムゾル、および擬ベーマイトからなる群から選択される1つ以上を含む。特に好ましくは、擬ベーマイトを酸によって酸性化し、次いでシリカゾル、アルミニウムゾル、改質元素化合物および粘土と混合し、スラリー化して第1のスラリーを得る。
さらに好ましくは、工程iv)において、改質元素化合物を最初にシリカゾルと混合して改質シリカゾルを形成し、次いで、改質シリカゾルを上記第1のスラリーに導入する。改質元素化合物は、例えば、希土類である。好ましくは、希土類塩を最初にシリカゾルに添加して希土類改質シリカゾルを得、次いで、コア-シェルモレキュラーシーブ、他の担体および水などの他の材料と混合し、スラリー化する。より好ましくは、コア-シェルモレキュラーシーブを最初に改質シリカゾルと混合して第2のスラリーを形成し、次いで、酸性化擬ベーマイト、アルミナゾル、粘土、および任意に水などの他の担体と混合して、第1のスラリーを形成する。
本出願の第1のタイプの実施形態において、好ましくは希土類元素がランタンおよび/またはセリウムを含み、ランタンおよび/またはセリウムの量は希土類の総量の50重量%を超える。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ってもよい。
本出願の第1のタイプの実施形態において、好ましくは、シリカゾルは、中性シリカゾル、酸性シリカゾル、および塩基性シリカゾルからなる群から選択される1つ以上であってもよい。
本出願の第1のタイプの実施形態において、希土類塩は、担体中の希土類酸化物の含有量がRE2O3として計算して1重量%~15重量%となるように使用することが好ましい。
本出願の第1のタイプの実施形態において、好ましくは、工程iv)で得られる第1のスラリーの固形分が典型的には10重量%~50重量%、好ましくは15重量%~30重量%の範囲である。
本出願の第1のタイプの実施形態において、工程iv)における噴霧乾燥のための条件は、接触分解触媒の調製において一般的に使用される条件であってもよい。典型的には、噴霧乾燥温度は100~350℃、好ましくは200~300℃である。
本出願の第1のタイプの実施形態において、好ましくは、噴霧乾燥によって得られた触媒は交換および洗浄に供されてもよく、アンモニウム塩溶液との交換および洗浄に供されてもよい。例えば、上記交換および洗浄は50~100℃で、触媒:アンモニウム塩:H2O=1:(0.01~1):(5~15)の重量比で行われ、濾過を実施してもよく、1回以上行ってもよく、アンモニウム塩は塩化アンモニウム、硫酸アンモニウム、および硝酸アンモニウムからなる群から選択される1種以上であってもよい。好ましくは、交換および洗浄が0.15重量%未満のNa2O含有量を有する触媒をもたらす。交換洗浄された触媒を乾燥させてもよい。
本出願の第1のタイプの実施形態において、好ましくは触媒を調製するための方法は、工程iv)の後に焼成工程をさらに含んでよく、焼成は、交換および洗浄の前に、ならびに/または交換および洗浄の後に実施してもよい。焼成は従来の焼成方法によって行うことができ、例えば、焼成温度は400~650℃であってもよく、焼成時間は2~10時間であってもよく、例えば、焼成は450~580℃で2~6時間行ってもよい。
本出願の第1のタイプの実施形態において、好ましくは、工程iv)は、さらに、A)希土類改質担体を調製する工程であって、希土類は、シリカゾル、粘土、擬ベーマイトまたはアルミニウムゾルからなる群から選択される1つ以上などの担体の全体または上記担体の一部に存在してもよく、例えば、希土類を等容含浸によって導入して、担体(例えば粘土など)の一部を改質してもよく、乾燥後、担体を350~600℃の温度で0.5~5時間焼成し、希土類塩をシリカゾル、アルミナゾルまたは擬ベーマイトスラリーに添加して、改質シリカゾル、改質アルミナゾルまたは改質擬ベーマイトを得、次いで、第1のスラリーに添加してもよく、好ましくは希土類塩をシリカゾルに添加してもよい、工程;および、B)希土類改質担体と、場合により、改質元素によって改質されていない担体とを、コア-シェルモレキュラーシーブおよび水と混合してスラリー化し、噴霧乾燥を行う工程;を含む。
本出願の第1のタイプの実施形態において、特に好ましくは、工程iv)はさらに、
a)擬ベーマイトを水でスラリー化してスラリーを形成し、塩酸または硝酸などの酸を添加し、熟成する工程;
b)シリカゾルを希土類塩と混合して改質シリカゾルを得る工程;
c)改質シリカゾル、コア-シェルモレキュラーシーブ、熟成擬ベーマイト、アルミナゾル、粘土および水を混合して第1のスラリーを得る工程であって、好ましくは、コア-シェルモレキュラーシーブを最初に改質シリカゾルと混合し、次いで混合物を熟成擬ベーマイト、アルミナゾル、粘土および場合により水と混合する工程;および
d)第1のスラリーを噴霧乾燥させて触媒微小球を得る工程;
を含む。
a)擬ベーマイトを水でスラリー化してスラリーを形成し、塩酸または硝酸などの酸を添加し、熟成する工程;
b)シリカゾルを希土類塩と混合して改質シリカゾルを得る工程;
c)改質シリカゾル、コア-シェルモレキュラーシーブ、熟成擬ベーマイト、アルミナゾル、粘土および水を混合して第1のスラリーを得る工程であって、好ましくは、コア-シェルモレキュラーシーブを最初に改質シリカゾルと混合し、次いで混合物を熟成擬ベーマイト、アルミナゾル、粘土および場合により水と混合する工程;および
d)第1のスラリーを噴霧乾燥させて触媒微小球を得る工程;
を含む。
さらに好ましくは、触媒を調製するための方法は、さらに、v)工程iv)で得られた触媒を450~580℃で2~6時間焼成する工程と、vi)焼成した触媒をアンモニア交換および洗浄に供して、触媒中のNa2O含有量を0.15重量%未満に減少させる工程とをさらに含む。
第1のタイプの実施形態において、本出願は、触媒を調製するための方法によって調製された触媒をさらに提供する。
本出願の第1のタイプの実施形態の触媒を水素化VGOの接触分解に使用すると、より多くの重油を生成することができ、エチレンの収率およびプロピレンの収率を改善することができ、好ましくは、既存触媒と比較して、C3=/C30>8である。
(第2のタイプの実施形態)
本出願の第2のタイプの実施形態の触媒は、軽質オレフィンを生成するための水素化LCOの接触分解のための触媒であり、触媒は、乾燥基準で、50重量%~85重量%の担体、10重量%~35重量%、好ましくは10重量%~25重量%の本出願によるコア-シェルモレキュラーシーブ、および5重量%~15重量%、好ましくは8重量%~12重量%の、0.65~0.70nmの範囲の細孔開口径を有するモレキュラーシーブ(第2のモレキュラーシーブとも称される)を含む。
本出願の第2のタイプの実施形態の触媒は、軽質オレフィンを生成するための水素化LCOの接触分解のための触媒であり、触媒は、乾燥基準で、50重量%~85重量%の担体、10重量%~35重量%、好ましくは10重量%~25重量%の本出願によるコア-シェルモレキュラーシーブ、および5重量%~15重量%、好ましくは8重量%~12重量%の、0.65~0.70nmの範囲の細孔開口径を有するモレキュラーシーブ(第2のモレキュラーシーブとも称される)を含む。
本出願の第2のタイプの実施形態の触媒によれば、触媒中の担体は接触分解触媒において従来使用されている担体であってもよく、例えば、担体は、粘土、アルミナ担体、シリカ担体、シリカ-アルミナ担体、およびリン酸アルミニウムゲル/ゾルからなる群から選択される1つ以上を含んでもよく;任意に、担体は、リン酸化物、アルカリ土類金属酸化物などの添加剤を含んでもよい。好ましくは、担体は、粘土およびアルミナ担体、または粘土、アルミナおよびシリカ担体である。好ましくは、担体はシリカ担体を含む。シリカ担体は例えば、固体シリカゲル担体および/またはシリカゾル担体であり、より好ましくはシリカゾル担体である。さらに好ましくは、触媒のシリカ担体含有量が、SiO2として計算して、0~15重量%、例えば1~15重量%または10~15重量%または5~15重量%である。
本出願の第2のタイプの実施形態の触媒は、好ましくは乾燥基準で、15重量%~40重量%のコア-シェルモレキュラーシーブ、35重量%~50重量%の粘土、10重量%~30重量%の酸性化擬ベーマイト(略してベーマイトと称する)、5重量%~15重量%のアルミナゾル、および0重量%~15重量%のシリカゾル、例えば5重量%~15重量%のシリカゾルを含む。
本出願の第2のタイプの実施形態の触媒は、本出願によるコア-シェルモレキュラーシーブと、第2のモレキュラーシーブと、担体と、水とを含む第1のスラリーを形成する工程、および、噴霧乾燥をさせる工程を含む方法によって調製してもよく、第2のモレキュラーシーブは、0.65~0.70ナノメートルの細孔開口径を有するモレキュラーシーブである。
好ましくはコア-シェルモレキュラーシーブがナトリウム型コア-シェルモレキュラーシーブであるとき、コア-シェルモレキュラーシーブを最初にアンモニウム交換に供し、次いで、第2のモレキュラーシーブ、担体および水でスラリー化してもよい。
好ましくは、第2のタイプの実施形態の触媒を調製するための方法が以下の工程を含む:
i)本出願のZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブの合成のための方法によりナトリウム型コア-シェルモレキュラーシーブを調製する工程;
ii)得られたナトリウム型コア-シェルモレキュラーシーブをアンモニア交換に供して、コア-シェルモレキュラーシーブ中のNa2O含有量を0.15重量%未満の濃度に減少させる工程;
iii)工程ii)で得られたコア-シェルモレキュラーシーブを乾燥させて、400~600℃で2~10時間焼成して水素型コア-シェルモレキュラーシーブを得る工程、および
iv)工程iii)で得られた水素型コア-シェルモレキュラーシーブをスラリー化し、細孔開口径が0.65~0.70ナノメートルのモレキュラーシーブと、担体と、水とを使用して第1スラリーを得、噴霧乾燥させ、場合により焼成して、触媒を得る工程。
i)本出願のZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブの合成のための方法によりナトリウム型コア-シェルモレキュラーシーブを調製する工程;
ii)得られたナトリウム型コア-シェルモレキュラーシーブをアンモニア交換に供して、コア-シェルモレキュラーシーブ中のNa2O含有量を0.15重量%未満の濃度に減少させる工程;
iii)工程ii)で得られたコア-シェルモレキュラーシーブを乾燥させて、400~600℃で2~10時間焼成して水素型コア-シェルモレキュラーシーブを得る工程、および
iv)工程iii)で得られた水素型コア-シェルモレキュラーシーブをスラリー化し、細孔開口径が0.65~0.70ナノメートルのモレキュラーシーブと、担体と、水とを使用して第1スラリーを得、噴霧乾燥させ、場合により焼成して、触媒を得る工程。
さらに好ましくは、工程ii)におけるアンモニウム交換は、ナトリウム型コア-シェルモレキュラーシーブ:アンモニウム塩:H2O=1:(0.1~1):(5~15)の重量比で交換するために、コア-シェルモレキュラーシーブを50~100℃でアンモニウム塩溶液と接触させ、次いで、濾過する工程を含み、アンモニウム交換工程は1回または2回以上実施し、アンモニウム塩は塩化アンモニウム、硫酸アンモニウムおよび硝酸アンモニウムからなる群から選択される1つ以上である。
本出願の第2のタイプの実施形態において、担体は接触分解触媒で一般的に使用される担体であってもよい。好ましくは、担体は、粘土、アルミナ担体、シリカ担体、リン酸アルミニウムゲル/ゾルおよびシリカ-アルミナ担体からなる群から選択される1種以上を含む。コア-シェルモレキュラーシーブおよび担体を含むスラリーにおいて、乾燥基準での、コア-シェルモレキュラーシーブの担体に対する重量比は、15~50:50~85、例えば25~45:55~75である。コア-シェルモレキュラーシーブおよび担体を含むスラリーは、典型的には10重量%~50重量%、好ましくは15重量%~30重量%の固形分を有する。
本出願の第2のタイプの実施形態において、好ましくは、担体は粘土、および結合機能を有する担体を含む。結合機能を有する担体は、シリカゾルなどのシリカ担体、アルミナゾルおよび/または酸性化擬ベーマイトなどのアルミナ担体、ならびにリン酸アルミニウムゲル/ゾルからなる群から選択される1種以上であり得る。さらに好ましくは、結合機能を有する担体は酸性化擬ベーマイト、アルミニウムゾルおよびシリカゾルからなる群から選択される1種以上を含む。例えば、結合機能を有する担体は、アルミナゾルおよび/または酸性化擬ベーマイトを含んでよく;または結合機能を有する担体は、シリカゾル、場合によりアルミニウムゾルおよび/もしくは酸性化擬ベーマイトを含んでよく;シリカゾルは、得られた触媒中のシリカゾルに由来するシリカ含有量(SiO2として計算される)が1重量%~15重量%であるような量で添加される。
本出願の第2のタイプの実施形態において、好ましくはコア-シェルモレキュラーシーブ、第2のモレキュラーシーブおよび担体を含む第1のスラリーにおいて、乾燥基準で、コア-シェルモレキュラーシーブ:第2のモレキュラーシーブ:粘土:アルミニウムゾル:酸性化擬ベーマイト:シリカゾルの重量比は(15~40):(5~15):(35~50):(5~15):(10~30):(0~15)である。
本出願の第2のタイプの実施形態において、好ましくは、第2のモレキュラーシーブ、すなわち、0.65~0.70nmの細孔開口径を有するモレキュラーシーブは、AET、AFR、AFS、AFI、BEA、BOG、CFI、CON、GME、IFR、ISV、LTL、MEI、MOR、OFFもしくはSAO構造またはそれらの組合せを有するモレキュラーシーブからなる群から選択され、好ましくは、Beta、SAPO-5、SAPO-40、SSZ-13、CIT-1、ITQ-7、ZSM-18、モルデナイト、グメリナイト、またはそれらの組合せからなる群から選択される。さらに好ましくは、第2のモレキュラーシーブはβモレキュラーシーブ、好ましくはHβモレキュラーシーブであり、好ましいシリカ-アルミナ比(SiO2/Al2O3モル比)は10~500である。
本出願の第2のタイプの実施形態において、好ましくはコア-シェルモレキュラーシーブ、第2のモレキュラーシーブ、担体および水を含むスラリーは添加剤をさらに含んでもよい。添加剤は、担体の一部または担体全体に添加されてもよく、またはコア-シェルモレキュラーシーブ、第2のモレキュラーシーブ、担体および水によって形成される第1スラリーに添加されてもよい。添加剤は例えば、リン酸化物添加剤、金属酸化物添加剤であり、金属酸化物添加剤は、例えばアルカリ土類金属酸化物またはその前駆体からなる群から選択される1種以上である。
本出願の第2のタイプの実施形態において、好ましくは、工程iv)は、コア-シェルモレキュラーシーブ、第2のモレキュラーシーブ、粘土、シリカ結合剤および/またはアルミナ結合剤、場合により無機酸化物マトリックスおよび水を混合しスラリー化してスラリーを形成する工程を含み、得られたスラリーの固形分は典型的には10~50重量%、好ましくは15~30重量%であり、次いで噴霧乾燥、場合により焼成して触媒を得る。噴霧乾燥条件は、接触分解触媒の調製において一般的に使用される条件であってよい。典型的には、噴霧乾燥温度は100℃~350℃、好ましくは150℃~300℃、例えば200~300℃であってよい。担体が添加剤を含むとき、添加剤は乾燥前にスラリーに添加してもよく、または、乾燥後に例えば含浸によって導入してもよい。焼成条件は、例えば550℃の焼成温度、および、例えば6時間の焼成時間が含まれる。
本出願の第2のタイプの実施形態において、イオン交換の工程を工程iv)の噴霧乾燥後に実施してもよい。好ましくは、得られた接触分解触媒が0.15重量%以下の酸化ナトリウム含有量を有するように交換が行われる。上記交換は、アンモニウム塩溶液を使用して行ってもよい。例えば、アンモニウム交換は触媒とアンモニウム塩溶液とを、触媒:アンモニウム塩:H2O=1:(0.1~1):(5~15)の重量比で、50~100℃で接触させ、濾過することにより実施してもよく、上記工程は1回以上、例えば、少なくとも2回実施してもよく、アンモニウム塩は塩化アンモニウム、硫酸アンモニウムおよび硝酸アンモニウムからなる群から選択される1種以上であってもよい。場合により、触媒から交換されたナトリウムイオンを洗い流すために洗浄工程がさらに含まれ、触媒は水、例えば、脱イオン水、蒸留水または脱カチオン水で洗浄されてもよい。
本出願の第2のタイプの実施形態において、焼成工程は工程iv)の噴霧乾燥の後に実施されてもよく、これは上述のイオン交換の前または後に実施してもよい。焼成は従来の焼成方法によって実施することができ、好ましくは、焼成温度は400~600℃であり、焼成時間は2~6時間である。
第2のタイプの実施形態において、本出願は、触媒を調製するための方法によって得られた触媒をさらに提供する。
本出願の第2のタイプの実施形態の触媒は、優れた水素化LCO分解能力および軽質オレフィンのより高い収率を示し、水素化LCO転化に使用されるときに、より高い転化率および軽質オレフィンのより高い収率を提供することができる。
(第3のタイプの実施形態)
本出願の第3のタイプの実施形態の触媒は、本出願によるZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブの、乾燥基準で、組成物の重量に基づいて、30重量%~83重量%、好ましくは55重量%~75重量%の担体、2重量%~20重量%、好ましくは8重量%~15重量%の本出願のZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブ、および15重量%~50重量%、好ましくは25重量%~35重量%のYモレキュラーシーブを含む接触分解触媒である。
本出願の第3のタイプの実施形態の触媒は、本出願によるZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブの、乾燥基準で、組成物の重量に基づいて、30重量%~83重量%、好ましくは55重量%~75重量%の担体、2重量%~20重量%、好ましくは8重量%~15重量%の本出願のZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブ、および15重量%~50重量%、好ましくは25重量%~35重量%のYモレキュラーシーブを含む接触分解触媒である。
本出願の第3のタイプの実施形態の触媒において、好ましくは、担体は、粘土、シリカ担体、およびアルミナ担体からなる群から選択される1種以上であってもよい。さらに好ましくは、担体は、アルミニウムゾル、擬ベーマイト、シリカゾルおよび粘土からなる群から選択される1種以上を含む。
本出願の第3のタイプの実施形態の触媒において、好ましくは、触媒がSiO2として計算して、1重量%~15重量%、例えば、5重量%~15重量%の量のシリカゾル担体と、アルミナゾル、擬ベーマイト、および粘土からなる群から選択される1つ以上を含む追加の担体とを含む。
本出願の第3のタイプの実施形態の触媒において、Yモレキュラーシーブは、希土類元素およびリンを含んでもよいし、含まなくてもよい。Yモレキュラーシーブ中の希土類の含有量はRE2O3として計算して0~25重量%であり、リンの含有量はP2O5として計算して0~10重量%とすることができる。Yモレキュラーシーブは、例えば、HYモレキュラーシーブ、REYモレキュラーシーブ、REHYモレキュラーシーブ、DASYモレキュラーシーブ、希土類含有DASYモレキュラーシーブ、USYモレキュラーシーブ、希土類含有USYモレキュラーシーブ、リンおよび希土類含有DASYモレキュラーシーブ、リンおよび希土類含有USYモレキュラーシーブ、PSRYモレキュラーシーブ、希土類含有HRYモレキュラーシーブ、およびHRYモレキュラーシーブからなる群から選択される1つ以上であってもよい。
本出願の第3のタイプの実施形態の触媒は、重油転化によって軽質オレフィンを生成するために使用することができ、より高い重油転化率、より高いエチレン収率、プロピレン収率およびブチレン収率、ならびにより高い液化ガス収率を達成することができる。
本出願の第3のタイプの実施形態の触媒は、本出願によるコア-シェルモレキュラーシーブと、Yモレキュラーシーブと、担体と、水とを含む第1のスラリーを形成する工程と、噴霧乾燥を行う工程とを含む方法によって調製してもよい。
好ましくは、第3のタイプの実施形態の触媒を調製するための方法は、以下の工程を含む:
i)本出願のZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブの合成のための方法によるナトリウム型コア-シェルモレキュラーシーブを調製する工程;
ii)工程i)で得られたナトリウム型コア-シェルモレキュラーシーブをアンモニア交換に供して、コア-シェルモレキュラーシーブ中のNa2O含有量を0.15重量%未満の濃度に減少させる工程;
iii)工程ii)で得られたコア-シェルモレキュラーシーブを乾燥させ、400~600℃で2~10時間焼成して水素型コア-シェルモレキュラーシーブを得る工程、および
iv)工程iii)で得られた水素型コア-シェルモレキュラーシーブ、Yモレキュラーシーブ、担体、および水を含む第1スラリーを形成し、噴霧乾燥させて、触媒を得る工程。
i)本出願のZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブの合成のための方法によるナトリウム型コア-シェルモレキュラーシーブを調製する工程;
ii)工程i)で得られたナトリウム型コア-シェルモレキュラーシーブをアンモニア交換に供して、コア-シェルモレキュラーシーブ中のNa2O含有量を0.15重量%未満の濃度に減少させる工程;
iii)工程ii)で得られたコア-シェルモレキュラーシーブを乾燥させ、400~600℃で2~10時間焼成して水素型コア-シェルモレキュラーシーブを得る工程、および
iv)工程iii)で得られた水素型コア-シェルモレキュラーシーブ、Yモレキュラーシーブ、担体、および水を含む第1スラリーを形成し、噴霧乾燥させて、触媒を得る工程。
さらに好ましくは、工程ii)におけるアンモニウム交換は、コア-シェルモレキュラーシーブ:アンモニウム塩:H2O=1:(0.1~1):(5~15)の重量比で50~100℃で交換を行って、濾過を行う工程を含み、当該工程を1回以上行ってもよく、アンモニウム塩は例えば、塩化アンモニウム、硫酸アンモニウムおよび硝酸アンモニウムからなる群から選択される1種以上である。
さらに好ましくは、工程iv)で形成される第1のスラリーは、典型的には10重量%~50重量%の範囲、好ましくは15重量%~30重量%の範囲の固形分を有する。
本出願の第3のタイプの実施形態において、工程iv)における噴霧乾燥は、接触分解触媒の調製において一般的に使用される条件下で、従来の噴霧乾燥法によって行ってもよい。典型的には、噴霧乾燥温度は100~350℃、好ましくは200~300℃である。
本出願の第3のタイプの実施形態において、工程iv)の噴霧乾燥は、接触分解触媒として直接使用してもよいし、または交換、洗浄および乾燥にさらに供されてもよい微小球状粒子を生成する。例えば、交換および洗浄はアンモニウム塩溶液を使用して実施してもよい。好ましくは、50~100℃で、触媒:アンモニウム塩:H2O=1:(0.01~1):(5~15)の重量比で交換および洗浄を実施して、濾過を行い、これらの処理は1回以上行ってもよく、アンモニウム塩は、塩化アンモニウム、硫酸アンモニウム、および硝酸アンモニウムからなる群から選ばれる1種以上であってもよい。好ましくは、交換および洗浄を接触分解触媒のNa2O含有量を0.15重量%未満の濃度まで減少させるために実施する。交換洗浄された触媒は乾燥させてもよい。
本出願の第3のタイプの実施形態において、焼成工程が、場合により、工程iv)の噴霧乾燥の後に実施してもよく、これは交換および洗浄を行う前および/または後に行ってもよい。焼成は従来の焼成方法によって行ってもよく、例えば、焼成温度は400~600℃であり、焼成時間は2~10時間であり、例えば、2~4時間であり、好ましくは、焼成を580℃で2~6時間で実施する。
第3のタイプの実施形態において、本出願は、触媒を調製するための方法によって得られた触媒をさらに提供する。
(第4のタイプの実施形態)
本出願の第4のタイプの実施形態の触媒は、乾燥基準で、50重量%~79重量%の担体、15重量%~35重量%の本出願によるZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブ、5重量%~10重量%のYモレキュラーシーブ、1重量%~5重量%の細孔開口径0.65~0.70nmを有するモレキュラーシーブを含む、中間ベース原油用の接触分解触媒である。
本出願の第4のタイプの実施形態の触媒は、乾燥基準で、50重量%~79重量%の担体、15重量%~35重量%の本出願によるZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブ、5重量%~10重量%のYモレキュラーシーブ、1重量%~5重量%の細孔開口径0.65~0.70nmを有するモレキュラーシーブを含む、中間ベース原油用の接触分解触媒である。
本出願の第4のタイプの実施形態の触媒において、好ましくは、Yモレキュラーシーブが希土類を含まないYモレキュラーシーブまたは少ない希土類を含むYモレキュラーシーブであり、上記少ない希土類を含むYモレキュラーシーブ中の希土類の含有量はRE2O3として計算して5重量%未満であり、Yモレキュラーシーブのシリカ-アルミナ比(SiO2/Al2O3モル比)は、例えば、4~18または4.5~15である。YモレキュラーシーブはDASYモレキュラーシーブ、希土類含有DASYモレキュラーシーブ、HRYモレキュラーシーブ、希土類含有HRYモレキュラーシーブ、DOSYモレキュラーシーブ、USYモレキュラーシーブ、希土類含有USYモレキュラーシーブ、HYモレキュラーシーブおよびREHYモレキュラーシーブからなる群から選択される1種以上であり、好ましくは、HYモレキュラーシーブ、DASYモレキュラーシーブおよびUSYモレキュラーシーブからなる群から選択される1種以上である。
本出願の第4のタイプの実施形態の触媒において、0.65~0.70ナノメートルの細孔開口径を有するモレキュラーシーブは、例えば、AET、AFR、AFS、AFI、BEA、BOG、CFI、CON、GME、IFR、ISV、LTL、MEI、MOR、OFF、またはSAO構造を有するモレキュラーシーブからなる群から選択される少なくとも1種であってもよく、好ましくはBeta、SAPO-5、SAPO-40、SSZ-13、CIT-1、ITQ-7、ZSM-18、モルデナイト、グメリナイト、またはそれらの組合せからなる群から選択され、より好ましくはβモレキュラーシーブであり、例えば、水素型βモレキュラーシーブであってもよい。
本出願の第4のタイプの実施形態の触媒において、担体は、接触分解触媒において従来使用されている担体であってもよく、例えば、アルミニウムゾル担体、ジルコニアゲル/ゾル担体、擬ベーマイト担体、シリカゾル、および粘土担体からなる群から選択される1種以上であってもよい。
本出願の第4のタイプの実施形態の触媒において、好ましくは、触媒は、乾燥基準で、触媒の重量に基づいて、50~79重量%、好ましくは55~75重量%の担体、15~35重量%、好ましくは20~30重量%のコア-シェルモレキュラーシーブ、5~10重量%のYモレキュラーシーブ、および1~5重量%の0.65~0.70nmの細孔開口径を有するモレキュラーシーブを含む。
本出願の第4のタイプの実施形態の触媒は、細孔構造がより豊富であり、より優れた中間ベース原油分解能力およびより高い軽質オレフィン収率を有する。
本出願の第4のタイプの実施形態の触媒は、本出願によるコア-シェルモレキュラーシーブと、Yモレキュラーシーブと、0.65~0.70ナノメートルの細孔開口径を有するモレキュラーシーブと、担体と、水とを含む第1のスラリーを形成する工程と、噴霧乾燥を行う工程とを含む方法によって調製してもよい。
好ましくは、第4のタイプの実施形態の触媒を調製するための方法は、以下の工程を含む:
i)本出願のZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブの合成のための方法によりナトリウム型コア-シェルモレキュラーシーブを調製する工程;
ii)工程i)で得られたナトリウム型コア-シェルモレキュラーシーブをアンモニア交換に供して、コア-シェルモレキュラーシーブ中のNa2O含有量を0.15重量%未満の濃度に減少させる工程;
iii)工程ii)で得られたコア-シェルモレキュラーシーブを乾燥させ、350~600℃で2~6時間焼成して、水素型コア-シェルモレキュラーシーブを得る工程、および
iv)工程iii)で得られた水素型コア-シェルモレキュラーシーブ、Yモレキュラーシーブ、0.65~0.70nmの細孔開口径を有するモレキュラーシーブ、担体および水を含む第1スラリーを形成し、噴霧乾燥して、触媒を得る工程。
i)本出願のZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブの合成のための方法によりナトリウム型コア-シェルモレキュラーシーブを調製する工程;
ii)工程i)で得られたナトリウム型コア-シェルモレキュラーシーブをアンモニア交換に供して、コア-シェルモレキュラーシーブ中のNa2O含有量を0.15重量%未満の濃度に減少させる工程;
iii)工程ii)で得られたコア-シェルモレキュラーシーブを乾燥させ、350~600℃で2~6時間焼成して、水素型コア-シェルモレキュラーシーブを得る工程、および
iv)工程iii)で得られた水素型コア-シェルモレキュラーシーブ、Yモレキュラーシーブ、0.65~0.70nmの細孔開口径を有するモレキュラーシーブ、担体および水を含む第1スラリーを形成し、噴霧乾燥して、触媒を得る工程。
本出願の第4のタイプの実施形態において、工程iv)における担体は、粘土、アルミナ担体およびシリカ担体からなる群から選択される1種以上であってもよい。アルミナ担体は擬ベーマイトおよびアルミナゾルからなる群から選択される1種以上であり、擬ベーマイトは、酸性化された後に他の成分と混合することが好ましい。好ましくは、シリカ担体は、中性シリカゾル、酸性シリカゾルまたは塩基性シリカゾルからなる群から選択される1種以上であり、好ましくは、触媒のシリカゾル含有量はSiO2として計算して1~15重量%である。
本出願の第4のタイプの実施形態において、好ましくは、工程iv)で形成された第1のスラリーが、典型的には10重量%~50重量%、好ましくは15重量%~30重量%の固形分を有する。
本出願の第4のタイプの実施形態において、工程iv)における噴霧乾燥条件は、接触分解触媒の調製において一般的に使用されるものであってもよい。典型的には、噴霧乾燥温度は100~350℃、好ましくは200~300℃である。
本出願の第4のタイプの実施形態において、工程iv)で得られた噴霧乾燥させた触媒は、さらに、交換および洗浄、例えば、アンモニウム塩溶液との交換および洗浄に供してもよい。好ましくは、50~100℃で、触媒:アンモニウム塩:H2O=1:(0.01~1):(5~15)の重量比で交換および洗浄を行って、濾過を行い、これらの処理は1回以上行ってもよく、アンモニウム塩は、塩化アンモニウム、硫酸アンモニウムおよび硝酸アンモニウムからなる群から選ばれる1種以上であってもよい。好ましくは、上記交換および洗浄は、接触分解触媒中のNa2Oの含有量を0.15重量%未満に減少させるために実施される。交換洗浄された触媒を乾燥させてもよい。
本出願の第4のタイプの実施形態において、触媒を調製するための方法は、工程iv)の後に焼成工程をさらに含んでもよく、この焼成は上述の交換および洗浄の前および/または後に実施してもよい。焼成は従来の焼成方法によって行うことができ、例えば、焼成温度は350~650℃であり、焼成時間は1~4時間であり、好ましくは、焼成は400~600℃で2~6時間で実施される。
本出願の第4のタイプの実施形態において、好ましくは、工程iv)の噴霧乾燥は、触媒微小球を生成し、触媒微小球は接触分解触媒として直接使用することができる。
場合により、本出願の第4のタイプの実施形態において、触媒を調製するための方法は、さらに以下の工程を含んでいてもよい:
v)工程iv)で得られた触媒微小球を400~600℃で2~6時間焼成する工程;および
vi)工程v)で得られた焼成した触媒をアンモニア交換および洗浄に供して、触媒中のNa2Oの含有量を0.15重量%未満に減少させる工程。
v)工程iv)で得られた触媒微小球を400~600℃で2~6時間焼成する工程;および
vi)工程v)で得られた焼成した触媒をアンモニア交換および洗浄に供して、触媒中のNa2Oの含有量を0.15重量%未満に減少させる工程。
第4のタイプの実施形態において、本出願は、さらに、触媒を調製するための方法によって得られた触媒を提供する。
本出願の第4のタイプの実施形態の触媒を中間ベース原油の接触分解に使用するとき、重油分解能力がより強く、軽質オレフィンの収率がより高く、液化ガスの収率がより高い。
(炭化水素油の接触転化方法)
上記のように、第4の態様において、本出願は、炭化水素油原料を反応のために本出願による触媒と接触させる工程を含む、炭化水素油の接触転化のための方法を提供する。
上記のように、第4の態様において、本出願は、炭化水素油原料を反応のために本出願による触媒と接触させる工程を含む、炭化水素油の接触転化のための方法を提供する。
いくつかの好ましい実施形態において、本方法は、水素化VGOの接触分解に使用され、水素化VGOを本出願の第1のタイプの実施形態の触媒と接触させる工程を含む。
さらに好ましくは、水素化VGOの接触分解のための方法の反応条件は、500~550℃、好ましくは510~540℃の反応温度、5~30h-1、好ましくは8~20h-1の重量毎時空間速度、および1~15、好ましくは2~12の触媒/油比を含む。
本出願の好ましい実施形態による水素化VGOの接触分解のための方法は、水素化VGOの転化のための既存の方法と比較して、より高い燃料油の収率、より高い軽質オレフィンの生成、および高いエチレンおよびプロピレンの収率を提供することができる。得られた重油の性能は船舶用低硫黄燃料の基準の要件を満たすことができ、得られた重油は、船舶用低硫黄重油燃料または船舶用燃料混合成分として使用することができる。好ましくは、C3=(プロペン)/C30(プロパン)>8である。
いくつかの他の好ましい実施形態において、本方法は、水素化LCOの深部接触分解のために使用されるものであって、水素化LCOを、反応のために本出願の第2のタイプの実施形態の触媒と接触させる工程を含む。
さらに好ましくは、水素化LCOの接触分解のための方法の反応条件は、550~620℃、好ましくは560~600℃の反応温度;5~30h-1、好ましくは8~20h-1の重量毎時空間速度;および1~15、好ましくは2~12の触媒/油比を含む。
いくつかの他の好ましい実施形態において、本方法は、重油の接触分解に使用され、接触分解条件下での反応のために、重油供給原料を本出願の第3のタイプの実施形態の触媒と接触させる工程を含む。
さらに好ましくは、接触分解条件には、450~600℃、好ましくは500~550℃の反応温度;5~30hr-1、好ましくは8~20hr-1の重量毎時空間速度;および1~15、好ましくは2~12の触媒/油比が含まれる。
いくつかの他の好ましい実施形態において、本方法は、中間ベース原油の接触分解によって軽質オレフィンを生成するために使用され、中間ベース原油を、反応のために本出願の第4のタイプの実施形態の触媒と接触させる工程を含む。
中間ベース原油の接触分解によって軽質オレフィンを生成する方法の反応条件は重油の接触分解に一般的に使用されるものであってよく、好ましくは反応条件は、550~620℃、例えば560~600℃の反応温度、0.5~30h-1、好ましくは1~20h-1の重量毎時空間速度、および1~15、好ましくは2~12の触媒/油比を含む。
いくつかの好ましい実施形態において、本出願は、以下の技術的解決策を提供する。
(A1)ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブのX線回折パターンにおいて、2θ=22.4°における回折ピークの高さの、2θ=23.1°における回折ピークの高さに対する比が0.1~10:1であることを特徴とする、ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブ。
(A2)2θ=22.4°における回折ピークの高さの、2θ=23.1°における回折ピークの高さに対する比が0.1~5:1である、項目A1のZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブ。
(A3)ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブのコアのシェルに対する質量比が0.2~20:1または1~15:1である、項目A1のZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブ。
(A4)ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブが、420m2/gを超え、例えば450~620m2/gまたは490~580m2/gの総比表面積を有し、総表面積に対するメソ細孔表面積の割合が、好ましくは10~40%、例えば12~35%である、項目A1のZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブ。
(A5)ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブのシェルモレキュラーシーブ粒が、10~500nm、例えば50~500nmの平均粒度を有する、項目A1のZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブ。
(A6)ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブが、10~2000nm、例えば50~2000nmのシェルの厚ささを有する、項目A1のZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブ。
(A7)ZSM-5/βシェルモレキュラーシーブが、10~500、例えば25~200のSiO2/Al2O3として計算されるシリカ-アルミナモル比を有する、項目A1のZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブ。
(A8)ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブのコアモレキュラーシーブが、SiO2/Al2O3として計算して、10~∞、例えば30~200のシリカ-アルミナ比を有する、項目A1のZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブ。
(A9)ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブ粒のコアモレキュラーシーブが、0.05~15μm、好ましくは0.1~10μmの平均粒度を有する、項目A1のZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブ。
(A10)コアモレキュラーシーブの単粒子中の結晶粒数が2以上であり、コアモレキュラーシーブの平均粒度が好ましくは0.1~30μmである、項目A1またはA9のZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブ。
(A11)ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブが、50~100%、例えば80~100%のシェル被覆率を有する、項目A1のZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブ。
(A12)コア-シェルモレキュラーシーブにおける細孔径2~80nmの細孔の細孔容積が、総細孔容積の10~30%を占める、項目A1のZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブ。
(A13)20~80nmの細孔径を有する細孔の細孔容積が、2~80nmの細孔径を有する細孔の細孔容積の50~70%を占める、項目A1またはA12のZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブ。
(A14)ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブにおいて、0.3~0.6nmの細孔径を有する細孔の細孔容積は総細孔容積の40~88%を占め、0.7~1.5nmの細孔径を有する細孔の細孔容積は総細孔容積の3~20%を占め、2~4nmの細孔径を有する細孔の細孔容積は総細孔容積の4~50%を占め、20~80nmの細孔径を有する細孔の細孔容積は総細孔容積の5~40%を占める、項目A1~A13のいずれか1つのZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブ。
(A15)以下の工程を含む、ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブの合成のための方法:
(1)ZSM-5モレキュラーシーブを界面活性剤溶液と接触させて、ZSM-5モレキュラーシーブ材料Iを得る工程;
(2)ZSM-5モレキュラーシーブ材料Iを、βモレキュラーシーブを含むスラリーと接触させて、ZSM-5モレキュラーシーブ材料IIを得る工程;
(3)ケイ素源、アルミニウム源、鋳型および水を含む合成液体を50~300℃で4~100時間結晶化させて、予備結晶化合成液体IIIを得る工程;
(4)ZSM-5モレキュラーシーブ材料IIを予備結晶化合成液体IIIと混合し、結晶化させる工程。
(1)ZSM-5モレキュラーシーブを界面活性剤溶液と接触させて、ZSM-5モレキュラーシーブ材料Iを得る工程;
(2)ZSM-5モレキュラーシーブ材料Iを、βモレキュラーシーブを含むスラリーと接触させて、ZSM-5モレキュラーシーブ材料IIを得る工程;
(3)ケイ素源、アルミニウム源、鋳型および水を含む合成液体を50~300℃で4~100時間結晶化させて、予備結晶化合成液体IIIを得る工程;
(4)ZSM-5モレキュラーシーブ材料IIを予備結晶化合成液体IIIと混合し、結晶化させる工程。
(A16)工程1)における接触は、ZSM-5モレキュラーシーブを0.05~50重量%の濃度で界面活性剤溶液に添加し、少なくとも0.5時間接触させ、濾過および乾燥させて、ZSM-5モレキュラーシーブ材料Iを得ることによって実施する、項目A15の方法。
(A17)工程1)における接触は、1~36時間の接触時間、20~70℃の接触温度で実施する、項目A15またはA16の方法。
(A18)界面活性剤溶液が塩をさらに含み、界面活性剤溶液中の塩の濃度が0.05~10.0重量%であり;塩が、例えば塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化アンモニウム、硝酸アンモニウムまたはそれらの組合せからなる群から選択される、項目A15またはA16の方法。
(A19)工程1)における、乾燥基準での、界面活性剤溶液のZSM-5モレキュラーシーブに対する重量比が、10~200:1である、項目A15~A18のいずれか1つの方法。
(A20)界面活性剤がポリメチルメタクリレート、ポリジアリルジメチルアンモニウムクロリド、ジピコリネート、アンモニア水、エチルアミン、n-ブチルアミン、水酸化テトラエチルアンモニウム、水酸化テトラプロピルアンモニウム、臭化テトラエチルアンモニウム、臭化テトラプロピルアンモニウム、水酸化テトラブチルアンモニウム、またはそれらの組合せからなる群から選択される、項目A15の方法。
(A21)工程1)のZSM-5モレキュラーシーブが、ナトリウム型、水素型またはイオン交換ZSM-5モレキュラーシーブである、項目A15の方法。
(A22)工程1)のZSM-5モレキュラーシーブがSiO2/Al2O3として計算して、10~∞のシリカ-アルミナモル比を有し、例えば、工程1)のZSM-5モレキュラーシーブが、SiO2/Al2O3として計算して、30~200のシリカ-アルミナモル比を有する、項目A15またはA16の方法。
(A23)工程1)におけるZSM-5モレキュラーシーブが0.05~20μmの平均粒度を有し;例えば、工程1)におけるZSM-5モレキュラーシーブが0.1~10μmの平均粒度を有し;ZSM-5モレキュラーシーブが好ましくは、0.1~30μmの平均粒子サイズを有する、項目A15の方法。
(A24)工程2)における接触が、ZSM-5モレキュラーシーブ材料Iを、βモレキュラーシーブを含むスラリー中に添加し、20~60℃で少なくとも0.5時間撹拌し、次いで濾過および乾燥することにより、ZSM-5モレキュラーシーブ材料IIを得る工程を含む、項目A15の方法。
(A25)工程2)のβモレキュラーシーブを含むスラリー中のβモレキュラーシーブの濃度が、0.1~10重量%、例えば0.3~8重量%である、項目A15の方法。
(A26)工程2)において、βモレキュラーシーブを含むスラリーのZSM-5モレキュラーシーブ材料Iに対する重量比が、乾燥基準で10~50:1である、項目A15またはA25の方法。
(A27)工程2)のβモレキュラーシーブを含むスラリーにおいて、βモレキュラーシーブの平均粒度が0.01~0.5μm、例えば0.05~0.5μmであり、βモレキュラーシーブの平均粒子サイズが好ましくは0.01~0.5μmである、項目A15の方法。
(A28)工程2)のβモレキュラーシーブを含むスラリー中のβモレキュラーシーブの、SiO2/Al2O3として計算されるシリカ-アルミナモル比が10~500である、項目A15の方法。
(A29)工程3)において、ケイ素源、アルミニウム源、鋳型および水のモル比がR/SiO2=0.1~10:1、例えば0.1~3:1であり、H2O/SiO2=2~150:1、例えば10~120:1であり、SiO2/Al2O3=10~800:1、Na2O/SiO2=0~2:1、例えば0.01~1.7:1であり、Rは鋳型を表す、項目A15の方法。
(A30)工程3)において、ケイ素源が、テトラエトキシシラン、水ガラス、粗シリカゲル、シリカゾル、シリカホワイト、活性化粘土またはそれらの組合せからなる群から選択され;アルミニウム源が、硫酸アルミニウム、アルミニウムイソプロポキシド、硝酸アルミニウム、アルミニウムゾル、メタアルミン酸ナトリウム、γ-アルミナまたはそれらの組合せからなる群から選択され;鋳型が、フッ化テトラエチルアンモニウム、水酸化テトラエチルアンモニウム、臭化テトラエチルアンモニウム、塩化テトラエチルアンモニウム、ポリビニルアルコール、トリエタノールアミンもしくはカルボキシメチルセルロースナトリウムまたはそれらの組合せからなる群から選択される、項目A15またはA29の方法。
(A31)工程3)において、ケイ素源、アルミニウム源、鋳型および脱イオン水を混合して合成液体を形成した後、上記合成液体を75~250℃で10~80時間結晶化させて、予備結晶化合成液体IIIを得る、項目A15の方法。
(A32)工程3)における結晶化について、結晶化温度が80~180℃であり、結晶化時間が18~50時間である、項目A31の方法。
(A33)工程3)で得られた予備結晶化合成液体IIIのXRD分析が2θ=22.4°にピークを示し、2θ=21.2°にピークを示さない、項目A15またはA32の方法。
(A34)工程4)において、ZSM-5モレキュラーシーブ材料IIを予備結晶化合成液体IIIと混合し、予備結晶化合成液体IIIのZSM-5モレキュラーシーブ材料IIに対する重量比は乾燥基準で2~10:1、例えば4~10:1である、項目A15の方法。
(A35)工程4)における結晶化について、結晶化温度が50~300℃であり、結晶化時間が10~400時間である、項目A15またはA31またはA32の方法。
(A36)工程4)における結晶化について、結晶化温度が100~250℃であり、結晶化時間が30~350時間であり、例えば、工程4)における結晶化について、結晶化温度が100~200℃であり、結晶化時間が50~120時間である、項目A15の方法。
(A37)項目A12~A36のいずれか1つのZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブの合成のための方法によって得られる、ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブ。
(A38)項目A1~A14およびA37のいずれか1つのZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブの使用。
(A39)炭化水素油の接触分解または深部接触分解における、項目A1~A14およびA37のいずれか1つのZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブの使用。
(B1)シリカゾルおよび改質元素を含む担体とコア-シェルモレキュラーシーブとを含む水素化VGO接触分解触媒であって、コアがZSM-5モレキュラーシーブであり、シェルがβモレキュラーシーブであり、X線回折パターンにおける2θ=23.1°の回折ピークの高さに対する2θ=22.4°の回折ピークの高さの比が0.1~10:1であり、改質元素が希土類元素である、水素化VGO接触分解触媒。
(B2)乾燥基準で50~90重量%、例えば60~85重量%の担体含有量、乾燥基準で10~50重量%、例えば15~40重量%のコア-シェルモレキュラーシーブ含有量、および乾燥基準で1~15重量%、例えば5~15重量%のシリカゾル含有量を有する、項目B1の触媒。
(B3)担体は、さらに、擬ベーマイト、アルミゾル、および粘土からなる群から選択される1種以上を含む、項目B1またはB2の触媒。
(B4)乾燥基準で、触媒は、1~15重量%のシリカゾル含有量、5~25重量%の擬ベーマイト含有量、3~20重量%のアルミナゾル含有量、および25~50重量%の粘土含有量を有し、好ましくは、担体中の希土類酸化物含有量が、RE2O3として計算され、担体の乾燥重量に基づいて、0.1~15重量%である、項目B3の触媒。
(B5)改質元素がシリカゾル中に部分的にまたは完全に存在し、シリカゾル中におけるRE2O3として計算される希土類のSiO2に対する重量比が、0.2:100~18:100、好ましくは1:100~18:100である、項目B1またはB2の触媒。
(B6)コア-シェルモレキュラーシーブのシェルに対するコアの質量比が、0.2~20:1または1~15:1である、項目B1の触媒。
(B7)コア-シェルモレキュラーシーブの総比表面積が420m2/gを超え、例えば、490~580m2/gであり、コア-シェルモレキュラーシーブの総表面積に対するメソ細孔表面積の割合が、好ましくは10%~40%である、項目B1の触媒。
(B8)コア-シェルモレキュラーシーブのシェルモレキュラーシーブが、10~500nm、例えば50~500nmの平均粒度を有する、項目B1の触媒。
(B9)コア-シェルモレキュラーシーブのシェルが50~2000nmの厚さを有する、項目B1の触媒。
(B10)コア-シェルモレキュラーシーブについて、SiO2/Al2O3として計算されるシリカ-アルミナモル比は、10~500、例えば25~200である、項目B1の触媒。
(B11)コア-シェルモレキュラーシーブのコアモレキュラーシーブについて、SiO2/Al2O3として計算されるシリカ-アルミナ比は、10~∞、例えば30~200である、項目B1の触媒。
(B12)コア-シェルモレキュラーシーブのコアモレキュラーシーブが、0.05~15μmの平均粒度を有する、項目B1の触媒。
(B13)コア-シェルモレキュラーシーブのコアモレキュラーシーブの単粒子中の結晶粒数が2以上であり、コア-シェルモレキュラーシーブのコアモレキュラーシーブの平均粒子サイズが好ましくは0.1~30μmである、項目B1の触媒。
(B14)コア-シェルモレキュラーシーブのシェル被覆率が50~100%であり、20~80nmの細孔径を有する細孔の細孔容積が、2~80nmの細孔径を有する細孔の細孔容積の50~70%を占める、項目B1~B13のいずれか1つの触媒。
(B15)シリカゾルと、改質元素化合物と、コア-シェルモレキュラーシーブとを含む第1スラリーを形成する工程と、噴霧乾燥を行う工程と、を含み、改質元素が希土類元素である、接触分解触媒を調製する方法。
(B16)コア-シェルモレキュラーシーブの合成のための方法が、以下の工程を含む、項目B15の方法:
(1)ZSM-5モレキュラーシーブを界面活性剤溶液と接触させて、ZSM-5モレキュラーシーブ材料Iを得る工程;
(2)ZSM-5モレキュラーシーブ材料Iを、βモレキュラーシーブを含むスラリーと接触させて、ZSM-5モレキュラーシーブ材料IIを得る工程;
(3)ケイ素源、アルミニウム源、鋳型および水を含む合成液体を50~300℃で4~100時間結晶化させて、予備結晶化合成液体IIIを得る工程;
(4)ZSM-5モレキュラーシーブ材料IIを予備結晶化合成液体IIIと混合し、結晶化させ、回収してナトリウム型コア-シェルモレキュラーシーブを得る工程;
(5)ナトリウム型コア-シェルモレキュラーシーブをアンモニア交換に供して、コア-シェルモレキュラーシーブ中のNa2Oの含有量を0.15重量%未満の濃度に減少させる工程;
(6)工程(5)で得られたコア-シェルモレキュラーシーブを乾燥し、焼成する工程。
(1)ZSM-5モレキュラーシーブを界面活性剤溶液と接触させて、ZSM-5モレキュラーシーブ材料Iを得る工程;
(2)ZSM-5モレキュラーシーブ材料Iを、βモレキュラーシーブを含むスラリーと接触させて、ZSM-5モレキュラーシーブ材料IIを得る工程;
(3)ケイ素源、アルミニウム源、鋳型および水を含む合成液体を50~300℃で4~100時間結晶化させて、予備結晶化合成液体IIIを得る工程;
(4)ZSM-5モレキュラーシーブ材料IIを予備結晶化合成液体IIIと混合し、結晶化させ、回収してナトリウム型コア-シェルモレキュラーシーブを得る工程;
(5)ナトリウム型コア-シェルモレキュラーシーブをアンモニア交換に供して、コア-シェルモレキュラーシーブ中のNa2Oの含有量を0.15重量%未満の濃度に減少させる工程;
(6)工程(5)で得られたコア-シェルモレキュラーシーブを乾燥し、焼成する工程。
(B17)工程1)の接触は、ZSM-5モレキュラーシーブ材料Iを得るために、ZSM-5モレキュラーシーブを0.05~50重量%の濃度で界面活性剤溶液に添加し、少なくとも0.5時間接触させ、濾過および乾燥させることによって実施され、工程を有し、接触時間は1~36時間であり、接触温度は20~70℃である、項目B16の方法。
(B18)界面活性剤が、ポリメチルメタクリレート、塩化ポリジアリルジメチルアンモニウム、ジピコリネート、アンモニア水、エチルアミン、n-ブチルアミン、水酸化テトラエチルアンモニウム、水酸化テトラプロピルアンモニウム、臭化テトラエチルアンモニウム、臭化テトラプロピルアンモニウム、水酸化テトラブチルアンモニウム、またはそれらの組合せからなる群から選択される、項目B16の方法。
(B19)工程1)のZSM-5モレキュラーシーブについて、SiO2/Al2O3として計算されるシリカ-アルミナモル比が10~∞であり、平均粒度が0.05~20μmである、項目B16の方法。
(B20)工程2)における接触が、ZSM-5モレキュラーシーブ材料Iを、βモレキュラーシーブを含むスラリーに添加し、20~60℃で少なくとも0.5時間撹拌し、濾過および乾燥させて、ZSM-5モレキュラーシーブ材料IIを得る工程を含み、βモレキュラーシーブを含むスラリー中のβモレキュラーシーブの濃度が0.1~10重量%、例えば0.3~8重量%であり、βモレキュラーシーブを含むスラリーのZSM-5モレキュラーシーブ材料Iに対する乾燥基準での重量比が10~50:1である、項目B16の方法。
(B21)工程3)において、ケイ素源、アルミニウム源、鋳型(Rで表される)、および水のモル比が、R/SiO2=0.1~10:1、例えば、0.1~3:1、H2O/SiO2=2~150:1、例えば10~120:1、SiO2/Al2O3=10~800:1、Na2O/SiO2=0~2:1、例えば、0.01~1.7:1である、項目B16の方法。
(B22)工程3)において、ケイ素源が、テトラエトキシシラン、水ガラス、シリカホワイト、粗シリカゲル、シリカゾルもしくは活性化粘土、またはそれらの組合せからなる群から選択され;アルミニウム源が、硫酸アルミニウム、アルミニウムイソプロポキシド、ナトリウムメタアルミン酸、硝酸アルミニウム、アルミニウムゾルもしくはγ-アルミナ、またはそれらの組合せからなる群から選択され;鋳型が、フッ化テトラエチルアンモニウム、塩化テトラエチルアンモニウム、臭化テトラエチルアンモニウム、ポリビニルアルコール、水酸化テトラエチルアンモニウム、トリエタノールアミン、またはカルボキシメチルセルロースナトリウムからなる群から選択される1種以上である、項目B16の方法。
(B23)工程3)において、ケイ素源、アルミニウム源、鋳型および脱イオン水を混合して合成液体を形成した後、合成液体を75~250℃で10~80時間結晶化させて、予備結晶化合成液体IIIを得る、項目B16の方法。
(B24)工程3)における結晶化について、結晶化温度が80~180℃であり、結晶化時間が18~50時間である、項目B23の方法。
(B25)工程3)で得られた予備結晶化合成液体IIIのXRD分析が2θ=22.4°にピークを示し、2θ=21.2°にピークを示さない、項目B16、B23またはB24の方法。
(B26)工程4)の結晶化について、結晶化温度は100~250℃であり、結晶化時間は30~350時間であり、例えば、工程4)の結晶化について、結晶化温度は100~200℃であり、結晶化時間は50~120時間である、項目B16の方法。
(B27)工程(5)のアンモニウム交換がナトリウム型コア-シェルモレキュラーシーブ:アンモニウム塩:H2O=1:(0.1~1):(5~15)の重量比で50~100℃で交換し、濾過することによって行われ、当該アンモニウム交換が1回以上実施され、アンモニウム塩が、塩化アンモニウム、硫酸アンモニウムおよび硝酸アンモニウムからなる群から選択される1つ以上である、項目B16の方法。
(B28)第1のスラリーが、シリカゾル、改質元素化合物およびコア-シェルモレキュラーシーブを含み、場合により、粘土、アルミゾル、擬ベーマイトからなる群から選択される1種以上を含み、好ましくは擬ベーマイトが酸で酸性化された後に添加される、項目B15の方法。
(B29)シリカゾルが、中性シリカゾル、酸性シリカゾルまたは塩基性シリカゾルである、項目B15の方法。
(B30)RE2O3として計算される希土類酸化物含有量が担体中で1重量%~15重量%であり、改質元素化合物が希土類塩であり、希土類塩が希土類塩化物または希土類硝酸塩であり;好ましくは、希土類塩を最初にシリカゾルに添加して、希土類改質シリカゾルを得る、項目B15の方法。
(B31)希土類元素が、希土類の総量の50重量%を超える量のランタンおよび/またはセリウムを含む、項目B15の方法。
(B32)噴霧乾燥させた触媒が、触媒:アンモニウム塩:H2O=1:(0.01~1):(5~15)の重量比で、50~100℃での交換および洗浄ならびに濾過にさらに供され、交換および濾過の処理が1回以上実施され、アンモニウム塩が塩化アンモニウム、硫酸アンモニウムおよび硝酸アンモニウムからなる群から選択される1つ以上である、項目B15の方法。
(B33)項目B15~B32のいずれか1つの方法によって得られた接触分解触媒。
(B34)水素化VGOの接触分解のための方法であって、水素化VGOを、反応のために項目B1~B14およびB33のいずれか1つの接触分解触媒と接触させる工程、を含む方法。
(C1)乾燥基準で、60~85重量%の担体、10~35重量%のコア-シェルモレキュラーシーブおよび5~15重量%の第2のモレキュラーシーブを含む、水素化LCOから軽質オレフィンを製造するための接触分解触媒であって、コア-シェルモレキュラーシーブのコアがZSM-5モレキュラーシーブであり、そのシェルがβモレキュラーシーブであり、コア-シェルモレキュラーシーブのX線回折パターンにおいて、2θ=22.4°での回折ピークの高さの2θ=23.1°での回折ピークの高さに対する比が0.1~10:1であり、第2のモレキュラーシーブが0.65~0.70ナノメートルの細孔開口径を有するモレキュラーシーブである、接触分解触媒。
(C2)コア-シェルモレキュラーシーブのシェルに対するコアの質量比が、0.2~20:1または1~15:1である、項目C1の接触分解触媒。
(C3)コア-シェルモレキュラーシーブの総比表面積が420m2/gを超え、例えば450~620m2/gまたは490~580m2/gであり、総表面積に対するメソ細孔表面積の割合が、好ましくは10~40%、例えば12~35%である、項目C1の接触分解触媒。
(C4)コア-シェルモレキュラーシーブのシェルモレキュラーシーブが、SiO2/Al2O3として計算して、10~500、例えば25~200のシリカ-アルミナモル比を有する、項目C1の接触分解触媒。
(C5)コア-シェルモレキュラーシーブのコアモレキュラーシーブが、SiO2/Al2O3として計算して、10~∞、例えば30~200のシリカ-アルミナ比を有する、項目C1の接触分解触媒。
(C6)コア-シェルモレキュラーシーブのシェルモレキュラーシーブが、10~500nm、例えば50~500nmの平均粒度を有する、項目C1の接触分解触媒。
(C7)コア-シェルモレキュラーシーブのシェルが、10~2000nm、例えば50~2000nmの厚さを有する、項目C1の接触分解触媒。
(C8)コア-シェルモレキュラーシーブのコアモレキュラーシーブが、0.05~15μm、好ましくは0.1~10μmの平均粒度を有する、項目C1の接触分解触媒。
(C9)コアモレキュラーシーブの平均粒子サイズが好ましくは0.1~30μmであり、コアモレキュラーシーブの単粒子中の結晶粒数が2以上である、項目C1またはC8の接触分解触媒。
(C10)コア-シェルモレキュラーシーブが、50~100%のシェル被覆率を有する、項目C1の接触分解触媒。
(C11)コア-シェルモレキュラーシーブにおいて、20~80nmの細孔径を有する細孔の細孔容積が、2~80nmの細孔径を有する細孔の細孔容積の50~70%を占める、項目C1~10のいずれか1つの接触分解触媒。
(C12)0.65~0.70ナノメートルの細孔開口径を有するモレキュラーシーブがAET、AFR、AFS、AFI、BEA、BOG、CFI、CON、GME、IFR、ISV、LTL、MEI、MOR、OFFまたはSAO構造を有するモレキュラーシーブからなる群から選択される1つ以上であり、好ましくはBeta、SAPO-5、SAPO-40、SSZ-13、CIT-1、ITQ-7、ZSM-18、モルデナイト、グメリナイト、またはそれらの組合せからなる群から選択される、項目C1の接触分解触媒。
(C13)担体が、粘土、シリカ担体、アルミナ担体、リン酸アルミニウムゲル/ゾルからなる群から選択される1種以上を含み、場合により、酸化リン、アルカリ土類金属酸化物などの添加剤を含む、項目C1の接触分解触媒。
(C14)コア-シェルモレキュラーシーブが、0.15重量%以下の酸化ナトリウム含有量を有する、項目C1の接触分解触媒。
(C15)接触分解触媒を調製する方法であって:
コア-シェルモレキュラーシーブ、第2のモレキュラーシーブ、担体および水を含むスラリーを形成し、噴霧乾燥を行う工程を含み;第2のモレキュラーシーブは、0.65~0.70ナノメートルの細孔開口径を有するモレキュラーシーブである、方法。
コア-シェルモレキュラーシーブ、第2のモレキュラーシーブ、担体および水を含むスラリーを形成し、噴霧乾燥を行う工程を含み;第2のモレキュラーシーブは、0.65~0.70ナノメートルの細孔開口径を有するモレキュラーシーブである、方法。
(C16)コア-シェルモレキュラーシーブの合成のための方法が、以下の工程を含む、項目C15の方法:
(1)ZSM-5モレキュラーシーブを界面活性剤溶液と接触させて、ZSM-5モレキュラーシーブ材料Iを得る工程;
(2)ZSM-5モレキュラーシーブ材料Iを、βモレキュラーシーブを含むスラリーと接触させて、ZSM-5モレキュラーシーブ材料IIを得る工程;
(3)ケイ素源、アルミニウム源、鋳型および水を含む合成液体を50~300℃で4~100時間結晶化させ、予備結晶化合成液体IIIを得る工程;
(4)ZSM-5モレキュラーシーブ材料IIを予備結晶化合成液体IIIと混合し、結晶化させる工程;および
(5)コア-シェルモレキュラーシーブを回収する工程。
(1)ZSM-5モレキュラーシーブを界面活性剤溶液と接触させて、ZSM-5モレキュラーシーブ材料Iを得る工程;
(2)ZSM-5モレキュラーシーブ材料Iを、βモレキュラーシーブを含むスラリーと接触させて、ZSM-5モレキュラーシーブ材料IIを得る工程;
(3)ケイ素源、アルミニウム源、鋳型および水を含む合成液体を50~300℃で4~100時間結晶化させ、予備結晶化合成液体IIIを得る工程;
(4)ZSM-5モレキュラーシーブ材料IIを予備結晶化合成液体IIIと混合し、結晶化させる工程;および
(5)コア-シェルモレキュラーシーブを回収する工程。
(C17)工程1)における接触が、ZSM-5モレキュラーシーブを0.05~50重量%の濃度で界面活性剤溶液中に添加し、少なくとも0.5時間接触させ、濾過および乾燥させて、ZSM-5モレキュラーシーブ材料Iを得ることによって実施され、接触時間が1~36時間であり、接触温度が20~70℃である、項目C16の方法。
(C18)界面活性剤が、ポリメチルメタクリレート、塩化ポリジアリルジメチルアンモニウム、ジピコリネート、アンモニア水、エチルアミン、n-ブチルアミン、水酸化テトラエチルアンモニウム、水酸化テトラプロピルアンモニウム、臭化テトラエチルアンモニウム、臭化テトラプロピルアンモニウム、水酸化テトラブチルアンモニウム、またはそれらの組合せからなる群から選択される、項目C16の方法。
(C19)工程1)のZSM-5モレキュラーシーブが、SiO2/Al2O3として計算される10~∞のシリカ-アルミナモル比を有し、ZSM-5モレキュラーシーブが、0.05~20μmの平均粒度を有する、項目C16の方法。
(C20)工程2)における接触が、ZSM-5モレキュラーシーブ材料Iを、βモレキュラーシーブを含むスラリーに添加し、20~60℃で少なくとも0.5時間撹拌し、濾過および乾燥させて、ZSM-5モレキュラーシーブ材料IIを得る工程を含み、βモレキュラーシーブを含むスラリー中のβモレキュラーシーブの濃度が0.1~10重量%、例えば0.3~8重量%であり、βモレキュラーシーブを含むスラリーのZSM-5モレキュラーシーブ材料Iに対する乾燥基準での重量比が10~50:1である、項目C16の方法。
(C21)工程3)において、ケイ素源、アルミニウム源、鋳型(Rで表される)、および水のモル比が、R/SiO2=0.1~10:1、例えば、0.1~3:1、H2O/SiO2=2~150:1、例えば10~120:1、SiO2/Al2O3=10~800:1、Na2O/SiO2=0~2:1、例えば、0.01~1.7:1である、項目C16の方法。
(C22)工程3)において、ケイ素源がテトラエトキシシラン、水ガラス、粗シリカゲル、シリカゾル、シリカホワイト、活性化粘土、またはそれらの組合せからなる群から選択され;アルミニウム源が硫酸アルミニウム、アルミニウムイソプロポキシド、硝酸アルミニウム、アルミニウムゾル、メタアルミン酸ナトリウム、γ-アルミナ、またはそれらの組合せからなる群から選択され;鋳型が、フッ化テトラエチルアンモニウム、水酸化テトラエチルアンモニウム、臭化テトラエチルアンモニウム、塩化テトラエチルアンモニウム、ポリビニルアルコール、トリエタノールアミン、またはカルボキシメチルセルロースナトリウム、またはそれらの組合せからなる群から選択される、項目C16の方法。
(C23)工程3)において、ケイ素源、アルミニウム源、鋳型、および脱イオン水を混合して合成液体を形成し、次いで、75~250℃で10~80時間結晶化させて、予備結晶化合成液体IIIを得る、項目C16の方法。
(C24)工程3)における結晶化について、結晶化温度が80~180℃であり、結晶化時間が18~50時間である、項目C16の方法。
(C25)工程3)で得られた予備結晶化合成液体IIIのXRD分析が2θ=22.4°にピークを示し、2θ=21.2°にピークを示さない、項目C16、C23またはC24の方法。
(C26)工程4)の結晶化について、結晶化温度が100~250℃であり、結晶化時間が30~350時間であり;例えば、工程4)の結晶化について、結晶化温度が100~200℃であり、結晶化時間が50~120時間である、項目C16の方法。
(C27)以下の工程を含む、項目C16~C26のいずれかの方法:
(S1)回収したコア-シェルモレキュラーシーブをイオン交換用アンモニウム塩と接触させて、アンモニウム交換コア-シェルモレキュラーシーブを得る工程であって、アンモニウム交換コア-シェルモレキュラーシーブ中の酸化ナトリウムの含有量が0.15重量%未満である、工程;
(S2)アンモニウム交換コア-シェルモレキュラーシーブを焼成して水素型コア-シェルモレキュラーシーブを得る工程;
(S3)水素型コア-シェルモレキュラーシーブ、細孔開口径0.65~0.70nmのモレキュラーシーブ、担体および水をスラリー化し、噴霧乾燥を行う工程。
(S1)回収したコア-シェルモレキュラーシーブをイオン交換用アンモニウム塩と接触させて、アンモニウム交換コア-シェルモレキュラーシーブを得る工程であって、アンモニウム交換コア-シェルモレキュラーシーブ中の酸化ナトリウムの含有量が0.15重量%未満である、工程;
(S2)アンモニウム交換コア-シェルモレキュラーシーブを焼成して水素型コア-シェルモレキュラーシーブを得る工程;
(S3)水素型コア-シェルモレキュラーシーブ、細孔開口径0.65~0.70nmのモレキュラーシーブ、担体および水をスラリー化し、噴霧乾燥を行う工程。
(C28)工程(S1)のアンモニウム交換が、コア-シェルモレキュラーシーブをアンモニウム塩溶液と、コア-シェルモレキュラーシーブ:アンモニウム塩:H2O=1:(0.1~1):(5~15)の重量比で、50~100℃で、交換および濾過のために接触させる工程を含み、アンモニウム交換工程が1回、2回以上行われ;アンモニウム塩が塩化アンモニウム、硫酸アンモニウムおよび硝酸アンモニウムからなる群から選択される1つ以上であり;工程(S2)の焼成が400~600℃で2~10時間行われる、項目C27の方法。
(C29)アンモニウム交換および/または焼成工程が噴霧乾燥後にさらに実施され、アンモニウム交換が、得られた接触分解触媒中の0.15重量%未満の酸化ナトリウム含有量を得るために実施される、項目C15、C16、C27またはC28の方法。
(C30)担体が、例えば、粘土およびアルミナ担体、または、粘土、シリカ、および場合によりアルミナ担体であり;好ましくは、担体がシリカ担体を含み、シリカ担体の含有量がSiO2として計算して1~15重量%であり、シリカ担体が中性シリカゾル、酸性シリカゾルまたは塩基性シリカゾルからなる群から選択される1種以上である、項目C29の方法。
(C31)項目C15~C30のいずれか1つの方法によって得られた、接触分解触媒。
(C32)水素化LCOの接触分解のための方法であって、水素化LCOを、項目C1~C14およびC31のいずれか1つの接触分解触媒と接触させる工程を含む、方法。
(D1)コア-シェルモレキュラーシーブを使用するための方法であって:
(1)コア-シェルモレキュラーシーブ中の酸化ナトリウムの含有量を減少させ、場合により、焼成して、改質コア-シェルモレキュラーシーブを得る工程であって、コア-シェルモレキュラーシーブのコアはZSM-5モレキュラーシーブであり、コア-シェルモレキュラーシーブのシェルはβモレキュラーシーブであり;コア-シェルモレキュラーシーブのX線回折パターンにおいて、2θ=22.4°での回折ピークの高さの2θ=23.1°での回折ピークの高さに対する比は0.1~10:1であり、コア-シェルモレキュラーシーブの総比表面積は420m2/gを超える、工程;
(2)改質コア-シェルモレキュラーシーブ、Yモレキュラーシーブ、担体および水のスラリーを形成する工程;および
(3)噴霧乾燥を行う工程。
(1)コア-シェルモレキュラーシーブ中の酸化ナトリウムの含有量を減少させ、場合により、焼成して、改質コア-シェルモレキュラーシーブを得る工程であって、コア-シェルモレキュラーシーブのコアはZSM-5モレキュラーシーブであり、コア-シェルモレキュラーシーブのシェルはβモレキュラーシーブであり;コア-シェルモレキュラーシーブのX線回折パターンにおいて、2θ=22.4°での回折ピークの高さの2θ=23.1°での回折ピークの高さに対する比は0.1~10:1であり、コア-シェルモレキュラーシーブの総比表面積は420m2/gを超える、工程;
(2)改質コア-シェルモレキュラーシーブ、Yモレキュラーシーブ、担体および水のスラリーを形成する工程;および
(3)噴霧乾燥を行う工程。
(D2)
〔S1〕以下の工程を含む方法によってコア-シェルモレキュラーシーブを調製する工程:
(1)ZSM-5モレキュラーシーブを界面活性剤溶液と接触させて、ZSM-5モレキュラーシーブ材料Iを得る工程と;
(2)ZSM-5モレキュラーシーブ材料Iを、βモレキュラーシーブを含むスラリーと接触させて、ZSM-5モレキュラーシーブ材料IIを得る工程;
(3)ケイ素源、アルミニウム源、鋳型および水を含む合成液体を50~300℃で4~100時間結晶化させて、予備結晶化合成液体IIIを得る工程;
(4)ZSM-5モレキュラーシーブ材料IIと予備結晶化合成液体IIIとを混合し、結晶化し、およびコア-シェルモレキュラーシーブを回収する工程;
〔S2〕コア-シェルモレキュラーシーブの酸化ナトリウム含有量を減少させ、焼成して、改質コア-シェルモレキュラーシーブを得る工程と、;
〔S3〕改質コア-シェルモレキュラーシーブ、Yモレキュラーシーブ、担体および水のスラリーを形成する工程と;
〔S4〕噴霧乾燥を行う工程と、を含む、接触分解触媒を調製するための方法。
〔S1〕以下の工程を含む方法によってコア-シェルモレキュラーシーブを調製する工程:
(1)ZSM-5モレキュラーシーブを界面活性剤溶液と接触させて、ZSM-5モレキュラーシーブ材料Iを得る工程と;
(2)ZSM-5モレキュラーシーブ材料Iを、βモレキュラーシーブを含むスラリーと接触させて、ZSM-5モレキュラーシーブ材料IIを得る工程;
(3)ケイ素源、アルミニウム源、鋳型および水を含む合成液体を50~300℃で4~100時間結晶化させて、予備結晶化合成液体IIIを得る工程;
(4)ZSM-5モレキュラーシーブ材料IIと予備結晶化合成液体IIIとを混合し、結晶化し、およびコア-シェルモレキュラーシーブを回収する工程;
〔S2〕コア-シェルモレキュラーシーブの酸化ナトリウム含有量を減少させ、焼成して、改質コア-シェルモレキュラーシーブを得る工程と、;
〔S3〕改質コア-シェルモレキュラーシーブ、Yモレキュラーシーブ、担体および水のスラリーを形成する工程と;
〔S4〕噴霧乾燥を行う工程と、を含む、接触分解触媒を調製するための方法。
(D3)工程1)における接触が、ZSM-5モレキュラーシーブを0.05~50重量%の濃度で界面活性剤溶液に添加し、少なくとも0.5時間接触させ、濾過および乾燥させて、ZSM-5モレキュラーシーブ材料Iを得ることによって実施され、接触時間が1~36時間であり、接触温度が20~70℃である、項目D2の方法。
(D4)工程1)のZSM-5モレキュラーシーブが、SiO2/Al2O3として計算される、10~∞のシリカ-アルミナモル比、および0.05~20μmの平均粒度を有する、項目D2の方法。
(D5)工程2)における接触が、ZSM-5モレキュラーシーブ材料Iを、βモレキュラーシーブを含むスラリーに添加し、20~60℃で少なくとも0.5時間撹拌し、次いで濾過および乾燥させて、ZSM-5モレキュラーシーブ材料IIを得ることを含み、βモレキュラーシーブを含むスラリーのZSM-5モレキュラーシーブ材料Iに対する乾燥基準での重量比が10~50:1であり、βモレキュラーシーブを含むスラリー中のβモレキュラーシーブの濃度が0.1~10重量%、例えば0.3~8重量%である、項目D2の方法。
(D6)工程3)において、ケイ素源、アルミニウム源、鋳型および水のモル比はR/SiO2=0.1~10:1、H2O/SiO2=2~150:1、SiO2/Al2 O3=10~800:1、Na2O/SiO2=0~2:1であり、式中、Rは鋳型を表す、項目D2の方法。
(D7)工程3)において、R/SiO2が0.1~3:1であり、H2O/SiO2が10~120:1であり、Na2O/SiO2=0.01~1.7:1である、項目D6の方法。
(D8)工程1)において、界面活性剤が、アンモニア水、ポリメチルメタクリレート、n-ブチルアミン、塩化ポリジアリルジメチルアンモニウム、ジピコリン酸、エチルアミン、水酸化テトラエチルアンモニウム、水酸化テトラプロピルアンモニウム、臭化テトラエチルアンモニウム、臭化テトラプロピルアンモニウム、水酸化テトラブチルアンモニウム、またはそれらの組合せからなる群から選択され;工程3)において、ケイ素源が水ガラス、シリカゾル、粗シリカゲル、テトラエトキシシラン、シリカホワイトまたは活性化粘土からなる群から選択される1つ以上であり;アルミニウム源が硫酸アルミニウム、硝酸アルミニウム、アルミニウムイソプロポキシド、アルミニウムゾル、ナトリウムメタアルミネート、γ-アルミナ、またはそれらの組合せからなる群から選択され;鋳型がフッ化テトラエチルアンモニウム、塩化テトラエチルアンモニウム、水酸化テトラエチルアンモニウム、ポリビニルアルコール、臭化テトラエチルアンモニウム、トリエタノールアミン、またはカルボキシメチルセルロースナトリウムからなる群から選択される1種以上である、項目D2の方法。
(D9)工程3)において、ケイ素源、アルミニウム源、鋳型および脱イオン水を混合して合成液体を形成した後、合成液体を75~250℃で10~80時間結晶化させて、予備結晶化合成液体IIIを得る、項目D2の方法。
(D10)工程3)における結晶化について、結晶化温度が80~180℃であり、結晶化時間が18~50時間である、項目D9の方法。
(D11)工程3)で得られた予備結晶化合成液体IIIのXRD分析が2θ=22.4°にピークを示し、2θ=21.2°にピークを示さない、項目D8、D9またはD10の方法。
(D12)工程4)における結晶化について、結晶化温度が100~250℃であり、結晶化時間が30~350時間であり;好ましくは、工程4)における結晶化について、結晶化温度が100~200℃であり、結晶化時間が50~120時間である、項目D2の方法。
(D13)改質コア-シェルモレキュラーシーブ中のNa2O含有量が0.15重量%未満である、項目D1またはD2の方法。
(D14)担体が、粘土、アルミナ担体、またはシリカ担体からなる群から選択される1種以上である、項目D1またはD2の方法。
(D15)シリカ担体が、中性シリカゾル、酸性シリカゾルまたは塩基性シリカゾルからなる群から選択される1種以上であり、アルミナ担体が、擬ベーマイトおよびアルミナゾルからなる群から選択される1種以上である、項目D14の方法。
(D16)噴霧乾燥された触媒が、さらに交換および洗浄および/または焼成に供され、交換および洗浄が、触媒:アンモニウム塩:H2O=1:(0.01~1):(5~15)の重量比で50~100℃で交換し濾過することによって実施され、これらの工程は1回または2回以上行うことができ、アンモニウム塩は、塩化アンモニウム、硫酸アンモニウム、硝酸アンモニウムからなる群から選択される1つ以上であってもよい、項目D1またはD2の方法。
(D17)乾燥基準および触媒の重量に基づいて、30~83重量%の担体、2~20重量%の改質コア-シェルモレキュラーシーブおよび15~50重量%のYタイプモレキュラーシーブを含む、重油接触分解触媒であって、改質コア-シェルモレキュラーシーブはコア-シェルモレキュラーシーブを改質することにより得られ、コアがZSM-5モレキュラーシーブであり、シェルがβモレキュラーシーブであり、X線回折パターンにおける2θ=22.4°での回折ピークの高さの2θ=23.1°での回折ピークの高さに対する比が0.1~10:1であり、総比表面積が420m2/gを超える、重油接触分解触媒。
(D18)コア-シェルモレキュラーシーブの、コアのシェルに対する質量比が、0.2~20:1または1~15:1である、項目D17の触媒。
(D19)コア-シェルモレキュラーシーブの総比表面積が420m2/gを超え、例えば、450~620または490~580m2/gであり、総表面積に対するメソ細孔表面積の割合が、好ましくは10~40%、例えば12~35%である、項目D17の方法。
(D20)コア-シェルモレキュラーシーブのシェルモレキュラーシーブが、10~500nm、例えば50~500nmの平均粒度を有する、項目D17の触媒。
(D21)コア-シェルモレキュラーシーブのシェルが、50~2000nmまたは10~2000nmの厚さを有する、項目D17の触媒。
(D22)コア-シェルモレキュラーシーブのシェルモレキュラーシーブが、SiO2/Al2O3として計算される、10~500、例えば、25~200のシリカ-アルミナモル比を有する、項目D17の触媒。
(D23)コア-シェルモレキュラーシーブのコアモレキュラーシーブが、SiO2/Al2O3として計算される、10~∞、例えば30~200のシリカ-アルミナ比を有する、項目D17の触媒。
(D24)コア-シェルモレキュラーシーブのコアモレキュラーシーブが、0.05~15μmまたは0.1~10μmの平均粒度を有する、項目D17の触媒。
(D25)コアモレキュラーシーブの単粒子中の結晶粒数が2以上であり、コアモレキュラーシーブの平均粒度が0.1~30μmであることが好ましい、項目D17の触媒。
(D26)コア-シェルモレキュラーシーブが、50~100%、例えば80~100%のシェル被覆率を有する、項目D17~D25のいずれかの触媒。
(D27)20~80nmの細孔径を有する細孔の細孔容積が、コア-シェルモレキュラーシーブの2~80nmの細孔径を有する細孔の細孔容積の50~70%を占める、項目D17~D25のいずれかの触媒。
(D28)担体が、粘土、シリカ担体、およびアルミナ担体からなる群から選択される1種以上である、項目D17の触媒。
(D29)担体が、アルミニウムゾル、擬ベーマイト、シリカゾル、および粘土からなる群から選択される1種以上を含む、項目D17の触媒。
(D30)触媒が、SiO2として計算して1重量%~15重量%、例えば5重量%~15重量%のシリカゾル担体と、アルミナゾル、擬ベーマイト、および粘土からなる群から選択される1種以上を含む追加の担体とを含む、項目D29の触媒。
(D31)項目D1~D16のいずれか1つの方法によって得られた、接触分解触媒。
(D32)軽質オレフィンを製造するための重油の接触分解における、項目D17~D31のいずれか1つの接触分解触媒の使用。
(D33)重油を、500~550℃の反応温度での反応のための接触分解と接触させる工程を含み;5~30h-1の重量毎時空間速度、1~15の触媒/油比であって、重油が、常圧残油、常圧軽油、減圧残油、減圧軽油、コーカー軽油、および脱アスファルト軽油/重油からなる群から選択される1つ以上である、項目D32の使用。
(E1)乾燥基準で、50~79重量%の担体、15~35重量%のコア-シェルモレキュラーシーブ、5~10重量%のYタイプモレキュラーシーブ、および1~5重量%の0.65~0.70ナノメートルの細孔開口径を有するモレキュラーシーブを含む、中間ベース原油の転化のための接触分解触媒であって、コア-シェルモレキュラーシーブのコアがZSM-5モレキュラーシーブであり、シェルがβモレキュラーシーブであり、コア-シェルモレキュラーシーブのX線回折パターンにおける2θ=22.4°の回折ピークの高さの2θ=23.1°の回折ピークの高さに対する比が0.1~10:1であり、コア-シェルモレキュラーシーブの総比表面積が420m2/gを超える、接触分解触媒。
(E2)コア-シェルモレキュラーシーブのコアのシェルに対する質量比が、0.2~20:1または1~15:1である、項目E1の触媒。
(E3)コア-シェルモレキュラーシーブの総比表面積が420m2/gを超え、例えば、490~580m2/gであり、総表面積におけるメソ細孔表面積の割合が、好ましくは10~40%である、項目E1の触媒。
(E4)コア-シェルモレキュラーシーブのシェルモレキュラーシーブが、10~500nm、例えば50~500nmの平均粒度を有する、項目E1の触媒。
(E5)コア-シェルモレキュラーシーブのシェルが50~2000nmの厚さを有する、項目E1の触媒。
(E6)コア-シェルモレキュラーシーブのシェルモレキュラーシーブが、SiO2/Al2O3として計算される、10~500、例えば25~200のシリカ-アルミナモル比を有する、項目E1の触媒。
(E7)コア-シェルモレキュラーシーブのコアモレキュラーシーブが、SiO2/Al2O3として計算される、10~∞、例えば30~200のシリカ-アルミナ比を有する、項目E1の触媒。
(E8)コア-シェルモレキュラーシーブのコアモレキュラーシーブが、0.05~15μmの平均粒度を有する、項目E1の触媒。
(E9)コアモレキュラーシーブの単粒子中の結晶粒数が2以上であり、コアモレキュラーシーブの平均粒子サイズが0.1~30μmである、E1の触媒。
(E10)コア-シェルモレキュラーシーブが、50~100%のシェル被覆率を有する、項目E1~E10のいずれか1つの触媒。
(E11)細孔径が20~80nmの細孔の細孔容積が、コア-シェルモレキュラーシーブの細孔径が2~80nmの細孔の細孔容積の50~70%である、項目E1~E10のいずれか1つの触媒。
(E12)Yモレキュラーシーブは希土類を含まないYモレキュラーシーブまたは希土類含有量が5重量%未満であるYモレキュラーシーブであり、Yモレキュラーシーブ中の希土類の含有量はRE2O3として計算して0~5重量%であり、Yモレキュラーシーブのシリカ-アルミナ比は、SiO2/Al2O3モル比として計算して4~18である、項目E1の触媒。
(E13)細孔開口径が0.65~0.70nmであるモレキュラーシーブが、βモレキュラーシーブである、項目E1またはE12の触媒。
(E14)担体が、アルミニウムゾル、ジルコニアゲル/ゾル、擬ベーマイト、および粘土からなる群から選択される1種以上である、項目E1またはE12の触媒。
(E15)接触分解触媒を調製するための方法であって、第1のモレキュラーシーブ、第2のモレキュラーシーブ、第3のモレキュラーシーブおよび担体のスラリーを形成する工程と、噴霧乾燥を行う工程とを含み、第1のモレキュラーシーブがコア-シェルモレキュラーシーブであり、第2のモレキュラーシーブが0.65~0.70ナノメートルの細孔開口径を有するモレキュラーシーブであり、第3のモレキュラーシーブがYモレキュラーシーブである、方法。
(E16)コア-シェルモレキュラーシーブの合成のための方法が、以下の工程を含む、項目E15の方法:
(1)ZSM-5モレキュラーシーブを界面活性剤溶液と接触させて、ZSM-5モレキュラーシーブ材料Iを得る工程;
(2)ZSM-5モレキュラーシーブ材料Iを、βモレキュラーシーブを含むスラリーと接触させて、ZSM-5モレキュラーシーブ材料IIを得る工程;
(3)ケイ素源、アルミニウム源、鋳型および水を含む合成液体を50~300℃で4~100h結晶化させ、予備結晶化合成液体IIIを得る工程;
(4)ZSM-5モレキュラーシーブ材料IIを予備結晶化合成液体IIIと混合し、結晶化させ、分離してナトリウム型コア-シェルモレキュラーシーブを得る工程;
(5)ナトリウム型コア-シェルモレキュラーシーブをアンモニア交換に供して、コア-シェルモレキュラーシーブ中のNa2Oの含有量を0.15重量%未満に減少させる工程;および
(6)工程(5)で得られたコア-シェルモレキュラーシーブを乾燥し、焼成する工程。
(1)ZSM-5モレキュラーシーブを界面活性剤溶液と接触させて、ZSM-5モレキュラーシーブ材料Iを得る工程;
(2)ZSM-5モレキュラーシーブ材料Iを、βモレキュラーシーブを含むスラリーと接触させて、ZSM-5モレキュラーシーブ材料IIを得る工程;
(3)ケイ素源、アルミニウム源、鋳型および水を含む合成液体を50~300℃で4~100h結晶化させ、予備結晶化合成液体IIIを得る工程;
(4)ZSM-5モレキュラーシーブ材料IIを予備結晶化合成液体IIIと混合し、結晶化させ、分離してナトリウム型コア-シェルモレキュラーシーブを得る工程;
(5)ナトリウム型コア-シェルモレキュラーシーブをアンモニア交換に供して、コア-シェルモレキュラーシーブ中のNa2Oの含有量を0.15重量%未満に減少させる工程;および
(6)工程(5)で得られたコア-シェルモレキュラーシーブを乾燥し、焼成する工程。
(E17)工程1)における接触が、ZSM-5モレキュラーシーブを0.05~50重量%の濃度で界面活性剤溶液中に添加し、少なくとも0.5時間接触させ、濾過および乾燥させて、ZSM-5モレキュラーシーブ材料Iを得ることによって行われ、接触時間が1~36時間であり、接触温度が20~70℃である、項目E16の方法。
(E18)界面活性剤が、ポリメチルメタクリレート、塩化ポリジアリルジメチルアンモニウム、ジピコリネート、アンモニア水、エチルアミン、n-ブチルアミン、水酸化テトラエチルアンモニウム、水酸化テトラプロピルアンモニウム、臭化テトラエチルアンモニウム、臭化テトラプロピルアンモニウム、水酸化テトラブチルアンモニウム、またはそれらの組合せからなる群から選択される、項目E16の方法。
(E19)工程1)のZSM-5モレキュラーシーブがSiO2/Al2O3として計算される、10~∞のシリカ-アルミナモル比を有し、ZSM-5モレキュラーシーブの平均粒度が0.05~20μmである、項目E16の方法。
(E20)工程2)における接触が、ZSM-5モレキュラーシーブ材料Iを、βモレキュラーシーブを含むスラリーに添加し、20~60℃で少なくとも0.5時間撹拌し、濾過および乾燥させて、ZSM-5モレキュラーシーブ材料IIを得る工程を含み、βモレキュラーシーブを含むスラリー中のβモレキュラーシーブの濃度が0.1~10重量%、例えば0.3~8重量%であり、βモレキュラーシーブを含むスラリーのZSM-5モレキュラーシーブ材料Iに対する重量比が10~50:1である、項目E16の方法。
(E21)工程3)において、ケイ素源、アルミニウム源、鋳型(Rで表される)、および水のモル比が、R/SiO2=0.1~10:1、例えば、0.1~3:1、H2O/SiO2=2~150:1、例えば、10~120:1、SiO2/Al2O3=10~800:1、Na2O/SiO2=0~2:1、例えば、0.01~1.7:1である、項目E16の方法。
(E22)工程3)において、ケイ素源が、テトラエトキシシラン、水ガラス、シリカゾル、粗シリカゲル、シリカホワイト、活性化粘土、またはそれらの組合せからなる群から選択され;アルミニウム源が、硫酸アルミニウム、硝酸アルミニウム、アルミニウムイソプロポキシド、アルミニウムゾル、メタアルミン酸ナトリウム、γ-アルミナ、またはそれらの組合せからなる群から選択され;鋳型が、フッ化テトラエチルアンモニウム、臭化テトラエチルアンモニウム、塩化テトラエチルアンモニウム、水酸化テトラエチルアンモニウム、ポリビニルアルコール、トリエタノールアミン、またはカルボキシメチルセルロースナトリウムからなる群から選択される1つ以上である、項目E16の方法。
(E23)工程3)において、ケイ素源、アルミニウム源、鋳型および脱イオン水を混合して合成液体を形成し、次いで、合成液体を75~250℃で10~80時間結晶化させて、予備結晶化合成液体IIIを得る、項目E16の方法。
(E24)工程3)における結晶化について、結晶化温度が80~180℃であり、結晶化時間が18~50時間である、項目E22の方法。
(E25)工程3)で得られた予備結晶化合成液体IIIのXRD分析が2θ=22.4°にピークを示し、2θ=21.2°にピークを示さない、項目E16、E22またはE23の方法。
(E26)工程4)の結晶化について、結晶化温度が100~250℃であり、結晶化時間が30~350時間であり;例えば、工程4)の結晶化について、結晶化温度が100~200℃であり、結晶化時間が50~120時間である、項目E16の方法。
(E27)工程(5)のアンモニウム交換がコア-シェルモレキュラーシーブ:アンモニウム塩:H2O=1:(0.1~1):(5~15)の重量比で50~100℃で交換および濾過することによって行われ、当該アンモニウム交換は1回以上実施することができ、アンモニウム塩は、塩化アンモニウム、硫酸アンモニウムおよび硝酸アンモニウムから選択される1つ以上である、項目E16の方法。
(E28)工程(6)における焼成が、鋳型を除去するために、350~600℃で2~6時間実施される、項目E16の方法。
(E29)Yモレキュラーシーブ中の希土類含有量がRE2O3として計算して0~5重量%であり、第2のモレキュラーシーブが、好ましくはβモレキュラーシーブである、項目E15の方法。
(E30)担体が、粘土、アルミナ担体、シリカ担体からなる群から選択される1種以上である、項目E15の方法。
(E31)シリカ担体が、中性シリカゾル、酸性シリカゾルまたは塩基性シリカゾルからなる群から選択される1種以上であり、好ましくは、触媒のシリカゾル含有量がSiO2として計算される1~15重量%である、項目E15の方法。
(E32)項目E16~E31のいずれか1つの方法によって得られる、接触分解。
(E33)重油を項目E1~E14およびE32のいずれか1つの触媒と接触させる工程を含む、重油の接触分解方法。
(E34)中間ベース原油を接触分解する方法であって、550~620℃の反応温度において、反応のために、中間ベース原油を項目E1~E14およびE33のいずれか1つの触媒と接触させる工程を含む、方法。
〔実施例〕
以下、実施形態を挙げて本願をさらに説明するが、本願はこれらに限定されるものではない。
以下、実施形態を挙げて本願をさらに説明するが、本願はこれらに限定されるものではない。
以下の実施例および比較例において、XRD分析は以下の機器および試験条件を使用して実施した:機器はエンパイラン(Empyrean)であり、試験条件は、管電圧40kV、管電流40mA、CuターゲットおよびKα線、2θスキャン範囲5~35°、スキャ速度2(°)/分であった。X線回折分析で得られた回折ピークに基づいて、コアのシェルに対する質量比を計算し、フィッティング関数pseudo-voigtによりJADEソフトウェアを使用してフィッティング計算を実施した。
モレキュラーシーブの粒度および粒子サイズはSEMで測定し、10個の結晶粒のサイズをランダムに測定し、平均値をモレキュラーシーブ試料の平均粒度とし、10個の粒子のサイズをランダムに測定し、平均値をモレキュラーシーブ試料の平均粒子サイズとした。結晶粒度は結晶粒の最も広い部分の大きさを指し、結晶粒の突起の最大外接円の直径を測定することによって得られる。粒子サイズは粒子の最も広い部分のサイズを指し、粒子の突起の最大外接円の直径を測定することによって得られる。
シェルの厚さは、TEM法により測定し、コア-シェルモレキュラーシーブ粒子の位置におけるシェルの厚さをランダムに測定し、10個の粒子を測定し、10個の粒子の平均値をとった。
モレキュラーシーブの被覆率はSEM法で測定し、コア粒子の外表面積に対するコア粒子のシェルの外表面積の割合を粒子の被覆率として計算し、10個の粒子をランダムに測定し、平均値を求めた。
メソ細孔表面積(メソ細孔比表面積)、比表面積、細孔容積(総細孔容積)および細孔径分布は、Micrometrics Instrument Corp, USAのASAP2420吸着装置を使用して、低温窒素吸着容積法により測定した。試料をそれぞれ100℃と300℃で0.5時間と6時間減圧脱気し、77.4KでN2吸着/脱着試験を行い、窒素に対する試料の吸着量と脱着量を種々の特定の圧力で測定し、N2吸着-脱着等温線を得た。BET式を使用してBET比表面積(総比表面積)を算出し、t-プロットを使用してミクロ細孔面積を算出した。
出発材料として使用したZSM-5モレキュラーシーブのシリカ-アルミナ比をXRF蛍光測定により測定し、シェルモレキュラーシーブのシリカ-アルミナ比をTEM-EDS方法により測定した。
予備結晶化合成液体IIIのXRD分析は、予備結晶化合成液体IIIを濾過し、固体の8倍量の脱イオン水で洗浄し、120℃で4時間乾燥させ、550℃で4時間焼成し、冷却した後、XRD測定を行った(XRD測定は、上記の機器および方法を使用して行った)。
<I.モレキュラーシーブの調製および評価>
(実施例I-1)
(1)水素型ZSM-5モレキュラーシーブ(シリカ-アルミナ比30、平均粒度1.2μm、平均粒子サイズ15μm、結晶化度93.0%)5.0gを、メチルメタクリレートと塩化ナトリウムの水溶液50.0g(メチルメタクリレートの質量濃度は0.2%、塩化ナトリウムの質量濃度は5.0%)に、室温(25℃)でコアを添加し、1時間撹拌し、濾過し、大気中50℃で乾燥させて、ZSM-5モレキュラーシーブ材料Iを得た。
(実施例I-1)
(1)水素型ZSM-5モレキュラーシーブ(シリカ-アルミナ比30、平均粒度1.2μm、平均粒子サイズ15μm、結晶化度93.0%)5.0gを、メチルメタクリレートと塩化ナトリウムの水溶液50.0g(メチルメタクリレートの質量濃度は0.2%、塩化ナトリウムの質量濃度は5.0%)に、室温(25℃)でコアを添加し、1時間撹拌し、濾過し、大気中50℃で乾燥させて、ZSM-5モレキュラーシーブ材料Iを得た。
(2)βモレキュラーシーブ懸濁液(水素型βモレキュラーシーブと水とから形成された懸濁液であり、βモレキュラーシーブ懸濁液内のβモレキュラーシーブの重量濃度が0.3重量%、βモレキュラーシーブが0.2ミクロンの平均粒度、30のシリカアルミナ比、および89%の結晶性を有し、βモレキュラーシーブの粒子が単結晶粒を含む粒子である懸濁液)にZSM-5モレキュラーシーブ材料Iを、ZSM-5モレキュラーシーブ材料Iのβモレキュラーシーブ懸濁液に対する質量比が1:10で添加し、50℃の温度で1時間撹拌し、濾過し、得られた濾過ケークを90℃の温度にて大気中で乾燥させて、ZSM-5モレキュラーシーブ材料IIを得た。
(3)アルミニウムイソプロポキシド1.0gを脱イオン水15gに溶解し、NaOH粒子0.65gを添加し、シリカゾル10.0g(SiO2含有量25.0重量%、pH値10.0および酸化ナトリウム含有量0.10重量%)と水酸化テトラエチルアンモニウム溶液20g(水酸化テトラエチルアンモニウム液体中の水酸化テトラエチルアンモニウム含有量25重量%)を添加し、均一に撹拌した後、結晶化用のポリテトラフルオロエチレンライニング付き反応釜に移し、80℃で48時間結晶化させて予備結晶化合成液体IIIを得た。予備結晶化合成液体IIIの試料を濾過、洗浄、乾燥および焼成し、X線回折パターンを測定した。図3に示すように、XRD回折パターンは2θ=22.4°にピークを示し、2θ=21.2°にピークを示さず、22.4°に近づくピークがあることが明らかであり、これは、シェルβモレキュラーシーブの予備結晶化が完了したことを示す。
(4)ZSM-5モレキュラーシーブ材料IIを予備結晶化合成液体IIIに添加し(ZSM-5モレキュラーシーブ材料IIの予備結晶化合成液体IIIに対する重量比(乾燥基準で計算)は1:10である)、120℃で60時間結晶化した。結晶化後、濾過、洗浄、乾燥後、550℃で4時間焼成し、ナトリウム型ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブを得た。
実施例I-1で得られたZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブのSEM像を図1に示す。図に示すように、コア-シェルモレキュラーシーブはシェルβモレキュラーシーブの良好な被覆率を有し、高倍率(図1の右半分参照)では、コアモレキュラーシーブが複数の結晶粒から構成される構造を有することが分かる。
図2Aのパターン3は実施例I-1で得られたZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブのXRD回折パターンを示し、図2BはXRD回折パターンの部分拡大図を示し、2θの22.4°および23.1°における回折ピークは、それぞれシェルおよびコアの特徴的なピークである。
図4は、実施例I-1で得られたZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブのTEM像であり、TEMから、コアに付着しながらシェルβモレキュラーシーブが成長し、最終的にコア-シェルモレキュラーシーブとなることが観察できる。
図5は実施例I-1で得られたZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブの細孔径分布図を示し、コア-シェルモレキュラーシーブが階層的な細孔構造、すなわちミクロ-メソ-マクロ細孔構造を有することを細孔径分布曲線によって証明した。
(比較例I-1)
(1)出発材料として、水ガラス、硫酸アルミニウムおよびエチルアミン水溶液を使用し、SiO2:A12O3:C2H5NH2:H2O=40:1:10:1792のモル比で混合し、ゼラチン化し、140℃で3日間結晶化させ、大粒の円筒形ZSM-5モレキュラーシーブ(粒度4.0μm)を得た。
(1)出発材料として、水ガラス、硫酸アルミニウムおよびエチルアミン水溶液を使用し、SiO2:A12O3:C2H5NH2:H2O=40:1:10:1792のモル比で混合し、ゼラチン化し、140℃で3日間結晶化させ、大粒の円筒形ZSM-5モレキュラーシーブ(粒度4.0μm)を得た。
(2)得られた大粒の円筒形ZSM-5モレキュラーシーブを、メチルメタクリレートを0.5重量%含む塩化ナトリウム塩液(NaCl濃度5重量%)で30分間前処理し、濾過し、乾燥させ、βモレキュラーシーブ懸濁液(ナノβモレキュラーシーブであり、ZSM-5モレキュラーシーブのβモレキュラーシーブ懸濁液に対する質量比が1:10)に脱イオン水を0.5重量%まで分散させ、30分間付着させ、濾過し、乾燥させ、540℃で5時間焼成してコアモレキュラーシーブを得た。
(3)ケイ素源としてシリカホワイトおよびテトラエトキシシラン(TEOS)を使用し、出発材料としてアルミン酸ナトリウムおよび水酸化テトラエチルアンモニウム(TEAOH)を使用し、TEAOH:SiO2:A12O3:H2O=13:30:1:1500の比で添加し、工程2)で得られたコアモレキュラーシーブを添加した後、テトラフルオロエチレンライニング付きステンレス反応釜に投入し、140℃で54時間結晶化させた。
(4)結晶化後、得られたものを、濾過、洗浄、乾燥後、550℃で4時間焼成してコア-シェルモレキュラーシーブを得た。
(比較例I-2)
モレキュラーシーブは、実施例I-1に記載のとおりに合成した。ただし、工程(3)において、結晶化温度が30℃であり、結晶化時間が3時間であった。結晶化生成物の試料を濾過、洗浄、乾燥、および焼成したところ、XRDパターンにおいて、2θ=22.4°および2θ=21.2°にピークがないことが観察できた。
モレキュラーシーブは、実施例I-1に記載のとおりに合成した。ただし、工程(3)において、結晶化温度が30℃であり、結晶化時間が3時間であった。結晶化生成物の試料を濾過、洗浄、乾燥、および焼成したところ、XRDパターンにおいて、2θ=22.4°および2θ=21.2°にピークがないことが観察できた。
(比較例I-3)
実施例I-1の工程(1)および(2)に使用したZSM-5およびβモレキュラーシーブを、実施例I-1の混合比に従って機械的に混合し、モレキュラーシーブ混合物を得た。
実施例I-1の工程(1)および(2)に使用したZSM-5およびβモレキュラーシーブを、実施例I-1の混合比に従って機械的に混合し、モレキュラーシーブ混合物を得た。
(比較例I-4)
モレキュラーシーブは、実施例I-1に記載のとおりに合成した。ただし、工程(3)において、結晶化温度が180℃、結晶化時間が120時間であった。結晶化生成物の試料を濾過、洗浄、乾燥、および焼成したところ、XRDパターンにおいて、2θ=22.4°および2θ=21.2°にピークがあることが観察できた。
モレキュラーシーブは、実施例I-1に記載のとおりに合成した。ただし、工程(3)において、結晶化温度が180℃、結晶化時間が120時間であった。結晶化生成物の試料を濾過、洗浄、乾燥、および焼成したところ、XRDパターンにおいて、2θ=22.4°および2θ=21.2°にピークがあることが観察できた。
(比較例I-5)
モレキュラーシーブは、実施例I-1に記載のとおりに合成した。ただし、工程(2)を使わず、工程(1)の生成物であるZSM-5モレキュラーシーブ材料Iを、ZSM-5モレキュラーシーブ材料IIの代わりに、工程(4)において直接使用した。
モレキュラーシーブは、実施例I-1に記載のとおりに合成した。ただし、工程(2)を使わず、工程(1)の生成物であるZSM-5モレキュラーシーブ材料Iを、ZSM-5モレキュラーシーブ材料IIの代わりに、工程(4)において直接使用した。
比較例I-4およびI-5では、コア-シェルモレキュラーシーブは得られなかった。
(実施例I-2)
(1)水素型ZSM-5モレキュラーシーブ(シリカ-アルミナ比60、平均粒度0.5μm、平均粒子サイズ10μm、結晶化度90.0%)5.0gを、ポリジアリルジメチルアンモニウムクロライドと塩化ナトリウムとの水溶液50.0g(溶液中のポリジアリルジメチルアンモニウムクロライドの質量含有率が0.2%、塩化ナトリウムの質量含有率が0.2%)に室温(25℃)で添加し、2時間撹拌後、濾過し、得られた濾過ケークを大気中50℃で乾燥させてZSM-5モレキュラーシーブ材料Iを得た。
(1)水素型ZSM-5モレキュラーシーブ(シリカ-アルミナ比60、平均粒度0.5μm、平均粒子サイズ10μm、結晶化度90.0%)5.0gを、ポリジアリルジメチルアンモニウムクロライドと塩化ナトリウムとの水溶液50.0g(溶液中のポリジアリルジメチルアンモニウムクロライドの質量含有率が0.2%、塩化ナトリウムの質量含有率が0.2%)に室温(25℃)で添加し、2時間撹拌後、濾過し、得られた濾過ケークを大気中50℃で乾燥させてZSM-5モレキュラーシーブ材料Iを得た。
(2)ZSM-5モレキュラーシーブ材料Iを水素型βモレキュラーシーブ懸濁液(βモレキュラーシーブ懸濁液中のβモレキュラーシーブの濃度は2.5重量%、βモレキュラーシーブの平均粒度は0.1μm、シリカ-アルミナ比は30.0、結晶化度は92.0%)に添加し、ZSM-5モレキュラーシーブ材料Iとβモレキュラーシーブ懸濁液を1:45の質量比で50℃にて2時間撹拌し、濾過し、大気中90℃で乾燥させてZSM-5モレキュラーシーブ材料IIを得た。
(3)アルミニウムゾル2.0g(Al2O3濃度25重量%、アルミニウム-塩素モル比1.1)を脱イオン水5.0gに溶解し、NaOH粒子0.3gを添加し、水ガラス45.0mL(SiO2濃度251g/L、弾性率2.5)、水酸化テトラエチルアンモニウム溶液16g(水酸化テトラエチルアンモニウム溶液の質量濃度25%)を連続して添加し、完全に均一に撹拌した後、結晶化用ポリテトラフルオロエチレンライニング付き反応釜に移し、150℃で10時間結晶化させて、予備結晶化合成液体IIIを得た。予備結晶化合成液体IIIの試料を濾過、洗浄、乾燥、焼成した後、XRDパターンにおいて2θ=22.4°にピークがあり、2θ=21.2°にピークがないことが観察できた。
(4)ZSM-5モレキュラーシーブ材料IIを予備結晶化合成液体IIIに、ZSM-5モレキュラーシーブ材料IIの予備結晶化合成液体IIIに対する重量比が1:10で添加し、次いで130℃で80時間結晶化した。結晶化後、濾過、洗浄、乾燥後、550℃で4時間焼成し、ナトリウム型ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブを得た。
(実施例I-3)
(1)室温(25℃)で、n-ブチルアミンと塩化ナトリウムの水溶液(n-ブチルアミンの質量含有量は5.0%、塩化ナトリウムの質量含有量は2%)50.0gに、水素型ZSM-5モレキュラーシーブ(シリカ-アルミナ比100、平均粒度100nm、平均粒子サイズ5.0ミクロン、結晶化度91.0%、量が5.0g)をコア材料として添加し、24時間撹拌し、濾過し、大気中70℃で乾燥させて、ZSM-5モレキュラーシーブ材料Iを得た。
(1)室温(25℃)で、n-ブチルアミンと塩化ナトリウムの水溶液(n-ブチルアミンの質量含有量は5.0%、塩化ナトリウムの質量含有量は2%)50.0gに、水素型ZSM-5モレキュラーシーブ(シリカ-アルミナ比100、平均粒度100nm、平均粒子サイズ5.0ミクロン、結晶化度91.0%、量が5.0g)をコア材料として添加し、24時間撹拌し、濾過し、大気中70℃で乾燥させて、ZSM-5モレキュラーシーブ材料Iを得た。
(2)ZSM-5モレキュラーシーブ材料Iを水素型βモレキュラーシーブ懸濁液(βモレキュラーシーブ懸濁液中のβモレキュラーシーブの重量濃度が5.0重量%、βモレキュラーシーブは、平均粒度が50nm、シリカ-アルミナ比が30.0、結晶化度が95.0%)に添加し(ZSM-5モレキュラーシーブ材料Iのβモレキュラーシーブ懸濁液に対する質量比は1:20)、50℃で10時間撹拌し、濾過し、得られた濾過ケークを120℃の大気中で乾燥させて、ZSM-5モレキュラーシーブ材料IIを得た。
(3)メタアルミン酸ナトリウム1.0gを脱イオン水18.0gに溶解し、NaOH粒子0.60gを添加し、粗シリカゲル10.0g(SiO2含有量98.0重量%)、臭化テトラエチルアンモニウム溶液18g(臭化テトラエチルアンモニウム溶液の質量分率25%)を連続して添加し、均一に撹拌し、結晶化用ポリテトラフルオロエチレンライニング付反応釜に移し、130℃で30時間結晶化させて、予備結晶化合成液体IIIを得た。予備結晶化合成液体IIIの試料を濾過、洗浄、乾燥および焼成をしたところ、XRDパターンにおいて、2θ=22.4°にピークがあり、2θ=21.2°にピークがないことが観察できた。
(4)ZSM-5モレキュラーシーブ材料IIを予備結晶化合成液体IIIに、乾燥基準で、ZSM-5モレキュラーシーブ材料IIの予備結晶化合成液体IIIに対する重量比が1:4で添加し、80℃で100時間結晶化した。結晶化後、得られたものを、濾過、洗浄、乾燥後、550℃で4時間焼成して、ナトリウム型ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブを得た。
(実施例I-4)
(1)ZSM-5モレキュラーシーブ(シリカ-アルミナ比200、平均結晶粒度5.0μm、平均粒子サイズ25μm、結晶化度92.0%、量が5.0g)をコア材料として、25℃においてジピコリン酸の質量含有量が1.0%の塩化ナトリウム塩溶液(塩化ナトリウム濃度1重量%)50.0gに添加し、10時間撹拌した後、濾過し、得られた濾過ケークを大気中30℃で乾燥させて、ZSM-5モレキュラーシーブ材料Iを得た。
(1)ZSM-5モレキュラーシーブ(シリカ-アルミナ比200、平均結晶粒度5.0μm、平均粒子サイズ25μm、結晶化度92.0%、量が5.0g)をコア材料として、25℃においてジピコリン酸の質量含有量が1.0%の塩化ナトリウム塩溶液(塩化ナトリウム濃度1重量%)50.0gに添加し、10時間撹拌した後、濾過し、得られた濾過ケークを大気中30℃で乾燥させて、ZSM-5モレキュラーシーブ材料Iを得た。
(2)ZSM-5モレキュラーシーブ材料Iを、βモレキュラーシーブ懸濁液(βモレキュラーシーブ懸濁液中のβモレキュラーシーブの重量濃度が4.0重量%、水素型βモレキュラーシーブの平均粒度が0.5μm、シリカ-アルミナ比が30、結晶化度が90.0%)に添加し(ZSM-5モレキュラーシーブ材料Iのβモレキュラーシーブ懸濁液に対する質量比は1:15)、50℃で24時間撹拌し、濾過し、得られた濾過ケークを大気中140℃で乾燥させて、モレキュラーシーブIIを得た。
(3)硫酸アルミニウム9.0gを脱イオン水150.0gに溶解し、NaOH粒子2.4gを添加し、シリカホワイト30.0gとカルボキシメチルセルロースナトリウム(CAS番号:9004-32-4)42.0gを連続して添加し、均一に撹拌した後、結晶化用のポリテトラフルオロエチレンライニング付き反応釜に移し、150℃で12時間結晶化させて、予備結晶化合成液体IIIを得た。予備結晶化合成液体IIIの試料を濾過、洗浄、乾燥、焼成したところ、XRDパターンにおいて、2θ=22.4°にピークがあり、2θ=21.2°にピークがないことが観察できた。
(4)モレキュラーシーブIIを予備結晶化合成液体IIIに、乾燥基準でZSM-5モレキュラーシーブ材料IIの予備結晶化合成液体IIIに対する重量比が1:8で、添加し、150℃で50時間結晶化させた。結晶化後、得られたものを、濾過、洗浄、乾燥、および550℃で4時間焼成して、ナトリウム型ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブを得た。
(実施例I-5)
比較例I-1の工程(1)で得られたZSM-5モレキュラーシーブをコアモレキュラーシーブとして使用したこと以外は、実施例I-1に記載のとおりにしてモレキュラーシーブを合成した。
比較例I-1の工程(1)で得られたZSM-5モレキュラーシーブをコアモレキュラーシーブとして使用したこと以外は、実施例I-1に記載のとおりにしてモレキュラーシーブを合成した。
(反応による評価)
上記の実施例I-1~I-5で得られたZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブと、それぞれの比較例で得られたモレキュラーシーブの試料とをアンモニウム交換に供して、酸化ナトリウム含有量を0.1重量%未満に減少させて水素型モレキュラーシーブを得た。アンモニウム交換条件には、モレキュラーシーブ:塩化アンモニウム:H2O=1:0.5:10、アンモニウム交換温度85℃、アンモニウム交換時間1時間が含まれていた。アンモニア交換後、得られたものを濾過、洗浄、乾燥後、550℃で2時間焼成した。
上記の実施例I-1~I-5で得られたZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブと、それぞれの比較例で得られたモレキュラーシーブの試料とをアンモニウム交換に供して、酸化ナトリウム含有量を0.1重量%未満に減少させて水素型モレキュラーシーブを得た。アンモニウム交換条件には、モレキュラーシーブ:塩化アンモニウム:H2O=1:0.5:10、アンモニウム交換温度85℃、アンモニウム交換時間1時間が含まれていた。アンモニア交換後、得られたものを濾過、洗浄、乾燥後、550℃で2時間焼成した。
上記で得られた水素型モレキュラーシーブを100%水蒸気下、800℃にて4時間熟成に供して、熟成した試料を固定床マイクロリアクターACE-MODEL FB(ASTM D5154およびD7964の標準方法に従う)で評価した。原料油はハイドロアップグレードされた重油であり(組成および物性は表I-2に示す)、評価条件には反応温度550℃、反応圧力0.1Mpa、触媒/油比(重量比)3、給油時間150秒を含んでいた。評価結果は表I-3に示す。
表I-3から分かるように、本出願のコア-シェルモレキュラーシーブは、比較例のモレキュラーシーブと比較して、より高いプロピレンの収率、ならびにより高いエチレンの収率、改善された重油の転化率、および著しく改善された液化気体(C3-C4)の収率を提供することができる。
<II.第1のタイプの実施形態の触媒(水素化VGO接触分解触媒)の調製および評価>
(実施例II-1)
(1)水素型ZSM-5モレキュラーシーブ(シリカ-アルミナ比30、平均粒度1.2μm、ZSM-5モレキュラーシーブの平均粒子サイズ15μm、結晶化度93.0%)500gを、メチルメタクリレートと塩化ナトリウムの水溶液5000g(メチルメタクリレートの質量濃度は0.2%、塩化ナトリウムの質量濃度は5.0%)に、室温(25℃)にてコア材料として添加し、1時間撹拌し、濾過し、大気中50℃で乾燥させて、ZSM-5モレキュラーシーブ材料Iを得た。
(実施例II-1)
(1)水素型ZSM-5モレキュラーシーブ(シリカ-アルミナ比30、平均粒度1.2μm、ZSM-5モレキュラーシーブの平均粒子サイズ15μm、結晶化度93.0%)500gを、メチルメタクリレートと塩化ナトリウムの水溶液5000g(メチルメタクリレートの質量濃度は0.2%、塩化ナトリウムの質量濃度は5.0%)に、室温(25℃)にてコア材料として添加し、1時間撹拌し、濾過し、大気中50℃で乾燥させて、ZSM-5モレキュラーシーブ材料Iを得た。
(2)βモレキュラーシーブ懸濁液(水素型βモレキュラーシーブと水とから形成された懸濁液であり、βモレキュラーシーブ懸濁液内のβモレキュラーシーブの重量濃度が0.3重量%、βモレキュラーシーブが0.2ミクロンの平均粒度、30のシリカアルミナ比、および89%の結晶性を有し、βモレキュラーシーブの粒子が単結晶粒を含む粒子である懸濁液)にZSM-5モレキュラーシーブ材料Iを、ZSM-5モレキュラーシーブ材料Iのβモレキュラーシーブ懸濁液に対する質量比が1:10で添加し、50℃の温度で1時間撹拌し、濾過し、得られた濾過ケークを90℃の温度にて大気中で乾燥させて、ZSM-5モレキュラーシーブ材料IIを得た。
(3)アルミニウムイソプロポキシド100.0gを脱イオン水1500gに溶解し、NaOH粒子65gを添加し、シリカゾル1000g(SiO2含有量25.0重量%、pH値10.0および酸化ナトリウム含有量0.10%)と水酸化テトラエチルアンモニウム溶液2000g(水酸化テトラエチルアンモニウム液体中の水酸化テトラエチルアンモニウムの濃度は25重量%)を連続して添加し、均一に撹拌した後、結晶化用のポリテトラフルオロエチレンライニング付き反応釜に移し、80℃で48時間結晶化させて予備結晶化合成液体IIIを得た。予備結晶化合成液体IIIの試料を濾過後、洗浄、乾燥および焼成し、XRD回折パターンにおいて、2θ=22.4°にピークがあり、2θ=21.2°にピークがないことが観察できた。
(4)ZSM-5モレキュラーシーブ材料IIを、ZSM-5モレキュラーシーブ材料IIの予備結晶化合成液体IIIに対する重量比が1:10で予備結晶化合成液体III中に添加し、120℃で60時間結晶化させた。結晶化の完了後、濾過、洗浄、乾燥および550℃で4時間焼成して、ナトリウム型ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブを得た。
(5)得られたナトリウム型ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブをNH4Cl溶液によって交換に供し、洗浄してNa2Oの含有量を0.15重量%未満の濃度に減らし、濾過、乾燥および550℃で4時間焼成して、SZ-II-1と称する水素型コア-シェルモレキュラーシーブを得た。
(実施例II-2)
(1)水素型ZSM-5モレキュラーシーブ(シリカ-アルミナ比60、平均粒度0.5μm、平均粒子サイズ10μm、結晶化度90.0%)500gを、ポリジアリルジメチルアンモニウムクロライドと塩化ナトリウムとの水溶液5000g(溶液中のポリジアリルジメチルアンモニウムクロライドの質量含有率が0.2%、塩化ナトリウムの質量含有率が0.2%)に室温(25℃)にて添加し、2時間撹拌後、濾過し、得られた濾過ケークを大気中50℃で乾燥させてZSM-5モレキュラーシーブ材料Iを得た。
(1)水素型ZSM-5モレキュラーシーブ(シリカ-アルミナ比60、平均粒度0.5μm、平均粒子サイズ10μm、結晶化度90.0%)500gを、ポリジアリルジメチルアンモニウムクロライドと塩化ナトリウムとの水溶液5000g(溶液中のポリジアリルジメチルアンモニウムクロライドの質量含有率が0.2%、塩化ナトリウムの質量含有率が0.2%)に室温(25℃)にて添加し、2時間撹拌後、濾過し、得られた濾過ケークを大気中50℃で乾燥させてZSM-5モレキュラーシーブ材料Iを得た。
(2)ZSM-5モレキュラーシーブ材料Iを水素型βモレキュラーシーブ懸濁液(βモレキュラーシーブ懸濁液中のβモレキュラーシーブの濃度は2.5重量%、βモレキュラーシーブの平均粒度は0.1μm、シリカ-アルミナ比は30.0、結晶化度は92.0%)に添加し、ZSM-5モレキュラーシーブ材料Iとβモレキュラーシーブ懸濁液を1:45の質量比で50℃にて2時間撹拌し、濾過し、大気中90℃で乾燥させてZSM-5モレキュラーシーブ材料IIを得た。
(3)アルミニウムゾル200.0g(Al2O3濃度25重量%、アルミニウム-塩素モル比1.1)を脱イオン水500gに溶解し、NaOH粒子30gを添加し、水ガラス4500mL(SiO2濃度251g/L、弾性率2.5)、水酸化テトラエチルアンモニウム溶液1600g(水酸化テトラエチルアンモニウム溶液の質量濃度25%)を連続して添加し、完全に均一に撹拌した後、結晶化用ポリテトラフルオロエチレンライニング付き反応釜に移し、150℃で10時間結晶化させて、予備結晶化合成液体IIIを得た。予備結晶化合成液体IIIの試料を濾過、洗浄、乾燥、焼成した後、XRDパターンにおいて2θ=22.4°にピークがあり、2θ=21.2°にピークがないことが観察できた。
(4)ZSM-5モレキュラーシーブ材料IIを予備結晶化合成液体IIIに、ZSM-5モレキュラーシーブ材料IIの予備結晶化合成液体IIIに対する重量比が乾燥基準にて1:10で添加し、次いで130℃で80時間結晶化した。結晶化後、濾過、洗浄、乾燥後、550℃で4時間焼成し、ナトリウム型ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブを得た。
(5)ナトリウム型ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブをNH4Cl溶液によって交換に供し、洗浄してNa2Oの含有量を0.15重量%未満の濃度に減らし、濾過、乾燥および550℃で4時間焼成して、SZ-II-2と称する水素型コア-シェルモレキュラーシーブを得た。
(実施例II-3)
(1)室温(25℃)で、n-ブチルアミンと塩化ナトリウムの水溶液5000g(n-ブチルアミンの質量濃度は5.0%、塩化ナトリウムの質量濃度は2%)に、500gの水素型ZSM-5モレキュラーシーブ(シリカ-アルミナ比100、平均粒度100nm、平均粒子サイズ5.0ミクロン、結晶化度91.0%)をコア材料として添加し、24時間撹拌し、濾過し、大気中70℃で乾燥させて、ZSM-5モレキュラーシーブ材料Iを得た。
(1)室温(25℃)で、n-ブチルアミンと塩化ナトリウムの水溶液5000g(n-ブチルアミンの質量濃度は5.0%、塩化ナトリウムの質量濃度は2%)に、500gの水素型ZSM-5モレキュラーシーブ(シリカ-アルミナ比100、平均粒度100nm、平均粒子サイズ5.0ミクロン、結晶化度91.0%)をコア材料として添加し、24時間撹拌し、濾過し、大気中70℃で乾燥させて、ZSM-5モレキュラーシーブ材料Iを得た。
(2)ZSM-5モレキュラーシーブ材料Iを水素型βモレキュラーシーブ懸濁液(βモレキュラーシーブ懸濁液中のβモレキュラーシーブの重量濃度が5.0重量%、βモレキュラーシーブは、平均粒度が50nm、シリカ-アルミナ比が30.0、結晶化度が95.0%)に添加し(ZSM-5モレキュラーシーブ材料Iのβモレキュラーシーブ懸濁液に対する質量比は1:20)、50℃で10時間撹拌し、濾過し、得られた濾過ケークを120℃の大気中で乾燥させて、ZSM-5モレキュラーシーブ材料IIを得た。
(3)メタアルミン酸ナトリウム100gを脱イオン水1800gに溶解し、NaOH粒子60gを添加し、粗シリカゲル1000g(SiO2含有量98.0重量%)、臭化テトラエチルアンモニウム溶液1800g(臭化テトラエチルアンモニウム溶液の質量濃度25%)を連続して添加し、均一に撹拌し、結晶化用ポリテトラフルオロエチレンライニング付反応釜に移し、130℃で30時間結晶化させて、予備結晶化合成液体IIIを得た。予備結晶化合成液体IIIの試料を濾過、洗浄、乾燥および焼成をしたところ、XRDパターンにおいて、2θ=22.4°にピークがあり、2θ=21.2°にピークがないことが観察できた。
(4)ZSM-5モレキュラーシーブ材料IIを予備結晶化合成液体IIIに、乾燥基準で、ZSM-5モレキュラーシーブ材料IIの予備結晶化合成液体IIIに対する重量比が1:4で添加し、80℃で100時間結晶化した。結晶化後、得られたものを、濾過、洗浄、乾燥後、550℃で4時間焼成して、ナトリウム型ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブを得た。
(5)ナトリウム型ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブをNH4Cl溶液によって交換に供し、洗浄してNa2Oの含有量を0.15重量%未満の濃度に減らし、濾過、乾燥および550℃で4時間焼成して、SZ-II-3と称する水素型コア-シェルモレキュラーシーブを得た。
(比較例II-1)
(1)出発材料として、水ガラス、硫酸アルミニウムおよびエチルアミン水溶液を使用し、SiO2:A12O3:C2H5NH2:H2O=40:1:10:1792のモル比で混合し、ゼラチン化し、140℃で3日間結晶化させ、大粒の円筒形ZSM-5モレキュラーシーブ(粒度4.0μm)を得た。
(1)出発材料として、水ガラス、硫酸アルミニウムおよびエチルアミン水溶液を使用し、SiO2:A12O3:C2H5NH2:H2O=40:1:10:1792のモル比で混合し、ゼラチン化し、140℃で3日間結晶化させ、大粒の円筒形ZSM-5モレキュラーシーブ(粒度4.0μm)を得た。
(2)得られた大粒の円筒形ZSM-5モレキュラーシーブを、メチルメタクリレートを0.5重量%含む塩化ナトリウム塩液(NaCl濃度5重量%)で30分間前処理し、濾過し、乾燥させ、βモレキュラーシーブ懸濁液(ナノβモレキュラーシーブであり、ZSM-5モレキュラーシーブのβモレキュラーシーブ懸濁液に対する質量比が1:10)に脱イオン水を0.5重量%まで分散させ、30分間付着させ、濾過し、乾燥させ、540℃で5時間焼成してコアモレキュラーシーブを得た。
(3)ケイ素源としてシリカホワイトおよびテトラエトキシシラン(TEOS)を使用し、出発材料としてアルミン酸ナトリウムおよびTEAOHを使用し、TEAOH:SiO2:A12O3:H2O=13:30:1:1500の比で添加し、工程2)で得られたコアモレキュラーシーブを添加した後、テトラフルオロエチレンライニング付きステンレス反応釜に投入し、140℃で54時間結晶化させた。
(4)結晶化後、得られたものを、濾過、洗浄、乾燥後、550℃で4時間焼成してコア-シェルモレキュラーシーブを得た。
(5)得られたナトリウム型ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブをNH4Cl溶液によって交換に供し、洗浄してNa2Oの含有量を0.15重量%未満の濃度に減らし、濾過、乾燥および550℃で2時間焼成して、DZ-II-1と称する水素型コア-シェルモレキュラーシーブを得た。
(比較例II-2)
モレキュラーシーブは、実施例II-1に記載のとおりに合成した。ただし、工程(3)において、結晶化温度が30℃であり、結晶化時間が3時間であった。結晶化生成物の試料を濾過、洗浄、乾燥、および焼成したところ、XRDパターンにおいて、2θ=22.4°および2θ=21.2°にピークがないことが観察できた。得られたモレキュラーシーブをDZ-II-2と称した。
モレキュラーシーブは、実施例II-1に記載のとおりに合成した。ただし、工程(3)において、結晶化温度が30℃であり、結晶化時間が3時間であった。結晶化生成物の試料を濾過、洗浄、乾燥、および焼成したところ、XRDパターンにおいて、2θ=22.4°および2θ=21.2°にピークがないことが観察できた。得られたモレキュラーシーブをDZ-II-2と称した。
(比較例II-3)
実施例II-1の工程(1)および(2)に使用したZSM-5モレキュラーシーブおよびβモレキュラーシーブを、実施例II-1の混合比に従って機械的に混合し、得られたモレキュラーシーブ混合物をDZ-II-3と称した。
実施例II-1の工程(1)および(2)に使用したZSM-5モレキュラーシーブおよびβモレキュラーシーブを、実施例II-1の混合比に従って機械的に混合し、得られたモレキュラーシーブ混合物をDZ-II-3と称した。
以下の実施例および比較例は本明細書に提供される第1のタイプの実施形態の触媒の調製を例示するために提供する。使用したカオリンはChina Kaolin Clay Co. Ltd.の、固形分75重量%を有する市販品であり、擬ベーマイト(略してベーマイト)はアルミナ含有量65重量%を有し、Shandong Aluminum Corporationから入手可能である。アルミナゾルはアルミナ含有量21重量%を有し、Sinopec Catalyst Co. Ltd.のQilu支部から入手可能である。
(実施例II-4~II-6)
触媒は、実施例II-1~II-3でそれぞれ得られ、A-II-1、A-II-2およびA-II-3と称したコア-シェルモレキュラーシーブを使用して調製した。触媒の調製方法は以下の通りであった。
触媒は、実施例II-1~II-3でそれぞれ得られ、A-II-1、A-II-2およびA-II-3と称したコア-シェルモレキュラーシーブを使用して調製した。触媒の調製方法は以下の通りであった。
(1)擬ベーマイトを水と均一に混合し、濃縮塩酸(化学的に純粋、Beijing Chemical Plantの製品)を36重量%の濃度で、酸対アルミニウム比0.2(すなわち、36重量%塩酸の擬ベーマイトに対する重量比(Al2O3として計算))にて撹拌下で添加し、得られた混合物を70℃に加熱し、1.5時間熟成させて、アルミナ含有量が12重量%の熟成擬ベーマイトスラリーを得た。
(2)シリカゾル(pH3、SiO2含有量25%、Beijing Chemical Plantより入手可能)を取り、希土類塩化物(LaのCeに対する重量比を2:3とし、LaとCeの総含有量を98重量%とした)を添加して20分間撹拌し、改質シリカゾルを得た;実施例II-4~II-6で得られたシリカゾルにおいて、希土類含有量はRE2O3として計算し、かつSiO2の重量に基づいて、それぞれ10重量%、15重量%および5重量%である。
(3)改質シリカゾルにコア-シェルモレキュラーシーブを混合し、30分間撹拌してスラリーを得た。
(4)アルミニウムゾルと、工程(3)で得られたスラリーと、カオリンと、熟成した擬ベーマイトスラリーと、脱イオン水とを混合し、30分間撹拌して固形分25重量%のスラリーを得、噴霧乾燥して触媒微小球を得た。
(5)得られたものを、触媒微小球:アンモニウム塩:H2O=1:1:10の重量比で、80℃で1時間アンモニア交換を行い、濾過した後、交換および濾過処理を再度行い、乾燥させて目的の触媒を得た。
(比較例II-4~II-6)
比較例II-4~II-6は、比較例II-1~II-3で得られたモレキュラーシーブを使用して調製された触媒を例示する。
比較例II-4~II-6は、比較例II-1~II-3で得られたモレキュラーシーブを使用して調製された触媒を例示する。
比較例II-1~II-3で得られたモレキュラーシーブを、熟成した擬ベーマイトスラリー、カオリン、水、改質シリカゾル、アルミナゾルとそれぞれ混合し、噴霧乾燥して、実施例II-4に記載の触媒を調製する方法に従って微小球状触媒を得た。得られた触媒をDB-II-1、DB-II-2およびDB-II-3と称する。
実施例および比較例それぞれのモレキュラーシーブの種類および使用量、得られた触媒1Kg当たりのアルミゾル、擬ベーマイト、改質シリカゾルおよびカオリン粘土の乾燥基準による使用量を表II-2に示す。改質シリカゾルの希土類含有量はRE2O3として算出される重量による含有量であり、シリカの量を基準とする。
表II-3は、実施例で得られた触媒A-II-1~A-II-3および比較例で得られた触媒DB-II-1~DB-II-3の組成を乾燥基準で重量%で表したものである。触媒中のモレキュラーシーブ、ベーマイト、アルミニウムゾル、シリカゾルおよびカオリンの含有量は、調製に使用される対応する出発材料の量に基づいて計算される。
(反応による評価)
実施例および比較例の触媒を800℃、100体積%水蒸気で17時間熟成した後、小型固定流動床反応器で水素化VGOの接触分解用触媒の性能を評価した。評価条件は、520℃の反応温度、4.0h-1の重量毎時空間速度、および8(重量比)の触媒/油比を含んだ。使用した水素化VGOの物性を表II-4に、評価結果を表II-5に示す。
実施例および比較例の触媒を800℃、100体積%水蒸気で17時間熟成した後、小型固定流動床反応器で水素化VGOの接触分解用触媒の性能を評価した。評価条件は、520℃の反応温度、4.0h-1の重量毎時空間速度、および8(重量比)の触媒/油比を含んだ。使用した水素化VGOの物性を表II-4に、評価結果を表II-5に示す。
表II-5において、C2=はエチレングリコール、C3=はプロピレン、C30はプロパンを示し、「総硫黄(公海)」は総硫黄含有量が公海での使用基準を満たすことを示す。
表II-5に列挙される生成物の収率は、供給原料の供給量に基づいて計算された。
表II-5から分かるように、本出願の第1のタイプの実施形態の触媒は、水素化VGO転化に使用したとき、より高い燃料油収率、より高いエチレンおよびプロピレン収率、ならびにより高いプロピレン/プロパン比を示す。得られた燃料油は、船舶用燃料油の基準を満たすことができる。
<III.第2のタイプの実施形態の触媒(水素化LCO接触分解触媒)の調製および評価>
(実施例III-1)
(1)水素型ZSM-5モレキュラーシーブ(シリカ-アルミナ比30、平均粒度1.2μm、平均粒子サイズ15μm、結晶化度93.0%)500gを、メチルメタクリレートと塩化ナトリウムの水溶液5000g(メチルメタクリレートの質量濃度は0.2%、塩化ナトリウムの質量濃度は5.0%)に、室温(25℃)にてコア材料として添加し、1時間撹拌し、濾過し、大気中50℃で乾燥させて、ZSM-5モレキュラーシーブ材料Iを得た。
(実施例III-1)
(1)水素型ZSM-5モレキュラーシーブ(シリカ-アルミナ比30、平均粒度1.2μm、平均粒子サイズ15μm、結晶化度93.0%)500gを、メチルメタクリレートと塩化ナトリウムの水溶液5000g(メチルメタクリレートの質量濃度は0.2%、塩化ナトリウムの質量濃度は5.0%)に、室温(25℃)にてコア材料として添加し、1時間撹拌し、濾過し、大気中50℃で乾燥させて、ZSM-5モレキュラーシーブ材料Iを得た。
(2)βモレキュラーシーブ懸濁液(水素型βモレキュラーシーブと水とから形成された懸濁液であり、βモレキュラーシーブ懸濁液内のβモレキュラーシーブの重量濃度が0.3重量%、βモレキュラーシーブが0.2ミクロンの平均粒度、30のシリカアルミナ比、および89%の結晶性を有し、βモレキュラーシーブの粒子が単結晶粒を含む粒子である懸濁液)にZSM-5モレキュラーシーブ材料Iを、ZSM-5モレキュラーシーブ材料Iのβモレキュラーシーブ懸濁液に対する質量比が1:10で添加し、50℃の温度で1時間撹拌し、濾過し、得られた濾過ケークを90℃の温度にて大気中で乾燥させて、ZSM-5モレキュラーシーブ材料IIを得た。
(3)アルミニウムイソプロポキシド100gを脱イオン水1500gに溶解し、NaOH粒子65gを添加し、シリカゾル1000g(SiO2含有量25.0重量%、pH値10.0および酸化ナトリウム含有量0.10%)と水酸化テトラエチルアンモニウム溶液2000g(水酸化テトラエチルアンモニウム液体中の水酸化テトラエチルアンモニウム濃度は25重量%)を添加し、均一に撹拌した後、結晶化用のポリテトラフルオロエチレンライニング付き反応釜に移し、80℃で48時間結晶化させて予備結晶化合成液体IIIを得た。予備結晶化合成液体IIIの試料を濾過、洗浄、乾燥および焼成し、XRDパターンにおいて、2θ=22.4°にピークがあり、2θ=21.2°にピークがないことが観察できた。
(4)ZSM-5モレキュラーシーブ材料IIを予備結晶化合成液体IIIに添加し(ZSM-5モレキュラーシーブ材料IIの予備結晶化合成液体IIIに対する重量比(乾燥基準で計算)は1:10である)、120℃で60時間結晶化した。結晶化完了後、濾過、洗浄、乾燥後、550℃で4時間焼成し、ナトリウム型ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブを得た。
(5)得られたナトリウム型ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブをNH4Cl溶液によって交換に供し、洗浄して、コア-シェルモレキュラーシーブ中のNa2Oの含有量を0.15重量%未満の濃度に減らし、濾過、乾燥および550℃で2時間焼成して、SZ-III-1と称する水素型コア-シェルモレキュラーシーブを得た。
(実施例III-2)
(1)水素型ZSM-5モレキュラーシーブ(シリカ-アルミナ比60、平均粒度0.5μm、平均粒子サイズ10μm、結晶化度90.0%)500.0gを、ポリジアリルジメチルアンモニウムクロライドと塩化ナトリウムとの水溶液5000.0g(溶液中のポリジアリルジメチルアンモニウムクロライドの質量含有率が0.2%、塩化ナトリウムの質量含有率が0.2%)に室温(25℃)にて添加し、2時間撹拌後、濾過し、得られた濾過ケークを大気中50℃で乾燥させてZSM-5モレキュラーシーブ材料Iを得た。
(1)水素型ZSM-5モレキュラーシーブ(シリカ-アルミナ比60、平均粒度0.5μm、平均粒子サイズ10μm、結晶化度90.0%)500.0gを、ポリジアリルジメチルアンモニウムクロライドと塩化ナトリウムとの水溶液5000.0g(溶液中のポリジアリルジメチルアンモニウムクロライドの質量含有率が0.2%、塩化ナトリウムの質量含有率が0.2%)に室温(25℃)にて添加し、2時間撹拌後、濾過し、得られた濾過ケークを大気中50℃で乾燥させてZSM-5モレキュラーシーブ材料Iを得た。
(2)ZSM-5モレキュラーシーブ材料Iを水素型βモレキュラーシーブ懸濁液(βモレキュラーシーブ懸濁液中のβモレキュラーシーブの濃度は2.5重量%、βモレキュラーシーブの平均粒度は0.1μm、シリカ-アルミナ比は30.0、結晶化度は92.0%)に添加し、ZSM-5モレキュラーシーブ材料Iとβモレキュラーシーブ懸濁液を1:45の質量比で50℃にて2時間撹拌し、濾過し、大気中90℃で乾燥させてZSM-5モレキュラーシーブ材料IIを得た。
(3)アルミニウムゾル200.0g(Al2O3濃度25重量%、アルミニウム-塩素モル比1.1)を脱イオン水500.0gに溶解し、NaOH粒子30gを添加し、水ガラス4500.0mL(SiO2濃度251g/L、弾性率2.5)、水酸化テトラエチルアンモニウム溶液1600g(水酸化テトラエチルアンモニウム溶液の質量濃度25%)を連続して添加し、完全に均一に撹拌した後、結晶化用ポリテトラフルオロエチレンライニング付き反応釜に移し、150℃で10時間結晶化させて、予備結晶化合成液体IIIを得た。予備結晶化合成液体IIIの試料を濾過、洗浄、乾燥、焼成した後、XRDパターンにおいて、2θ=22.4°にピークがあり、2θ=21.2°にピークがないことが観察できた。
(4)ZSM-5モレキュラーシーブ材料IIを予備結晶化合成液体IIIに、ZSM-5モレキュラーシーブ材料IIの予備結晶化合成液体IIIに対する重量比が乾燥基準にて1:10で添加し、次いで130℃で80時間結晶化した。結晶化後、濾過、洗浄、乾燥後、550℃で4時間焼成し、ナトリウム型ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブを得た。
(5)得られたナトリウム型ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブをNH4Cl溶液によって交換に供し、洗浄してNa2Oの含有量を0.15重量%未満の濃度に減らし、濾過、乾燥および550℃で2時間焼成して、SZ-III-2と称する水素型コア-シェルモレキュラーシーブを得た。
(実施例III-3)
(1)室温(25℃)で、n-ブチルアミンと塩化ナトリウムの水溶液5000.0g(n-ブチルアミンの質量濃度は5.0%、塩化ナトリウムの質量濃度は2%)に、水素型ZSM-5モレキュラーシーブ(シリカ-アルミナ比100、平均粒度100nm、平均粒子サイズ5.0ミクロン、結晶化度91.0%、量は500g)をコア材料として添加し、24時間撹拌し、濾過し、大気中70℃で乾燥させて、ZSM-5モレキュラーシーブ材料Iを得た。
(1)室温(25℃)で、n-ブチルアミンと塩化ナトリウムの水溶液5000.0g(n-ブチルアミンの質量濃度は5.0%、塩化ナトリウムの質量濃度は2%)に、水素型ZSM-5モレキュラーシーブ(シリカ-アルミナ比100、平均粒度100nm、平均粒子サイズ5.0ミクロン、結晶化度91.0%、量は500g)をコア材料として添加し、24時間撹拌し、濾過し、大気中70℃で乾燥させて、ZSM-5モレキュラーシーブ材料Iを得た。
(2)ZSM-5モレキュラーシーブ材料Iを水素型βモレキュラーシーブ懸濁液(βモレキュラーシーブ懸濁液中のβモレキュラーシーブの重量濃度が5.0重量%、βモレキュラーシーブは、平均粒度が50nm、シリカ-アルミナ比が30.0、結晶化度が95.0%)に添加し(ZSM-5モレキュラーシーブ材料Iのβモレキュラーシーブ懸濁液に対する質量比は1:20)、50℃で10時間撹拌し、濾過し、得られた濾過ケークを120℃の大気中で乾燥させて、ZSM-5モレキュラーシーブ材料IIを得た。
(3)メタアルミン酸ナトリウム100gを脱イオン水1800gに溶解し、NaOH粒子60gを添加し、粗シリカゲル1000g(SiO2含有量98.0重量%)、臭化テトラエチルアンモニウム溶液1800g(臭化テトラエチルアンモニウム溶液の質量濃度25%)を連続して添加し、均一に撹拌し、結晶化用ポリテトラフルオロエチレンライニング付反応釜に移し、130℃で30時間結晶化させて、予備結晶化合成液体IIIを得た。予備結晶化合成液体IIIの試料を濾過、洗浄、乾燥および焼成をしたところ、XRDパターンにおいて、2θ=22.4°にピークがあり、2θ=21.2°にピークがないことが観察できた。
(4)ZSM-5モレキュラーシーブ材料IIを予備結晶化合成液体IIIに、乾燥基準で、ZSM-5モレキュラーシーブ材料IIの予備結晶化合成液体IIIに対する重量比が1:4で添加し、80℃で100時間結晶化した。結晶化後、得られたものを、濾過、洗浄、乾燥後、550℃で4時間焼成して、ナトリウム型ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブを得た。
(5)得られたナトリウム型ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブをNH4Cl溶液によって交換に供し、洗浄してNa2Oの含有量を0.15重量%未満の濃度に減らし、濾過、乾燥および550℃で2時間焼成して、SZ-III-3と称する水素型コア-シェルモレキュラーシーブを得た。
(比較例III-1)
(1)出発材料として、水ガラス、硫酸アルミニウムおよびエチルアミン水溶液を使用し、SiO2:A12O3:C2H5NH2:H2O=40:1:10:1792のモル比で混合し、ゼラチン化し、140℃で3日間結晶化させ、大粒の円筒形ZSM-5モレキュラーシーブ(粒度4.0μm)を得た。
(1)出発材料として、水ガラス、硫酸アルミニウムおよびエチルアミン水溶液を使用し、SiO2:A12O3:C2H5NH2:H2O=40:1:10:1792のモル比で混合し、ゼラチン化し、140℃で3日間結晶化させ、大粒の円筒形ZSM-5モレキュラーシーブ(粒度4.0μm)を得た。
(2)得られた大粒の円筒形ZSM-5モレキュラーシーブを、メチルメタクリレートを0.5重量%含む塩化ナトリウム塩液(NaCl濃度5重量%)で30分間前処理し、濾過し、乾燥させ、βモレキュラーシーブ懸濁液(ナノβモレキュラーシーブであり、ZSM-5モレキュラーシーブのβモレキュラーシーブ懸濁液に対する質量比が1:10)に脱イオン水を0.5重量%まで分散させ、30分間付着させ、濾過し、乾燥させ、540℃で5時間焼成してコアモレキュラーシーブを得た。
(3)ケイ素源としてシリカホワイトおよびテトラエトキシシラン(TEOS)を使用し、出発材料としてアルミン酸ナトリウムおよびTEAOHを使用し、TEAOH:SiO2:A12O3:H2O=13:30:1:1500の比で添加し、工程2)で得られたコアモレキュラーシーブを添加した後、テトラフルオロエチレンライニング付きステンレス反応釜に投入し、140℃で54時間結晶化させた。
(4)結晶化完了後、濾過、洗浄、乾燥、550℃で4時間焼成してナトリウム型コア-シェルモレキュラーシーブを得た。
(5)得られたナトリウム型ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブをNH4Cl溶液によって交換に供し、洗浄してNa2Oの含有量を0.15重量%未満の濃度に減らし、濾過、乾燥および550℃で2時間焼成して、DZ-III-1と称する水素型コア-シェルモレキュラーシーブを得た。
(比較例III-2)
モレキュラーシーブは、実施例III-1に記載のとおりに合成した。ただし、工程(3)において、結晶化温度が30℃であり、結晶化時間が3時間であった。結晶化生成物の試料を濾過、洗浄、乾燥、および焼成したところ、XRDパターンにおいて、2θ=22.4°および2θ=21.2°にピークがないことが観察できた。得られたモレキュラーシーブをDZ-III-2と称した。
モレキュラーシーブは、実施例III-1に記載のとおりに合成した。ただし、工程(3)において、結晶化温度が30℃であり、結晶化時間が3時間であった。結晶化生成物の試料を濾過、洗浄、乾燥、および焼成したところ、XRDパターンにおいて、2θ=22.4°および2θ=21.2°にピークがないことが観察できた。得られたモレキュラーシーブをDZ-III-2と称した。
(比較例III-3)
モレキュラーシーブは、実施例III-1に記載のとおりに合成した。実施例III-1の工程(1)および(2)に使用したZSM-5およびβモレキュラーシーブを機械的に混合し、得られたモレキュラーシーブ混合物をDZ-III-3と称した。
モレキュラーシーブは、実施例III-1に記載のとおりに合成した。実施例III-1の工程(1)および(2)に使用したZSM-5およびβモレキュラーシーブを機械的に混合し、得られたモレキュラーシーブ混合物をDZ-III-3と称した。
実施例III-1~III-3および比較例III-1~III-2の調製条件を表III-1に示し、実施例III-1~III-3および比較例III-1~III-2の工程(4)で得られたモレキュラーシーブの物性を表III-1(続き)に示す。比較例III-3の混合モレキュラーシーブの物性を表III-1(続き)に示す。
以下の実施例は本出願の第2のタイプの実施形態の触媒の調製を例示するために提供する。使用したカオリンはChina Kaolin Clay Co. Ltd.の、固形分75重量%を有する市販品であり、擬ベーマイトはアルミナ含有量65重量%を有し、Shandong Aluminum Corporationから入手可能である。アルミナゾルはアルミナ含有量21重量%を有し、Sinopec Catalyst Co. Ltd.のQilu支部から入手可能である。シリカゾルは、25重量%のシリカ含有量および3.0のpH値を有し、Beijing Chemical Plantから入手可能である。第2のモレキュラーシーブは水素型のβモレキュラーシーブであり、シリカ-アルミナ比が35であり、酸化ナトリウム含有量が0.1重量%であり、結晶化度が91.3%であり、Sinopec Catalyst Co. Ltd.のQilu支部から入手可能である。
(実施例III-4~III-6)
実施例III-4~III-6は、本出願の水素化LCO接触分解触媒の調製を例示する。
実施例III-4~III-6は、本出願の水素化LCO接触分解触媒の調製を例示する。
実施例III-1~III-3でそれぞれ得られ、A-III-1、A-III-2およびA-III-3と称したコア-シェルモレキュラーシーブを使用して、触媒を調製した。触媒の調製方法は以下の通りであった。
(1)擬ベーマイト(略してベーマイト)と水とを均等に混合撹拌し、濃縮塩酸(化学的に純粋、Beijing Chemical Plant製)を36重量%の濃度で、酸-アルミニウム比(Al2O3として計算される、擬ベーマイトに対する36重量%の濃度の濃縮塩酸の質量比)0.2で撹拌下添加し、混合物を70℃に加熱し、1.5時間熟成して、熟成した擬ベーマイトスラリーを得た。熟成した擬ベーマイトスラリー中のアルミナ含有量は12重量%であった。
(2)コア-シェルモレキュラーシーブ(第1のモレキュラーシーブ)、細孔開口径0.65~0.70nmのモレキュラーシーブ(第2のモレキュラーシーブ)、アルミナゾル、シリカゾル、カオリン、熟成した擬ベーマイトスラリーおよび脱イオン水を均一に混合し、固形分28重量%のスラリーを得て噴霧乾燥させた。実施例4~6で使用した第1のモレキュラーシーブはそれぞれ、コア-シェルモレキュラーシーブSZ-III-1、SZ-III-2およびSZ-III-3であった。
(3)得られたものを、触媒:アンモニウム塩:H2O=1:1:10の重量比で、80℃で1時間アンモニア交換に供し、濾過した後、交換および濾過処理を再度行い、乾燥させて目的の触媒を得た。
(実施例III-7)
シリカゾルを使用せず、代わりに当量のアルミニウムゾルを使用したことを除いて、実施例III-4に記載のとおりに触媒を調製して、触媒A-III-4を得た。
シリカゾルを使用せず、代わりに当量のアルミニウムゾルを使用したことを除いて、実施例III-4に記載のとおりに触媒を調製して、触媒A-III-4を得た。
第1のモレキュラーシーブの番号および量、第2のモレキュラーシーブの種類および量、実施例III-4~III-7で使用したアルミナゾル、シリカゾルおよびカオリンの量を、得られた接触分解触媒1kg当たりの乾燥基準で表III-2に示す。
実施例III-4~III-7の触媒A-III-1~A-III-4の組成を、乾燥基準での重量%で表して、表III-3に示す。触媒中の第1のモレキュラーシーブ、第2のモレキュラーシーブ、結合剤およびカオリンの含有量は、調製に使用される対応する出発材料の量に基づいて計算される。
(比較例III-4~III-6)
比較例III-4~III-6は、比較例III-1~III-3で得られたモレキュラーシーブを使用して調製された触媒を示す。
比較例III-4~III-6は、比較例III-1~III-3で得られたモレキュラーシーブを使用して調製された触媒を示す。
第1のモレキュラーシーブ(それぞれ比較例III-1~III-3で得られたモレキュラーシーブDZ-III-1、DZ-III-2およびDZ-III-3)、第2のモレキュラーシーブ、擬ベーマイト、カオリン、シリカゾル、アルミナゾルおよび水を混合し、スラリー化し、噴霧乾燥することによって、実施例III-4に記載のとおりに微小球状触媒を調製した。得られた触媒をそれぞれ、DB-III-1、DB-III-2およびDB-III-3と称した。
第1のモレキュラーシーブの種類および量、ならびにそれぞれの比較例に使用される第2のモレキュラーシーブ、アルミナゾル、シリカゾルおよびカオリンの量を、得られた触媒1Kg当たり、乾燥基準で表III-2に示す。乾燥基準での重量%で表される、それぞれの比較例の触媒の組成を表III-3に示す。
(反応による評価)
実施例III-4~III-7で得られた接触分解触媒A-III-1~A-III-4、および比較例III-4~III-6で得られた触媒DB-III-1~DB-III-3をそれぞれ800℃で4時間、100体積%水蒸気下で熟成した後、反応温度が580℃、重量毎時空間速度が4.0h-1、触媒/油比が12重量%の条件下で、小型固定流動床反応器を使用して接触分解反応性能を評価した。水素化LCOの物性を表III-4に、反応結果を表III-5に示す。
実施例III-4~III-7で得られた接触分解触媒A-III-1~A-III-4、および比較例III-4~III-6で得られた触媒DB-III-1~DB-III-3をそれぞれ800℃で4時間、100体積%水蒸気下で熟成した後、反応温度が580℃、重量毎時空間速度が4.0h-1、触媒/油比が12重量%の条件下で、小型固定流動床反応器を使用して接触分解反応性能を評価した。水素化LCOの物性を表III-4に、反応結果を表III-5に示す。
表III-5に列挙される軽質オレフィンの収率は、供給原料の供給量、およびC2~C4オレフィンを指す軽質オレフィンに基づいて計算された。
表III-5に列挙された結果から分かるように、本出願の第2のタイプの実施形態の触媒は、水素化LCOの転化に使用されるときに、より高い分解能力、より高い軽質オレフィンの収率、およびより高い液化ガスの収率を提供することができる。
<IV.第3のタイプの実施形態の触媒(重油接触分解触媒)の調製および評価>
(実施例IV-1)
(1)水素型ZSM-5モレキュラーシーブ(シリカ-アルミナ比30、平均粒度1.2μm、平均粒子サイズ15μm、結晶化度93.0%)500gを、メチルメタクリレートと塩化ナトリウムの水溶液5000g(メチルメタクリレートの質量濃度は0.2%、塩化ナトリウムの質量濃度は5.0%)に、室温(25℃)にてコア材料として添加し、1時間撹拌し、濾過し、大気中50℃で乾燥させて、ZSM-5モレキュラーシーブ材料Iを得た。
(実施例IV-1)
(1)水素型ZSM-5モレキュラーシーブ(シリカ-アルミナ比30、平均粒度1.2μm、平均粒子サイズ15μm、結晶化度93.0%)500gを、メチルメタクリレートと塩化ナトリウムの水溶液5000g(メチルメタクリレートの質量濃度は0.2%、塩化ナトリウムの質量濃度は5.0%)に、室温(25℃)にてコア材料として添加し、1時間撹拌し、濾過し、大気中50℃で乾燥させて、ZSM-5モレキュラーシーブ材料Iを得た。
(2)βモレキュラーシーブ懸濁液(水素型βモレキュラーシーブと水とから形成された懸濁液であり、βモレキュラーシーブ懸濁液内のβモレキュラーシーブの重量濃度が0.3重量%、βモレキュラーシーブが0.2ミクロンの平均粒度、30のシリカアルミナ比、および89%の結晶性を有し、βモレキュラーシーブの粒子が単結晶粒を含む粒子である懸濁液)にZSM-5モレキュラーシーブ材料Iを、ZSM-5モレキュラーシーブ材料Iのβモレキュラーシーブ懸濁液に対する質量比が1:10で添加し、50℃の温度で1時間撹拌し、濾過し、得られた濾過ケークを90℃の温度にて大気中で乾燥させて、ZSM-5モレキュラーシーブ材料IIを得た。
(3)アルミニウムイソプロポキシド100.0gを脱イオン水1500gに溶解し、NaOH粒子65gを添加し、シリカゾル1000g(SiO2含有量25.0重量%、pH値10.0および酸化ナトリウム含有量0.10%)と水酸化テトラエチルアンモニウム溶液2000g(水酸化テトラエチルアンモニウム液体中の水酸化テトラエチルアンモニウム濃度は25重量%)を添加し、均一に撹拌した後、結晶化用のポリテトラフルオロエチレンライニング付き反応釜に移し、80℃で48時間結晶化させて予備結晶化合成液体IIIを得た。予備結晶化合成液体IIIの試料を濾過、洗浄、乾燥および焼成し、XRDパターンにおいて、2θ=22.4°にピークがあり、2θ=21.2°にピークがないことが観察できた。
(4)ZSM-5モレキュラーシーブ材料IIを予備結晶化合成液体IIIに添加し(ZSM-5モレキュラーシーブ材料IIの予備結晶化合成液体IIIに対する重量比(乾燥基準で計算)は1:10である)、120℃で60時間結晶化した。結晶化完了後、濾過、洗浄、乾燥後、550℃で4時間焼成し、ナトリウム型ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブを得た。
(5)得られたナトリウム型ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブをNH4Cl溶液によって交換に供し、洗浄して、コア-シェルモレキュラーシーブ中のNa2Oの含有量を0.15重量%未満に減らし、濾過、乾燥および550℃で2時間焼成して、SZ-IV-1と称する水素型コア-シェルモレキュラーシーブを得た。
(実施例IV-2)
(1)水素型ZSM-5モレキュラーシーブ(シリカ-アルミナ比60、平均粒度0.5μm、平均粒子サイズ10μm、結晶化度90.0%)500gを、ポリジアリルジメチルアンモニウムクロライドと塩化ナトリウムとの水溶液5000g(溶液中のポリジアリルジメチルアンモニウムクロライドの質量含有率が0.2%、塩化ナトリウムの質量含有率が0.2%)に室温(25℃)にて添加し、2時間撹拌後、濾過し、得られた濾過ケークを大気中50℃で乾燥させてZSM-5モレキュラーシーブ材料Iを得た。
(1)水素型ZSM-5モレキュラーシーブ(シリカ-アルミナ比60、平均粒度0.5μm、平均粒子サイズ10μm、結晶化度90.0%)500gを、ポリジアリルジメチルアンモニウムクロライドと塩化ナトリウムとの水溶液5000g(溶液中のポリジアリルジメチルアンモニウムクロライドの質量含有率が0.2%、塩化ナトリウムの質量含有率が0.2%)に室温(25℃)にて添加し、2時間撹拌後、濾過し、得られた濾過ケークを大気中50℃で乾燥させてZSM-5モレキュラーシーブ材料Iを得た。
(2)ZSM-5モレキュラーシーブ材料Iを水素型βモレキュラーシーブ懸濁液(βモレキュラーシーブ懸濁液中のβモレキュラーシーブの濃度は2.5重量%、βモレキュラーシーブの平均粒度は0.1μm、シリカ-アルミナ比は30.0、結晶化度は92.0%)に添加し、ZSM-5モレキュラーシーブ材料Iとβモレキュラーシーブ懸濁液を1:45の質量比で50℃にて2時間撹拌し、濾過し、大気中90℃で乾燥させてZSM-5モレキュラーシーブ材料IIを得た。
(3)アルミニウムゾル200.0g(Al2O3濃度25重量%、アルミニウム-塩素モル比1.1)を脱イオン水500gに溶解し、NaOH粒子30gを添加し、水ガラス4500mL(SiO2濃度251g/L、弾性率2.5)、水酸化テトラエチルアンモニウム溶液1600g(水酸化テトラエチルアンモニウム溶液の質量濃度25%)を連続して添加し、完全に均一に撹拌した後、結晶化用ポリテトラフルオロエチレンライニング付き反応釜に移し、150℃で10時間結晶化させて、予備結晶化合成液体IIIを得た。予備結晶化合成液体IIIの試料を濾過、洗浄、乾燥、焼成した後、XRDパターンにおいて2θ=22.4°にピークがあり、2θ=21.2°にピークがないことが観察できた。
(4)ZSM-5モレキュラーシーブ材料IIを予備結晶化合成液体IIIに、ZSM-5モレキュラーシーブ材料IIの予備結晶化合成液体IIIに対する重量比が乾燥基準にて1:10で添加し、次いで130℃で80時間結晶化した。結晶化後、濾過、洗浄、乾燥後、550℃で4時間焼成し、ナトリウム型ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブを得た。
(5)得られたナトリウム型ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブをNH4Cl溶液によって交換に供し、Na2Oの含有量が0.15重量%未満になるまで洗浄して、濾過、乾燥および550℃で2時間焼成して、SZ-IV-2と称する水素型コア-シェルモレキュラーシーブを得た。
(実施例IV-3)
(1)室温(25℃)で、n-ブチルアミンと塩化ナトリウムの水溶液5000g(n-ブチルアミンの質量濃度は5.0%、塩化ナトリウムの質量濃度は2%)に、水素型ZSM-5モレキュラーシーブ(シリカ-アルミナ比100、平均粒度100nm、平均粒子サイズ5.0ミクロン、結晶化度91.0%、量は500g)をコア材料として添加し、24時間撹拌し、濾過し、大気中70℃で乾燥させて、ZSM-5モレキュラーシーブ材料Iを得た。
(1)室温(25℃)で、n-ブチルアミンと塩化ナトリウムの水溶液5000g(n-ブチルアミンの質量濃度は5.0%、塩化ナトリウムの質量濃度は2%)に、水素型ZSM-5モレキュラーシーブ(シリカ-アルミナ比100、平均粒度100nm、平均粒子サイズ5.0ミクロン、結晶化度91.0%、量は500g)をコア材料として添加し、24時間撹拌し、濾過し、大気中70℃で乾燥させて、ZSM-5モレキュラーシーブ材料Iを得た。
(2)ZSM-5モレキュラーシーブ材料Iを水素型βモレキュラーシーブ懸濁液(βモレキュラーシーブ懸濁液中のβモレキュラーシーブの重量濃度が5.0重量%、βモレキュラーシーブは、平均粒度が50nm、シリカ-アルミナ比が30.0、結晶化度が95.0%)に添加し(ZSM-5モレキュラーシーブ材料Iのβモレキュラーシーブ懸濁液に対する質量比は1:20)、50℃で10時間撹拌し、濾過し、得られた濾過ケークを120℃の大気中で乾燥させて、ZSM-5モレキュラーシーブ材料IIを得た。
(3)メタアルミン酸ナトリウム100gを脱イオン水1800gに溶解し、NaOH粒子60gを添加し、粗シリカゲル1000g(SiO2含有量98.0重量%)、臭化テトラエチルアンモニウム溶液1800g(臭化テトラエチルアンモニウム溶液の質量濃度25%)を連続して添加し、均一に撹拌し、結晶化用ポリテトラフルオロエチレンライニング付反応釜に移し、130℃で30時間結晶化させて、予備結晶化合成液体IIIを得た。予備結晶化合成液体IIIの試料を濾過、洗浄、乾燥および焼成をしたところ、XRDパターンにおいて、2θ=22.4°にピークがあり、2θ=21.2°にピークがないことが観察できた。
(4)ZSM-5モレキュラーシーブ材料IIを予備結晶化合成液体IIIに、乾燥基準で、ZSM-5モレキュラーシーブ材料IIの予備結晶化合成液体IIIに対する重量比が1:4で添加し、80℃で100時間結晶化した。結晶化後、得られたものを、濾過、洗浄、乾燥後、550℃で4時間焼成して、ナトリウム型ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブを得た。
(5)得られたナトリウム型ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブをNH4Cl溶液によって交換に供し、Na2Oの含有量が0.15重量%未満になるまで洗浄し、濾過、乾燥および550℃で2時間焼成して、SZ-IV-3と称する水素型コア-シェルモレキュラーシーブを得た。
(比較例IV-1)
(1)出発材料として、水ガラス、硫酸アルミニウムおよびエチルアミン水溶液を使用し、SiO2:A12O3:C2H5NH2:H2O=40:1:10:1792のモル比で混合し、ゼラチン化し、140℃で3日間結晶化させ、大粒の円筒形ZSM-5モレキュラーシーブ(粒度4.0μm)を得た。
(1)出発材料として、水ガラス、硫酸アルミニウムおよびエチルアミン水溶液を使用し、SiO2:A12O3:C2H5NH2:H2O=40:1:10:1792のモル比で混合し、ゼラチン化し、140℃で3日間結晶化させ、大粒の円筒形ZSM-5モレキュラーシーブ(粒度4.0μm)を得た。
(2)得られた大粒の円筒形ZSM-5モレキュラーシーブを、メチルメタクリレートを0.5重量%含む塩化ナトリウム塩液(NaCl濃度5重量%)で30分間前処理し、濾過し、乾燥させ、βモレキュラーシーブ懸濁液(ナノβモレキュラーシーブであり、ZSM-5モレキュラーシーブのβモレキュラーシーブ懸濁液に対する質量比が1:10)に脱イオン水を0.5重量%まで分散させ、30分間付着させ、濾過し、乾燥させ、540℃で5時間焼成してコアモレキュラーシーブを得た。
(3)ケイ素源としてシリカホワイトおよびテトラエトキシシラン(TEOS)を使用し、出発材料としてアルミン酸ナトリウムおよびTEAOHを使用し、TEAOH:SiO2:A12O3:H2O=13:30:1:1500の比で添加し、工程2)で得られたコアモレキュラーシーブを添加した後、テトラフルオロエチレンライニング付きステンレス反応釜に投入し、140℃で54時間結晶化させた。
(4)結晶化完了後、濾過、洗浄、乾燥、550℃で4時間焼成してナトリウム型コア-シェルモレキュラーシーブを得た。
(5)得られたナトリウム型ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブをNH4Cl溶液によって交換に供し、Na2Oの含有量が0.15重量%未満になるまで洗浄し、濾過、乾燥および550℃で2時間焼成して、DZ-IV-1と称する水素型コア-シェルモレキュラーシーブを得た。
(比較例IV-2)
モレキュラーシーブは、実施例IV-1に記載のとおりに合成した。ただし、工程(3)において、結晶化温度が30℃であり、結晶化時間が3時間であった。結晶化生成物の試料を濾過、洗浄、乾燥、および焼成したところ、XRDパターンにおいて、2θ=22.4°および2θ=21.2°にピークがないことが観察できた。得られたモレキュラーシーブをDZ-IV-2と称した。
モレキュラーシーブは、実施例IV-1に記載のとおりに合成した。ただし、工程(3)において、結晶化温度が30℃であり、結晶化時間が3時間であった。結晶化生成物の試料を濾過、洗浄、乾燥、および焼成したところ、XRDパターンにおいて、2θ=22.4°および2θ=21.2°にピークがないことが観察できた。得られたモレキュラーシーブをDZ-IV-2と称した。
(比較例IV-3)
実施例IV-1の工程(1)および(2)に使用したZSM-5およびβモレキュラーシーブを、実施例IV-1の混合比で機械的に混合し、得られたモレキュラーシーブ混合物をDZ-IV-3と称した。
実施例IV-1の工程(1)および(2)に使用したZSM-5およびβモレキュラーシーブを、実施例IV-1の混合比で機械的に混合し、得られたモレキュラーシーブ混合物をDZ-IV-3と称した。
実施例IV-1~IV-3および比較例IV-1~IV-2の合成条件を表IV-1に示す。
実施例IV-1~IV-3および比較例IV-1~IV-2で得られたコア-シェルモレキュラーシーブならびに比較例IV-3で得られたモレキュラーシーブの物性を表IV-1(続き)に示す。
以下の実施例は本出願の第3のタイプの実施形態の触媒の調製を例示するために提供する。使用したカオリンはChina Kaolin Clay Co. Ltd.の、固形分75重量%を有する市販品であり、擬ベーマイトはアルミナ含有量65重量%を有し、Shandong Aluminum Corporationから入手可能である。アルミナゾルはアルミナ含有量21重量%を有し、Sinopec Catalyst Co. Ltd.のQilu支部から入手可能である。シリカゾルは、25重量%のシリカ含有量および2.5のpH値を有し、Beijing Chemical Plantから入手可能である。Yモレキュラーシーブは、Sinopec Catalyst Co. Ltd.のQilu支部からHSY-12の商品名で入手可能であり、12重量%の希土類含有量、6.0のシリカ-アルミナ比、および53.0%の結晶化度を有する。
(実施例IV-4~IV-6)
A-IV-1、A-IV-2およびA-IV-3と称した、実施例IV-1~IV-3でそれぞれ得られた水素型コア-シェルモレキュラーシーブを使用して、触媒を調製した。
A-IV-1、A-IV-2およびA-IV-3と称した、実施例IV-1~IV-3でそれぞれ得られた水素型コア-シェルモレキュラーシーブを使用して、触媒を調製した。
触媒の調製方法は以下の通りであった。
(1)擬ベーマイト(略してベーマイト)と水とを均等に混合撹拌し、濃縮塩酸(化学的に純粋、Beijing Chemical Plant製)を36重量%の濃度で、酸-アルミニウム比(Al2O3として計算される、擬ベーマイトに対する36重量%の濃度の濃縮塩酸の重量比)0.20で撹拌下添加し、得られた混合物を70℃に加熱し、1.5時間熟成して、熟成した擬ベーマイトを得た。アルミナスラリーのアルミナ含有量は12重量%であった。
(2)水素型コア-シェルモレキュラーシーブ、Yモレキュラーシーブ、アルミナゾル、シリカゾル、カオリンおよび熟成した擬ベーマイトを脱イオン水と混合し、固形分25重量%のスラリーを得て、30分間撹拌し、噴霧乾燥した。
(3)得られたものを、触媒:アンモニウム塩:H2O=1:1:10の重量比で、80℃で1時間アンモニア交換に供し、濾過した後、交換および濾過処理を再度行い、乾燥させて目的の触媒を得た。
水素型コア-シェルモレキュラーシーブ(第1のモレキュラーシーブ)の種類および量、ならびにYモレキュラーシーブ、ベーマイト、アルミニウムゾル、シリカゾルおよびカオリンの、得られた触媒1Kg当たりの使用量を乾燥基準で、表IV-2に示す。
実施例の触媒A-IV-1~A-IV-3の組成を表IV-3に示す。触媒中の第1のモレキュラーシーブ、Yモレキュラーシーブ、アルミナゾル、シリカゾル、ベーマイトおよびカオリンの含有量は、調製に使用された対応する出発材料の量に基づいて計算される。
(比較例IV-4~IV-6)
比較例IV-4~IV-6は、比較例IV-1~IV-3で得られたモレキュラーシーブを使用して調製された触媒を例示する。
比較例IV-4~IV-6は、比較例IV-1~IV-3で得られたモレキュラーシーブを使用して調製された触媒を例示する。
比較例IV-1~IV-3で得られたモレキュラーシーブ、Yモレキュラーシーブ、擬ベーマイト、カオリン、水およびアルミナゾルをそれぞれ混合し、噴霧乾燥して、実施例IV-4に記載のとおりに微小球状触媒を調製した。得られた触媒をそれぞれ、DB-IV-1、DB-IV-2およびDB-IV-3と称した。
第1のモレキュラーシーブの種類および量、ならびに各比較例で使用されたYモレキュラーシーブ、アルミナゾル、アルミナ、シリカゾルおよびカオリンの量を表IV-2に示す。各比較例の触媒の組成を表IV-3に示す。
(反応による評価)
触媒A-IV-1~A-IV-3およびDB-IV-1~DB-IV-3を800℃において100%水蒸気下17時間熟成させた後、触媒の接触分解性能を、520℃の反応温度、4.0h-1の重量毎時空間速度および6の触媒/油比を含む条件下で、小型固定流動床反応器で評価した。原料油の物性を表IV-4に、評価結果を表IV-5に示す。
触媒A-IV-1~A-IV-3およびDB-IV-1~DB-IV-3を800℃において100%水蒸気下17時間熟成させた後、触媒の接触分解性能を、520℃の反応温度、4.0h-1の重量毎時空間速度および6の触媒/油比を含む条件下で、小型固定流動床反応器で評価した。原料油の物性を表IV-4に、評価結果を表IV-5に示す。
表IV-5に列挙される生成物の収率は、供給原料の供給量に基づいて計算された。
表IV-5から分かるように、比較剤と比較して、本出願の第3のタイプの実施形態の触媒は、より高い重油分解能力、より高い軽質オレフィンの収率、著しく改善されたプロピレンの収率、および著しく改善されたC4オレフィンの収率を示す。
<V.第4のタイプの実施形態の触媒(中間ベース原油用接触分解触媒)の調製および評価>
(実施例V-1)
(1)水素型ZSM-5モレキュラーシーブ(シリカ-アルミナ比30、平均粒度1.2μm、ZSM-5モレキュラーシーブの平均粒子サイズ15μm、結晶化度93.0%)500gを、メチルメタクリレートと塩化ナトリウムの水溶液5000g(メチルメタクリレートの質量濃度は0.2%、塩化ナトリウムの質量濃度は5.0%)に、室温(25℃)にてコア材料として添加し、1時間撹拌し、濾過し、大気中50℃で乾燥させて、ZSM-5モレキュラーシーブ材料Iを得た。
(実施例V-1)
(1)水素型ZSM-5モレキュラーシーブ(シリカ-アルミナ比30、平均粒度1.2μm、ZSM-5モレキュラーシーブの平均粒子サイズ15μm、結晶化度93.0%)500gを、メチルメタクリレートと塩化ナトリウムの水溶液5000g(メチルメタクリレートの質量濃度は0.2%、塩化ナトリウムの質量濃度は5.0%)に、室温(25℃)にてコア材料として添加し、1時間撹拌し、濾過し、大気中50℃で乾燥させて、ZSM-5モレキュラーシーブ材料Iを得た。
(2)βモレキュラーシーブ懸濁液(水素型βモレキュラーシーブと水とから形成された懸濁液であり、βモレキュラーシーブ懸濁液内のβモレキュラーシーブの重量濃度が0.3重量%、βモレキュラーシーブが0.2ミクロンの平均粒度、30のシリカアルミナ比、および89%の結晶性を有し、βモレキュラーシーブの粒子が単結晶粒を含む粒子である懸濁液)にZSM-5モレキュラーシーブ材料Iを、ZSM-5モレキュラーシーブ材料Iのβモレキュラーシーブ懸濁液に対する質量比が1:10で添加し、50℃の温度で1時間撹拌し、濾過し、得られた濾過ケークを90℃の温度にて大気中で乾燥させて、ZSM-5モレキュラーシーブ材料IIを得た。
(3)アルミニウムイソプロポキシド100gを脱イオン水1500gに溶解し、NaOH粒子65gを添加し、シリカゾル1000g(SiO2含有量25.0重量%、pH値10.0および酸化ナトリウム含有量0.10%)と水酸化テトラエチルアンモニウム溶液2000g(水酸化テトラエチルアンモニウム液体中の水酸化テトラエチルアンモニウム濃度は25重量%)を添加し、均一に撹拌した後、結晶化用のポリテトラフルオロエチレンライニング付き反応釜に移し、80℃で48時間結晶化させて予備結晶化合成液体IIIを得た。予備結晶化合成液体IIIの試料を濾過、洗浄、乾燥および焼成し、XRDパターンにおいて、2θ=22.4°にピークがあり、2θ=21.2°にピークがないことが観察できた。
(4)ZSM-5モレキュラーシーブ材料IIを予備結晶化合成液体IIIに添加し(ZSM-5モレキュラーシーブ材料IIの予備結晶化合成液体IIIに対する重量比(乾燥基準で計算)は乾燥基準で1:10である)、120℃で60時間結晶化した。結晶化完了後、濾過、洗浄、乾燥後、550℃で4時間焼成し、ナトリウム型ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブを得た。
(5)得られたナトリウム型ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブをNH4Cl溶液によって交換に供し、洗浄して、コア-シェルモレキュラーシーブ中のNa2Oの含有量を0.15重量%未満に減らし、濾過、乾燥および550℃で2時間焼成して、SZ-V-1と称する水素型コア-シェルモレキュラーシーブを得た。
(実施例V-2)
(1)水素型ZSM-5モレキュラーシーブ(シリカ-アルミナ比60、平均粒度0.5μm、平均粒子サイズ10μm、結晶化度90.0%)500.0gを、ポリジアリルジメチルアンモニウムクロライドと塩化ナトリウムとの水溶液5000.0g(溶液中のポリジアリルジメチルアンモニウムクロライドの質量含有率が0.2%、塩化ナトリウムの質量含有率が0.2%)に室温(25℃)にて添加し、2時間撹拌後、濾過し、得られた濾過ケークを大気中50℃で乾燥させてZSM-5モレキュラーシーブ材料Iを得た。
(1)水素型ZSM-5モレキュラーシーブ(シリカ-アルミナ比60、平均粒度0.5μm、平均粒子サイズ10μm、結晶化度90.0%)500.0gを、ポリジアリルジメチルアンモニウムクロライドと塩化ナトリウムとの水溶液5000.0g(溶液中のポリジアリルジメチルアンモニウムクロライドの質量含有率が0.2%、塩化ナトリウムの質量含有率が0.2%)に室温(25℃)にて添加し、2時間撹拌後、濾過し、得られた濾過ケークを大気中50℃で乾燥させてZSM-5モレキュラーシーブ材料Iを得た。
(2)ZSM-5モレキュラーシーブ材料Iを水素型βモレキュラーシーブ懸濁液(βモレキュラーシーブ懸濁液中のβモレキュラーシーブの濃度は2.5重量%、βモレキュラーシーブの平均粒度は0.1μm、シリカ-アルミナ比は30.0、結晶化度は92.0%)に添加し、ZSM-5モレキュラーシーブ材料Iとβモレキュラーシーブ懸濁液を1:45の質量比で50℃にて2時間撹拌し、濾過し、大気中90℃で乾燥させてZSM-5モレキュラーシーブ材料IIを得た。
(3)アルミニウムゾル200.0g(Al2O3濃度25重量%、アルミニウム-塩素モル比1.1)を脱イオン水500.0gに溶解し、NaOH粒子30gを添加し、水ガラス4500.0mL(SiO2濃度251g/L、弾性率2.5)、水酸化テトラエチルアンモニウム溶液1600g(水酸化テトラエチルアンモニウム溶液の質量濃度25%)を連続して添加し、完全に均一に撹拌した後、結晶化用ポリテトラフルオロエチレンライニング付き反応釜に移し、150℃で10時間結晶化させて、予備結晶化合成液体IIIを得た。予備結晶化合成液体IIIの試料を濾過、洗浄、乾燥、焼成した後、XRDパターンにおいて2θ=22.4°にピークがあり、2θ=21.2°にピークがないことが観察できた。
(4)ZSM-5モレキュラーシーブ材料IIを予備結晶化合成液体IIIに、ZSM-5モレキュラーシーブ材料IIの予備結晶化合成液体IIIに対する重量比が乾燥基準にて1:10で添加し、次いで130℃で80時間結晶化した。結晶化後、濾過、洗浄、乾燥後、550℃で4時間焼成し、ナトリウム型ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブを得た。
(5)得られたナトリウム型ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブをNH4Cl溶液によって交換に供し、Na2Oの含有量が0.15重量%未満になるまで洗浄して、濾過、乾燥および550℃で2時間焼成して、SZ-V-2と称する水素型コア-シェルモレキュラーシーブを得た。
(実施例V-3)
(1)室温(25℃)で、n-ブチルアミンと塩化ナトリウムの水溶液5000g(n-ブチルアミンの質量濃度は5.0%、塩化ナトリウムの質量濃度は2%)に、水素型ZSM-5モレキュラーシーブ(シリカ-アルミナ比100、平均粒度100nm、平均粒子サイズ5.0ミクロン、結晶化度91.0%、量は500g)をコア材料として添加し、24時間撹拌し、濾過し、大気中70℃で乾燥させて、ZSM-5モレキュラーシーブ材料Iを得た。
(1)室温(25℃)で、n-ブチルアミンと塩化ナトリウムの水溶液5000g(n-ブチルアミンの質量濃度は5.0%、塩化ナトリウムの質量濃度は2%)に、水素型ZSM-5モレキュラーシーブ(シリカ-アルミナ比100、平均粒度100nm、平均粒子サイズ5.0ミクロン、結晶化度91.0%、量は500g)をコア材料として添加し、24時間撹拌し、濾過し、大気中70℃で乾燥させて、ZSM-5モレキュラーシーブ材料Iを得た。
(2)ZSM-5モレキュラーシーブ材料Iを水素型βモレキュラーシーブ懸濁液(βモレキュラーシーブ懸濁液中のβモレキュラーシーブの重量濃度が5.0重量%、βモレキュラーシーブは、平均粒度が50nm、シリカ-アルミナ比が30.0、結晶化度が95.0%)に添加し(ZSM-5モレキュラーシーブ材料Iのβモレキュラーシーブ懸濁液に対する質量比は1:20)、50℃で10時間撹拌し、濾過し、得られた濾過ケークを120℃の大気中で乾燥させて、ZSM-5モレキュラーシーブ材料IIを得た。
(3)メタアルミン酸ナトリウム100gを脱イオン水1800gに溶解し、NaOH粒子60gを添加し、粗シリカゲル1000g(SiO2含有量98.0重量%)、臭化テトラエチルアンモニウム溶液1800g(臭化テトラエチルアンモニウム溶液の質量濃度25%)を連続して添加し、均一に撹拌し、結晶化用ポリテトラフルオロエチレンライニング付反応釜に移し、130℃で30時間結晶化させて、予備結晶化合成液体IIIを得た。予備結晶化合成液体IIIの試料を濾過、洗浄、乾燥および焼成をしたところ、XRDパターンにおいて、2θ=22.4°にピークがあり、2θ=21.2°にピークがないことが観察できた。
(4)ZSM-5モレキュラーシーブ材料IIを予備結晶化合成液体IIIに、乾燥基準で、ZSM-5モレキュラーシーブ材料IIの予備結晶化合成液体IIIに対する重量比が1:4で添加し、80℃で100時間結晶化した。結晶化後、得られたものを、濾過、洗浄、乾燥後、550℃で4時間焼成して、ナトリウム型ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブを得た。
(5)得られたナトリウム型ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブをNH4Cl溶液によって交換に供し、Na2Oの含有量が0.15重量%未満になるまで洗浄し、濾過、乾燥および550℃で2時間焼成して、SZ-V-3と称する水素型コア-シェルモレキュラーシーブを得た。
(比較例V-1)
(1)出発材料として、水ガラス、硫酸アルミニウムおよびエチルアミン水溶液を使用し、SiO2:A12O3:C2H5NH2:H2O=40:1:10:1792のモル比で混合し、ゼラチン化し、140℃で3日間結晶化させ、大粒の円筒形ZSM-5モレキュラーシーブ(粒度4.0μm)を得た。
(1)出発材料として、水ガラス、硫酸アルミニウムおよびエチルアミン水溶液を使用し、SiO2:A12O3:C2H5NH2:H2O=40:1:10:1792のモル比で混合し、ゼラチン化し、140℃で3日間結晶化させ、大粒の円筒形ZSM-5モレキュラーシーブ(粒度4.0μm)を得た。
(2)得られた大粒の円筒形ZSM-5モレキュラーシーブを、メチルメタクリレートを0.5重量%含む塩化ナトリウム塩液(NaCl濃度5重量%)で30分間前処理し、濾過し、乾燥させ、βモレキュラーシーブ懸濁液(ナノβモレキュラーシーブであり、ZSM-5モレキュラーシーブのβモレキュラーシーブ懸濁液に対する質量比が1:10)に脱イオン水を0.5重量%まで分散させ、30分間付着させ、濾過し、乾燥させ、540℃で5時間焼成してコアモレキュラーシーブを得た。
(3)ケイ素源としてシリカホワイトおよびテトラエトキシシラン(TEOS)を使用し、出発材料としてアルミン酸ナトリウムおよびTEAOHを使用し、TEAOH:SiO2:A12O3:H2O=13:30:1:1500の比で添加し、工程2)で得られたコアモレキュラーシーブを添加した後、テトラフルオロエチレンライニング付きステンレス反応釜に投入し、140℃で54時間結晶化させた。
(4)結晶化完了後、得られたものを、濾過、洗浄、乾燥、550℃で4時間焼成してナトリウム型コア-シェルモレキュラーシーブを得た。
(5)得られたナトリウム型ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブをNH4Cl溶液によって交換に供し、Na2Oの含有量が0.15重量%未満になるまで洗浄し、濾過、乾燥および550℃で2時間焼成して、DZ-V-1と称する水素型コア-シェルモレキュラーシーブを得た。
(比較例V-2)
モレキュラーシーブは、実施例V-1に記載のとおりに合成した。ただし、工程(3)において、結晶化温度が30℃であり、結晶化時間が3時間であった。結晶化生成物の試料を濾過、洗浄、乾燥、および焼成したところ、XRDパターンにおいて、2θ=22.4°および2θ=21.2°にピークがないことが観察できた。得られたモレキュラーシーブをDZ-V-2と称した。
モレキュラーシーブは、実施例V-1に記載のとおりに合成した。ただし、工程(3)において、結晶化温度が30℃であり、結晶化時間が3時間であった。結晶化生成物の試料を濾過、洗浄、乾燥、および焼成したところ、XRDパターンにおいて、2θ=22.4°および2θ=21.2°にピークがないことが観察できた。得られたモレキュラーシーブをDZ-V-2と称した。
(比較例V-3)
実施例V-1の工程(1)および(2)に使用したZSM-5およびβモレキュラーシーブを、実施例V-1の混合比で機械的に混合し、得られたモレキュラーシーブ混合物をDZ-V-3と称した。
実施例V-1の工程(1)および(2)に使用したZSM-5およびβモレキュラーシーブを、実施例V-1の混合比で機械的に混合し、得られたモレキュラーシーブ混合物をDZ-V-3と称した。
実施例V-1~V-3および比較例V-1~V-2の合成条件を表V-1に示す。
実施例V-1~V-3および比較例V-1~V-2で得られたモレキュラーシーブの物性および比較例V-3で得られたモレキュラーシーブ混合物の物性を表V-1(続き)に示す。
以下の実施例は本出願の第4のタイプの実施形態の触媒の調製を例示するために提供する。使用したカオリンはChina Kaolin Clay Co. Ltd.の、固形分75重量%を有する市販品であり、擬ベーマイトはアルミナ含有量65重量%を有し、Shandong Aluminum Corporationから入手可能である。アルミナゾルはアルミナ含有量21重量%を有し、Sinopec Catalyst Co. Ltd.のQilu支部から入手可能である。シリカゾルは、25重量%のシリカ含有量および2.0のpH値を有し、Beijing Chemical Plantから入手可能である。Yモレキュラーシーブは、Sinopec Catalyst Co. Ltd.のQilu支部からHSY-0Eの商品名で入手可能であり、2重量%の希土類含有量、9.0のシリカ-アルミナ比、および60%の結晶化度を有する。βモレキュラーシーブは、Nankai University Catalyst PlantからNKF-6-25YYの商品名で入手可能であり、25のシリカ-アルミナ比、および95%の結晶化度を有する。
(実施例V-4~V-6)
A-V-1、A-V-2およびA-V-3と称した、実施例V-1~V-3でそれぞれ得られた水素型コア-シェルモレキュラーシーブを使用して、触媒を調製した。触媒の調製方法は以下の通りであった。
A-V-1、A-V-2およびA-V-3と称した、実施例V-1~V-3でそれぞれ得られた水素型コア-シェルモレキュラーシーブを使用して、触媒を調製した。触媒の調製方法は以下の通りであった。
(1)擬ベーマイト(略してベーマイト)と水とを均一に混合し、濃縮塩酸(化学的に純粋、Beijing Chemical Plant製)を36重量%の濃度で、酸-アルミニウム比(擬ベーマイトに対する36重量%の濃度の濃縮塩酸の重量比)0.2で撹拌下添加し、得られた混合物を70℃に加熱し、1.5時間熟成して、熟成した擬ベーマイトを得た。アルミナスラリーのアルミナ含有量は12重量%であった。
(2)コア-シェルモレキュラーシーブ(第1のモレキュラーシーブ)、Yモレキュラーシーブ、βモレキュラーシーブ(第2のモレキュラーシーブ)、アルミナゾル、シリカゾル、カオリンおよび熟成した擬ベーマイトを脱イオン水と混合し、30分間撹拌し、噴霧乾燥した。
(3)得られたものを、触媒:アンモニウム塩:H2O=1:1:10の重量比で、80℃で1時間アンモニア交換を行い、濾過した後、交換および濾過処理を再度行い、乾燥させて目的の触媒を得た。
(実施例V-7)
シリカゾルを使用せず、代わりに等量のアルミニウムゾルを使用したことを除いて、実施例V-5に記載のとおりに触媒を調製した。得られた触媒をA-V-4と称した。
シリカゾルを使用せず、代わりに等量のアルミニウムゾルを使用したことを除いて、実施例V-5に記載のとおりに触媒を調製した。得られた触媒をA-V-4と称した。
(比較例V-4~V-6)
比較例V-4~V-6は、比較例V-1~V-3で得られたモレキュラーシーブを使用して調製された触媒を例示する。
比較例V-4~V-6は、比較例V-1~V-3で得られたモレキュラーシーブを使用して調製された触媒を例示する。
比較例V-1~V-3で得られたモレキュラーシーブ、Yモレキュラーシーブ、第2のモレキュラーシーブ、擬ベーマイト、カオリン、シリカゾル、アルミナゾルおよび水をそれぞれ混合し、噴霧乾燥して、実施例V-4に記載のとおりに微小球状触媒をそれぞれ調製した。得られた触媒をそれぞれ、DB-V-1、DB-V-2およびDB-V-3と称した。
第1のモレキュラーシーブの種類および量、ならびに、得られた触媒1kg当たりの、それぞれの実施例および比較例で使用したYモレキュラーシーブ、第2のモレキュラーシーブ、アルミナゾル、シリカゾルおよびカオリンの量を乾燥基準で表V-2に示す。
実施例および比較例の触媒の組成を、乾燥基準で、表V-3に示す。触媒中の第1のモレキュラーシーブ、Yモレキュラーシーブ、第2のモレキュラーシーブ、アルミナゾル、シリカゾル、ベーマイトおよびカオリンの含有量は、調製に使用された対応する出発材料の量に基づいて計算される。
(反応による評価)
実施例V-4~V-7および比較例V-4~V-6で得られた触媒を、800℃で17時間、100体積%水蒸気下で熟成に供し、次いで、580℃の反応温度、4.0h-1の重量毎時空間速度、および10重量%の触媒/油比を含む条件下で、小型固定流動床反応器で、中間ベース原油の接触分解に対するそれらの性能を評価した。使用した中間ベース原油の物性を表V-4に示し、反応結果を表V-5に示す。
実施例V-4~V-7および比較例V-4~V-6で得られた触媒を、800℃で17時間、100体積%水蒸気下で熟成に供し、次いで、580℃の反応温度、4.0h-1の重量毎時空間速度、および10重量%の触媒/油比を含む条件下で、小型固定流動床反応器で、中間ベース原油の接触分解に対するそれらの性能を評価した。使用した中間ベース原油の物性を表V-4に示し、反応結果を表V-5に示す。
表V-5に列挙される軽質オレフィンの収率は、供給原料の供給量に基づいて計算された。
表V-5から分かるように、本出願の第4のタイプの実施形態の触媒は、中間ベース原油の分解能力がより高く、ディーゼル油および重油の収率がより低く、軽質オレフィンの収率が著しく改善され、および液化ガスの収率が著しく改善された。
本出願は好ましい実施形態を参照して上記で詳細に説明されているが、これらの実施形態に限定されることは意図されていない。本出願の発明概念に従い、種々の改変を行うことができ、これらの改変は本出願の範囲内である。
なお、上記実施形態で説明した種々の技術的特徴を矛盾なく任意の適切な態様で組み合せることができ、不必要な繰り返しを避けるために、本出願では種々の可能な組合せを説明しないが、そのような組合せも本出願の範囲内に含まれるものとする。
また、本出願の各実施形態は本出願の趣旨を逸脱しない範囲で任意に組み合わせることが可能であり、これらを組み合せた実施形態は本出願の開示内容として考慮されるべきである。
Claims (18)
- ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブであって、
ZSM-5モレキュラーシーブの少なくとも2つの結晶粒から構成されるコアと、βモレキュラーシーブの複数の結晶粒から構成されるシェルとを含み、
上記ZSM-5モレキュラーシーブ粒の平均粒度が0.05~15μm、好ましくは0.1~10μmであり、
上記コア-シェルモレキュラーシーブのシェル被覆率が50~100%、好ましくは80~100%であり、シェルの厚さが10~2000nm、好ましくは50~2000nmであり、
上記シェルにおける上記βモレキュラーシーブ粒の平均粒度が10~500nm、好ましくは50~500nmであり、
上記ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブのX線回折パターンにおいて、2θ=22.4°における回折ピークの高さの、2θ=23.1°における回折ピークの高さに対する比が0.1~10:1、好ましくは0.1~5:1である、ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブ。 - 上記ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブが、420m2/gを超え、好ましくは450~620m2/gの総比表面積を有し、
総比表面積に対する、2~50nmの細孔径を有する細孔の比表面積の割合が10~40%、好ましくは12~35%である、請求項1に記載のZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブ。 - 上記ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブの、コアのシェルに対する質量比が0.2~20:1、好ましくは1~15:1である、請求項1または2に記載のZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブ。
- 上記ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブにおいて、
2~80nmの細孔径を有する細孔の細孔容積が、総細孔容積の10~30%を占め、
20~80nmの細孔径を有する細孔の細孔容積が、2~80nmの細孔径を有する細孔の細孔容積の50~70%を占める、請求項1~3のいずれか1項に記載のZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブ。 - 以下の工程を含む、ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブを合成するための方法:
1)粒子状ZSM-5モレキュラーシーブを界面活性剤溶液で処理して、ZSM-5モレキュラーシーブ材料Iを得る工程であって、上記ZSM-5モレキュラーシーブの粒子が少なくとも2つのZSM-5モレキュラーシーブの結晶粒から構成されることが好ましい、工程;
2)粒子状βモレキュラーシーブを含むスラリーで上記ZSM-5モレキュラーシーブ材料Iを処理して、ZSM-5モレキュラーシーブ材料IIを得る工程であって、上記βモレキュラーシーブの粒子が少なくとも1つのβモレキュラーシーブの結晶粒から構成される、工程;
3)ケイ素源、アルミニウム源、任意のアルカリ源、鋳型および水を含む合成液体を提供し、当該合成液体を50~300℃、好ましくは75~250℃、さらに好ましくは80~180℃の温度で、4~100時間、好ましくは10~80時間、さらに好ましくは18~50時間結晶化させて、予備結晶化合成液体IIIを得る工程;および
4)上記ZSM-5モレキュラーシーブ材料IIを上記予備結晶化合成液体IIIと混合し、得られたものを結晶化して、上記ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブを得る工程。 - 工程1)の処理は、界面活性剤溶液に0.05~50重量%の濃度で粒子状ZSM-5モレキュラーシーブを添加して、20~70℃の温度で少なくとも0.5時間、好ましくは1~36時間、好ましくは撹拌下で、接触させ、次いで濾過および乾燥させることによって実施される、請求項5に記載の方法。
- 以下の特徴を1つ以上有する、請求項5または6に記載の方法:
上記界面活性剤溶液が0.05~10.0重量%の塩、好ましくは塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化アンモニウム、硝酸アンモニウムまたはそれらの組合せからなる群から選択される塩をさらに含む;
工程1)における、乾燥基準での、上記界面活性剤溶液の上記粒子状ZSM-5モレキュラーシーブに対する重量比が、10~200:1である;
上記界面活性剤が、ポリメチルメタクリレート、ポリジアリルジメチルアンモニウムクロリド、ジピコリン酸、アンモニア水、エチルアミン、n-ブチルアミン、水酸化テトラエチルアンモニウム、水酸化テトラプロピルアンモニウム、臭化テトラエチルアンモニウム、臭化テトラプロピルアンモニウム、水酸化テトラブチルアンモニウム、またはそれらの組合せからなる群から選択される;
工程1)で使用されるZSM-5モレキュラーシーブが、ナトリウム型、水素型またはイオン交換ZSM-5モレキュラーシーブである;および
ZSM-5モレキュラーシーブ粒の平均粒度が0.05~20μm、好ましくは0.1~10μmであり、ZSM-5モレキュラーシーブ粒子の平均粒子サイズが好ましくは、0.1~30μmである。 - 工程2)の処理は、上記粒子状βモレキュラーシーブを含むスラリーに上記ZSM-5モレキュラーシーブ材料Iを添加して、20~60℃で少なくとも0.5時間、好ましくは撹拌下で、接触させ、次いで濾過および乾燥させることによって実施される、請求項5~7のいずれか1項に記載の方法。
- 以下の特徴を1つ以上有する、請求項5~8のいずれか1項に記載の方法:
工程2)で使用される上記粒子状βモレキュラーシーブを含むスラリー中上記のβモレキュラーシーブの濃度が、0.1~10重量%、好ましくは0.3~8重量%である;
上記粒子状βモレキュラーシーブを含むスラリーの、上記ZSM-5モレキュラーシーブ材料Iに対する重量比が、乾燥基準で10~50:1である;
工程2)で使用される上記粒子状βモレキュラーシーブを含むスラリーにおいて、上記βモレキュラーシーブ粒の平均粒度が0.01~0.5μm、好ましくは0.05~0.5μmであり、上記βモレキュラーシーブ粒子の平均粒子サイズが好ましくは0.01~0.5μmである。 - 工程3)において、上記ケイ素源、上記アルミニウム源、上記任意のアルカリ源、上記鋳型および上記水のモル比が、
R/SiO2=0.1~10:1、好ましくは0.1~3:1であり;
H2O/SiO2=2~150:1、好ましくは10~120:1であり;
SiO2/Al2O3=10~800:1であり;
Na2O/SiO2=0~2:1、好ましくは0.01~1.7:1であり;
式中、Rは鋳型を表し、SiO2はSiO2として計算されるケイ素源を表し、Al2O3はAl2O3として計算されるアルミニウム源を表し、Na2OはNa2Oとして計算されるアルカリ源を表し、
好ましくは、
上記ケイ素源が、テトラエトキシシラン、水ガラス、粗シリカゲル、シリカゾル、シリカホワイト、活性粘土またはそれらの組合せからなる群から選択され;
上記アルミニウム源が、硫酸アルミニウム、アルミニウムイソプロポキシド、硝酸アルミニウム、アルミニウムゾル、メタアルミン酸ナトリウム、γ-アルミナまたはそれらの組合せからなる群から選択され、
上記アルカリ源が、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、またはそれらの組合せからなる群から選択され、
上記鋳型が、フッ化テトラエチルアンモニウム、水酸化テトラエチルアンモニウム、臭化テトラエチルアンモニウム、塩化テトラエチルアンモニウム、ポリビニルアルコール、トリエタノールアミンもしくはカルボキシメチルセルロースナトリウム、またはそれらの組合せからなる群から選択される、請求項5~9のいずれか1項に記載の方法。 - 工程4)の結晶化が、50~300℃、好ましくは100~250℃、より好ましくは100~200℃の温度で、10~400時間、好ましくは30~350時間、より好ましくは50~120時間実施され;
好ましくは、工程4)において、上記予備結晶化合成液体IIIの上記ZSM-5モレキュラーシーブ材料IIに対する重量比は乾燥基準で2~10:1、好ましくは4~10:1である、請求項5~10のいずれか1項に記載の方法。 - 乾燥基準で、触媒の重量に基づいて、30~90重量%の担体、2~50重量%の請求項1~4のいずれか1項のZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブ、および0~50重量%の追加のモレキュラーシーブを含み、
好ましくは、ZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブが、Na2Oとして計算して、0.15重量%以下のナトリウム含有量を有する、触媒。 - 水素化VGOの接触分解に適した触媒であって、
上記触媒が乾燥基準で、触媒の重量に基づいて、50~90重量%、好ましくは60~85重量%の担体と、10~50重量%、好ましくは15~40重量%のZSM-5/βコア-シェルモレキュラーシーブとを含み、
上記担体が、シリカゾルおよび改質元素、好ましくは希土類元素を含む、請求項12に記載の触媒。 - 上記担体が、擬ベーマイト、アルミナゾル、および粘土からなる群から選択される1種以上をさらに含み、
好ましくは、上記触媒が乾燥基準で、1~15重量%のシリカゾル、5~25重量%の擬ベーマイト、3~20重量%のアルミナゾル、および25~50重量%の粘土を含み、
上記担体中の、RE2O3として計算される希土類酸化物の含有量が、上記担体の乾燥重量基準で、0.1~15重量%である、請求項13に記載の触媒。 - 軽質オレフィンを製造するための水素化LCOの接触分解に適した触媒であって、
上記触媒が乾燥基準で、上記触媒の重量に基づいて、50~85重量%の担体、10~35重量%のコア-シェルモレキュラーシーブ、および5~15重量%の0.65~0.70nmの細孔開口径を有するモレキュラーシーブを含み、
好ましくは上記0.65~0.70nmの細孔開口径を有するモレキュラーシーブがAET、AFR、AFS、AFI、BEA、BOG、CFI、CON、GME、IFR、ISV、LTL、MEI、MOR、OFFまたはSAO構造を有するモレキュラーシーブからなる群から選択される1種以上であり;好ましくはBeta、SAPO-5、SAPO-40、SSZ-13、CIT-1、ITQ-7、ZSM-18、モルデナイト、グメリナイトまたはそれらの組合せからなる群から選択され、
好ましくは、上記担体は、粘土、シリカ担体、アルミナ担体、およびリン酸アルミニウムゲル/ゾルから選択される1種以上、ならびに、任意で、リン酸化物およびアルカリ土類金属酸化物からなる群から選択される添加剤を含む、請求項12に記載の触媒。 - 重油の接触分解に適した触媒であって、
上記触媒が、乾燥基準で、触媒の重量に基づいて、30~83重量%の担体、2~20重量%のコア-シェルモレキュラーシーブ、15~50重量%のYモレキュラーシーブを含み、
好ましくは、上記担体は粘土、シリカ担体およびアルミナ担体からなる群から選択される1種以上を含む、請求項12に記載の触媒。 - 中間ベース原油の接触分解に適した触媒であって、
上記触媒が、乾燥基準で、触媒の重量に基づいて、50~79重量%の担体、15~35重量%のコア-シェルモレキュラーシーブ、5~10重量%のYモレキュラーシーブ、1~5重量%の0.65~0.70nmの細孔開口径を有するモレキュラーシーブを含み、
好ましくは、上記Yモレキュラーシーブが希土類を含まないYモレキュラーシーブまたは希土類含有量が5重量%未満のYモレキュラーシーブであり、YモレキュラーシーブのRE2O3として計算される希土類含有量は0~5重量%であり、YモレキュラーシーブのSiO2/Al2O3モル比として計算されるシリカ-アルミナ比が4~18であり、
上記0.65~0.70nmの細孔開口径を有するモレキュラーシーブがβモレキュラーシーブであるか、または、上記担体が、アルミニウムゾル、ジルコニアゲル/ゾル、擬ベーマイト、シリカゾルおよび粘土からなる群から選択される1種以上を含む、請求項12に記載の触媒。 - 炭化水素油の接触転化のための方法であって、炭化水素油原料を、反応のために、請求項12~17のいずれか1項に記載の触媒と接触させる工程を含む、方法。
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