JP2527416B2 - 炭化水素油の改質方法 - Google Patents

炭化水素油の改質方法

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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は炭化水素油の改質方法を改良に関するもので
ある。さらに詳しくいえば、本発明は、石油ナフサ、接
触改質油、接触分解油、熱分解ガソリンなどのオクタン
価の低い炭化水素油を特定の触媒に接触させることによ
り、オクタン価が高く、かつ重質芳香族分の少ないガソ
リンを提供しうる炭化水素油の改質方法に関するもので
ある。
[従来の技術] 従来、ガソリンのオクタン価を向上させるために、オ
クタン価向上剤として、主に四エチル鉛などの鉛化合物
が用いられていたが、この鉛化合物は人体に対する毒性
が強く、環境汚染の問題から、使用が禁止されて以来、
炭化水素油の改質によってガソリンのオクタン価を向上
させる方法が広く実施されている。
炭化水素油のオクタン価を向上させるには、その中に
含まれているナフテンを脱水素反応により芳香族化合物
に転化したり、パラフィンを脱水素環化反応によりナフ
テンや芳香族化合物に、あるいは異性化反応によりイソ
パラフィンに転化することが必要である。
また、炭化水素油のオクタン価を向上させる方法の一
つとして、これまで、ZSM−5などのゼオライトを用い
てナフサや改質ガソリンのオクタン価を向上させる方法
が種々提案されている(特開昭46−4774号公報、同47−
14206号公報、同47−18902号公報、同49−41323号公
報、同49−65394号公報、同50−5335号公報、同50−210
05号公報、同54−116003号公報、同55−102689号公報、
同56−103288号公報、同60−38493号公報)。しかしな
がら、これらの方法においては、主としてn−パラフィ
ンやメチルパラフィンなどのパラフィン類を分解してオ
クタン価を向上させるが、ガソリンとして好ましくない
重質芳香族分が生成するのを免れないという欠点があ
る。
[発明が解決しようとする課題] 本発明は、このような事情のもとで、オクタン価の低
い炭化水素油を用いて、オクタン価が高く、かつ重質芳
香族分の少ないガソリンを効率よく得ることのできる炭
化水素油の改質方法を提供することを目的としてなされ
たものである。
[課題を解決するための手段] 本発明者らは前記目的を達成するために鋭意研究を重
ねた結果、炭化水素油を特定の触媒と接触させることに
より、その目的を達成しうることを見い出し、この知見
に基づいて本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、水素存在下で沸点225℃以下の
炭化水素油を、鉄塩水溶液で処理したY型ゼオライト、
又はこのものと結晶性シリケートとを含有して成る触媒
に水素存在下で接触させることを特徴とする炭化水素油
の改質方法を提供するものである。
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明方法において用いられる触媒としては、鉄塩水
溶液で処理したY型ゼオライト、又はこの処理Y型ゼオ
ライトと結晶性シリケートとを含有して成るものが使用
される。
前記Y型ゼオライトとしては、通常アルミナに対する
シリカのモル比が4.6以上で、かつNa2Oの含有量が2.4重
量%以下、好ましくは1重量%以下のものが用いられ
る。アルミナに対するシリカのモル比が4.6未満のも
の、あるいはNa2O含有量が2.4重量%を超えるものを用
いると、酸処理や、pH2以下の鉄塩水溶液による処理に
おいてシリケート骨格がくずれるおそれがある。
また、このY型ゼオライトは、所望に応じ水蒸気処理
や、酸による脱アルミニウム処理を施してから、鉄塩水
溶液による処理を行ってもよい。該Y型ゼオライトの水
蒸気処理は、通常500〜900℃の範囲の温度の水蒸気の存
在下に行われる。この際水蒸気は流通系であってもよい
し、密閉容器中にY型ゼオライトを保持して加熱し、該
Y型ゼオライトの保有する水によってセルフスチーミン
グを行ってもよい。また、酸処理には、例えば塩酸、硫
酸、硝酸などの水溶液が用いられ、この処理によってY
型ゼオライトは脱アルミニウムされる。
本発明においては、前記の未処理Y型ゼオライト又は
所望に応じ水蒸気処理や酸処理が施されたY型ゼオライ
トを鉄塩水溶液を用いて処理することが必要である。該
鉄塩水溶液としては、例えば塩化第一鉄、塩化第二鉄、
硫酸第一鉄、硫酸第二鉄、硝酸第一鉄、硝酸第二鉄など
の水溶液が用いられる。この鉄塩水溶液による処理にお
いては、系のpHは、酸処理したY型ゼオライトを用いる
場合には特に調整する必要がないが、未処理Y型ゼオラ
イト及び水蒸気処理Y型ゼオライトを用いる場合には、
2以下に調整することが好ましい。そのためには、必要
に応じ系に酸を加えることも有効であり、このような酸
としては、例えば塩酸、硝酸、硫酸などが好適に用いら
れる。
この鉄塩水溶液による処理は、前記Y型ゼオライトと
鉄塩水溶液とを、通常0〜100℃の範囲の温度におい
て、0.1〜10時間程度接触させることによって実施され
る。接触させる方法としては、該Y型ゼオライトを鉄塩
水溶液に浸漬するだけでもよいが、攪拌などを行えばよ
り短時間で目的を達成することができる。このような処
理は一回だけでもよいが、複数回繰り返すことにより、
鉄含有量の高いY型ゼオライトが得られる。さらにこの
接触処理に際しては、超音波を使用すると効果的であ
る。この処理により、Y型ゼオライトの結晶を構成して
いるアルミニウムの一部が鉄に置換された新たな結晶構
造が形成される。
このようにして鉄塩水溶液による処理が施されたY型
ゼオライトは、十分に洗浄したのち乾燥し、次いで好ま
しくは300〜800℃の範囲の温度において焼成することに
より、所望の鉄塩処理Y型ゼオライトが得られる。この
鉄塩処理Y型ゼオライトは、格子定数が24.3〜24.7の範
囲にあり、かつ鉄含有量がFe2O3換算で2〜20重量%の
範囲にあるものが好適である。
本発明においては、このようにして調製された鉄塩処
理Y型ゼオライトを触媒成分として用いるが、所望に応
じ、触媒成分として、該鉄塩処理Y型ゼオライトと結晶
性シリケートとを併用することもできる。
前記結晶性シリケートとしては、結晶性の空洞構造を
有するものが好ましく、特に酸素10員環以上の細孔を有
するものが好適である。このような結晶性シリケートと
しては、例えばZSM−5、ZSM−11、ZMS−23、ZSM−35、
ISI−1、ISI−3、ISI−4、ISI−5、ISI−6などが
挙げられる。これらの結晶性シリケートは、通常アルミ
ノシリケートをイオン交換処理によりH型にしたものが
好ましく用いられる。
触媒成分として、前記鉄塩処理Y型ゼオライトと結晶
性シリケートとを併用する場合、該鉄塩処理Y型ゼオラ
イトは、両者の合計量に対し10重量%以上、好ましくは
50重量%以上含有することが望ましい。
さらに、本発明においては、前記の鉄塩処理Y型ゼオ
ライトや結晶性シリケートに、所望に応じ、活性成分と
して周期律表第VI A族及びVIII族に属する金属元素の中
から選ばれた少なくとも1種の金属元素を適当量担持さ
せてもよい。第VI A族に属する金属元素としては、例え
ばモリブデン、タングステンなどが好ましく挙げられ、
またVIII族に属する金属元素としては、例えばニッケ
ル、コバルトなどが好ましく挙げられる。これらの金属
元素は1種担持させてもよいし、2種以上を組み合わせ
て担持させてもよい。この担持の方法としては、例えば
共沈法や含浸法などの公知の方法を用いることができ
る。
本発明においては、該触媒は粉末状で用いてもよい
し、所望の形状に成形して用いてもよい。所望の形状に
成形する場合、バインダーとして、例えばカオリン、シ
リカ、アルミナなどを用いることができるが、その使用
量は全重量に基づき80重量%以下が好ましい。
本発明においては、このようにして調製された触媒
に、炭化水素油を接触させてオクタン価を向上させる
が、該炭化水素油としては、沸点が225℃以下の石油ナ
フサ、接触改質油、接触分解油、熱分解ガソリン及びこ
れらの混合物、あるいはこれらにブタンや重質芳香族留
分を加えたものなどを用いることができる。接触条件に
ついては、反応温度は通常150〜600℃、好ましくは250
〜550℃、反応圧力は通常1〜100kg/cm2−G、好ましく
は1〜60kg/cm2−G、WHSVは通常0.1〜20hr-1、好まし
くは0.2〜10hr-1、原料油に対する水素のモル比は通常
1〜50、好ましくは2〜20の範囲で選ばれる。また、硫
化水素を水素に対するモル比が好ましくは0.0001〜0.1
になるように存在させると、反応は特に効率よく進行す
る。
このようにして、沸点225℃以下のオクタン価の低い
炭化水素油を、オクタン価が高く重質芳香族分の少ない
ガソリンに、効率よく改質することができる。
[実施例] 次に、実施例により本発明をさらに詳細に説明する
が、本発明はこれらの例によってなんら限定されるもの
ではない。
実施例1 (1)鉄塩処理Y型ゼオライト触媒の調製 市販のY型ゼオライト(Na2O含量0.4重量%、SiO2/Al
2O3モル比5.6)100gを、0.25モル/の硝酸第二鉄(Fe
(NO3)水溶液800ml中で、pH1.3、温度50℃にて2
時間攪拌処理した。次いで、ろ過、水洗し、温度50℃に
て4時間乾燥後、500℃で3時間焼成して、鉄塩処理Y
型ゼオライトを得た。
このものの性状は、Na2O含量0.25重量%、SiO2/Al3O3
10.3(モル比)、SiO2/Fe2O32.2(モル比)であった。
また、この鉄塩処理Y型ゼオライトのX線回析パターン
を第1表に示す。
一方、塩化アルミニウム水溶液とその3倍モルの水酸
化ナトリウムの水溶液を反応させて、水酸化アルミニウ
ムの沈殿を生成させ、90℃で10時間熟成してベーマイト
ゲルを得た。次いで、このベーマイトゲル54gと前記の
鉄塩処理Y型ゼオライト50gとを混練し、湿式押出成形
機により、直径1mmに成形したのち、120℃で3時間乾燥
し、さらに500℃で3時間焼成して、ゼオライト含量80.
1重量%の触媒を得た。
(2)原料油の接触反応 前記(1)で得られた触媒をステンレス製反応管に充
填したのち、原料油として90.1 RONの接触改質油を導
入し、水素加圧下、所定条件で反応を行った。反応条件
及び反応成績を第2表に示す。
実施例2〜6 実施例1において、反応条件及び原料油を第2表に示
すように変えた以外は、実施例1と同様に実施した。そ
の結果を第2表に示す。
実施例7 (1)ZSM−5ゼオライト触媒の調製 硫酸アルミニウム(1.8水塩)7.52g、硫酸(97%)1
7.6g及びテトラプロピルアンモニウムブロマイド26.3g
を水250mlに溶解して成る液をA液とし、水ガラス(SiO
2−29.0wt%、Na2O 9.4wt%、水61.6wt%)211gを水25
0mlに溶解して成る溶液をB液とし、塩化ナトリウム79g
を水125mlに溶解して成る溶液をC液とした。このC液
中にA液とB液を同時に徐々に滴下、混合し、次いで50
%硫酸7.2gを加えてpHを9.5に調整し、1のオートク
レーブに入れ、攪拌しながら170℃、自己圧力下にて20
時間反応させた。
反応混合物を冷却したのち、生成物を1.5の水で5
回洗浄した。次いでろ過した固形分を120℃で6時間乾
燥した。X線回析の結果、この生成物はZSM−5であっ
た。
この生成物を空気中で550℃にて6時間焼成したのち
の組成(モル比)は、0.6Na2O・Al2O3・67SiO2であっ
た。
その後、このZSM−51g当たり5mlの1規定硝酸アンモ
ニウム溶液を用いて室温にて一昼夜イオン交換を行っ
た。次いで純水で洗浄し、120℃で6時間乾燥したの
ち、550℃で6時間焼成し、さらに再度同じ処理を行っ
てH型とした。
このようにして得られたH型ZSM−5をアルミナゾル
と混練し、押出成形機により直径1mmに成形したのち、1
20℃で6時間乾燥し、次いで550℃で6時間焼成して、
ゼオライト含量80重量%の触媒を調製した。
(2)原料油の接触反応 前記(1)で得られた触媒1重量部と、実施例1
(1)で得られた触媒9重量部とを均一に物理混合した
ものを触媒として、ステンレス製反応管に充填したの
ち、実施例1(2)と同様にして触媒反応を行った。そ
の結果を第2表に示す。
実施例8 (1)結晶性アルミノシリケート触媒の調製硫酸アルミ
ニウム(18水塩)18.8g、硫酸(97%)17.6g及び水250m
lを溶液としたものをA液とする。水ガラス(SiO229.0w
t%、Na2O 9.4wt、水61.6wt%)21.1g、水250mlを溶液
としたものをB液とする。塩化ナトリウム39.5g、水122
mlを溶液としたものをC液とする。C液を攪拌しなが
ら、これに室温でA液、B液を徐々に滴下した。この原
料混合物にモルデナイトの粉末1gを添加したのち、50%
硫酸5.6gを加えてpHを9.5に調整し、1のオートクレ
ーブに入れ、攪拌しながら170℃、自己圧力下にて20時
間反応させた。反応混合物を冷却したのち、1.5の水
で5回洗浄した。次いで、ろ過により固型分を分離し、
120℃で3時間乾燥して55gの結晶性アルミノシリケート
ゼオライトを得た。
このゼオライトを550℃で6時間焼成したのちの組成
(モル比)は0.9 Na2O・Al2O3・30.1 SiO2であった。
次に、このアミノシリケートを実施例7(1)と同様
にイオン交換処理し、H型アルミノシリケートを得たの
ち、これをアルミナゾルと混練し、押出成形機により直
径1mmに成形した。次いで、この成形物を120℃で6時間
乾燥したのち、550℃で6時間焼成して、ゼオライト含
量80重量%の触媒を得た。
(2)原料油の接触反応 前記(1)で得られた触媒1重量部と実施例1(1)
で得られた触媒9重量部とを均一に物理混合したものを
触媒としてステンレス反応管に充填したのち、実施例1
(2)と同様に反応を行った。その結果を第2表に示
す。
実施例9 (1)ISI−3の調製 硫酸アルミニウム(1.8水塩)9.7g、硫酸(97%)17.
6gを水100mlに溶解して成る溶液をA液とし、水ガラス
(SiO229.0wt%、Na2O 9.4wt%、水61.6wt%)211gを
水96mlに溶解して成る溶液をB液とした。
次に、水50ml中にA液とB液を同時に徐々に滴下、混
合し、次いで50%硫酸7.2gを加えてpHを9.5に調整した
のち、さらにn−ブチルアルコール376mlを加えて混合
し、この混合物を1のオートクレーブに入れ、攪拌し
ながら170℃、自己圧力下にて20時間反応させた。反応
混合物を冷却したのち、生成物を1.5の水で5回洗浄
し、次いでろ過した固形分を120℃で6時間乾燥した。
X線回析の結果、この生成物はISI−3であった。
この生成物を空気中で550℃にて6時間焼成したのち
の組成(モル比)は、0.8 Na2O・Al2O3・60.8 SiO2
あった。
その後、このISI−31g当たり5mlの1規定硝酸アンモ
ニウム溶液を用い、室温にて一昼夜イオン交換を行っ
た。次いで純水で洗浄し、120℃で6時間乾燥したの
ち、550℃で6時間焼成し、さらに再度同じ処理を行っ
てH型とした。
次に、このようにして調製したH型ISI−3ゼオライ
トを実施例8(1)と同様にして触媒化し、ゼオライト
含量80重量%の触媒を得た。
(2)原料油の触媒反応 前記(1)で得られた触媒1重量部と、実施例1
(1)で得られた触媒9重量部とを均一に物理混合した
ものを触媒としてステンレス反応管に充填したのち、実
施例1(2)と同様に反応を行った。その結果を第2表
に示す。
比較例1 実施例7(1)で得たZSM−5触媒をステンレス製反
応管に充てんしたのち、実施例1(2)と同様にして反
応を行った。その結果を第2表に示す。
第2表から分かるように、ZSM−5触媒では、オクタ
ン価は向上するが、生成油中のC9 +芳香族分含量は原料
油よりも多い。これに対し、鉄塩処理Y型ゼオライトを
含む触媒は、生成油中のC9 +芳香族分含量は原料油より
も低下している。
[発明の効果] 以上説明したように、本発明方法によると、オクタン
価の低い石油ナフサ、接触改質油、接触分解油、熱分解
ガソリンなどの炭化水素油から、オクタン価が高く、か
つ重質芳香族分の少ない品質の良好なガソリンを容易に
得ることができるし、また、ガソリン沸点範囲以上の沸
点を有する原料油をガソリンに転化することも可能であ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−115088(JP,A) 特開 昭61−281196(JP,A) 特開 平1−164442(JP,A)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】沸点225℃以下の炭化水素油を、鉄塩水溶
    液で処理したY型ゼオライトを含有して成る触媒に水素
    存在下で接触させることを特徴とする炭化水素油の改質
    方法。
  2. 【請求項2】沸点225℃以下の炭化水素油を、鉄塩水溶
    液で処理したY型ゼオライトと結晶性シリケートとを含
    有して成る触媒に水素存在下で接触させることを特徴と
    する炭化水素油の改質方法。
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US4824816A (en) * 1987-09-21 1989-04-25 Exxon Research & Engineering Company Method for producing stabilized zeolite catalysts

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