JP5282087B2 - 高生産性触媒を用いる統合水素処理 - Google Patents

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Description

本発明は、原料材の接触水素処理方法に関する。
留出油または潤滑油沸点範囲の原料材の接触水素処理には、典型的には、担持第VIII族および/または第VI族金属を有する触媒の使用が含まれる。多くの場合には、担持金属は、触媒コストの実質部分を表す。典型的な水素処理反応器を充填するのに必要な触媒の大きな容積のために、より低コストの触媒は、いかなる製油所にとっても望ましい特質である。
特許文献1は、原料材を、先ず高活性の水素化触媒に暴露することによって、炭化水素原料材を処理して、例えば窒素、硫黄、および芳香族のレベルを低減する方法を提供する。水素化された原料は、次いで、脱ロウ触媒(ZSM−23、ZSM−35、またはZSM−48など)を用いて脱ロウされる。
運転コストを低減する炭化水素原料材の改良水素処理方法が必要とされている。
米国特許第5,951,848号明細書 米国特許第5,098,684号明細書 米国特許第5,198,203号明細書 米国特許第6,923,949号明細書 米国特許第3,354,078号明細書
J.Amer.Chem.Soc.(第114巻、第10834頁、1992年) Journal of Catalysis(第4巻、第527頁、1965年) Journal of Catalysis(第6巻、第278頁、1966年) Journal of Catalysis(第61巻、第395頁、1980年)
実施形態においては、本発明は、潤滑油基材の製造方法を提供する。本方法には、触媒担体に担持された少なくとも一種の第VIII族金属を含み、かつ密度600kg/m以下を有する第一の触媒を提供する工程が含まれる。少なくとも一種の第VIII族金属を含む第二の触媒が提供される。第二の触媒は、中圧水素化分解装置から製造される軽質ニュートラル(150N)炭化水素ストリームの処理に関して、試験を達成するのに十分な脱ロウ生産性を有するように選択される。その際、軽質ニュートラル炭化水素ストリームは、動粘度(100℃)5未満および沸点550未満を有する。第二の触媒は、320℃および1 LHSVにおいて、流動点−15℃未満およびVI少なくとも160を有する潤滑油基材を製造するのに十分な活性を有する。原料材は、第一の触媒に、原料材を処理するのに効果的な条件下に暴露され、前記効果的な条件は、水素化、水素仕上げ、または芳香族飽和の一種に効果的である。処理された原料材は、次いで、第二の触媒に、処理された原料材を脱ロウするのに効果的な条件下に暴露される。
他の実施形態においては、本発明は、潤滑油基材の製造方法を提供する。本方法には、基材を、第一の触媒に、原料材を処理するのに効果的な条件下に暴露する工程が含まれ、その際前記第一の触媒は、触媒担体に担持された少なくとも一種の第VIII族金属を含み、かつ密度600kg/m以下を有し、前記効果的な条件は、水素化、水素仕上げ、または芳香族飽和の一種に効果的である。処理された原料材は、次いで、SiO:Al比約70〜約110および金属水素添加成分を有するZSM−48を含む触媒に、処理された原料材を脱ロウするのに効果的な条件下に暴露される。
更に他の実施形態においては、本発明は、潤滑油基材の製造方法を提供する。本方法には、水素化、水素仕上げ、または芳香族飽和触媒である第一の触媒、および脱ロウ触媒である第二の触媒を含むプロセストレインを提供する工程が含まれる。第一のワックス含有量を有する第一の原料材は、プロセストレインにおいて、第一の温度で処理されて、流動点約−15℃未満を有する基材が製造される。第一の温度は、365℃以下である。第二のワックス含有量を有する第二の原料材は、同じプロセストレインにおいて、第一の温度の30℃以内の温度で処理されて、流動点約−15℃未満を有する第二の基材が製造される。第二のワックス含有量は、第一のワックス含有量より少なくとも30wt%高い。
テンプレート:シリカ比0.023で調製されたZSM−結晶の顕微鏡写真であり、いくらかの針状結晶が存在することを示す。 テンプレート:シリカ比0.018を有する反応混合物から調製されたZSM−48結晶について、針状結晶が存在しないことを示す顕微鏡写真である。 テンプレート:シリカ比0.029を有する反応混合物から調製されたZSM−48結晶について、針状結晶が存在することを示す顕微鏡写真である。 テンプレート:シリカ比0.019を有する反応混合物から調製されたZSM−48結晶について、針状結晶が存在しないことを示す顕微鏡写真である。 イソ−C10の収率を、n−C10の転化率の関数として示すグラフである。 (反応器の温度):(370℃+の流動点を達成するのに必要な温度)を示すグラフである。 (反応器の温度):(370℃+の流動点を達成するのに必要な温度)を示す他のグラフである。 低比率および高比率のZSM−48で水素処理された原料材について、(流動点):(粘度指数)を示すグラフである。 種々の水素処理触媒で連続的に処理された原料材について、(流動点):(粘度指数)を示すグラフである。 種々の水素処理触媒で連続的に処理された原料材について、(流動点):(粘度指数)を示すグラフである。 種々の芳香族飽和触媒による原料材の処理について、芳香族飽和の相違を示す。 種々の芳香族飽和触媒による原料材の処理について、芳香族飽和の相違を示す。
本発明は、融通性の増大および/または運転コストの低減をもたらす炭化水素原料材の水素処理方法を提供する。本方法は、炭化水素原料を水素処理するのに、高生産性および/または低密度水素処理触媒(水素化、水素仕上げ、または水素化脱ロウ触媒など)を用いる工程を含む。本発明の方法は、三つの異なる方法で、運転コストの低減をもたらす。
第一に、本発明の高生産性触媒を用いることにより、コストの低減が導かれる。より高い生産性の触媒は、触媒量を低減して、より低い生産性の触媒と同じ効果を達成することができる。必要とされる触媒の低減量とは、より少ない触媒が、反応器が充填される毎に必要とされることを意味し、コストの節減を導く。或いは、より高い生産性の触媒は、より低温でプロセスを実行するのに用いられることができる。触媒の劣化により、多くの水素処理反応器の温度は、運転中に増大されて、所望の活性レベルが維持されることが必要である。触媒が、十分に劣化され、そのために必要とされる温度が所望の閾値を超える場合には、触媒は交換される。より低温で反応を実行することにより、触媒交換運転の間の寿命が、二つの異なる方法で延長されることができる。より低温での運転により、典型的には、触媒の劣化量が低減される。加えて、触媒が劣化し始める際には、より低い初期運転温度は、より大きな温度範囲が、触媒の劣化を相殺することができ、一方他の副作用を最小にすることを意味する。従って、より低温での運転は、反応装置の停止頻度の減少を可能にする。これはまた、より低いコストを導く。
第二に、本発明の低密度触媒を用いることにより、触媒上に充填される金属量を低減することによるコストの低減がもたらされる。触媒上への金属充填量は、典型的には、(金属量/触媒重量)によって特徴付けられる。低密度触媒が用いられる場合には、より少ない金属が、(所望量の金属/触媒重量)を達成するのに必要とされる。従って、低密度触媒を用いることにより、触媒床に存在する全金属含有量が低減される。これは、より低いコストを導く。
最後に、本発明で用いられる高生産性、低密度触媒により、反応装置における原料材の「ブロッキング」が可能となる。典型的には、プロセストレインが、特定の原料材を処理するために用いられる。処理されるべき原料材のタイプを変更することにより、プロセストレインの修正が必要となる。本発明の触媒を用いて、異なるタイプの原料材が、反応装置において、運転条件を全く変更することなく、またはプロセストレインの温度を単に変更するかのいずれかで、処理されることができる。原料材のこのタイプの「ブロッキング」により、プロセストレインに導入される原料材が、設備を改良することなく、または実質的な停止時間を招くことなく、変更されることができることから、プロセストレインを利用する際には、より大きな融通性が可能となる。
高生産性および低密度触媒の選択
高生産性触媒とは、所望の反応(水素化、水素化脱ロウ、水素仕上げ、または芳香族飽和など)に対して、(比較的高い反応速度/単位体積)を有する触媒をいう。低密度触媒とは、(比較的低い全重量/単位体積)を有する触媒をいう。
種々の実施形態においては、本発明は、高生産性の水素化触媒を用いる。これらの水素化触媒は、水素化活性「k」によって特徴付けられることができる。これは、特定レベルの硫黄および窒素を有する原料材からの硫黄または窒素を除去する際の速度定数である。この速度定数は、容量ベースで定義されて、触媒間の比較が可能となる。
他の実施形態においては、本発明は、高生産性の水素仕上げおよび/または芳香族飽和触媒を用いる。水素仕上げまたは芳香族飽和触媒については、生産性は、特定の原料に対する所望のレベルの芳香族除去を、特定比率の(原料材の速度/触媒量)で達成するのに必要とされる処理温度によって、定義されることができる。
脱ロウ触媒は、生産性に基づいて特徴付けられることができる他のタイプの触媒を意味する。脱ロウ触媒は、しばしば、原料材の数種の特性に、同時に影響を及ぼす。従って、脱ロウ触媒を「高生産性」として特徴付けることは、数種の変数を同時に考慮することを必要とする。次の試験が、本発明では、脱ロウ触媒の生産性を特徴付けるのに利用される。
脱ロウのための高生産性触媒は、中圧水素化分解装置から製造された軽質ニュートラル(150N)原料材(動粘度(100℃)5未満および沸点550°F未満を有する)を処理する際に、次の結果をもたらす触媒として定義される。原料材は、水素処理触媒の存在下に、320℃およびLHSV 1で処理されて、次の性状を有する脱ロウ基材が製造される。即ち、
流動点:−15℃未満
転化:少なくとも20wt%
VI:少なくとも160
である。
他の実施形態においては、本発明は、低密度水素処理触媒を用いる。本発明においては、触媒密度とは、槽内の多数の触媒粒子に対する触媒密度をいう。これは、個々の触媒粒子の密度とは対照的である。槽内の触媒粒子の密度は、隣接する触媒粒子間の間隙空間により、個々の触媒粒子の密度より低くなるであろう。実施形態においては、触媒密度は、600kg/m(0.6g/cm)未満、または590kg/m未満、または580kg/m未満、または570kg/m未満、または550kg/m未満、または525kg/m未満、または500kg/m未満、または475kg/m未満である。
水素処理触媒−一般
実施形態においては、一種以上の水素処理触媒が、原料材の水素化、水素仕上げ、および/または芳香族飽和に適切な触媒であることができる。これらの実施形態においては、触媒は、担体上の一種以上の第VIII族および/または第VI族金属からなることができる。適切な金属酸化物担体には、低酸性酸化物(シリカ、アルミナ、シリカ−アルミナ、またはチタニアなど)が含まれる。担持金属には、Co、Ni、Fe、Mo、W、Pt、Pd、Rh、Ir、またはそれらの組合せが含まれることができる。好ましくは、担持金属は、Pt、Pd、またはそれらの組合せである。金属量(個々または混合物のいずれか)は、触媒を基準として、約0.1〜35wt%の範囲である。実施形態においては、金属量(個々または混合物のいずれか)は、少なくとも0.1wt%、または少なくとも0.25wt%、または少なくとも0.5wt%、または少なくとも0.6wt%、または少なくとも0.75wt%、または少なくとも1wt%である。他の実施形態においては、金属量(個々または混合物のいずれか)は、35wt%以下、または20wt%以下、または15wt%以下、または10wt%以下、または5wt%以下である。担持金属が貴金属である好ましい実施形態においては、金属量は、典型的には1wt%未満である。これらの実施形態においては、金属量は、0.9wt%以下、または0.75wt%以下、または0.6wt%以下であることができる。金属量は、個々の金属について、ASTMによって特定される方法によって測定されてもよい。これには、原子吸光分光分析または誘導結合プラズマ原子分光分析が含まれる。
好ましい実施形態においては、水素化、水素仕上げ、または芳香族飽和触媒は、M41S系からの結合担体(結合MCM−41など)上に担持された第VIII族および/または第VI族金属である。M41S系の触媒は、高シリカ含有量を有する中間細孔物質であり、その調製は、更に、非特許文献1に記載される。例には、MCM−41、MCM−48、およびMCM−50が含まれる。中間細孔とは、細孔サイズ15〜100オングストロームを有する触媒をいう。この種類の好ましい構成要素は、MCM−41であり、その調製は、特許文献2に記載される。MCM−41は、六方配置の均一サイズの細孔を有する無機多孔質非層状相である。MCM−41の物理構造は、一束のわらのようなものであり、わらの開口(細孔のセル直径)は、15〜100オングストロームの範囲である。MCM−48は、立方対称を有し、例としては、特許文献3に記載される。一方、MCM−50は、層状構造を有する。MCM−41は、中間細孔範囲の異なるサイズの細孔開口を有して作製されることができる。MCM−41に適切な結合剤には、Al、Si、若しくは高生産性および/または低密度触媒を提供するいかなる他の結合剤も、または結合剤の組合せが含まれることができる。高生産性芳香族飽和触媒(これはまた、低密度触媒である)の例は、アルミナ結合中間細孔MCM−41上のPtである。アルミナ結合MCM−41は、600kg/m(0.6g/cm)未満、または590kg/m未満、または580kg/m未満、または560kg/m未満、または550kg/m未満、または540kg/m未満、または525kg/m未満、または500kg/m未満、または475kg/m未満の触媒密度を有して合成されることができる。これらの触媒は、水素添加金属(Pt、Pd、他の第VIII族金属、第VI族金属、またはそれらの金属の混合物など)で含浸されることができる。実施形態においては、第VIII族金属の量は、少なくとも0.1wt%/触媒重量である。好ましくは、第VIII族金属の量は、少なくとも0.5wt%、または少なくとも0.6wt%である。これらの実施形態においては、金属量は、1.0wt%以下、または0.9wt%以下、または0.75wt%以下、または0.6wt%以下であることができる。更に他の実施形態においては、金属量(個々または混合物のいずれか)は、少なくとも0.1wt%、または少なくとも0.25wt%、または少なくとも0.5wt%、または少なくとも0.6wt%、または少なくとも0.75wt%、または少なくとも1wt%である。更に他の実施形態においては、金属量(個々または混合物のいずれか)は、35wt%以下、または20wt%以下、または15wt%以下、または10wt%以下、または5wt%以下である。
脱ロウ触媒−ZSM−48
権利請求される本発明で用いるのに適切な脱ロウ触媒の一例は、SiO:Al比110未満、好ましくは約70〜約110を有するZSM−48である。好ましい実施形態においては、SiO:Al比110未満を有するZSM−48は、非ZSM−48種結晶を含まない。好ましくは、高純度ZSM−48結晶はまた、ZSM−50を含まない。
次の実施形態においては、ZSM−48結晶は、「合成されたままの」結晶として、種々に記載されるであろう。これはやはり、有機テンプレート;焼成結晶(Na−型ZSM−48結晶など);または焼成およびイオン交換結晶(H−型ZSM−48結晶など)を含む。
「非ZSM−48種結晶を含まない」とは、ZSM−48結晶を形成するのに用いられる反応混合物が、非ZSM−48種結晶を含まないことを意味する。代わりに、本発明により合成されるZSM−48結晶は、シーディングのために、種結晶を用いないか、またはZSM−48種結晶を用いるかのいずれかで合成される。「ケニアイト(Kenyaite)およびZSM−50を含まない」とは、ケニアイト(Kenyaite)およびZSM−50が、あるとしても、X線回折によって検知不可能な量で存在することを意味する。好ましくは、本発明で用いられるZSM−48はまた、他の非ZSM−48結晶を、これらの他の結晶がまた、X線回折で検知不可能である程度に含まない。この検知不可能な決定は、Bruker AXSによって製造され、Vantec−1高速検知器を装備したBruker D4 Endeavor装置でなされることができる。この装置は、応力のない物質であるケイ素粉末標準(Nist 640B)を用いて運転される。28.44゜2θにおける標準ピークの半値全幅(fwhm)は、0.132である。ステップサイズは、0.01794゜であり、時間/ステップは、2.0秒である。2θスキャンは、Cuターゲットを35kvおよび45maで用いた。「繊維状結晶を含まない」および「針状結晶を含まない」とは、繊維状および/または針状結晶が、あるとしても、走査電子顕微鏡法(SEM)によって検知不可能な量で存在することを意味する。SEMによる顕微鏡写真は、異なる組織を有する結晶を特定するのに用いられることができる。分解スケール(1μm)は、顕微鏡写真に、実数値で示される。
本発明で用いるのに適切なZSM−48結晶のX線回折パターン(XRD)は、ZSM−48によって示されるものである。即ち、純粋のZSM−48のものに対応するD−間隔および相対強度である。XRDは、任意のゼオライトの同一性を確立するのに用いられることができるものの、それは、特定の組織を区別するのに用いられることはできない。例えば、任意のゼオライトの針状および小板の形態は、同じ回折パターンを示すであろう。異なる組織の間を区別するためには、より大きな分解能を有する分析器具を用いることが必要である。これらの器具の例は、走査電子顕微鏡法(SEM)である。SEMによる顕微鏡写真は、異なる組織を有する結晶を特定するのに用いられることができる。
構造指向剤を除去した後のZSM−48結晶は、特定の組織、および次の一般式のモル組成を有する。即ち、
(n)SiO:Al
(式中、nは70〜110、好ましくは80〜100、より好ましくは85〜95である)である。他の実施形態においては、nは、少なくとも70、または少なくとも80、または少なくとも85である。更に他の実施形態においては、nは、110以下、または100以下、または95以下である。更に他の実施形態においては、Siは、Geによって置換されてもよく、Alは、Ga、B、Fe、Ti、V、およびZrによって置換されてもよい。
合成されたままの形態のZSM−48結晶は、シリカ、アルミナ、塩基、およびヘキサメトニウム塩指向剤を有する混合物から調製される。実施形態においては、混合物中の構造指向剤:シリカのモル比は、0.05未満、または0.025未満、または0.022未満である。他の実施形態においては、混合物中の構造指向剤:シリカのモル比は、少なくとも0.01、または少なくとも0.015、または少なくとも0.016である。更に他の実施形態においては、混合物中の構造指向剤:シリカのモル比は、0.015〜0.025、好ましくは0.016〜0.022である。実施形態においては、合成されたままの形態のZSM−48結晶は、シリカ:アルミナのモル比70〜110を有する。更に他の実施形態においては、合成されたままの形態のZSM−48結晶は、シリカ:アルミナのモル比少なくとも70、または少なくとも80、または少なくとも85を有する。更に他の実施形態においては、合成されたままの形態のZSM−48結晶は、シリカ:アルミナのモル比110以下、または100以下、または95以下を有する。合成されたままの形態のZSM−48結晶のいかなる任意の調製についても、モル組成は、シリカ、アルミナ、および指向剤を含むであろう。合成されたままの形態のZSM−48結晶は、合成されたままの形態を調製するのに用いられる反応混合物の反応体のモル比とはわずかに異なるモル比を有してもよいことが特記されるべきである。この結果は、反応混合物の反応体100%を、(反応混合物から)形成される結晶中に不完全に組込むことによって生じてもよい。
焼成されるか、または合成されたままの形態のいずれかであるZSM−48ゼオライトは、典型的には、約0.01〜約1μmの範囲の結晶サイズを有してもよい小結晶の凝集体を形成する。これらの小結晶は、それらが、一般に、より大きな活性を導くことから、望ましい。より小さな結晶とは、より大きな表面積を意味する。これは、(より多くの活性触媒点/任意量の触媒)を導く。好ましくは、焼成されるか、または合成されたままの形態のいずれかであるZSM−48結晶は、繊維状結晶を全く含まない組織を有する。繊維状とは、L/D比>10/1を有する結晶を意味する。ここで、LおよびDは、結晶の長さおよび直径を表す。他の実施形態においては、焼成されるか、または合成されたままの形態のいずれかであるZSM−48結晶は、少量の針状結晶を有するか、またはそれ含まない。針状とは、L/D比<10/1、好ましくは5未満/1、より好ましくは3/1〜5/1を有する結晶を意味する。SEMは、本明細書の方法に従って調製された結晶が、繊維状または針状組織を有する検知可能な結晶を全く有さないことを示す。単独の、または低シリカ:アルミナ比で結合されたこの組織は、高活性、並びに所望の環境特質を有する触媒をもたらす。
ZSM−48組成物は、シリカまたはケイ酸塩、アルミナまたは可溶性アルミン酸塩、塩基、および指向剤を含む水性反応混合物から調製される。所望の結晶組織を達成するためには、反応混合物中の反応体は、次のモル比を有する。即ち、
SiO:Al=70〜110
O:SiO=1〜500
OH:SiO=0.1〜0.3
OH:SiO(好ましい)=0.14〜0.18
テンプレート:SiO=0.01〜0.05
テンプレート:SiO(好ましい)=0.015〜0.025
である。
上記の比率においては、二つの範囲が、塩基:シリカ比および構造指向剤:シリカ比の両方について示される。これらの比率のより広い範囲には、いくらかの量のケニアイト(Kenyaite)および/または針状組織を有するZSM−48結晶の形成をもたらす混合物が含まれる。ケニアイト(Kenyaite)および/または針状組織が望ましくない場合については、好ましい範囲が、用いられるべきである。これは、以下に、実施例において更に示される。
シリカ素材は、好ましくは沈澱シリカであり、Degussaから商業的に入手可能である。他のシリカ素材には、Zeosil(登録商標)およびシリカゲルなどの沈澱シリカを含む粉末状シリカ、Ludox(登録商標)などのケイ酸コロイド状シリカ、または溶解シリカが含まれる。塩基の存在下では、これらの他のシリカ素材は、ケイ酸塩を形成してもよい。アルミナは、可溶性塩の形態、好ましくはナトリウム塩であってもよく、US アルミネート(US Aluminate)から商業的に入手可能である。他の適切なアルミニウム素材には、塩化物などの他のアルミニウム塩、ガンマアルミナなどのアルミニウムアルコラートまたは水和アルミナ、プソイドベーマイト、およびコロイド状アルミナが含まれる。金属酸化物を溶解するのに用いられる塩基は、いかなるアルカリ金属水酸化物でもあることができ、好ましくは水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウム、水酸化アンモニウム、二重第四級水酸化物などである。指向剤は、二塩化ヘキサメトニウムまたは水酸化ヘキサメトニウムなどのヘキサメトニウム塩である。アニオン(塩化物以外)は、水酸化物、硝酸塩、硫酸塩、他のハロゲン化物等などの他のアニオンであることができる。二塩化ヘキサメトニウムは、二塩化N,N,N,N’,N’,N’−ヘキサメチル−1,6−ヘキサンジアンモニウムである。
ZSM−48結晶の合成においては、ケイ酸塩、アルミン酸塩、塩基、および指向剤を含む反応体が、上記の比率で水と混合され、100〜250℃で撹拌しながら加熱される。結晶は、反応体から形成されてもよい。または、別に、ZSM−48種結晶が、反応混合物に添加されてもよい。ZSM−48種結晶は、結晶形成の速度を高めるために添加されてもよい。しかし、これは、他の点では結晶組織に影響を及ぼさない。調製には、他の非ZSM−48タイプの種結晶(ゼオライトベータなど)は含まれない。ZSM−48結晶は、通常にはろ過によって精製され、脱イオン水で洗浄される。
実施形態においては、本発明の合成により得られる結晶は、非ZSM−48種結晶を含まず、かつZSM−50を含まない組成を有する。好ましくは、ZSM−48結晶は、少量のケニアイト(Kenyaite)を有するであろう。実施形態においては、ケニアイト(Kenyaite)の量は、5%以下、または2%以下、または1%以下であることができる。別の実施形態においては、ZSM−48結晶は、ケニアイト(Kenyaite)を含まないことができる。
実施形態においては、本発明の合成により得られる結晶は、繊維状組織を含まない組織を有する。繊維状組織は、この結晶組織が、ZSM−48の接触脱ロウ活性を阻害することから望ましくない。他の実施形態においては、本発明の合成により得られる結晶は、低い割合の針状組織を含む組織を有する。ZSM−48結晶中に存在する針状組織の量は、10%以下、または5%以下、または1%以下であることができる。別の実施形態においては、ZSM−48結晶は、針状組織を含まないことができる。少量の針状結晶は、針状結晶が、いくつかのタイプの反応に対してZSM−48の活性を低減すると考えられることから、いくつかの用途には好ましい。所望の組織を高純度で得るために、本発明の実施形態の反応混合物におけるシリカ:アルミナ、塩基:シリカ、および指向剤:シリカの比率が用いられるべきである。加えて、ケニアイト(Kenyaite)を含まないか、および/または針状組織を含まない組成物が望まれる場合には、好ましい範囲が用いられるべきである。
特許文献4に従って、ヘテロ構造の非ZSM−48シーディングが、シリカ:アルミナ比150未満:1を有するZSM−48結晶を調製するのに用いられる。特許文献4に従って、50:1以下にいたるシリカ:アルミナ比を有する純ZSM−48の調製は、ゼオライトベータ種などのヘテロ構造種を用いることによる。
不均一な種結晶が用いられない場合には、ZSM−48は、シリカ:アルミナ比を徐々に下げて合成されることから、不純物ZSM−50の形成が、より重要な因子となる。約0.025超の指向剤:シリカの比率は、典型的には、針状結晶を含む混合相凝集体をもたらす。好ましくは、指向剤:シリカの比率は、約0.022以下である。約0.015未満の指向剤:シリカ比は、ケニアイト(Kenyaite)を含む生成物を製造し始める。ケニアイト(Kenyaite)は、非晶質層状ケイ酸塩であり、天然粘土の形態である。それは、ゼオライトタイプの活性を示さない。代わりに、それは、原料材がZSM−48に暴露される際に、典型的に存在する反応条件の存在下で、比較的不活性である。従って、ZSM−48試料中のケニアイト(Kenyaite)の存在は、いくつかの用途においては耐性があるものの、ケニアイト(Kenyaite)の存在は、ZSM−48の活性全体を低減する傾向がある。水酸化物:シリカ(または他の塩基:シリカ)の比率およびシリカ:アルミナ比はまた、形成される結晶の組織、同様に形成される結晶の純度にとって重要である。シリカ:アルミナの比率はまた、触媒活性にとっても重要である。塩基:シリカ比は、ケニアイト(Kenyaite)の形成に影響を及ぼす因子である。ヘキサメトニウム指向剤を用いることは、繊維状物質を含まない生成物の製造に対する因子である。針状組織の形成は、シリカ:アルミナ比および構造指向剤:シリカ比の関数である。
合成されたままのZSM−48結晶は、使用前、または更なる処理の前に、少なくとも部分的に乾燥されるべきである。乾燥は、温度100〜400℃、好ましくは100〜250℃で加熱することによって達成されてもよい。圧力は、大気圧、または準大気圧であってもよい。乾燥が、部分真空条件下で行われる場合には、温度は、大気圧でのそれより低くてもよい。
触媒は、典型的には、使用前に結合剤または母材物質と結合される。結合剤は、所望の用途の温度に対して耐性があり、かつ摩耗耐性がある。結合剤は、触媒的に活性または不活性であってもよく、これには、他のゼオライト、他の無機物質(粘土など)、および金属酸化物(アルミナ、シリカ、およびシリカ−アルミナなど)が含まれる。粘土は、カオリン、ベントナイト、およびモンモリロナイトであってもよく、商業的に入手可能である。それらは、ケイ酸塩などの他の物質とブレンドされてもよい。他の多孔質母材物質には、シリカ−アルミナに加えて、他の二元物質(シリカ−マグネシア、シリカ−トリア、シリカ−ジルコニア、シリカ−ベリリア、およびシリカ−チタニアなど)、或いは三元物質(シリカ−アルミナ−マグネシア、シリカ−アルミナ−トリア、およびシリカ−アルミナ−ジルコニアなど)が含まれる。母材は、共ゲルの形態であることができる。結合ZSM−48は、結合ZSM−48を基準として、10〜100wt%のZSM−48の範囲であってもよく、残りは結合剤である。
触媒の一部としてのZSM−48結晶はまた、金属水素添加成分と共に用いられてもよい。金属水素添加成分は、第1〜18族を有するIUPAC系に基づく周期律表の第6〜12族、好ましくは第6および8〜10族からのものであってもよい。これらの金属の例には、Ni、Mo、Co、W、Mn、Cu、Zn、Ru、Pt、またはPd、好ましくはPtまたはPdが含まれる。水素添加金属の混合物がまた、用いられてもよい。Co/Mo、Ni/Mo、Ni/W、およびPt/Pd、好ましくはPt/Pdなどである。水素添加金属の量は、触媒を基準として、0.1〜5wt%の範囲であってもよい。実施形態においては、金属量は、少なくとも0.1wt%、または少なくとも0.25wt%、または少なくとも0.5wt%、または少なくとも0.6wt%、または少なくとも0.75wt%である。他の実施形態においては、金属量は、5wt%以下、または4wt%以下、または3wt%以下、または2wt%以下、または1wt%以下である。ZSM−48触媒上に金属を充填する方法は周知であり、これには、例えば、水素添加成分の金属塩によるZSM−48触媒の含浸および加熱が含まれる。水素添加金属を含むZSM−48触媒はまた、使用前に硫化されてもよい。触媒はまた、使用前にスチーミングされてもよい。
上記の実施形態に従って作製された高純度ZSM−48結晶は、比較的低いシリカ:アルミナ比を有する。このより低いシリカ:アルミナ比は、本触媒がより酸性であることを意味する。この増大された酸性度にもかかわらず、それらは、優れた活性および選択性、並びに優れた収率を有する。それらはまた、結晶形態による健康への影響の観点から、環境的利点を有し、小さな結晶サイズはまた、触媒活性にとって有利である。
上記される実施形態に加えて、更に他の実施形態においては、本発明は、シリカ:アルミナのモル比70〜110を有する高純度ZSM−48組成物に関する。その際、ZSM−48は、非ZSM−48種結晶および繊維状結晶を含まない。好ましくは、ZSM−48結晶はまた、低含有量の針状結晶を有するか、またはそれを含まない。他の実施形態は、合成されたままの形態で、シリカ:アルミナのモル比70〜110を有するZSM−48を含むZSM−48結晶に関する。これは、ヘキサメトニウム:シリカのモル比0.01〜0.05、好ましくは0.015〜0.025のヘキサメトニウム指向剤を含む反応混合物から形成される。この実施形態においては、合成されたままのZSM−48結晶は、非ZSM−48種結晶および繊維状結晶を含まない。好ましくは、ZSM−48結晶はまた、低含有量の針状結晶を有するか、またはそれを含まない。
更に他の実施形態においては、合成されたままのZSM−48結晶は、焼成され、それによってヘキサメトニウム構造指向剤が除去されて、高純度のNa−型ZSM−48が形成される。このNa−型ZSM−48はまた、イオン交換されて、H−型ZSM−48が形成されることができる。更に他の実施形態においては、合成されたままの形態のZSM−48結晶または焼成されたZSM−48(Na−型またはH−型)は、少なくとも一種の結合剤および水素添加金属と組合わされる。
更に他の実施形態においては、本発明は、ZSM−48結晶の作製方法に関する。これは、シリカまたはケイ酸塩、アルミナまたはアルミン酸塩、ヘキサメトニウム塩およびアルカリ塩基の水性混合物を調製し、その際、その混合物は、次のモル比(即ち、シリカ:アルミナ=70〜110、塩基:シリカ=0.1〜0.3、好ましくは0.14〜0.18、およびヘキサメトニウム塩:シリカ=0.01〜0.05、好ましくは0.015〜0.025)を有する工程、混合物を、撹拌しながら、結晶形成に十分な時間および温度で加熱する工程を含む。任意に、ZSM−48の種結晶が、反応混合物に添加されることができる。上記の処方は、ヘキサメトニウム構造指向剤を含む合成されたままのZSM−48結晶をもたらす。
ZSM−48および他の高生産性、低密度触媒を用いる水素処理
本発明の高生産性および/または低密度触媒は、炭化水素原料材を水素処理するのに適切である。好ましい原料材は、潤滑油基材である。これらの原料材は、10%留出点650°F(343℃)超(ASTM D86またはASTM D2887で測定される)を典型的に有する潤滑油範囲で沸騰するワックス含有原料であり、天然または合成素材から誘導される。原料は、溶剤精製プロセスから誘導された油(ラフィネート、部分溶剤脱ロウ油、脱瀝油、留出油、減圧ガス油、コーカーガス油、スラックワックス、フートオイル等など)、およびフィッシャー−トロプシュワックスなどのいくつかの素材から誘導されてもよい。好ましい原料は、スラックワックスおよびフィッシャー−トロプシュワックスである。スラックワックスは、典型的には、炭化水素原料から、溶剤またはプロパン脱ロウによって誘導される。スラックワックスは、いくらかの残油を含み、典型的には脱油される。フートオイルは、脱油スラックワックスから誘導される。フィッシャー−トロプシュワックスは、フィッシャー−トロプシュ合成プロセスによって調製される。
原料材は、高含有量の窒素および硫黄汚染物を有してもよい。原料を基準として、窒素0.2wt%以下および硫黄3.0wt%以下を含む原料が、本プロセスで処理されることができる。硫黄および窒素の含有量は、それぞれ、標準ASTM法D5453およびD4629で測定されてもよい。
本発明においては、原料材は、一連の水素処理工程に付される。例えば、原料材は、水素化されるか、水素仕上げされるか、または芳香族飽和を経て、次いで水素化脱ロウされてもよい。或いは、原料材は、水素化脱ロウされ、次いで水素化されるか、水素仕上げされるか、または芳香族飽和を経てもよい。上記の処理方式はまた、例えば、水素化、水素化脱ロウ、および水素仕上げの順序を作るために組合されることができる。原料材の組には、水素処理された原料材、およびフィッシャー−トロプシュワックスの両方が含まれる。
実施形態においては、原料材は、脱ロウ前または脱ロウ後のいずれかに水素化されてもよい。水素化条件には、温度426℃以下、好ましくは150〜400℃、より好ましくは200〜350℃、水素分圧1480〜20786kPa(200〜3000psig)、好ましくは2859〜13891kPa(400〜2000psig)、空間速度0.1〜10時−1、好ましくは0.1〜5時−1、および水素/原料比89〜1780m/m(500〜10000scf/B)、好ましくは178〜890m/mが含まれる。好ましくは、水素化工程は、水素化脱ロウと同じ反応器で、同じ処理ガスを用いて同じ温度で行われる。好ましくは、ストリッピングは、水素化および水素化脱ロウの工程間では生じない。好ましくは、熱交換は、熱が液体またはガスクエンチによって、反応器から除去されてもよいものの、水素化および水素化脱ロウの工程間では生じない。
或いは、原料材は、脱ロウ前または脱ロウ後のいずれかに、水素仕上げされるか、または芳香族飽和を経てもよい。生成物品質を所望の規格に調整するために、脱ロウから得られる生成物を水素仕上げするか、またはそれから得られる生成物中の芳香族を飽和することが望ましい。水素仕上げおよび芳香族飽和は、いかなる潤滑油範囲のオレフィンおよび残留芳香族をも飽和し、或いはいかなる残存するヘテロ原子および色相体をも除去するような緩やかな水素化の形態である。後脱ロウする水素仕上げまたは芳香族飽和は、通常、脱ロウ工程とカスケード方式で行われる。一般に、水素仕上げまたは芳香族飽和は、温度約150℃〜350℃、好ましくは180℃〜250℃で行われるであろう。全圧は、典型的には、2859〜20786kPa(約400〜3000psig)である。液空間速度は、典型的には、0.1〜5時−1、好ましくは0.5〜3時−1であり、水素処理ガス速度は、44.5〜1780m/m(250〜10,000scf/B)である。好ましくは、水素仕上げまたは芳香族飽和の工程は、水素化脱ロウと同じ反応器において、同じ処理ガスを用いて同じ温度で行われる。好ましくは、ストリッピングは、水素仕上げ/芳香族飽和および水素化脱ロウの工程間では生じない。好ましくは、熱交換は、熱が液体またはガスクエンチによって反応器から除去されてもよいものの、水素仕上げ/芳香族飽和および水素化脱ロウの工程間では生じない。
脱ロウ条件には、温度426℃以下、好ましくは250〜400℃、より好ましくは275〜350℃、圧力791〜20786kPa(100〜3000psig)、好ましくは1480〜17339kPa(200〜2500psig)、液空間速度0.1〜10時−1、好ましくは0.1〜5時−1、および水素処理ガス速度45〜1780m/m(250〜10000scf/B)、好ましくは89〜890m/m(500〜5000scf/B)が含まれる。
原料材のブロッキング
更に他の実施形態においては、高生産性触媒は、原料材の「ブロッキング」に用いられることができる。原料材のブロッキングとは、異なる性状を有する二種以上の原料材を処理するためのプロセストレインを、プロセストレインの触媒または設備を変更する必要なしに用いることをいう。一例として、水素化触媒および脱ロウ触媒を含むプロセストレインは、第一のワックス含有量(15%など)を有する軽質ニュートラル原料を水素処理するのに用いられることができる。ブロック化運転においては、同じプロセストレインが、異なる原料(ワックス含有量50%以上を有する原料など)を、プロセストレインの運転条件を変更することなく処理するのに用いられることができる。原料材の流量(LHSV)、触媒、水素処理ガス速度、反応器入口における全H分圧、およびプロセストレインは、同じままである。二種の異なる原料を処理するための温度は、35℃以下、または30℃以下、または20℃以下、または10℃以下だけ異なるか、若しくは好ましくは、同じ温度プロフィルが、二種の異なる原料を処理するのに用いられる。ブロック運転のコスト利点は、先に認められているものの、ブロック運転の先の試みは、高品質基材生成物を製造するのに成功していない。本発明の高生産性触媒を用いて、プロセストレインのブロック化運転は、異種の原料材を処理するのに用いられることができ、一方得られる基材の高品質が維持される。
実施例1
混合物を、水1200g、塩化ヘキサメトニウム(56%溶液)40g、ウルトラシルPM(Ultrasil PM)(Degussaからの沈殿シリカ粉末)228g、アルミン酸ナトリウム溶液(45%)12g、および50%水酸化ナトリウム溶液40gから調製した。混合物は、次のモル組成を有した。即ち、
SiO/Al=106
O/SiO=20.15
OH/SiO=0.17
Na/SiO=0.17
テンプレート/SiO=0.023
である。
混合物を、2リットルのオートクレーブ中320゜F(160℃)で、250RPMで48時間撹拌しながら反応させた。当業者には、オートクレーブのサイズおよび撹拌機構のタイプなどの要素により、他の撹拌スピードおよび時間が、望ましくされることが理解されるであろう。生成物を、ろ過し、脱イオン(DI)水で洗浄し、250゜F(120℃)で乾燥した。合成されたままの物質のXRDパターンは、ZSM−48トポロジーの典型的な純粋相を示した。合成されたままの物質のSEMは、物質が、混合組織を有する結晶(針状および不規則形状の結晶)の凝集体を含んでなることを示した。得られたZSM−48結晶は、SiO/Alのモル比、約100/1を有した。図1は、ZSM−48結晶の顕微鏡写真である。テンプレート:シリカ比0.023のこの比較例は、いくらかの針状結晶が存在することを示す。
実施例2
混合物を、水、塩化ヘキサメトニウム(56%溶液)、ウルトラシルPM(Ultrasil PM)、アルミン酸ナトリウム溶液(45%)、および50%水酸化ナトリウム溶液から調製した。調製された混合物は、次のモル組成を有した。即ち、
SiO/Al=106
O/SiO=20.15
OH/SiO=0.17
Na/SiO=0.17
テンプレート/SiO=0.018
である。
混合物を、オートクレーブ中320゜F(160℃)で、250RPMで48時間撹拌しながら反応させた。生成物を、ろ過し、脱イオン(DI)水で洗浄し、250゜F(120℃)で乾燥した。合成されたままの物質のXRDパターンは、ZSM−48トポロジーの典型的な純粋相を示した。合成されたままの物質のSEMは、物質が、小さな不規則形状の結晶(平均結晶サイズ約0.05ミクロンを有する)の凝集体を含んでなることを示した。得られたZSM−48結晶は、SiO/Alのモル比、約94/1を有した。図2は、得られたZSM−結晶の顕微鏡写真である。図2は、本発明のZSM−48について、針状結晶が存在しないことを示す。
実施例3
混合物を、水、塩化ヘキサメトニウム(56%溶液)、変性ウルトラシル(Ultrasil Modified)、アルミン酸ナトリウム溶液(45%)、50%水酸化ナトリウム溶液、およびZSM−48種結晶5wt%(シリカ充填量に対する)から調製した。混合物は、次のモル組成を有した。即ち、
SiO/Al=103
O/SiO=14.8
OH/SiO=0.17
Na/SiO=0.17
テンプレート/SiO=0.029
である。
混合物を、オートクレーブ中320゜F(160℃)で、250RPMで48時間撹拌しながら反応させた。生成物を、ろ過し、脱イオン(DI)水で洗浄し、250゜F(120℃)で乾燥した。合成されたままの物質のXRDパターンは、ZSM−48トポロジーの典型的な純粋相を示した。合成されたままの物質のSEMは、物質が、伸びた(針状の)結晶(平均結晶サイズ<1ミクロンを有する)の凝集体を含んでなることを示した。得られたZSM−48結晶は、SiO/Alのモル比、約95/1を有した。図3は、得られたZSM−結晶の顕微鏡写真である。この比較例は、反応混合物から合成されたZSM−48(テンプレート:シリカ比0.029を有する)について、針状結晶が存在することを示す。
実施例4
混合物を、水、塩化ヘキサメトニウム(56%溶液)、変性ウルトラシル(Ultrasil Modified)、アルミン酸ナトリウム溶液(45%)、50%水酸化ナトリウム溶液、およびZSM−48種結晶5wt%(シリカ充填量に対する)から調製した。混合物は、次のモル組成を有した。即ち、
SiO/Al=103
O/SiO=14.7
OH/SiO=0.17
Na/SiO=0.17
テンプレート/SiO=0.019
である。
混合物を、オートクレーブ中320゜F(160℃)で、250RPMで24時間撹拌しながら反応させた。生成物を、ろ過し、脱イオン(DI)水で洗浄し、250゜F(120℃)で乾燥した。合成されたままの物質のXRDパターンは、ZSM−48トポロジーの典型的な純粋相を示した。合成されたままの物質のSEMは、物質が、小さな不規則形状の結晶(平均結晶サイズ約0.05ミクロンを有する)の凝集体を含んでなることを示した。得られたZSM−48結晶は、SiO/Alのモル比89を有した。図4は、得られたZSM−結晶の顕微鏡写真である。本発明によるZSM−48結晶のこの実施例は、針状結晶が存在しないことを示す。
実施例5
混合物を、水、塩化ヘキサメトニウム(56%溶液)、変性ウルトラシル(Ultrasil Modified)、アルミン酸ナトリウム溶液(45%)、50%水酸化ナトリウム溶液、およびZSM−48種結晶3.5wt%(シリカ充填量に対する)から調製した。混合物は、次のモル組成を有した。即ち、
SiO/Al=103
O/SiO=14.6
OH/SiO=0.17
Na/SiO=0.17
テンプレート/SiO=0.015
である。
混合物を、オートクレーブ中320゜F(160℃)で、250RPMで48時間撹拌しながら反応させた。生成物を、ろ過し、脱イオン(DI)水で洗浄し、250゜F(120℃)で乾燥した。合成されたままの物質のXRDパターンは、ZSM−48および痕跡量のケニアイト(Kenyaite)不純物の混合物を示した。
実施例6
混合物を、水、塩化ヘキサメトニウム(56%溶液)、変性ウルトラシル(Ultrasil Modified)、アルミン酸ナトリウム溶液(45%)、50%水酸化ナトリウム溶液、およびZSM−48種結晶3.5wt%(シリカ充填量に対する)から調製した。混合物は、次のモル組成を有した。即ち、
SiO/Al=102.4
O/SiO=14.8
OH/SiO=0.20
Na/SiO=0.20
テンプレート/SiO=0.019
である。
混合物を、オートクレーブ中320゜F(160℃)で、250RPMで48時間撹拌しながら反応させた。生成物を、ろ過し、脱イオン(DI)水で洗浄し、250゜F(120℃)で乾燥した。反応混合物から合成された合成されたままの物質(塩基:シリカ比0.20を有する)のXRDパターンは、ZSM−48およびケニアイト(Kenyaite)不純物の混合物を示した。
実施例7
混合物を、水、塩化ヘキサメトニウム(56%溶液)、ウルトラシルPM(Ultrasil PM)、アルミン酸ナトリウム溶液(45%)、および50%水酸化ナトリウム溶液、およびZSM−48種結晶3.5wt%(シリカ充填量に対する)から調製した。混合物は、次のモル組成を有した。即ち、
SiO/Al=102.4
O/SiO=14.8
OH/SiO=0.15
Na/SiO=0.15
テンプレート/SiO=0.019
である。
混合物を、オートクレーブ中320゜F(160℃)で、250RPMで48時間撹拌しながら反応させた。生成物を、ろ過し、脱イオン(DI)水で洗浄し、250゜F(120℃)で乾燥した。合成されたままの物質のXRDパターンは、ZSM−48トポロジーの典型的な純粋相を示した。
実施例8
混合物を、水、塩化ヘキサメトニウム(56%溶液)、ウルトラシルPM(Ultrasil PM)、アルミン酸ナトリウム溶液(45%)、および50%水酸化ナトリウム溶液から調製した。混合物は、次のモル組成を有した。即ち、
SiO/Al=90
O/SiO=20.1
OH/SiO=0.17
Na/SiO=0.17
テンプレート/SiO=0.025
である。
混合物を、オートクレーブ中320゜F(160℃)で、250RPMで48時間撹拌しながら反応させた。生成物を、ろ過し、脱イオン(DI)水で洗浄し、250゜F(120℃)で乾燥した。合成されたままの物質のXRDパターンは、典型的なZSM−48トポロジーを示し、痕跡量のZSM−50不純物が確認された。生成物は、いくらかの針状組織が存在することを示した。
実施例9
高活性ZSM−48結晶(実施例4)65部(ベース:538℃焼成)を、Simpson混和機で、プソイドベーマイトアルミナ(ベース:538℃焼成)35部と混合した。十分な水を加えて、2インチのBonnet押出し成形機で押出し成形可能なペーストを製造した。ZSM−48、プソイドベーマイトアルミナ、および水を含有するペーストの混合物を、押出し、ホットパックオーブン中で、一晩121℃で乾燥した。乾燥された押出し成形物を、窒素中538℃で焼成して、有機テンプレートを分解除去した。N焼成された押出し成形物を、飽和空気で加湿し、1N硝酸アンモニウムでイオン交換して、ナトリウムを除去した(規格:<500ppm Na)。硝酸アンモニウムによるイオン交換の後、押出し成形物を、脱イオン水で洗浄して、乾燥に先立って、残留する硝酸イオンを除去した。アンモニウム交換された押出し成形物を、121℃で一晩乾燥し、空気中538℃で焼成した。空気焼成の後、押出し成形物を、900℃で3時間スチーミングした。スチーミングされた押出し成形物を、初期湿潤を用いて、テトラミン硝酸白金(0.6wt%Pt)で含浸した。含浸の後、押出し成形物を、250℃で一晩乾燥し、空気中360℃で焼成して、テトラミン硝酸塩を酸化白金へ変換した。
実施例10
実施例9の脱ロウ触媒を、n−C10の水素異性化試験で試験した。触媒温度を、H流(100sccm)下1気圧で、162から257℃へ変化させて、n−C10転化率を0から95%+へ調整した。高活性ZSM−48含有触媒は、n−C10転化率および反応温度の関数として、最小の分解と共に優れたイソ−C10収率を示した。図5は、イソ−C10収率を、本発明の実施形態の触媒、およびシリカ:アルミナ比約200の触媒について、n−C10転化率の関数として示すグラフである。
実施例11
この実施例は、通常のZSM−48結晶を用いてシーディングすることによるHA−ZSM−48の調製に関する。混合物を、水、塩化ヘキサメトニウム(56%溶液)、ウルトラシルPM(Ultrasil PM)、アルミン酸ナトリウム(45%)、および50%水酸化ナトリウム溶液を用いて調製した。ZSM−48種約5wt%(シリカ充填に対する)を、次いで、混合物に加えた。混合物は、次のモル組成を有した。即ち、
SiO/Al=103
O/SiO=14.7
OH/SiO=0.17
Na/SiO=0.17
テンプレート/SiO=0.019
である。
混合物を、オートクレーブ中320゜F(160℃)で、250RPMで24時間撹拌しながら反応させた。生成物を、ろ過し、脱イオン(DI)水で洗浄し、250゜F(120℃)で乾燥した。合成されたままの物質のXRDパターンは、ZSM−48トポロジーの純粋相を示す。合成されたままの結晶を、硝酸アンモニウム溶液を用いて、室温で2イオン交換することによって水素型に変換し、続いて、250゜F(120℃)で乾燥し、1000゜F(540℃)で6時間焼成した。得られたZSM−48結晶は、SiO/Alのモル比、約88.5/1を有した。
実施例12
この実施例は、ベータ結晶5wt%(シリカ充填に対する)を用いてシーディングすることによるZSM−48の調製を示す。ベータ結晶を用いるヘテロ構造のシーディングは、特許文献4に記載される。混合物を、水1000g、塩化ヘキサメトニウム(56%溶液)25g、ウルトラシルPM(Ultrasil PM)(Degussaから製造された沈殿シリカ粉末)190g、アルミン酸ナトリウム溶液(45%)10g、および50%水酸化ナトリウム溶液33.3gから調製した。ベータ種(SiO/Al約35/1)10gを、次いで、混合物に加えた。混合物は、次のモル組成を有した。即ち、
SiO/Al=106
O/SiO=20
OH/SiO=0.17
Na+/SiO=0.17
テンプレート/SiO=0.018
である。
混合物を、2リットルのオートクレーブ中320゜F(160℃)で、250RPMで48時間撹拌しながら反応させた。生成物を、ろ過し、脱イオン(DI)水で洗浄し、250゜F(120℃)で乾燥した。合成されたままの物質のXRDパターンは、ZSM−48トポロジーの純粋相を示す。明らかに、ベータ相は、合成された生成物のXRDパターンに、全く観察されなかった。合成されたままの結晶を、硝酸アンモニウム溶液を用いて、室温で2イオン交換することによって水素型に変換し、続いて、250゜F(120℃)で乾燥し、1000゜F(540℃)で6時間焼成した。得られたZSM−48結晶は、SiO/Alのモル比、約87.2を有した。
実施例13
この実施例は、ベータ種10wt%(シリカ充填に対する)によるシーディングを用いるZSM−48の調製を示す。実施例2と同じ反応体、処方、および手順を用いた。但し、二倍量のベータ結晶を、シーディング剤として加えた。合成されたままの物質のXRDパターンは、ZSM−48トポロジーの純粋相を示す。明らかに、ベータ相は、合成された生成物のXRDパターンに、全く観察されなかった。合成されたままの結晶を、硝酸アンモニウム溶液を用いて、室温で2イオン交換することによって水素型に変換し、続いて、250゜F(120℃)で乾燥し、1000゜F(540℃)で6時間焼成した。得られたZSM−48結晶は、SiO/Alのモル比、約80/1を有した。
実施例14
実施例11〜13からの生成物を、ヘキサンの吸収試験を用いて試験した。ヘキサンの吸収試験は、いかなる任意の触媒の細孔容積を測定するものである。上記のように調製された焼成触媒を、熱重量分析計(TGA)で、窒素下500℃で30分間加熱した。乾燥された触媒を、次いで、90℃へ冷却し、n−ヘキサンに、分圧75torrで暴露した。n−ヘキサン吸収量としての重量変化を、TGA装置の微量天秤によって測定した。アルファ値をまた、各触媒について決定した。触媒のアルファ値は、参照触媒の活性に対する触媒活性の標準的な指標である。結果を、表1に要約する。
Figure 0005282087
表1に示されるデータに基づいて、加えられたベータ種結晶は、結晶化中に溶解されず、合成生成物中に残った。結論は、実施例12および13におけるn−ヘキサンの吸着データが増大することによって裏付けられた。結論はまた、触媒中のwt%ベータが増大するにつれて、触媒のアルファ値が増大することによって裏付けられた。n−ヘキサンの吸着およびアルファ値の増大は、異質の種による触媒ZSM−48触媒が、均質な種によるZSM−48と異なる反応性を有することを示す。
アルファ値が、標準触媒に比較して、触媒の接触分解活性の凡その指標であり、それが、相対速度定数(n−ヘキサンの転化速度/触媒容積/単位時間)を示すことに注目されたい。それは、アルファ値=1(速度定数=0.016秒−1)としてみなされる高度に活性なシリカ−アルミナ分解触媒の活性に基づく。アルファ試験は、従来から知られ、例えば、特許文献5、非特許文献2、非特許文献3および非特許文献4に記載される。
実施例15
この実施例は、本発明のZSM−48の活性クレジットを、より高いシリカ:アルミナ比を有するZSM−48に対して比較する。600Nスラックワックスを、1000psig(6996kPa)、LHSV 1.0リットル/時、および処理ガス速度2500scf/B(445m/m)で脱ロウした。図6は、(反応器の温度):(370℃+の流動点を達成するのに必要な温度)を示すグラフである。図6においては、上部ライン(より高いシリカ:アルミナ比を有するZSM−48を表す)および下部ライン(より低いシリカ:アルミナ比を有するZSM−48)の差は、活性クレジットを表す。
実施例16
この実施例は、SiO:Al比110未満を有するZSM−48のバージョン、およびSiO:Al比110超を有するZSM−48のバージョンの間の相違を示す。ZSM−48のこれら二つのバージョンは、低比率および高比率のZSM−48として引用されることができる。図7は、低比率および高比率のZSM−48について、流動点:温度を示す。図7に示されるように、低比率のZSM−48は、典型的な水素処理温度300℃超において、顕著により低い流動点を有する。底部軸の温度は、予測内部温度であることに注目されたい。低比率のZSM−48の利点は、更に図8に示される。これは、処理された原料材から生成される370℃+留分について、流動点:粘度指数(VI)を示す。図8においては、低比率のZSM−48は、流動点およびVIのより好ましい組合せを達成することが可能である。
実施例17−低密度、高活性MCM−41、および続く低密度、高活性Pt ZSM−48
図9および10は、先ず原料材を芳香族飽和触媒に、次いで脱ロウ触媒に暴露することによって水素処理された原料材の例を示す。芳香族飽和については、用いられた二つの触媒の一つは、商業的に入手可能な触媒であり、Pt0.3wt%およびPd0.9wt%をシリカおよび/またはアルミナに担持されて有した。示される他の触媒は、Pt0.3wt%およびPd0.9wt%を含浸されたアルミナ結合MCM−41の低密度バージョンであった。このアルミナ結合MCM−41は、密度550kg/m未満を有する。水素化脱ロウについては、二つのタイプのPt−ZSM−48が示される。Pt−ZSM−48の一つのタイプは、110超のSiO:Alを有する。他のタイプは、触媒中のSiO:Al比、約70:1〜約110:1を有する。低比率のシリカ:アルミナZSM−48は、異質な種を用いることなく形成された。図9および10においては、プロセスAは、商業用Pt/Pd担持シリカおよび/またはアルミナ触媒を、続いて高比率のPt−ZSM−48を用いる原料材処理に関する。プロセスBは、Pt/Pd担持アルミナ結合MCM−41を、続いて低比率のPt−ZSM−48を用いる原料材の処理に関する。プロセスCは、商業用Pt/Pd担持シリカおよび/またはアルミナ触媒を、続いて低比率のPt−ZSM−48を用いる原料材処理に関する。
図9は、触媒の種々の組合せに対する性能を示し、150N水素化分解原料材について運転される。図9は、流動点および粘度指数の組合せを示す。これは、種々の運転温度で達成されることができる。150N原料材については、アルミナ結合MCM−41、続く低比率のPt−ZSM−48(SiO:Al比率110未満を有する)は、平均して、流動点および粘度指数の値について、最も低い組合せを示す。この傾向は、図10ではより明白である。これは、500Nの水素化分解された原料材の処理について、流動点および粘度指数を示す。
実施例18
図11および12は、低密度、高活性触媒(アルミナ結合またはチタニア結合MCM−41など)の利点について、更なる証拠を示す。図11は、SiO:Al比70〜110による任意の温度での脱ロウ後の、種々の150N水素化分解原料材について、データを示す。図12は、500N水素化分解原料材について、類似のデータを示す。図11および12においては、脱ロウ原料材はそれぞれ、図面に特定されるように、更に、芳香族飽和または水素仕上げ触媒に暴露される。PtおよびPdをアルミナに担持されて有する二つのタイプの商業用触媒が示される。触媒の一つは、シリカおよび/またはアルミナ担体上のPt0.3wt%およびPd0.9wt%から構成される。この触媒の「高金属」バージョンがまた、含まれる。これは、シリカおよび/またはアルミナ担体上に凡そ二倍のPtおよびPdを有する。二つのタイプのMCM−41触媒がまた、示される。アルミナ結合バージョンおよびチタン結合バージョンである。MCM−41触媒には、Pt0.3wt%およびPd0.9wt%が含まれる。
図11においては、MCM−41触媒は、300℃を超えるすべての温度に対して、(芳香族飽和):(0.3wt%Pt/0.9wt%Pd担持アルミナ触媒)についての向上された結果、および300℃未満の比較結果を示す。はるかに高い金属含有量の0.6wt%Pt/1.8wt%Pd担持アルミナ触媒は、300℃超で、MCM−41触媒に対する比較結果を示す。MCM−41を用いることによって達成された向上は、図12において、より明白である。
比較の、または向上された反応性を示すことに加えて、図11および12に示される実験で用いられたMCM−41触媒は、実質的に、MCM−41担体の低密度のために、低減された金属含有量を有する。MCM−41触媒の金属含有量はまた、図11および12に示される高金属含有量の商業用触媒より低い。結果として、従来のアルミナ結合商業用触媒の代わりに、MCM−41触媒を用いることにより、触媒充填運転において、実質的なコスト節減が可能にされる。
実施例19−ブロック化運転
記載される本発明は、高活性水素異性化触媒(ZSM−48など)を用いる。これは、同じ装置において、ワックス含有量に大きな相違のある原料の処理を可能にするのに十分な活性を有する。更に、これらの過度な活性は、より高い窒素を含有する原料を、より高いワックス含有量との組合せで処理するのに用いられることができる。より低い運転温度が、本発明により可能であることから、より低いドライガスメークが達成される。これによって、装置の設計が単純化される。
本発明は、ZSM−48触媒系を用いる。これは、ゼオライトを範囲40〜80%、および第VIII族金属を単体または範囲0.3〜1.5wtの組合せで、並びにシリカ/アルミナ比=110未満/1を有する。好ましい範囲は、ゼオライト含有量50〜70%であり、Pt0.3〜0.8%、およびSiO/Al比110未満/1を有する。
実施形態においては、本発明は、広範に異なるワックス含有量を有する原料材を、同じプロセストレインで処理するのに用いられることができ、一方望ましい生成物特性が保持される。好ましくは、水素化脱ロウプロセス工程における温度は、両原料材について、365℃以下である。例えば、本発明の方法は、第一のワックス含有量を有する第一の原料材を水素処理するのに用いられることができる。第二のワックス含有量を有する第二の原料材は、次いで、プロセストレインの形態を変更することなく処理されることができる。特に、水素異性化プロセスにおいて用いられる触媒は、両プロセスに対して同一である。更なる水素処理工程が用いられる実施形態においては、好ましくは、更なる水素処理工程の触媒はまた、同一に保たれる。
実施形態においては、第一のワックス含有量は、第二のワックス含有量と少なくとも15%、または少なくとも20%、または少なくとも25%、または少なくとも30%だけ異なることができる。他の実施形態においては、第一のワックス含有量は、第二のワックス含有量と80%以下、または75%以下、または70%以下、または60%以下、または50%以下だけ異なることができる。好ましくは、各原料材は、ワックス含有量少なくとも10%、または少なくとも15%、または少なくとも20%を有する。
実施形態においては、両原料材は、水素異性化処理後の流動点−10℃以下、または−12℃以下、または−15℃以下、または−18℃以下、または−20℃以下を有する。他の実施形態においては、水素異性化処理後の両原料材の流動点は、少なくとも−50℃、または少なくとも−40℃、または少なくとも−30℃である。
実施形態においては、両原料材の水素異性化プロセスの温度は、365℃以下、または360℃以下、または350℃以下である。第一の原料材の処理温度は、好ましくは、第二の原料材の温度の35℃以内、または30℃以内、または20℃以内、または10℃以内である。或いは、二つの原料材を処理するための温度プロフィルは、同じである。実施形態においては、各原料材の水素異性化プロセスにおけるドライガスメークは、5%以下、または4%以下、または3%以下、または2%以下である。
更に他の実施形態においては、原料材は、選択された触媒に関して特性化されることができる。特定の触媒を用いて水素異性化プロセスを行う場合には、原料材を、所望の流動点を達成するのに必要な処理温度に基づいて特性化することなどである。例えば、原料材は、特定の触媒(Pt−ZSM−48など)を用いる場合には、所望の特性(流動点など)を達成するのに必要とされる水素異性化温度に関して、分類されることができる。実施形態においては、原料材は、流動点−15℃に到達するのに、少なくとも285℃(しかし315℃未満)、または少なくとも315℃(しかし340℃未満)、または少なくとも340℃(しかし365℃未満)の水素異性化温度を必要とするものとして分類されることができる。便宜上、これらの分類はそれぞれ、ZSM−48処理分類として引用されることができる。
これらの実施形態においては、異なる分類からの原料材は、プロセストレインにおいて、運転温度のみを変えることによって処理されることができる。例えば、温度285℃〜315℃を必要とするものとして分類される原料材は、プロセストレインにおいて処理されることができる。プロセストレインにおける温度は、次いで昇温されることができ、315℃〜345℃の分類からの原料材は、処理されることができる。
次に表2、3および4に示されるデータにおいては、低密度、高活性の脱ロウ触媒(シリカ/アルミナ比70〜110のPt−ZSM−48)は、アルミナ上にPt/Pdを有する従来の水素化触媒による初めの水素化の後、水素化脱ロウに用いられた。水素化触媒は、触媒容積の約15%を示した。表2は、四つの異なる原料タイプの特性を示す。表3は、各原料タイプに用いられた水素異性化条件を詳述する。表4は、原料材を、特定の水素異性化条件下で処理した結果の、重質潤滑油および軽質潤滑油の両生成物に対する生成物検査を示す。
Figure 0005282087
Figure 0005282087
Figure 0005282087
上記の実施例においては、(反応(水素異性化)に必要な温度):(ワックス含有量)を比較することによって、軽質のニュートラル(LN)スラックワックスおよびLN水素化分解油の両方が、(反応器温度上昇約0.47℃)/(原料中のワックス1%増加)を要したことが解ることができる。これは、従来技術を上回る向上であり、反応器の温度上昇0.65℃以上が、原料中のワックスの各1%増加に見合うのに必要とされる。より高いワックス原料を処理するための、より小さな反応器の温度上昇は、上記の表に示されるように、より低い運転温度が、より高いワックス含有原料を処理するのに用いられることができることを意味する。上記の表はまた、部分的には触媒タイプにより、および部分的にはより低い温度要件により、実質的により低いドライガスメークを示す。これは、高ワックスの原料を処理する場合に、収率の向上を可能にする。本発明のプロセスの向上された処理特性により、100%以下のより高いワックス含有量でさえ、可能である。GTLタイプの材の処理などである。

Claims (14)

  1. 潤滑油基材の製造方法であって、
    触媒担体に担持された少なくとも一種の第VIII族金属を含み、かつ密度600kg/m以下を有する第一の触媒を提供する工程、
    少なくとも一種の第VIII族金属を含み、かつSiO :Al 比が70〜110であるZSM−48を含む第二の触媒を提供する工程、
    原料材を、前記原料材を処理するのに効果的な条件下に前記第一の触媒に暴露する工程であって、前記効果的な条件は、水素化、水素仕上げまたは芳香族飽和の一種に効果的である工程、および
    処理された前記原料材を、処理された前記原料材を脱ロウするのに効果的な条件下に前記第二の触媒に暴露する工程
    を含むことを特徴とする方法。
  2. 前記第二の触媒は、密度600kg/m以下を有することを特徴とする請求項1に記載の方法。
  3. 前記第一の触媒は、M41S担体を含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
  4. 前記第一の触媒は、MCM−41を含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
  5. 前記第一の触媒は、密度550kg/m以下を有することを特徴とする請求項1に記載の方法。
  6. 前記第一の触媒は、密度500kg/m以下を有することを特徴とする請求項1に記載の方法。
  7. 前記第一の触媒は、Pt、Pdおよびそれらの混合物よりなる群から選択される少なくとも一種の第VIII族金属を含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
  8. 前記第一の触媒は、少なくとも一種の第VIII族金属を少なくとも0.5wt%含むことを特徴とする請求項に記載の方法。
  9. 脱ロウされ、処理された前記原料材を、水素仕上げまたは芳香族飽和に効果的な条件下に第三の触媒に暴露する工程であって、前記第三の触媒は、密度600kg/m以下を有する工程を更に含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
  10. 前記第三の触媒は、MCM−41を含むことを特徴とする請求項に記載の方法。
  11. 前記第三の触媒は、密度550kg/m以下を有することを特徴とする請求項に記載の方法。
  12. 前記第三の触媒は、Pt、Pdおよびそれらの混合物よりなる群から選択される少なくとも一種の第VIII族金属を含むことを特徴とする請求項9〜11のいずれかに記載の方法。
  13. 前記第三の触媒は、少なくとも一種の第VIII族金属を少なくとも0.5wt%含むことを特徴とする請求項9〜11のいずれかに記載の方法。
  14. 潤滑油基材の製造方法であって、
    原料材を、前記原料材を処理するのに効果的な条件下に第一の触媒に暴露する工程であって、前記第一の触媒は、触媒担体に担持された少なくとも一種の第VIII族金属を含み、かつ密度600kg/m以下を有し、前記効果的な条件は、水素化、水素仕上げまたは芳香族飽和の一種に効果的である工程、および
    処理された前記原料材を、SiO:Al比70〜110および金属水素添加成分を有するZSM−48を含む触媒に、処理された前記原料材を脱ロウするのに効果的な条件下に暴露する工程
    を含むことを特徴とする方法。
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