JP5689950B2 - 水素化脱蝋工程のための触媒及びその製造方法 - Google Patents
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Description
「水素化異性化(Hydroisomerization)」という用語はクラッキング反応に比べて異性化反応が支配的な場合に使用し、逆にクラッキング反応が支配的な場合には「水素化分解法(Hydrocracking)」という用語を使用する。この際、該当製品の収率を最大化するためには、クラッキング反応ではなく異性化反応を介してノルマルパラフィンを転換することが有利である。
T=(合成された状態の該当EU−2試料のTGA減量)/(純粋なEU−2基準試料のTGA減量)×100(ここで、前記TGA減量は、空気雰囲気中で120℃から550℃まで2℃/分の速度で昇温した後、550℃で2時間維持して測定する)
上記他の目的を達成するために、本発明に係る水素化脱蝋工程用触媒は、酸点を有する担体としての、前記式で表される相転移指数(T)が50≦T<100、シリカ/アルミナのモル比が1〜200であるEU−2ゼオライトに、第8族金属及び第6族金属の中から1成分以上が選択される水素化機能の金属活性成分が担持されている。
本発明は、異性化反応選択性に優れた脱蝋触媒である、相転移程度の調節されたEU−2ゼオライトを、脱蝋触媒の担体として用いる方法を提供する。従来のEU−2ゼオライトを用いた大部分の異性化触媒製造の先行技術は、純粋なゼオライトの製造を目的としたが、本発明は、ゼオライトの相転移程度によって異性化反応の効率がより改善できることを確認した。よって、ゼオライトの相転移程度を調節することにより、異性化触媒の担体として最適化できる触媒物質を提供することができる。
本発明に係る触媒は、本研究者が提案するEU−2相転移指数を基準として、相転移指数(T)が100未満50以上の値を持つように相転移程度が調節されたEU−2ゼオライト担体に、水素化機能の金属活性成分を担持させたものである。
本研究者は、同一の合成条件において水熱合成時間を調節して、相転移程度の異なるEU−2ゼオライトを合成し、これを用いて脱蝋用触媒を製造した後、異性化性能を比較した結果、純粋なEU−2ゼオライトよりは相転移が進んでクリストバライトやクォーツなどの物質が生成されたEU−2ゼオライトの異性化性能に優れることを発見した。合成条件、例えばシリカとアルミナの比率などを変更して合成した場合でも、純粋なEU−2ゼオライトと比較して、相転移が進んだEU−2ゼオライトの異性化性能に優れることを確認した。本発明はこれに基づく。
2)TGA分析条件:空気雰囲気で120℃から550℃まで2℃/分の速度で昇温した後、550℃の2時間維持条件で測定した合成状態の該当EU−2試料のTGA重量減量、
3)所定のEU−2合成条件で、合成時間48時間後に得られた合成状態の純粋なEU−2試料を2)の方法で測定したTGA重量減量。
前記水熱合成は、pH9以上のアルカリ状態で行われることが好ましく、pH12以上で行われることがさらに好ましい。前記水熱合成の合成時間は、反応温度又は攪拌条件と連関があるが、一般に1時間以上が好ましい。反応時間は収得されたEU−2ゼオライト物質の相転移指数に応じて調節できる。
前述したように水熱合成された、相転移程度の調節されたEU−2ゼオライト担体に酸特性を与えるために、500℃以上で焼成段階を経た後、NH4+などの陽イオンでイオン交換して使用することが好ましい。
前記相転移程度が調節されたEU−2ゼオライト担体のシリカ/アルミナのモル比は1〜500であることが好ましく、20以上200以下がさらに好ましい。本発明で提供する相転移程度が調節されたEU−2ゼオライトのBET表面積は100m2/gr以上が好ましい。
異性化反応のための二元機能型触媒を製造するために、前記イオン交換された相転移調節EU−2ゼオライト担体に第8族金属及び第6族金属の中から1成分以上の金属を選択して担持することが好ましく、プラチナ、パラジウムなどの貴金属を担持することがさらに好ましい。金属を担持する方法としては一般な含浸(Impregnation)法やイオン交換法などを用いることができる。
この際、触媒の異性化反応選択度を改善するために、助触媒として第1族及び第2族金属成分のうち1種以上をさらに追加して触媒を製造することが可能であり、前記第1族及び第2族成分としては、好ましくはナトリウム、マグネシウム及びカルシウムから1種以上が選択できる。
前記触媒の活性化及び前処理のために、乾燥(Drying)、還元(Reduction)、硫化前処理(Pre-sulfidation)などが要求できる。このような前処理過程は必要に応じて省略又は変更可能である。
前記方法によって製造された触媒は、炭化水素原料を、前記水素化脱蝋反応条件で、すなわち250〜420℃の温度、1〜200気圧の水素分圧、0.1〜10hr-1の液時空間速度、及び45〜1780m3/m3(250〜10,000scf/B)の水素処理気体比率で、水素化脱蝋触媒として利用できる。
鋳型物質としての塩化ヘキサメトニウム(Hexamethonium Chloride)9.8gr、アルミナ原料物質としてのアルミン酸ナトリウム2.8gr、シリカ原料物質としてのLudox−HS40 203.6gr、及び水酸化ナトリウム(NaOH)10.4grをDI水292grに溶解して混合液を作る。テフロン材質でコートされた水熱合成反応器に最終混合液を仕込み、165℃の条件で2日(48時間)反応してゼオライト物質を収得する。蒸留水で十分に洗浄し、60℃で12時間乾燥させ、550℃で5時間焼成する。この際、収得された物質は既存の文献と特許で報告された純粋なEU−2結晶構造のみを持つゼオライトである。
前記水熱合成されたEU−2ゼオライトは、1N硝酸アンモニウム(Ammonium Nitrate)水溶液を用いてNH4+イオンでイオン交換した。イオン交換されたEU−2ゼオライトは、バインダーとして擬ベーマイト(Psuedoboehmite)と1:1の比率で混合し、Pt含量を基準として0.6重量%となるようにH2PtCl6水溶液をEU−2ゼオライトとバインダーの混合物に含浸した。含浸済みの触媒を120℃で3時間乾燥させ、500℃で3時間焼成過程を経て異性化反応用触媒を製造した。
前述したような合成方法で合成時間のみを4日(96時間)に変更して同一の方法で触媒を製造した。この際、収得された物質は、X線回折分析で確認した結果、相転移が進んでEU−2とクリストバライト構造を含む物質であった。
前記収得された物質のX線回折パターンは図1の「2日」、「4日」のようである。合成時間2日のゼオライト物質はEU−2の特性ピークのみ存在する純粋なEU−2ゼオライトであることが分かる。合成時間4日の物質は、EU−2ゼオライト結晶が相転移されてクリストバライト及びクォーツの特性ピークが確認される。
前記収得された2種の異性化反応用触媒を用いて、n−ヘキサデカン転換反応実験を行った。
前記実験は、前記収得された異性化反応用触媒を外径1/2インチの固定層反応器に充填し、260℃で1時間以上活性化させた後、反応実験を開始した。反応実験はn−ヘキサデカンFeedをポンプによって1gr/hrの速度で反応器に注入して開始し、反応条件は30気圧、水素注入は650cc/hrの速度に調節した。この際、反応温度を調節してn−ヘキサデカンの転換率を調節することができ、n−ヘキサデカンの転換率の変化に応じて、クラッキング反応の選択度及び異性化反応の選択度も共に変化した。前記反応実験において、反応温度が変更されるにつれてn−ヘキサデカンの転換率は変化し、触媒毎に同一の転換率でクラッキング反応及び異性化反応の選択度が異なるため、GC分液によって得られるイソ−ヘキサデカンの収率に差があった。多様な反応温度条件によって得られた生成物(product)の中でイソ−ヘキサデカンの濃度が最も高い場合を、該当触媒を用いた異性化反応物の最大収率と定義した。
前記収得された2種の触媒のn−ヘキサデカンの異性化反応実験結果は、図3に示すとおりである。図示の如く、相転移されているEU−2ゼオライトで製造された触媒は、相転移されていない純粋なEU−2ゼオライトで製造した触媒に比べて異性化反応の選択度及び収率が改善される効果を示すことが分かる。
実施例1と同様の合成条件で合成時間のみを変更した場合、合成時間による相転移EU−2ゼオライト物質の相転移指数、及びこれを触媒として製造してn−ヘキサデカンの転換反応実験で得られた異性化反応物の最大収率は、下記表のとおりである。触媒製造及びn−ヘキサデカン転換反応実験は実施例1と同様にして行った。
鋳型物質としての塩化ヘキサメトニウム9.8gr、アルミナ原料物質としてのアルミン酸ナトリウム2.35gr、シリカ原料物質としてのLudox−HS40 203.6gr、及び水酸化ナトリウム(NaOH)10.8grをDI水292grに溶解して混合液を作る。テフロン材質でコートされた水熱合成反応器に最終混合液を仕込み、実施例1と同様の合成条件で合成変化による相転移EU−2ゼオライト物質を得た。得られた物質の相転移指数、及びこれを触媒として製造してn−ヘキサデカンの転換反応実験を行った結果を下記表に示す。触媒製造及びn−ヘキサデカン転換反応実験は実施例1と同様にして行った。
鋳型物質としての塩化ヘキサメトニウム12.8gr、アルミナ原料物質としてのアルミン酸ナトリウム4.95gr、シリカ原料物質としてのLudox−HS40 264.7gr、及び水酸化ナトリウム(NaOH)13.5grをDI水260grに溶解して混合液を作る。テフロン材質でコートされた水熱合成反応器に最終混合液を仕込み、実施例1と同様の合成条件で合成変化による相転移EU−2ゼオライト物質を得た。得られた物質の相転移指数、及びこれを触媒として製造してn−ヘキサデカンの転換反応実験を行った結果を下記表に示す。触媒製造及びn−ヘキサデカン転換反応実験は実施例1と同様にして行った。
実施例1において4日の合成条件で収得した、相転移されたEU−2ゼオライトを担体として用いた触媒に、高沸点の炭化水素留分を導入して、潤滑油原料物質の製造への使用が可能であることをパイロットテストによって確認した。
前記製造された触媒は、水素化脱蝋反応条件で、すなわち144気圧の水素圧力、1hr-1の液時空間速度、550m3/m3水素処理気体の比率、340℃の反応温度で、流動点(Pour Point)48℃のFeedを反応させて、流動点が−14℃と大きく改善された310+C製品を収得することができる。この際、クラッキング反応を抑制し、異性化反応の選択度を高めた触媒の特性により、クッキング反応による収率減少は9%以下であった。前記パイロットテストに使用したFeed及びProductの性状は下記表のとおりである。
Claims (12)
- (a)相転移指数(T)が50≦T<100となるように転移程度が調節されたEU−2ゼオライト担体を準備する段階と、
(b)前記EU−2ゼオライト担体に、第8族金属及び第6族金属の中から1成分以上が選択される水素化機能の金属活性成分を担持する段階と、
(c)前記(b)段階の触媒を乾燥/焼成させる段階とを含んでなり、
前記T=(合成された状態の該当EU−2試料のTGA減量)/(合成された状態の純粋なEU−2基準試料のTGA減量)×100(ここで、前記TGA減量は、空気雰囲気中で120℃から550℃まで2℃/分の速度で昇温した後、550℃で2時間維持して測定する)である、水素化脱蝋工程用触媒の製造方法。 - 前記相転移指数(T)が60≦T≦98である、請求項1に記載の水素化脱蝋工程用触媒の製造方法。
- 前記(a)段階が、
(i)シリカ及びアルミナ原料物質のアルカリ水溶液を鋳型物質と混合する段階と、
(ii)前記(i)段階における混合物を50〜250℃の範囲で反応させてゼオライトの相転移指数(T)が50≦T<100となるように転移程度を調節する段階と、
(iii)前記(ii)段階のゼオライトを洗浄及び乾燥させる段階とを含む、請求項1に記載の水素化脱蝋工程用触媒の製造方法。 - 前記鋳型物質はアミン化合物、テトラメチルアンモニウム化合物、及びジ第四級アンモニウム化合物よりなる群から選ばれた1種以上の物質である、請求項3に記載の水素化脱蝋工程用触媒の製造方法。
- 前記(b)段階は第1族及び第2族金属成分から1種以上選ばれる助触媒成分を添加する段階をさらに含む、請求項1又は2に記載の水素化脱蝋工程用触媒の製造方法。
- 前記金属成分がナトリウム、マグネシウム及びカルシウムから1種以上選ばれる、請求項5に記載の水素化脱蝋工程用触媒の製造方法。
- 酸点を有する担体としての、下記式1で表される相転移指数(T)が50≦T<100であり且つシリカ/アルミナのモル比が20〜200であるEU−2ゼオライトに、第8族金属及び第6族金属の中から1成分以上が選ばれる水素化機能の金属活性成分が担持された、水素化脱蝋工程用触媒。
<式1>
T=(合成された状態の該当EU−2試料のTGA減量)/(合成された状態の純粋なEU−2基準試料のTGA減量)×100
(式中、前記TGA減量は、空気雰囲気中で120℃から550℃まで2℃/分の速度で昇温した後、550℃で2時間維持して測定する。) - 前記相転移指数(T)が60≦T≦98である、請求項7に記載の水素化脱蝋工程用触媒。
- 前記金属活性成分がパラジウム又は白金である、請求項7に記載の水素化脱蝋工程用触媒。
- 前記触媒は第1族及び第2族金属成分から1種以上選ばれる助触媒成分をさらに含む、請求項7に記載の水素化脱蝋工程用触媒。
- 前記金属成分がナトリウム、マグネシウム及びカルシウムから1種以上選ばれる、請求項10に記載の水素化脱蝋工程用触媒。
- 請求項7又は10による水素化脱蝋工程用触媒の存在下で、炭化水素原料に対して、250〜420℃の温度、1〜200気圧の水素分圧、0.1〜10h-1の液時空間速度、及び45〜1,780m 3 /m 3 の水素処理気体比率で行われる、水素化脱蝋方法。
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