JPH01502273A - シリカアルミノ燐酸塩モレキユラーシーブ使用の中間留分製造方法 - Google Patents
シリカアルミノ燐酸塩モレキユラーシーブ使用の中間留分製造方法Info
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- B01J29/84—Aluminophosphates containing other elements, e.g. metals, boron
- B01J29/85—Silicoaluminophosphates (SAPO compounds)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
シリカアルミノ[f塩モレキュシーシーブ使用の中間留分製造方法
1且立皇1
1・及j!す1(乱!
本発明は、沸点約600’F以上の炭化水素に対して中間留分の得率を最大にす
る水素化分解法に用いられる触媒組成物に関する。特に、本発明は、特殊な型の
シリカアルミノmm塩モレキュラーシープと水素化成分とから成る触媒を、沸点
約600@F以上の炭化水素NF4と接触させて、この原料から低流動虜中間留
分を選択的に製造する水素化分解性及び異性化法に関する。
2・111亙立11
水素化分解は、一工程プロセスとして氏いは水素化脱硝及び/又は水素化脱硫工
程と組み合わせて多段工程プロセスとしても用いられるが、劣質原料を処理して
品質向上を図るため、又中間留分材を製造するためこれまで広範囲に用いられて
きた。長年にわたって、多くの開発活動がなされ、改良された分解条件及び触媒
が見出されてきた。釜くの試験が行われてきたが、非晶質物質のみ含Nilる触
媒を用いた試験であった。
XI及びY型ゼオライトのようなll?L径の大きい触媒は、最も活性な水素化
分解触媒であると現在では考えられている。しかし、古酒性というのは、中間留
分用分解触媒の唯一必須の特性というわけではない。中間留分選択性、つまり、
約300″F〜約725下の中間留分範囲で沸騰する副製品への転化率も#要で
ある。実際、ワード(Ward)の1974年10月10日付米国特許!!3゜
853.7424!に示される如く、ゼオライト触媒は、中間留分選択性が比較
的低いので、多くのs集的中間留分水素化分解法では用いられていない。
また、中m留分は従来!!料油、例えばディーゼル油、加熱か油として用いられ
ている。これら中間留分の取扱及び使用に便利なるためには、流動点が使用温度
に実際的に矛盾しないように出来るだけ低いのが望ましい、これらの製品の仕様
には、流動点がある・一定の最大値を超゛えないことという要求値があるのがし
ばしばである。ある場合には、原料のam点を低下させることを目的とする処理
工程に、これらの燃料留分をさらにかける必襞も生じる。流動点は、終留点を低
くすることによっても低下することができるが、この方法では得率を下げること
になってしまうのである。
オレツク(Oleck )の1984年12月4日付米国特許II4,486.
296@に示される如く、ゼオライト触媒は水素化分解触媒に用いられてきてお
り、留出油の使用目的に合った一つあるいはそれ以上の性質を有する留分を提供
するのは効果的であることは判っているが、これらの触媒には、一般的には、優
れた低温流動特性、特に低流動点及び低粘度という特性を有プる製品留分を提供
しないという欠点があるのである。
従来の技術では、これら中間留分の流動点を低下させルタメニ、ZSM−5(3
1e国I許IRE、28.398号)及UZSM−23(欧州特許出願公告10
092376号)のような中B細孔径の選択性ゼオライトを用いて、中間留分に
対する独立した脱ろう工程を採用してきている。
妥当な粘度及び流a点特性を有する中間留分を製造する技術の中で、他の方法と
してはX型ゼオライト及びY型ゼオライトのような細孔径の大きい炭化水素分解
触媒及UZSM−5(米国特許第3.758.402号1)ような中間細孔径ゼ
オライト脱ろう触媒を用いて、炭化水Jll原料を、連続操作で水素化分解と脱
ろう反応に並列的あるいは逐次的にか番ブる方法が挙げられる。
これらの方法は、二つの欠点がある。第一の欠点は、流動点が低下されると、粘
度がおそらく許容i度以上に大きくなってしまうことである。第二には、この方
法ではろう分を軽質生成物(例えば、c3〜C4)へ分解してしまうので、留出
油得率を著しく低下させてしまうのである。PCTに基づいて1986年7月3
日に公告された51wA公R特FFlWO3610394@に:は、単味ノシリ
カアルミノ燐酸塩M塩あるいはゼオライト アルミノケイMPAのような従来的
水素化分解触媒と組み合わせたシリカアルミノflJMmから成る触媒を用いて
、高オクタン価ガソリンをIll造する水素化分解法が開示されている。
上記のように、適当な粘度及び流動点を有する中間留分を高い得率′r−製造す
るために使われる従来法においては、多段工程及び/又は多種触媒を使用する必
要があった。
しかし、今や簡略化された工程でしかも一種の触媒で中間留分を選択的に1造す
ることが可能であざことが発見された。この方法では、中間留分は高得率で得ら
れしかも従来技術の方法に対比して流動点においても粘度においても低下したも
のが得られる。
重質炭化水素油を水素化分解と同時に水素化膜ろうして、満足すべき流動点及び
粘度を有する中間留分油を改良された得率′C製造することが可能になることが
今や発5APO−41な、るシリカアルミノ燐酸塩モレキュラーシーブ成分、及
び異性化反応を促進する白金またはバラジュウム水素化成分を含有する触媒を使
用することによって得られる。他の従来型の金属、例えば、ニッケル、タングス
テン、コバルト、モリブデン、又はこれらの金属を組み合わせたもの、例えば、
Go−Mo、N i −Wを白金またはパラジュウムとともに用いることも可能
である。
ユ1Jと1n
本発明によれば、原料炭化水素の少なくとも90%が約600下以上の8aを有
する炭化水素原nを水素化分解および異性化して中門留分炭化水素を選択的に製
造する方法が見出されたが、この方法は、
@ 5APO−11及び5APO=41から成る群から選択されるシリカフルミ
ノ燐酸塩モレキュラーシーブ、及び白金およびパラジュウムから成る群がら選択
される少なくとも一つの水素化成分より成る触媒と該炭化水素原料とを水素化分
解条件下に接触させること、及び(ハ)炭化水N流出油を回収すること、から構
成される。
この流出油について言及すると、約40容妬%を越える部分が約300″F以上
約725°F以下で沸騰し、0下以下の流動点を有しているのが好ましい。
本発明の方法に用いられるシリカアルミノ燐酸塩モレキュラーシーブは、米51
特許第4.440.871号に記載されているので、その全文を参考文献として
本明細書に引用する。
好ましい実aimは、5APO−11および白金またはパラジュウム成分から成
る触媒を用いる方法である。
本発明には多くの要因があるが、特に本発明は、沸点600’F以上の炭化水素
原料の水素化分解及び異性化反応において5APO−11や5APO−41のよ
うなシリカアルミノ燐酸塩モレキュラーシー7触媒を用い、白金及び/又はパラ
ジュウムのような金属を含ませると、優れた流動点特性を有する中間留分が、全
く予期せずに高得率で得られるg東になるという本発明の発見に基づいている。
本発明の方法においては、炭化水素原料は、水素化分解に好適な転化1条件下に
触媒と一緒に加熱される。この転化工程の藺、原料油中に存在している芳香族お
よびナフテン類は、脱アルキル、開環、分解及び水素化などの水素化分解反応な
受番プる。原料中に存在している長鎖パラフィン類は、穏和な分解反応によって
、ZSM−5の如き従来の脱ろうゼオライト触媒使用によって得られる製品に対
比してより高分子歯の非ろう質製品が得られ、同時に、ある程度の異性化反応が
起こるので、上記の分解反応によって流動点が低下するのみならず、更にn−パ
ラフィンが異性化してイソパラフィンになるから、低粘度、低流動点製品となる
液状物質が生成する。
ゼオライトZSM−5のような形状選択性触媒を用いる脱ろうプロセスとは対照
的に、本発明の方法では、得率が改良され、粘度も十分に低く保たれる。後者は
、低粘度のパラフィンの分解のみならず高粘度成分(例えば、多環ナフテン類)
の分解をも同様に包含する全量転化によって確実に行われるのである。つまり、
本発明の71においては、同時脱ろうと共に全量転化をも達成することが可能と
なる。また、部分的転化を行うことも可能であって、流動点および粘xi求仕様
を満足しながらも、水素消費鏝において経済性を得ることができる。
総括すれば、本発明の方法によって、生成物の501歳%以上が中間回分範囲の
沸点を有する、流動点が改良された、そしてこの留分以下の佛点のガスや生成物
の得率の少ない、中間留分範囲物質の高選択性製造方法が達成される。
11立星!皇呈1
第1図は、米田特許第4.440.871@のシリカアルミノ燐酸塩の組成パラ
メーターを、ケイ素、アルミニウム、及び燐のモル分率で示す三相図である。
第2図は、シリカアルミノ燐酸塩の望ましい組成パラメーターを、ケイ素、アル
ミニウム、及び燐のモル分率で示す三相図である。
第3図は、本発明の方法に用いられる結晶性シリカアルミノ燐酸塩触媒とサルフ
ァイド化、共ゲル化ニッケルーシリカ−アルミナ触媒とを、得率に関して比較す
るグラフである。
14図は、本発明の方法に用いられる結晶性シリカアルミノ燐酸塩触媒とZSM
−5触媒とを、待率に関して比較するグラフである。
本発明の方法に用いられるW、Rは、軽油、コーカー塔底留分、常圧残油、減圧
塔々底油1、脱れき減圧残油、FCC塔底油、またはリサイクル オイルのよう
な炭化水素から成る0石炭、シエール、又はタール サンドから誘導される油も
このようにして処理することが可能である。この種の油は、一般に600″F(
316℃)以上で沸騰するが、本発明の方法は初留点436″F(260℃)を
有する油にも用いることができる。原料の少なくとも90%が600下(316
℃)以上で沸騰するのが好ましく、原料の少なくとも約90%が70.0下(3
71℃)と約1200下(649℃)との間で沸騰するのが最も好ましい、これ
らの111M油は高分子量の長鎖パラフィン類、及θ大部分複環式化合物から成
る高分子量の環式化合物類から構成される0本発明の方法で処理すると、複環式
芳香族、ナフテン及びパラフィン化合物は共に、5APO含有触媒によって分解
され、中間留分範囲の生成物が生成する。最初の原料中のパラフィン成分の大部
分もイソパラフィンへ転化される。
本発明の方法は、高度にパラフィン性の原料に閤して特に使用価値がある。この
種の原料では、流動虜に最大の改良を達成することが可能だからである。しかし
、大抵の原料はある程度の多環式化合物を含むものである。
本川amにおいて後で紙諭されるように、本発明の方法の原料は、予め水素化精
製及び/又は水嵩化処理されていて、本発明の方法にかけられる前にある程度水
素化分解されていたものであっても良い。
シリカアルミノ熾M塩 組 P
上記のように、本発明の方法は水素化分解と異性化との要素を結合したものであ
る1本発明の方法に用いられm号に記載(7)SAPO−11及び5APo−4
1シリカアルミノ’14MgAから成るが、このモレキュラーシーブの詳細及び
その調製方払についてはこの特jを参照されたい、この特許は全文参考文献とし
て本川IBl中に引用する。
本発明の方法に使用するに好適な5APO−11及び5APO−41シリカフル
ミノ燐!!塩モレキユラーシー7 (SAPO) は、末cm共有17)[8t
o21]面体、[AIO]四面体及び[PO2]四面体〔即ち、(Si AI
P )02四面体単位]なる分子構造をx y z
有し、白金又はパラジュウム水素化成分と一緒に組み合わされると、前述の原料
を効果的なプロセス条n下に中間留分へ転化する機能がある。
より詳しく説明すると、本用細凶中で5APO−11と呼ばれるものは、[PO
2]、[Al021及び[5i02]四面体単位の三次元微細孔結晶骨格構造を
有するシリカアルミノff4酸塩物質から成り、その単位実験式は、無水塩基準
で、
mR:(Si At P )02 (1) YZ
(式中、“R″は内部結晶細孔系に存在する少なくとも一つの有機構造規制剤を
示し、m”は
(S i A l y P z ) 021モル当たりに存在する“R″のモル
数を示しゼロ〜約0.3の値を有し、“X″。
“y″、及び“2″はそれぞれ、ケイ素、アルミニウム及び燭のモル、分率な示
す、)で表示される。該モル分率は、第1図の三相図に示される、点A、B、C
,D及びEにて囲まれる組成領域内、あるいは望ましくは、第2図の三相図に示
される、点a、b、c、d及びeにて囲まれる組成儂域内にある。該シリカアル
ミノlll塩は、以下のwiiiに示されるd−間隔(合成品及び仮焼品)を少
なくとも含む特徴的な粉末X線口折パターンを有する。5APO,−11が合成
品の形である時には、m”が0.02〜0.3の範囲にある値を1するのが好ま
しい。
1ユ1
20 d !ui逃
9.4−9.65 9.41−9.17 m20.3−20.6 4.37−4
.31 m21.0−21.3 4.23−4.17 v s22、1−22.
35 4.02−3.99 m22.5−22.9 (二重点) 3.95−3
.92 m23.15−23.35 3.84−3.81 m −sこれまでに
粉末x!1回折データが騙られた合成品5APo−iia1成物は全て、以下の
第2表に示される一般化パターンの範囲にあるパターンを有する。
玉2轟
8.05−8.3 10.98−10.65 20−429.4−9.65 9
.41−9.17 36−5813.1−13.4 6.76−6.61 12
−1615、6−15.85 5.68−5.59 23−3816、2−16
.4 5.47−5.40 3−518、95−19.2 4.68−4.62
5−620、3−20.6 4.37−4.31 36−4921.0−21
.3 4.23−4.i7 10022、1−22.35 4.02−3.99
47−5922.5−22.9 (二重点) 3.95−3.92 55−6
023、15−23.35 3.84−3.81 64−1424.5−24.
9 (二重点> 3.63−3.58 7−1026.4−26.8 (二重点
) 3.38−3.33 11−1927、2−27.3 3.28−3.27
0−128.3−28.り (ショルダ一点) 3.15〜3.13 11−
1728.6−28.1115 3.121−3.09429、0−29.2
3.079−3.058 0−329、45−29.65 3.033−3.0
13 5−731.45−31.7 °2.846−2.823 7−932.
8−33.1 2.730−2.706 1l−i434、1−34.4 2.
629−2.607 7−9あ、 7−36.0 2.515−2.495 0
−3部、 3−36.7 2.475−2.449 3−437.5−38.0
(二重点) 2.398−2.368 10−1339、3−39.55 2
.292−2.279 2−340、3 2.238 0−2
42.2−42.4 2.141−2.132 0−242、8−43.1 2
.113−2.099 3−644.8−45.2 (二重点> 2.023−
2.006 3−545.9−46.1 1.977−1.%9 0−2茹、8
−47.1 1.941−1.929 0−148.7−49.0 1.870
−1.859 2−3bo、5−50.8 1.807−1.797 3−45
4.6−54.8 1.681−1.675 2−355.4−55.7 1.
658−1.650 0−2寒明a吉中で5APO−41と呼ばれるものは、[
PO2]、[Al021及びLSi02]四面体単位の三次元微細孔結晶骨格構
造を有するシリカアルミノ燐酸塩物質から成り、無水塩基準のその単位実験式は
、5APO−11に対する式(1)と同じであり、次のとおりである。
mR:(Si AI P )O(1)
x yz 2
(式中、”R”は内部結晶細孔系に存在する少なくとも一つの有機構造I II
I剤を示し、“m”は(SI AI P)021モル当たりに存在する“R″の
モル数を示しゼロ−約0.3の優を有し、”x″。
“y″、及び“z″はそれぞれ、ケイ素、アルミニウム及び燐のモル分率を示す
、)で表示される。該モル分率は、第1図の二相図に示される、点A、B、C,
D及びEにて囲まれる組成領域内、あるいは望ましくは、第2図の三相図に示さ
れる、点a、b、c、d及びeにて囲まれる組成g4域内にある。該シリカアル
ミノ燐11ffiは、以下の第3表に示されるd−間隔(合成品及び仮焼品)を
少なくとも含む18徴的な粉末X1ll折パターンを有する。5APO−41が
合成品の形である時には、“m″が0.02〜0.3の範囲にある値を有するの
が好ましい。
1旦1
2θ d ll1M3LJx
13.6−13.8 6.51−6.42 W −m20.5−20.6 4.
33−4.31 w −m21.1−21.3 4.2l−Li2 v s22
.1−22.3 4.02−3.99 m −s22.8−23.0 3゜90
−346 m23.1−23.4 3.82−3.80 w −m25.5−2
5.9 3.493−3.44 w −mこれまでに粉末X線回折データが得ら
れた合成品5APO−4111成物は全て以下の第4aに示される一般化パター
ンの範囲にあるパターンを有する。
1丘1
6、7−6.8 13.19−12.99 15−249、6−9.7 9.2
1−9.11 12−2513.6−13.8 6.51−6.42 10−2
818.2−18.3 4.87−4.85 8−1020.5−20.6 4
.33−4.31 10−3221.1−21.3 4.21−4.17 10
022、1−22.3 4.02−3.99 45−8222.8−23.0
3.90−3.87 43−5823、1−23.4 3.82−3.80 2
0−3025.2−25.5 3.53−3.49 8−2025.5−25.
9 3.493−3.44 12−2829、3−29.5 3.048−3.
028 17−2331.4−31.6 2.849−2.831 5−103
3.1−33.3 2.706−2.690 5−737.6−37.9 2.
392−2.374 1O−Is38.1−38.3 2.362−2.350
7−1039.6−39.8 2.276−2.265 2−542.8−4
3.0 2.113−2.103 5−849.0−49.3 1.856−1
.848 1−851.5 1.774 0−8
SAPOに対する単位実験式は、「合成品」基準で表示することもできるし、又
は「合成JSAPOI成物が、ある151!l理工程、例えば、仮焼工程にかけ
られた後の形で表示することもできる6本用珊古の中での「合成」なる術口は、
水門結晶化の結果として生成した5APO組成物を定義するものとしで使用する
。ただし、この5APO1iA成物は、存在する揮散成分を除去するための後処
理にかけられる前のものである。後処理された5APOに対する“m′″の実際
の値は、多くの要因(特定の5APO1構造規制剤、5APOから構造規制剤を
除去するための後処理の能力という意味での後処理の過酷度、5APO組成物の
用途、等々を含む)に支配され、“m′の値は合成5APOに対して定義された
値の範囲に収まっている。もつとも、後処理工程において処理5APOにIt迄
蜆制剤が添加されないかぎり、後処理された5APOのm″の値は一般に合成さ
れたままの5APOのそれよりも小さい。仮焼又は後処理された形の5APO組
成物は、′m″の値が一般には約0.02未満であることを除いて、式(1]で
表示される実験式を有するのが一般的である。例えば、長時間(1時間以上)高
温の空気中で焙焼するというような寸分に逸品な後処理条件下では、′m″の値
はゼロ(0)になり得るが、何れにしろ構![規制剤、Rは通常の分析法では検
出不能である。
上記のシリカアルミノ燐M塩は、一般にケイ素、アルの有tjlIllI造規制
剤から構成される反応混合物から水熱結晶菰を用いて合成される。必要に応じて
は、アルカリ金属を反応混合物に存在させてもよい0反応混合物は、好ましくは
不活性プラスチック材、例えばポリテトラフルオロエチレンで内張された圧力容
器に入れて芒期され、少なくとも約100℃の温度、好ましくは100℃〜25
0℃の温度にて、好ましくは自動的にきまる圧力にて、通常2時間〜2過藺の簡
加熱され、シリカアルミノミm塩生成物の結晶が得られる。5APO組成物の合
成には必ずしも必須というわけではないが、一般に反応混合物の緩やかな攪はん
及び/又は生成5APOあるいは立体的に類似の組成物の種晶の反応混合物への
添加を行うと、結晶化が容易になる。生成物は便利な方法、例えば遠心分離又は
ろ過によって回収される。
結晶化後に5APOを分離し、水で洗浄し、空気中で乾燥することが出来る。水
熱結晶化の結果として、合成したばかりの5APOは、その生成のために採用し
た少なくとも一形態の構造間制剤をその内S結晶細孔系内に保持している。一般
には、構造規制剤は分子種であるが、原子の立体的配置に関する考慮が許す限り
は、少なくとも幾つかの構造M制剤が電荷バランス用カチオンとして存在するこ
とが可能である。一般に構造1!IJ剤は非常に大きいので生成5APOの内部
結晶細孔系の中を自由に通り抜けることはできず、構造111J剤を熱的に劣化
するために約り00℃〜約700℃の温度で5APOを仮焼するような後処理方
法によってか、あるいは5APOから少なくとも一部の構造規制剤を除去する他
の後処理方法によってこの0!造Il制剤を除去することができる。ある場合は
、SAP、Oの細孔が十分に大きく構造規制剤の通過を許容することもあるが、
こんな場合はゼオライトの場合に行われているような従来的脱着操作によってこ
の構造m制剤の完全除去あるいは部分除去を行うことができる。
5APOは、5APO組成物の生成を妨げない程度の少量のアルカリ金属カチオ
ンを有する反応混合物から生成されるのが好ましい、5APO@成物は、アルカ
リ金属カチオンが存在していても生成するが、このような反応混合物は一般には
好ましくはない。酸化物のモル比で表現すると、次の全組成を有する反応a合物
が好ましい。
aR20: (SixAlyP2)02 :bl−120ここで、“R”は構造
1!IJ剤、“a″は“R”が効果的な濃度となるように十分大きな値を有し、
ゼロ(0)より大きく約3までの範囲、“b′はO〜500の値、“X′″、“
y″、及び2″はそれぞれ、ケイ素、アルミニウム及び燐のモル分率、x、y、
及び2は各々少なくとも0.01の値を有する0反応波合物は、ケイ素源が実質
的に存在しない状態で少なくとも一部の反応性アルミニウムとamとを一緒に混
合し、しかるのちに、アルミニウムと燐源とから成るこの得られた反応混合物と
ケイ素源とを一緒に混合することによって生成されるのが好ましい、5APOが
この方法によって合成される時には、式(1)におけるm′″の値は一般に約0
.02以アルカリ金属カチオンの存在は好ましいものではないが、反応混合物中
に存在するときには、ケイxiが実質的に存在しない状態で少なくとも一部の各
反応性アルミニウムとfA源とを先ず混合することが望ましい、この手順を―い
ると、ケイ素とアルミニウム源とから成る高度にjgI性の反応混合物に燐源を
添加するという不具合が避けられる。
5APOが生成される反応混合物には、一つ又はそれ以上の有機の構造M!II
I剤が含まれている。これらの構造規制剤は、アルミノケイl塩の合成にこれま
で使用が提唱されてきたものなら大抵は使用可能である。m造規制剤には、周期
律表の第vA群の少なくとも一つの元素、特に窒素、燐、ひ素及び/又はアンチ
モンが含まれているのが好ましく、N素又は鱗が含まれているのがより好ましく
、そして窒素が含まれているのが最も好ましい。
この構造gI制剤には、少なくとも一つのアルキル、アリール、アラルキル又は
アルキルアリール基が含まれている。この構造g111.剤には、炭素原子1〜
8個が含まれているのが望ましいが、炭素庫子8個より多い数が構造規制剤に含
まれていても良い。含窒素構造膚制剤が好ましく、例えばアミン及び第4級アン
モニウム化合物がそうであるが、後者は一般式R’ 4N (式中、各R′はア
ルキル、アリール、アルキルアリール、又はアラルキル基、R′がアルキル基で
あるときはR′には炭素原子1〜8個以上含まれているのが好ましく、R′がア
ルキル基でないときはR′には6個より多い炭素原子が含まれているのが好まし
いのは寒明wigにて前述した通りである。)にて表示される。ポリマー性の第
4級アンモニウム塩、例えば[(CHN ) (OH)2)、 (式中、′X”
は少なくとも2の伯を有する。)も採用することが可能である。モノ−、ジー、
及びトリーアミン、並びにこれらの混合アミンも単味にであるいは第4級アンモ
ニウム化合物と又は他のm造M關剤と組み合わせて、構造規制剤として採用可能
である。
代表的413&規制剤、燐、アルミニウム、及びケイ素源、並びに詳細なプロセ
ス条件は、米国特許第4,440゜871号に、より詳細に記載されているので
、その全文を参考文献として本明細書に引用する。
5APO−11及tFSAPO−41シ!JカフAzミ/燐1ffiモレキユラ
ーシーブが、本発明の方法に用いられる詩には、少なくとも一つの白金又はバラ
ジュウム水素化成分とまぜあわせて用いられる。非貴金属、例えばタングステン
、バナジウム、モリブデン、ニッケル、コバルト、クロム、及びマグネシウムも
選択的にはこの触媒に添加しても良い、これらの金属、例えばコバルト−モリブ
デン、コバルト−ニッケル、ニッケルータングステン又はコバルト−ニッケルー
タングステンを白金又はバラジュウムと組み合わせたものも多くの原料に対して
有用である。上記一つの金属の量は、モレキュラーシーブの約0.01〜10重
9%、好ましくは0.1〜5膠也%の範囲である。モレキュラーシーブへ触媒活
性の金属を導入する技法は多くの文献に開示されているが、活性触媒生成のため
の先任金属導入法及びモレキュラーシー7処理が好適である。例えば、シーブ巽
°製時のイオン交換、含浸または閉鎖がそうである0例えば、米国特許第・3゜
236.761号、第3.226.339号、第3,236.762号、第3.
620.960号、第3.373.109号、第4.202.996号、及び第
4.440.8714を参照されたい、これらの特許は、その全文を参考文献と
して本明細書に引用する。
本発明の方法に使用され、る水素化金属とは、一つ又はそれ以上の金属でその元
素状態にあるもの、またはその硫化物あるいは酸化物ならびにこれらの混合物の
状態にあるものを意味する。触媒の技術の分野では習慣的に行われているように
、活性金属と言う詩には、そのような金属が元素の状態で存在することは当然と
して、更に上記のように酸化物あるいは硫化物の状態にて存在することまでを包
含するのであるが、活性金属が実際に存在する状態の如何にかかわらず、金属の
濃度は元素の状態に在ったものとして計算される。
シリカアルミノ燐I!塩触媒の物理的な形態は、採用される触媒反応器の種類に
よって決まり、粒子あるいは粉体の形でもよいが、適当な触媒−反応物量の接触
をうまく行わせるべく、流動筋反応に用いるには通常シリカ又はアルミナ バイ
ンダーで使用に便なる形状(例えば、大きな埒)、あるいは錠剤、粟粒、球、ペ
レットなどの111tlされた形状に固められるのが望ましい、この触媒は、流
動床触媒としても、固定床あるいは移動床にも使用することが可能であり、また
一段あるいは多段反応にも用い得る。
5APO−11及び5APO−41モレキユラーシーブは、温度及び他のプロセ
ス条件に耐える他の物質と複合することが出来る。このような支持母体(マトリ
ックス)としては、活性物質、非活性物質、天然ゼオライト、合成ゼオライト、
並びに粘土、シリカ及び金III!化物のような無機物質が挙げられる。後者の
mis物質は天然のものでも、あるいはゼラチン様沈澱物であるゾルまたはゲル
の形態でもよい。非活性の物質は、好適にも希釈剤として機能して脱ろうプロセ
スにおいて転化の量を制御するので、反応速度をl制御する他の手段を用いずど
も生成物をtil済的に得ることができる。このシリカアルミノ燐酸塩は天然の
粘土、例えば、ベントナイトやカオリンにまぜあわせることができる。これらの
物質、つまり粘土や酸化物などは部分的には触媒に対する結合剤として機能する
。良好な圧壊強度を有する触媒を提供することが好ましいが、それは石油精製の
場合触媒が手荒く取り扱われることが多いからである。このような手荒な取扱の
ために触媒は粉体状物質に砕ける傾向にあり工程上のBYIAを引き起こす。
本発明の触媒に混合させ得る天然の粘土としては、モノモリナイト及びカオリン
族が挙げられるが、これらの族にはサブベントナイトが含まれる。カオリンは通
常ディキシ−、マクナミー、ジョーシア及びフロリダ粘土などと呼ばれているも
のであるが、主な鉱物成分はハロイサイト、カオリナイト、ディツカイト、ナク
ライト、又はアナウキサイトである。mw性粘土、例えばハロイサイト、セピオ
ライト及びアタブルジャイトも支持剤として使用できる。このような粘土は、採
鉱されたままの未処理状態でも、あるいは始め仮焼した後に酸処理または化学修
飾して用いることもできる。
上記の物質の他に、この触媒に多孔質無機酸化物マトリックス剤及びマトリック
ス剤混合物を複合させることができる。これらマトリックスとしては、シリカ、
アルミナ、チタニア、マグネシア、シリカ−アルミナ、シリカ−マグネシア、シ
リカ−ジルコニア、シリカ−トリア、シリカ−ベリリア、シリカ−チタニア、チ
タニア−ジルコニア、並びに三元組成物としてシリカ−アルミナ−トリア、シリ
カ−アルミナ−チタニア、シリカ−アルミナ−マグネシア及びシリカ−マグネシ
ア−ジルコニアが挙げられる。このマトリックスは、共ゲルの形態であってもよ
い。
望ましい実施SSでは、I&終製品である触媒は複合剤であって、シリカアルミ
ノTAB塩、白金又はバラジュウム水素化金属成分及び#![機酸化物マトリッ
クスから成る。
好ましいシリカアルミノ5easは、5APO−11であり、好ましい金属成分
は白金であり、そして好ましい支持母体はアルミナである。このシリカアルミノ
*a塩モレキュラーシーブと耐火酸化物とをまぜあわせるには、極めて多くの方
法がある。例えば、モレキュラーシー7に酸化物のヒドロゲルを十分まぜあわせ
た後に、所望ならば部分的に乾燥して押出成形あるいはペレット化して所望の形
状の粒子に成形することができる。ν]ととしては、耐火酸化物をモレキュラー
シープの存在の下に沈澱させることもできる。これは、アルミン酸ナトリウムま
たはケイ酸ナトリウムのような耐火酸化物の前駆体の溶液のpHを増加させるこ
とによって達成される。このようにまぜあわされた混合物は、次いで所望のよう
に部分的に乾燥され、錠剤化、ペレット化、押出成形化などをされた後、例えば
、600°F(316℃)以上、通常8゜O″F(427℃)、にC上の温度に
て仮焼され得る。共ゲル化するにあたっては、細孔径が大きい支持母体を生成す
るプロセスが、細孔径が小さい支持母体を生成するプロセスより好まれる。
プロセス条件
本発明の方法に用いられる触媒は、優れた安定性、活性及び中間留分選択性を発
揮するけれども、所望の転化率を達成しながら一方では好ましくない低沸生成物
を最小に抑えるためには、反応条件をうまく選択しなければならない。これらの
目的を満たすに必要な条件は、触媒の活性と選択性、及び8点範囲並びに有機窒
素や芳香族含有量及び構造などのような原料の特性に支配される。
これらは、更に総括的活性、つまリーパス当たりの転化率と選択性との藺の極め
て判断力を有する妥協にも支配される。例えば、これらの系は、−パス当たり7
0.80、あるいは90%もの転化率のような比較的高い転化率で操作すること
ができる。しかし、転化率が高くなると、一般に選択性は低下する。従って転化
率と選択性との間に6いて、ある妥協がなされなければならない。所望の目的を
達成するために反応条件を上手くバランスさせるということは、当技術分野の通
常の技能の一部である。
反応温度は一般に約500″F (260℃)を超え、通常は約600下(31
6℃)、好tL<は600下(316℃)〜900’F(’482℃)の範囲で
ある。水素添加aは、バーレル当たりの標準立方フィート単位で少なりトモ約4
00、通常ハ約1.000〜15.000(7)範囲である0反応圧力は、20
0psio(13,7バーA/)を超え、通常は約500〜約3000 psi
9 (32、4〜207バール)の範囲である。液時閣空間速度は約15未満で
、好ましくは約0.2〜約10の範囲である。
総括の転化速度は、主として反応温度及び液時間空間速度によって制御される。
しかし、選択性は一般に反応温度に逆比例する。選択性は一定の転化率では2闘
速度を低下してもそれほど影響されない、逆に、選択性は高圧にしたり、水素転
化速度を高くすると通常改良される。
従って、一定のrj!tnを所定の製品に転化するための最も好ましい条件は、
幾つかの異なった温度、圧力、空間速度及び水素転化31度にて原料を転化し、
これらの各変数の効果を相関し、総括的転化率と選択性との間の最良の妥協を選
択することによって得ることができる。
プロセス条件は、以下のように選択すべきである。即ち、総括転化率が、−バス
当たり沸点約725下(385℃)以下の生成物を少なくとも約40%、好まし
くは少なくとも約り0%庄成することに相当するようにする。
中間留分選択性は、生成物の少なくとも約40%、好ましくは少なくとも約50
%が中間留分範囲であって、好ましくは約725下以下で約300下以上の沸点
であるようにする。このプロセスでは、沸点300″F(149℃)〜725下
(385℃)の中1011分生成物への一パス当たり転化率水準を約50%以上
に維持することが可動点は、約0@F以下で好ましくは一20下以下である。
本発明の方法は、一段の水素化処理工程で操作することが可能である。また、本
発明の方法は、二段注水素化分解スキームの第二段目の工程としても使うことが
可能除去され、次いで中l5il留分生成触媒に接触される0本発明の方法が第
一段として運転される場合には、この中間留分生成領域にても原料を脱硝、脱硫
し、更に、第二段目に同じ触媒あるいは従来的水素化分解触媒を使い、より効率
的に運転することが可能で、その結果、他のプロセス構成より多い中間留分が全
体として生成される。
原料のN索含有■
本用細酋に記載のプロセスは、原料が11!窒素(含窒素不純物)を、例えば有
111Mg数千ppg+(i量)も含有する時にも、有効に使用することが可能
であるが、原料の有m窒素含有量が5oppa <ttira>未満、より好ま
しくは10ppm(ml量)未満であることが2ましい。原料が有rig素を1
0ppm (Im)未満しか含まない時には、活性と触媒サイクル(各再生間あ
るいはスタートアップと最初の再生との間の期間)の点で特に優秀な結果が経験
されている。この事実は、当技術分野においては驚くべき事である(例えば、米
国特許第3.894.938号を参照されたい)。
l1lnの硫黄含有量
原料中の有I!硫黄(含硫黄不純物)の存在は、原料の所望の水素化分解に、例
えば、活性と触tJX31iP命の点では悪影響を与えないようである。実際、
有II硫黄を含む原料の水素化脱硫は大部分顕著なrrIJ時道行的反応である
。
しかし、得られた生成物は、一般には、生成物流における硫化水素とオレフィン
系炭化水素との相互反応の結果として少なくともある程度のチオール及び/又は
チオエーテルを含有する。従って、本用細嘗に記載のプロセスに使用する前に原
料を水素化精製あるいは水素化処理して、有Ill賞及び窒素を含有する化合物
を共に少なくとも除去しておくことが、好ましい場合もあるであろう。
前段での水素化脱硝は、モレキュラーシーブ含有触媒で反応器中で行うこともで
きるが、好ましくは別個の反応器の中で行うことができる。別個の水素化脱硝反
応器を用いる時、例えば、NH3のような蒸発し易い軽質ガス生成物を、モレキ
ュラーシーブ含有触媒を内蔵する反応器の前段で除去することが好ましいことも
ある。同一の反応器で水素化処理を行う場合には、活性水素化脱硝触媒の一層あ
るいはそれ以上の層の下流にモレキュラーシーブ含有触媒を配設するものとする
。一本の反応器で行う時には、原料がモレキュラーシーブ含有触媒層に運する前
に原料の有機窒素を10ppm(重量)以下に低)゛させるに十分な水素化処理
条件下に運転することが好ましい。水素化vt硝触媒の量対モレキュラーシーブ
含有触媒の量は、広い縫目で変わり得る。例えば、約0.1対1〜20対1で、
好ましくは少なくとも0.2対1であり、より好ましくは少なくとも0.5対1
である。この比は、(2)原料の有1窟素含有量、0前段水素化処理触媒の水素
化脱硝及び水素化分解活性度、及び(ハ)所望の総括水素化分鮮度のような因子
に支配される。
前段の水素化処理触媒は、水素化脱硝及び水素化分解活性を有する従来的触媒な
ら何でもよい。例えば、参考文献として本明細lに引用されている米国特許第3
.401、125号を参照されたい。一般に、このような水素化触媒は、多孔質
複合剤もしくはアルミナ、シリカ、マグネシアのような無機マトリックス酸化物
で、遷移元素特に元lA周期律表のVIB族又は■族の元素のよう゛な一つ又は
それ以上の水素化成分を含有している。ケミカルラバー社(Chemical
Rubber Company )刊行の化学及び物理便覧(Handbook
of Chemistry and Physics ) $ 45版を参照
のこと。VIBI及び/又は■族又は弛の遷移金属は、金属、酸化物、又は硫化
物として存在可能である。水素化処理触媒は、また金属、酸化物、又は硫化物と
して存在している、燐、チタン及び当技術分野に周知の他の金属のような促進剤
を含有し得る。前段の水素化処理触媒は、シリカアルミノTAN塩成分を含有す
る必要はない。本発明に用いられるのに好適な代表的な前段の水素化処理触媒は
、非晶質シリカ10〜30重量%、非晶質アルミナ20〜40重量%、VIB族
金属酸化物、例えばWO2,15〜30藁鳳%、■族金属酸化物、例えばNi0
15〜15重量%、及び促進剤酸化物、例えばTi022〜15重量%を含有す
る。この水素化処理触媒は、約30〜200オングストロームの範囲の平均細孔
径、及びグラム当たり少なくとも約150平方メートルの表面積を有するのが至
当である。
さて、本発明の改良された方法を、実施例によって説明するものとするが、これ
ら実施例が、請求の範囲を含む本用浦書に記載の本発明を制限するものと解釈し
てはならない。
裏車1
友凰■ユ
A、比較例
水素化脱硝された減圧軽油を、Ni7.7重量%及びW19.41!ffi%含
有のサルファイド化、共ゲル化ニッケルータングステン−シリカ−アルミナ触媒
上にて水素化分解した0条件は、触tJXyA度670’F、反応圧力2200
psio、lR閣空1ialil[(LH5V)1.3、及び−回通過の水素
ff18M5cF/バレルであった。700″F以下の転化率は56!1量%で
あった。因みに、転化率%は、次式で定義される。
液生成物は、次の範囲、つまり、C5−230″F1230−284’F、28
4−482’F、482−698下、及び698T+にて沸騰する留分に蒸留さ
れた。698T−留分の得率は第3図に示されるが、これによると36重量%な
るディーゼル油得率を示す。このディーゼル油留分の分析は以下の第6表に示さ
れるが、+5下なる流動点を示す。
B。
5APO−11を以下に記載のようにII製して、X線回折分析法で同定した。
より特定的には、85%H3P0411・5.6gをH2O59gに添加した。
この溶液に、アルミニウム イソプロキシド([(CH) CHOI3A l
)204.29を緩やかに添加して均一になるまで混合した。H2O8gをルド
ツクス(Ludox ) As−30(30%シリカ水溶液ゾル)60.2SF
へ添加し、この混合物を上記の液に緩やかに添加して均一になるまで=合した0
次に、ジ−n−プロピルアミン45.69を緩やかに添加して、再び均一になる
まで混合した6合成は、オートクレーブにてテフロン瓶の中で150℃にて5日
問かけて行った。
仮焼されたシーブの無水モル組成は、以下の通りであった。
0、2S f 02 : A 1203 : P205このシーブを35%カタ
バル(catapal )アルミナで結合し、1710インチの押出成形品とし
た。この押出成形品を空気中で4時1m250’Fにて乾燥し、次いで450下
で2FR11そして1000″Fで2時l:!l焼成した1次いで重−%Pdを
細孔充填法によって、この押出成形品に担空気中で450下で2時間そして90
0下で2岡間焼成した0次いでこの触媒を24〜42メツシユに粉砕し、750
”F、2200psig、1.0LH3V、 及tF8MSCF/bblなる−
0通過H2aの条件下に上記実施例の原料を水素化分解して沸点700下以下の
転化率44腫量%を得た。生成物の得率を第3図において比較例の触媒の得率と
比較すると、482−698″F沸点のディーゼル油得率は7重量%だけ高いこ
とが示される。このディーゼル油留分の分析は以下の第6表に示されるが、−4
0下なる流動点を示す。
C0
実施例Bの1媒を、750’F、1.3LH5V、2200 o$ia、及び8
M SCF/bblなる一回通過H2量の条件下に実験し、沸点725°F以下
の転化率47重通%を得た。ディーゼル油の終留点(EP)は698″Fから7
25″Fまで伸びたので、ディーゼル油の得率が更に11重量%増加したことに
なった。EPが高くなったにかかわらず、流動点は依然として極めて低かった(
−50下)、このディーゼル油留分の分析は以下の第6表に示される。
第5表
比重、”API 38.2
アニリン点、’F 246.4
硫黄、ppm i、。
窒素、ppH・8
流動点、下 +125
蒸留曲線、ASTM D11601下
5T15 688/732
10/30 751/7B2
EP 1024
第6!!
水素イ税硝!2!!埋減圧軒油の水素化分解によるーイーゼル流分触a N i
/w/S 1o2−A I2O3Pd/5APO−11Pd/5APO−11転
化率、11S% 56/700下 44<700下 47<725下選択性、ツ
ク% 35..8 42.5 53.4全中閤留分への
選択性、mm% 64.7 75,4 77.3流動点、〒 +5 −40 −
50
曇り点、”F +34 −20 −14計算 セタン価 81.7 78.7
78.3蒸溜曲輪、C86、LV%、〒
ST/10・ 4741508 4801510 4811526E P 69
1 690 693
大1目12
SAPO−11を上記実施例1Bにおいてもう一回量調製した。これは、仮焼後
、次の無水モル組成を有していた。
0.4Si02 :Al2O3:P205これを押出成形品に成形し、Pc10
.51flR%を担持し、上記の実施例1Bの触媒と同様に仮焼した0次いでこ
の触媒を用いて、同じ減圧軽油を水素化分解した。ただし、700”F、220
0psio、1.3LH8V、及び8 MSCF/bb Iなる一口通過821
9の条件下に沸点725下以下の転化率60重量%を得た。生成物の得率は、第
7表に示されるが、上記実施例1Cの低い転化率より少し低めのディーゼル油得
率を示している。482−725″Fデイーゼル油の流動点は一55下であった
。
ガフ表
700下、2200psiΩ、1.3LH5V及び8M SCF/bbl 82
なる条件下のPd/5APO−11触媒による水素化脱硝処理減圧軽油の水素化
解の得率
転化率く725下、重飢% 60
生成物 選択性、11FA%
230−284’F 6.2
284−482下 22.4
482−725″F 46.8
流動点、〒 −55
蒸留曲縁、D86、LV%、°F
ST/10 4671522
EP 712
実施例3
SAPO−5を米F5特許第4,440.871号に記載のようにIIIして、
Xa回折分析法で同定した。仮焼シーブの無水モル組成は、以下の通りであった
。
0.2Si02 ;Al2O3:P2O5このシーブをカタパル アルミナとと
もに押し出し成形し、PdO,5!III%を担持し、上記の実施例1の触媒と
同様に仮焼した1次いでこの触媒を用いて、1.3LH3V、2200psia
、及び8M SCF/bblなる一回通1)1211の条件下に同じM圧軽油を
水素化分解した。775″Fにて、沸点725下以下の転化率511i1%を得
た。生成物の得率は、M8表に示される。4−82−725″Fデイ一ゼル油留
分の流動点は+48″Fであった。
第8表
沸点725下以下への転化率51%の峙のPd/5APO−5触媒による水素化
脱硝処 °か の−イー ル油
選択性、IIn% 47.0
流動点、下 +48
曇り点、下 +61
゛ 計算 セタン価 83.1
蒸留曲線、D86、LV%、下
ST/10 4881523
7°O/90 645/669
EP 713
え亙■A
低流動点中間留分を得るための水素化分解における5APOの独特性を更に示す
ために、+100°F流動点詞滑油(第9表)をI LH5V、2200psi
o、及び8M SCF/1)blなる一回通!82最の条件下に+30″F流動
点潤滑油へと脱ろうする次の二つの触媒を試験した。
(2) 35%カタパル アルミナで結合されたZSM−5に、白金0.8Ii
量%を担持した。
(ハ) 35%力タバル アルミツで結合された5APO−11に、白金1.0
更m%を担持した。
第4図の示すところは、ZSM−5触媒は原料を脱ろうするけれども、実質的に
は350−800下液状油を生成せず、ただ大部分C5−350下留分を生成し
ただけであった。一方、5APO−11触媒は、沸点が35o−soo″Fの範
囲の液体を主として生成した。
+100”FH1動点mW!油
比重、”API 34.0
アニリン点、’F 244.0
硫黄、ppg+ 0.4
窒素、pps O,1
流動点、下 +100
粘度、cs、100℃ 6.195
引火点、下 420
P/N/A/S、LV% 25.0/62.1/12.810模 蒸留曲縁、L
V%、
S T / 5 313/77G
70/9G 90Jl/96g
95/ E P 99g/1061
水木化脱るハ便捏浜゛F軒泊の水系化分解lこ対する選択杉生へ゛均
[===コ突Fe1j’J IA*bsJ1.ヲt−H5V、’)oO”FRA
FQすA(ta’*’l672z乏召Pd/5APO−11^虫?某、ILH5
V、7oo”FrA下tyrrJ、L¥斗十%FIG、3゜
97にン〕 9イ多(、fJ?;刀テ、4号ざト国際調査報告
一一一−I^−−拳−a Pc′:lvS εε100055SA 21:i’
ε4
Claims (15)
- 1.炭化水素原料の少なくとも90%が約600°F以上の沸点を有する該原料 を、水素化分解及び異性化することによって、選択的に中間留分炭化木素を製造 する方法において、 (a)SAPO−11及びSAPO−41から成る群から選択されるシリカアル ミノ燐酸塩モレキユラーシープ、及び白金およびパラジユウムから成る群から選 択される少なくとも一つの水素化成分より成る触媒と該炭化水素原料とを水素化 分解条件下に接触させること、及び(o)炭化水素流出物の約40容量%を超え る部分が約300°F以上約725°F以下で沸騰し、そしてO°F以下の流動 点を有している該炭化水素流出油を回収すること、から構成されることを特徴と する、前記方法。
- 2.シリカアルミノ燐酸塩がSAPO−11であることを特徴とする請求の範囲 第1項に記載の方法。
- 3.水素化成分が白金であることを特徴とする請求の範囲第1項及び第2項に記 載の方法。
- 4.水素化成分がパラジユウムであることを特徴とする請求の範囲第1項及び第 2項に記載の方法。
- 5.水素化成分が、モレキユラーシープの重量基準にて0.01%〜10%の範 囲で存在していることを特徴とする請求の範囲第1項に記載の方法。
- 6.該プロセスが、約260℃〜482℃の温度、約200psig〜約300 0Psigの圧力、約0.1時−1〜20時−1の液時間空間速度、及び400 〜15,000標準立方フィート/バーレルの水素循環量にて行われることを特 徴とする請求の範囲第1項に記載の方法。
- 7.該触媒が、更に無機酸化物の支持母体からなることを特徴とする請求の範囲 第1項に記載の方法。
- 8.該支持母体がアルミナであることを特徴とする請求の範囲第7項に記載の方 法。
- 9.該触媒が更にニッケル、コバルト、モリブデン、又はタングステン成分、又 はこれらの金属を組み合わせたものから成ることを特徴とする請求の範囲第1項 に記載の方法。
- 10.該供給原料が、軽油であることを特徴とする請求の範囲第1項に記載の方 法。
- 11.該供給原料が、窒素として計算される、含窒素不純物の含有量約10容量 ppn(重量)以下を有することを特徴とする請求の範囲第1項に記載の方法。
- 12.該炭化水素供給原料が、石油系留出油、溶剤脱れき残油、及びシェールオ イルから成る群から選択されることを特徴とする請求の範囲第1項に記載の方法 。
- 13.転化された製品の50重量%を超える部分が、約300°F以上〜約72 5°Fにて沸騰することを特徴とする請求の範囲第1項に記載の方法。
- 14.該触媒が、炭化水素原料が水素化処理条件下に活性水素化脱硝触媒と接触 される反応領域の下流側に充填されていることを特徴とする請求の範囲第1項に 記載の方法。
- 15.該水素化脱硝触媒が、該触媒と共に−塔の反応器に充填されていることを 特徴とする請求の範囲第14項に記載の方法。
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