WO2007114200A1 - 水素化分解触媒および燃料基材の製造方法 - Google Patents

水素化分解触媒および燃料基材の製造方法 Download PDF

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Definitions

  • the seed composition was stirred for 30 minutes and then allowed to stand at 30 to 35 ° C. for 13 hours for aging to obtain 2.73 7 kg of Y-type zeolite seed (seed).

Abstract

高分解活性、高い中間留分得率および低流動点の燃料基材(中間留分)が得られるパラフィン系炭化水素用水素化分解触媒として、X線回折において111面に現れるピークの強度が30以下であるNaYを原料として得られたUSYゼオライトと周期律表第VIII族の貴金属を含む触媒が提供される。

Description

明 細 書 水素化分解触媒およぴ燃料基材の製造方法
[技術分野]
本発明は、 水素の存在下でパラフィン系炭化水素から燃料基材を製造するため の触媒およびこの触媒を使用した燃料基材の製造方法に関する。
[背景技術]
硫黄分および芳香族炭化水素の含有量が少ない環境対応型液体燃料への要求が 近年急速に高まってきている。 また、 燃料油製造業界においても既に環境対応型 液体燃料の製造方法が検討されている。 その中でワックス等のパラフィン系炭化 水素を触媒存在下で水素化分解して環境対応型液体燃料に転換するプロセスが 1 つの方法として検討されている。
パラフィン系炭化水素の水素化分解プロセスにおいては、 有用な中間留分を高 収率で得ることがプロセスの経済性向上のために特に重要である。 これに加えて 得られる燃料基材 (中間留分) の流動点が低いことも必要である。 即ち、 分解活 性が高く、 中間留分得率も高く、 かつ燃料基材 (中間留分) が低流動点を有する 高性能な水素化分解触媒の開発がプロセスの経済性向上の鍵を握っている。 減圧軽油の水素化分解は既に商業化されており、 数十年の歴史を有する確立し た技術である。 しかしながら、 ノルマルを主成分とするパラフィン系炭化水素の 反応性は減圧軽油と大きく異なり、 減圧軽油の触媒をそのまま転用することが難 しいため、 パラフィン系炭化水素用の高性能触媒の開発を目指して研究開発が現 在精力的に続けられている。 少数ではあるが、 既に特許や報文がある。 例えば、 特許文献 1にはシリカアルミナを含有した担体に白金を担持した触媒が開示され ている。 また、 特許文献 2においては、 U S Yゼォライ トに白金を担持した触媒 を用いてパラフィン系炭化水素の水素化分解を行った研究例がある。
一般にゼォライ トの分解活性は満足する水準にあるものの、 中間留分得率が低 く、 また流動点が十分に低い燃料基材 (中間留分) が得られないという欠点が,あ る。 一方、 シリカアルミナに代表されるアモルファス固体酸触媒は、 中間留分得 率および燃料基材 (中間留分) の流動点は満足すべき高い水準にあるものの、 分 解活性が低い。 即ち、 分解活性、 中間留分得率および燃料基材 (中間留分) の低 流動点の三者を同時に満足する触媒はまだ開発されておらず、 これがパラフィン 系炭化水素の水素化分解プロセスの経済性向上に大きな障害となっている。
( 1 ) 特許文献 1 :特開平 6— 4 1 5 4 9号公報
( 2 ) 特許文献 2 :特開 2 0 0 4— 2 5 5 2 4 1号公報
[発明の開示]
本発明の目的は、 高分解活性、 高い中間留分得率および燃料基材 (中間留分) の低流動点の三者を同時に満足する、 パラフィン系炭化水素から燃料基材を製造 するための触媒およびこの触媒を用いた燃料基材の製造方法を提供することによ りプロセスの経済性をさらに向上させることにある。
本発明者らは鋭意検討した結果、 X線回折において 1 1 1面 (2 0 = 5 . 0〜 6 . 0 ° ) に現れるピーク強度が 3 0以下である N a Yを原料として得られた U S Yゼォライ トを触媒とすることで上述の課題を解決できることを見出し、 本発 明を完成するに至った。
ここでいうピーク強度とは、 2 0 = 4〜 1 2 0 ° に現れるピークの高さの総和 を 1 0 0としたときのピークの高さを示す。
すなわち本発明は、 X線回折において 1 1 1面に現れるピークの強度が 3 0以 下である N a Yを原料として得られた U S Yゼォライトに周期律表第 VIII族の貴 金属を含むことを特徴としたパラフィン系炭化水素用水素化分解触媒に関する。 さらに本発明は、 前記記載の触媒を用いて、 パラフィン系炭化水素を水素化分 解することを特徴とする燃料基材の製造方法に関する。
[発明の効果]
本発明の触媒をパラフィン系炭化水素の水素化分解に使用することにより、 高 分解活性、 高い中間留分得率、 燃料基材 (中間留分) の低流動点の三者を同時に 満足した液状炭化水素を製造することができる。
[発明を実施するための最良の形態] 07 056744 以下に本発明を詳述する。
本発明に用いられる U S Yゼォライトとは、 X線回折において 1 1 1面に現れ るピークの強度が 3◦以下、 好ましくは 2 0〜2 5である N a Yを原料として得 られたものである。 この U S Yゼォライ トのケィバン比 (シリカとアルミナのモ ル比) は通常 2 0〜1 4 0であり、 より好ましくは 3 0〜8 0である。
また、 U S Yゼォライトの平均粒子径は、 1 . 0 μ m以下が好ましく、 0 . 5 μ πι以下がより好ましい。
本発明の水素化分解触媒は、 活性成分として U S Yゼォライ ト単独で用いるこ とができるが、 アモルファス固体酸を含有することで更に性能を向上することが できる。 アモルファス固体酸としては、 シリカアルミナ、 シリカチタニア、 シリ カジルコユア、 アルミナポリアなどが挙げられ、 より好ましくはシリカアルミナ、 シリカジルコユアおよびアルミナポリァの中から選ばれる 1種類以上の固体酸が 挙げられる。
このときの、 触媒中のアモルファス固体酸/ U S Yゼォライトの質量比として は特に制限は無いが 0 . 1〜8 0の範囲であることが好ましく、 1〜6 0がより 好ましい。
触媒の成型の為に使用されるバインダーについては特に制限は無いが、 通常、 アルミナ、 シリカ、 チタニア、 マグネシアが好ましく、 最も好ましくはアルミナ である。 本発明で成型に使用されるバインダーの成型触媒全体に対する割合に特 に制限は無いが、 通常 5〜9 9質量%であり、 好ましくは 2 0〜 9 9質量%であ る。
本発明の触媒における U S Yゼォライトの含有量は、 バインダーを含む成型触 媒全量基準で 0 . 1〜 1 5質量%であることが好ましく、 1〜 1 0質量%である ことがより好ましい。
本発明の触媒は活性成分として周期律表第 VIII族の貴金属を含むことが必要 である。 なお、 活性成分として周期律表第 VIII族の貴金属以外のものを用いた 場合には、 中間留分得率が著しく低下するため本発明の目的を達成することがで きない。
第 VIII族の貴金属としては、 具体的には、 コバルト、 ニッケル、 ロジウム、 パラジウム、 イリジウム、 白金などが挙げられる。 最も好ましくはパラジウムお よび白金である。 これらの貴金属を、 前述の成型体に含浸やイオン交換等の常法 によって担持することにより本発明の触媒を製造することができる。
担持する貴金属は、 必要に応じて 2種以上を適宜組み合わせて使用することが できる。 例えば、 白金とパラジウムの両者を担持して使用することができる。 こ れら貴金属の担持量に特に制限はないが、 通常、 触媒全量基準で 0 . 0 2〜2質 量%である。
本発明においてパラフィン系炭化水素とは、 パラフィン分子の含有率が 7 0モ ル。/。以上の炭化水素を指す。 パラフィン系炭化水素分子の炭素数については特に 制限はないが、 通常、 1 5〜 1 0 0程度のものが用いられる。 本発明の触媒は、 通常ヮックスと称される炭素数 2 0以上のパラフィン系炭化水素の水素化分解に より有効である。
原料となるパラフィン系炭化水素の製法については特に制限はなく、 本発明の 触媒は石油系および合成系の各種パラフィン系炭化水素に適用することができる が、 特に好ましいパラフィン系炭化水素として、 フィッシャー ' トロプシュ合成 により製造されるいわゆる F T—ワックスを挙げることができる。
本発明の触媒の使用にあたっては、 従来の固定床反応装置を使用することがで きる。 反応条件として、 温度は 2 0 0〜4 5 0 °C、 水素圧は 0 . 5〜1 2 M P a、 パラフィン系炭化水素原料の液空間速度は 0 . 1〜 1 0 / hを挙げることができ、 好ましくは温度 2 5 0〜4 0 0 °C、 水素圧は 2 . 0〜8 . O M P a、 パラフィン 系炭化水素原料の液空間速度は 0 . 3〜5 . O Z hである。
以上のような X線回折において 1 1 1面に現れるピークの強度が 3 0以下であ る N a Yを原料として得られた U S Yゼォライ トを含み、 かつ周期律表第 VIII 族の貴金属を含む触媒を、 パラフィン系炭化水素の水素化分解に使用することに より、 高分解活性、 高い中間留分得率、 燃料基材 (中間留分) の低流動点の三者 を同時に満足した液状炭化水素を製造することができる。
[産業上の利用可能性]
本発明の触媒をパラフィン系炭化水素の水素化分解に使用することにより、 高 分解活性、 高い中間留分得率、 燃料基材 (中間留分) の低流動点の三者を同時に 満足した液状炭化水素を製造することができる。 P T/JP2007/056744
[実施例]
以下に実施例及び比較例を挙げ、 本発明を具体的に説明するが、 本発明はこれ らに限定されるものではない。
<実施例 1〉
X線回折において 1 1 1面に現れるピークの強度が 23である N a Y (a) を 原料として得られた US Yゼォライト (a) (ケィパン比が 36、 平均粒子径が 〇. 8 u rn) 70 gとアルミナバインダー 9 30 gから成る直径 1 Z 1 6インチ (約 1. 6 mm) の円柱状担体に、 白金元素として担体の 0. 8質量%となる量 のジクロロテトラアンミン白金 (I I ) の水溶液を含浸した後、 これを 1 20°C で 3時間乾燥おょぴ 500 °Cで 1時間焼成することにより、 触媒を調製した。
ここで、 USYゼォライ ト (a) は、 以下のようにして作製される。
(第 1工程)
N a 20として 1 7. 0質量0 /0と A 1 203として 22. 0質量%を含有するァ ルミン酸ナトリウム水溶液 0. 1 64 k gを、 撹拌しながら 22. 76質量%の 水酸化ナトリゥム水溶液 1. 250 k gに加えた。 この溶液を撹拌しながら、 更 に S i 02の濃度が 24. 0質量%の 3号水硝子 1. 3 24 k gの中に加え、 種 子組成物を得た。 この種子組成物に含まれる各成分の酸化物のモル比を (1) 式 に示す。
16Na 20 - A l 203 ' 1 5 S i 02 - 320Η2Ο · · · ( 1 )
この種子組成物を 30分撹拌した後、 30〜3 5°Cで 1 3時間静置して熟成さ せ、 Y型ゼォライトのシ一ド (種子) 2. 73 7 k gを得た。
(第 2工程)
純水 1 9. 3 8 7 k gに S i〇2の濃度が 24. 0質量%の 3号水硝子 22. 04 3 k gを添加した後、 撹拌して混合し、 更に S i 02の濃度が 3 0. 0質 量%のシリカゲル (触媒化成工業社製 Cataloid SI- 30) を 1 7. 1 60 k g加 え、 よく撹拌して混合した。 これに、 第 1工程で作製したシード 2. 73 7 k g を加え、 次に N a 20として 1 7. 0質量%及び A 1 203として 22. 0質量0 /0 で示されるアルミン酸ナトリウム水溶液 9. 1 09 k gを加え、 均一になるまで P T/JP2007/056744 十分混合し、 室温で 3時間撹拌して熟成し、 反応混合物を得た。 この反応混合物 の組成は、 酸化物モル比で (2) 式のように示される。
2. 9 N a 20 · A 1203 · 9. 0 S i O 2 · 1 50 H 2 O · · · ( 2 )
(第 3工程)
第 2工程で得られた反応混合物をコロイドミルで 5回粉枠した後、 結晶化槽に 移して 9 5°Cで 48時間、 結晶化するまで加温して熟成を行った。 熟成終了後、 結晶化槽內を冷却し、 熟成生成物を取り出し、 濾過、 洗浄、 乾燥を順次行って、 N a Y (a) 約 9 k gを得た。 この N a Y (a) は、 X線回折において 1 1 1面 に現れるピークの強度が 23、 平均粒子径が 0. 8 ^ 111、 結晶化度が 1. 05、 格子定数が 24. 6 7 A、 ケィパン比が 5. 1、 比表面積が 7 25m2// gであ つた。
(第 4工程)
第 3工程で得られた N a Y (a) を、 60 °Cの温水 9リットルに懸濁し、 N a Y (a) に対して等モルの硫酸アンモニゥム 2. 64 k gを加えた後、 30分間 撹拌してイオン交換した。 その後、 母液をろ別し、 イオン交換したゼォライ トを 再度、 硫酸アンモ-ゥム 2. 64 k gを 60°Cの温水 20リ ッ トルに溶解した溶 液でイオン交換した。 これを濾過し、 60°Cの温水 90リットルで洗浄し、 乾燥 を行い、 6 5 %イオン交換された NH4Yを得た。
(第 5工程)
第 4工程で得られた NH 4 Yを回転スチーミング装置に入れ、 飽和水蒸気雰囲 気中で 6 70°Cで 30分間スチーミング焼成し HYを得た。 この HY型ゼォライ トを 6 0°Cの温水 90リツトルに懸濁させ、 これをコロイドミルに通して固まり をほぐした。 次いで、 HYに対して 4倍モル量の硫酸アンモニゥム 1 0. 56 k gを加え、 撹拌しながら 9 0°Cで 1時間イオン交換した後、 これを濾過し、 6 0°Cの温水 90 リ ッ トルで洗浄して、 乾燥し、 90 %イオン交換された NH4Y を得た。 この NH4Yを回転スチーミング装置に入れ、 飽和水蒸気雰囲気中、 7 00°Cで 30分間スチーミング焼成して粗 US Yゼォライトを約 6. 5 k g得た。
(第 6工程)
第 5工程で得られた粗 US Yゼォライ ト 5. 0 k gを水 20リツトルに懸濁し、 これをコロイ ドミルに通して固まりをほぐした。 次いで、 25%硫酸 5. 0 2 7 P T/JP2007/056744 k gを加え、 70°Cで 1時間撹拌してアルミナを除いた。 これを濾過し、 水で洗 浄後、 乾燥して約 1. 5 k gの US Yゼォライ ト (a) を得た。 この US Yゼォ ライ ト (a) は、 結晶化度が 1. 04、 格子定数が 24. 35、 ケィパン比が 3 6、 比表面積が 753 m 2/ gであった。 上記のように調製された触媒 (200m l ) を固定床の流通式反応器に充填し、 パラフィン系炭化水素の水素化分解に用いた。 パラフィン系炭化水素として、 パ ラフィン含量が 95%で 21から 80までの炭素数分布を有する FTワックスを 原料とした。 この時の水素圧は 5MP a、 原料の液空間速度は 2. 0/hであつ た。 沸点 360°C以下の留分を分解生成物とし、 原料に対して 80質量%の分解 生成物が得られる時の反応温度および原料に対する中間留分 (沸点が 145〜3 60°C) 得率、 及び流動点を求めた。 その結果を表 1に示した。 ぐ実施例 2 >
実施例 1記載の U S Yゼォライ ト (a) 70 gとシリカアルミナ粉末 530 g を 400 gのアルミナをバインダ一として成型し、 直径 1/16インチ (約 1. 6mm) の円柱状担体を得た。 この担体に実施例 1と同様の方法で白金を担体の 0. 8質量%となるように担持した。 さらにこれを 120°Cで 3時間乾燥および 500°Cで 1時間焼成することにより、 触媒を調製した。
また、 この触媒を用いて実施例 1と同様に水素化分解を行い、 80質量%の分 解生成物が得られる時の反応温度、 原料に対する中間留分 (沸点が 145〜36 0°C) 得率、 及び流動点を求めた。 その結果を表 1に示した。
<実施例 3 >
実施例 1記載の US Yゼォライト (a) 70 gとアルミナポリア 530 gを 4 00 gのアルミナをバインダーとして成型し、 直径 1ノ 16インチ (約 1. 6 m m) の円柱状担体を得た。 この担体に実施例 1と同様の方法で白金を担体の 0. 8質量。 /0となるように担持した。 さらにこれを 1 20°Cで 3時間乾燥および 50 0°Cで 1時間焼成することにより、 触媒を調製した。
また、 この触媒を用いて実施例 1と同様に水素化分解を行い、 80質量%の分 解生成物が得られる時の反応温度、 原料に対する中間留分 (沸点が 145〜36 0°C) 得率、 及び流動点を求めた。 その結果を表 1に示した。 く実施例 4 >
X線回折において 1 1 1面に現れるピークの強度が 23である N a Y (b) を 原料として得られた US Yゼォライ ト (b) (ケィバン比が 36、 平均粒子径が 0. 4 μ m) 70 gとアルミナポリア 530 gを 400 gのアルミナをバインダ 一として成型し、 直径 1/16インチ (約 1. 6mm) の円柱状担体を得た。 こ の担体に実施例 1と同様の方法で白金を担体の 0. 8質量%となるように担持し た。 さらにこれを 1 20 °Cで 3時間乾燥および 500 °Cで 1時間焼成することに より、 触媒を調製した。
ここで、 N aY (b) は、 実施例 1の第 2工程で得られた反応混合物を、 コロ ィ ドミルに通して 10回繰り返し粗粒子を充分に粉砕したこと以外は実施例 1同 様に調製した。 NaY (b) の性状は、 X線回折において 1 1 1面に現れるピー クの強度が 23、 平均粒子径が 0. 4 μπι、 結晶化度が 1. 04、 格子定数が 2 4. 66 Α、 ケィパン比が 5. 0、 比表面積が 728m2/ gであった。 また、 USYゼォライ ト (b) は、 NaY (b) を使用したこと以外は実施例 1と同様 に調製した。 USYゼォライト (b) の性状は、 結晶化度が 1. 05、 格子定数 が 24. 36、 ケィバン比が 36、 比表面積が 782m2Zgであった。
また、 この触媒を用いて実施例 1と同様に水素化分解を行い、 80質量%の分 解生成物が得られる時の反応温度、 原料に対する中間留分 (沸点が 145〜36 0°C) 得率、 及び流動点を求めた。 その結果を表 1に示した。
<実施例 5 >
実施例 4記載の U SYゼォライ ト (b) 30 gを 970 gのアルミナをバイン ダ一として成型し、 直径 1/16インチ (約 1. 6mm) の円柱状担体を得た。 この担体に実施例 1と同様の方法で白金を担体の 0. 8質量%となるように担持 した。 さらにこれを 1 20。Cで 3時間乾燥および 500 °Cで 1時間焼成すること により、 触媒を調製した。
また、 この触媒を用いて実施例 1と同様に水素化分解を行い、 80質量%の分 解生成物が得られる時の反応温度、 原料に対する中間留分 (沸点が 145〜36 0°C) 得率、 及び流動点を求めた。 その結果を表 1に示した。
<実施例 6 >
実施例 4記載の US Yゼォライト (b) 30 gとアルミナポリア 530 gを 4 40 gのアルミナをパインダ一として成型し、 直径 1/16インチ (約 1. 6 m m) の円柱状担体を得た。 この担体に実施例 1と同様の方法で白金を担体の 0. 8質量%となるように担持した。 さらにこれを 120 °Cで 3時間乾燥および 50 0°Cで 1時間焼成することにより、 触媒を調製した。
また、 この触媒を用いて実施例 1と同様に水素化分解を行い、 80質量%の分 解生成物が得られる時の反応温度、 原料に対する中間留分 (沸点が 145〜36 0°C) 得率、 及び流動点を求めた。 その結果を表 1に示した。 く比較例 1 >
X線回折において 1 1 1面に現れるピークの強度が 37である N a Y (c) を 原料として得られた US Yゼォライ ト (c) (ケィバン比が 37、 平均粒子径が 1. 3 μηι) を用いたこと以外は実施例 1と同様に触媒調製および水素化分解反 応を行い、 80質量%の分解生成物が得られる時の分解温度、 原料に対する中間 留分 (沸点が 145〜360°C) 得率、 及ぴ流動点を求めた。 その結果を表 1に 示した。
ここで、 NaY ( c) は、 実施例 1の第 2工程で得られた反応混合物をコロイ ドミルに 1回通し、 固まりをほぐしたこと以外は実施例 1同様に調製した。 Na Y (c) の性状は、 X線回折において 1 1 1面に現れるピークの強度が 37、 平 均粒子径が 1. 3 111、 結晶化度が1. 05、 格子定数が 24. 66 A、 ケィバ ン比が 5. 1、 比表面積が 72 1 m2, gであった。 また、 USYゼォライ ト (c) は、 NaY (c) を使用したこと以外は実施例 1と同様に調製した。 US Yゼォライ ト (c) の性状は、 結晶化度が 1. 03、 格子定数が 24. 35、 ケ ィバン比が 37、 比表面積が 758m2// gであった。 '
<比較例 2 > T JP2007/056744 比較例 1と同じ U S Yゼォライ ト (c ) を用いたこと以外は実施例 3と同様に 触媒調製および水素化分解反応を行い、 8 0質量。 /0の分解生成物が得られる時の 分解温度、 原料に対する中間留分 (沸点が 1 4 5〜3 6 0 °C) 得率、 及び流動点 を求めた。 その結果を表 1に示した。
<比較例 3〉
比較例 1と同じ U S Yゼォライ ト (c ) を用いたこと以外は実施例 6と同様に 触媒調製および水素化分解反応を行い、 8 0質量。 /0の分解生成物が得られる時の 分解温度、 原料に対する中間留分 (沸点が 1 4 5〜3 6 0 °C) 得率、 及ぴ流動点 を求めた。 その結果を表 1に示した。 表 1から明らかなように、 X線回折において 1 1 1面に現れるピークの強度が 3 0以下である N a Yを原料として得られた U S Yゼォライ トを用いることで、 高い分解活性、 高い中間留分得率および低流動点を同時に満足することがわかる。 さらに、 アモルファス固体酸とを組合わせることがより有効であることがわかる。
表 1
Figure imgf000011_0001

Claims

51-0093 PGT/JP20GV705674WO 2007/114200 PCT/JP2007/056744 請 求 の 範 囲
1. X線回折において 1 1 1面に現れるピークの強度が 30以下である N a Yを原料として得られた U SYゼォライトに周期律表第 VIII族の貴金属を含 むことを特徴とするパラフィン系炭化水素用水素化分解触媒。
2. US Yゼォライ トの平均粒子径が 1. 0 μπι以下であることを特徴 とする請求項 1に記載の触媒。
3. アモルファス固体酸を含むことを特徴とする請求項 1または 2に記 載の触媒。
4. アモルファス固体酸が、 シリカアルミナ、 シリカジルコニァおよび アルミナポリアの中から選択される 1種類以上であることを特徴とする請求項 3 に記載の触媒。
5. US Υゼォライ トの含有量が 0. 1〜1 5質量%であることを特徴 とする請求項 1〜 4のいずれかに記載の触媒。
6. 触媒中のアモルファス固体酸/ US Yゼォライ トの質量比が、 1以 上 60以下であることを特徴とする請求項 3に記載の触媒。
7. X線回折において 1 1 1面に現れるピークの強度が 30以下である N a Yを原料として得られた US Yゼォライトに周期律表第 VIII族の貴金属を含 む触媒を用いて、 パラフィン系炭化水素を水素化分解することを特徴とする燃料 基材の製造方法。
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