説明

ブレンドされたZSM−48触媒を使用した水素処理

ZSM−48触媒のブレンド物を炭化水素原料油の水素処理のために使用する。そのZSM−48触媒のブレンド物には、少なくとも部分的に、非ZSM−48シード結晶を含まず、望ましいモルホロジーを有する、110以下のSiO:Al比を有するZSM−48結晶が含まれる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ZSM−48触媒のブレンド物を含むプロセスに関する。
【背景技術】
【0002】
環境に対する関心が高まる中で、エンジン油およびその他の潤滑用途に配合するための高品質基油の必要性が高くなってきた。基油の品質は、グループIIまたはグループIIIの要件に適合する、基油のための必要事項の影響を強く受ける。そのために、行政による規制および元々の装置製造業者によって提示される粘度指数(VI)、粘度、流動点、および/または揮発性についての要件に適合するような基油を製造するようにとの圧力が存在している。このような、より高い基油品質に対するますます強まる要求に経済的に適合させるには、溶剤精製単独での能力には限界がある。たとえ添加物を使用したとしても、配合された油には、最新型のエンジンでの要件を満たすようなより高い基油品質が要求される。さらに、パラフィンリッチな粗原料の供給にも限度がある。
【0003】
接触脱ろう法は、高品質基油を製造するための溶剤ベースの方法に対する代替法として開発されてきた。脱ろう触媒は、主として異性化によって機能する触媒と、主として水素化分解によって機能する触媒の、2種の異なったメカニズムで機能する。これらの一方のメカニズムを排除して、もう一方のメカニズムだけで機能するような脱ろう触媒は、存在するかもしれないが、ほとんどない。水素化分解による脱ろうは、比較的低品質な原料油の場合に実施することができる。しかしながら、それらの供給原料は典型的には、目標とする基油品質を達成するためにはより過酷な反応条件を必要とし、そのために、基油の収率が低下し、水素化分解によって生成する望ましくない化学種を低減させるためのさらなる処理工程が必要となる。
【0004】
主として異性化によって機能する脱ろう触媒は、ワックス質分子を分岐鎖分子へと転化させる。分岐鎖分子は、VIおよび流動点に関しては望ましい性質を有することができる。ZSM−48はそのような脱ろう触媒の一例である。(特許文献1)に記載されているように、ZSM−48は、ジ四級アンモニウム化合物を規定剤(directing agent)として使用して調製される。規定剤およびシリカ−アルミナ比のいずれもが、結晶モルホロジーに影響を与えうるが、規定剤の選択の方がより強い因子である。ジアミンまたはテトラアミン規定剤を使用した場合、棒状または針状の結晶が生成する。ジ四級アンモニウム規定剤を使用してシリカ:アルミナの比を高くすると、生成するZSM−48は微小板のモルホロジーを有する。(特許文献1)または(特許文献2)に記載された調製方法を使用してシリカ:アルミナの比を低下させていくと、ZSM−48以外の競合する結晶形が生成したり、あるいはそのZSM−48がヘテロ構造のゼオライトシードを含んでいたりするので、結晶純度が大きな問題となってくる。
【0005】
結晶モルホロジーが、特に触媒活性および安定性に関する触媒挙動に影響を与える可能性があることは公知である。さらに、小さなクリスタリット径を有しているのが一般的には望ましいが、その理由は、結晶が小さい程、所定の触媒量あたりの表面積が大きくなるために、より高い活性と安定性に共に有利となるからである。
【0006】
【特許文献1】米国特許第5,075,269号明細書
【特許文献2】米国特許第6,923,949号明細書
【特許文献3】米国特許第5,098,684号明細書
【特許文献4】米国特許第5,198,203号明細書
【特許文献5】米国特許第3,354,078号明細書
【非特許文献1】ジャーナル・オブ・ジ・アメリカン・ケミカル・ソサイエティ(J.Amer.Chem.Soc.)、1992、114、10834
【非特許文献2】ザ・ジャーナル・オブ・キャタリシス(the Journal of Catalysis)、第6巻、527頁(1965)
【非特許文献3】ザ・ジャーナル・オブ・キャタリシス(the Journal of Catalysis)、第6巻、278頁(1966)
【非特許文献4】ザ・ジャーナル・オブ・キャタリシス(the Journal of Catalysis)、第61巻、395頁(1980)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
高純度を有するように製造され、触媒として使用したときに高い活性を有し、しかも好ましいモルホロジーを示すようなZSM−48結晶が得られれば極めて好都合であろう。
【課題を解決するための手段】
【0008】
一つの実施態様においては、炭化水素原料油を脱ろうするための方法が提供される。その方法には、接触脱ろう条件下に原料油をZSM−48触媒のブレンド物と接触させて、脱ろうされた原料油を製造することが含まれるが、そのZSM−48触媒のブレンド物には、
a)70〜110のシリカ:アルミナのモル比を有し、非ZSM−48シード結晶を含まない、第一のタイプのZSM−48結晶、および
b)第二のタイプのZSM−48結晶が含まれるが、
この第一のタイプのZSM−48結晶と第二のタイプのZSM−48結晶は別なものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【0009】
各種の実施態様において、本発明は、2種以上のタイプのZSM−48結晶のブレンド物を含む触媒を含む水素処理方法に関する。本発明は特に、そのZSM−48の少なくとも一部が110未満のSiO:Al比を有し、非ZSM−48シード結晶を含まない新規な高純度タイプのZSM−48である、ZSM−48触媒のブレンド物に関する。この新規なタイプのZSM−48結晶は、他のタイプのZSM−48結晶よりも高い活性を示す。
【0010】
異なった活性を有する2種以上のタイプのZSM−48結晶をブレンドすることによって、プロセスを自由に調節して所望の温度で所望の活性が得られるようにすることが可能となる。このように活性を自由に調節することは、他のタイプの触媒、たとえば他のタイプのゼオライト触媒を導入することによる別な方法では促進される望ましくない副反応を起こすことなく、達成することができる。
【0011】
110未満のSiO:Al比を有する高純度ZSM−48の合成
各種の実施態様において、本発明の方法では複数のタイプのZSM−48結晶(または触媒)のブレンド物を採用する。そのような実施態様においては、そのブレンド物の少なくとも一部には、特定のモルホロジーの110以下のSiO:Al比を有する高純度ZSM−48結晶からなる触媒を含み、その高純度ZSM−48結晶は、非ZSM−48シード結晶を含まない。その高純度ZSM−48結晶はさらに、ZSM−50を含まないのが好ましい。以下に記すように、110以下のSiO:Al比を有する高純度ZSM−48結晶は、他のタイプのZSM−48結晶よりも高い活性を有している。
【0012】
以下の実施態様において、ZSM−48結晶は、有機テンプレートがまだ含まれている「合成したままの(as−synthesized)」結晶、焼成された結晶たとえば、Na形のZSM−48結晶、または焼成されイオン交換された結晶たとえばH形のZSM−48結晶など、各種の用語で記述されるであろう。
【0013】
「非ZSM−48シード結晶を含まない」という用語は、ZSM−48結晶を生成させるために使用される反応混合物が非ZSM−48シード結晶を含まないということを意味している。それに代えて、本発明において合成されるZSM−48結晶は、シード結晶を使用しないか、あるいはシーディングのためのZSM−48シード結晶を用いるか、のいずれかで合成される。ケニヤアイト(Kenyaite)およびZSM−50を含まない」という用語は、ケニヤアイトおよびZSM−50が、たとえ存在したとしても、X線回折法によって検出不能な量でしか存在しないということを意味している。同様にして、本発明による高純度ZSM−48は、その他の非ZSM−48結晶を、そのような他の結晶がやはりX線回折法によって検出不能な量でしか含んでいない。この非検出測定は、ブルカー・AXS(Bruker AXS)製のブルカー・D4・エンデバー(Bruker D4 Endeavor)装置にバンテック−1(Vantec−1)高速検出器を取り付けて実施した。この装置は、応力なしの物質(material without stress)であるケイ素粉体標準(ニスト640B(Nist 640B))を使用して運転した。28.44度2θにおけるこの標準ピークの半値全幅(fwhm)は、0.132である。刻み幅は0.01794度であり、時間/刻みは2.0秒である。2θ走査では、Cuターゲット、35kv、45maを用いた。「繊維状結晶を含まない」および「針状結晶を含まない」という用語は、繊維状および/または針状結晶が、たとえ存在するとしても、走査型電子顕微鏡法(SEM)で検出不能である量でしか存在していないということを意味している。SEMからの顕微鏡写真を使用して、異なったモルホロジーの結晶を区別することができる。本発明の図においては、顕微鏡写真の上に解像度の尺度(1μm)を示している。
【0014】
本発明によるZSM−48結晶のX線回折パターン(XRD)は、ZSM−48によって表されるものである、すなわちそのD間隔および相対強度が純粋なZSM−48のそれらに相当する。XRDは所与のゼオライトを同定するのに使用することが可能であるが、特定のモルホロジーを区別するためには使用できない。たとえば、所与のゼオライトが針状の形状の場合と微小板の形状の場合では、同一の回折パターンが得られる。モルホロジーの違いを区別するためには、解像度がより高い分析手法を使用する必要がある。そのような手法の一例が、走査型電子顕微鏡法(SEM)である。SEMからの顕微鏡写真を使用して、異なったモルホロジーの結晶を区別することができる。
【0015】
構造規定剤を除去した後のZSM−48結晶は、特定なモルホロジーと、次の一般式で表されるモル組成を有している:
(n)SiO:Al
ここで、nは70〜110、好ましくは80〜100、より好ましくは85〜95である。また別な実施態様においては、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。さらに別な実施態様においては、nは、110以下、または100以下、または95以下である。さらに他の実施態様においては、SiがGeによって置換されていてもよく、またAlがGa、B、Fe、Ti、V、およびZrによって置換されていてもよい。
【0016】
ZSM−48結晶の合成したままの形態は、シリカ、アルミナ、塩基、およびヘキサメトニウム塩規定剤を有する混合物から調製される。一つの実施態様においては、混合物中の構造規定剤: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。また別な実施態様においては、混合物中の構造規定剤: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。さらに別な実施態様においては、合物中の構造規定剤:シリカのモル比は、0.015〜0.025、好ましくは0.016〜0.022である。一つの実施態様においては、ZSM−48結晶の合成したままの形態は、70〜110のシリカ:アルミナのモル比を有している。さらに別な実施態様においては、ZSM−48結晶の合成したままの形態は、少なくとも70、または少なくとも80、または少なくとも85のシリカ:アルミナのモル比を有している。さらに別な実施態様においては、ZSM−48結晶の合成したままの形態は、110以下、または100以下、または95以下のシリカ:アルミナのモル比を有している。各種所定のZSM−48結晶の合成したままの形態の調製の場合、そのモル組成には、シリカ、アルミナおよび規定剤が含まれる。ZSM−48結晶の合成したままの形態は、その合成したままの形態を調製するのに使用した反応混合物の反応剤のモル比からは少し異なったモル比を有している可能性があることに注意されたい。そのような結果は、(反応混合物から)形成される結晶の中に、その反応混合物の反応剤の100%が完全に組み入れられる訳ではないということが原因となって起こりうる。
【0017】
焼成された形態または合成したままの形態のいずれでも、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いてもよい小さな結晶の塊状物を形成する。それらの小さな結晶が一般に望ましいが、その理由は、より高い活性となるからである。結晶が小さくなるということは表面積が大きくなるということを意味しており、それによって、所定の触媒量あたりで、より多数の活性触媒部位が得られる。焼成された形態または合成したままの形態のいずれにおいても、ZSM−48結晶が、繊維状結晶を含まないモルホロジーを有しているのが好ましい。繊維状という用語は、10/1を超えるL/D比を有する結晶を意味しているが、ここでLおよびDは、その結晶の長さと直径を表している。また別な実施態様においては、焼成された形態または合成したままの形態のいずれにおいても、そのZSM−48結晶が針状結晶を小量含むか、あるいは含まない。針状という用語は、10/1未満、好ましくは5/1未満、より好ましくは(3/1)と(5/1)との間のL/Dを有する結晶を意味している。SEMから、本明細書に記載の方法に従って調製した結晶は、繊維状または針状のモルホロジーを有する結晶は検出不能であることが判る。このモルホロジー単独、あるいはシリカ:アルミナの比の低いことが組み合わさって、高い活性と共に望ましい環境特性を有する触媒が得られる。
【0018】
それらのZSM−48組成物は、シリカもしくはシリケート塩、アルミナもしくは可溶性アルミネート塩、塩基、および規定剤を含む水性反応混合物から調製される。所望の結晶モルホロジーを達成するためには、反応混合物内の反応剤が以下のモル比を有している:
SiO:Al=70〜110
O:SiO=1〜500
OH:SiO=0.1〜0.3
OH:SiO(好ましくは)=0.14〜0.18
テンプレート:SiO=0.01〜0.05
テンプレート:SiO(好ましくは)=0.015〜0.025
【0019】
上述の比において、塩基:シリカの比および構造規定剤:シリカの比のいずれについても、2種の範囲を与えている。それらの比率においてより広い範囲には、幾分かの量のケニヤアイトを含むか、および/または針状モルホロジーを有するZSM−48結晶が生成した結果の混合物が含まれている。ケニヤアイトおよび/または針状モルホロジーが望ましくないような場合には、好ましい方の範囲を使用すべきであって、これについては後の実施例において説明する。
【0020】
シリカ源は沈降シリカが好ましいが、それはデグサ(Degussa)から市販されている。その他のシリカ源としては、粉体化シリカたとえばゼオシル(Zeosil)(登録商標)のような沈降シリカ、ならびにシリカゲル、ケイ酸コロイダルシリカたとえばルドックス(Ludox)(登録商標)または溶解シリカ(dissolved silica)が挙げられる。塩基の存在下でそれらのその他のシリカ源は、シリケートを形成することができる。アルミナは、可溶性塩、好ましくはナトリウム塩の形態であってよく、US・アルミネート(US Aluminate)から市販されている。その他好適なアルミニウム源としては、その他のアルミニウム塩たとえば塩化物、アルミニウムアルコラートまたは水和アルミナたとえば、ガンマアルミナ、プソイドベーマイト、およびコロイダルアルミナが挙げられる。金属酸化物を溶解させるために使用される塩基は、いかなるアルカリ金属水酸化物であってもよいが、好ましくは水酸化ナトリウムもしくは水酸化カリウム、水酸化アンモニウム、ジ四級水酸化物(diquaternary hydroxide)などである。規定剤は、ヘキサメトニウム塩たとえば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である。(塩化物以外の)アニオンとしては、その他のアニオンたとえば、水酸化物、硝酸塩、硫酸塩、その他のハライドなどが挙げられる。二塩化ヘキサメトニウムは、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ジクロリドである。
【0021】
ZSM−48結晶の合成においては、シリケート塩、アルミネート塩、塩基および規定剤を含む反応剤を、上述の割合で水と混合し、撹拌しながら100〜250℃で加熱する。結晶は反応剤から生成させてもよく、あるいはそれに代わる方法として、ZSM−48シード結晶をその反応混合物に添加してもよい。ZSM−48シード結晶は、結晶の生成速度を上昇させるために添加してよいが、それ以外では、結晶モルホロジーに影響することはない。その調製法には、他の非ZSM−48タイプのシード結晶たとえばゼオライトベータは含まれない。そのZSM−48結晶を、通常は濾過および脱イオン水を用いた洗浄により精製する。
【0022】
一つの実施態様においては、本発明における合成法から得られる結晶は、非ZSM−48シード結晶を含まず、またZSM−50も含まない組成物である。そのZSM−48結晶がケニヤアイトを小量しか含まないのが好ましい。一つの実施態様においては、ケニヤアイトの量を、5%以下、または2%以下、または1%以下とすることができる。それに代わる実施態様においては、そのZSM−48結晶がケニヤアイトを含まないようにすることができる。
【0023】
一つの実施態様においては、本発明における合成法により得られる結晶が、繊維状モルホロジーを含まないモルホロジーを有する。繊維状のモルホロジーは望ましいものではないが、その理由は、この結晶モルホロジーがZSM−48の接触脱ろう活性を抑制するからである。また別な実施態様においては、本発明における合成により得られる結晶が、低パーセントの針状モルホロジーを含むモルホロジーを有する。ZSM−48結晶中に存在する針状モルホロジーの量は、10%以下、または5%以下、または1%以下とすることができる。それに代わる実施態様においては、そのZSM−48結晶が針状のモルホロジーを含まないようにすることができる。ある種の用途では針状結晶の含量が低いのが好ましいが、その理由は、ある種のタイプの反応においては、針状結晶がZSM−48の活性を低下させると考えられるからである。所望のモルホロジーを高純度で得るためには、本発明の実施態様における反応混合物中のシリカ:アルミナ、塩基:シリカ、および規定剤:シリカに比率を採用するべきである。さらに、ケニヤアイトを含まないおよび/または針状モルホロジーを含まない組成物が望ましい場合には、好適とされる範囲で使用するべきである。
【0024】
(特許文献2)によれば、ヘテロ構造の、非ZSM−48シーディングが、150:1未満のシリカ:アルミナの比を有するZSM−48結晶を調製するために使用されている。(特許文献2)によれば、50:1以下に下げたシリカ:アルミナの比を有する純粋なZSM−48の調製は、たとえばゼオライトベータシードのようなヘテロ構造のシードの使用に依存している。
【0025】
ヘテロ構造のシード結晶を使用しない場合には、シリカ:アルミナの比を徐々に下げながらZSM−48を合成してゆくと、不純物であるZSM−50の生成がより大きな問題となる。典型的には規定剤:シリカの比が約0.025より大きいと、典型的には、針状結晶を含む混合相凝集物が得られる。規定剤:シリカの比が約0.022以下であるのが好ましい。規定剤:シリカの比が約0.015より低いと、ケニヤアイトを含む生成物が生成しはじめる。ケニヤアイトは非晶質の層状シリケートであって、天然クレーの一形態である。それは、ゼオライトタイプの活性は示さない。その代りに、原料油がZSM−48に暴露されるような場合に典型的に存在する反応条件の存在下では比較的に不活性である。したがって、ZSM−48サンプルの中におけるケニヤアイトの存在がある種の用途では許容されはするものの、ケニヤアイトが存在すると、ZSM−48の総合的な活性が低下する傾向がある。形成される結晶のモルホロジー、さらには形成される結晶の純度にとっては、水酸化物:シリカ(または他の塩基:シリカ)の比およびシリカ:アルミナの比もまた重要である。シリカ:アルミナの比はさらに、触媒活性にとっても重要である。塩基:シリカの比は、ケニヤアイトの形成に影響する因子である。ヘキサメトニウム規定剤の使用は、繊維状物質を含まない生成物を得るための因子である。針状モルホロジーの生成は、シリカ:アルミナの比および構造規定剤:シリカの比の関数である。
【0026】
合成したままのZSM−48結晶は、少なくとも部分的に乾燥させてから、使用したり、さらなる処理にかけたりするべきである。乾燥は、100〜400℃、好ましくは100〜250℃の温度で加熱することにより実施してもよい。圧力は大気圧であっても、大気圧以下であってもよい。乾燥を部分真空条件下で実施する場合、その温度は大気圧の場合よりも低くしてよい。
【0027】
触媒は典型的には、バインダーまたはマトリックス物質と組み合わせてから使用する。バインダーは、所望の使用温度に耐えることができ、摩滅抵抗性のあるものである。バインダーは触媒活性を有していても、不活性であってもよく、他のゼオライト、他の無機物質たとえばクレー、および金属酸化物たとえばアルミナ、シリカおよびシリカ−アルミナなどが挙げられる。クレーは、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よく、それらは市販されている。それらが他の物質たとえばシリケートとブレンドされていてもよい。シリカ−アルミナ以外のその他の多孔質マトリックス物質としては、その他の二元系物質、たとえばシリカ−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、さらには三元系物質、たとえばシリカ−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−ジルコニアが挙げられる。そのマトリックスが共ゲル(co−gel)の形態であってもよい。結合されるZSM−48は、結合されたZSM−48を基準にして、10〜100重量%ZSM−48の範囲とすることができるが、その残りはバインダーである。
【0028】
触媒の一部としてのZSM−48結晶は、金属水素添加成分と共に使用してもよい。金属水素添加成分は、第1〜18族を有するIUPACシステムを基準にした周期律表の第6〜12族、好ましくは第6族および第8〜10族からのものであってよい。そのような金属の例としては、Ni、Mo、Co、W、Mn、Cu、Zn、Ru、PtまたはPd、好ましくはPtまたはPdが挙げられる。水素添加金属の混合物を使用してもよく、そのようなものとしては、Co/Mo、Ni/Mo、Ni/W、およびPt/Pd、好ましくはPt/Pdが挙げられる。1種または複数の水素添加金属の量は、触媒を基準にして0.1〜5重量%の範囲とするのがよい。ZSM−48触媒の上に金属を担持させる方法は周知であり、たとえば、ZSM−48触媒に水素添加成分の金属塩を含浸させ、加熱する。水素添加金属を含むZSM−48触媒は、スルフィド化させてから使用してもよい。さらに、触媒を水蒸気処理してから使用することも可能である。
【0029】
上述の実施態様に従って製造された高純度ZSM−48結晶は、比較的に低いシリカ:アルミナの比を有している。このようにシリカ:アルミナの比が低いということは、本発明の触媒の酸性が高いということを意味している。このように酸性度が高くなったにもかかわらず、それらは優れた活性および選択性、さらには優れた収率を有している。それらはさらに、結晶形から健康面への影響観点からの環境的な利点を有しており、またその結晶サイズが小さいために触媒活性的にも有利である。
【0030】
上述の実施態様に加えて、さらにまた別の実施態様においては、本発明は、70〜110のシリカ:アルミナのモル比を有する高純度ZSM−48組成物に関し、そのZSM−48は、非ZSM−48シード結晶および繊維状結晶を含まない。そのZSM−48結晶はさらに、針状結晶の含量が低いか、または含んでいないのが好ましい。また別な実施態様は、合成したままの形態で70〜110のシリカ:アルミナのモル比を有するZSM−48を含み、0.01〜0.05、好ましくは0.015〜0.025のヘキサメトニウム:シリカのモル比でヘキサメトニウム規定剤を含む反応混合物から形成された、ZSM−48結晶に関する。この実施態様においては、その合成したままのZSM−48結晶は、非ZSM−48シード結晶および繊維状結晶を含まない。そのZSM−48結晶はさらに、針状結晶の含量が低いか、または針状結晶を含んでいないのが好ましい。
【0031】
さらに他の実施態様においては、合成したままのZSM−48結晶を焼成し、それによって、ヘキサメトニウム構造規定剤を除去して、高純度のNa形のZSM−48を形成させる。このNa形のZSM−48をさらにイオン交換させて、H形のZSM−48を形成させることも可能である。さらに別な実施態様においては、ZSM−48結晶の合成したままの形態または焼成したZSM−48(Na形またはH形)を、バインダーおよび水素添加金属の少なくとも1種と組み合わせる。
【0032】
さらに別な実施態様においては、本発明はZSM−48結晶を製造するための方法にも関し、その方法は、シリカもしくはシリケート塩、アルミナもしくはアルミネート塩、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する工程であって、ここでその混合物が、シリカ:アルミナが70〜110、塩基:シリカが0.1〜0.3、好ましくは0.14〜0.18、そしてヘキサメトニウム塩:シリカが0.01〜0.05、好ましくは0.015〜0.025のモル比を有する、工程と、撹拌しながらその混合物を、結晶を生成させるのに充分な温度と時間加熱する工程とを含む。場合によっては、ZSM−48のシード結晶をその反応混合物に添加することもできる。上述の手順により、合成したままのZSM−48結晶が得られ、それにはヘキサメトニウム構造規定剤が含まれている。
【0033】
ZSM−48触媒を使用した水素処理
ZSM−48触媒は、炭化水素原料油のための脱ろう触媒として有用である。好適な原料油は、潤滑油の基油である。そのような原料油は、潤滑油範囲で沸騰する、典型的にはASTM D86またはASTM D2887により測定した10%蒸留点が650゜F(343℃)より高い、鉱物質または合成の供給源から誘導されるワックス含有供給原料である。それらの供給原料は、各種の供給源から誘導することができるが、そのような供給源としては、溶剤精製プロセスから誘導される油たとえばラフィネート、部分溶剤脱ろう油、脱アスファルト油、留出液、減圧ガスオイル、コーカーガスオイル、スラックワックス、フーツ油など、ならびにフィシャー・トロプシュ・ワックスが挙げられる。好適な供給原料は、スラックワックスおよびフィシャー・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、炭化水素供給原料から溶剤またはプロパン脱ろうにより誘導される。スラックワックスにはいくらかの残油が含まれていて、典型的には脱油される。フーツ油は、脱油されたスラックワックスから誘導される。フィシャー・トロプシュ・ワックスはフィシャー・トロプシュ合成プロセスにより調製される。
【0034】
原料油には、窒素夾雑物および硫黄夾雑物が高い含量で含まれていてもよい。供給原料を基準にして0.2重量%までの窒素および3.0重量%までの硫黄を含む供給原料は、本発明の方法において処理することが可能である。硫黄含量および窒素含量はそれぞれ、標準ASTM試験法D5453およびD4629により測定することができる。
【0035】
原料油を水素化処理した後に、脱ろうさせてもよい。水素化処理をする場合、その触媒は水素化処理のために有効なものであって、たとえば(第1〜18族を有するIUPAC周期律表フォーマットに基づいて)第6族金属、第8〜10族金属、およびそれらの混合物を含む触媒である。好適な金属としては、ニッケル、タングステン、モリブデン、コバルト、およびそれらの混合物が挙げられる。それらの金属または金属の混合物は典型的には、耐熱性金属酸化物担体上に酸化物または硫化物として存在させる。金属の混合物はバルクの金属触媒として存在させてもよいが、その場合、その金属の量は触媒を基準にして30重量%以上である。好適な金属酸化物担体としては、酸化物たとえばシリカ、アルミナ、シリカ−アルミナ、またはチタニア、好ましくはアルミナが挙げられる。好適なアルミナは、たとえばガンマまたはイータの多孔質アルミナである。金属の量は、個別または混合物中のいずれの場合でも、触媒を基準にして約0.5〜35重量%の範囲である。第9〜10族金属と第6族金属との好適な混合物の場合においては、その第9〜10族金属を触媒を基準にして0.5〜5重量%の量で、そして第6族金属を5〜30重量%の量で存在させる。それらの金属の量は、個々の金属についてASTMにより規定された方法によって測定してもよいが、そのような方法としては原子吸光スペクトル法または誘導結合プラズマ発光分光分析法が挙げられる。
【0036】
水素化処理条件を挙げれば、温度が426℃まで、好ましくは150〜400℃、より好ましくは200〜350℃、水素分圧が1480〜20786kPa(200〜3000psig)、好ましくは2859〜13891kPa(400〜2000psig)、空間速度が0.1〜10時−1、好ましくは0.1〜5時−1、そして水素対供給原料比が、89〜1780m/m(500〜10000scf/B)、好ましくは178〜890m/mである。
【0037】
脱ろう条件を挙げれば、温度が426℃まで、好ましくは250〜400℃、より好ましくは275〜350℃、圧力が791〜20786kPa(100〜3000psig)、好ましくは1480〜17339kPa(200〜2500psig)、液時空間速度が0.1〜10時−1、好ましくは0.1〜5時−1、そして水素処理ガス速度が45〜1780m/m(250〜10000scf/B)、好ましくは89〜890m/m(500〜5000scf/B)である。
【0038】
脱ろうされた基油を水素化精製してもよい。製品品質を所望の規格に調節する目的で、脱ろうから得られた生成物を水素化精製するのが望ましい。水素化精製とは、各種の潤滑油範囲のオレフィンおよび残存芳香族化合物を飽和させ、さらには各種の残存ヘテロ原子および色相体(color bodies)を除去することを目的とした、マイルド水素化処理の一形態である。脱ろう後の水素化精製は通常、脱ろう工程にカスケードさせた形で実施される。一般的には、水素化精製は、約150℃〜350℃、好ましくは180℃〜250℃の温度で実施される。全圧は典型的には、2859〜20786kPa(約400〜3000psig)である。液時空間速度は、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。
【0039】
水素化精製触媒は、(第1〜18族を有するIUPAC周期律表フォーマットを基準にして)第6族金属、第8〜10族金属、およびそれらの混合物を含むものである。好適な金属としては、少なくとも1種の、強力な水素添加機能を有する貴金属、特に白金、パラジウムおよびそれらの混合物が挙げられる。金属の混合物はバルクの金属触媒として存在させてもよいが、その場合、その金属の量は触媒を基準にして30重量%以上である。好適な金属酸化物担体としては、低酸性の酸化物たとえばシリカ、アルミナ、シリカ−アルミナ、またはチタニア、好ましくはアルミナが挙げられる。芳香族化合物を飽和させるための好適な水素化精製触媒には、多孔質担体の上で比較的強い水素添加機能を有する少なくとも1種の金属が含まれるであろう。典型的な担体物質としては、非晶質または結晶質の酸化物物質たとえば、アルミナ、シリカ、およびシリカ−アルミナが挙げられる。触媒の金属含量は多くの場合、多くても、非貴金属の場合で約20重量パーセントである。貴金属は通常、約1重量%以下の量で存在させる。好適な水素化精製触媒は、触媒のM41Sクラスまたはファミリーに属するメソ細孔性物質である。触媒のM41Sファミリーは、高いシリカ含量を有するメソ細孔性物質であって、その調製法については(非特許文献1)の中にさらに詳しい説明がある。例を挙げれば、MCM−41、MCM−48、およびMCM−50などがある。メソ細孔性とは、15〜100オングストロームの細孔径を有する触媒を指している。このクラスで好適なものはMCM−41であるが、その調製法については、(特許文献3)に記載がある。MCM−41は、無機で、多孔質で、非層状の相であって、均質な孔径の細孔が六角に配置されている(hexagonal arrangement)。MCM−41の物理的な構造は、麦わらを束ねたようなものであって、その麦わらの開口(細孔の気泡直径)が15〜100オングストロームの範囲である。MCM−48は六方対称を有しており、たとえば(特許文献4)に記載されているが、それに対してMCM−50は層状の構造を有している。MCM−41は、メソ細孔性の範囲内で各種の大きさの細孔開口を持つように製造することができる。それらのメソ細孔性物質が金属水素添加成分を担持していてもよいが、それらは第8族、第9族、または第10族の金属の少なくとも1種である。好適なのは、貴金属特に第10族貴金属、最も好ましくはPt、Pdまたはそれらの混合物である。
【0040】
ZSM−48触媒ブレンド物を用いた水素処理
図6に、原料油が所望の流動点に達するようにするための、2種の異なったタイプのZSM−48触媒の活性を示している。上側の曲線は、処理された供給原料の370℃+フラクションが所望の流動点に達するようにするための、約200のSiO:Al比を有するZSM−48結晶を含む触媒で必要とされる反応温度を示している。下側の曲線は、110未満のSiO:Al比を有する高純度ZSM−48結晶を含む触媒の場合についての、同一の関係を示している。図6から判るように、より低いSiO:Al比を有する結晶を含むZSM−48触媒は、より高いSiO:Al比を有する結晶を含むZSM−48触媒よりは、約10℃低い温度で同一の流動点に達することができる。
【0041】
より一般的には、110未満のSiO:Al比を有する高純度ZSM−48結晶は、同じ反応温度では、他のタイプのZSM−48結晶に比較して、高い活性を有している。あるいは、原料油を処理して所望の生成物特性を得るために必要な処理温度は、110以下のSiO:Al比を有する高純度ZSM−48結晶を含む触媒の方が、他のタイプのZSM−48結晶を含む触媒に比較して、より低い。各種の実施態様において、所望の生成物特性(たとえば流動点)を達成するための、110以下のSiO:Al比を有する高純度ZSM−48を含む触媒と、他のタイプのZSM−48触媒との間の温度差を、少なくとも5℃、または少なくとも10℃、または少なくとも20℃、または少なくとも30℃とすることができる。
【0042】
一つの実施態様においては、本発明におけるZSM−48ブレンド物に使用される2種以上のタイプのZSM−48結晶は、ZSM−48のタイプの一つまたは複数の特性に基づいて、異なった活性を有することができる。活性における差をもたらす一つの特性は、ZSM−48中における非ZSM−48シード結晶の存在である。活性における差をもたらすもう一つの特性は、それらの結晶のモルホロジーである。たとえば、繊維状モルホロジーを有する結晶は、他のタイプの結晶よりも反応性が低いと考えられる。いくつかの実施態様においては、針状モルホロジーが存在していても活性に差がでてくる可能性がある。さらに他の特性は、不純物たとえばケニヤアイトの存在である。さらに別な特性は、その結晶タイプのSiO:Al比である。SiO:Al比が約110未満の結晶は、SiO:Al比が約110を超える結晶よりも高い活性を有している。
【0043】
各種のタイプのZSM−48結晶の間での活性の違いは、各種の方法で利用することができる。たとえば、所望の結果を得るために必要な反応温度を下げれば、水素処理触媒の寿命を延ばすことになる。このことは、コスト低減に直接寄与することができるが、その理由は、ZSM−48触媒をより低い処理温度に暴露させるということはその触媒の寿命を延長する(別の言い方をすれば、触媒の交換までの期間を長くする)ことになるからである
【0044】
また別の潜在的な利点は、温度対収率を所望の位置に合わせられるように、ZSM−48触媒のブレンド物の活性を調節することが可能となることである。処理温度を低くすることによって触媒寿命を延ばすことが可能ではあるが、いくつかの既存の処理機器構成では、ZSM−48のような水素処理触媒が採用される反応器の中の最低温度が決められている。たとえば、いくつかの潤滑油処理設備では、脱ろう反応器と水素化精製反応器との間に、中間加熱が存在していない。脱ろう反応器中の温度が低すぎたり、および/または脱ろう反応器と水素化精製反応器との間での熱損失が大きすぎたりした場合、水素化精製反応器に入る脱ろうされた生成物が、効果的な水素化精製をするには充分な温度となっていないこともあるであろう。ZSM−48触媒のブレンド物を使用して、その反応器に必要とされる最低温度に対応するようなブレンドされた触媒組成物を製造することが可能である。このことによって、反応器における必要性に合わせて特殊な触媒を合成しなければならないということとは対照的に、標準化された触媒配合を用いてそのプロセスを最適化することが可能となる。
【0045】
また別な例においては、ZSM−48触媒のブレンド物を使用することによって、単一の反応器中でのカスケード反応を含めたプロセスのための所望の温度に対して、所望の活性を適合させることが可能となる。一つの典型的な水素化処理プロセスでは、原料油を、水素化脱硫工程、次いで脱ろう工程、次いで水素化精製工程にかける。これらの反応をたとえば単一の反応器の中で統合することができれば望ましい。複数の水素処理工程がカスケード的に実施されるような場合においては、そのカスケードされる工程の間での温度の大きな変化を維持することは困難なこととなりうる。ZSM−48触媒は、そのような統合的な水素処理方式における脱ろう触媒として使用するのに好適な触媒である。ZSM−48触媒のブレンド物を使用することによって、収率と操作温度の所望の組合せを選択して、そのブレンドされたZSM−48触媒を含む水素処理工程の前後の工程との間での温度差を減少または最小化させることが可能となる。
【0046】
ZSM−48のブレンド物を使用すれば触媒系の活性を意のままにできるので、ZSM−48を、他のタイプの触媒たとえば他のタイプのゼオライトとブレンドして使用する場合よりも、有利となる。ZSM−48は、主として、長鎖分子を異性化させて鎖の中に分岐を導入することにより機能する選択的な脱ろう触媒である。このことは、主として長鎖分子を分解させてより短い鎖とするように機能する多くの他のタイプのゼオライト触媒、たとえばZSM−5、ZSM−11、USYゼオライト、およびモルデナイトとは対照的である。ZSM−48は分解反応はあまり進めないので、原料油の水素処理(たとえば脱ろう)において、原料油の、より低分子で軽質な成分への転化による損失量を減少または最低限に抑制しながら、ZSM−48を使用することができる。ZSM−48のブレンド物を使用して、所望の収率曲線に合わせるように触媒の性能を調節することによって、望ましくない副反応(たとえば分解)の量を増大させる可能性がある触媒の使用を回避することが可能となる。
【0047】
一つの実施態様においては、上述のような110未満のSiO:Al比を有するZSM−48結晶を、各種の他のタイプのZSM−48結晶と組み合わせることもできる。たとえば、110未満のSiO:Al比を有する上述のようなZSM−48結晶を、110を超えるSiO:Al比を有するZSM−48結晶、たとえば150を超える、または200を超えるSiO:Al比を有するZSM−48結晶とブレンドすることができる。あるいは、上述のような110以下のSiO:Al比を有するZSM−48結晶を、非ZSM−48シード結晶を含むZSM−48結晶とブレンドすることも可能である。さらに別な実施態様においては、110以下のSiO:Al比を有するZSM−48結晶を、部分的には、より望ましくないモルホロジーの形態であるZSM−48結晶とブレンドすることもできる。部分的には、より望ましくないモルホロジーであるZSM−48結晶としては、少なくとも部分的に繊維状モルホロジーであるようなZSM−48結晶を挙げることができる。あるいは、より望ましくないモルホロジーであるZSM−48結晶としては、高純度ZSM−48結晶よりも高いパーセンテージの、たとえば少なくとも1%、または少なくとも2%、または少なくとも5%、または少なくとも10%の結晶が針状モルホロジーであるような針状モルホロジーを有する、ZSM−48結晶が挙げられる。さらに別な実施態様においては、約110未満のSiO:Al比を有する高純度ZSM−48結晶を、高純度ZSM−48結晶よりも高いパーセンテージで、たとえば少なくとも1%、または少なくとも2%、または少なくとも5%、または少なくとも10%の、ケニヤアイトを含むZSM−48とブレンドすることもできる。
【0048】
一つの実施態様においては、110以下のSiO:Al比を有する高純度ZSM−48結晶は、100以下、または90以下、または80以下のSiO:Al比を有しているのが好ましい。あるいは、その高純度ZSM−48結晶のSiO:Al比が、70以上、または80以上とすることもできる。
【0049】
各種の実施態様において、異なったタイプのZSM−48結晶は、各種都合のよい方法で共にブレンドすることができる。たとえば、上述のように110以下のSiO:Al比を有するZSM−48結晶を他のタイプのZSM−48結晶と共にブレンドしてから、それらの結晶を触媒の中に配合することもできる。あるいは、2種以上のタイプのZSM−48結晶を独立して触媒の中に配合し、その配合された触媒を共にブレンドすることもできる。
【0050】
ZSM−48触媒のブレンド物には2種以上のタイプのZSM−48結晶が含まれていてよい。そのブレンド物の中におけるそれぞれのタイプのZSM−48結晶の量は、各種適切なあるいは都合のよい量であってよい。一つの実施態様においては、110以下のSiO:Al比を有する高純度ZSM−48結晶の量は、そのブレンド物中のZSM−48結晶の、少なくとも10%、または少なくとも25%、または少なくとも50%、または少なくとも75%、または少なくとも90%、または少なくとも95%である。あるいは、110以下のSiO:Al比を有する高純度ZSM−48結晶の量は、そのブレンド物中のZSM−48結晶の、99%以下、または95%以下、または90%以下、または75%以下、または50%以下である。
【0051】
さらに別な実施態様においては、原料油を脱ろうさせるために、異なったタイプのZSM−48の積み重ね層を使用することもできる。多くの実施態様においては、ZSM−48の積み重ね層は、ZSM−48のブレンド物と同様の性能を示すことができる。
【0052】
一つの実施態様においては、ZSM−48の積み重ね層を使用して、硫黄および/または窒素レベルの高い原料油を多段脱ろうさせることができる。活性がより高いために、その110以下のSiO:Al比を有する高純度ZSM−48は、原料油と接触する第一の触媒層で使用することができる。ZSM−48の第一の層との接触によって、硫黄化学種および窒素化学種の幾分かが、HSおよびNHに転化され、そのことが、後に続く触媒層の活性を改良することになる。次いで、他のタイプのZSM−48を第二の触媒層に配置することも可能である。それらのZSM−48のタイプの間に活性の差があるために、両方の触媒層を同一の温度で運転することも可能である。
【0053】
以下の実施例を用いて本発明をさらに詳しく説明する。
【実施例】
【0054】
実施例1
1200gの水、40gの塩化ヘキサメトニウム(56%溶液)、228gのウルトラシル・PM(Ultrasil PM)(沈降シリカ粉体、デグサ(Degussa)製)、12gのアルミン酸ナトリウム溶液(45%)、および40gの50%水酸化ナトリウム溶液から、混合物を調製した。その混合物は下記のモル組成を有していた:
SiO/Al=106
O/SiO=20.15
OH/SiO=0.17
Na/SiO=0.17
テンプレート/SiO=0.023
【0055】
その混合物を、2リットルのオートクレーブ中250RPMで撹拌しながら320゜F(160℃)で48時間反応させた。当業者に公知であるが、オートクレーブのサイズや撹拌機構のタイプのような因子によっては、他の撹拌速度や時間を望ましいものとすることも可能である。生成物を濾過し、脱イオン(DI)水を用いて洗浄し、250゜F(120℃)で乾燥させた。合成したままの物質のXRDパターンは、ZSM−48の典型的な純粋相のトポロジーを示した。合成したままの物質のSEMは、その物質が混合モルホロジー(針状および不規則な形状の結晶)を有する結晶の塊状物からなっていることを示していた。得られたZSM−48結晶は、約100/1のSiO/Alモル比を有していた。図1はそのZSM−48結晶の顕微鏡写真である。0.023のテンプレート:シリカ比であるこれの比較例は、いくらかの針状結晶の存在を示している。
【0056】
実施例2
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、混合物を調製した。その調製された混合物は下記のモル組成を有していた:
SiO/Al=106
O/SiO=20.15
OH/SiO=0.17
Na/SiO=0.17
テンプレート/SiO=0.018
【0057】
その混合物を、オートクレーブ中250RPMで撹拌しながら320゜F(160℃)で48時間反応させた。生成物を濾過し、脱イオン(DI)水を用いて洗浄し、250゜F(120℃)で乾燥させた。合成したままの物質のXRDパターンは、ZSM−48の典型的な純粋相のトポロジーを示した。その合成したままの物質のSEMは、その物質が、小さな不規則な形状の結晶(平均結晶サイズ、約0.05ミクロン)の塊状物からなっていることを示していた。得られたZSM−48結晶は、約94/1のSiO/Alモル比を有していた。図2は得られたZSM−結晶の顕微鏡写真である。図2は、本発明によるZSM−48では針状結晶が存在していないことを示している。
【0058】
実施例3
水、塩化ヘキサメトニウム(56%溶液)、ウルトラシル・モディファイド(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5重量%(シリカ仕込み原料に対して)のZSM−48シード結晶から、混合物を調製した。その混合物は下記のモル組成を有していた:
SiO/Al=103
O/SiO=14.8
OH/SiO=0.17
Na/SiO=0.17
テンプレート/SiO=0.029
【0059】
その混合物を、オートクレーブ中250RPMで撹拌しながら320゜F(160℃)で48時間反応させた。生成物を濾過し、脱イオン(DI)水を用いて洗浄し、250゜F(120℃)で乾燥させた。合成したままの物質のXRDパターンは、ZSM−48の典型的な純粋相のトポロジーを示した。その合成したままの物質のSEMは、その物質が、細長い(針状の)結晶(平均結晶サイズ、<1ミクロン)の塊状物からなっていることを示していた。得られたZSM−48結晶は、約95/1のSiO/Alモル比を有していた。図3は得られたZSM−結晶の顕微鏡写真である。これの比較例の、0.029のテンプレート:シリカ比を有する反応混合物から合成したZSM−48では、針状結晶が存在していることを示した。
【0060】
実施例4
水、塩化ヘキサメトニウム(56%溶液)、ウルトラシル・モディファイド(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5重量%(シリカ仕込み原料に対して)のZSM−48シード結晶から、混合物を調製した。その混合物は下記のモル組成を有していた:
SiO/Al=103
O/SiO=14.7
OH/SiO=0.17
Na/SiO=0.17
テンプレート/SiO=0.019
【0061】
その混合物を、オートクレーブ中250RPMで撹拌しながら320゜F(160℃)で24時間反応させた。生成物を濾過し、脱イオン(DI)水を用いて洗浄し、250゜F(120℃)で乾燥させた。合成したままの物質のXRDパターンは、ZSM−48の典型的な純粋相のトポロジーを示した。その合成したままの物質のSEMは、その物質が、小さな不規則な形状の結晶(平均結晶サイズ、約0.05ミクロン)の塊状物からなっていることを示していた。得られたZSM−48結晶は、89のSiO/Alモル比を有していた。図4は得られたZSM−結晶の顕微鏡写真である。この本発明によるZSM−48結晶の例は、針状結晶が存在していないことを示している。
【0062】
実施例5
水、塩化ヘキサメトニウム(56%溶液)、ウルトラシル・モディファイド(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3.5重量%(シリカ仕込み原料に対して)のZSM−48シード結晶から、混合物を調製した。その混合物は下記のモル組成を有していた:
SiO/Al=103
O/SiO=14.6
OH/SiO=0.17
Na/SiO=0.17
テンプレート/SiO=0.015
【0063】
その混合物を、オートクレーブ中250RPMで撹拌しながら320゜F(160℃)で48時間反応させた。生成物を濾過し、脱イオン(DI)水を用いて洗浄し、250゜F(120℃)で乾燥させた。その合成したままの物質のXRDパターンは、ZSM−48と微量のケニヤアイト不純物との混合物であることを示した。
【0064】
実施例6
水、塩化ヘキサメトニウム(56%溶液)、ウルトラシル・モディファイド(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3.5重量%(シリカ仕込み原料に対して)のZSM−48シード結晶から、混合物を調製した。その混合物は下記のモル組成を有していた:
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
【0065】
その混合物を、オートクレーブ中250RPMで撹拌しながら320゜F(160℃)で48時間反応させた。生成物を濾過し、脱イオン(DI)水を用いて洗浄し、250゜F(120℃)で乾燥させた。0.20の塩基:シリカの比を有する反応混合物から合成された、合成したままの物質のXRDパターンは、ZSM−48とケニヤアイト不純物との混合物であることを示していた。
【0066】
実施例7
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%)、50%水酸化ナトリウム溶液、および3.5重量%(シリカ仕込み原料に対して)のZSM−48シード結晶から、混合物を調製した。その混合物は下記のモル組成を有していた:
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
【0067】
その混合物を、オートクレーブ中250RPMで撹拌しながら320゜F(160℃)で48時間反応させた。生成物を濾過し、脱イオン(DI)水を用いて洗浄し、250゜F(120℃)で乾燥させた。合成したままの物質のXRDパターンは、ZSM−48の典型的な純粋相のトポロジーを示した。
【0068】
実施例8
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、混合物を調製した。その混合物は下記のモル組成を有していた:
SiO/Al=90
O/SiO=20.1
OH/SiO=0.17
Na/SiO=0.17
テンプレート/SiO=0.025
【0069】
その混合物を、オートクレーブ中250RPMで撹拌しながら320゜F(160℃)で48時間反応させた。生成物を濾過し、脱イオン(DI)水を用いて洗浄し、250゜F(120℃)で乾燥させた。その合成したままの物質のXRDパターンは、典型的なZSM−48トポロジーを示し、微量のZSM−50不純物の存在が認められた。その生成物は、いくぶんかの針状モルホロジーの存在を示していた。
【0070】
実施例9
65部(基準:538℃焼成)の高活性ZSM−48結晶(実施例#4)を、35部のプソイドベーマイトアルミナ(基準:538℃焼成)とシンプソン(Simpson)マラーの中で混合した。充分な水を加えて、2インチボノ(Bonnot)押出し機で押出し加工することが可能なペーストを製造した。そのZSM−48、プソイドベーマイトアルミナ、および水含有ペースト混合物を押出し加工して、ホットパックオーブン中121℃で一夜かけて乾燥させた。その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。そのN焼成した押出し成形物を、飽和空気を用いて加湿し、1N硝酸アンモニウムを用いた交換を行わせて、ナトリウムを除去した(規格:<500ppmNa)。硝酸アンモニウム交換の後、その押出し成形物を、脱イオン水を用いて洗浄して、残存している硝酸塩イオンを除去してから、乾燥させた。そのアンモニウム交換した押出し成形物を121℃で一夜かけて乾燥させ、空気中538℃で焼成した。空気焼成の後で、その押出し成形物を900゜Fで3時間スチーム処理した。そのスチーム処理した押出し成形物を、初期湿潤法(incipient wetness)を用い、テトラアンミン白金硝酸塩(0.6重量%Pt)で含浸させた。含浸させた後、その押出し成形物を250゜Fで一夜乾燥させ、空気中360℃で焼成して、テトラアンミン硝酸塩を転化させて酸化白金とした。
【0071】
実施例10
実施例9の脱ろう触媒を、n−C10水素異性化試験で試験した。H気流下(100sccm)、1気圧の圧力で、触媒温度を162から257℃まで変化させて、n−C10転化率が0から95%+になるよう調節した。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、最小限の分解で優れたイソ−C10収率を示した。図5は、本発明の実施態様に従う触媒および約200のシリカ:アルミナの比を有する触媒に関しての、n−C10転化率の関数としてのイソ−C10の収率を示すグラフである。
【0072】
実施例11
この実施例は、等軸(regular)ZSM−48結晶のシーディングを用いたHA−ZSM−48の調製法に関する。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を用いて、混合物を調製した。次いで、約5重量%(シリカ仕込み原料に対して)のZSM−48シードをその混合物に添加した。その混合物は下記のモル組成を有していた:
SiO/Al=103
O/SiO=14.7
OH/SiO=0.17
Na/SiO=0.17
テンプレート/SiO=0.019
【0073】
その混合物を、オートクレーブ中250RPMで撹拌しながら320゜F(160℃)で24時間反応させた。生成物を濾過し、脱イオン(DI)水を用いて洗浄し、250゜F(120℃)で乾燥させた。合成したままの物質のXRDパターンは、ZSM−48の純粋相のトポロジーを示した。その合成したままの結晶を、室温で硝酸アンモニウム溶液を用いた2回のイオン交換によって水素型に転化させ、次いで250゜F(120℃)で乾燥させ、1000゜F(540℃)で6時間かけて焼成した。得られたZSM−48結晶は、約88.5/1のSiO/Alモル比を有していた。
【0074】
実施例12
この実施例では、5重量%(シリカ仕込み原料に対して)のベータ結晶を用いたシーディングでのZSM−48の調製法を示す。ベータ結晶を用いたヘテロ構造のシーディングは、(特許文献2)に記載がある。1000gの水、25gの塩化ヘキサメトニウム(56%溶液)、190gのウルトラシル・PM(Ultrasil PM)(沈降シリカ粉体、デグサ(Degussa)製)、10gのアルミン酸ナトリウム溶液(45%)、および33.3gの50%水酸化ナトリウム溶液から、混合物を調製した。次いで、10gのベータシード(SiO/Al、約35/1)をその混合物に添加した。その混合物は下記のモル組成を有していた:
SiO/Al=106
O/SiO=20
OH/SiO=0.17
Na/SiO=0.17
テンプレート/SiO=0.018
【0075】
その混合物を、2リットルのオートクレーブ中250RPMで撹拌しながら320゜F(160℃)で48時間反応させた。生成物を濾過し、脱イオン(DI)水を用いて洗浄し、250゜F(120℃)で乾燥させた。合成したままの物質のXRDパターンは、ZSM−48の純粋相のトポロジーを示した。合成された生成物のXRDパターンでは、明らかにベータ相は観察されなかった。その合成したままの結晶を、室温で硝酸アンモニウム溶液を用いた2回のイオン交換によって水素型に転化させ、次いで250゜F(120℃)で乾燥させ、1000゜F(540℃)で6時間かけて焼成した。得られたZSM−48結晶は、約87.2のSiO/Alモル比を有していた。
【0076】
実施例13
この実施例では、10重量%(シリカ仕込み原料に対して)のベータシードでのシーディングを用いたZSM−48の調製法を示す。実施例2と同一の反応剤、配合、および手順を使用したが、ただし、シーディング剤としては倍量のベータ結晶を添加した。合成したままの物質のXRDパターンは、ZSM−48の純粋相のトポロジーを示した。合成された生成物のXRDパターンでは、明らかにベータ相は観察されなかった。その合成したままの結晶を、室温で硝酸アンモニウム溶液を用いた2回のイオン交換によって水素型に転化させ、次いで250゜F(120℃)で乾燥させ、1000゜F(540℃)で6時間かけて焼成した。得られたZSM−48結晶は、約80/1のSiO/Alモル比を有していた。
【0077】
実施例14
実施例11〜13からの生成物を、ヘキサン吸着試験を使用して試験した。ヘキサン吸着試験は、各種の触媒の細孔容積の目安である。上述のようにして焼成された触媒を、窒素下、500℃で30分間熱重量分析計(TGA)の中で加熱した。次いでその乾燥された触媒を冷却して90℃とし、75トルの分圧のn−ヘキサンに暴露させた。TGA装置の中のミクロ天秤により、n−ヘキサンが取り込まれるにつれての重量変化を測定した。それぞれの結晶について、アルファ値もまた求めた。触媒についてのアルファ値は、参照触媒の活性に対するその触媒の活性の標準化された目安である。結果を表1にまとめた。
【0078】
【表1】

【0079】
表1に示されたデータから、添加されたベータシード結晶は、結晶化において溶解されることなく、合成された生成物の中に残っていることが判った。この結論は、実施例12および13に対してのn−ヘキサン吸着データが大きくなっていることからも支持される。この結論はさらに、結晶中のベータの重量パーセントが高くなるにつれて、触媒のアルファ値が大きくなることからも支持される。n−ヘキサンの吸着およびアルファ値の増大は、ヘテロ構造のシードを用いたZSM−48結晶が、均質なシードを用いたZSM−48結晶とは異なった反応性を有していることを示している。
【0080】
アルファ値は、標準触媒に対するその触媒の接触分解活性を近似的に示すものであって、それが、相対的な反応速度定数(単位時間あたりの触媒容積あたりのノルマルヘキサンの転化速度)を与えていることに注意されたい。それは、高度に活性なシリカ−アルミナ分解触媒の活性をアルファ=1(反応速度定数=0.016秒−1)とすることを基準としている。このアルファ試験は従来から公知であって、たとえば(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)に記載がある。
【0081】
実施例15
この実施例では、より高いシリカ:アルミナの比を有するZSM−48に比べた、本発明によるZSM−48の活性の増加分(activity credit)を比較している。600Nスラックワックスを、1000psig(6996kPa)、LHSV1.0L/時、処理ガス速度2500scf/B(445m/m)で脱ろうさせた。図6は、反応器温度対370℃+流動点を満たすために必要な温度を示すグラフである。図6において、上側の線(より高いシリカ:アルミナの比を有するZSM−48)と下側の線(本発明によるZSM−48)との間の差が、活性の増加分を表している。
【図面の簡単な説明】
【0082】
【図1】テンプレート:シリカ比0.023で調製し、幾分かの針状結晶の存在を示している、ZSM−結晶の顕微鏡写真である。
【図2】0.018のテンプレート:シリカ比を有する反応混合物から調製されたZSM−48結晶で、針状結晶が存在していないことを示す、顕微鏡写真である。
【図3】0.029のテンプレート:シリカ比を有する反応混合物から調製されたZSM−48結晶で、針状結晶が存在していることを示す、顕微鏡写真である。
【図4】0.019のテンプレート:シリカ比を有する反応混合物から調製されたZSM−48結晶で、針状結晶が存在していないことを示す、顕微鏡写真である。
【図5】n−C10転化率の関数として、イソ−C10の収率を示すグラフである。
【図6】反応器温度対370℃+流動点に適合させるために必要な温度を示すグラフである。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
炭化水素原料油を脱ろうするための方法であって、
接触脱ろう条件下に原料油をZSM−48触媒のブレンド物と接触させて、脱ろうされた原料油を製造する工程を含み、
その際、前記ZSM−48触媒のブレンド物は、
a)70〜110のシリカ:アルミナのモル比を有し、非ZSM−48シード結晶を含まない、第一のタイプのZSM−48結晶、および
b)第二のタイプのZSM−48結晶(但し、該第一のタイプのZSM−48結晶と第二のタイプのZSM−48結晶とは異なるものである。)
を含むことを特徴とする、方法。
【請求項2】
前記第二のタイプのZSM−48結晶が、非ZSM−48シード結晶を含むZSM−48結晶を含むことを特徴とする、請求項1に記載の方法。
【請求項3】
前記第二のタイプのZSM−48結晶が、110を超えるSiO:Al比を有するZSM−48結晶を含むことを特徴とする、請求項1に記載の方法。
【請求項4】
前記第二のタイプのZSM−48結晶が、繊維状モルホロジーを有するZSM−48結晶を含むことを特徴とする、請求項1に記載の方法。
【請求項5】
前記第二のタイプのZSM−48結晶が、前記第一のタイプのZSM−48結晶よりも高いパーセントでケニヤアイトを含むことを特徴とする、請求項1に記載の方法。
【請求項6】
前記ZSM−48結晶が、前記第一のタイプのZSM−48結晶を第一の触媒粒子の中に配合し、前記第二のタイプのZSM−48結晶を第二の触媒粒子の中に配合し、前記第一および第二の触媒粒子を混合することにより、ブレンドされることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
【請求項7】
前記ZSM−48結晶が、第一のタイプのZSM−48結晶と第二のタイプのZSM−48結晶との両方を含む触媒粒子を配合することによりブレンドされることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
【請求項8】
前記第一のタイプのZSM−48結晶が、繊維状モルホロジーを有する結晶を含まないことを特徴とする、請求項1に記載の方法。
【請求項9】
前記第一のタイプのZSM−48結晶が、針状モルホロジーを有する結晶を含まないことを特徴とする、請求項1に記載の方法。
【請求項10】
前記第一のタイプのZSM−48結晶が、ケニヤアイトを含まないことを特徴とする、請求項1に記載の方法。
【請求項11】
前記第一のタイプのZSM−48結晶が、ZSM−50を含まないことを特徴とする、請求項1に記載の方法。
【請求項12】
前記原料油を、水素化処理条件下で水素化処理した後に、前記ブレンドされたZSM−48触媒と接触させることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
【請求項13】
前記脱ろうされた原料油を、水素化精製条件下で水素化精製することを特徴とする、請求項1に記載の方法。
【請求項14】
前記接触脱ろう条件が、250〜426℃の温度、791〜20786kPa(100〜3000psig)の圧力、0.1〜10時−1の液時空間速度、および45〜1780m/m(250〜10000scf/B)の水素処理ガス速度を含むことを特徴とする、請求項1に記載の方法。
【請求項15】
前記水素化処理条件が、150〜426℃の温度、1480〜20786kPa(200〜3000psig)の水素分圧、0.1〜10時−1の空間速度、および89〜1780m/m(500〜10000scf/B)の水素対供給原料比を含むことを特徴とする、請求項12に記載の方法。
【請求項16】
前記水素化精製条件が、150〜350℃の温度、2859〜20786kPa(400〜3000psig)の全圧、0.1〜5時−1の液時空間速度、および44.5〜1780m/m(250〜10,000scf/B)の水素処理ガス速度を含むことを特徴とする、請求項13に記載の方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【公表番号】特表2009−519129(P2009−519129A)
【公表日】平成21年5月14日(2009.5.14)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−545742(P2008−545742)
【出願日】平成18年12月12日(2006.12.12)
【国際出願番号】PCT/US2006/047400
【国際公開番号】WO2007/070522
【国際公開日】平成19年6月21日(2007.6.21)
【出願人】(390023630)エクソンモービル リサーチ アンド エンジニアリング カンパニー (442)
【氏名又は名称原語表記】EXXON RESEARCH AND ENGINEERING COMPANY
【Fターム(参考)】