【発明の詳細な説明】
水素化分解潤滑剤の製造
本発明は、鉱油供給原料、特に留出油ストック(stack)を水素化分解して
高粘度指数潤滑剤を製造することに関する。
従来、鉱油系潤滑剤は、大気圧下でパラフィン性原油を蒸留し、次いで減圧下で
蒸留し、留出油フラクションにニートラル油)および残渣フラクションを生成す
ることを含んでなる石油精製において行われる独立したシーケンスによって製造
されていた。残渣フラクションは脱アスフアルト化および過酷な溶媒処理の後に
、通常、ブライトストックと呼ばれる潤滑剤基油としても使用できる。従来、低
粘度指数(V、 1.)成分を除くための溶媒抽出の後において、ニュートラル
油は、溶媒または触媒的脱ロウ法による脱ロウに付され、望ましい流動点にされ
、その後、脱ロウ化された潤滑剤原料油は水素化仕上げされ、安定性が改良され
、着色物が除去され得る。この従来の方法は、適切な量で所望の品質を有する所
望の潤滑剤フラクションを生成する粗原料油、通常はパラフィン特性を有する粗
原料油の選択および使用に依存する。しかし、最良のパラフィン仕組原料油より
も高い芳香族化合物含量を有することが通常である限界品質または悪い品質を有
する粗原料油を利用できる潤滑剤水素化分解法によって許容可能な粗原料ソース
の範囲を拡張することができる。石油精製工業において充分に確立された潤滑剤
水素化分解法は、フィード中に存在する芳香族化合物成分の部分的飽和化および
開環を行う二機能性触媒の存在下で、高圧下で行う初期水素化分解工程を一般に
含んで成る。次いで、水素化分解された生成物を、目標流動点に達するように、
脱ロウする。それは、パラフィン特性を有する初期水素化分解工程からの生成物
は、脱ロウ工程において除去する必要のあるかなり高い流動点を有する成分を含
むからである。
実際と同様に理論的に、潤滑剤は高度にパラフィン性の特性を有するべきである
。それは、パラフィンが低い粘度および高い粘度指数の好ましい組み合わせを有
するからである。・n−パラフィンおよび僅かに分枝したパラフィン、例えば、
n−メチルパラフィンは、潤滑剤原料油に許容できない程度に高い流動点を与え
、従って、前記の常套の精製法において脱ロウ操作時に除去されるワックス性物
質である。しかし、好ましくない流動点特性を克服しながらパラフィン特性の利
点の多くを保持するようにワックス性フィードを処理することが可能である。高
粘度指数の潤滑油を製造する過酷な水素化処理法が、プル(S、 Bull)ら
のデベロップメン゛ン・イン・ルブリケイション(Developi+ents
in Lubrication)、PD 19 (2) 、221〜228頁
に開示されており、この方法において、ワックス性供給原料、例えば、ワックス
性留出油、脱アスファルト油および粗ロウが、2段階水素化処理法に付される。
この処理法において、初期の水素化処理ユニットがより高い条件下で運転されて
水素化分解および水素化によって好ましくない芳香族化合物を選択的に除去する
第1工程を有するブロック化操作においてフィードを処理する。第2工穆は、水
素化が優先する低い温度のかなり温和な条件下で操作され、全芳香族化合物含量
を調節し、最終生成物における芳香旅程の分布に影響を及ぼす。次の再蒸留工程
において常圧蒸留することによって基油の粘度および引火点を調整する。その後
、溶媒脱ロウ(MEK−トルエン)ユニットにおいて脱ロウすることによって最
終基油の流動点を調整する。脱ロウ装置から取り出された粗ロウを再処理し、高
粘度指数の基油を製造できる。アルミナまたはシリカ−アルミナ上のニッケルー
タングステンのような非結晶二機能性(bjfunction−al)触媒によ
る水素化分解に付されるワックス性フィードを使用するこの種類のプロセスは、
例えば英国特許第1,429.494号、同第1,429.291号および同第
1,493.620号ならびに米国特許第3,830.273号、同第3゜77
6.839号、同第3,794.580号および同第3.682.813号に記
載されている。
この種の方法において、水素化分解触媒は、典型的には、無定形酸型担体(am
−orphous acidic 5upport)上の金属水素化成分を含有
する三機能性触媒である。
金属成分は、通常、卑金属の組合せ、周期表の鉄族(第1族)から選択された1
種の金属と第VIB族から選択された1種の金属との組み合わせ、例えば、ニッ
ケルとモリブデンまたはタングステンとの組み合わせである。英国特許第1.3
90.359号に記載されているように、触媒の活性は、フッ素を使用すること
によって、すなわち、その製造時に適切なフッ素化合物の形態でフッ素を触媒に
加えることによって、あるいはプロセスの操作の間にその場でフッ素化すること
によって増加することができる。
ワックス性フィードの処理のため非結晶触媒を使用する潤滑剤水素化分解方法に
よって高粘度指数(V、 !、)潤滑剤を製造できることが示されているが、そ
れには制限がないわけではない。特に、これらの触媒と共に使用されるフッ素お
よび他の促進剤(promoter)の使用に関連する環境的および金属学的(
腐食の)問題が存在する;フッ素化されていない触媒は、これらの用途に対して
工業的に実施できる十分な分解能力を有さない。非結晶(無定型)触媒は、潤滑
剤水素化分解において典型的に使用される高圧(2000psig)の条件下で
芳香族化合物の飽和に対して有効であるが、パラフィン性成分の異性化に対する
活性および選択性は要求される程高くなく;従って、生成物流動点規格に充分に
合致するのに必要な程度にまで、かなり高い粘度指数を有するが低い流動点特性
を有する、ワックス性がより低いインパラフィンに、相当直鎖のパラフィンを異
性化できないということである。
結晶物質、特に大孔寸法(large pore 5ize)ゼオライト、例え
ばゼオライトXおよびYは、非結晶物質と比較して、同時に起こる水素化反応に
熱力学的に好ましいより低い温度にて水素化分解を実施できる大きい活性という
利点を有するので、多くの水素化分解用途に有用であることが分かっている。更
に、この結晶触媒は、アルミナのような非結晶物質より、使用中、安定である傾
向を有する。
しかしながら、この結晶物質は、これらの中の大孔寸法、典型的にはXおよびY
ゼオライトの7.4人であっても、フィード中の種々の嵩高い種類、例えば潤滑
剤フィード中の高分子量種がアクセスするには小さすぎるので、全ての用途に適
当であるわけではない。結果として、結晶ゼオライト触媒は、沸騰範囲転化物に
は非常に活性であるが、高い潤滑剤収率および収率選択性に関してはそれほど選
択的ではない。これらの理由のため、潤滑剤水素化分解プロセスは、結晶触媒を
使用しておらず、代わりに、促進された非結晶触媒をまだ使用している。
結晶触媒を使用する常套でない精製工程のストリームがら潤滑剤を製造する1つ
の方法が、米国特許第4.919,788号および同第4,975,177号に
記載されている。この方法では、ゼオライトベータ触媒を使用して、フィードの
最終留分(back end)に含まれる高分子量パラフィンを異性化して、よ
りワラスフ状でない物質とし、他方、潤滑剤範囲外の沸点を有する物質へのこれ
らの成分の分解を最小限にしている。フィードの初留(front end)の
ワックス性パラフィンは、溶媒または触媒的に、後の脱ロウ工程において除去さ
れ、目標流動点を達成する。このゼオライト触媒プロセスは、ワックス性の高い
パラフィン性のフィードを取り扱うことにおいて非常に有効であるとわかってい
るが、低品質芳香族化合物成分を除去する低い能力と組み合わさったゼオライト
β触媒の高い異性化選択性は、かなり少ない量の芳香族化合物を含有するフィー
ドにこのプロセスを適用することを限定する傾向にあった。
従って、たとえ、幾つかの観点からでは、結晶ゼオライト触媒が少なくとも幾つ
かの点において利点を提供するように思われても、非結晶触媒は、その欠点にも
拘わらず、潤滑剤の水素化分解用に選択される触媒であった。しかしながら、明
らかなように、有用性の小さいまたは許容できない品質を有する精製工程のスト
リームから、あるいは常套でないソースから潤滑剤を製造する方法を開発するこ
とが望ましい。また、非結晶物質の能力と組み合わせた結晶物質の活性および安
定性を有する触媒を使用して潤滑剤範囲のフィードおよび生成物に関連する嵩高
い分子の種を取り扱う、潤滑剤水素化分解方法を開発することが望ましい。
優秀な特性を有する水素化分解触媒の基剤としてメンポーラスケイ質(meso
p。
−rous 5iliceous)物質を使用できることが見いだされた。これ
らの新規な物質を基剤とする触媒は、非常に効果的な潤滑剤水素化分解(lub
e hydrocracking。
LHDC)触媒として機能でき、また、フッ素のような促進剤を使用することな
く高Vl潤滑油を製造することができる。
これらのメソポーラスケイ質物質は新規かつ独特の孔構造を有し、以下に記載す
る好ましい形態においては、13人を越える、典型的には20〜100人の範囲
のセル直径を有する均一な孔(pore)を有する実質的に均一な六角形のハニ
カム状の微細(ミクロ)構造により特徴付けられる。これらの物質の内で最も卓
越したものは、MCM−41として識別される新しい金属シリケート(meta
llosil−icate)であって、これは、通常、シリケート(ケイ酸塩)
骨格の中に、Al。
Ga5BまたはFeなどの四面体配位三価元素を組み込むことにより、ブレンス
テッド酸の部位を有するように合成されているメタロシリケート(a+etal
losilicate)である。この種類のアルミノケイ酸塩(aluIlin
osilicate)物質は、良好な熱および化学的安定性を有し、水素化分解
活性および芳香族化合物飽和化選択性の適性なバランスを示し、促進されていな
いUSYおよび非結晶触媒と比較して、より大きい潤滑剤収率で常套のVI(即
ち、75〜100VI)潤滑油を生成するLHDC触媒の基剤として使用できる
。更に、本発明の触媒は、潤滑剤収率/V1選択性において欠点が少しあるが、
常套の非結晶フッ素化触媒と比較して改善された転化活性を示す。従って、本発
明の方法は、促進されていない(フッ素の添加のない)超大孔寸法(ultra
large pare 5ize)モレキュラーシーブ触媒を使用して重質留
出油を潤滑剤水素化分解(LHDC)して高Vl潤滑油を製造する方法を含む。
以下に説明するメソポーラス結晶物質を基剤とする促進されていないLHDC触
媒、例えばNiW/MCM−41は、分解活性および潤滑剤収率/VI選択性の
適性なバランスを有し、現在のフッ素化NiW/アルミナ触媒に対する魅力的な
代替物となる。本発明のメンポーラス触媒は、USYおよび非フツ素化非結晶触
媒と比較して、より高い潤滑剤収率/V1選択性を有し、また、同じ用途におけ
る非結晶触媒と比較して非常に良好な活性を有する。
添付の第1図は、以下に実施例において説明する種々の触媒を用いて留出油フィ
ードを水素化分解することにより生成する潤滑剤生成物についての潤滑剤収率と
生成物のVlとの関係を示す。第2〜5図は、種々の触媒を用いてワックスフィ
ードの水素化分解および水素化異性化により生成する潤滑剤生成物の場合のプロ
セスと生成物特性との関係を示す。
本発明の方法のフィード(feedstock)は、適当な性質を有する原油ス
トック(stock)から調製される潤滑剤フラクションとして特徴付けること
ができる。
原油からの潤滑剤ストックの直接製造において、原油を種々の常套のプロセス、
例えば常圧および減圧基における蒸留に付して、本発明の方法のフィードとして
使用できる必須の沸点を有するフラクションを得る:常套の潤滑剤処理において
、フェノール、フルフラール、NMPまたはこの目的のための他の常套の溶媒を
使用する適当な溶媒を使用して芳香族化合物の除去に留出油を付す。潤滑剤スト
ックが残渣油潤滑剤ストックである場合、ブライトストックのような残渣油潤滑
剤ストックの製造の場合に通常行われるように、例えばプロパン脱アスファルト
(PDA、 propane deasphalting)工程のような脱アス
フアルト操作により、アスファルテンおよびいくらかの芳香族化合物を除去を実
施するのが一般的である。脱アスフアルト操作により得られる脱アスファルト油
(DAO)は、本発明の方法に適当である。脱アスフアルト後、溶媒抽出を使用
して残留芳香族化合物濃度を下げてよい。この時点において、最も軽質の潤滑剤
を除いて、潤滑剤ストックは、典型的には345℃(650°F)以上の沸点を
有するが、使用できる潤滑剤ストックは、その沸点範囲よりむしろ粘度により一
般的に特徴付けることができる。
それは、潤滑剤の場合、これがより重要な特性であるからである。一般的に、潤
滑剤基剤ストックが留出油基剤ストック、即ち、ニュートラル(neutral
)ストックである場合、40℃(99°F)にて100〜750SUS (20
〜160■−2/S)の範囲の粘度を有し、ブライトストックの場合、粘度は9
9℃(120°F)にて1000〜3000SUS (210〜600mm”/
S)の範囲内にある。軽質ニュートラルストックは、例えば40℃において10
0SUS (20mm”/s)の粘度を有する100秒のニュートラルとして4
0℃のセイボルト(Saybolt)粘度により一般的に特徴付けられ、300
秒のニュートラルは40℃にて300SUS (65m■2/S)の粘度を有し
、重質ニュートラルは、典型的には750SUS (160關2/S)までの粘
度を有する。しかしながら、これらの特定の粘度および粘度範囲は、臨界的なも
のではなく、潤滑剤を用いる適当な用途に影響される。本明細書において、これ
らを本発明の方法を適用できる潤滑剤ストックの例示的種類として引用している
。
留出油にニュートラル)基剤ストックは、一般的に、その特性がパラフィン性で
あると特徴付けることができるが、これらは、ナフテンおよび芳香族化合物も含
み、それらのパラフィン性の特徴故に、これらは一般的にかなり低い粘度および
高い粘度指数を有する。留出油は、高い硫黄および窒素含量である場合があり、
例えば、800〜1000pp+Iwの窒素および1〜3重量%までの硫黄を含
む。留出油のワックス含量は、典型的には10〜15重量%であるが、以下に説
明するように、ワックス性フィードは非常に高いVI値を有する水素化分解生成
物を生成することができるので、高いワックス含量は望ましくないことはない。
DAOから得られる残渣油ストックは、その特徴がより芳香族性であり、この理
由故に、一般的により高い粘度およびより低い粘度指数を有する。一般的に、ス
トックの芳香族化合物含量は、10〜70重量%、通常15〜60重量にであり
、残渣油ストックは、比較的高い芳香族化合物含量、典型的には20〜70重量
%、より一般的には30〜60重量%の芳香族化合物含量を有し、留出油ストッ
クは、より低い芳香族化合物含量、例えば10〜30重量%の芳香族化合物含量
を有する。
窒素および硫黄含量は、留出油ストックの場合より高いのが特徴的である。終点
が通常565℃(1050°F)以下である軽油沸点範囲(315℃+(600
゜F+))のものは、本発明の方法により一般的に処理して高品質潤滑剤を生成
することができるので好都合なフィードである。
上述したように、原油から直接調製される潤滑剤ストックに加えて、水素化分解
方法は、適当な特性を有する他の石油精製ストリームを使用することに適用でき
、それらを精製して非常に良好な性質を有する潤滑剤を製造することができる。
特に、ASTM試験D−3235により測定される、少なくとも30重量%、好
ましくは少なくとも50重量%のワックスを含む石油ワックスを含んで成るフィ
ードから潤滑剤を製造できる。鉱油症のこれらのフィードにおいて、ワックスは
、大部分高い流動点のパラフィンであり、直鎖およびわずかに分岐したパラフィ
ン、例えばメチルパラフィンを含んで成る。生成物の品質および収率は、フィー
ドのワックス含量に直接関係し、フィード中の高いワックス含量は、生成物中の
高いVl、低い流動点のイソパラフィンに転換され、他方、高い潤滑剤(650
6F+)収率が維持される。フィード中のより低いワックスレベルは、より高い
油(ワックスでないもの)含量を意味し、油はより低い潤滑剤品質の成分、大部
分は環状物質、例えば芳香族化合物およびポリナフテンを含むので、これらの低
品質成分が除去されない限り、これが低生成物品質をもたらし、これは低LN収
率を意味する。これらの理由のために、高いワックス含量(最低50%のワ・ソ
クス)のフィードが好ましいが、製品品質または収率を犠牲にする場合において
は、これは必須ではない。
石油ワックス、即ち、パラフィン特性を有するワ・ソクスは、ワ・ソクス含有石
油精製ストリームからの物理的分離によって、通常、ワ・ソクスが分離する温度
↓ニストリームを冷却することによって、通常、溶媒脱ロウ、例えばMEK/l
−ルエン脱ロウによって、または自動冷媒法、例えばプロノくン脱ロウによって
石油または他の液体の精製工程から誘導される。これらワックスは345℃(6
50°F)以上の高い初期沸点(初留点)を有しており、このことは、同じく少
なくとも345℃(650°F)の初期沸点を必要とする潤滑剤に処理するため
に非常に有用になる。より低い沸点成分は、特徴的な処理工程に続く分離工程の
際に、処理時に生成した同様の沸点範囲を有する生成物とともに除去されるので
、存在することが排除されることにはならない。しかし、これらの成分は処理装
置に負荷を与えるので、フィードのカットポイントの適切な選択によって排除さ
れることが好ましい。常圧残渣油またはロングレジデユー(long resi
due)の真空蒸留:こよって生成したニュートラル油、即ち、留出油フラクシ
ョンの溶媒脱ロウから誘導されたワックスフィードの終点は、通常、595℃(
11006F)以下であり、これらは、通常、残渣油ストリームではなく、留出
油として分類できる。しかし、典型的に705℃(1300°F)までの終点を
有する場合がある高沸点ワックスフィード、例えば、ペトロラタムワックスなど
、即ち、ブライトストックの脱ロウから分離されたワックスをも使用してよい。
少なくとも135またはそれ以上のVIを有する潤滑剤生成物のためシこは、フ
ィードのワックス含量は高く、少なくとも30重量%であり、より一般的には少
なくとも50重量%である。最も高い品質の生成物のためには、60〜80重量
%のワックス含量のフィードが好ましい。それぞれの場合において、残部は、イ
ソパラフィン、芳香族炭化水素およびナフテン系炭化水素を含んでなる吸蔵オイ
ルから由来するものである。芳香族炭化水素、ポリナフテンおよび高度に分岐し
たナフテンの非ワックス含量は、通常、ワックスの約40重量%を越えず、好ま
しくは25〜30重量%を越えない。パラフィン性の高いワックス性ストック・
は、芳香族炭化水素およびナフテンの含量がかなり低いために、通常、低い粘度
を有するが、ワックス性パラフィンの含量が高いため、更に処理しなければ潤滑
剤として許容できない融点および流動点となる。
この種類のフィードは、通常、粗ロウ(slack was) 、即ち、溶媒脱
ロウプロセス、例えばMEKまたはプロパン脱ロウ法により直接得られるワック
ス性生成物である。この粗ロウは、固体または半固体製品であり、吸蔵された油
と一緒になった非常にワックス性のパラフィン(大部分、n−およびモノメチル
パラフィン)が大部分であり、いずれの初期調製、例えば水素化処理もする必要
もな(、以下に説明するように、本発明の方法のシーケンスの第1工程に直接供
給することができる。
幾つかの典型的なワックスの組成を下記の第1表に示す。
第1表
ワックス組成−アラブ・ライト(Arab Light)原油BCD
パラフィン、重量% 94.2 81.8 70.5 51.4モノナフテン類
、重量% 2.6 11.0 6.3 16.5ポリナフテン類、重量% 2.
2 3.2 7.9 9.9芳香族炭化水素、重量% 1.0 4.0 15.
3 22.2典型的な粗ロウフィードは下記の第2表に示す組成を有する。この
粗ロウはアラブ・ライト原油から得られる3 00SUS (65cST)のニ
ュートラル油の溶媒(MEK)脱ロウにより得られる。
第2表
API比重 39
水素、重量% 15.14
硫黄、重量% 0.18
窒素、ppmw 11
融点、℃(F) 57(135)
動粘度(KV、100℃)、cSt 5.168PNA、重量%:
パラフィン 70,3
ナフテン 13.6
芳香族炭化水素 16.3
模式的蒸留結果:
% ℃ (0F)
本発明の方法で好適に用いられるもう一つの粗ロウは、下記の第3表に示す特性
を有する。このワックスは、450SUS (100cS)のニュートラルラフ
ィネートの溶媒脱ロウにより調製される。
粗ロウの特性
沸点範囲、’F(℃) 708〜1053(375〜567)API 35.2
窒素、塩基性、ppmw 23
窒素、合計、ppsw 28
硫黄、重量% 0.115
水素、重量% 14.04
流動点、6F(Tl:) 120(50)動粘度(KV、100℃) 7.02
5動粘度(KV、300°F、150℃) 3.227油(D3235) 35
分子量 539
一般的に、粗ロウは30〜80ppmwの窒素を含み、油含量は20〜40重量
%である。これらは、少なくとも135、しばしば140〜145、あるいはそ
れ以上のVlを有する脱ロウ潤滑剤生成物となるように処理できる。
本発明の方法により処理して高品質の高Vl潤滑剤を生成できる典型的な高パラ
フィン性フラクションは、以下の第4表に示す特性を有する345〜540℃(
650〜1000°F)のミナス(Minas)軽油である。
標準沸点範囲、℃(’F) 345〜540 (650〜1000)API比重
33.0
水素、重量% 13.6
硫黄、重量% 0.07
窒素、ppmw 320
塩基性窒素、ppmw 160
CCRO,04
組成、重量%
芳香族炭化水素 17
臭素価 0.8
KV、100℃、mm”/s 4.18流動点、℃(0F) 46 (115)
95%TBP、℃(0F) 510 (950)水素化分解/水素化異性化工種
の前に、フィードを水素化処理してよく、不純物を含む異原子を除去し、また、
存在してナフテンを生成し得る芳香族化合物の少なくとも幾らかを水素化処理す
る。しかしながら、脱油ワックスの場合、吸蔵油の除去により、多(の有害物質
が下ロウ油(foots oil)内に除去されるので、この前処理は、通常、
必要ではない。水素化処理の間に生成する無機窒素および硫黄は、接触脱ロウの
前に常套の方法で除去してよい。常套の水素化処理触媒および条件を使用するの
が適当である。触媒は、典型的には、基礎となる金属水素化成分、例えばニッケ
ル、タングステン、コバルトニッケルータングステン、ニッケルーモリブデンま
たはコバルト−モリブデンを、一般的には大孔非結晶特性の低酸度(acidi
ty)の無機酸化物担体、例えばシリカ、アルミナまたはシリカ−アルミナ上に
含んで成る。典型的な水素化条件では、穏やかな温度および圧力、例えば290
〜425℃(550〜800°F)、典型的には345〜400℃(65C)−
750°F) 、20000kPa (3000psig)まで、典型的には4
250〜14000kPa (600〜2000psig)の水素圧力、0.3
〜2.0LHSV、典型的にはILH6Vの空間速度、典型的には600〜18
00n、1゜1−’ (3370〜10100SCF/Bbl) 、通常、13
00n、1.1−’ (7300SCF/Bbl)の水素循環割合(hydro
gen circulation rate)を使用する。水素化処理工程の苛
酷度は、フィードの性質に基づいて選択する必要がある;目的は、ナフテンを生
成する飽和化により残留芳香族化合物含量を減らし、芳香族化合物の除去および
ナフテンの生成により潤滑剤の品質を初めに向上させること、ならびに異原子、
特に、硫黄含有不純物を除去し、最終潤滑剤製品の色および酸化安定性を向上さ
せることである。従って、水素化処理工程度は、比較的高い芳香族化合物および
硫黄含量の故に、ブライトストックのような残渣油潤滑剤ストックより、通常、
より大きい。
水素化分解反応器へのフィードは、超大孔寸法触媒(ultra−1arge
pore 5izecatalyst)の存在下、水素の存在下で処理する。
フィードを高温まで加熱し、その後、水素の存在下で水素化分解/水素化異性化
触媒上に送る。このプロセスの目的は、主として、より低い流動点のイソパラフ
ィンにワックスを異性化すると共に、芳香族化合物を飽和させ、油およびワック
スの水素化分解を実施することである。本発明の結晶触媒の大孔構造は、水素化
が起こる金属部位へのアクセスを容易ならしめ、また、水素化反応に好ましい担
体上への高い金属充填量が可能となるので、これらの目的に十分合致するもので
ある。450℃(850°F)以上の温度は水素化分解の熱力学には好ましくな
いので、この温度以上の温度は通常使用されない。選択される正確な温度は、選
択された触媒の活性ならびにフィードおよび製品品質に依存し、これらが、適性
な転化をもたらす。従って、温度は、妥当な要因を考慮した後に、実験的に選択
する必要がある。水素化処理および水素化分解反応は、発熱反応であり、この理
由のために、触媒床において所望な1度、一般的に290℃から、通常360℃
から440℃まで(550°F、通常675〜825°F)の温度までフィード
を加熱する必要はない。多くの場合、700〜750°F(370〜400℃)
の温度が大部分のワックスフィードには適当である。プロセスサイクルを開始す
る時において、使用する温度はこの範囲の下限に近い温度であるが、触媒が老化
していくにつれで、この温度を挙げて所望の程度の活性を維持できる。
水素の存在下、フィードを触媒に送る。重質油の空間速度は、通常、0.1〜1
0LH8V、好ましくは0.2〜2.0LH3Vであり、水素循環割合は250
〜1500n、1.1.−’ (1400〜8427SCF/bbl)、より通
常には300〜800n、1.1.” (1685〜4500SCF/bbl)
t’ある。ワックスフィートラヨリ大きい空間速度、典型的には1〜2LH3
V、水素循環割合250〜1500n、1゜1、” (1400〜8427SC
F/bbl) 、より通常には、300〜900n、1.1.−’(1685〜
5050 SCF/bbl)で操作する。留出油の場合、好ましい範囲は0゜5
〜0.75である。水素分圧は、通常、システムの全圧の少なくとも75%であ
り、反応器入口圧力は、通常、3000〜30000kPa (420〜433
5psig)である。芳香族化合物を飽和させ、また、より望ましいナフテンお
よびパラフィンの生成を容易ならしめるには、高い圧力で操作することが通常好
ましい。
従って、圧力は、通常、少な(とも8400kPa (1200psig) 、
L、、ばしば15000kPa (2160psig)以上、最もしばしば10
000〜18000kPa(1435〜2600 psig)である。潤滑剤範
囲の外側で沸騰する生成物、典型的には345℃−(約650−6F)の生成物
への転化率は、通常、5〜70体積%、より通常には、10〜40体積%である
が、フィードおよび生成物の目的とするVlに影響される。留出油フィードの場
合、この沸点範囲の転化率は、120の目標VIを有する生成物(脱ロウ生成物
)については15〜40%であり、15〜25%の範囲のより低い沸点範囲の転
化率は95〜100のVI範囲の生成物に適当である。粗ロウフィードの場合、
この沸点範囲転化率は、135またはそれ以上の目標VIを有する脱ロウ生成物
については、典型的には25〜35%の範囲である。従って、生成物のVlは通
常95〜140である。
ワックスフィードの場合、圧力は、通常、少なくとも11000psi (70
00kPa−^bs) 、3000psig (20000kPa)まで、より
通常には、1435psig(10000kPa−^bs) 〜2600psi
g (18000kPa−^bs)である。潤滑剤範囲外の沸点を有する生成物
(一般的には345℃=(650°F−)生成物)への転化率は、目標Vlが1
35またはそれ以上の脱ロウ生成物の場合、通常少なくとも15%、より通常に
は、25〜60%である。(650°Fの場合)沸点転化率は次のように定義さ
れる:
ワックス転化率は、10〜90%であるが、少なくとも135のVI、通常少な
くとも140のVlを有する生成物の場合、好ましくは50〜70重量%である
。ワックス転化率は、次のように定義される。
水素化分解/水素化異性化(HDC/HDI)生成物は、HDC/HDI工程の
後に、必要であるなら、目標とする流動点まで脱ロウしてよい。本発明の方法の
着目すべき特徴は、必要な脱ロウの程度は比較的小さいということである。典型
的には、最終脱ロウ工程の間のロスは、脱ロウされるフィードの15〜20重量
%以下であり、それより少ない場合がある。この時点で接触脱ロウ(catal
yticdewaxing)または溶媒脱ロウを使用してよく、また、溶媒脱ロ
ウする場合、除去されるワックスをプロセスの第1または第2段階にリサイクル
して更に処理してよい。溶媒脱ロウ装置で除去されるワックスは非常にパラフィ
ン性であるので、可能であるなら、例えば第2段階が比較的低い圧力で操作され
ている態様では、第2段階に直接リサイクルしてよい。
好ましい触媒脱ロウ法は、中間孔寸法(intermediate pore
5ize)ゼオライト、例えばZSM−5を使用するが、最も好ましい脱ロウ触
媒は高度に拘束された中間孔寸法ゼオライト、例えば、ZSM−22、ZSM−
23またはZSM−35である。それは、これらゼオライトが高度に選択的な脱
ロウを提供し、低流動点および高粘度指数(Vl)の脱ロウ生成物をもたらすか
らである。これらのゼオライトを使用する脱ロウ法は、米国特許第4.222.
855号に記載されている。
この場合、使用することが好ましいゼオライトは、米国特許第4.222.85
5号に記載されているのと同様にして特徴付けることができる。即ち、該特許に
記載されて規定された収着特性、即ち、(1)容量%基準で、約3を越えるn−
ヘキサンの0−キシレンに対する収着比(この収着は、0.1のP/Poおよび
、n−ヘキサンは50℃、0−キシレンは80℃の温度で測定する)、および(
2)n−ヘキサン/3−メチルペンタン/2,3−ジメチルブタンの1/1/1
重量比混合物から、1000°Fおよび1気圧において、二重に分枝した2、3
−ジメチルブタン(DMB)に優先して3−メチルペンタン(3MP)を選択的
に分解する能力(1000°Fの温度でめた速度定数の比k 3MP/ k o
vsit 2を越える)を有する結果を与える孔開口を有するゼオライトとして
特徴付けられる。rP/PoJという表現は、例えば、デボール(J、 H,d
eBoer)による「ザ・ダイナミカル・キャラクタ−・オブ・アトソープショ
ン(The Dynamical Character of^dsorpti
on)J、第2版、オックスフォード・ユニバージティー・プレス(Oxfor
dUniversity Press) (1968年)などの文献に記載され
ているような通常の意味を有しており、吸着温度における収着質の分圧の収着質
の蒸気圧に対する比として定義される相対圧力である。速度定数の比、k 3M
P/ k DMIは、式:%式%)
[式中、kは各成分の速度定数、Tcは接触時間、εは各成分の部分転化率(f
rac−tional conversion)である。]により、通常の方法
で一次の速度論からめられる。
これら収着要件に適合するゼオライトは、天然産のゼオライトフェリエライト、
ならびに既知の合成ゼオライトZSM−22、ZSM−23およびZSM−35
を含む。これらのゼオライトは、脱ロウ方法に使用する場合は、少なくとも部分
的に酸型または水素型であり、金属水素化成分、好ましくは白金などの貴金属を
使用することが好ましい。Pt/ZSM−23脱ロウ触媒により、優れた結果が
得られる。
水素化分解(HDC)/水素化異性化(HDI)触媒は、2つの機能を有する(
パイファンクショナル、bifunctional)触媒であり、これは、担体
として作用し、また、更に、水素化分解反応に所望の酸機能を提供する成分とし
て以下に説明するようなメソポーラス(mesoporous)結晶物質を、水
素化−説水素化成分と一緒に含んで成る。この水素化−説水素化成分は、金属ま
たは金属の組合せにより提供される。HDC/HDI工程にへのフィード中の硫
黄および他の不純物のレベルが許容する場合、第■A族の貴金属、特に白金、パ
ラジウムを使用してよく、あるいは、卑金属を使用してよい。第1VA族、第V
IA族および第1族の卑金属、特にクロム、モリブデン、タングステン、コバル
トおよびニッケルを使用してよい。卑金属の組合せ、特に、第■A族金属の第r
VA族または第VIA族金属との組合せ、例えばニッケルーモリブデン、コバル
ト−ニッケル、ニッケルータングステン、コバルト−ニッケルーモリブデンおよ
びニッケルータングステン−チタンが有用であるが、ある種の用途の場合、白金
が好ましい。
金属成分の含量は、触媒活性により変更する。従って、非常に活性な貴金属をよ
り活性の少ない卑金属より少ない量で使用できる。例えば、1重量%またはそれ
以下の白金が効果的であり、また、好ましい卑金属の組合せにおいては、金属で
表した場合、ニッケル7重量%およびタングステン2.1〜40重量%である。
しかしながら、本発明の担体物質は、非常に大きい表面積のために、従来の担体
物質より大きい割合で金属を含むことができる点に着目すべきである。金属成分
は、25%を越えてよ(、また、200112/gを越える大きい表面積を維持
することができる。水素化成分は、担体物賃上において交換したり、該担体内に
含浸させたり、該担体に物理的に混合したりすることができる。金属をメソポー
ラス担体中に含浸または該担体上において交換する場合、これは、例えばゼオラ
イトを白金金属含有イオンで処理して行うことができる。好ましい白金化合物に
は、クロロ白金酸、塩化第一白金および白金アミン鎖体を含む種々の化合物が含
まれる。金属化合物は、その中で金属が化合物のカチオンで存在する化合物およ
びその中で金属が化合物のアニオンで存在する化合物のいずれであってもよい。
両方の種類の化合物を使用することができる。金属がカチオン性錯体のカチオン
の形態であるである白金化合物、例えば、Pt(NHs)4c1zが、バナジウ
ム酸塩およびメタタングステン酸塩のイオンなどのアニオン性錯体のように、特
に有用である。他の金属のカチオン型も、結晶物質上において交換または結晶物
質内に含浸することができるので、非常に有用である。
水素化分解/水素化異性化触媒の酸成分は、以下に詳細に説明するメソポーラス
結晶物質である。本明細書において使用する場合、メソポーラス結晶物質は、少
なぐとも部分的に脱カチオンされたまたは水素型であり、生じる分解反応に対し
て所望の酸機能を提供する。
メソポーラス触媒物質は、無機質、多孔質、非層状の結晶相物質であり、(焼成
した形態で)18人より大きいd間隔にて少なくとも1つの相対強度が100で
あるピークを有するX線回折パターンおよび6.7kPa (50torr)お
よび25℃で物質100gあたり15g以上のベンゼンの収着容量により特徴付
けられる。
結晶性物質の好ましい型は、最大垂直断面孔直径が少なくとも13人、典型的に
1.3〜20止(13人〜200人)であり、均一な寸法の孔の六角形配列を有
する。この六方晶組成の好ましい型は、MCM−41として確認され、1.81
■(18人)より大きなdl00値により示される電子線回線パターンならびに
6゜7kPa(50)−ル)および25℃における15g−ベンゼン/100g
−結晶以上の吸着能を示す。この物質は、米国特許出願第号第07/625.4
25号に詳細に記載されており、以下に説明する。
触媒の成分として使用する無機質、非層状のメソポーラス結晶物質は、以下の組
成:
Mn/q (Wa Xb Yc Zd Oh)[式中、Wは例えばマンガン、コ
バルトおよび鉄のような二価の第1列遷移金属および/またはマグネシウムのよ
うな二価の元素、好ましくはコバルトであり、Xはアルミニウム、ホウ素、鉄お
よび/またはガリウム等の三価の元素、好ましくはアルミニウムであり、Yはケ
イ素および/またはゲルマニウム等の四価の元素、好ましくはケイ素であり、Z
はリン等の三価の元素であり、Mは例えば、アンモニウム、第1A族、第1IA
族および第■B族のイオン等の一種またはそれ以上のイオン、通常は水素、ナト
リウムおよび/またはフッ素イオンであり、nは酸化物として表わされるMを除
いた組成の電荷であり、qはMの重み付はモル平均原子価であり、n / qは
Mのモル数またはモル分率、a、bScおよびdはそれぞれw、x、yおよびZ
のモル分率、hは1〜2.5の数、そして、(a十り+c+d)=1である。〕
で示される組成を有する。
上記の結晶性物質の好ましい態様は、(a+b+c)がdより大きく、h=2の
場合である。他の態様では、a=Oおよびd=0、かつh=2の場合である。
本発明の水素化分解触媒の調製に使用するために好ましい物質はアルミノシリケ
ートである。
合成型において、触媒物質は、無水基準で、経験的に、rRMn/q (Wa
Xb Yc Zd Oh)[式中、RはイオンとしてMに含まれない全有機物、
rはRの係数、即ちRのモル数またはモル分率である。コ
で示される組成を有する。
MとRの成分は結晶化の際にそれらが存在する結果として物質に取り込まれてお
り、容易に除去することができ、あるいはMについては以下に記載する後結晶化
法により交換することができる。
本発明の合成形態の物質の元のMl例えば、ナトリウムまたは塩素のイオンは、
常套のイオン交換技術により所望する程度まで交換できる。好ましい交換イオン
は、金属イオン、水素イオン、水素前駆体、例えばアンモニウムのイオンおよび
これらの混合物である。特に好ましいイオンは、最後の水素化分解触媒において
所望する金属機能性を与えるものである。これらは、水素、希土類金属ならびに
元素周期表の第■A族(例えば、Mn) 、第■A族(例えば、Ni) 、第1
B族(例えば、Cu) 、第1VB族(例えば、Sn)の金属およびこれらの混
合物を含む。
結晶性(即ち、焼成後、少なくとも一つのピークを有する、例えばX線、電子線
または中性子などの回折パターンを与えるのに十分な規則性を有する)メソポー
ラス物質は、非常に大きな孔の開口(window)を有する構造および高い収
着能によって特徴付けることができる。ここで「メソポーラス」という用語は、
13〜200人の範囲の均一な孔を有する結晶を示すものとして使用する。メソ
ポーラス物質は、13〜200人、より通常は15〜100人の範囲の均一な孔
を有する。これらの孔は、他の結晶性物質の孔よりも相当大きいので、これらを
超大孔寸法(ultra−1arge pore 5ize)物質を称するのが
適切である。本発明の適用のため、「多孔性」の実用的定義は、固体100g当
たり、Ar5N、、n−ヘキサンまたはシクロヘキサンなどの小さな分子を少な
くとも1θ吸着する物質である。
触媒物質は、他の多孔性無機固体から、大きく開口した孔が規則的であることに
より識別することができ、これの孔寸法は非晶質または準結晶性物質の孔により
近いが、その規則正しい配列と均一な寸法(孔寸法の分布は、例えば一つの相内
でその相の孔の平均寸法の±25%、通常±15%かそれ以下)はゼオライト等
の結晶性骨組構造物質のものに近い。好ましい物質は大きな開いたチャンネル(
channel)の六角形配列(hexagonal arrangement
)を有し、これは開いた内部直径を13〜200人として合成することができる
。「六角形」という用語は、実験的測定の限界内で数学的に完全な六角形対称を
示す物質のみでなく、その理想的状態からかなりの逸脱が観察される物質をも含
むことを意味する。本発明の微細構造に適用した実用的定義は、物質中の大部分
のチャンネルが最も近くに隣接する6個のチャンネルによりほぼ等距離で包囲さ
れるということである。物質を調製する方法に応じて、欠陥や不完全によって、
かなりの数のチャンネルがこの基準を種々の程度で損なう。隣接するチャンネル
間の平均的繰り返し間隔から±25%ものランダムな逸脱を示す試料でも、本発
明の超大孔物質の認識し得る像を与える。同等の変動は電子線回折パターンから
のdl。。値においても観察される。
本発明の物質の最も規則的な調製物は、極度に低い角度領域に数個の明確な極大
値を有するX線回折パターンを示す。これらのピークの位置は、六方晶格子(h
exagonal 1attice)からのhko反射の位置にほぼ合致する。
しかし、X線回折パターンは、いつも、これら物質の存在の充分な指標であると
は限らない。
それは、微細構造における規則性の程度および個々の粒子内での構造の繰り返し
の程度が、観測されるピークの数に影響するからである。実際、X線回折パター
ンの低角度領域においてただ1つの明確なピークを有する調製物は、その中に実
質的な量の物質を含有することが判明している。この物質の微細構造を示す他の
技術は、透過電子顕微鏡および電子回折である。適切に向きを決めた物質の試料
は大きなチャンネルの六角形配列を示し、これに対応する電子回折パターンは回
折極大値のほぼ六角形の配列を示す。電子回折パターンのdlO0間隔は、六方
晶格子のhkO投影の隣接するスポットの間隔であり、電子顕微鏡で観察される
チャンネル間の繰り返し間隔a0に、
式: (Lae=ao(3)1/2/2により関係付けられる。この電子回折パ
ターンで観察されるdl。。間隔は、物質のX線回折パターンにおける低角度ピ
ークのd間隔に対応する。これまで得られた物質の非常に規則的な調整物では、
電子回折パターンで20〜40個の明瞭なスポットが観察される。このパターン
は、100.110.200.210等の特有の反射である六方晶hkO部分集
合とこれの対称の関係にある反射とで表示することができる。
その焼成された形態において、結晶性物質は、物質の電子回折パターンのd、。
0値に対応するd間隔が18人(Cu Wa線で4.909度の20)より大き
い位置に少な(とも1つのピークを有するX線回折パターンならびに5 Q t
orrおよび25℃で約15gベンゼン/物質100g以上の平衡ベンゼン吸着
能により特徴付けられる(基準:必要な場合、孔が場合により存在する汚染物質
により全く封鎖されていないことを確保するように結晶性物質を処理する)。
この物質に特徴的である平衡ベンゼン吸着能は、偶発的に存在する汚染物質によ
り孔が全く封鎖されていないことに基づいている。例えば、収着試験は、通常の
方法によりいずれの孔封鎖性汚染物質および水をも除去した結晶性物質相におい
て行われるものである。水は脱水技術、例えば熱処理などにより除去される。
孔を封鎖する無機無定形物質、例えばシリカ、および有機物は酸や塩基或いは他
の化学試薬などに接触させて除去することができ、結晶に不利益な影響を及ぼさ
ずに、障害物を除去することができる。
より特に、焼成された結晶性非層状物質は、10人のd間隔(Cu Wa線で8
゜842度の2θ)より大きい位置に少なくとも2つのピークを有しており、こ
れらのピークの内の少なくとも1つが18人単位のd間隔より大きい位置にあり
、最強のピークの20%よりも大きい相対強度で約10人のd間隔よりも小さい
位置にピークが存在しないX線回折パターンにより特徴付けることができる。更
に、本発明の焼成された物質のX線回折パターンは、最強のピークの約10%よ
りも大きい相対強度で約10人のd間隔より小さい位置にピークを有しない。い
ずれにせよ、X線回折パターンの少なくとも1つのピークは、物質の電子回折パ
ターンのd100値に対応するd間隔を有する。
焼成した無機質、非層状の結晶性物質は、以下に記載する物理吸着測定法により
測定して、13人またはそれ以上の孔寸法を有するとして特徴付けられる。孔寸
法は、結晶の最大垂直断面孔ディメンジョンであると考えられる。
X線回折のデータは、θ−θ構造、CuKa線およびエネルギー分散型X線検出
器を使用するンンターグ・ピー・ニー・ディー・エックス(Scintag P
ADX)自動回折装置で集めた。エネルギー分散型X線検出器を使用すると、入
射ビームおよび回折ビーム用のモノクロメータ−を使用する必要がなくなる。入
射X線および回折X線の両方のビームをダブルスリットの入射および回折コリメ
ーション系によりコリメーションした。使用したスリットのサイズは、X線管源
から始めて、それぞれ0.5.1.0.0,3、そして0.2i+■であった。
異なるスリット系によるとピーク強度を異ならせることができる。本発明の物質
で最大の細孔寸法を有するものには、透過した入射X線ビームから低角度のピー
クを分解するため、より高度にコリメーションした入射X線ビームが必要である
。
回折データは2θを0.04°ずつ10秒毎の計数時間で段階的にスキャンして
記録した(θはブラッグ(Bragg)角)。眉間間隔dはλ単位で計算し、バ
ックグラウンドを差し引いたラインの相対強度1/I、(1゜は最強ラインの1
00分の1の強度)はプロファイル・フィッティング・ルーチン(profil
e fittingroutine)を使用して導いた。強度は、ローレンツ(
Lorentz)効果および分極効果のための補正をしなかった。相対強度を次
の記号で表わす:VS=非常に強い(75〜100);S=強い(50〜74)
;M=中程度(25〜49);w=弱い(0〜24)。リングルラインとして掲
載している回折データは、実験用の非常に高い分解能や結晶学上の変化等のよう
なある条件において、分解できるように、または部分的に分解できるように見え
る複数の重なりあったラインからなるとすることができる。一般に、結晶学上の
変化は、実質的な構造の変化を伴わず、単位格子(ユニットセル(unit c
ell) )パラメーターの軽度の変化および/または結晶の対称性の変化を含
むことができる。これらの軽度の効果は、相対強度の変化を含めて、カチオン含
量、骨組構造組成、孔充填の状態および程度、熱および/または水熱履歴、そし
て粒子寸法/形状の影響、構造の不規則性、またはX線回折の技術分野で知られ
るその他の要因によるピークの幅/形状の変動における差異の結果としても生じ
うる。
平衡ベンゼン吸着能は、本発明の物質を、孔封鎖性物質の除去を企図して、例え
ば540℃で少なくとも約1時間、脱水または焼成し、所望により他の処理をし
た後、25℃および50トールベンゼンで平衡に達するまで接触させて測定する
。続いて、収着されたベンゼンの重量を下記のようにして測定する。
カチオン性物質のアンモニウム型は、熱処理(焼成)により容易に水素型に転化
することができる。熱処理は、一般に、これらの型の一つを少なくとも400℃
の温度で少なくとも1分間、一般に20時間を越えず、好ましくは約1〜10時
間加熱して行う。熱処理に減圧を採用することができるが、便利さの点で、空気
、窒素、アンモニア等中における大気圧が望ましい。熱処理は750℃までの温
度で実施できる。熱処理生成物は、ある炭化水素転化反応の触媒において特に有
用である。
結晶性物質は数種の方法の一つにより調製できるが、いずれも特定の制限を有す
る。
第1の方法は、X ! Os/ Y O、モル比がθ〜0.5であるが、A1.
0./SiO。
モル比が0〜0.01、約25〜250℃、好ましくは約50〜175℃の結晶
化温度ならびに以下更に詳細に記載する有機誘導剤(organic dire
cting agent)、または好ましくは有機誘導剤および下記の追加の有
機誘導剤の組合せを有する。
この第1の方法は、例えばナトリウムもしくはカリウムなどのアルカリまたはア
ルカリ土類金属(M)、所望によりカチオンのソース(source) ;例え
ばコバルトなどの二価元素W1例えばアルミニウムなどの三価元素X1例えばケ
イ素などの四価元素、例えばリンなどの三価元素Zからなる群から選ばれる酸化
物の一つまたはその組合せのソース:以下に記載する有機(R)誘導剤;ならび
に例えばC,−C,アルコール、C+−Csジオールおよび/または水、特に水
などの溶媒もしくは溶媒剤混合物の供給源(ソース(source) )を含む
反応混合物を調製することを含んでなる。反応混合物は、酸化物のモル比を用い
れば、以下の範囲の組成を有する:
反応物質 有用範囲 好ましい範囲
X t Os / Y O20〜0.5 0.001〜0.5AhOs/5iO
a O〜0.01 0.001〜0.01XzOs/(Y(h+Zz05) 0
.1〜100 0.1〜20XxOs/ (YO2+WO+Z20s) o、
1〜100 0.1〜20溶媒/
(Yo、+vo+Z、O,+X、o3) 1〜1500 5〜10000H−/
Y0. 0〜10 0〜5
(M2/−0+R2/10)/
(YO2+fO+Z203+XtOs) 0.01〜20 0.05〜5M2.
.O/
(Y02+fO+Zzos+X20s) 0〜10 0〜5R1,、O/
(Y02+1lIO+Z20s+XzOs) 0.01〜2.0 0.03〜1
.0[式中、eおよびfはそれぞれMおよびRの重み付き平均原子価である。]
この第1の方法において、Zおよび/またはWの酸化物を反応混合物に加えない
場合、pHが重要であって、9〜14に維持しなければならない。反応混合物中
にZおよび/またはWの酸化物が存在する場合、pHはこの結晶性物質を合成す
るために厳密には重要ではない。ここで、本発明の結晶性物質の合成する以下の
方法と同様に、R2y r O/ (’に’ 02 + W O+Z 20 B
+ X 20 g )比が重要である。
この割合が0.01より小さいか、2.0より大きい場合には、所望する結晶性
物質を犠牲にして、不純生成物が合成されやすい。
結晶性物質を合成するための第2の方法は、O〜0,5のXiO*/YO2モル
比、25〜250℃、好ましくは50〜175℃の結晶化温度、および下記の別
々の二つの有機誘導剤、即ち、有機誘導剤および追加の有機誘導剤を有する反応
混合物を含む。この第2の方法は、例えばナトリウムもしくはカリウムなどのア
ルカリまたはアルカリ土類金属(M)、所望によりカチオンのソース:例えばコ
バルトなどの二価元素W1例えばアルミニウムなどの三価元素X1例えばケイ素
などの四価元素、例えばリンなどの三価元素2からなる群から選ばれる酸化物の
一つまたはその組合せのソース:いずれも以下に記載する有機誘導剤および追加
の有機誘導剤(R)の組み合わせ、ならびに例えばc、−cgアルコール、C,
−C,ジオールおよび/または水、特に水などの溶媒もしくは溶媒剤混合物の供
給源(ソース(source) )を含む反応混合物を調製することを含んでな
る。反応混合物は、酸化物のモル比を用いると、以下の範囲の組成を有する:反
応物質 有用範囲 好ましい範囲
XtOs/YOtO〜0.5 0.001〜0.5X!Os/(YO2+Z、O
s) 0.1〜100 0.1〜20XtOs/(YO2+WO+ZzOs)o
、1〜100 0.1〜20溶媒/
(YO,+WO+Z、0.+X208) 1〜1500 5〜10000H−/
YO! 0〜10 0〜5
(M!/−0+R1/ダ0)/
(YO2+WO+ZtOi+X10s)o、01〜20 0.05〜5M!、、
0/
(YO2+WO+ZzOs+XxOs) 0〜10 0〜5R27IO/
(YO2+WO+ZzOs+XtOs) 0.1〜2.0 0.12〜1.0[
式中、eおよびfはそれぞれMおよびRの重み付き平均原子価である。]この第
2の方法において、Zおよび/またはWの酸化物を反応混合物に加えない場合、
pHが重要であって、約9〜約14に維持しなければならない。反応混合物中に
Zおよび/またはWの酸化物が存在する場合、pHの正確な値は結晶化のために
重要ではない。
結晶性物質を合成するための第3の方法は、Xがアルミニウムを含んでなり、Y
がケイ素を含んでなる場合であり、結晶化温度が25〜175℃、好ましくは5
0〜150℃でなければならず、下記の有機誘導剤、あるいは好ましくは下記の
該有機誘導剤に追加の有機誘導剤を加える組合せを使用する。この第3の方法は
、例えばナトリウムもしくはカリウムなどのアルカリまたはアルカリ土類金属(
M)、所望によりカチオンのソース;アルミニウムおよび/またはケイ素のソー
ス、以下に更に詳細に記載する有機(R)誘導剤ならびに例えばC,−C,アル
コール、C,−C,ジオールおよび/または水、特に水などの溶媒もしくは溶媒
剤混合物を含む反応混合物を調製することを含んでなる。反応混合物は、酸化物
のモル比を用いると、以下の範囲の組成を有する;反応物質 有用範囲 好まし
い範囲
AlIO3/SiO□ 0〜0.5 0.001〜0.5溶媒/5iOz 1〜
1500 5〜10000H−/5ift O〜10 0〜5
(II、、、0+R1/10)/(Si02+Al203) 0.01〜20
0.05〜5Mtz−0/(Si02+Al203) 0〜5 0〜3Rtz+
O/(Si02+Al203) 0101〜2 0.03〜1[式中、eおよび
fはそれぞれMおよびRの重み付き平均原子価である。コこの第3の方法におい
て、pHが重要であって、9〜14に維持しなければならない。この方法は、以
下の工程を含む:(1)有機(R)誘導剤と溶媒または溶媒混合物とを、溶媒/
R37,Oのモル比がs o−1−s o o、好ましくは50〜500となる
ように混合する。この混合物が合成法の[第1テンプレート(primary
template) Jを構成する。
(2)ステップ(1)の第1テンプレート混合物に、例えばシリカおよび/また
はアルミナなどの酸化物のソースを、Rt7+O/(SiOz+AlzOs)の
比が0.01〜2.0となるように添加する。
(3)ステップ(2)から得られた混合物を温度20〜40℃で、好ましくは約
5分〜約3時間攪拌する。
(4)混合物を、攪拌しながらまたは攪拌せずに、好ましくは20〜100℃の
温度にて好ましくは約10分〜約24時間放置する。
(5)ステップ(4)からの生成物を温度50〜175℃で、好ましくは約1〜
約72時間結晶化させる。結晶化温度は所定の範囲内において高い程、好ましい
。
本発明の第4の方法は第3の方法において使用した反応混合物を含むが、酸化ケ
イ素のソースである、テトラエチルオルトシリケート(tetraethylo
rthosili−cate)を使用して以下の特別の手順を含む:(1)有機
(R)誘導剤と溶媒または溶媒混合物とを、溶媒/R1,、Oのモル比が50〜
800、好ましくは50〜500であるように混合する。この混合物が合成法の
「第1テンプレートを構成する。
(2)ステップ(1)の第1テンプレート混合物に、テトラエチルオルトシリケ
ートおよび所望により酸化アルミニウムのソースを、R2/、O/5iftのモ
ル比が約0.5〜約2.0となるように混合する。
(3)ステップ(2)から得られる混合物を、10分〜6時間、好ましくは30
分〜2時間、温度0〜25℃、pH12以下で攪拌する。このステップにより、
加水分解/重合が生じ、得られる混合物は曇りを呈する。
(4)ステップ(3)から得られる生成物を、25〜150℃、好ましくは95
〜110℃の温度で、4〜72時間、好ましくは16〜48時間結晶化させる。
上記のいずれの方法においても、静置またはかき混ぜ、例えば撹拌などを行い、
例えばポリプロピレンジャーまたはテフロン内張りもしくはステンレススチール
オートクレーブなどの適当な反応容器中で、結晶性物質のバッチ式の結晶化を行
うことができる。結晶化は適当な装置内で連続的に行うこともできる。結晶化の
て各方法について上述しているが、例えば5分〜14日である。続いて結晶を液
体から分離して回収する。合成に続いて、結晶性物質を処理して全ての有機性成
分の一部または全部を除去する。
合成法においてケイ素ソースを使用する場合には、例えば4級アンモニウムシリ
ケートのような有機シリケートを少なくとも部分的に使用することが好ましい。
そのようなシリケートの例としてテトラメチルアンモニウムシリケートとテトラ
エチルオルトシリケート等があるが、これに限らない。
各方法についての合成反応の条件、例えば反応の温度、pHおよび時間などを、
上記限定範囲内で調整することにより、所望する平均孔寸法を有する本発明の非
層状結晶性物質を種々調製することができる。特に、pH,温度または反応時間
を変化させることにより、異なる平均孔寸法を有する結晶生成物の形成を促進す
ることができる。
第1および第2の合成方法のために考えられるw、x、yおよびZの種々の組合
せの例に、
Co AI Si P
−−Si −
があり、ここでW!l(Mg、または例えばMn5CoおよびFe等の二価の第
1列遷移金属から選ばれる元素であり、XがB、GaまたはFeであり、YがG
eである組合せを含むが、これに限定されない。
各反応混合物から本発明の物質を合成するための上記各方法において使用する有
機誘導剤は、式R+RzRsR4Q″″、即ち:[式中、Qは窒素またはリンで
あり、R3、R2、R3およびR4の少な(とも一つは例えば−C6HI8、−
CHHHl−Cos)(ssおよび−C,,H3,等の炭素原子数6〜36のア
リール基もしくはアルキル基またはその組合せであり、R1、R,、R。
およびR1の残りは水素および炭素原子数1〜5のアルキル基ならびにそれらの
組合せから選ばれる。コ
で示されるアンモニウムイオンまたはホスホニウムイオンである。上記のアンモ
ニウムイオンまたはホスホニウムイオンが誘導される化合物は、例えば、水酸化
物、ハロゲン化物、シリケートまたはそれらの混合物であってよい。
上記の第1および第3の方法においては追加の有機誘導剤を有することが好まを
有することが必要である。追加の有機誘導剤は、上記の誘導剤の式であって、R
,、R,、R3およびR4は共にもしくは別々に、水素および炭素原子数1〜5
のアルキル基ならびにそれらの組合せからなる群から選ばれてなるアンモニウム
またはホスホニウムイオンである。有機誘導剤のそのような組合せのいずれもが
rRJを構成し、上記の先に示した有機誘導剤/追加の有機誘導剤のモル比の1
00/1〜0.01/1内にある。
−またはそれ以上の他の結晶構造を直接合成する誘導剤として知られる他の同様
の試剤と比較すると、必要とされる誘導剤の特別の効果は、上述の制限内を有す
る所望する超大孔結晶の核形成および成長において上記反応混合物内のテンプレ
ートとして機能することができる点によると考えられている。
これらの誘導剤には、セチルトリメチルアンモニウム、セチルトリメチルホスホ
ニウム、ベンジルトリメチルアンモニウム、セチルピリジニウム、ミリスチルト
リメチルアンモニウム、デシルトリメチルアンモニウム、ドデシルトリメチルア
ンモニウムおよびジメチルジドデシルアンモニウム等の化合物が含まれるが、こ
れに限定されるものではない。
反応混合物の成分は2種以上の供給源(ソース)から供給されてもよい。反応混
合物の調製は、バッチ式または連続式のいずれによっても行える。新規な結晶性
物質の結晶寸法および結晶化時間は、使用する反応混合物の性質および結晶化条
件により変化する。
合成手順により調製される結晶は、粒子寸法を広範囲に形成することができる。
一般的に言えば、粒子は、粉末、顆粒または成形品、例えば、2メツシユ(タイ
ラー(Tyler) )スクリーンを通過し400メツシユ(タイラー)スクリ
ーン上に保持されるような粒径寸法を有する押出物であってよい。触媒を押出し
により成形する場合、結晶は乾燥前に押出すか、または部分的に乾燥した後、押
出すことができる。
本発明のメソポーラス触媒物質における孔寸法は充分大きいので、遷移状態種に
関する空間的に特定の(spatiospecific)選択性がクラッキング
などの反応において最小限になる[チェノ(Chen)ら、「シエイブ・セレク
テイブ・キャタリシス・イン・インダルトリアル・アプリケーションズ(Sha
pe 5elective Cataly−sis in Industria
l Applications) J 、第36巻ケミカル・インダストリーズ
(Chemical Industries) 、第41〜61頁(1989年
)、形状選択性に影響を及ぼす要因について論するためにこれらを参照できる]
。非常に大きい孔の結果、拡散の制限も最小になる。これらの理由のために、本
発明の組成物は、嵩高い分子構造を有する成分を含む高沸点フィードを用いる水
素化分解反応に触媒作用を及ぼすのに特に有用である。
通常、1またはそれ以上のアルファ(α)値をもたらすに十分な酸機能(aci
d−ic functionality)を有する形態で結晶物質を使用するの
が好ましい。α試験は米国特許特許第3,354,078号およびジャーナル・
オブ・キャタリシス(J ournal of Catalysis) 、第4
巻、527頁(1965年);第6巻、278頁(1966年)および第61巻
、395頁(1980年)に記載されている。
試験の説明にはこれら文献を参照できる。本明細書において用いるα値をめるた
めに用いる試験の実験条件は、ジャーナル・オブ・キャタリシス、第61巻、3
95頁(1980年)に詳細に説明されているように、可変流量および一定温度
538℃を包含する。酸機能は、塩基交換、特にアルカリ金属カチオン、例えば
ナトリウムにより、スチーミングにより、あるいは物質のシリカ:アルミナ割合
をコントロールすることにより制御できる。
プロセスにおいて採用する温度および他の条件に対して耐性を有するもう1つの
物質中に触媒を組み込むのが望ましい場合がある。そのようなマトリックス物質
には合成および天然の物質、例えばクレイ、シリカおよび金属酸化物のような無
機物質が含まれる。マトリックス物質は、自体、一般的には酸型の性質の触媒活
性を有する場合がある。
常套の前硫化処理(pre−sulfiding treatment) 、例
えば、硫化水素の存在下における加熱により、触媒を処理してよく、金属の酸化
物形態、例えばCooまたはNiOがそれに対応する硫化物に転換される。
以下の実施例1〜19により、触媒の調製に使用するメソポーラス結晶性物質の
調製を説明する。これらの実施例において、水、シクロヘキサン、ベンゼンおよ
び/またはn−ヘキサンに対する収着のデータは、以下のようにして測定した平
衡吸着値である:
秤量した吸着媒の試料は、540℃で少な(とも1時間焼成し、必要な場合、他
の処理をして孔封鎖性汚染物を除去した後、吸着室内で所望の純粋な吸着質に接
触させる。吸着媒の重量の増加は、540℃における焼成後の吸着媒の重量を基
準として、g数/吸着媒100gにより試料の吸着容量として計算される。本発
明の組成物は、6.7kPa (50Torr)および25℃において、15g
/100g以上、特に17.5/100g以上、更に特に20g/100g以上
の平衡ベンゼン吸収容量を示す。
測定を行う好ましい方法は、所望の純粋な吸着質蒸気を、1n未満に減圧した吸
着室内で、25℃において、12Torrの水蒸気、4QTorrのn−ヘキサ
ンもしくはシクロヘキサン蒸気、または6.7kPa (50Torr)のベン
ゼン蒸気の条件下で接触させる。圧力は、吸着期間の間、吸着質蒸気の導入をマ
ノスタット(mano−stat)により制御することによって一定(士約0.
5IIIIII以内)に維持する。吸着質が新しい結晶に吸着されるにつれて、
圧力が低下し、それによりマノスタットがバルブを開いて吸着質蒸気を更に室内
に導入して、上記制御圧を回復する。圧力の変化がマノスタットを作動させるの
に充分でない場合に、吸着が完了する。
ベンゼン吸着データを測定する別の方法は、適当な熱重量分析系、例えばコンピ
ュータ制御された9 90/951デユポン(duPont)T G Aシステ
ムによるものである。吸着媒試料は、流通ヘリウム中、例えば350℃または5
00℃で恒量になるまで加熱して脱水(物理的収着水を除去)する。試料が、例
えば有機誘導剤を含有するなどの合成型である場合は、試料を前述の350℃ま
たは500℃で処理する代りに、空気中にて540℃で焼成して恒量まで保つ。
ベンゼン吸着等温線の測定は、25℃において、ベンゼン飽和ヘリウムガススト
リームと純粋なヘリウムガスストリームとを適当な割合で混合して、所望のベン
ゼン分圧を得ることにより行う。6.7kPa (50Torr)におけるベン
ゼンの吸着の値を、吸着等温線のプロットから得る。
実施例において、特に断らない限り%表示は重量%である。
実施例1
塩化N、 N、 N−トリメチル−1−ヘキサデカンアミニウムの29重量%溶
液を水酸基−ハロゲン交換樹脂に接触させて調製した水酸化セチルトリメチルア
ンモニウム(CTMA (cetyltrimethylammonium)
)溶液100gを、テトラメチルアンモニウム(TMA (tetrameth
ylammonium) )シリケート(シリカ10%)水溶液100gと攪拌
しながら混合した。自由水6重量%と水和結合水4.5重量%を含み、最終粒子
寸法が約0.02μmの沈降水和シリカであるハイシル(HiSil)25gを
添加した。得られた混合物をポリプロピレンの瓶に詰め、水蒸気筒中に95℃で
一装置いた。A1tOs1モルに対する混合物のモル組成は以下のとおりであっ
た;
Nano 2.7モル
5i02 392 モル
(CTMA)go 35.7モル
(TMA)20 61.7モル
H206231モル
得られた固体生成物を濾過により回収し、周囲温度で風乾した。この生成物を5
40℃、窒素中で1時間、次いで空気中で6時間焼成した。
焼成生成物は、表面積が475+a2/gであり、平衡吸着容量(g/100g
)は以下のとおりであることが判った。
H2O8,3
シクロヘキサン 22.9
n−ヘキサン 18.2
ベンゼン 21.5
この実施例の生成物は、X線回折パターンにより、37.8±2.0人のd間隔
に非常に強い相対強度ライン、21,6±1.0および19.2±1.0人に弱
いラインを含むことにより特徴付けることができる。透過型電子顕微鏡(TEM
)により、均一な孔が六角形配列の像が形成されており、六方晶の電子回折パタ
ーンは39人のdl。。値を有した。
実施例2
実施例1と同様に調製した水酸化セチルトリメチルアンモニウム(CTMA)溶
液100gと水酸化テトラメチルアンモニウム(TMA)25%水溶液100g
とを攪拌しながら混合した。自由水6重量%と水和結合水4.5重量%を含み、
最終粒子寸法が約0.02μmの沈降水和シリカであるハイシル25gを添加し
た。
得られた混合物を静置型オートクレーブ中で150℃にて一晩放置した。混合物
の組成はAl!Os1モルに対するモル数を用いると以下のとおりであった:N
a@O2,7モル
5iOz 291 モル
(CTMA)20 35.7モル
(TMA)20 102 モル
H!0 6120 モル
得られた固体生成物を濾過により回収し、周囲温度で風乾した。この生成物を5
40℃、窒素中で1時間、次いで空気中で6時間焼成した。
焼成生成物は、表面積が993+a”/gであり、平衡吸着容量(g/100g
)は以下のとおりであることが判った。
H,07,1
シクロヘキサン 47.2
n−ヘキサン 36.2
ベンゼン 49.5
この焼成生成物のX線回折パターンは、39.3±2.0人のd間隔に非常に強
い相対強度ライン、22.2±1.0および19.4±1.0人に弱いラインを
含むことにより特徴付けることができる。TEMにより、この生成物が超大礼物
質を含むことが示された。
次に上記生成物の一部を788℃(1450°F)にて100%水蒸気と2時間
接触させた。水蒸気処理した物質の表面積は440■27gであると測定され、
苛酷な水蒸気処理後も45%が残存していることが示された。
本実施例の焼成生成物の他の一部を677℃(1250°F)にて100%水蒸
気と2時間接触させた。この物質の表面積は718m”/gであると測定され、
そのような条件の水蒸気処理後も72%が残存していることが示された。
実施例3
水、実施例1と同様に調製した水酸化セチルトリメチルアンモニウム溶液、硫酸
アルミニウム、ハイシルおよび臭化テトラプロピルアンモニウム(TPA(te
trapropylammonius) ) 35%水溶液を混合して、A 1
20 s 1モルに対するモル数を用いると以下の組成を有する混合物を調製し
た。
Nano 0165モル
5iOz 65 モル
(CTMA)、0 8.8 モル
(TPA)to 1.22モル
820 1336 モル
得られた混合物をポリプロピレンの瓶に詰め、95℃にて水蒸気箱に192時間
入れた。次に試料を室温まで冷却し、これ(3重量部)に実施例1と同様に調製
した水酸化CTMA溶液1重量部と水酸化TMA(25重量%)2重量部を混合
した。次に混合物をポリプロピレンの瓶に入れ、水蒸気箱中、95℃で一晩保持
した。A12031モルに対するモル数を用いると混合物の組成は以下のとおり
であった;
Nano O,65モル
5iOz 65 モル
(CTMA)、0 15 モル
(TPA)20 1.22モル
(TMA)xo 35.6 モル
H202927モル
得られた固体生成物を濾過により回収し、周囲温度で風乾した。次に、生成物を
540℃にて、窒素中で1時間、次いで空気中で6時間焼成した。
焼成生成物は、表面積が1085m”/gであり、平衡吸着能(g/l 00
g)は以下のとおりであることが判った。
H2O11,5
シクロヘキサン 〉50
n−ヘキサン 39.8
ベンゼン 62
この実施例の焼成生成物のX線回折パターンは、38.2±2.0人のd間隔に
非常に強い相対強度ライン、22.2±1.0および19.4±1.0人に弱い
ラインを含むことにより特徴付けることができる。TEMにより、生成物が超大
礼物質を含むことが示された。
実施例4
実施例1と同様に調製した水酸化セチルトリメチルアンモニウム(CTMA)溶
液200gを、キャタパル・アルミナ((Catapal alumina)
、a−アルミナ−水和物、74%アルミナ)2gおよびテトラメチルアンモニウ
ム(TMA)シリケート(10%シリカ)水溶液100gと攪拌しながら混合し
た。自由水6重量%と水和結合水4.5重量%を含み、最終粒子寸法が約0.0
2μmの沈降水和シリカであるハイシル25gを添加した。得られた混合物を1
50℃にて静置型オートクレーブ中に48時間入れた。混合物の組成はA120
31モルに対するモル数を用いると以下のとおりであった:
Nano O,23モル
5i02 33.2 モル
(CTMA)20 6.1 モル
(TMA)20 5.2 モル
H,0780モル
得られた固体生成物を濾過により回収し、周囲温度で風乾した。次いで生成物を
540℃にて、窒素中で1時間、次いで空気中で6時間焼成した。
焼成生成物は、表面積が1043m”/gであり、平衡吸着容量(g/l 00
g)は以下のとおりであることが判った。
HI3 6.3
シクロヘキサン 〉50
n−ヘキサン 49.1
ベンゼン 66.7
焼成生成物のX線回折パターンは、40.8±2.0人のd間隔に非常に強い相
対強度ライン、23.1±1.0および20.1±1.0人に弱いラインを含む
ことにより特徴付けることができる。TEMにより、生成物が超大礼物質を含む
ことが示された。
実施例5
水260gに、リン酸(85%)77g、キャタバル・アルミナ(74%アルミ
ナ)46gおよびピロリジン(Pyr)24gを撹拌しながら混合した。この第
1の混合物を撹拌型オートクレーブに入れ、150℃で6日間加熱した。これを
濾過し、洗浄して風乾した。この生成物50gを、水200gおよび実施例1と
同様に調製した水酸化セチルトリメチルアンモニウム溶液200gと共にスラリ
ー化した。次いで、テトラエチルアンモニウムシリケート(10%シリカ)水溶
液400gを加えて第2の混合物を形成し、これをポリプロピレンの瓶に入れ、
水蒸気箱中で95℃にて一晩保持した。第1の混合物の組成は、AI!Os1モ
ルに対するモル数を用いると以下のとおりであった:PzOs 1.0 モル
(Pyr)so 0.51 モル
H,047,2モル
得られた固体生成物を濾過により回収し、周囲温度で風乾した。次いで生成物を
540℃にて、窒素中で1時間、次に空気中で6時間焼成した。
焼成生成物は、表面積が707m2/gであり、平衡吸着容量(g/100g)
は以下のとおりであることが判った。
H,o 33.2
シクロヘキサン 19.7
n−ヘキサン 20.1
ベンゼン 23.3
この焼成生成物のX線回折パターンは、25.4±1.5人のd間隔に非常に強
い相対強度ラインを含むことにより特徴付けることができる。TEMにより、本
発明の生成物が超大礼物質を含むことが示された。
実施例6
NaA102(A120g 43.5%、Na、030%)1.35gを水45
.2gに溶解した溶液を、NaOH17,3g、コロイド状シリカ(40%、ル
ドックス(Ludox)MS−40)125.3gおよび水酸化テトラエチルア
ンモニウム(TEA)40%水溶液42.6 gと混合した。−晩撹拌した後、
混合物を水蒸気箱(95℃)内で7日間加熱した。続いて濾過し、この溶液15
1gを実施例1と同様に調製した水酸化セチルトリメチルアンモニウム溶液31
gと混合し、95℃の水蒸気箱中に13日間貯蔵した。混合物は以下の相対モル
組成を有していた:Altos 0.25モル
Na2O10モル
5iOz 36 モル
(CTMA)20 0.95モル
(TEA)20 2.5 モル
H,0445モル
得られた固体生成物を濾過により回収し、水およびエタノールで洗浄した。次に
、生成物を540℃にて、窒素中で1時間、次いで空気中で6時間焼成した。
焼成生成物の組成は、Naを0.14重量%、S i 02を68,5重量%、
A1.O。
を5.1重量%含んでおり、ベンゼンの平衡吸着容量が58.6g/100gで
あることが判った。
焼成生成物のX線回折パターンは、31.4±1.5人のd間隔に非常に強い相
対強度ラインを含むことにより特徴付けることができる。TEMにより、生成物
が本発明の超大礼物質を含むことが示された。
実施例7
実施例1と同様に調製した水酸化セチルトリメチルアンモニウム(CTMA)溶
液300gとコロイド状シリカ(40%、ルドックスHH8−40)41の混合
物を容量600ccのオートクレーブ内で20 Orpmで撹拌しながら150
℃で48時間加熱した。混合物の組成は5i021モルに対するモル数を用いる
と以下のとおりであった:
(CTMA)to o、5モル
H,o 46.5モル
得られた固体生成物を濾過により回収し、水洗した後、540℃にて、窒素中で
1時間、次いで空気中で10時間焼成した。
焼成生成物の組成は、0.01重量%未渦のNa、約98.7重量%の5in2
および約0.01重量%のAl2O3を含み、表面積が896a+”/gである
ことが判った。
焼成生成物は以下のとおりの平衡吸着容量(g/l 00 g)を有していた。
HzO8,4
シクロヘキサン 49.8
この実施例の焼成生成物のX線回折パターンは、40.0±2.0人のd間隔に
非常に強い相対強度ライン、21.2±1.0人に弱いラインを含むことにより
特徴付けられる。TEMにより、この実施例の生成物が少なくとも3つの異なる
相を含んでおり、その1つは超大礼物質であることが示された。
実施例8
実施例1と同様に調製した水酸化セチルトリメチルアンモニウム(CTMA)溶
液150gと初期のpHが12.64のコロイド状シリカ(40%、ルドックス
H8−H8−40)21’+fi合物を容量300ccノオー トクレープ内で
2oorplIで撹拌しながら150℃で48時間加熱した。混合物の組成は5
iOx1モルに対するモル数を用いると以下のとおりであった:(CTMA)2
0 0.5モル
Hto 46.5モル
得られた固体生成物を濾過により回収し、水洗した後、空気中、540℃で6時
間焼成した。
焼成生成物の組成は、0.01重量%のNa、93.2重量%の5i02および
0゜016重量%のAltosを含み、表面積が992m2/gであり、以下の
とおりの平衡吸着容量(g/l 00 g)を有することが判った。
H2O4,6
シクロヘキサン 〉50
n−へキサン 〉50
ベンゼン 62.7
この焼成生成物のX線回折パターンは、43.6±2.0人のd間隔に非常に強
い相対強度ライン、25.1+1.5および21,7±1.0人に弱いラインを
含むことにより特徴付けられる。TEMにより、生成物が超大礼物質を含むこと
が示アルミン酸ナトリウム4.15gを、水100gに臭化ミリスチルトリメチ
ルアンモニウム(C,、TMABr)16gを含む溶液中に徐々に添加した。続
いてこの混合物に、テトラメチルアンモニウムシリケート(16%シリカ)10
0g、ハイシル25gおよび水酸化テトラメチルアンモニウム(25%溶液)1
4.2gを添加した。この混合物をオートクレーブ中、120℃で24時間撹拌
しながら結晶化させた。
生成物を濾過し洗浄して風乾した。1000℃における元素分析により、生成物
は5iO253,3重量%、Al2O33,2重量%、炭素15.0重量%、窒
素1゜88重量%、ナトリウム0.11重量%および灰分53,5重量%を含む
ことが示された。540℃で、窒素中で1時間および空気中で6時間焼成した後
の物質のX線回折パターンは、35,3±2.0人のd間隔に非常に強い相対強
度ライン、20.4±1.0および17.7±1.0人のd間隔に弱いラインを
含む。TEMは生成物が超大礼物質を含むことを示した。
室温においてIN硝酸アンモニウム溶液による交換を行って洗浄した後、焼成し
た生成物は、表面積が827112/gであり、無水収着剤100g当たりの平
衡吸着容量(g/100g)は以下のとおりであることが判った。
820 30.8
ンクロヘキサン 33.0
アルミン酸ナトリウム8.3gを、水酸化ドデシルトリメチルアンモニウム(C
I2TMAOH150%)溶液184gを含み、水480gで希釈した溶液中に
徐々に添加した。次いでこの混合物に、ウルトラシル(UltraSil) 5
0 g1テトラメチルアンモニウムシリケート(10%5iO2)の水溶液20
0gおよび水酸化テトラメチルアンモニウム(25%溶液)26.38gを添加
した。この混合物をオートクレーブ中、100℃で24時間撹拌しながら結晶化
させた。
生成物を濾過し洗浄して風乾した。540℃で、窒素中で1時間および空気中で
6時間焼成した後、X線回折パターンは、30.4±1.5人のd間隔に非常に
強い相対強度ライン、17,7±1.0および15.3±1.0人のd間隔に弱
いラインを含む。TEMにより、生成物が超大礼物質を含むことが示された。
室温においてIN硝酸アンモニウム溶液による置換を行い、洗浄後、焼成した生
成物は、表面積が1078m”/gであり、無水収着剤100g当たりの平衡吸
着容量(g/100g)が以下のとおりであることが判った。
H,032,6
シクロヘキサン 38.1
n−ヘキサン 33.3
ベンゼン 42.9
実施例11
NaA10t (Altos 43.5%、Net030%)4.9gを水37
.5 gに溶解した水溶液に、水酸化テトラエチルアンモニウム40%水溶液4
6.3ccおよびコロイド状シリカ(ルドックスHH8−40)96を混合した
。このゲルを0゜5時間激しく攪拌し、実施例1と同様に調製した等しい容量(
150ml)の水酸化セチルトリメチルアンモニウム溶液と混合して、1cc℃
で168時間反応させた。混合物の組成はA12031モルに対するモル数を用
いると以下のとおりであった:
Na2O1,1モル
Sing 30.6 モル
(TEA)xo 3.0 モル
(CTMA)20 3.25モモ
ル20 609 モル
得られた固体生成物を濾過により回収し、水洗した後、540℃にて空気中で1
6時間焼成した。焼成生成物は、表面積が1352園”/gであり、以下のとお
りの平衡吸着容量(g/100g)を有することが判った。
820 23、6
シクロヘキサン 〉50
n−ヘキサン 49
ベンゼン 67.5
焼成生成物のX線回折パターンは、38.5±2.0人のd間隔に非常に強い相
対強度ライン、20.3±1.0人に弱いラインを含むことにより特徴付けるこ
とができる。TE、Mにより、生成物が超大礼物質を含むことが示された。
実施例12
実施例1と同様に調製した水酸化セチルトリメチルアンモニウム(CTMA)溶
液200gを、アルミン酸ナトリウム4.15gおよびテトラメチルアンモニウ
ム(TMA)シリケート水溶液(10%シリカ)100gと混合して攪拌した。
自由水6重量%と水和結合水4,5重量%を含み、最終粒子寸法が約0.02μ
腸の沈降水和シリカであるハイシル25gを添加した。得られた混合物を静置型
オートクレーブ中で150℃に24時時間−た。混合物の組成はA 1 t O
s 1モルに対するモル数を用いると以下のとおりであった:Nano 1.2
5モル
SiO227,8モル
(CTMA)20 5.1 モル
(TMA)20 4.40モル
Hz0 650 モル
得られた固体生成物を濾過により回収し、周囲温度で風乾した。次いで生成物を
540℃にて、窒素中で1時間、次いで空気中で6時間焼成した。TEMにより
、生成物が超大礼物質を含むことが示された。この実施例の焼成生成物のX線回
折パターンは、44.2±2.0人のd間隔に非常に強い相対強度ライン、25
゜2±1.5および22.0±1.0人に弱いラインを含むことにより特徴付け
られる。
焼成生成物は、表面積が932+2/gであり、平衡吸着容量(g/100g)
は以下のとおりであることが判った。
H2O39,3
シクロヘキサン 46.6
n−ヘキサン 37.5
実施例1と同様に調製した水酸化セチルトリメチル(CTMA)アンモニウム溶
液200gを、アルミン酸ナトリウム4.15gおよびテトラメチルアンモニウ
ム(TMA)シリケート水溶液(10%シリカ)100gと混合して攪拌した。
自由水6重量%と水和結合水4.5重量%を含み、最終粒子寸法が約0.02μ
■の沈降水和シリカであるハイシル25gを添加した。得られた混合物を100
℃にて水蒸気筒中に48時間装いた。混合物の組成はAhOs1モルに対するモ
ル数を用いると以下のとおりであった:
Naz0 1.25モル
Sin、 27.8 モル
(CTMA)20 5.1 モル
(TMA)、0 4.4 モル
820 650 モル
得られた固体生成物を濾過により回収し、周囲温度で風乾した。次いで生成物を
540℃にて、窒素中で1時間、次いで空気中で6時間焼成した。焼成生成物は
、以下の平衡吸着容量(g/100g)を有することが判った:H2035,2
シクロヘキサン 〉50
焼成生成物のX線回折パターンは、39.1±2,0人のd間隔に非常に強い相
対強度ライン、22.4±1.0および19.4±1.0人に弱いラインを含む
ことにより特徴付けられる。TEMにより、生成物が超大礼物質を含むことが示
された。
実施例14
塩化CTMA29%水溶液125 g、水200g、(水50g中の)アルミン
酸ナトリウム3g、PQココ−レーションから入手可能な非晶質沈降シリカであ
るウルトラシル(UltraSil) 65 g、および(水50g中の)Na
OH21gの混合物を、150℃にて168時間、充分に撹拌して結晶化させた
。反応混合物の相対モル組成は5iCh1モルに対するモル数を用いると以下の
とおりであった(CTMA)20 0.10 モル
H,021,89モル
NaAlO20,036モル
NaOH0,53モル
得られた固体生成物を濾過により回収して水洗し、室温で16時間乾燥後、54
0℃にて、空気中で10時間焼成した。焼成生成物は、表面積が840m”/g
で、以下の平衡吸着容量(g/l 00 g)を有することが判った:H201
5,2
ンクロへキサン 42.0
n−ヘキサン 26.5
ベンゼン 62
焼成生成物のX線回折パターンは、40.5±2.0人のd間隔に非常に強い相
対強度ラインを含むことにより特徴付けられる。TEMにより、生成物が超大礼
物質を含むことが示された。
実施例15
本実施例の第一のテンプレート混合物を形成するため、水240gを、溶媒/R
,,,0のモル比が155となるように、水酸化ドデシルトリメチルアンモニウ
ム50%、イソプロパツール36%および水14%の溶液92gに添加した。こ
の混合物のH!O/R2,,0のモル比は149であり、IPA/R27tOの
モル比は6であった。この第一のテンプレート混合物に、アルミン酸ナトリウム
4.15g1ハイシル25g1テトラメチルアンモニウムシリケート水溶液(S
i Onが10%)100gおよび水酸化テトラメチルアンモニウム25%水
溶液13.2gを添加した。RzytO/(SiCh+AhOs)のモル比は0
.28であった。
この混合物を25℃で1時間攪拌した。得られた混合物を100℃のオートクレ
ーブ中に入れ、100 rpmで24時間攪拌した。オートクレーブ内の混合物
の相対モル組成は、5iOz1モルに対するモル数を用いると以下のとおりであ
りたNa2Oo、 05 モル
A110g 0.036モル
(C+□TMA)20 0.18 モル(TMA)、OO,12モル
820 36、0 モル
I PA 1. Oモル
得られた固体生成物を濾過により回収して水洗し、周囲温度で風乾した。続いて
生成物を540℃にて、窒素中で1時間、次に空気中で6時間焼成した。
焼成生成物は、表面積が1223園”/gであり、平衡吸着容量(g/100g
)は以下のとおりであることが判った。
H2O25,5
シクロヘキサン 41.1
焼成生成物のX線回折パターンは、3o、8±1.5人のd間隔に非常に強い相
対強度ライン、17.9±1.0および15.5±1.0人に弱いラインを含む
ことにより特徴付けることができる。TEMにより、生成物が超大礼物質を含む
こと(臭化デシルトリメチルアンモニウムの約29重量%溶液を水酸基−ハロゲ
ン交換樹脂に接触させて調製した)水酸化デシルトリメチルアンモニウム50.
75gとテトラエチルオルトシリケー)8.75gとを混合した。この混合物を
1時間攪拌した後、ポリプロピレン製のジャーに移し、該ジャーを蒸気箱内に2
4時時間−た。得られた混合物の組成は、5iO21モルに対するモル数を用い
ると以下のとおりであった:
(C,。TMA)to o、81モル
H,047,6モル
得られた固体生成物を濾過し、温い(60〜70℃の)蒸留水およびアセトンに
よる洗浄を数回行った。最終生成物を538℃にてN2/空気混合気中、そして
その後空気中で8時間焼成した。焼成生成物は、表面積が915m2/gであり
、平衡ベンゼン吸着容量が35g/100gであることが判った。アルゴン物理
吸着データによれば、アルゴン吸収がQ、34cc/gであり、孔寸法が15人
であることが示された。
この実施例の焼成生成物のX線回折パターンは、27.5±1.5人のd間隔に
非常に強い相対強度ライン、15.8±1.0および13.7±1.0人に弱い
ラインを含むことにより特徴付けられる。TEMにより、本実施例の生成物が超
大礼物質を含むことが示された。
実施例17
実施例1と同様に調製した水酸化セチルトリメチルアンモニウム(CTMAOH
)溶液80gに、NaA10z1.65gを添加した。この混合物をNaAlO
2が溶解するまで室温で攪拌した。この溶液にテトラメチルアンモニウム(TM
A)ソリケート水溶液(SiO2が10重量%)40g、ノゾシル10g、水2
00gおよび1.3.5−トリメチルベンゼン(メシチレン)70gを添加した
。得られた混合物を室温で数分間攪拌した。次いで、このゲルを600ccのオ
ートクレーブに入れ、150rpmで攪拌しながら105℃で68時間加熱した
。混合物の組成は、A12031モルに対するモル数を用いると以下のとおりで
あった:Nano 1.25モル
Sing 27.8 モル
(CTMA)20 5.1 モル
(TMA)20 2.24モル
H,02256モル
1.3.5−)リンチルベンゼン 80.53モル得られた生成物を濾過し、温
い(60〜70℃の)蒸留水およびアセトンによる洗浄を数回行った。最終生成
物を538℃にてNt/空気混合気中、そしてその後空気中で10時間焼成した
。焼成生成物が25g/100gを越える平衡ベンゼン吸着容量を有することが
判った。
焼成生成物のX線回折パターンを、102人のd間隔にブロードで非常に強い相
対強度ラインを有することにより特徴付けることができるが、X線回折パターン
の非常に低い角度領域におけるラインの正確な位置を通常のX線回折計により測
定するのは非常に困難である。更に、この低い2θ角におけるピークを分解する
ためには、更に細いコリメーションスリットが必要であった。この実施例におい
て使用するスリットは、X線管から始めて、それぞれ0.1、領3.0.5、そ
して0.2mmであった。TEMによれば、この実施例の生成物が、電子線回折
パターンにおいて観察されるように、a+OO値の異なる数種類の物質を含むこ
とが示された。これらの物質は85人〜120人のd間隔のdlo。値を有する
こと実施例1と同様に調製した水酸化セチルトリメチルアンモニウム(CTMA
OH)溶液80gに、NaA10z1.65gを添加した。この混合物をN a
A 10 iが溶解するまで室温で攪拌した。この溶液にテトラメチルアンモ
ニウム(TMA)シリケート水溶液(SiO2が10重量%)40g、 ハイシ
h10g、水200gおよび1.3.5−トリメチルベンゼン(メシチレン)1
20gを添加した。得られた混合物を室温で数分間攪拌した。次いで、このゲル
を600閣1のオートクレーブに入れ、150rp+*で攪拌しながら105℃
で90時間加熱した。混合物の組成は、A1tOs1モルに対するモル数を用い
ると以下のとおりであった:Na、0 1.25モル
5tyx 27.8 モル
(CTMA)10 5.1 モル
(TMA)20 2.24モル
H,02256モル
1、3.5−)リンチルベンゼン 132.7 モル得られた生成物を濾過し、
温い(60〜70℃の)蒸留水およびアセトンによる洗浄を数回行った。最終生
成物を538℃にてN、/空気混合気中、そしてそゼン吸着容量が25g/10
0gを越えることが判った。アルゴン物理収着データによれば、アルゴン吸収が
0.95cc/gであり、孔寸法の中心が78人(トリモアーヒール(Do11
imore=Heal)法、実施例22(b)参照)であるが、70人から10
5Å以上まで拡がっていることが示された。この実施例の焼成生成物のX線回折
パターンは、通常は透過した入射X線ビームによる強度が通常観察されるX線回
折の非常に低い角度の領域に強い散乱強度のみを有することにより特徴付けられ
る。しかし、TEMによれば、生成物が、電子線回折パターンにおいて観察され
るように、異なるdl。。値の数種類の物質を含むことが示された。これらの物
質は85人のd間隔から110人のd間隔までのdl。。値を有することが判っ
た。
実施例19
実施例1と同様に調製した水酸化セチルトリメチルアンモニウム(CTMAOH
)溶液80gに、NaA10z1.65gを添加した。この混合物をNaA10
aが溶解するまで室温で攪拌した。この溶液に、テトラメチルアンモニウム(T
MA)シリケート水溶液(Si02が10重量%)40g、ハイシル10gおよ
び1,3゜5−トリメチルベンゼン(メシチレン)18gを添加した。得られた
混合物を室温で数分間攪拌した。次いで、このゲルを300ccのオートクレー
ブに入れ、150rpmで攪拌しながら105℃で4時間加熱した。混合物の組
成は、AhOs1モルに対するモル数を用いると以下のとおりであった・Na2
O1,25モル
5iOz 27.8 モル
(CTMA)20 5.1 モル
(TMA)20 2.24 モル
H20650モル
1.3.5−1−リンチルベンゼン 19.9 モル得られた生成物を濾過し、
温い(60〜70℃の)蒸留水およびアセトンによる洗浄を数回行った。最終生
成物を538℃にてN2/空気混合気中、そしてその後空気中で8時間焼成した
。
焼成生成物は、表面積が975m”/g、平衡ベンゼン吸着容量が40g/10
0gを越えることが判った。アルゴン物理吸着データによれば、アルゴン吸収が
0゜97cc/gであり、孔寸法が63人(トリモアーヒール法)であり、P/
Pa=0゜65にてピークが生じることが示された。
この実施例の焼成生成物のX線回折パターンは、63±5人のd間隔に非常に強
い相対強度ライン、36.4±2.0.31.3±1.5および23.8±1.
0人のd間隔に弱いラインを含むことにより特徴付けられる。TEMにより、本
実施例の生成物が本発明の超大細孔物質を含むことが示された。
直径が60人までの孔を有するメソポーラス生成物の孔直径を測定するために、
実施例1から17までの生成物の試料0.2gをガラス製の試験管に入れ、米国
特許第4,762,010号に記載の物理収着装置に装着した。
試料は、吸着した水分を除去するために、真空中で300℃まで3時間加熱した
。その後、試験管を液体アルゴンに浸して87°Kまで冷却した。次いで、米国
特許第4,762.010号の第20欄に記載のように、供給量を計量した気体
アルゴンを試料に対して段階的に加えた。試料に加え込まれたアルゴンの量と試
料上の気体空間に残存するアルゴンの量とから吸着されたアルゴンの量が計算で
きる。この計算のために、理想気体法則と検量した試料体積を使用した(S、
J。
ブレツブ(Gregg)等、「アトソープション、サーフェス・エリア・アンド
・ホーロシティ(^dosorption、 5urface Area an
d Porosity) 、第2版、アカデミツク・プレス(Academic
Press) 、1982年)」も参照)。いずれの例においても、平衡にお
ける、吸着量に対する試料上の相対圧力のグラフが吸着等温線を構成する。等温
線を測定する温度における吸着物質の蒸気圧P0と平衡圧力との比をとることに
よって得られる相対圧力を使用することが通常行われている。十分少量ずつのア
ルゴンを各ステップで入れて、0〜0.6の相対圧力範囲の範囲で168個のデ
ータ点を得た。充分詳細な等温線を作成するためには、少なくとも100個の点
が必要である。
等混線のステップ(屈曲)が孔構造(system)の充填を示す。P/P、に
関するステップの位置が吸着の起こっている孔の寸法を反映しているのに対して
、ステップの大きさは吸着量を示す。大きな孔は、より高いP/P、にて充填さ
れる。
等混線におけるステップの位置をより適切に位置決めするために、log(P/
Pa)についての関数を導出する。(log (P/Pa)の項で表される)吸
着ピークを物理的な孔直径(人)に関係付けるのは、式:[式中、dはナノメー
トル単位の孔寸法、K=32.17、S=0.2446、L=d+0.19、そ
してD=0.57である。]である。
この式は、ホーヴアス(Horvath)およびカワゾエ(Kawazoe)の
方法(G。
ホーヴアス等、ジャーナル・オブ・ケミカル・エンジニアリング・オブ・ジャパ
ン(J、Chet Eng、 Japan) 、第16巻(6)、1983年第
470ページ)から導かれる。この式を実行するために必要な定数は、ALPO
−5の測定等混線とその既知の孔寸法から決定した。この方法は、直径が60人
までの孔を有する微孔性(■1croporous)物質に特に有用である。
実施例1〜16の試料についてのこの方法の結果を、次の表にした。実施例10
.13および15の試料には二つの別のピークがあり、生成物中に二つの別々の
超大孔相が存在するためであると考えられる。
6 27.3
7 36.6
8 42.6
9 28.3
10 22.8.30.8
11 36.8
12 36.1
13 35.0.42.1
14 40、0
15 22.4.30.4
16 15.0
比較すると、ゼオライトUSYの市販の調製試料(平衡ベンゼン収着能は、20
.7g/100gであり、X線回折パターンは、ゼオライトYの全てのラインお
よび14人における最も高いd間隔を有する)は、上述の方法により測定したと
ころ、8.3人の孔直径を有した。
物理収着等混線から孔寸法を測定するための上記のホーヴアスとカワゾエの方法
は、20人までの直径の孔構造に適用することが意図されているが、詳細に上述
したように注意して行えば、60人までの直径の孔にまで使用範囲を拡張するこ
とができる。
直径が60Å以上の孔構造においては、ケルビン(Kelvin)式を適用する
ことができる。これは通常、
常は実用上の理由により0とする。)、Rは気体定数、Tは絶対温度、rhは毛
管凝縮(孔)の半径、P/POは相対圧力(物理吸着等温式から)である。]で
与えられる。
ケルビン式は、孔構造における吸着を毛管凝縮現象として取り扱い、吸着が起こ
る圧力を表面張力と吸着質(ここではアルゴン)の接触角とにより孔直径に関係
付けている。ケルビン式が基にする原理は、直径が50から1000人の範囲の
孔において有効である。この範囲以下では、より小さい孔で真の毛管凝縮が起こ
らないので、式がもはや物理的実体を反映せず、また、この範囲以上では式の対
数の性質のために孔寸法を決定するために十分な精度が得られない。
孔寸法を測定するためにしばしば選ばれるケルビン式の特別の適用は、トリモア
およびヒール(D、 Dollimore and G、 R,Heal)の「
ジャーナル・オブ・アプライド・ケミストリー(J、 Applied Che
w、 ) 、14巻、108頁、1964年」によって報告されている。この方
法はケルビン式を適切に適用できない孔壁部の吸着量の表面層の影響を修正し、
従って、孔直径のより正確な測定を可能とする。
トリモアとヒールの方法は脱着等混線に適用するために導出されたものであるが
、単にデータを逆転することにより吸着等混線にも同様に良好に適用することが
できる。
透過型電子顕微鏡
物質の微細構造を透過電子顕微鏡(TEM)によって解明するため、試料は電子
線ビームが透過するために充分な薄さ、一般には500〜1000人程度の薄さ
でなければならない。本発明の物質の結晶組織は、通常、ウルトラミクロトーム
法(超検鏡用薄片切断法)によって研究用の調製を行う必要がある。時間がかか
るが、試料を調製するこの方法は電子顕微鏡分野では常套である。物質を樹脂(
ここでは市販の低粘度アクリル樹脂り、 R,ホワイト(llhite) ・ハ
ードを使用)中に埋め込み、80℃で1.5時間硬化させる。ブロックの薄い部
分はダイヤモンドナイフを使用してウルトラミクロトーム上で切離し、そして厚
さが500〜1000人の断面をファインメツシュ(fine mesh)電子
顕微鏡支持グリッド上に集める。ここでは、45℃ダイヤモンドナイフェツジを
備えたLKBモデルミクロトームを使用し、そして支持グリッドには400メツ
シユの銅グリッドを使用した。電子顕微鏡内での帯電を防止するために、試料上
の薄い炭素層を蒸発させた(エバポレーター内で試料に隣接した白い紙シートが
淡灰色となる)後、試料をTEMにおける試験に供することができるようになる
。
示す。この理由のため、物質の微細構造のある細部を見るために、試料に特定の
向きをとらせる必要がある。結晶性物質において、この向きは、電子顕微鏡画像
と同時に得られる電子線回折パターン(EDP)を観察することによって最も容
易に選択することができる。このような電子線回折パターンは、例えば電子顕微
鏡分野の当業者によく知られた制限視野限界開口法(the 5elected
area fieldlimiting aperture techniq
ue)を使用する最新の透過電子顕微鏡装置で作成することができる。所望の回
折スポットの配列の電子線回折パターンを観察した場合に、その電子線回折パタ
ーンに対応する結晶の画像が、電子線回折パターンによって示される投影方向に
沿った微細構造の詳細を表す。このようにして、透過電子顕微鏡を使用して結晶
構造について種々の投影像を観察することができる。
結晶生成物の顕著な特徴を観察するためには、対応する電子線回折パターンが単
一の個々の結晶からの回折スポット(点)の六方晶配列を与える向きで物質を見
ることが必要である。制限視野限界開口内に複数の結晶が存在するならば、解釈
するのが全く困難なことがある回折パターンのオーバーラツプを生じる。観察さ
れた回折点の数は、とりわけ物質中の結晶配列の規則性に影響を受ける。良好な
像を得るためには、輝点の少な(とも内側のリングが観察されるべきである。
この向きが得られるまで、個々の結晶を透過電子顕微鏡の試料傾斜装置によって
操作する。多くの場合、試料が多くのランダムな向きの結晶を含むことを利用す
ることがより容易であり、また、結晶が望ましい電子線回折パターン(従って、
向き)を与える位置をとるようになるまで、試料を簡単に検索することがより容
易である。
実施例の物質の薄く切断した試料は、2人の有効対物開口を適切に備えており、
200000ポルトで操作するJEOL200CX透過電子顕微鏡で、上記の方
法により検査した。この装置は4,5人の二点間識別力を有する。対物レンズを
、現在セットしである最小コントラストレンズのアンダーフォーカス((ウィー
ク・リーン) weak 1eans)側に注意深く保持するならば、高分解能
(位相コントラスト)透過電子顕微鏡の他の常套の実験装置を同等の像を形成す
るために使用することができる。
実施例21〜24
以下の実施例は、潤滑剤水素化方法を例証する。これらの実施例は、スタットフ
ジシード(Statfjord)重質ニュートラル留出油(以下の第3表に、0
6Fの流動点(ASTM D−97またはオートパワー(Autopour)の
ような同等のもの)まで溶媒脱ロウした後の特性と共に、その特性を示す)の処
理を用いる。フィードは1500pp■もの高い窒素含量を有し、溶媒脱ロウ後
の留出油Vlは53であることが分かる。留出油を潤滑剤水素化分解する目的は
、潤滑剤収率を最大限にしながら、脱ロウ後、VIレベルを95−100VI範
囲まで増やすことである。
第3表
水素、重量% 12.83
窒素、pp■ 1500
塩基性窒素、pp閣 466
硫黄、重量% 0.72
API比重 22.0
KV(於:100℃) 、m+a2/s 18.52組成、重量%
芳香族化合物 49.5
模式的蒸留、重量%
IBP(初留点) 765
溶媒脱ロウ油特性
KV(於 = 100℃) 、 1園”/s 20.IVI 53
流動点
’C(0F) −18(0)
潤滑剤収率、重量% 87
実施例21
本実施例は、ゼオライト触媒(NiW/USY)との比較を行う。
重質ニュートラル留出油フィードを、以下の手順で調製したNiW/USY水素
化分解触媒を含む固定床反応器により処理した:市販のUSY (ビー・キュー
(PQ)社製、Z−14USY)をAl、03と混合して、ゼオライト65重量
部およびアルミナ35重量部の混合物を形成した。この混合物に水を加え、生成
する触媒を押出成型できるようにした。次に、1000”Fにて3時間、触媒を
流通空気中にて熱処理した。得られた押出物の一部分を硝酸アンモニウム水溶液
により交換し、引き続いて、121℃(250’F)にて−晩乾燥した。3時間
の538℃(1000’F)空気による焼成の後、100%水蒸気を導入して、
温度を538℃(1000’F)にて10時間保持した。Nf(NOs)t・6
H!0および(NHn)sHxW+20*oの溶液を用いてニッケルおよびタン
グステンを初期湿式共含浸(incipient wetness coimp
regnation)法により組み込んだ。乾燥後、押出物を流通空気中で53
8℃(1000°F)にて3時間焼成した。最終触媒上のNiおよびW充填量は
、それぞれ、5.8重量%および16.6重量%であった。
処理条件は、10450〜18720kPa(1500〜2700psig)の
水素圧力、1335m、1.1.−蔦(7500SCFB)の水素循環(hyd
rogen circulation)および0.5〜1.0のLHSVであっ
た。反応器の全液体生成物を公称343℃(650’F)のカットポイントで蒸
留し、フィードを引き続いてMEK/トルエン(60/40)混合物により脱ロ
ウした。これらの実験の結果を以下の第4表にまとめている。
第4表
(NiW/USYImよるLHDc)
温度、℃(’F) 371(700) 385(725) 399(750)圧
力、kPa (psig) 1g720(2700) 18729(2700)
10446(1500)LHSV O,50,51,0
343℃(650°F+)転化率、重量% 15.2 29.3 20.0潤滑
剤特性
KV(於:100℃) 、cm”/s 14.7 10.95 10.68SU
S(於:38℃(100°F)) 982 519 515V I 72 94
90
流動点、℃(F) −15(5) −15(5) −15(5)潤滑剤収率、重
量% 80.9 60.1 63.5実施例22
本実施例は、促進剤(promoter)を使用することなく、市販の非結晶触
媒(NiW/AhOs)の使用を例証する。本実施例の条件は、13890kP
a(2000psig) (1)水素圧力、517n、1.1.−’ (750
0SCFB) 0)水素循環および0゜5のLHSVであった。この実験の結果
を以下の第5表にまとめている。
第5表
(フッ素化していないNiW/アルミナによるLHDC)温度、℃(0F) 3
99(750) 399(765) 399(775)圧力、kPa (psi
g) 13890(2000) 13890(2000) 13890(200
0)LHSV O,50,50,5
343℃+(650°F)十転化率、重量% 15.5 21.5 28.2潤
滑剤特性
KV(於: ioo℃) 、ma+2/s 11.44 9.83 8.86S
US(於:38℃(100°F)) 602 449 369V l g3.9
91.7 97.0流動点、℃(’F) −21(−5) −21(−5)
−23(−10)潤滑剤収率、重量% 70.2 64.3 58.6実施例2
3
本実施例は、実施例22と同じ触媒を使用したが、固定床反応器内において触媒
をその場でフッ素化することにより活性化して触媒上の4〜7重量%のフッ素を
達成した点で異なる。これは、留出油中の高レベルのフッ素(600pp■)に
より1週間触媒をフッ素化して、その後、フッ素レベルを25ppmまで下げて
、残りの実験のためにこれを保持した。フッ素化剤として0−フルオロトルエン
を使用した。処理条件は、13890kPa (2000psig)の水素圧力
、1335n。
1、1.” (75003CFB) (7)水素循環および0.5〜1.0(7
)LH3VTあっ;l’:。この実験の結果を以下の第6表にまとめている。
第6表
(フッ素化したNiW/アルミナによるLHDC)温度、℃(’F) 407(
764) 399(751) 413(775)圧力、kPa (psig)
13890(2000) 13890(2000) 13890(2000)L
HSV 1.0 0.5 1.0
343℃+(650°F+)転化率、重量% 16.3 18.9 21.7潤
滑剤特性
KV(於=100℃) 、Ilm”/s 10.22 9.25 9.12SU
S(於:38℃(100’F)) 468 392 380V I 93.8
97.5 98.8流動点、℃(’F) −1(30) −7(20) −7(
20)潤滑剤収率、重量% 74.4 70.0 68.5実施例24 。
本実施例は、選択的な潤滑剤水素化分解にM41Sモレキュラーシーブを使用す
ることの利点を示す。NiW/MCM−41触媒を以下に概略的に説明するよう
に調製した。
MCM−41(40人)の試料を以下のようにして調製した。
以下の混合物をオートクレーブに加えた29965g 塩化N、 N、 N−ト
リメチル−へキサデシルアンモニウムの29重量%溶液を水酸基−ハロゲン交換
樹脂に接触させて調製した水酸化セチルトリメチルアンモニウム(CTMA)
208g アルミン酸ナトリウム
492g テトラメチルアンモニウムシリケート(10%水溶液)1245g
沈降水和シリカ(ハイシル(Bisil)◆)この混合物を、自生圧下、100
℃で24時間、撹拌して結晶化した。得られた生成物を濾過によって回収し、周
囲温度で風乾した。生成物の試料は、540℃で、窒素中で1時間、続いて空気
中で6時間焼成し、その後、キャラクタリゼーションした。
焼成生成物は、1120g+2/gの表面積を有し、以下の吸着能(g/100
g)を有した:
H2O10,88
シクロヘキサン 〉50
n−ヘキサン 〉50
ベンゼン 67
焼成生成物は、38.4+2.0人のd間隔にて非常に強い相対強度ならびに2
2.6+1.0人、20.0+1.0人および15.2+1.0人にて弱いライ
ンを示した。
このMCM−41生成物を室温の硝酸アンモニウム水溶液により交換し、続いて
121℃(250°F)で−晩乾燥した。得られた結晶の一部をAl、0.と混
合して、65重量部のMCM−41および35重量部のアルミナの混合物を形成
した。この混合物に水を加えて得られる触媒を押し出し成形した。この触媒を、
51O℃(950°F)で、窒素の5v/v/分で6時間焼成し、続いて窒素を
空気の5v/v/分により置換した。焼成は、温度を538℃(1000’F)
に上昇させて完了し、その温度を5v/v/分の空気中で18時間維持した。ニ
ッケルおよびタングステンを、N1(NOx)x・6Haoおよび(NH4)s
Hzw+zo・40H20溶液を使用して、初期湿式共含浸により取り込ませた
。121℃(250’F)で−晩乾燥した後、押出し物を5v/v/分空気中、
538℃(1000°F)で3時間焼成した。NiW/MCM−41/A1zO
i触媒の物理的および化学的特性を以下に示す:
ニッケル(重量%)3.7
タングステン(重量%)9.2
ナトリウム(ppm) 200
表面積(m”/g) 530
孔体積(ml/g) 0.780
粒子帯度(g/ml) 0.883
真密度(g/ml) 2.837
この触媒を使用して385〜701℃(725〜754’F)の温度、1389
0kPa (2000psig)の水素圧力、1335n、1.1.−’ (7
5003CFB)の水素循環および0.55〜0,61のLH3Vにて留出油を
水素化分解した。これらの実験の結果を以下の第7表にまとめている。
温度、’C(’F) 385(725) 393(739) 401(754)
圧力、kPa (psig) 13890(2000) 13890(2000
) 13890(2000)L HS V O,610,540,55343℃
(650°F+)転化率、重量% 9.3 20.8 36.0潤滑剤特性
KV(於:100℃) 、+am”/s 13.08 10.46 7.59S
US(於=38℃(100°F)) 772 468 261Vl 79 9g
、1 113.3
流動点、℃(’F) −9(15) −1(30) −1(30)潤滑剤収率、
重量% 80.5 66.6 54.3このNiW/MCM−41触媒は、転化
レベル20.8重量%においてVlが53の粗留出油からVlが98の生成物へ
の重質ニュートラル留出油の改質に選択的であった。全部の実施例について、潤
滑剤収率対VI選択性データを第1図に示している。フッ素化していないNiW
/MCM−41触媒は、評価した他のフッ素化していない触媒、即ち、NiW/
USYまたはNiW/アルミナと比較すると、所定の潤滑剤収率においてより高
いVlの生成物を生成するか、あるいは所定のvIにおいてより高い潤滑剤収率
をもたらすことが分かる。市場において重要なVl範囲(95〜100VI)に
おいて、フッ素化したNiW/アルミナ触媒は、NiW/MCM−41触媒と比
較すると、少し高い潤滑剤収率対V1.選択性を有するが、フッ素が必要である
という欠点を有する。更に、目標とする転化率を達成するために必要な温度によ
り決定されるNiW/MCM−41触媒の活性は、フッ素化したおよびフッ素化
していないNip/ミル/アルミナ双方と比較して、非常に好ましかった。これ
を以下の第8表に示すが、公称の20重量%の343’C+(650°F+)転
化率の苛酷度が達成されている。
第8表
触媒活性
非フッ素化 フッ素化
NiL/MCM−41Nil/アルミナ Nil/アルミナ温度、’C(0F)
393(739) 407(765> 399(751)343℃+(650
°F+)転化率、重量% 20.8 21.5 18.9圧力、kPa (ps
ig) 13890(2000) 13890(2000) 13890(20
00)LH3V O,540,50,5
NiW/MCM−41触媒は、フッ素化および非フッ素化Nil/アルミナ触媒
の双方より活性であった。潤滑剤水素化分解触媒は、典型的には、流通時間によ
り老化していくので、MCM−41触媒系の増加した活性は、工業規模のサイク
ル長さにおける潜在的な向上という意味で有用である。
実施例25〜29
以下の実施例は、重質ニュートラルワックスフィードを使用するワックス水素化
分解(HDC)/水素化異性化(HDI)方法を示すものである。
実施例25
この実施例により、無定形(非結晶)触媒との比較を示す。フィードは、重質ニ
ュートラル(HN)粗ロウ(ワックス、5lack wax)であり、その特性
を以下の第9表に示す。
第9表
重質ニュートラル粗ワックスの特性
水素(重量96) 14.56
窒素(ppm) 54
硫黄(重量%) 0.102
API比重 34.9
動粘度(KV)、100℃(am”/s) 7.117溶媒抽出可能分(重量%
XD3235) 34.05模式的蒸留結果(℃(’F)):
IBP15 391 (736)/429 (805)90/E’P 546
(1014) 1591 (1095)溶剤脱ロウ油の特性
窒素(pp■)95
硫黄(重量%) 0.220
流動点C℃(”F)) −18(0)
動粘度(KV)、40℃(I■”/s) 92.04動粘度(KV)、100℃
(am2/s) 10.53粘度指数(VI) 96.2
組成(重量%)
芳香族化合物 20.3
結果を下記の第10表にまとめてLXる。
実施例26
本実施例は、超大孔寸法触媒の使用を例証する。
以下に説明するように、NiW/MCM−41触媒を調製した。
MCM−41(40人)の試料を、以下の混合物(重量部)をオートクレーブ内
で結晶化させて調製した。・
48部 塩化N、N、N−)ジメチル−1−ヘキサデシルアンモニウムの29重
量%溶液を水酸基−ハロゲン交換樹脂に接触させて調製した水酸化セチルトリメ
チルアンモニウム(CTMA)
1部 アルミン酸ナトリウム
24部 テトラメチルアンモニウムシリケート(10%水溶液)6部 沈降水和
シリカ()1インル、◆)この混合物を、自生圧下、100℃で24時間、撹拌
して結晶化した。得られた生成物を濾過によって回収し、周囲温度で風乾した。
生成物の試料は、540℃で、窒素中で1時間、続いて空気中で6時間焼成した
。生成物の特性(よ、MCM−41として同定されるものに一致した。
MCM−41を室温硝酸アンモニウムにより交換し、続いて121℃(250’
F)で−晩乾燥した。得られた結晶の一部をAl2O,と混合して、65重量部
のMCM−41および35重量部のアルミナの混合物を形成した。この混合物1
:水を加えて得られる触媒を押出し成形した。この触媒を、510℃(950°
F)で、窒素の5v/v/分で6時間焼成し、続いて窒素を空気の5v/v/分
に置換した。焼成は、温度を538℃(1000°F)に上昇させて完了し、そ
の温度を5v/v/分の空気中で18時間維持した。二・ソケルおよびタングス
テンを、N i (N Os ) 2・6H,Oおよび(NH4)llH2W+
2゜・40H20溶液を使用して、初期湿式共含浸により取り込ませた。121
℃(250°F)で12時間乾燥した後、押出し物を5v/v/分空気中、53
8℃(1000°F)で3時間焼成した。
NiW/MCM 41/Al2O3触媒の物理的および化学的特性を以下に示す
:ニッケル(重量%)5.8
タングステン(重量%’) 29.1
ナトリウム(ppm) 200
表面積(m’/g) 242
充填帯度(g/cc) 0.749
この触媒を、以下のプロセス条件にてワックスの水素化分解/水素化異性化に使
用した:実施例21と同じワックスフィードを使用して実施例21と同様の13
89 QkPa−abs、 (2000psig)の水素圧力、1335n、1
.1.−’ (7500SCF/BbL)の水素循環およびILH8V0運転温
度を382〜397℃(720〜746°F)で調節し、343℃(650°F
−)の沸点転化物の範囲にまたがるようにした。生成物の仕上げは、実施例21
と同様に、即ち、343℃十(650°F+)のカットポイントまでの蒸留およ
びその後の一18℃(06F)の流動点までの溶媒説ロウにより行った。これら
の運転の結果を第11表に示す。
添付図面の第2図は、NiW/MCM−41の活性が、フッ素化Nミル/アルミ
ナの活性より高いことを示す。例えば、30重量%の343℃−(650°F)
転化率において、フッ素化触媒は394℃(742°F)の反応器温度を必要と
するが、MCM−41触媒は、5.6℃(10°F)低い389℃(732°F
)を必要とした。30〜60重量%の343℃−(650°F)の転化率または
それ以上である好ましい沸点の転化率の範囲において、この活性の利点は、より
低いサイクル開始時の温度および潜在的により長い触媒寿命に関して利点がある
。
第3図は、フッ素化Nミル/アルミナおよびNiW/MCM−41触媒の場合の
潤滑剤収率が、50%以下の低いワックス転化率においては同様であるが、高い
ワックス転化率においては、促進されていないN4W/MCM−41触媒が、フ
ッ素化Nミル/アルミナ触媒と比較して望ましい収率の利点を有することを示す
。
第4図は、NiW/MCM−41の潤滑剤Vlが、フッ素化Nミル/アルミナ触
媒を用いて得られるVlと同等であることを示す。
第5図は、MCM−41生成物の粘度の利点を示す。所定のワックス転化率にお
いて、MCM−41系触媒から得られる潤滑剤は、フッ素化非結晶触媒の場合よ
り粘度が高い。ワックスの水素化分解/水素化異性化プロセスは、水素化分解/
水素化異性化されるフィードの粘度を相当減少させるので、粘度をできる限り高
く維持することが望ましい。例えば、このフィードの目標粘度は100℃にて5
IIII12/Sである;フッ素化アルミナ触媒は、50重量%のワックス転化
率にてこれを達成できる。MCM−41は、65重量%という遥かに高いワック
ス転化率にて運転でき、まだ目標の粘度を達成できる。より高いワックス転化率
にて運転する場合の工業的な利点、例えばより高いワックス転化率によるMEK
負荷の減少および未転化のワックスのリサイクルストリームの減少などが多く存
在する。
水素化処理反応器を、水素化異性化反応器の下流に設けて潤滑剤生成物を更に安
定化させてよい。
FIGLI’RE l
フロントページの続き
(81)指定国 EP(AT、BE、CH,DE。
DK、ES、FR,GB、GR,IT、LU、MC,NL、 SE)、 AU、
CA、JP
(72)発明者 デグナン、トーマスーツランシス・ジュニア
アメリカ合衆国 08057−2109 ニューシャーシー、ムアズタウン、バ
トック・パス736番
(72)発明者 マーラー、デビット・オーエンアメリカ合衆国 08096−
2557 ニューシャーシー、デプトフォード、クーパー・ストリート・ナンバ
ー272ビー 801番(72)発明者 マシン、ドミニク・ニコラスアメリカ
合衆国 08090−1734 ニューシャーシー、ウニノナ−、ノース・モン
ロー・アベニュー 10番