【発明の詳細な説明】
潤滑油の水素化変換(hydroconversion)用層状触媒
発明の分野
本発明は、原油の接触水素化変換に関する。更に具体的には、本発明は潤滑油
基礎原料(lube Oil based stock)の製造における層状触媒(layered catalyst
system)に関する。
発明の背景
非合成潤滑油は、主成分量の石油基油及び添加剤パッケージである。基油は、
蒸留、水素化分解、ヒドロプロセッシング(hydroprocessing)、接触脱蝋などの
ような複数の処理により原油から精製される。これらの工程からの予備基油は、
更に処理を行って完成した基油を生成する必要がある。基油の生成において、精
製業者は石油のVIを保存したまま最高の可能な収率を得ようとする。含蝋原油
(waxy crude oil)で高収率を維持することは、特に困難な問題である。一つの
方法は、石油の含蝋画分を溶媒脱蝋することである。しかしながら、この方法は
、所定のVIでの収率を低下させがちである。この収率の問題は、含蝋基油から
潤滑油基礎原料(lube oil base stock)を生成する目的での溶媒抽出の後の接触
脱蝋に関して記載されていた。しかしながら、細孔点(pore point)及び曇り点を
生じる蝋(ワックス)を完全に除去する脱蝋段階は、収率を低下させる。従って
、所定のVIで収率を最適にする方法を得ることがきわめて望ましい。
潤滑油の製造において、接触脱蝋または水素化処理(hydrotreating)、または
水素化分解は、個別のゾーンまたは個別の反応装置を有する反応装置で行われる
。この処理は経費がかかり、所定の反応装置の全般的工程または間隔が複雑にな
る。従って、1つの型または種類の触媒を次の触媒の最上部に重層した触媒重層
系を得ることがきわめて望ましい。このような配置により、逐次処理が一層速や
かになり、デザインが一層コンパクトになり、工程及び反応装置内部が簡略化さ
れる。
発明の概要
本発明は、ヒドロ異性化(hydroisomerization)脱蝋触媒を用いて含蝋水素化
分解油を脱蝋することを含んでなる潤滑油基礎原料(lubricating oil base stoc
k)の製造法に関する。
本発明は、潤滑油基礎原料を製造するための脱蝋工程及び層状脱蝋触媒(系)
にも関する。層状触媒は、芳香族を飽和し、粘度指数を増加し、分子量減少を最
小限に止めるなどの水素化処理反応の触媒特性を有する触媒、及びワックスヒド
ロ異性化による流動点減少の触媒特性を有するイソ脱蝋触媒を含んでなる。
更に具体的には、本発明は、層状触媒であって、触媒の第一層が潤滑油基礎原
料を予備処理し、第二層が含蝋供給物の脱蝋を完結させ、VIを低下させること
なく高収率を維持し且つ高触媒活性を有する触媒を用いて工程を促進しまたはエ
ネルギーを節約する低温で反応装置を運転するものを提供する。従って、水素化
処理を行ってヘテロ原子と芳香族の少なくとも一部を除去した後、水素化処理/
水素化分解を行って芳香族を飽和し、異性化し且つVIを向上させ、次にヒドロ
異性化を行ってワックスを除去し、最後に水素化仕上げ(hydrofinishing)を行っ
て潤滑油を安定化させる逐次段階を含む潤滑油炭化水素加工法において、
反応装置にあり且つ第二の触媒を重層した第一の触媒であって、イソ脱蝋触媒
を含んでなる第一の触媒と、
上記反応装置中の第一の触媒の最上部の上の第二の触媒層であって、貴金属非
晶質触媒、貴金属水素化分解触媒、またはそれらの組合せからなる群から選択さ
れた第二の触媒を含んでなる第二段階の水素化分解のための改良法であって、上
記第一及び第二の触媒の組合せが、上記第一の触媒だけを充填した反応装置より
も基剤潤滑油の製造について一定VIで触媒寿命を一層長くし、活性を一層高く
し且つ収率を一層高くするもの。
好ましい方法において、含蝋油を、酸化物支持体マトリックス上の貴金属水素
化成分を含んでなる水素化処理触媒上で水素と接触させる。次いで、水素化処理
触媒床からの流出物を、イソ脱蝋触媒と接触させる。
第一層のイソ脱蝋触媒は、他の種類の脱蝋触媒と比較して脱蝋油が高収率で得
られるようにし、直径が7.1Å以下、最も好ましくは6.5Å以下の細孔を有
し、少なくとも1個の細孔径が4.8Å以上であり、結晶粒度が約0.5μm以
下の中程度の細孔のモレキュラーシーブを含んでなる。触媒は、370℃でヘキ
サデカンを少なくとも50%転化するのに十分な酸度を有し、96%のヘキサデ
カン転化率で本明細書で定義された異性化選択比が40以上であることを特徴と
する。この触媒は、さらに少なくとも1種類のVIII族金属も包含する。
貴金属非晶質触媒、貴金属水素化分解触媒、またはそれらの組合せからなる群
から選択された第二の触媒は、白金、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、イリ
ジウム、及びレニウムなどの白金族金属から選択される貴金属を含んでなる。好
ましい白金族金属は、白金、パラジウム、またはそれらの組合せである。
好ましい態様によれば、本発明は、約100ppm未満の硫黄及び約50pp
m未満の窒素を含む含蝋供給原料を、芳香族飽和条件で水素の存在下にて水素化
処理触媒と接触させて、水素化処理した油状生成物とガス状流とを生成させ、こ
の水素化処理した油状生成物とガス状流とを異性化条件下でイソ脱蝋(iso dewa
xing)触媒と接触させて、含蝋供給原料の流動点と比較して減少した流動点を有
する脱蝋油を生成させることを含んでなり、水素化処理反応ゾーンにおける液体
転化率が約25容積%未満を維持するように水素化処理条件を予め選択すること
を特徴とする。
別の態様では、本発明は、潤滑油基礎原料を製造するための一体化した触媒に
関する。石油供給原料から多数の潤滑油基礎原料を生成するための一体化法にお
いて、この方法は、
a) 石油供給原料を、少なくとも1種類の軽質蒸留物流及び少なくとも1種
類の重質蒸留物流に分離し、
b) i) 軽質蒸留物流から硫黄の少なくとも一部と窒素の少なくとも一部を
除去するのに十分な水素化分解反応条件で、第一の水素化分解反応ゾーンで少な
くとも1種類の軽質蒸留物流を水素と接触させて、軽質蒸留物流の粘度指数と比
較して増加した粘度指数を有する少なくとも1種類の含蝋軽油を生成させ、
ii) 第一の触媒と、その上に第二の触媒を重層し、第一の触媒がイソ
脱蝋触媒を含んでなり、第二の触媒が貴金属非晶質触媒、貴金属水素化分解触媒
、またはそれらの組合せからなる群から選択されたものを含んでなる層状触媒を
含む第一の脱蝋反応ゾーンにおいて、少なくとも1種類の含蝋軽油画分を水素と
接触させ、
iii) 軽質潤滑油基礎原料を生成するのに十分な条件で、水素化反応ゾ
ーンで第一の脱蝋反応ゾーン流出物の少なくとも一部を接触させることを含んで
なる工程において、少なくとも1種類の軽質潤滑油基礎原料を生成させ、
c) i) 重質蒸留物流から硫黄の少なくとも一部と窒素の少なくとも一部を
除去するのに十分な条件で、第二の水素化分解反応ゾーンで少なくとも1種類の
重質蒸留物流を水素と接触させて、重質蒸留物流の粘度指数と比較して増加した
粘度指数を有する少なくとも1種類の含蝋重油を生成させ、
ii) 第三の触媒と、その上に第四の触媒を重層し、第三の触媒がイソ
脱蝋触媒を含んでなり、第四の触媒が貴金属非晶質触媒、貴金属水素化分解触媒
、またはそれらの組合せからなる群から選択されたものを含んでなる層状触媒を
含む第二の脱蝋反応ゾーンにおいて、少なくとも1種類の含蝋重油画分を水素と
接触させ、
iii) 重質潤滑油基礎原料を生成するのに十分な条件で、水素化反応ゾ
ーンで第二の脱蝋反応ゾーン流出物の少なくとも一部を接触させることを含んで
なる工程において、少なくとも1種類の重質潤滑油基礎原料を生成させる
ことを含んでなり、
少なくとも1種類の軽質潤滑油基礎原料の製造法と、少なくとも1種類の重質
潤滑油基礎原料の製造法を、平行反応過程において同時に行うことを特徴とする
。
本発明の系の従来の触媒系に対する利点は、本発明の方法を用いて、特に高品
質基油の適当な供給源としてこれまで認められていない供給原料を用いて、潤滑
油の製造に有用な基油を製造することができるという有効性である。
他の因子の中では、本発明は、脱蝋油を高収率で得るイソ脱蝋触媒の一部を、
脱蝋反応ゾーンで貴金属水素化成分を含んでなる水素化処理触媒に代えると、イ
ソ脱蝋触媒の性能が改良されることを見いだしたことに基づいている。触媒性能
は、白金/パラジウム合金水素化成分を含む水素化処理触媒では特に向上するこ
とが見いだされた。更に具体的には、本発明者らは、意外なことには、芳香族の
飽和のための脱蝋反応ゾーンに水素化処理触媒層を添加すると、接触脱蝋装置の
操作性が改良され、制御不能な発熱反応の効果が減少し、脱蝋油の特性が改良さ
れることを見いだした。更に驚くべきことには、脱蝋反応ゾーンに水素化処理触
媒の層を配合すると、脱蝋前の水素化分解段階の難しさが減少し、この工程で生
成した高品質の潤滑油基礎原料の特性が影響を受けないことである。この改良さ
れた性能は、少なくとも部分的には、水素化処理触媒が効果的に硫黄及び窒素を
除去し、芳香族及び環状構造を開き、或いは脱蝋の前に含蝋油の粘度指数を増加
させ、潤滑油の収率にはほとんどまたは全く損失を生じないことによるものと思
われる。
本発明は、潤滑基油の製造における触媒床が、触媒床内の領域に複数の異なる
触媒を含み、最終的且つ所定の基油生成物流を最適にすることができるというこ
とを意外にも見いだしたことにもよるものである。非晶質触媒貴金属の組合せ系
は、触媒寿命を延ばし、下になっている領域が供給物の含蝋部分を接触脱蝋し、
VIを増加させ且つ全般的な生成物流に対する収率を最大にする。
図面において
図1は、本発明の好ましい一体化工程の構成図である。
図2は、本発明の層状脱蝋触媒による収率における効果を示す。
図3は、本発明の層状脱蝋触媒による粘度指数における効果を示す。
図4は、観測された触媒活性に対する層状脱蝋触媒の影響を示す。
発明の詳細な説明
本発明は、潤滑油基礎原料の製造における含蝋供給原料を脱蝋するための層状
触媒に関する。層状触媒は、脱蝋触媒だけを用いる従来の脱蝋法と比較して、よ
り高収率の高VI脱蝋油を提供する。貴金属水素化成分を含んでなる第二の触媒
層は、芳香族飽和及びパラフィンヒドロ異性化のための水素化処理を提供する。
第二の触媒層からの流出物の少なくとも一部をイソ脱蝋触媒を含んでなる第一の
触媒層で水素と接触させ、ヒドロ異性化、クラッキング、及び油中の含蝋分子を
非含蝋形態に転化することによって、含蝋油の流動点を減少させる。
本発明により処理することができる供給原料としては、一般に比較的低流動点
に減少させることが望ましい比較的高流動点を有する油が挙げられる。本発明で
用いるのに適したこのような石油供給原料は、例えば原油、約100℃を上回る
通常の沸点を有する石油留分、ガス油及び真空ガス油、常圧蒸留法からの残留画
分、溶媒脱硫した石油残渣、シェール油(shale oils)、サイクル油(cycle
oil)、石油及び粗蝋、含蝋石油供給原料、NAOワックス、及び化学プラント法
で生成したワックスから選択することができる。直鎖n−パラフィン単独または
16以上の炭素原子を有するごく僅かに分岐した鎖状パラフィンを含むものは、
本明細書でワックスと呼ぶことがある。好ましい石油留分は、200℃〜700
℃の通常の沸点範囲、更に好ましくは260℃〜650℃の範囲の沸点を有する
。適当な供給原料としては、通常は重質のストレートラン(straight-run)ガス
油及び重質のクラッキングしたサイクル(cycle)油として定義される重質留分
、並びに通常のFCCフェド(FCC fed)及びその一部が挙げられる。クラッキン
グした原料は、様々な原料の熱または接触クラッキングから得ることができる。
供給原料は、本発明の工程に供給する前に水素化処理及び/又は水素化分解工程
に付すことができる。或いは、又は更に、この供給原料は、脱蝋の前に溶媒抽出
工程で処理を行い、芳香族、及び硫黄及び窒素含有分子を除去することができる
。
本発明により有利に処理される典型的な供給原料は、一般に初期流動点が約0
℃を上回り、更に通常には約20℃を上回る。この工程を完了した後に生成する
生成物は、一般に流動点が−0℃未満、更に好ましくは約−10℃未満に低下す
る。
本発明で用いる「含蝋石油供給原料」という用語は、石油ワックスを包含する
。本発明の方法で用いる供給原料は、約50%を上回るワックス、更には約90
%を上回るワックスを含む含蝋供給原料であることができる。流動点が高く、一
般には約0℃を上回り、更に通常には約10℃を上回る高パラフィン性供給原料
も、本発明の方法に用いるのに適している。このような供給原料は、約70%を
上回るパラフィン性炭素、更には約90%を上回るパラフィン性炭素を含むこと
ができる。
本発明の方法で用いるのに適した代表的な他の供給原料としては、ガス油のよ
うな含蝋蒸留原料、潤滑油原料、合成油及びFischer-Tropsch合成によるワック
ス、高流動点ポリアルファオレフィン、蝋下油、通常のアルファオレフィンワッ
クスのような合成ワックス、粗蝋、脱油ワックス、及び微晶質ワックスが挙げら
れる。蝋下油は、ワックスから油分を分離することによって製造される。単離し
た油分は、蝋下油と呼ばれる。
粗蝋は、水素化分解した潤滑油又は溶媒精製した潤滑油から得ることができる
。水素化分解が好ましいが、この方法は、窒素含量を低い値に減少させることも
できるからである。溶媒精製した油から誘導された粗蝋では、脱油を用いて窒素
含量を減少させることができる。場合によっては、粗蝋の水素化処理を行い、そ
の窒素含量を減少させることができる。粗蝋は、油分含量、及び粗蝋を製造する
出発材料により通常は140〜200の範囲の極めて高い粘度指数を有する。従
って、粗蝋は、例えば約120〜約180の極めて高い粘度指数を有する潤滑油
の製造に特に適している。
層状触媒は、反応装置にあり且つ第二の触媒を重層した第一の触媒であって、
イソ脱蝋触媒を含んでなる第一の触媒と、前記反応装置中の第一の触媒の最上部
にある第二の触媒層であって、貴金属非晶質触媒、貴金属水素化分解触媒、又は
それらの組合せからなる群から選択された第二の触媒を含んでなる。この触媒層
は、第二の触媒層約1〜約70容積%と、第一の触媒層約99〜約30容積%を
含んでなる。第二の触媒層は約5容積%〜約50容積%が好ましく、約20〜約
30容積%が最も好ましく、残りは第一の触媒層である。
本発明の脱蝋法で用いられる層状触媒は、貴金属非晶質触媒、貴金属水素化分
解触媒、又はそれらの組合せからなる群から選択された水素化処理触媒を含んで
なる。有用な貴金属としては、白金、パラジウム、ルテニウム、ロジウム、オス
ミウム、及びイリジウムが挙げられる。本発明で用いられる水素化処理触媒は少
なくとも1種類の金属を含むが、2種類以上の金属又はそれらの化合物の組合せ
、例えば白金とパラジウムを両方とも含む金属の組合せを用いることも可能であ
る。白金及びパラジウム金属又はそれらの化合物を支持体に蒸着する多くの方法
、例えばイオン交換、含浸、共沈などが当該技術分野で知られている。
水素化処理触媒は、更にマトリックス材料であって、本発明の方法で用いられ
る温度及び他の条件に耐性を有するものを含んでなる。マトリックス材料には、
触媒の圧縮強度を改良する目的で用いられる天然に存在する粘土や無機酸化物の
ような少なくとも1種類の結合剤が包含される。結合剤などの酸化物マトリック
ス材料は、触媒の製造の技術分野で一般に用いられているシリカ、アルミナ、マ
グネシア、ジルコニア、チタニアなどの酸化物から選択される。粘土を用いるこ
ともできる。本発明で用いられる好ましい触媒は、シリカ−アルミナ基剤から一
般に調製される酸化物マトリックス材料を含んでいる。酸化物マトリックス材料
中のシリカとアルミナの分布は均質でも不均質でもよいが、不均質であるのが好
ましい。酸化物マトリックス材料の好ましい形態は、シリカ−アルミナ基剤を分
散しており、本明細書では「不均質支持体」と呼ばれているアルミナゲル結合剤
からなっている。この支持体は、アルミナ又はシリカ以外の耐熱性材料、例えば
他の無機酸化物又は粘土粒子を、これらの材料が最終的な触媒の水素化処理活性
に悪影響を及ぼさないという条件で、含むこともできる。支持体に含まれること
ができる他の無機酸化物としては、チタニア、マグネシア、及びジルコニア、又
はそれらの組合せを挙げることができるが、必ずしもこれらに限定されない。一
般に、シリカ−アルミナは、酸化物結合剤を除くマトリックス材料の少なくとも
90重量%、好ましくは100重量%までを構成し、マトリックス材料は約5重
量%〜約70重量%の結合剤、好ましくは約20重量%〜約50重量%の結合剤
を含んでなる。結合剤材料は、アルミニウム、ケイ素、マグネシウム、ゲルマニ
ウム、チタン、ジルコニウムの酸化物を包含することができる。このような酸化
物と他の酸化物との組合せを用いることもできる。アルミナ結合剤が好ましい。
貴金属非晶質触媒は、金属水素化成分と非晶質(すなわち、非結晶性)マトリッ
クス材料を含んでなる。本発明で用いられる好ましい水素化分解触媒は、Pd/
SiO2/Al2O3触媒のような貴金属触媒であり、これは例えば米国特許第5
,393,408号明細書に記載されており、その記載内容は総ての目的のため
引用して本明細書に盛り込む。
特に好ましい水素化処理触媒は、白金−パラジウム合金と酸化物マトリックス
を含んでなり、合金中の白金対パラジウムのモル比は約2.5:1〜約1:2.
5であり、好ましくは約2:1〜約1:1であり、最も好ましくは、白金対パラ
ジウム比は1:1.5である。特に好ましい触媒は、パラジウムを基剤とする触
媒の活性を示すと同時に、通常は反応性の余り高くない白金を基剤とする触媒の
硫黄耐性を維持するので、望ましくないクラッキング反応速度を増加し且つ安定
性の低い生成物を生じる一層高い温度を必要としない。この合金材料は新規な触
媒種であり、触媒酸支持体上の白金及びパラジウム金属の混合物とは異なる。こ
の触媒は、米国特許第5,393,408号明細書の教示に従って好ましく製造
され、その記載内容は総ての目的のため引用して本明細書に盛込む。更に、「硫
黄耐性ヒドロ変換触媒及び硫黄含有潤滑油供給原料の水素化処理」という標題で
あり、事件整理番号T−5244Aを有する同時係属出願明細書の完全な記載内
容は、総ての目的のため引用して本明細書に盛込む。
最も好ましい水素化処理触媒は、総細孔容積が約0.45cm3/gを上回り
、好ましくは約0.55cm3/gを上回り、総細孔容積の少なくとも約1%、
好ましくは少なくとも約3%が直径が約1000Åを上回るマクロ細孔にあり、
マクロ細孔容積の最小量は好ましくは0.07cm3/gを上回る。本明細書で
用いる「マクロ細孔」という用語は、直径が約1000Åを上回る細孔において
細孔容積が比較的多量、すなわち少なくとも1%である触媒を指し、最小マクロ
細孔容積は、好ましくは0.07cm3/gを上回る。
本発明で用いられる触媒の孔径分布は、例えばASTM D4284「水銀侵
入ポロシメトリーによる触媒の細孔容積分布」に記載の水銀侵入ポロシメトリー
を用いて測定する。この処理法により、触媒を真空中450℃で30分間加熱し
て水蒸気及び他の揮発成分を除去する。試料の計量分(総細孔容積推定値によっ
て0.3〜0.5g)を、容積較正した試料管に入れる。この管に水銀を満たし
、Quantachrome Auto-Scan Porosimeterの加圧室に挿入する。加圧室の圧力を0
から60,000psigまで増加させる。圧力が増加すると、試料管中の水銀
が試料の細孔中に浸入するので、減少すると思われる。見掛けの水銀容積は、加
えた圧力の関数として得られる。次に、見掛けの水銀容積と加えた圧力を、それ
ぞれ細孔容積(V)及び細孔径(D)に関連させる。結果を、細孔径(Å)の関
数としての細孔容積(cm3)及び累積細孔容積(cm3)のプロットとして記録
する。データを分析すると、下記の式によるマクロ細孔容積率が得られる:マク
ロ細孔容積率=(マクロ細孔容積/総細孔容積)×100
支持体上に置いた白金−パラジウム合金の量は、潤滑油基礎原料の水素化にお
ける有効な触媒として作用するのに十分なものでなければならない。一般に、本
発明の範囲内で水素化工程を触媒するのに用いられる支持体上の合金の量は、約
0.01重量%〜約5重量%の範囲内にあり、好ましくは、範囲は約0.1重量
%〜約1重量%である。一般に、合金を約1重量%を上回る量加えても、触媒活
性は有意に改良されないので、経済的に不利である。しかしながら、1重量%を
超過する量は、通常は触媒の性能に有害ではない。
白金及びパラジウム金属又はそれらの化合物を支持体に蒸着する多くの方法、
例えばイオン交換、含浸、共沈などが当該技術分野で知られている。本発明の触
媒に用いられる支持体に白金及びパラジウムを蒸着することは、pHを制御しな
がら白金及びパラジウムの活性化合物を含む接触溶液を用いるときには特に有利
である。接触溶液を緩衝させて、pHを約9から約10の範囲内に維持する。こ
のpH範囲外の値を用いて、白金及びパラジウムを一緒に支持体上に蒸着するこ
とができるが、この支持体上での合金の最終的分布はこの範囲内で得られるもの
ほど好ましくはない。
上記の水素化成分及びマトリックス材料の他に、貴金属水素化分解触媒は、触
媒の反応活性及び/又は寿命を増加させる幾つかの場合に加えられる非ゼオライ
ト性モレキュラーシーブ及びアルミノシリケートゼオライトなどの1種類以上の
モレキュラーシーブのような活性マトリックスクラッキング成分をも含んでなる
ことができる。本発明の方法のためのゼオライト含有水素化処理触媒は、一般に
約0.1〜約20重量%のゼオライトを含み、好ましくは約1〜約10重量%の
ゼオライトを含む。水素化処理触媒に好ましいゼオライトは、ゼオライトY、X
、および超安定なYを包含する。特に好ましいものは、フレーム構造(frame wo
rk)SiO2/Al2O3比が約10を上回り、好ましくは約20を上回るゼオラ
イトである。転化率又は触媒選択性を改良する目的でゼオライトと共に他の活性
材料を用いることも、本発明の範囲内にある。しかしながら、水素化処理触媒の
クラッキング活性は、触媒にフッ素のようなハロゲンを加えることによって更に
増加させることができるが、フッ素を実質的に含まない触媒が好ましい。
脱蝋反応ゾーンの水素化処理触媒の層からの流出液の少なくとも一部を、イソ
脱蝋触媒を含んでなる触媒層上で水素と接触させる。本発明の水素化処理/脱蝋
工程を行う条件としては、約550°F〜約850、好ましくは約600°F〜
約800°Fの範囲内にある温度、約15〜約3500psig、好ましくは約
200〜約3000psig、更に好ましくは約1000〜約3000psig
の圧力範囲が挙げられる。接触の際の液空間速度(LHSV)は、一般に約0.
1〜約20時-1であり、更に好ましくは約0.2〜10時-1である。接触は、水
素の存在下で好ましく行われる。水素対炭化水素比は、炭化水素1モル当たり約
1.0〜約50モルのH2であり、更に好ましくは炭化水素1モル当たり約10
〜約30モルのH2である。本明細書で用いるLHSVは、時間当たり、触媒の
容積当たり油の容積として、時-1の単位として表される。水素化処理の際の転化
率を最小限にすることが脱蝋前の本発明の水素化処理工程中に望ましいが、潤滑
油基礎原料の転化率の測定では、例えば約25%までが起こることがある。本明
細書で用いるクラッキング転化率は、水素化処理中に通常沸点が対照温度Tref
未満の通常沸点を有する反応生成物に転化される石油供給原料の容積%での測定
値である。
Tref=T50−2.5(T50−T30)
(式中、T50及びT30は、水素化処理反応ゾーンへの石油供給原料の、D288
7の再現蒸留によるそれぞれ50容積%及び30容積%の通常の沸点温度に等し
い。
イソ脱蝋触媒は、直径が7.1Å、最も好ましくは6.5Å以下の細孔を有し
且つ少なくとも1個の細孔径が4.8Å以上であり、微結晶粒度が約0.5μm
以下のモレキュラーシーブを含んでなる。この触媒は、370℃でヘキサデカン
の少なくとも50%を転化するのに十分な酸度を有し、96%のヘキサデカンの
転化率で本明細書に定義される40以上の異性化選択性を示すことを特徴とする
。触媒は、また少なくとも1種類のVIII族金属を包含する。イソ脱蝋触媒を用い
る脱蝋工程は、米国特許第5,282,957号明細書に記載されており、その
全開示内容は、総ての目的のために引用して本明細書に盛込む。
モレキュラーシーブは、10−又は12−員環のものであり、最大細孔径が7
.1Å以下の直径である。本発明の方法に用いられる具体的なモレキュラーシー
ブとしては、ゼオライトZSM-12、ZSM-21、ZSM-22、ZSM-23、ZSM-35、ZSM-38、ZS
M-48、ZSM-57、オフレタイト(offretite)、フェリエライト、L、SSZ-31、SSZ-3
2、SSZ-36、SSZ-41、及びSUZ-4、及びSAPO-11、SAPO-31、SAPO-41、MAPO-11、及
びMAPO-31のようなリン酸アルミニウムを基剤とする他のモレキュラーシーブ材
料
が挙げられる。このようなモレキュラーシーブは、下記の公表物に記載されてお
り、それらの内容は、引用として本明細書に盛込む:来国特許第3,702,8
86号、第3,709,979号、第3,832,449号、第3,950,4
96号、第3,972,983号、第4,076,842号、第4,016,2
45号、第4,046,859号、第4,234,231号、第4,440,8
71号、第5,053,373号、第5,106,801号、および第5,59
1,421号明細書、及び1996年12月31日出願の米国仮特許出願連続番
号第60/034,252号明細書。ZSM-5は、イソ脱蝋触媒について記載した
細孔径の制限にはあわないが、結晶粒度が約0.5μm未満のZSM-5は、本発明
の脱蝋工程のヒドロ異性化触媒として適することが分かった。
本発明のモレキュラーシーブを、最適化して、最初に形成した分岐種をクラッ
キングが起こる前に触媒の細孔系を免れる。これは、小さな結晶粒度モレキュラ
ーシーブを用い、及び/又はモレキュラーシーブ中の酸部位(acid sites)の数
、位置及び/又は強度を改質することによって行われる。モレキュラーシーブの
酸部位の数が多くなれば、結晶粒度を小さくして、異性化し、クラッキングを最
小限にすることによって最適な脱蝋を提供するようにしなければならない。若干
の及び/又は弱酸性部位を有するモレキュラーシーブは、比較的大きな結晶粒度
を有することができるが、多くの及び/又は比較的強酸性部位を有するモレキュ
ラーシーブは、結晶粒度が更に小さなものでなければならない。
細孔の方向における結晶の長さは、決定的なディメンションである。X−線回
折(XRD)を用いて、線の広がり測定(line broadening measurements)により
結晶の長さを測定することができる。本発明の好ましい粒度の結晶は、多くの場
合に細孔(「c−軸」)の方向に沿って≦0.5であり、更に好ましくは≦0.
2であり、更に一層好ましくは≦0.1μmであり、細孔方向に相当するXRD
線のXRD線広がりがこれらの好ましい結晶について観察される。更に小さな粒
度の結晶、特に結晶粒度が≦0.2μmであるものについては、分岐した分子が
クラッキングを行う前に容易に逃げ出すことができるので、酸性度は余り重要で
なくなる。これは、結晶粒度が≦0.1μmであるときにも、更に真実である。
1〜2μmより大きな結晶については、XRD線は測定可能には広がらないので
、
結晶の長さを測定するには走査型電子顕微鏡(SEM)又は透過型電子顕微鏡(
TEM)が必要である。SEMまたはTEMを正確に用いるには、モレキュラー
シーブ触媒は、粒度を精確に決定するための小さな粒子の凝集体ではなく、別個
な個々の結晶からなるものでなければならない。従って、結晶の長さのSEM及
びTEMで測定した値は、XRD値より信頼性が幾分低い。
XRDを用いて結晶粒度を決定するのに用いられる方法は、Klug and Alexand
er「X−線回折法」、Wiley、1954年に記載されており、その内容は、参考
として本明細書に引用される。従って、
D=(K・λ)/(β・cosθ)
(上記式中、
D=微結晶粒度、Å
K=定数、約1
λ=波長、Å
β=補正した半値幅、ラジアン
θ=回折角。
長さが約0.1μm以上の結晶については、(細孔方向に沿って)酸部位の数
を(H+をアルカリ又はアルカリ土類金属などで交換することによって)減少さ
せると、ある程度まで異性化選択性を増加させることができる。小さめの結晶の
異性化選択性は、分岐生成物は、クラッキングを行う前に容易に逃げ出すことが
できるので、酸度には余り依存しない。異性化工程中に(NH3のような塩基を
添加することによって)滴定し、実験中に酸度を減少することによって、異性化
選択性を僅かに増加させることもできる。
本発明の最も好ましい触媒は、10−員環類(細孔開口を画定する環に10個
の酸素原子)であり、モレキュラーシーブは細孔開口度が≦7.1Åであり、好
ましくは≦6.5Åである。このような触媒としては、ZSM-21、ZSM-22、ZSM-23
、ZSM-35、ZSM-38、ZSM-48、ZSM-57、SSZ-32、フェリエライト、SAPO-11、及びM
APO-11が挙げられる。他の有用なモレキュラーシーブとしては、SAPO-31、SAPO-
41、MAPO-31及びSSZ-25が挙げられ、それらの精確な構造は知られていないが、
その吸着特性及び触媒特性は、それらが本発明の方法で用いる触媒の細孔度
条件を満足するようなものである。12−員環ゼオライトモレキュラーシーブ、
例えばLゼオライト及びZSM-12であって、それらの横寸法が7.1Åより大きく
ならないという要件を満足する変形した(非環状)細孔を有するものも、触媒と
して有用である。
本発明のイソ脱蝋触媒は、例えば米国特許第5,282,958号明細書に記
載されており、その総ての開示内容は、総ての目的のため引用して本明細書に盛
込む。本発明は、選択された酸性度、選択された細孔径、及び選択された結晶粒
度(選択された細孔長さに相当)を有する触媒を用いる。この選択は、異性化を
触媒するのに十分な酸度があり、生成物が細孔系が速やかに逃げ出してクラッキ
ングが最小限になるようにする。細孔径要件は、上記に記載している。最適の高
粘度指数及び高収率を提供するための酸度とモレキュラーシーブの結晶粒度との
関係は、n−ヘキサデカンを異性化するための標準的な異性化選択性試験を行う
ことによって画定される。試験条件としては、1200psigの圧力、160
ml/分(1気圧及び25℃)の水素流速、1ml/分の供給速度、及び長さ3
フィート×3/16インチの内径のステンレススチール製反応装置管の中央に載
荷した触媒0.5g(触媒は、管の中心に位置され、長さが約1〜2インチであ
る)を、触媒の上流に載荷したアランダムと共に供給材料の予熱の目的での使用
が挙げられる。触媒が本発明の触媒として適格であるようにするには、この方法
で試験するときには、370℃以下の温度でヘキサデカンの少なくとも50%を
転化しなければならず、好ましくは355℃以下の温度でヘキサデカンを96%
以上転化する。また、触媒を、ヘキサデカン96%を転化する条件下で用いると
きには、クラッキング生成物とは対照的に異性化したヘキサデカンを生成する選
択性を意味する温度上昇によって得られる異性化選択性は、40以上であり、更
に好ましくは50以上でなければならない。96%nC16転化率に基づいた異性
化選択性は、下記のように定義される比である。
これにより、酸部位の数は、必要な異性化酸度を提供するのに十分であるが、
クラッキングを最小限にするのに十分な低さとなる。この部位が少なすぎると、
触媒活性が不十分となる。部位が多すぎて結晶が大きくなると、異性化よりもク
ラッキングが支配的となる。
所定の触媒(固定のSiO2/Al2O3比を有する)の結晶粒度が増加すると
、酸、すなわちアルミニウムのそれぞれの細孔中の部位の数が増加する。一定の
結晶粒度範囲より大きくなれば、異性化よりもクラッキングが支配的となる。
モレキュラーシーブ結晶は、マトリックス又は多孔性マトリックスと適当に結
合することができる。「マトリックス」及び「多孔性マトリックス」という用語
は、結晶を結合、分散、或いは緊密に混合することができる無機組成物を包含す
る。好ましくは、マトリックスは、炭化水素クラッキングの意味で触媒活性を持
たない、すなわち酸部位を実質的に持たない。マトリックス細孔度は固有のもの
であることができ、或いはこれは機械的又は化学的手段によって生じることもで
きる。適当なマトリックスとしては、ケイソウ土及び無機酸化物が挙げられる。
好ましい無機酸化物としては、アルミナ、シリカ、天然に存在する及び通常の処
理を行った粘土、例えばベントナイト、カオリン、セピオライト、アタパルガイ
ト及びハロイサイトが挙げられる。
結晶と無機酸化物マトリックスとの組合せは、結晶を、酸化物と、後者を含水
状態(例えば、含水塩、ヒドロゲル、湿潤性ゼラチン状沈澱物、又は乾燥状態、
又はそれらの組合せ)したまま、緊密に混合する任意の適当な既知の方法によっ
て行うことができる。好都合な方法は、塩又は塩の混合物(例えば、アルミニウ
ム及びケイ酸ナトリウム)の水溶液を用いて含水モノ又は複数の酸化物ゲル又は
コゲルを調製することである。水酸化アンモニウムカーボネート(又は同様な塩
基)を、酸化物を含水形態で沈澱するのに十分な量で溶液に加える。次に、沈殿
物を洗浄して、ほとんどの水溶性塩を除去し、結晶と十分に混合する。水又は潤
滑剤を、混合物の(押し出しなどによる)成形を促進するのに十分な量で加える
。
好ましいイソ脱蝋触媒は、SSZ-32、ZSM-23、SAPO-11、SAPO-31、SAPO-41、又
はそれらの混合物から選択される中程度の細孔径のモレキュラーシーブを含んで
なる。更に具体的には、貴金属シリカアルミナのような非晶質水素化処理触媒の
層を、米国特許第5,053,373号明細書に記載のSSZ-32のようなイソ脱蝋
触媒及び米国特許第5,393,408号明細書の触媒の最上部に置くのであり
、上記の特許明細書の内容は、総ての目的に対して参考として本明細書に引用さ
れる。
或いは、層状系であって、脱蝋触媒の最上層がPd/SiO2/Al2O3のよ
うな貴金属水素化処理触媒に続いてSSZ-32であるものを、溶媒抽出、水素化分解
、水素化処理/イソ脱蝋工程に用いることができる。本発明の重要な利点は、脱
蝋触媒系の水素化処理層により本質的に収率損失がないことである。しかしなが
ら、この上部の水素化処理層で起こる芳香族飽和における追加のVIアップグレ
ードにより、高VI潤滑油原料を劇的に高収率で生じ、及び/又は更に高いイソ
脱蝋触媒活性及びより長いイソ脱蝋触媒寿命を生じる。実際に、本発明の驚くべ
き結果は、溶媒抽出の困難さが減少し、最終的なVI生成物の増加を維持したま
まより高収率が得られることである。これは、VIを増加するには抽出の困難さ
が増加し、収率を減少する必要がある従来の方法とは異なるものである。層状系
は、貴金属シリカアルミナ触媒の初期層を有する脱蝋触媒としてのZSM-5のよう
な触媒脱蝋剤と共に機能するが、SSZ-32を使用することが特に好ましい。ZSM-5
の触媒は、米国特許第3,702,886号明細書及び米国特許第3,700,
585号明細書に教示されており、これらの特許明細書の内容は、総ての目的の
ため引用して完全に本明細書に盛込む。
この触媒重層系は、水素化分解/水素化処理/イソ脱蝋の複数の工程及びそれ
らの組合せに用いて、SSZ32、ZSM5などの主触媒の有用範囲を拡張することがで
きる。
脱蝋反応条件は、脱蝋反応ゾーンにおける水素化処理反応条件と同一でも、又
は異なるものでもよい。とにかく、本発明の異性化/脱蝋工程を行う条件は、通
常は約200℃〜約475℃の範囲にある温度、及び約15〜約4000psi
gの圧力を包含する。更に好ましくは、圧力は約100〜約3000psigで
ある。接触時の液空間速度は、一般に約0.1〜約20時-1であり、更に好まし
くは約0.2〜約10時-1である。接触は、好ましくは水素の存在下で行う。水
素対炭化水素比は、好ましくは炭化水素1モル当たり約1.0〜約50モルH2
であり、更に好ましくは炭化水素1モル当たり約10〜約30モルH2
である。
脱蝋工程の生成物は、潤滑油基礎原料に適した高品質油である。好ましい油状
生成物は、流動点が約10℃未満であり、更に好ましくは約0℃未満である定流
動点油である。最も好ましい油状生成物は、API公表1509:エンジンオイ
ルの許諾及び認可システム「補遺E−API乗用車モーター油及びジーゼルエン
ジン油の基油相互交換性指針」によるグループII又はグループIIIの油である。
グループII基礎原料は、90%以上の飽和物と、0.03%以下の硫黄を含み、
粘度指数は80以上であり且つ120未満である。グループIII基礎原料は、9
0%以上の飽和物と、0.03%以下の硫黄を含み、粘度指数は120以上であ
る。グループ範囲の特性を評価する試験法としては、飽和物−ASTM D−2
007、粘度指数−ASTM D−2270、硫黄−ASTM D−2622、
ASTM D−4294、ASTM D−4927、ASTM D−3120の
一つが挙げられる。完成した潤滑油の粘性は、100℃で測定すると、一般に2
cStを上回る。
本発明の方法では、含蝋水素化分解生成物を、脱蝋反応ゾーンの水素化処理触
媒層上で水素と接触させる。流出物又はその一部を、これもまた脱蝋反応ゾーン
に含まれるイソ脱蝋触媒層上で水素と接触させる。従って、
(a) 水素化処理触媒層からの全流出物は、通常は液体の水素化処理した潤
滑油及び水素を含む通常はガス状の流を包含する。本発明の一態様の実施におい
て、水素化処理触媒層からの全流出物を、脱蝋触媒層に充填する。全流出物の脱
蝋は、単一反応装置中に水素化処理及び脱蝋触媒層、又は別個の反応装置中に逐
次層を有しその間には流体の処理を行わないことを意味する。
(b) もう一つの態様では、水素化処理した潤滑油を接触脱蝋装置に充填す
る。水素化処理した油の総ての脱蝋は、上記(a)又はガスを分離して、おそら
くはそれを精製した後、液体、精製ガス及び追加の新鮮な(すなわち、メーキャ
ップ)H2を脱蝋触媒層に送ることを意味する。
(c) 更にもう一つの態様では、水素化処理した潤滑油の少なくとも一部を
脱蝋触媒層に充填する。水素化処理した油の一部の脱蝋は、上記(b)又は第二
段水素化分解装置として水素化処理装置を用いて、第二段階で十分に転化し、液
体生成物を分画して、クラッキング生成物及び精製したガスを取り出し、過剰の
硫化水素、アンモニア、及び軽質炭化水素ガスを除くことを意味する。所望な潤
滑油範囲で沸騰する水素化処理した生成物の画分を、次に精製水素と組み合わせ
て、キャット(cat)脱蝋する。水素化処理触媒層からの全流出物を脱蝋触媒層
に充填することが、本発明の方法では好ましい。
次に、図1に示した好ましい態様について説明すると、潤滑油基礎原料を生成
するための層状の脱蝋触媒系は、一体化系に包含される。一体化系としては、少
なくとも2種類の蒸留画分を同時に処理するための別個の反応列が挙げられる。
一般に、これらの画分は、通常の沸点によって区別される。一体化系では、石油
供給原料5は、通常の沸点によって多数の画分に分離され、その2個を図1に示
している。多数の蒸留画分のうち、少なくとも1個の軽質(すなわち、比較的低
沸点)蒸留画分102と、1個の重質(すなわち、比較的高沸点)蒸留画分20
2を、別々の反応例における一連の反応段階で同時に反応させ、少なくとも1個
の軽質潤滑油基礎原料174と少なくとも1個の重質潤滑油基礎原料274を生
成させる。単一の蒸留カラムだけが示されているが、1以上のフラッシュ蒸留、
常圧蒸留、及び部分真空下での蒸留などの一連の蒸留工程を用いて、所望な分離
を行うことができる。軽質蒸留物流の典型的な中間沸点は、600°F〜900
°Fの範囲であり、中間沸点は、標準的圧力で流の50容積%が沸騰する温度で
ある。重質蒸留物流の典型的な中間沸点は、700°F〜1000°Fの範囲で
ある。軽質及び重質蒸留物流の硫黄含量は、約5重量%以上となることができ、
窒素含量は約2重量%以上となることができる。
以下の説明では、最初に、軽質潤滑油基礎原料174を製造するための反応列
について説明する。軽質蒸留物流102を、軽質蒸留物画分102と比較して粘
度指数が増加した軽質含蝋水素化分解生成物128を生成するのに十分な条件で
、水素化分解反応ゾーン110で水素と接触させる。
水素化分解触媒は、炭化水素性供給物から有機窒素及び有機硫黄化合物の実質
的部分も除去する。ヘテロ原子化合物を除去するこれらの反応は、有機窒素、及
びこれより重要ではないが有機硫黄化合物は、脱蝋及びヒドロ仕上げのような潤
滑油基礎原料の下流での処理にとって有害であるので、重要である。アンモニア
及び硫化水素のようなヘテロ原子除去反応の生成物は、これらの下流の工程にと
って大して有害ではない。更に、アンモニア及び硫化水素は、第一の分離ゾーン
120で効果的に除去され、窒素及び硫黄含量が典型的には25ppm未満であ
り、通常は10ppm未満である水素化分解生成物流122を生じ、1ppm以
下の濃度がよく観察される。
水素化分解反応ゾーン110における第一の水素化分解触媒は、少なくとも1
種類の水素化成分と、場合によっては、酸化物支持体上にクラッキング成分を含
んでなる。水素化成分は、少なくとも1種類の貴金属及び/又は少なくとも1種
類の非貴金属であることができる。適当な貴金属としては、白金、パラジウム、
及びイリジウム及びルテニウムのような白金族の他の原子が挙げられる。適当な
非貴金属としては、周期表のVA、VIA、及びVIIIA族のものが挙げられる。好まし
い非貴金属は、クロム、モリブデン、タングステン、コバルト、及びニッケル、
及びニッケル−タングステンのようなこれらの金属の組合せである。非貴金属成
分は予備硫化した後、高温で硫化水素のような含硫ガスに暴露して、金属の酸化
物形態を相当する硫化物形態に転化するのに用いることができる。水素化成分は
、混合段階中に混合、含浸、又は交換するなどの任意の適当な方法によって触媒
に配合することができる。金属は、カチオン性、アニオン性又は中性の複合体の
形態で配合することができ、Pt(NH3)4 2+及びこの種のカチオン性複合体が
金属をゼオライトに交換するのに好都合であるのが分かる。ヘプタモリブデン酸
又はメタタングステン酸イオンも、金属を触媒中に含浸するのに有用である。水
素化成分の1種類以上の活性供給源を、触媒の調製の際にゼオライトと、シリカ
−アルミニウムマトリックス材料の活性な供給源と混合することもできる。水素
化成分の活性成分としては、例えば、触媒に有害でなく、触媒の任意の乾燥、焼
成及び還元段階などの調製中に所望な水素化成分を生成する形態を有する任意の
材料が挙げられる。水素化成分の供給源として用いることができる典型的な塩と
しては、硝酸塩、酢酸塩、硫酸塩、塩化物が挙げられる。
水素化成分の量は、約0.01〜約45重量%の範囲とすることができ、通常
は約0.1〜約35重量%である。当然のことながら、精確な量は成分の性質に
よって変化するが、活性の低い基剤金属よりも高活性貴金属、特に白金は余り必
要でない。「基剤金属」という用語は、VB、VIB及びVIIIの1種類以上、例えば
バナジウム、クロム、モリブデン、タングステン、鉄、コバルト、及びニッケル
などが挙げられる。通常は、VIII族金属のニッケル又はコバルトをVIB族金属の
タングステン又はモリブデンと組み合わせたものなどの基剤金属の組合せが用い
られ、基剤金属は通常は、触媒を流に置くとき又は前に触媒中で硫化又は予備硫
化される。本発明の方法に好ましい触媒は、金属一酸化物として計算した少なく
とも1種類のVIII族基剤金属約1〜約15重量%、好ましくは約2〜約10重量
%、及び金属三酸化物として計算した少なくとも1種類のVIB族金属約5〜約3
0重量%、好ましくは約10〜約25重量%含む。
第一の水素化分解触媒のクラッキング成分としては、シリカアルミナのような
非晶質クラッキング成分、及び/又は大きな多孔性アルミノケイ酸ゼオライト、
例えばX、Y、超安定Y、脱アルミニウムY、及びファウジャサイト(faujasite
)の混合物が挙げられる。最も広義の態様では、広汎なゼオライトが水素化分解
工程に適しており、好ましいゼオライト低〜中全般的酸度を有し、典型的にはS
iO2/Al2O3モル比は約5〜約100の範囲であり、更に好ましくは約10
〜約60の範囲である。潤滑油の収率は、低SiO2/Al2O3比のゼオライト
を用いても著しく影響を受けないと考えられるが、高転化率で低SiO2/Al2
O3比のゼオライトでの水素化分解中には、低値の低沸点生成物が生成しやすい
。高SiO2/Al2O3比のゼオライトを用いると、高沸点を有する非潤滑油画
分を生成しやすい。触媒の低触媒汚れ率及び高VI選択性の一般に対立する目的
物を最適にするには、触媒は、一般に揮発成分を含まない基剤上に約20%未満
、好ましくは約10%未満、更に好ましくは約8%未満、更に一層好ましくは約
2〜約6%の範囲のゼオライトを含む。
ゼオライトは、多孔性の無機酸化物マトリックス材料及びマトリックス材料の
混合物、例えばシリカ、アルミナ、シリカ−アルミナ、チタニア、マグネシア、
シリカ−マグネシア、シリカ−ジルコニア、シリカ−トリア、シリカ−ベリリア
、シリカ−チタニア、チタニア−ジルコニア、並びにシリカ−アルミナ−トリア
、シリカ−アルミナ−チタニア、シリカ−アルミナ−マグネシア、及びシリカ−
マグネシア−ジルコニアのような三元組成物で複合体形成することができる。マ
ト
リックスは、コゲルの形態であることができる。触媒調製を促進し、触媒の物理
特性を改良するための好ましい支持体材料は、アルミナ支持体である。更に一層
好ましいものは、シリカアルミナマトリックス材料と複合体形成し、少なくとも
1%の追加のアルミナ結合剤を含むゼオライトである。
好ましい水素化分解触媒は、水素化分解の触媒の性能を増進して潤滑油基礎原
料を生成し、細孔容積が約0.25〜約0.60cm3/gの範囲であり、平均
細孔径が約40Å〜約100Åであり、細孔容積の少なくとも約5%は直径が約
200Åを上回る細孔であり、細孔容積の少なくとも約1%は直径が1000Å
を上回る細孔である細孔構造を有する。本明細書で用いる「平均細孔径」とは、
累積細孔容積対細孔径のプロット上の点であって、水銀ポロシトメトリー又は窒
素物理吸着ポロシトメトリーによって測定した触媒の全細孔容積の50%に相当
するものである。本発明で用いられる一つのこのような水素化分解触媒は、米国
特許第5,543,035号明細書に記載されており、上記特許明細書の内容は
、総ての目的のため引用して本明細書に盛込む。
典型的には、水素化分解条件としては、400°F〜950°Fの範囲の温度
、500〜3500psigの範囲の圧力、0.1〜20.0時-1の範囲の液空
間速度、及び炭化水素供給原料1バレル当たり水素200〜20、000SCF
の範囲の総水素供給が挙げられる。上記の水素化分解条件を用いると、供給原料
の水素化分解生成物への転化率は、約10〜約80重量%の範囲内とすることが
できる。しかしながら、より高い転化率では、一般に選択性が低くなり、中蒸留
物又は潤滑油沸点範囲の生成物よりは軽質生成物をより多量に生じる。従って、
転化率と選択性との間には妥協点を設けなければならず、約10〜約70%の範
囲の転化率が好ましい。所望な目的物を得るための反応条件の調整は、当業者の
役割である。本明細書で用いる転化率は、標的(target)温度を上回る温度で沸
騰する供給物であって、標的温度以下で沸騰する生成物へ転化されるものの割合
である。一般に、標的温度は、供給物の沸騰範囲の最低温度と大まかに設定され
る。
水素化分解反応ゾーン110を含む水素化分解反応装置111は、少なくとも
2種類の触媒層を有し、潤滑油水素化分解触媒が第一のヒドロ転化触媒層で予め
処理した炭化水素性の供給流を転化するものとして、操作することもできる。層
状の触媒系では、第一のヒドロ転化層は、潤滑油水素化分解触媒と接触する前に
いくらかのクラッキングを行い、供給原料から窒素及び硫黄を除去する。好まし
くは、触媒の最上層から出てゆく生成物の有機窒素含量は500ppm未満であ
り、更に好ましくは250ppm未満であり、更に一層好ましくは100ppm
未満である。触媒の最上層は、一般にシリカ又はシリカ−アルミナ支持体上にVI
族及び/又はVIII族水素化成分を含んでなるヒドロ転化触媒を含んでなる。水素
化処理触媒のための好ましい水素化成分としては、ニッケル、モリブデン、タン
グステン、及びコバルト、又はそれらの組合せが挙げられる。活性ゼオライト、
例えばY−型ゼオライト、好ましくはSiO2/Al2O3が約10未満のY−型
ゼオライトを、活性及び触媒安定性を増加させるためにヒドロ転化触媒と共に配
合することができる。各種の触媒層に用いられる触媒の相対量は、例えば操作条
件の困難さ、供給物の沸点範囲、供給物中の窒素及び硫黄のようなヘテロ原子の
品質、及び所望な潤滑油基礎原料特性によって、それぞれの用いた反応装置系及
び供給流に特異的である。典型的には、ヒドロ転化触媒層及び潤滑油水素化分解
触媒層を含んでなる触媒系では、ヒドロ転化触媒対水素化分解触媒の容積比は約
1/99〜約99/1の範囲であり、好ましくは約10/90〜約50/50の
範囲である。
ヒドロ転化触媒層でのヒドロ転化反応条件は、水素化分解層における条件と同
一であるか又は異なるものであることができる。一般に、ヒドロ転化条件として
は、400°F〜950°Fの範囲の温度、500〜3500psigの範囲の
圧力、01〜20.0範囲の液空間速度、及び炭化水素性供給材料1バレル当た
り水素200〜20、000SCFの範囲の総水素供給が挙げられる。
図1に例示した態様では、水素化分解反応ゾーン110からの流出物は、水素
、硫化水素、アンモニア及び低沸点炭化水素反応生成物を含んでなる通常はガス
状流を包含する。液体及びガス生成物を第一の分離ゾーン120で分離して、精
製した水素濃度の高いガス流122と軽質含蝋水素化分解生成物流124を生成
する。分離及び精製工程の詳細は図示していないが、これは、当該技術分野で知
られている。このような詳細としては、ガス流から硫化水素、アンモニア及び他
の混入物を除去して、リサイクル又は他の精製用途に適した水素含量の高い流1
2
2を生成するための手段が挙げられる。
本発明の水素化分解法によって生成した軽質含蝋水素化分解生成物124は、
高粘度指数、低窒素含量、及び低硫黄含量を有する。更に処理を行う前に、これ
を蒸留カラム130で蒸留して、それぞれ特定の粘度、特定の粘度指数、及び特
定の窒素及び特定の硫黄含量を有する2以上の様々な沸点の画分に分画すること
ができる。
この説明のために、任意数の3種類の含蝋油画分132、134、及び136
を示す。別の燃料のような精製所で用いられる非潤滑油流は、図示していない。
一般に、画分の少なくとも1つは、粘度指数が約70を上回り、好ましくは約8
0を上回る。しかしながら、粘度指数は、処理を行う供給原料によって、95程
度又は110程度とさえなることがある。様々な方法が含蝋原料の粘度指数の測
定に利用できるが、本明細書に示す粘度指数の値は溶媒脱蝋した基剤についての
ものであり、すなわちそれらは当該技術分野で周知の方法を用いて−10℃の流
動点まで溶媒脱蝋した潤滑油基礎原料に基づいたものである。図1の具体的態様
では、それぞれの含蝋油画分を、次に、接触脱蝋反応ゾーン140を含む接触脱
蝋反応装置141中での固定操作で処理する。
接触脱蝋反応ゾーン140は、本発明の層状触媒系を含む。貴金属水素化処理
触媒を含んでなる第一の触媒層は、供給物から硫黄及び窒素を除去し、芳香族及
び脂肪族環構造を開き、供給物の粘度指数を増加する。本発明のイソ脱蝋触媒を
含んでなる第二の触媒層は、ヒドロ異性化反応によって供給物の流動点を減少さ
せる。層状の触媒系層及びイソ脱蝋触媒層は、一緒になって高収率の低流動点で
、高品質の脱蝋基油を生成する。
脱蝋反応ゾーン140からの脱蝋油状生成物152の流動点は、約5℃未満、
好ましくは約0℃未満、更に好ましくは約−5℃未満の流動点を有する。
本発明の方法は、通常の脱蝋工程と組み合わせて用いて、特定の所望な特性を
有する潤滑油を得ることもでき、例えば本発明の方法を用いて、潤滑油の流動点
を所望な程度まで減少させることができる。次いで、流動点は、通常の脱蝋法を
用いて、更に減少させることもできる。このような環境下では、本発明の異性化
工程の直後に、潤滑油の流動点を約15゜Fを上回るようにすることができる。
更に、本発明の方法によって製造した潤滑油の流動点を、流動点降下組成物をこ
れに加えることによって減少させることができる。
図1の接触脱蝋反応ゾーン142からの流出物は、脱蝋した軽油画分152と
、水素分を多く含むガス状流154とを含んでなる。脱蝋した軽油画分を水素分
を多く含むガス状流156と組み合わせて、水素化反応装置151内に含まれる
水素化反応ゾーン160で水素化触媒と接触させる。好ましい態様では、脱蝋反
応ゾーンからの全流出物142を、分離することなく且つ水素又は水素分に富む
ガス状流を加えることなく、軽質潤滑油基礎原料174を生成するのに十分な条
件で水素化反応ゾーン160で接触させる。水素化反応ゾーン160からの流出
物162を、分離ゾーン170で、精製に別のところで使用し又は廃棄の目的で
回収された含水素ガス状流172及び潤滑油基礎原料として用いる目的で回収さ
れた潤滑油基礎原料174で、分離する。水素化触媒は、潤滑油基礎原料の製造
における脱蝋油の保管安定性を改良する活性を有する。収率の損失を生じるクラ
ッキング反応を最小限に止めながら、芳香族、窒素及び硫黄含有分子、及び着色
体を除去する反応が、特に望ましい。水素化段階に好ましい触媒は、酸化物マト
リックス材料上に水素化成分を含んでいる。水素化成分は、少なくとも1種類の
貴金属及び/又は少なくとも1種類の非貴金属であることができる。適当な貴金
属としては、白金、パラジウム、及びイリジウム及びルテニウムのような白金族
の他の原子が挙げられる。適当な非貴金属としては、周期表のVA、VIA、及びVII
IA族のものが挙げられる。好ましい非貴金属は、クロム、モリブデン、タングス
テン、コバルト及びニッケル、及びニッケル−ングステンのようなこれらの金属
の組合せである。非貴金属成分は、使用前に、高温で硫化水素のような含硫ガス
に暴露することによって予備硫化して、金属の酸化物型を相当する硫化物型に転
化することができる。水素化成分を、混合段階中に混合することによる、含浸す
ることによる、又は交換することによる任意の適当な方法によって触媒に配合す
ることができる。水素化成分の量は、約0.01〜約45重量%の範囲であるこ
とができ、通常は約0.1〜約35重量%である。勿論のことであるが、精確な
量は、成分の性質によって変化するが、活性の低い基剤金属よりも高活性貴金属
、特に白金は余り必要でない。好ましい水素化触媒としては、アルミナ又はシリ
カ
−アルミナ上に01重量%〜1重量%の白金及び/又はパラジウム、例えば合金
中の白金体パラジウムのモル比が約2.5:1〜1:2.5、好ましくは2:1
〜1:1、最も好ましくは約1:1.5である白金−パラジウム合金が挙げられ
る。
最も好ましい水素化触媒は、総細孔容積が約0.45cm3/gを上回り、好
ましくは約0.55cm3/gを上回り、総細孔容積の少なくとも約1%、好ま
しくは少なくとも約3%が直径が約1000Åを上回るマクロ細孔にあり、マク
ロ細孔容積の最小量は好ましくは0.07cm3/gを上回る。本明細書で用い
る「マクロ細孔」という用語は、直径が約1000Åを上回る細孔において細孔
容積が比較的多量、すなわち少なくとも1%である触媒を指し、最小マクロ細孔
容積は、好ましくは0.07cm3/gを上回る。
図1において、200番代の参照番号を有する重質供給物の反応列は、100
番代の参照番号を有する軽質供給物の処理の目的で上記した反応列に合致する。
重複を避けるために、重質潤滑油基礎原料274を製造するための反応列の詳細
な説明は、本明細書には記載しない。相当する反応ゾーン(例えば、第一の水素
化分解反応ゾーン110及び第二の水素化分解反応ゾーン210など)で用いる
触媒は必ずしも同一である必要はないが、それらは本明細書に記載の触媒の明細
内にある。
図1に示した方法は、精留塔10での蒸留による一体化工程への供給原料の単
一供給源を提供する。実際に、第一の水素化分解反応ゾーンに対する画分102
及び第二の水素化分解反応ゾーンに対する画分202は、異なる供給源から生じ
ることがある。従って、非制限的例として、102及び202の一方は真空ガス
油流として生じ、他方は、III族の潤滑油基礎原料を製造するための粗蝋又は含
蝋石油原料のような含蝋供給物として生じることがある。
例
アルミナ結合剤中に65%SSZ-32を含んでなり、0.325重量%の白金を含
む、米国特許第5,376,260号明細書に記載されたものと同様な手続きを
用いるイソ脱蝋触媒。この触媒を、触媒Aと呼ぶ。
水素化処理触媒は、米国特許第3、393、408号明細書と同様な手続きを
用いて調製した。水素化処理触媒は、66%Al2O3むシリカ−ルミナ基剤上に
0.5重量%の白金を含んでいた。この触媒を、触媒Bと呼ぶ。
触媒A(10cc)を、2300psigの総圧、水素流速237ml/分、
及び供給速度16ml/時で、下記のような物理特性を有する含蝋水素化分解供
給物と接触させた。
窒素 3.1ng(ナログラム)/μl
硫黄 0.005重量%
ワックス含量 16重量%
流動点 45℃
粘度、100℃ 11.77cSt
密度 0.89g/cm3
反応温度を調整して、様々な流動点の生成物を生成させ、脱蝋生成物の収率及び
VIを決定した。図2及び3は、試験からのデータの範囲を示す。図2及び3は
、溶媒脱蝋した試料のベースラインデータも提供する。図4は、脱蝋生成物の流
動点が反応温度によってどのように変化するかを示す。
実験を、同一反応条件で触媒A(0.75cc)の上に触媒B(0.25cc
)を有する層状触媒を用いて繰り返した。これらのデータも、図2〜4にプロッ
トする。データによれば、層状触媒系は一定流動点ではより高い粘度指数を生じ
(図3)、一定触媒活性(図4)では本質的に同等な生成物収率(図2)を保持
した。きわめて低流動点で、VIの改良が増加し、VIは減少しなかったが、触
媒Aからの生成物のVIは、流動点が減少すると減少した。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Layered catalysts for lubricating oil hydroconversion.
Field of the invention
The present invention relates to catalytic hydroconversion of crude oil. More specifically, the present invention relates to a lubricating oil
Layered catalyst in the production of lube oil based stock
system).
Background of the Invention
Non-synthetic lubricating oils are major amounts of petroleum base oils and additive packages. Base oil is
Distillation, hydrocracking, hydroprocessing, catalytic dewaxing, etc.
Refined from crude oil by such multiple processes. The reserve base oil from these steps is
Further processing is required to produce the finished base oil. In the production of base oil,
Manufacturers try to obtain the highest possible yields while preserving the VI of petroleum. Waxy crude oil
Maintaining high yields with (waxy crude oil) is a particularly difficult problem. One
The method is to solvent dewax the petroleum waxy fraction. However, this method
, Tends to reduce the yield at a given VI. The problem with this yield is that
Contact after solvent extraction for the purpose of producing lube oil base stock
It was described for dewaxing. However, the pore point and cloud point
A dewaxing step that completely removes the resulting wax reduces the yield. Therefore
It is highly desirable to have a method that optimizes the yield at a given VI.
In the production of lubricating oils, catalytic dewaxing or hydrotreating, or
Hydrocracking is carried out in a reactor having a separate zone or a separate reactor
. This process is expensive and complicates the overall process or spacing of a given reactor.
You. Thus, a catalyst overlay in which one type or type of catalyst is overlaid on top of the next catalyst
It is highly desirable to have a system. With such an arrangement, sequential processing is faster and faster.
Design, making the design more compact, simplifying the process and reactor interior
It is.
Summary of the Invention
The present invention relates to wax-containing hydrogenation using a hydroisomerization dewaxing catalyst.
Lubricating oil base stoc comprising dewaxing cracked oil
k).
The present invention relates to a dewaxing process and a layered dewaxing catalyst (system) for producing a lubricating oil base material.
Related to Layered catalysts saturate aromatics, increase viscosity index and minimize molecular weight reduction.
Catalysts having catalytic properties for hydrotreating reactions such as keeping them to a minimum, and wax hydride
Comprising an iso-dewaxing catalyst having the catalytic properties of pour point reduction by ro-isomerization.
More specifically, the present invention relates to a layered catalyst, wherein the first layer of the catalyst comprises
Pretreating the feed, the second layer completing the dewaxing of the waxy feed and lowering the VI
Process using a catalyst that maintains high yields and has high catalytic activity
Provide for operating the reactor at low temperatures to save energy. Therefore, hydrogenation
After performing a treatment to remove at least a part of the hetero atoms and aromatics, a hydrogenation treatment /
Hydrocracking is performed to saturate aromatics, isomerize and improve VI,
The wax is removed by isomerization, and finally, hydrofinishing is performed.
In a lubricating oil hydrocarbon processing method comprising a sequential step of stabilizing the lubricating oil,
A first catalyst in a reactor and overlaid with a second catalyst, the catalyst being an iso-dewaxing catalyst;
A first catalyst comprising:
A second catalyst layer on top of the first catalyst in the reactor, wherein the noble metal
Selected from the group consisting of crystalline catalysts, noble metal hydrocracking catalysts, or combinations thereof.
An improved method for a second stage hydrocracking comprising a selected second catalyst, comprising:
The combination of the first and second catalysts is different from the reactor packed only with the first catalyst.
In the production of base lubricating oil, longer catalyst life and higher activity at a constant VI
And further increase the yield.
In a preferred method, the waxy oil is converted to a noble metal hydrogen on an oxide support matrix.
With hydrogen on a hydrotreating catalyst comprising a hydrolyzing component. Next, the hydrotreatment
The effluent from the catalyst bed is contacted with an iso-dewaxing catalyst.
The first layer iso-dewaxing catalyst provides a higher yield of dewaxed oil compared to other types of dewaxing catalysts.
And has pores with a diameter of 7.1 mm or less, most preferably 6.5 mm or less.
And at least one of the pores has a diameter of 4.8 mm or more and a crystal grain size of about 0.5 μm or less.
It comprises a lower medium pore molecular sieve. The catalyst is heated at 370 ° C.
It has acidity sufficient to convert at least 50% of sadecan and 96% of hexade
An isomerization selectivity as defined herein at a can conversion rate of 40 or more;
I do. The catalyst also includes at least one Group VIII metal.
The group consisting of noble metal amorphous catalysts, noble metal hydrocracking catalysts, or combinations thereof
The second catalyst selected from platinum, palladium, rhodium, ruthenium, iridium
It comprises a noble metal selected from the platinum group metals such as rhodium and rhenium. Good
A preferred platinum group metal is platinum, palladium, or a combination thereof.
According to a preferred embodiment, the present invention relates to a method for producing a composition comprising less than about 100 ppm sulfur and
Hydrogenation of waxy feeds containing less than m nitrogen in the presence of hydrogen under aromatic saturation conditions
Contact with a treatment catalyst to form a hydrotreated oily product and a gaseous stream,
The oily product of the hydrotreating of water and the gaseous stream are iso-dewaxed under isomerization conditions.
xing) having a reduced pour point compared to the pour point of the waxy feed in contact with the catalyst;
Producing a dewaxed oil, comprising:
Preselecting hydrotreating conditions such that the conversion is kept below about 25% by volume
It is characterized by.
In another aspect, the present invention provides an integrated catalyst for producing a lubricating oil base stock.
Related. An integrated process for producing multiple lubricating oil base stocks from petroleum feedstocks.
And this method is
a) converting the petroleum feed into at least one light distillate stream and at least one
Heavy distillate logistics,
b) i) at least part of sulfur and at least part of nitrogen from light distillate stream
In the first hydrocracking reaction zone, with sufficient hydrocracking reaction conditions to remove
At least one light distillation stream is brought into contact with hydrogen, and the viscosity index of the light distillation stream is compared with that of the light distillation stream.
Producing at least one waxy gas oil having an increased viscosity index as compared to
ii) The first catalyst is overlaid with the second catalyst, and the first catalyst is
A dewaxing catalyst, wherein the second catalyst is a noble metal amorphous catalyst, a noble metal hydrocracking catalyst
Or a layered catalyst comprising a member selected from the group consisting of:
In the first dewaxing reaction zone comprising at least one waxy gas oil fraction with hydrogen
Contact,
iii) Hydrogenation reaction zone under conditions sufficient to produce a light lubricating oil base stock
Contacting at least a portion of the first dewaxing reaction zone effluent with the
Producing at least one light lubricating oil base stock,
c) i) at least part of the sulfur and at least part of the nitrogen from the heavy distillate stream
The second hydrocracking reaction zone is provided with at least one
Contacting the heavy distillate stream with hydrogen increased compared to the viscosity index of the heavy distillate stream
Producing at least one waxy heavy oil having a viscosity index;
ii) The third catalyst is overlaid with a fourth catalyst, and the third catalyst is
A dewaxing catalyst, wherein the fourth catalyst is a noble metal amorphous catalyst, a noble metal hydrocracking catalyst
Or a layered catalyst comprising a member selected from the group consisting of:
In a second dewaxing reaction zone comprising at least one waxy heavy oil fraction with hydrogen
Contact,
iii) Hydrogenation reaction zone under conditions sufficient to produce a heavy lubricating oil base stock
Contacting at least a portion of the second dewaxing reaction zone effluent with the
Producing at least one type of heavy lubricating oil base stock
Including
A process for producing at least one light lubricating oil base stock, and at least one heavy
The method is characterized in that the method for producing a lubricating oil base material is carried out simultaneously in a parallel reaction process.
.
The advantage of the system of the present invention over conventional catalyst systems is that, with the method of the present invention, particularly high quality
Lubrication using a previously unrecognized feedstock as a suitable source of heavy base oil
The advantage is that a base oil useful for oil production can be produced.
Among other factors, the present invention provides a part of an iso-dewaxing catalyst that provides a high yield of dewaxed oil,
When a hydrotreating catalyst containing a noble metal hydrogenation component is used in the dewaxing reaction zone,
It is based on the finding that the performance of So dewaxing catalyst is improved. Catalyst performance
Can be particularly improved with hydrotreating catalysts containing platinum / palladium alloy hydrogenation components.
Was found. More specifically, the inventors surprisingly found that aromatic
The addition of a hydrotreating catalyst layer to the dewaxing reaction zone for
Improved operability, reduced effects of uncontrolled exothermic reactions and improved dewaxed oil properties
Was found to be. Even more surprising is that the dewaxing reaction zone
Incorporating a layer of medium reduces the difficulty of the hydrocracking step before dewaxing,
The characteristics of the resulting high quality lubricating oil base stock are not affected. This improvement
The improved performance is due, at least in part, to the fact that the hydrotreating catalyst effectively removes sulfur and nitrogen.
Remove, open aromatic and cyclic structures, or increase waxy oil viscosity index before dewaxing
And no loss in lubricating oil yield.
Will be
The present invention provides a method for producing a lubricating base oil, wherein the catalyst bed has a plurality of different regions in the catalyst bed.
The ability to optimize the final and defined base oil product stream, including the catalyst
It is also due to surprisingly found. Amorphous catalyst noble metal combination system
Increases the catalyst life, the underlying region catalytically dewaxes the waxy portion of the feed,
Increase VI and maximize yield on overall product stream.
In the drawing
FIG. 1 is a configuration diagram of a preferred integration step of the present invention.
FIG. 2 shows the effect on yield with the layered dewaxing catalyst of the present invention.
FIG. 3 shows the effect on viscosity index with the layered dewaxing catalyst of the present invention.
FIG. 4 shows the effect of the layered dewaxing catalyst on the observed catalytic activity.
Detailed description of the invention
The present invention relates to a layered process for dewaxing a waxy feed in the production of a lubricating oil base stock.
Regarding the catalyst. Layered catalysts are better than conventional dewaxing methods that use only dewaxing catalysts.
Provide high yields of high VI dewaxed oils. Second catalyst comprising a noble metal hydrogenation component
The layer provides a hydrotreatment for aromatic saturation and paraffin hydroisomerization.
At least a portion of the effluent from the second catalyst layer comprises a first catalyst comprising an iso-dewaxing catalyst.
The catalyst layer is contacted with hydrogen to hydroisomerize, crack, and remove waxy molecules in the oil.
By converting to a non-waxy form, the pour point of the waxy oil is reduced.
Feedstocks that can be processed according to the present invention generally include relatively low pour points
And oils having relatively high pour points which it is desirable to reduce. In the present invention
Such petroleum feedstocks suitable for use include, for example, crude oil, above about 100 ° C.
Petroleum fractions with normal boiling points, gas oils and vacuum gas oils, residues from atmospheric distillation
Min, solvent desulfurized petroleum residues, shale oils, cycle oils
oil), petroleum and crude wax, waxy petroleum feedstock, NAO wax, and chemical plant process
Can be selected from the wax produced in the above. Linear n-paraffin alone or
Those containing very slightly branched chain paraffins having 16 or more carbon atoms are:
It may be referred to herein as a wax. Preferred petroleum fractions are 200 ° C to 700 ° C.
Has a normal boiling point range of 260C, more preferably in the range of 260C to 650C.
. Suitable feedstocks are usually heavy straight-run gases
Oil and heavy fractions defined as heavy cracked cycle oils
And normal FCC fed and parts thereof. Crackin
The raw material obtained can be obtained from thermal or catalytic cracking of various raw materials.
The feedstock may be subjected to a hydrotreating and / or hydrocracking step before being fed to the process of the present invention.
Can be attached to Alternatively or additionally, the feedstock may be solvent extracted prior to dewaxing.
A process can be performed to remove aromatics and sulfur and nitrogen containing molecules
.
Typical feedstocks that are advantageously treated according to the present invention generally have an initial pour point of about 0
° C, more usually above about 20 ° C. Generate after completing this step
The product generally has a pour point less than -0C, more preferably less than about -10C.
You.
The term "waxy petroleum feedstock" as used in the present invention encompasses petroleum wax
. The feedstock used in the process of the present invention comprises more than about 50% wax, and even about 90%.
It can be a waxy feed containing more than% wax. High pour point
Highly paraffinic feedstock generally above about 0 ° C, more usually above about 10 ° C
Are also suitable for use in the method of the present invention. Such feedstocks make up about 70%
Contain more than about 90% paraffinic carbon and even more than about 90% paraffinic carbon
Can be.
Representative other feedstocks suitable for use in the method of the present invention include gas oils.
Wax distillation raw material, lubricating oil raw material, synthetic oil, and wax made by Fischer-Tropsch synthesis
Oils, high pour point polyalphaolefins, wax oils,
Waxes, such as synthetic waxes, crude waxes, deoiled waxes, and microcrystalline waxes.
It is. Underwax is produced by separating the oil from the wax. Isolated
The oil content is called wax oil.
Crude wax can be obtained from hydrocracked or solvent refined lubricating oils
. Although hydrocracking is preferred, this method can also reduce the nitrogen content to lower values.
Because you can. Crude waxes derived from solvent refined oils use deoiling to remove nitrogen
The content can be reduced. In some cases, the crude wax is hydrogenated and
Nitrogen content can be reduced. Crude wax produces oil content and crude wax
Depending on the starting materials, they usually have a very high viscosity index in the range from 140 to 200. Obedience
Thus, the crude wax is a lubricating oil having a very high viscosity index, for example from about 120 to about 180
Particularly suitable for the production of
The layered catalyst is the first catalyst in the reactor and the second catalyst is layered,
A first catalyst comprising an iso-dewaxing catalyst; and a top of the first catalyst in the reactor.
In the second catalyst layer, a noble metal amorphous catalyst, a noble metal hydrocracking catalyst, or
Comprising a second catalyst selected from the group consisting of combinations thereof. This catalyst layer
Comprises about 1 to about 70% by volume of the second catalyst layer and about 99 to about 30% by volume of the first catalyst layer.
Comprising. The second catalyst layer is preferably about 5% to about 50% by volume, and about 20% to about 50% by volume.
30% by volume is most preferred, the remainder being the first catalyst layer.
The layered catalyst used in the dewaxing method of the present invention includes a noble metal amorphous catalyst and a noble metal hydride component.
A hydrotreating catalyst selected from the group consisting of decatalysts, or combinations thereof.
Become. Useful noble metals include platinum, palladium, ruthenium, rhodium and male
And iridium. The hydrotreating catalyst used in the present invention is small.
At least one metal, but a combination of two or more metals or compounds thereof
For example, a combination of metals containing both platinum and palladium can be used.
You. Many methods for depositing platinum and palladium metals or their compounds on a support
For example, ion exchange, impregnation, coprecipitation and the like are known in the art.
The hydrotreating catalyst is also a matrix material and is used in the method of the present invention.
Temperature and other conditions. Matrix materials include
Of naturally occurring clays and inorganic oxides used to improve the compressive strength of the catalyst
At least one such binder is included. Oxide matrix such as binder
The materials used are silica, alumina, and matrix commonly used in the technical field of catalyst production.
It is selected from oxides such as gnesia, zirconia and titania. Using clay
Can also be. Preferred catalysts for use in the present invention are those based on silica-alumina bases.
Includes commonly prepared oxide matrix materials. Oxide matrix material
The distribution of silica and alumina in the material may be homogeneous or heterogeneous, but it is preferred that it be heterogeneous.
Good. A preferred form of the oxide matrix material comprises a silica-alumina base.
Alumina gel binder that has been dispersed and is referred to herein as a "heterogeneous support"
Consists of This support is made of a heat-resistant material other than alumina or silica, for example,
Other inorganic oxides or clay particles can be used to make these materials the final catalyst hydrotreating activity.
May be included, provided that they do not adversely affect the performance. Be included in the support
Other inorganic oxides that can be made include titania, magnesia, and zirconia, or
May be, but not necessarily limited to, combinations thereof. one
Generally, silica-alumina is at least one of the matrix materials excluding the oxide binder.
90% by weight, preferably up to 100% by weight, the matrix material is about 5
% To about 70% by weight of binder, preferably about 20% to about 50% by weight of binder
Comprising. Binder materials are aluminum, silicon, magnesium, germanium
Oxides of aluminum, titanium, and zirconium. Such oxidation
Combinations of materials and other oxides can also be used. Alumina binders are preferred.
Noble metal amorphous catalysts combine an amorphous (ie, non-crystalline) matrix with a metal hydrogenation component.
The material. The preferred hydrocracking catalyst used in the present invention is Pd /
SiOTwo/ AlTwoOThreeNoble metal catalysts such as catalysts, such as those described in US Pat.
, 393, 408, the contents of which are described for all purposes.
Incorporated herein by reference.
Particularly preferred hydrotreating catalysts are platinum-palladium alloy and oxide matrix
Wherein the molar ratio of platinum to palladium in the alloy is from about 2.5: 1 to about 1: 2.
5, preferably about 2: 1 to about 1: 1 and most preferably platinum to para.
The indium ratio is 1: 1.5. Particularly preferred catalysts are palladium-based catalysts.
Of a platinum-based catalyst which is not too reactive
Increases and stabilizes unwanted cracking kinetics by maintaining sulfur tolerance
There is no need for higher temperatures that result in less volatile products. This alloy material is a new material
It is a medium and is different from the mixture of platinum and palladium metal on the catalytic acid support. This
Are preferably prepared according to the teachings of US Pat. No. 5,393,408.
And the contents thereof are incorporated herein by reference for all purposes. Furthermore, "Sulfur
Hydrotreatment of yellow-resistant hydroconversion catalysts and sulfur-containing lubricating oil feedstocks "
Yes, within the complete description of the co-pending application with case reference number T-5244A
The contents are incorporated herein by reference for all purposes.
The most preferred hydrotreating catalyst has a total pore volume of about 0.45 cm.Three/ G
, Preferably about 0.55 cmThree/ G, at least about 1% of the total pore volume,
Preferably at least about 3% are in macropores greater than about 1000 ° in diameter;
The minimum amount of macropore volume is preferably 0.07 cmThree/ G. In this specification
The term "macropore" as used refers to pores having a diameter greater than about 1000 °.
Refers to catalysts with relatively large pore volumes, ie at least 1%,
The pore volume is preferably 0.07 cmThree/ G.
The pore size distribution of the catalyst used in the present invention is described, for example, in ASTM D4284 “Mercury Intrusion.
Mercury intrusion porosimetry described in "Porosimetry of catalysts by porosimetry"
Measure using According to this treatment method, the catalyst is heated at 450 ° C. for 30 minutes in a vacuum.
To remove water vapor and other volatile components. Sample weighing (based on total pore volume estimate)
0.3-0.5 g) into a volume calibrated sample tube. Fill this tube with mercury
, Inserted into the pressurizing chamber of the Quantachrome Auto-Scan Porosimeter. Set the pressure of the pressurizing chamber to 0
To 60,000 psig. As the pressure increases, mercury in the sample tube
Appears to decrease as they penetrate into the pores of the sample. The apparent mercury volume is
Obtained as a function of the pressure obtained. Next, the apparent mercury volume and applied pressure
It is related to the pore volume (V) and the pore size (D), respectively. The result is related to the pore size (Å).
Pore volume as a number (cmThree) And cumulative pore volume (cmThree) Recorded as a plot
I do. Analysis of the data gives the macropore volume fraction according to the following equation:
B pore volume ratio = (macro pore volume / total pore volume) × 100
The amount of the platinum-palladium alloy placed on the support is
Must be sufficient to act as an effective catalyst in Generally, books
The amount of alloy on the support used to catalyze the hydrogenation step within the scope of the invention is about
It is in the range of 0.01% to about 5% by weight, preferably the range is about 0.1% by weight.
% To about 1% by weight. In general, adding more than about 1 wt.
Gender is not significantly improved, which is economically disadvantageous. However, 1% by weight
Excess amounts are usually not detrimental to catalyst performance.
Many methods of depositing platinum and palladium metals or their compounds on a support,
For example, ion exchange, impregnation, coprecipitation, etc. are known in the art. Touch of the present invention
Deposition of platinum and palladium on the support used for the medium does not control the pH.
It is particularly advantageous when using a contact solution containing active compounds of platinum and palladium.
It is. The contact solution is buffered to maintain the pH in the range of about 9 to about 10. This
The platinum and palladium can be deposited together on the support using a value outside the pH range of
However, the final distribution of the alloy on this support is obtained within this range.
Not so preferred.
In addition to the above hydrogenation components and matrix materials, noble metal hydrocracking catalysts
Non-zeolites added in some cases to increase the reaction activity and / or lifetime of the medium
One or more types such as synthetic molecular sieves and aluminosilicate zeolites
Also contains active matrix cracking ingredients such as molecular sieves
be able to. The zeolite-containing hydrotreating catalyst for the process of the present invention is generally
From about 0.1 to about 20% by weight zeolite, preferably from about 1 to about 10% by weight.
Contains zeolites. Preferred zeolites for hydrotreating catalysts are zeolites Y, X
, And ultrastable Y. Particularly preferred are frame structures (frame wo
rk) SiOTwo/ AlTwoOThreeZeola having a ratio above about 10, preferably above about 20
It is Other activities with zeolites to improve conversion or catalyst selectivity
The use of materials is also within the scope of the present invention. However, hydrotreating catalysts
Cracking activity can be further enhanced by adding a halogen such as fluorine to the catalyst.
Catalysts which can be increased but are substantially free of fluorine are preferred.
At least a portion of the effluent from the hydrotreating catalyst layer of the dewaxing reaction zone is
Contacting with hydrogen on a catalyst layer comprising a dewaxing catalyst. Hydrotreatment / Dewaxing of the Invention
Conditions for carrying out the process include about 550 ° F to about 850, preferably about 600 ° F to
Temperatures in the range of about 800 ° F, about 15 to about 3500 psig, preferably about
200 to about 3000 psig, more preferably about 1000 to about 3000 psig
Pressure range. The liquid hourly space velocity (LHSV) upon contact is generally about 0.5.
1 to about 20:00-1And more preferably about 0.2 to 10 hours-1It is. Contact is water
It is preferably performed in the presence of element. The hydrogen to hydrocarbon ratio is about
1.0 to about 50 moles HTwoAnd more preferably about 10 per mole of hydrocarbon.
~ 30 moles HTwoIt is. As used herein, LHSV is the amount of catalyst per hour
As the volume of oil per volume,-1Is expressed as a unit. Conversion during hydroprocessing
It is desirable during the hydroprocessing step of the present invention before dewaxing to minimize
Measurements of conversion of oil base stocks can occur, for example, up to about 25%. Honcho
The cracking conversion used in the textbook is usually determined during the hydrotreating by comparing the boiling point with the control temperature T.ref
Determination in volume% of petroleum feedstock converted to a reaction product having a normal boiling point of less than
Value.
Tref= T50−2.5 (T50-T30)
(Where T50And T30Provides D288 of the petroleum feed to the hydrotreating reaction zone.
Equivalent to the normal boiling point of 50% by volume and 30% by volume, respectively, by means of a reproducible distillation of 7.
No.
The iso-dewaxing catalyst has pores with a diameter of 7.1 °, most preferably 6.5 ° or less.
And at least one of the pores has a diameter of 4.8 ° or more and a fine crystal grain size of about 0.5 μm.
It comprises the following molecular sieves: The catalyst is hexadecane at 370 ° C.
Has sufficient acidity to convert at least 50% of the
Characterized by having an isomerization selectivity of 40 or more as defined herein in conversion.
. The catalyst also includes at least one Group VIII metal. Using iso dewaxing catalyst
The dewaxing process is described in U.S. Pat. No. 5,282,957,
The entire disclosure is incorporated herein by reference for all purposes.
Molecular sieves are of 10- or 12-membered rings and have a maximum pore size of 7
. The diameter is less than 1 mm. Specific molecular seeds used in the method of the present invention
Zeolite ZSM-12, ZSM-21, ZSM-22, ZSM-23, ZSM-35, ZSM-38, ZS
M-48, ZSM-57, offretite, ferrierite, L, SSZ-31, SSZ-3
2, SSZ-36, SSZ-41, and SUZ-4, and SAPO-11, SAPO-31, SAPO-41, MAPO-11, and
And other molecular sieve materials based on aluminum phosphate such as MAPO-31
Fee
Is mentioned. Such molecular sieves are described in the following publications:
And their contents are incorporated herein by reference: US Pat. No. 3,702,8
No. 86, No. 3,709,979, No. 3,832,449, No. 3,950,4
No. 96, No. 3,972,983, No. 4,076,842, No. 4,016,2
No. 45, No. 4,046,859, No. 4,234,231, No. 4,440,8
No. 71, 5,053,373, 5,106,801, and 5,591
No. 1,421 and US Provisional Patent Application Serial No. filed on Dec. 31, 1996.
No. 60 / 034,252. ZSM-5 described for iso-dewaxing catalyst
ZSM-5 having a crystal grain size of less than about 0.5 μm, which does not meet the limitation of the pore diameter,
It was found to be suitable as a hydroisomerization catalyst for the dewaxing step.
The molecular sieve of the present invention was optimized to crack the initially formed branched species.
Escapes the pore system of the catalyst before king occurs. This is a small grain size molecular
The number of acid sites in the sieve and / or in the molecular sieve
, Position and / or strength. Molecular sieve
As the number of acid sites increases, the grain size decreases, isomerization occurs, and cracking is minimized.
Minimization must be provided to provide optimal dewaxing. Slightly
Molecular sieves with and / or weakly acidic sites have relatively large grain sizes.
But having many and / or relatively strongly acidic sites
The rasheave must have a smaller grain size.
The length of the crystal in the direction of the pores is a critical dimension. X-ray times
Using line broadening measurements using XRD
The length of the crystal can be measured. The preferred sized crystals of the present invention can be used in many fields.
Along the direction of the pores (“c-axis”), ≦ 0.5, more preferably ≦ 0.
XRD corresponding to the pore direction, more preferably ≦ 0.1 μm.
XRD line broadening of the lines is observed for these preferred crystals. Smaller grains
Crystals, especially those with a crystal grain size of ≤0.2 μm,
Acidity is very important because it can easily escape before cracking
Disappears. This is even more true when the grain size is ≦ 0.1 μm.
For crystals larger than 1-2 μm, the XRD line does not spread measurably, so
,
To measure the length of a crystal, a scanning electron microscope (SEM) or a transmission electron microscope (SEM)
TEM) is required. For accurate use of SEM or TEM, molecular
Sieve catalysts are not agglomerates of small particles for accurate
Must be composed of individual crystals. Therefore, SEM and crystal length
And TEM values are somewhat less reliable than XRD values.
The method used to determine grain size using XRD is described in Klug and Alexand
er "X-ray diffraction method", Wiley, 1954,
As cited herein. Therefore,
D = (K · λ) / (β · cos θ)
(In the above formula,
D = microcrystal grain size, Å
K = constant, about 1
λ = wavelength, Å
β = corrected half bandwidth, radians
θ = diffraction angle.
For crystals longer than about 0.1 μm, the number of acid sites (along the pore direction)
To (H+(For example, by exchanging with alkaline or alkaline earth metals)
, The isomerization selectivity can be increased to some extent. Of small crystals
Isomerization selectivity indicates that branched products can easily escape before cracking
So it does not depend much on acidity. During the isomerization step (NHThreeBases like
Isomerization by titrating (by addition) and reducing acidity during the experiment
Selectivity can be slightly increased.
The most preferred catalysts of the present invention are 10-membered rings (10 rings on the ring defining the pore opening).
Oxygen atom), and the molecular sieve has a pore opening of ≦ 7.1 °,
More preferably, it is ≦ 6.5 °. Such catalysts include ZSM-21, ZSM-22, ZSM-23
, ZSM-35, ZSM-38, ZSM-48, ZSM-57, SSZ-32, Ferrierite, SAPO-11, and M
APO-11 is mentioned. Other useful molecular sieves include SAPO-31, SAPO-
41, MAPO-31 and SSZ-25, whose exact structures are not known,
Their adsorption and catalytic properties depend on the porosity of the catalysts they use in the method of the invention.
It satisfies the conditions. 12-membered ring zeolite molecular sieve,
For example, L zeolite and ZSM-12 whose lateral dimensions are greater than 7.1 mm
Those with deformed (non-annular) pores satisfying the requirement not to
Useful.
The iso-dewaxing catalyst of the present invention is described, for example, in US Pat. No. 5,282,958.
The disclosure of which is incorporated herein by reference for all purposes.
Put in. The present invention relates to a method of selecting a selected acidity, a selected pore size, and a selected grain.
A catalyst having a degree (corresponding to the selected pore length) is used. This choice reduces isomerization
It has enough acidity to catalyze and the product quickly escapes from the pore system and cracks
Minimization. Pore size requirements are described above. Optimal height
Acidity and molecular sieve grain size to provide viscosity index and high yield
The relationship performs a standard isomerization selectivity test to isomerize n-hexadecane
Is defined by The test conditions were 1200 psig pressure, 160
hydrogen flow rate of 1 ml / min (1 atm and 25 ° C.), feed rate of 1 ml / min, and length 3
Centered on stainless steel reactor tube of 3 x 16 inch inside diameter
0.5 g of loaded catalyst (catalyst is located in the center of the tube and is about 1-2 inches long
) With the alundum loaded upstream of the catalyst for the purpose of preheating the feedstock
Is mentioned. In order for a catalyst to qualify as a catalyst of the present invention, the method
Test at least 370 ° C and at least 50% of the hexadecane
Must be converted, preferably at a temperature of 355 ° C. or less,
The above is reversed. Further, when the catalyst is used under the condition of converting 96% of hexadecane,
In some cases, the selection to produce isomerized hexadecane as opposed to cracking products
The isomerization selectivity obtained by increasing the temperature, which means selectivity, is 40 or more.
Should preferably be at least 50. 96% nC16Isomerism based on conversion
Chemical selectivity is the ratio defined as follows.
This ensures that the number of acid sites is sufficient to provide the required isomerization acidity,
It is low enough to minimize cracking. If this part is too few,
The catalytic activity becomes insufficient. If there are too many sites and the crystals are large,
Racking becomes dominant.
Predetermined catalyst (fixed SiOTwo/ AlTwoOThreeRatio increases)
The number of sites in each pore of the acid, ie, aluminum, increases. Fixed
If it is larger than the grain size range, cracking becomes dominant over isomerization.
Molecular sieve crystals are suitably bonded to a matrix or porous matrix.
Can be combined. The terms "matrix" and "porous matrix"
Encompasses inorganic compositions that can bind, disperse, or intimately mix crystals.
You. Preferably, the matrix has catalytic activity in the sense of hydrocarbon cracking.
Has no acid site. Matrix porosity is unique
Or this can occur by mechanical or chemical means.
Wear. Suitable matrices include diatomaceous earth and inorganic oxides.
Preferred inorganic oxides include alumina, silica, naturally occurring and conventional processes.
Processed clays such as bentonite, kaolin, sepiolite, attapulgai
And halloysite.
The combination of the crystal and the inorganic oxide matrix contains the crystal, the oxide and the latter
State (eg, hydrated salt, hydrogel, wet gelatinous precipitate, or dry state;
Or a combination thereof) by intimate mixing by any suitable known method.
Can be done. A convenient method is to use a salt or mixture of salts (eg, aluminum
Water and / or sodium silicate)
To prepare a cogel. Ammonium hydroxide carbonate (or similar salt)
Is added to the solution in an amount sufficient to precipitate the oxide in a hydrated form. Next, settle
Wash the material to remove most water soluble salts and mix well with the crystals. Water or water
Lubricant is added in an amount sufficient to facilitate molding (eg, by extrusion) of the mixture
.
Preferred iso-dewaxing catalysts are SSZ-32, ZSM-23, SAPO-11, SAPO-31, SAPO-41, or
Contains a medium pore size molecular sieve selected from their mixture
Become. More specifically, for an amorphous hydrotreating catalyst such as a noble metal silica alumina,
The layer is made of an iso-dewaxed material such as SSZ-32 as described in US Pat. No. 5,053,373.
At the top of the catalyst and the catalyst of US Pat. No. 5,393,408.
The contents of the above patent specifications are incorporated herein by reference for all purposes.
It is.
Alternatively, in a layered system, the top layer of the dewaxing catalyst is Pd / SiOTwo/ AlTwoOThreeNo
Solvent extraction and hydrocracking of precious metal hydrotreating catalyst followed by SSZ-32
, Hydrotreating / iso-dewaxing step. An important advantage of the present invention is that
There is essentially no yield loss due to the hydrotreating layer of the wax catalyst system. But
Et al., Added VI upgrade in aromatic saturation occurring in this upper hydrotreating layer.
The process yields a high VI lubricating oil feedstock in dramatically higher yields and / or
Produces dewaxing catalytic activity and longer iso-dewaxing catalyst life. In fact, the surprising
The result is that the difficulty of solvent extraction is reduced and the increase in final VI product is maintained.
A higher yield is obtained. This is difficult to extract to increase VI
Is different from the conventional method in which the yield must be increased and the yield must be decreased. Layered system
Is like ZSM-5 as a dewaxing catalyst with an initial layer of noble metal silica alumina catalyst
Although it works with various catalytic dewaxing agents, it is particularly preferred to use SSZ-32. ZSM-5
Are disclosed in U.S. Pat. No. 3,702,886 and U.S. Pat. No. 3,700,886.
No. 585, the contents of which are hereby incorporated by reference for all purposes.
For that reason, it is fully incorporated herein by reference.
The catalyst overlay system comprises multiple hydrocracking / hydrotreating / isodewaxing steps and
These combinations can be used to extend the useful range of main catalysts such as SSZ32 and ZSM5.
Wear.
The dewaxing reaction conditions may be the same as the hydrotreating reaction conditions in the dewaxing reaction zone, or
May be different. Anyway, the conditions for performing the isomerization / dewaxing step of the present invention are generally
Temperatures usually in the range of about 200 ° C. to about 475 ° C., and about 15 to about 4000 psi
g of pressure. More preferably, the pressure is between about 100 and about 3000 psig.
is there. The liquid hourly space velocity at the time of contact is generally about 0.1 to about 20 hours.-1And more preferred
About 0.2 to about 10:00-1It is. The contacting is preferably performed in the presence of hydrogen. water
The hydrogen to hydrocarbon ratio is preferably from about 1.0 to about 50 moles H per mole of hydrocarbon.Two
And more preferably about 10 to about 30 moles H per mole of hydrocarbon.Two
It is.
The product of the dewaxing process is a high quality oil suitable for a lubricating oil base stock. Preferred oil
The product has a pour point of less than about 10 ° C, more preferably less than about 0 ° C.
It is a moving point oil. The most preferred oily product is API Publication 1509: Engine Oil
Licensing and approval system "Appendix E-API Passenger Motor Oil and Diesel
Group II or Group III oils according to "Gin Oil Base Oil Interchangeability Guidelines."
Group II base stocks contain 90% or more saturates and 0.03% or less sulfur;
The viscosity index is greater than or equal to 80 and less than 120. Group III basic materials are 9
It contains 0% or more of saturates and 0.03% or less of sulfur, and has a viscosity index of 120 or more.
You. As a test method for evaluating the characteristics of the group range, a saturated substance-ASTM D-2
007, viscosity index-ASTM D-2270, sulfur-ASTM D-2622,
ASTM D-4294, ASTM D-4927, ASTM D-3120
One is. The viscosity of the finished lubricating oil, when measured at 100 ° C, is generally 2
exceeds cSt.
In the process of the present invention, the waxy hydrocracked product is hydrotreated in a dewaxing reaction zone.
Contact with hydrogen on the medium layer. The effluent or a part of it, also in the dewaxing reaction zone
Is contacted with hydrogen on the iso-dewaxing catalyst layer contained in. Therefore,
(A) The total effluent from the hydrotreating catalyst layer is usually the liquid hydrotreated
Includes a normally gaseous stream containing lubricating oil and hydrogen. In practicing one embodiment of the present invention
Thus, the entire effluent from the hydrotreating catalyst layer is charged into the dewaxing catalyst layer. Removal of all effluents
The wax may be fed to the hydrotreating and dewaxing catalyst layer in a single reactor or sequentially in separate reactors.
It means that there is a next layer and no fluid treatment is performed between them.
(B) In another embodiment, the hydrotreated lubricating oil is charged into a catalytic dewaxing unit.
You. All dewaxing of the hydrotreated oil can be accomplished by separating (a) or the gas above
Or after purifying it, the liquid, purified gas and additional fresh (i.e.
H) HTwoTo the dewaxing catalyst layer.
(C) In yet another embodiment, at least a portion of the hydrotreated lubricating oil is
Fill the dewaxing catalyst layer. Part of the dewaxing of the hydrotreated oil can be carried out according to (b) or the second
Using a hydrotreating unit as a two-stage hydrocracking unit, it is sufficiently converted in the second stage,
The body product is fractionated to remove cracking products and purified gas and remove excess
It means removing hydrogen sulfide, ammonia and light hydrocarbon gas. Desired moisture
The hydrotreated product fraction boiling in the lubricating oil range is then combined with purified hydrogen
And dewax the cat. Dewaxing catalyst layer for all effluent from hydrotreating catalyst layer
Is preferable in the method of the present invention.
Next, the preferred embodiment shown in FIG. 1 will be described.
Layered dewaxing catalyst system is included in the integrated system. As an integrated system,
Separate reaction trains for processing at least two distillation fractions simultaneously are mentioned.
Generally, these fractions are distinguished by their normal boiling point. In the integrated system, petroleum
Feed 5 is separated into a number of fractions by normal boiling point, two of which are shown in FIG.
are doing. At least one of the light fractions (ie, relatively low
(Boiling) distillation fraction 102 and one heavy (ie, relatively high boiling) distillation fraction 20
2 are reacted simultaneously in a series of reaction steps in separate reaction examples, and at least one
Light lubricating oil base material 174 and at least one heavy lubricating oil base material 274
Let it run. Although only a single distillation column is shown, one or more flash distillations,
The desired separation is accomplished using a series of distillation steps, such as atmospheric distillation and distillation under partial vacuum.
It can be performed. Typical medium boiling points for light distillation streams are between 600 ° F and 900 ° C.
° F and the medium boiling point is the temperature at which 50% by volume of the stream boils at standard pressure.
is there. Typical medium boiling points for heavy distillate streams range from 700 ° F to 1000 ° F.
is there. The sulfur content of the light and heavy distillate streams can be about 5% by weight or more;
The nitrogen content can be about 2% by weight or more.
In the following description, first, a reaction sequence for producing a light lubricating oil base material 174 will be described.
Will be described. The light distillate stream 102 is compared to the light distillate fraction 102
Under conditions sufficient to produce a light waxy hydrocracking product 128 having an increased degree of index.
, In a hydrocracking reaction zone 110.
Hydrocracking catalysts convert organic nitrogen and organic sulfur compounds from hydrocarbonaceous feeds.
The target part is also removed. These reactions to remove heteroatom compounds involve organic nitrogen and
And, less importantly, organic sulfur compounds such as dewaxing and hydrofinishing.
Important because it is detrimental to downstream processing of the lube base stock. ammonia
And the products of the heteroatom removal reaction, such as hydrogen sulfide, pass through these downstream processes.
Is not so harmful. In addition, ammonia and hydrogen sulfide are separated in the first separation zone.
Effectively removed at 120 with nitrogen and sulfur contents typically less than 25 ppm
To produce a hydrocracking product stream 122 that is typically less than 10 ppm.
The lower concentrations are well observed.
The first hydrocracking catalyst in the hydrocracking reaction zone 110 has at least one
Hydrogenation components and, optionally, cracking components on the oxide support.
I mean. The hydrogenation component comprises at least one noble metal and / or at least one
Class of non-precious metals. Suitable noble metals include platinum, palladium,
And other atoms of the platinum group such as iridium and ruthenium. Appropriate
Non-noble metals include those from Groups VA, VIA, and VIIIA of the Periodic Table. Preferred
Non-precious metals are chromium, molybdenum, tungsten, cobalt, and nickel,
And combinations of these metals such as nickel-tungsten. Non-precious metals
After pre-sulfided, the metal is exposed to a sulfur-containing gas such as hydrogen sulfide at high temperature to oxidize the metal.
It can be used to convert the product form to the corresponding sulfide form. The hydrogenation component is
The catalyst by any suitable method, such as mixing, impregnating, or exchanging during the mixing stage
Can be blended. Metals are cationic, anionic or neutral complexes
Pt (NHThree)Four 2+And this kind of cationic complex
It can be seen that it is convenient to exchange the metal for zeolite. Heptamolybdic acid
Alternatively, metatungstate ions are also useful for impregnating metals into the catalyst. water
One or more active sources of the fluorinated component are combined with zeolite and silica during the preparation of the catalyst.
It can also be mixed with an active source of aluminum matrix material. hydrogen
Active components of the oxidizing component include, for example, any drying and calcination of the catalyst that is not harmful to the catalyst.
Any having a form that produces the desired hydrogenation component during preparation, such as the synthesis and reduction steps
Materials. Typical salts that can be used as sources of hydrogenation components
Examples include nitrates, acetates, sulfates, and chlorides.
The amount of hydrogenation component can range from about 0.01 to about 45% by weight, usually
Is from about 0.1 to about 35% by weight. Of course, the exact amount depends on the nature of the ingredients
Therefore, a highly active noble metal, especially platinum, is more necessary than a less active base metal.
It is not necessary. The term "base metal" refers to one or more of VB, VIB and VIII, for example,
Vanadium, chromium, molybdenum, tungsten, iron, cobalt, and nickel
And the like. Usually, nickel or cobalt of Group VIII metal is replaced with Group VIB metal.
Uses a combination of base metals such as those combined with tungsten or molybdenum
The base metal is usually sulfurized or presulfurized in the catalyst when or before placing the catalyst in the stream.
Be transformed into Preferred catalysts for the process of the present invention are less than the metal monoxide calculated.
About 1 to about 15% by weight, preferably about 2 to about 10% by weight, of at least one group VIII base metal
% And at least one Group VIB metal calculated as metal trioxide from about 5 to about 3
0% by weight, preferably about 10 to about 25% by weight.
As the cracking component of the first hydrocracking catalyst, such as silica alumina
An amorphous cracking component, and / or a large porous aluminosilicate zeolite;
For example, X, Y, ultrastable Y, dealuminated Y, and faujasite
). In the broadest sense, a wide range of zeolites are hydrocracked
Suitable for the process and has a preferred zeolite low to medium overall acidity, typically
iOTwo/ AlTwoOThreeThe molar ratio ranges from about 5 to about 100, more preferably about 10
~ 60. Lubricating oil yield is low SiOTwo/ AlTwoOThreeRatio zeolite
Is considered to be not significantly affected by the use ofTwo/ AlTwo
OThreeLow-boiling products are likely to be formed during hydrocracking on zeolite with specific ratio
. High SiOTwo/ AlTwoOThreeThe use of zeolite at a high ratio makes non-lubricating oil
Easy to generate minutes. Commonly opposed objectives of low catalyst fouling and high VI selectivity of catalysts
For optimum performance, the catalyst is generally less than about 20% on a volatile free base.
, Preferably less than about 10%, more preferably less than about 8%, even more preferably about
Zeolite in the range of 2 to about 6%.
Zeolites are porous inorganic oxide matrix materials and matrix materials.
Mixtures, such as silica, alumina, silica-alumina, titania, magnesia,
Silica-magnesia, silica-zirconia, silica-tria, silica-beryllia
, Silica-titania, titania-zirconia, and silica-alumina-tria
, Silica-alumina-titania, silica-alumina-magnesia, and silica-
Ternary compositions such as magnesia-zirconia can be complexed. Ma
G
Lix can be in the form of a cogel. Promotes catalyst preparation and catalyst physics
A preferred support material for improving properties is an alumina support. Even more
Preferred are complexed with a silica-alumina matrix material, at least
Zeolite with 1% additional alumina binder.
Preferred hydrocracking catalysts enhance the performance of hydrocracking catalysts and
Material having a pore volume of about 0.25 to about 0.60 cm.Three/ G range, average
The pore size is from about 40 ° to about 100 °, and at least about 5% of the pore volume has a diameter of about
Over 200 ° pores, at least about 1% of the pore volume having a diameter of 1000 °
It has a pore structure that is a pore exceeding the above. As used herein, "average pore size"
A point on the plot of cumulative pore volume versus pore size, where mercury porosimetry or nitrogen
Equivalent to 50% of the total pore volume of the catalyst as measured by elementary physisorption porosity
Is what you do. One such hydrocracking catalyst used in the present invention is US
Patent No. 5,543,035 describes the content of the above patent specification.
, Incorporated herein by reference for all purposes.
Typically, hydrocracking conditions include temperatures in the range of 400 ° F. to 950 ° F.
, Pressure in the range of 500-3500 psig, 0.1-20.0 hours-1Liquid in the range
Between 200 and 20,000 SCF of hydrogen per barrel of hydrocarbon feed
Total hydrogen supply in the range of Using the above hydrocracking conditions, the feedstock
May be in the range of about 10 to about 80% by weight.
it can. However, at higher conversions, the selectivity is generally lower and the middle distillation
It produces lighter products in higher quantities than products or products in the lube boiling range. Therefore,
A compromise must be made between conversion and selectivity, ranging from about 10 to about 70%.
The conversion of the enclosure is preferred. Adjustment of the reaction conditions to obtain the desired target compound is known to those skilled in the art.
Role. As used herein, conversion refers to boiling at temperatures above the target temperature.
The percentage of boiling feed that is converted to products that boil below the target temperature
It is. Generally, the target temperature is roughly set at the lowest temperature in the boiling range of the feed.
You.
The hydrocracking reactor 111 including the hydrocracking reaction zone 110 has at least
It has two types of catalyst layers, and the lubricating oil hydrocracking catalyst is used in advance in the first hydroconversion catalyst layer.
It can also be operated as converting a treated hydrocarbon feed stream. layer
In a solid catalyst system, the first hydroconversion layer is exposed before contact with the lubricating oil hydrocracking catalyst.
Some cracking is performed to remove nitrogen and sulfur from the feed. Preferred
Alternatively, the product exiting the top layer of the catalyst has an organic nitrogen content of less than 500 ppm.
More preferably less than 250 ppm, even more preferably 100 ppm
Is less than. The top layer of the catalyst is generally VI on silica or silica-alumina support.
And / or a hydroconversion catalyst comprising a Group VIII hydrogenation component. hydrogen
Preferred hydrogenation components for the hydrotreating catalyst include nickel, molybdenum, and tan.
Gusten, and cobalt, or combinations thereof. Activated zeolite,
For example, a Y-type zeolite, preferably SiOTwo/ AlTwoOThreeLess than about 10 Y-type
Zeolite is distributed with a hydroconversion catalyst to increase activity and catalyst stability.
Can be combined. The relative amounts of the catalysts used in the various catalyst layers
Problem, the boiling range of the feed, and the presence of heteroatoms such as nitrogen and sulfur in the feed.
Depending on the quality and desired lubricating oil base stock properties, each reactor system and
Specific to feed and feed streams. Typically, a hydroconversion catalyst layer and lubricating oil hydrocracking
In a catalyst system comprising a catalyst bed, the volume ratio of hydroconversion catalyst to hydrocracking catalyst is about
From about 1/99 to about 99/1, preferably from about 10/90 to about 50/50.
Range.
The hydroconversion reaction conditions in the hydroconversion catalyst layer are the same as those in the hydrocracking layer.
It can be one or different. Generally, as hydroconversion conditions
Has a temperature in the range of 400 ° F. to 950 ° F., in the range of 500 to 3500 psig.
Pressure, liquid hourly space velocity in the range of 01 to 20.0, and per barrel of hydrocarbonaceous feed
Total hydrogen supply in the range of 200-20,000 SCF.
In the embodiment illustrated in FIG. 1, the effluent from hydrocracking reaction zone 110 is hydrogen
Usually a gas comprising hydrogen sulfide, ammonia and low boiling hydrocarbon reaction products
Including flow. Liquid and gaseous products are separated in a first separation zone 120 and purified.
Produces a hydrogen-rich gas stream 122 and a light waxy hydrocracking product stream 124
I do. Although details of the separation and purification steps are not shown, they are known in the art.
Have been. These details include hydrogen sulfide, ammonia and other
High hydrogen content stream 1 suitable for recycling or other purification applications by removing contaminants
2
2 means.
The light waxy hydrocracking product 124 produced by the hydrocracking method of the present invention comprises:
It has a high viscosity index, low nitrogen content, and low sulfur content. Before further processing,
Is distilled in a distillation column 130 to obtain a specific viscosity, a specific viscosity index, and
Fractionating into two or more different boiling fractions having a defined nitrogen and specific sulfur content
Can be.
For purposes of this description, any number of the three waxy oil fractions 132, 134, and 136
Is shown. Non-lubricating oil streams used in refineries such as alternative fuels are not shown.
Generally, at least one of the fractions has a viscosity index of greater than about 70, preferably about 8
Above 0. However, the viscosity index can be as high as 95, depending on the feedstock being processed.
Degrees or even 110 degrees. Various methods are used to measure the viscosity index of waxy raw materials.
While the viscosity index values given herein are based on the solvent dewaxed base,
That is, they are run at -10 ° C using methods well known in the art.
Based on lubricating oil base stock solvent dewaxed to operating point. Specific embodiment of FIG.
In the following, the respective waxy oil fractions are then subjected to catalytic dewaxing comprising catalytic dewaxing reaction zone 140.
It is processed by a fixed operation in the wax reactor 141.
The catalytic dewaxing reaction zone 140 includes the layered catalyst system of the present invention. Noble metal hydrotreating
The first catalyst layer, comprising the catalyst, removes sulfur and nitrogen from the feed and removes aromatics and aromatics.
Open the aliphatic ring structure and increase the viscosity index of the feed. The iso-dewaxing catalyst of the present invention
The second catalyst layer comprises a hydroisomerization reaction that reduces the pour point of the feed.
Let The layered catalyst system layer and the iso-dewaxing catalyst layer combine to provide a high yield and low pour point.
, Producing high quality dewaxed base oils.
The pour point of the dewaxed oily product 152 from the dewaxing reaction zone 140 is less than about 5 ° C.
Preferably it has a pour point below about 0 ° C, more preferably below about -5 ° C.
The method of the present invention can be used in combination with a normal dewaxing step to achieve certain desired properties.
It is also possible to obtain lubricating oils having, for example, the pour point of lubricating oils using the method of the invention.
Can be reduced to a desired degree. The pour point then follows the normal dewaxing process.
Can be used to further reduce it. Under such circumstances, the isomerization of the present invention
Immediately after the process, the pour point of the lubricating oil may be above about 15 ° F.
In addition, the pour point of the lubricating oil produced by the method of the present invention is
It can be reduced by adding to it.
The effluent from the catalytic dewaxing reaction zone 142 of FIG.
, A gaseous stream 154 rich in hydrogen. Dewaxed light oil fraction to hydrogen content
Is contained in the hydrogenation reactor 151 in combination with the gaseous stream 156 rich in
Contact is made with the hydrogenation catalyst in the hydrogenation reaction zone 160. In a preferred embodiment, the dewaxing
Total effluent 142 from the reaction zone without separation and enriched with hydrogen or hydrogen
Sufficient conditions to produce a light lubricating oil base stock 174 without adding a gaseous stream.
In the hydrogenation reaction zone 160. Outflow from hydrogenation reaction zone 160
The material 162 is used elsewhere for purification in the separation zone 170 or for disposal purposes.
Recovered hydrogen-containing gaseous stream 172 and recovered for use as lubricant base stock
The lubricating oil base material 174 is separated. Hydrogenation catalysts are used to produce basic lubricating oil
Has the activity of improving the storage stability of dewaxed oils in Classes that cause loss of yield
Aromatic, nitrogen and sulfur containing molecules and coloring while minimizing the cooking reaction
Reactions that remove the body are particularly desirable. Preferred catalysts for the hydrogenation step are oxide matrices.
Contains hydrogenation components on the Rix material. The hydrogenation component comprises at least one
It can be a noble metal and / or at least one non-noble metal. Appropriate precious money
The genus includes platinum, palladium, and platinum groups such as iridium and ruthenium.
Other atoms. Suitable non-precious metals include VA, VIA, and VII of the Periodic Table.
IA family members. Preferred non-precious metals are chromium, molybdenum, tungsten
These metals such as ten, cobalt and nickel, and nickel-nustene
It is a combination of Non-noble metal components must be stored at high temperature before use with sulfur-containing gases such as hydrogen sulfide.
Presulfidation by exposing to the metal oxide form to the corresponding sulfide form
Can be Impregnating the hydrogenation components by mixing during the mixing stage
By any suitable method, such as by replacing or replacing.
Can be The amount of hydrogenation component should range from about 0.01 to about 45% by weight.
And is usually from about 0.1 to about 35% by weight. Of course,
The amount will vary depending on the nature of the component, but the more active precious metal than the less active base metal
Very little platinum is needed. Preferred hydrogenation catalysts include alumina or silica.
Mosquito
From 01% to 1% by weight of platinum and / or palladium on alumina, for example alloys
The molar ratio of the platinum-form palladium therein is about 2.5: 1 to 1: 2.5, preferably 2: 1.
白金 1: 1, most preferably about 1: 1.5 platinum-palladium alloys.
You.
Most preferred hydrogenation catalysts have a total pore volume of about 0.45 cm.Three/ G, good
Preferably about 0.55cmThree/ G, at least about 1% of the total pore volume, preferably
Or at least about 3% are in macropores greater than about 1000 ° in diameter,
The minimum amount of pore volume is preferably 0.07 cmThree/ G. As used herein
The term "macropore" refers to pores having pore diameters greater than about 1000 °.
Refers to a catalyst with a relatively large volume, ie at least 1%, with the smallest macropores
The volume is preferably 0.07 cmThree/ G.
In FIG. 1, the reaction train of the heavy feed having the 200's reference number is 100
This corresponds to the reaction sequence described above for the purpose of processing light feeds with reference numbers.
Details of the reaction train for producing heavy lubricating oil base stock 274 to avoid duplication
A detailed description is not provided herein. The corresponding reaction zone (eg, first hydrogen
Used in the hydrocracking reaction zone 110 and the second hydrocracking reaction zone 210).
The catalysts need not necessarily be the same, but they may be different from the catalysts described herein.
Is within.
The method shown in FIG. 1 is a simple method of feeding the feedstock to the integration step by distillation in the rectification column 10.
Provide one source. In fact, fraction 102 relative to the first hydrocracking reaction zone
And the fraction 202 for the second hydrocracking reaction zone originates from different sources
Sometimes. Thus, as a non-limiting example, one of 102 and 202 may be a vacuum gas
It occurs as an oil stream, the other being crude wax or oil containing a Group III lubricating oil base stock.
May occur as a waxy feed such as a wax petroleum feedstock.
An example
65% SSZ-32 in alumina binder, 0.325% by weight platinum
A procedure similar to that described in US Pat. No. 5,376,260.
Isodewaxing catalyst used. This catalyst is called catalyst A.
Hydrotreating catalysts follow a procedure similar to that of US Pat. No. 3,393,408.
Prepared. Hydrotreating catalyst is 66% AlTwoOThreeOn silica-lumina base
It contained 0.5% by weight of platinum. This catalyst is called catalyst B.
Catalyst A (10 cc) was subjected to a total pressure of 2300 psig, a hydrogen flow rate of 237 ml / min,
And a feed rate of 16 ml / h, a wax-containing hydrocracking feed having the following physical properties:
Contacted with feed.
Nitrogen 3.1ng (Nalogram) / μl
0.005% by weight sulfur
Wax content 16% by weight
Pour point 45 ° C
Viscosity, 100 ° C. 11.77 cSt
Density 0.89g / cmThree
The reaction temperature is adjusted to produce various pour point products, the yield of dewaxed product and
VI was determined. Figures 2 and 3 show the range of data from the test. Figures 2 and 3
Also provides baseline data for solvent dewaxed samples. FIG. 4 shows the flow of the dewaxed product.
Shows how the working point changes with reaction temperature.
The experiment was carried out under the same reaction conditions with catalyst B (0.25 cc) over catalyst A (0.75 cc).
) Was repeated using a layered catalyst having These data are also plotted in Figs.
To Data show that layered catalyst systems produce higher viscosity indices at constant pour points
(FIG. 3), with essentially constant product activity (FIG. 4), essentially equivalent product yield (FIG. 2)
did. At very low pour point, VI improvement increased and VI did not decrease,
The VI of the product from Medium A decreased as the pour point decreased.
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47/10 47/10
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アメリカ合衆国94939 カリフォルニア州
ラークスパー,ピードモント ロード
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