JP2888536B2 - 水素化処理触媒及び方法 - Google Patents
水素化処理触媒及び方法Info
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Description
を水素化処理して粘度指数及び油の他の性質を改良及び
/又は油の芳香族含有率を減少させるためのその使用に
関する。更に特定的には、本発明は、格段の改良された
特性を有する水素化処理触媒及び炭化水素油仕込み原料
を品質改良するためのその使用に関する。
も1種のVI族金属、金属酸化物又は金属硫化物と、少な
くとも1種のVIII族金属、金属酸化物又は金属硫化物を
含有して成る触媒であって、 (A)該触媒は約10重量%乃至約35重量%の組み合わせ
た金属(combined metal)を含有して成り、VIII族金属
対VI族金属の原子比は約0.5:1乃至約2:1の範囲にあり、
(B)前記担体はハロゲン約0.5重量%乃至約10重量%
と、シリカ約0.5重量%乃至約5重量%と、アルミナ約8
5重量%乃至約99重量%を含有して成り、(C)該触媒
は約30オングストローム乃至約65オングストロームの中
位細孔半径と約120m2/g乃至約180m2/gの表面積を持つこ
とを特徴としている水素化処理触媒を提供する。更に、
前記触媒を製造するのに使用する担体又は支持体を製造
するための新規な、改良された方法も提供する。この触
媒は、それによる水素化処理方法が、増加した粘度指
数、減少した芳香族含有率及び改善された安定性を持っ
た油の形成をもたらすという点で炭化水素油原料からの
潤滑油の製造に有用である。この油の窒素及び硫黄含有
率も又上記水素化処理方法における前記触媒の使用によ
り減少せしめられる。
潤滑油の品質の一般的指標として潤滑油仕様に使用され
る目安である。粘度指数は、温度の変動に伴う油の粘度
変化に対する抵抗を反映する。油の粘度指数が高ければ
高い程、それは温度変動により引き起こされる粘度変化
に対する抵抗が高い。ヨウ素価は、油中に存在するヨウ
素を付加することができる分子において現不飽和結合の
量の指標である。不飽和結合は望ましくない。その理由
は、このような結合は、特に高められた温度で飽和結合
よりも容易に酸化され、このような酸化は該油の劣化を
もたらすからである。故に、高品質潤滑油、即ち、特に
自動車用用途に望ましい潤滑油は、比較的高い粘度指数
と比較的低いヨウ素価を有するべきである。
っても影響される。油の芳香族含有率は水素化処理又は
水素化分解により減少させることができる。水素化処理
方法は、望ましくない低沸点物質の量を有意に増加させ
ないで芳香族を減少させることが望まれる場合に好まし
い。水素化処理法は、問題となるような分解又は水素化
分解を伴わないで芳香族化合物を飽和させてナフテン系
物質とするのに有効である。
野では示唆されてきた。一般に、この方法は、第1段階
において、例えば、アルミナ、シリカ及びその混合物の
ような実質的に分解活性を持った担体上に支持された水
素化成分(金属)を含んで成る触媒を使用して、高めら
れた温度及び圧力の条件下に水素による粗製潤滑油原料
の処理を必要とする。当業界で示唆された多くの触媒は
いくらかの改良を与えるけれども、より低い反応温度の
下で、増加した収率、より高い粘度指数及び減少した芳
香族含有率を与える改良された多機能触媒に対する要求
は続いている。
媒支持体又はハロゲンのような酸性促進剤(acidic pro
moters)により高められた触媒支持体により与えられ
る。支持された触媒の水素化活性は、水素化金属成分に
より与えられる。この水素化金属成分は、最終触媒中
に、金属、支持体構造及び他の促進剤と錯化した金属イ
オン又は金属化合物、特に酸化物及び硫化物として存在
することができる。典型的な水素化金属は元素の周期律
表のVI B及びVIII族の金属である。粗製油を水素化処理
するのに有用な水素化触媒は、一般に、分解、窒素除
去、硫黄除去、金属除去、水素化等のような多数の機能
を有する。当業界で示唆された種々の触媒はさまざまな
程度にこれらの機能を果たしそして触媒組成は1つ又は
それより多くのこれらの機能に関するそれらの性能を最
適とするように工夫及び処方されている。例えば、粘度
指数を増加させそして窒素含有率及び硫黄含有率を減少
させるのに非常に有用な触媒が示唆されたが、この同じ
触媒は油の芳香族含有率を減少させるのにはあまり効果
的ではない。他の触媒は、油の分解を最小としそして芳
香族除去の効果の増加を与えるように工夫された。これ
らは、粘度指数を増加させそして窒素及び硫黄含有率が
特定的に構成された水素化処理触媒の使用により減少せ
しめられた後、2段階法の第2段階で普通使用される。
このような方法は、所望の結果を得るのに有効ではある
が、この方法は、2つの異なる触媒の使用を必要とし、
そのため2つの異なる触媒の在庫の維持を必要とする。
は、触媒活性と同じく重要なことがある。有効であるた
めには、触媒は、使用中の破砕及び/又は摩滅に耐える
のに十分な機械的強度を持たなければならない。触媒反
応は一般に触媒の表面で起こるので、触媒は最適の表面
積と細孔容積を有することが望ましいと考えられる。故
に、触媒の製造に際しては、高い表面積及び細孔容積の
支持体を使用することが重要である。その理由は、支持
体を金属で含浸させると、細孔が詰まりそして表面積が
減少するからである。
望が寄せられているので、製造者は典型的には2段階又
はそれより多くの段階の水素化処理を使用する。触媒
は、一般に、第1段階に対しては、典型的には減圧軽油
(vacuum gas oil)である粗製供給原料を水素化分解す
る能力について選ばれる。第2及びその後の段階におい
ては、触媒は、穏やかな水素化が起こって芳香族を除去
すると共に油を仕上げる能力について選ばれる。一般
に、分解は(即ち、より低い沸点物質の形成)は第2段
階では望ましくない。
水素化が論じられている。米国特許第3,078,238号及び
第3,046,218号は、フッ素のようなハロゲンで処理して
触媒の水素化活性を改良した支持されたニッケル−タン
グステン触媒を記載している。得られる触媒は、少なく
とも0.3%のフッ素、好ましくは2.5%又はそれより多く
のフッ素を含有する。触媒支持体は、好ましくは、アル
ミナとシリカの混合物である。前記米国特許第3,078,23
8号においては、触媒組成物は、ハロゲン化され、硫化
され、支持されたニッケル及びタングステンを含んで成
り、担体物質は分解活性を有する。触媒中に存在するニ
ッケルとタングステンの量は、合計で、全触媒重量の5
%乃至約40%であるべきであり、そしてタングステンは
硫黄との或る形態の組合せ又は混合物として存在する。
硫黄は、触媒重量の約2%乃至約23%の量で存在するべ
きである。支持体物質は、シリカとアルミナの複合体で
あり、この物質は、シリカ1%乃至99%を含有すること
ができるが、シリカ5%乃至90%を含有する組成物が好
ましく、最も望ましい組成物はシリカ65%乃至90%を含
有する。米国特許第3,046,218号においては、触媒支持
体は、50%までのアルミナを含有する天然又は合成の高
シリカー低アルミナ触媒又はシリカーアルミナ分解触媒
であることができる。
ルミナ95%を含有する触媒支持体を包含する種々のシリ
カ対アルミナ比を含有する、種々の支持体組成物を含有
する触媒が挙げられている。このシリカ5%とアルミナ
95%の触媒支持体を含有する触媒は、低い分解値(crac
king value)を有していて、望ましくない高いヨウ素価
と、支持体組成物が99.5%以上のアルミナである触媒と
ほぼ同じ比較的低い粘度指数を持った潤滑油製品をもた
らすことが報告されている。米国特許第3,078,238号に
報告された結果に基づくと、触媒は60乃至80のケロッグ
スケール(Kellogg scale)での分解活性を有するべき
ことが好ましいということと、支持体は75%−85%のシ
リカと25%−15%のアルミナを含んで成る高シリカ支持
体であるべきことを結論している。
芳香族を含有する潤滑油原料を処理して潤滑油の芳香族
含有率を相当減少させるための水素化処理触媒及び方法
を開示している。次いで該油を発煙硫酸で処理し、苛性
アルカリで中和し、アルコールで抽出してスルホネート
を除去しそしてホワイトオイルを得る。潤滑油原料中の
芳香族含有率を減少するのに使用される水素化処理触媒
は、アルミナ支持体上のVI族及びVIII族の金属を使用す
る。好ましい触媒は、約10重量%乃至約30重量%、好ま
しくは約25重量%の量でニッケル及びタングステンの組
み合せを含む。他の好ましい態様においては、触媒はア
ルミナ上のニッケル20%、タングステン20%及びフッ素
2%から成る。
めの有用な水素化処理触媒を記載している。この触媒
は、約30以下の分解活性指数を有しそしてハロゲンを含
有するアルミナ担体上の少なくとも1種のVI族金属及び
少なくとも1種のVIII族金属を含有して成る。この触媒
の全金属含有率は少なくとも20重量%であり、VIII族金
属対VI族金属の原子比は約2.25:1乃至約6:1の範囲にあ
る。この発明に使用される担体は、分解の促進に対して
低い活性を持ったアルミナでなければならない。この特
許に請求されている触媒の有効性は75%のシリカと約25
%のアルミナを含んで成る支持体を包含するアルミナと
シリカの混合物を含有する種々の支持体を使用する触媒
に匹敵する。
のジェット燃料又はディーゼル燃料の製造方法を記載し
ている。この方法は、水素及び供給原料を、水素化/水
素化分解条件下に、分解支持体上に含浸されたVI B族金
属、VIII族金属及びハロゲンを含んで成る予め硫化され
た触媒複合体と接触させることより成る。好ましい担体
は、約65%乃至約85%のシリカ、好ましくは約70−80%
のシリカと20−30%のアルミナを含有するシリカ−アル
ミナ複合体である。
金属、金属酸化物又は金属硫化物と、少なくとも1種の
VIII族金属、金属酸化物又は金属硫化物を含有して成る
水素化処理触媒(hydrotreating catalyst)であって、
(A)該触媒は約10重量%乃至約35重量%の組み合わせ
た金属を含有して成り、VIII族金属対VI族金属の原子比
は約0.5:1乃至約2:1の範囲にあり、(B)前記担体はハ
ロゲン約0.5重量%乃至約10重量%と、シリカ約0.5重量
%乃至約5重量%と、アルミナ約85重量%乃至約99重量
%を含有して成り、(C)該触媒は約30オングストロー
ム乃至約65オングストロームの中位細孔半径と約120m2/
g乃至約180m2/gの表面積を持つことを特徴としている水
素化処理触媒を提供する。この触媒を製造するために使
用される担体又は支持体を製造するための新規な改良さ
れた方法も提供する。この触媒は、その水素化処理法
が、増加した粘度指数と、減少した芳香族含有率と、改
良された安定性を持った油を形成させるという点で、粗
製炭化水素油原料からの潤滑油の製造に有用である。こ
の油の窒素及び硫黄含有率も又水素化方法においてこの
触媒を使用することにより減少せしめられる。
ck)を水素化処理するための典型的な2段階法の概略流
れ工程図である。
約5重量%と、ハロゲン約0.5重量%乃至約10重量%
と、アルミナ約85重量%乃至約99重量%を含有して成る
担体支持体上の少なくとも1種のVI族金属と、少なくと
も1種のVIII族金属を含有して成る。この触媒の金属成
分は、1種又は1種より多くのVIII族金属と一緒に1種
又は1種より多くのVI族金属を含有して成ることができ
る。一般に、使用する金属は、VI族のクロム、モリブデ
ン又はタングステン金属及びVIII族の鉄、コバルト又は
ニッケル金属である。金属成分は金属として又はこのよ
うな金属の酸化物又は硫化物として使用することができ
る。1つの態様においては、金属成分が最初は還元され
た金属状態、金属酸化物のような実質的に硫化されてい
ない状態にある触媒から製造することができ、又は金属
の酸化物又は金属が部分的にのみ硫化されている触媒か
ら製造することができ、その場合にはこの触媒は、水素
化処理プロセスの開始前に又は開始中にその場で硫化す
ることができる。該触媒の金属成分は、例えば、ニッケ
ル、コバルト及びモリブデン;ニッケル、コバルト及び
タングステン;ニッケル及びモリブデン;コバルト及び
モリブデン;コバルト及びタングステン;特にニッケル
及びタングステンの組み合わせであることができる。
量%の範囲にあるべきであり、1つの好ましい態様にお
いては、この触媒の全金属含有率は全触媒重量を基準と
して約15重量%乃至約35重量%である。他の態様におい
ては、全金属含有率は約20%乃至約30%である。
要であり、VIII族金属対VI族金属の原子比は約0.5:1乃
至約2:1の範囲内に維持されるべきである。1つの好ま
しい態様においては、VIII族金属対VI族金属の原子比は
約0.5:1乃至約1.5:1の範囲にある。更に特定の態様にお
いては、VIII族金属対VI族金属の原子比は約0.75:1乃至
約1.25:1である。
は担体を形成するのに使用されるシリカ及びアルミナの
混合物中に金属又は金属の一部(例えば触媒中の全金属
の約50%又は60%まで)を含ませることにより触媒中に
導入することができる。別法として、そして好ましく
は、以下に更に詳細に説明するように、支持体を先ず製
造し、次いで金属を好ましい支持体中に含浸させる。
も含有し、そして一般に、存在するハロゲンの量は触媒
の全重量を基準として約0.5重量%乃至約10重量%であ
る。1つの態様においては、ハロゲン含有率は約0.5%
乃至約7%であり、更に特定的には約0.5%乃至約5%
である。1つの好ましい態様においては、ハロゲン含有
率は、触媒の重量を基準として約1.5重量%乃至約2.5重
量%である。ハロゲンの存在は、水素化に関して触媒の
活性を増加させる。塩素、臭素、又はヨウ素のような任
意のハロゲンを使用することができるがフッ素が好まし
い。
は、アルミナと、シリカと、ハロゲン化合物を含有して
成る押出可能な混合物を調製し、この混合物を支持体材
料中に押出することにより達成することができる。次い
でこのハロゲンの含有支持体に、所望の金属及び所望に
より追加のハロゲンを加えることができる。
体の性質である。本発明の触媒に使用される担体は、一
般に、シリカ約0.5重量%乃至約5重量%と、アルミナ
約85重量%乃至約99重量%を含有して成る。1つの態様
においては、担体は、シリカ約1重量%乃至約2.5重量
%と、アルミナ約95重量%乃至約99重量%を含有して成
る。更なる態様においては、担体は、シリカ約1.5重量
%乃至約5重量%と、フッ素約1重量%乃至約2.5重量
%とアルミナ約95重量%乃至約99重量%を含有して成
る。上述の如く支持体中に存在するVI族金属及びVIII族
金属及びハロゲンの他に、他の物質を全支持体物質の約
20重量%までの量で存在させることができる。このよう
な物質には、例えば、マグネシア又はチタニアが包含さ
れる。担体は、変性して他の物質を含ませて、より低い
温度での触媒の水素化分解活性を増加させてもよい。
触媒の製造の任意の方法を使用して製造することができ
る。1つの態様においては、焼成した(calcined)ハロ
ゲン含有シリカ−アルミナ担体(上述の随意の物質を含
んでいるか又は含んでいない)を調製し、然る後、上記
焼成した担体に所望の金属の塩を含有する溶液(一般に
水性)を含浸させることにより製造することができる。
一般に1回の含浸工程が、所望の金属含有率を有する触
媒を与えるのに十分であるが、或る場合には、特に金属
の高い水準の場合には、多重含浸工程を使用することが
できる。一般に、硝酸塩、シュウ酸塩、酢酸塩、アンモ
ニウム塩等のようなVI族金属及びVIII族金属の水溶性塩
を使用することができ、該塩が担体中に含浸されて後、
これらの塩は通常焼成により対応する金属酸化物に転化
される。タングステンは、例えばメタータングステン酸
アンモニウムのようなメタータングステン酸塩から都合
良く導入することができる。パラータングステン酸アン
モニウムも又好適である。モリブデンは、例えばモリブ
デン酸アンモニウムのようなモリブデン酸塩から都合良
く導入することができる。ニッケル及びコバルトは、硝
酸ニッケル6水塩、酢酸ニッケル、炭酸ニッケル、硝酸
コバルト6水塩、酢酸コバルト、炭酸コバルト等のよう
な塩の水溶液を使用して導入される。
の満足な方法は、金属の酸化物を含有する触媒を高めら
れた温度で硫化水素及び水素の混合物と接触させること
である。完全な硫化は必要ではないが、一般に約5%以
上の硫化が望ましい。
ナ、水及び鉱酸(及び上述の如き他の随意の物質)を含
有して成る水性混合物を押出し、次いで乾燥しそして焼
成することにより製造される。担体の製造に、すべての
種類のアルミナを使用することができる。1つの態様に
おいては、アルミナは擬ベーマイト(pseudo boehmit
e)及び/又はα−1水和物である。ハロゲン含有化合
物は、ハロケイ酸(H2SiF6)のようなハロゲン含有シリ
カ化合物、(他のもの?)であることができる。フッ素
は好ましいハロゲンであり、フルオロケイ酸(H2SiF6)
は本発明に使用するのに好ましい物質である。押出のた
めの所望のコンシステンシーを与えるために、シリカ−
アルミナ混合物の製造に水が使用される。
性質及びソース並びに使用されるミキサー及び押出機の
タイプに依存する。水の量及び混合物の好ましいコンシ
ステンシーは当業者により容易に決定されうる。押出可
能な混合物はアルミナをコロイド状にする(peptize)
のに十分な量の鉱酸も含む。アルミナの重量を基準とし
て約5重量%までの鉱酸が一般に押出混合物に含まれ
る。十分な物理的一体性(physical integrity)を持っ
た触媒を生成する限り、周知の商業的に入手可能なミキ
サー及び押出機のいずれでも担体支持体の製造に使用す
ることができる。
とフッ素を含有して成る担体又は支持体は、 (A)水にヘキサフルオロケイ酸及び鉱酸を溶解した溶
液を調製し、 (B)アルミナと工程(A)で調製された溶液の混合物
を調製し、 (C)前記混合物を押出して押出物を形成し、 (D)この押出物を高められた温度で乾燥及び焼成す
る、 工程により製造される。
ゲン及びシリカのソースとしてヘキサフルオロケイ酸を
使用することである。工程(A)で調製される溶液中に
含まれるヘキサフルオロケイ酸の量は、第2工程でアル
ミナと混合したとき、シリカ約0.5%乃至約5%とフッ
素約10%までを含有する触媒担体を与えるのに十分な量
である。第1工程で使用される鉱酸はいずれの鉱酸であ
ってもよいが、一般に硝酸が使用される。工程(A)で
調製される溶液に含まれる硝酸の量は、工程(B)でア
ルミナと混合したとき、アルミナをコロイド状にするの
に十分な量である。この量はアルミナの量を基準として
約5重量%までであることができ、約3重量%までの量
であることが多い。1つの態様においては、工程(B)
で調製される混合物は、乾燥基準で、シリカ約0.5乃至
約5重量部とフッ素0.5乃至5重量部と、アルミナ約85
乃至99重量部を含有して成る。上述の如く、工程(B)
で調製される混合物は、マグネシア、チタニア又はマグ
ネシアもしくはチタニアの混合物のような他の物質も含
むことができる。
は、それが高められた温度で焼成される前に、乾燥する
ことができ、そして一般に乾燥される。押出物は少なく
とも約400℃の温度、更に一般的に500℃乃至約600℃の
温度で焼成されるが、1200℃という高い温度も使用する
ことができる。より小さい細孔が望まれる場合には、よ
り低い焼成温度を使用することが好ましいということが
一般的に観察された。
って変えることができるが、その寸法は一般に直径が約
1/64インチ乃至約1/2インチである。支持体の形状は、
押し出された、型で塊に成形された(briquetted)又は
錠剤にした円柱物、多葉形押出物(polylobal extrusio
ns)、球、リング、中空コア円筒又は任意の他の適当な
幾何学的形状物の形態にあることができる。成形方法が
異なれば、異なる水分含有率の混合物が必要である。
成した担体の含浸は、焼成した担体を所定の期間この水
性溶液と混合することにより行うことができる。溶液は
担体中に浸透しそして担体の細孔に充填される。
された後、例えば、この含浸された支持体は乾燥及び焼
成して金属を金属酸化物に転化する。押出物が焼成によ
りばらばらにならないように押出物が十分に乾燥される
限りは、いずれの型の乾燥機でもいかなる乾燥温度でも
使用することができる。適切な時間−温度サイクルが確
立されていれば、或る場合には1工程での乾燥−焼成を
行うことが可能である。少なくとも約400℃乃至約1200
℃までの焼成温度を使用することができる。焼成不足及
び焼成のしすぎは、一般に不利である。金属が金属酸化
物に転化される限りは、ロータリーキルン、トンネルキ
ルン、縦型焼成機等のような任意のタイプの焼成機を使
用することができる。
次いで押出し、乾燥しそして焼成することにより、水素
化処理触媒を製造することも可能である。他の態様にお
いては、金属の一部が押出混合物に加えられている上述
のタイプの混合物を調製してもよく、そして押出及び焼
成の後、残りの金属を含浸により加え、続いて乾燥及び
焼成する。
発明の水素化処理触媒は、許容しうる破砕強度(15−40
ポンド)と、約30オングストローム乃至約65オングスト
ロームの中位細孔半径と、約0.2cc/g乃至約0.5cc/gの全
細孔容積と、約120m2/g乃至約180m2/gの表面積を有する
ことを特徴とする。これらの物理的性質のすべてが重要
であるけれども、触媒の中位細孔半径と、全細孔容積
と、表面積は特に水素化処理触媒の有効性に関して重要
である。1つの態様においては、中位細孔半径は、約35
オングストローム乃至約55オングストロームであり、触
媒の表面積は約125m2/g乃至約170m2/gである。
有することも特徴とする。一般に、アンモニア化学吸着
により測定して、約11cc/g以下であり、更に約7又は8
乃至約10又は11であることが多い。本発明の水素化処理
触媒は、本質的にマクロ細孔を含まないことも特徴とす
る。マクロ細孔は、直径が600オングストロームより大
きい細孔としてこの分野では定義されている。本発明の
好ましい触媒のマクロ細孔容積含有率は約0.040cc/g以
下であり、0.020cc/g又は0.010cc/g以下であることが更
に多い。典型的には、マクロ細孔容積含有率は0.000乃
至0.005cc/gである。
化処理触媒の製造方法を例示するものである。実施例中
において又は明細書及び特許請求の範囲の他の箇所では
特に断らない限り、総ての部及びパーセントは重量を基
準としたものであり、そして温度は摂氏度である。表面
積、細孔容積、及び細孔の直径は水銀押込式細孔測定方
法(mercury intrusion porosymetry)により測定され
る。
l) SB(ベーマイト[boehmite])商標名でコンデア
・ヘミー(Condea Chemie)社から入手し得るアルミナ
水和物15ポンド及びカイザー・アルミニウム・アンド・
ケミカル(Kaiser Aluminiumu and Chemical)社から市
販されているバーサル(Versal) 250アルミア(ベー
マイト/擬ベーマイト[pseudoboehmite])15ポンドを
装入する。アルミナを約2ないし3分間均一になるまで
混合する。別な容器中に20ポンドの水、120ポンドの70
%硝酸及び1.57ポンドの24.63%H2SiF6を混合して溶液
を製造する。溶液をアルミナ配合物に添加し、徹底的に
混合する。更に混合物に水を追加して混合物の揮発性含
量を約58%に調節し、所望の可塑性が得られる(押出可
能な混合物)まで混合を継続する。次いで0.070−イン
チの直径の円孔を有するダイプレート(die plate)を
備えたウェルディング・エンジニヤズ・エクストルーダ
ー(Welding Engineers Extruder)押出物を用いて混合
物を押し出す。混合物を一夜125℃で乾燥し、次いで回
転炉中において670−700℃で焼成し約200−210m2/gの表
面積を発現させる。この方法で製造された触媒支持体は
下記の一般的性質を有している。
ステン19%を与えるような濃度で水性含浸溶液を製造す
る。溶液は実施例1Aで製造された4000gの焼成支持体に
ある細孔容積にほぼ等しい3360ccの溶液を与えるのに充
分な量の水中に、1853.2gのメタタングステン酸アンモ
ニウム及び1853.7gの硝酸ニッケル六水和物(Ni(NO3)2
・6H2O)を溶解することによって製造される。得られる
溶液を透明になるまで混合する。実施例1Aのようにして
製造された支持体(4000g)を、乾燥した押出物を混合
しながら上記の溶液(3360cc)を連続的に添加すること
によって含浸する。含浸された押出物を回転炉中で500
℃で1時間焼成して金属を酸化物に転化する。このよう
にして製造された触媒の一般的性質は下記の通りであ
る: ニッケル 6% タングステン 19% 弗素 2% SiO2 2% 表面積 140m2/g 合計細孔容積 0.46cc/g 破砕強度 30ポンド 直径(平均) 0.063インチ 本発明の水素化処理触媒は粗製の炭化水素原料油の品
質改善及び、接触水素化処理による潤滑油又は潤滑油原
料基油(base stock)の製造に有用である。本発明の触
媒及び本発明の方法によって処理される粗製の炭化水素
水素原料油は、市販の原料油及び軽油及び重質軽油を含
む技術分野で既知の任意の原料油であってもよい。本発
明の触媒を用いて水素化処理できる粗製の潤滑油原料
は、主として600゜F又は650゜F以上で通常沸騰する原料油
を含み、及び真空又は常圧塔から得られる軽質蒸留物か
ら重質軽油までの範囲の原料油を包含する。本発明の触
媒及び方法を用いて水素化処理できる原料油の例は、ス
マトラン・ライト(Smutran Lignt)、アラビアン・ラ
イト(Arabian light)、クウェート(Kuwait)、スマ
トラン・ヘビー(Sumatran Heavy)、カルホルニア・ラ
イト(Calufornia Light)、カリホルニア・ヘビー(Ca
lifornia Heavy)のような重質減圧軽油(vacuum gas o
il)を含んでいる。
始めの残渣油の含量以下の水準に低下させるために処理
された、潤滑油原料油の処理に特に効果的である。こう
した処理された原料の一例は軽質パラフィン系溶剤を用
いて脱歴(deasphalting)された残渣原料油である。
る生成物を得るのに適当しているが、本発明の触媒及び
方法は、比較的高い粘度指数を有する生成物を得るため
に有利に使用できる。例えば、本発明の触媒及び方法
は、高収率及び比較的高温度で約100ないし120又はそれ
以上粘度指数を有する生成物を得るために使用できる。
増大した粘度指数を有する油の生産が、例えば油の収率
が高いというような本方法の他の望ましい特徴、又は芳
香族含量が低いというような油の他の望ましい特性を犠
牲にすることなく達成できることにも注意すべきであ
る。
処理方法は、約250℃ないし約500℃の範囲、より好適に
は約300℃ないし約425℃の範囲内の温度で実施すること
ができる。反応は又約750ないし約5000psigの範囲、及
びより好適には約2000ないし約3000psigの範囲の圧力下
で行われる。液の1時間当たりの空間速度(LHSV)は広
範囲に亙ることができるが、一般には1時間当たり触媒
の単位体積当たりの粗製潤滑油原料油の体積比として約
0.1ないし約10であり、水素供給速度は粗製潤滑油原料
油1バレル当たり約2000ないし約20,000標準立方フィー
ト(SCF)であり、好適には粗製原料油1バレル当たり
約4000ないし約10,000SCFの水素が反応の間保持され
る。処理工程の際、純粋な水素を使用することは不必要
で、約60%ないし約99%の水素を含む気体流で満足な結
果が得られる。精製操作に一般に利用できる水素含有気
体流は約85%ないし約95%の水素ガスを含み、このよう
な気体流が有用である。
の操作条件は、勿論処理される装入原料の性質及び所望
の結果によって或程度変化する。従って水素化処理工程
において使用される操作条件は、高い粘度指数及び芳香
族、硫黄及び窒素含量を含む所望の特性を有する水素化
処理された物質を生じるように選択すべきである。又水
素化処理工程において使用される操作条件は、水素化分
解に一般的であるランダムな炭素−炭素切断の度合を減
少させ、且つ相当量の低沸点物質の生成を最小限に抑え
るように、触媒を含めて選択しなければならない。
改善し且つ存在する芳香族の量を減少させる目的で原料
油を処理する際に有用である。実際の場合には、潤滑油
生産業者は原料油に対し一般に多段的な水素化処理工程
又は段階を使用している。一般に第一段階の機能は潤滑
油の粘度指数を改善し(水素化分解を経由して)、且つ
窒素、硫黄及び金属を除去することである。第二段階は
その安定性を改善するために油(一般に第一及び第二段
階の間の脱蝋される)の水素化を実行する。安定化はオ
レフィン及び芳香族のような不飽和炭化水素をパラフィ
ン及びナフテン系物質のような飽和物質に転化すること
を含んでいる。安定化は又程度としては少ないが、潤滑
油用供給原料から好ましくない成分を除去することを含
み、そしてこうした不純物は通常硫黄、窒素、酸素、ハ
ロゲン化物又は痕跡量の金属から成っている。
いて、油及び水素は一般に反応温度まで予備加熱され、
一基又は多基の反応器中の一連の触媒床を通過する。反
応器の流出物は冷却され、気体流と液流とに分離され
る。未反応の水素は再循環される。反応全体は発熱的で
あるから、核触媒床における温度上昇はガスによる急
冷、液による急冷又は床の間の間接冷却によって調節さ
れる。液体流は常圧ストリッパーに送られ、そこで気体
状炭化水素及び軽質留分が取り除かれる。塔底成分は所
望のワックス状潤滑油生成物として分離するために真空
塔に装入される。
効果的であるが、大部分の工業的潤滑油生産業者は、各
種の芳香族含有潤滑油供給原料を所望の性質を有する油
に転化する所期の目的を達成するために、多段階法及び
多重触媒系を利用している。一般に多段階製造法は二段
階又は時として三段階の水素化処理から成っている。第
1図は潤滑油原料基油を水素化処理する二段階法の概略
的な工程系統図である。各段階の触媒機能が異なるため
に、現行の実際例では二段階で異なった触媒の使用を必
要としている。供給原料の成分の主要な改質は、水素化
処理と共に相当量のクラッキングが起こる第一段階で完
遂される。芳香族含量の或程度の減少もある。これらの
変化の結果として、油は粘度指数の望ましい増加を享受
する。かように第一段階の性能は流出物の収率及び粘度
指数によって測定される。或程度の油の精製も又第一段
階で起こる。こうして硫黄化合物は各種の脱硫反応によ
り硫化水素及び他の化合物に転化される。窒素化合物は
各種の脱窒反応によりアンモニア又は純粋な炭化水素に
転化し、ナフテン酸は各種の脱水及び脱カルボキシル化
反応によりナフテンに転化する。その結果、第一段階か
らの反応器流出物は或程度の芳香族含量の減少と共に、
色調、熱安定性及び酸化安定性の著しい改善を示す。
それ以上の芳香族環を優先して所望の芳香族化合物を飽
和する。第二段階処理の結果として油の粘度指数には殆
ど又は全く変化がない。第一段階と比較して時に、第二
段階は温和な水素化が起こり、生成物の安定性が改良さ
れる、一層仕上げ的な工程である。
る典型的な二段階法である、二段階法の一例を示す。第
1図に図示された方法においては、減圧軽油(VGO)10
及び水素(H2)12が水素化処理触媒を含む第一段階反応
器14に供給される。一般的な方法においては、第一段階
における圧力は約3000psigであり、温度は700−800゜Fの
範囲にある。第一段階反応器からの流出物16は揮発性物
質を除去するために真空蒸留18により処理され、残油20
は当業者には周知である方法を用いて適当な装置22中で
溶剤脱蝋にかけられる。脱蝋された油(DWO)24は追加
した水素26と混合され、同様に水素化処理触媒を含む第
二段階反応器28に供給される。一般に第二段階反応器は
約3000psigの圧力で約500゜Fないし約600゜Fの温度で操作
される。第二段階反応器からの流出物30は所望の潤滑油
原料基油である。
なった方法及び反応のために、一般に第一及び第二段階
反応器で異なった水素化処理触媒を使用していた。本発
明の方法の水素化処理触媒の独特な特徴の一つは、触媒
が両方の工程で効果的に使用できることであり、従って
両段階で本発明の触媒を使用すれば、水素化処理工程が
簡単化され、二つの別個な触媒の在庫量を維持する必要
がなくなる。本発明の触媒は第1図に示されたような第
一段階操作において効果的であり、本触媒の使用の結
果、現在工業的に利用されている触媒を用いて得られる
特性よりは一般に改善された優れた特性を有する流出物
が得られる。一般に所与の粘度指数においては、収率の
増大が得られ、脱窒、脱芳香族化及び脱硫が優れてい
る。第1図に示されたような二段階水素化処理工程の第
二段階において使用された時には、本発明の触媒は或種
の工業的に利用される第二段階触媒と比較して、低い操
作温度で潤滑油中の芳香族をより多く除去する結果が得
られる。
は、クウェート重質減圧軽油(HVGO)について行われた
下記の実施例中に例示される。
号に記載されたような第一及び第二段階用の市販され入
手し得る水素化処理触媒を用い、クウェートHVGOについ
て同様な操作を実行する。本実施例で使用される触媒は
実施例1Bに記載された触媒と類似したものである。
度、385−400℃;圧力、2500psig;LHSV、1.0容積/容積
/時間;水素流量、7500 SCF/Bblである。市販されてい
る触媒に比較すると、実施例1Bの触媒は高粘度指数流出
物の収率を増加させ、流出物の芳香族含量、窒素含量及
び酸素含量を大きく減少させる結果をもたらす。
流出物は本発明の触媒の代表的なものとして、実施例2B
の触媒を用いて第1図に示されたような第二段階水素化
処理に暴露される。比較のために、同様な操作が又こう
した第二段階反応器で使用することが一般に推奨されて
いる市販の触媒を用いて行われた。第二段階の反応条件
は:温度、500−550℃;圧力、2500psig;LHSV、0.5容積
/容積/時間;水素流量、5000 SCF/Bblである。
性を付与することである。安定性を評価するために各種
の判定基準が使用でき、二つの共通な基準は芳香族含量
と紫外線吸光度である。実施例2Bの触媒を使用するこの
第二段階反応の結果を市販の触媒を利用する場合に比較
すると、本発明の触媒は芳香族含量の著しく少ない流出
物を生産し、且つ流出物中に含まれる芳香族の量は反応
温度が500°から525°及び更に550゜Fに上昇するにつれ
て減少することを実証している。本発明の触媒を用いる
第二段階からの流出物の紫外線安定性は、第二段階にお
いて市販の触媒を利用して得られる流出物の紫外線安定
性よりも遥かに改善されている。
各種の変更方法は本明細書を閲読することにより当業者
には明らかになるものと思われる。従って、本文に開示
された発明は、添付特許請求の範囲の示す範囲内に入る
ような変更方法をも包括するものであることを理解すべ
きである。
酸化物又は金属硫化物と、少なくとも1種のVIII族金
属、金属酸化物又は金属硫化物を含有して成る水素化処
理触媒であって、 (A)該触媒は組み合わせた金属約10重量%乃至約35重
量%を含有して成り、VIII族金属対VI族金属の原子比は
約0.5:1乃至約2:1の範囲にあり、 (B)前記担体はハロゲン約0.5重量%乃至約10重量%
と、シリカ約0.5重量%乃至約5重量%と、アルミナ約8
5重量%乃至約99重量%を含有して成り、 (C)該触媒は約30オングストローム乃至約65オングス
トロームの中位細孔半径と約120m2/g乃至約180m2/gの表
面積を有することを特徴とする水素化処理触媒。
量%を含有する上記1に記載の水素化処理触媒。
媒。
1に記載の水素化処理触媒。
1に記載の水素化処理触媒。
り特徴付けられる上記1の水素化処理触媒。
とする上記1に記載の水素化処理触媒。
酸化物、又は金属硫化物、又はVI族金属酸化物及び金属
硫化物の混合物と、少なくとも1種のVIII族金属、金属
酸化物、又は金属硫化物、又はVIII族金属酸化物及び金
属硫化物の混合物を含有して成る水素化処理触媒であっ
て、 (A)該触媒は組み合わせた金属約10重量%乃至約35重
量%を含有して成り、VIII族金属対VI族金属の原子比は
約0.5:1乃至約2:1の範囲にあり、 (B)前記担体はハロゲン約0.5重量%乃至約10重量%
と、シリカ約0.5重量%乃至約5重量%と、アルミナ約8
5重量%乃至約99重量%を含有して成り、 (C)該触媒は約35オングストローム乃至約65オングス
トロームの中位細孔半径と約120m2/g乃至約180m2/gの表
面積を有することを特徴とする水素化処理触媒。
量%を含有する上記8に記載の水素化処理触媒。
テンである上記8に記載の水素化処理触媒。
である上記8に記載の水素化処理触媒。
触媒。
8に記載の水素化処理触媒。
8に記載の水素化処理触媒。
より特徴付けられる上記8に記載のの水素化処理触媒。
徴とする上記8に記載の水素化処理触媒。
属酸化物、又は金属硫化物、又はVI族金属酸化物及び金
属硫化物の混合物と、少なくとも1種のVIII族金属、金
属酸化物、又は金属硫化物、又はVIII族金属酸化物及び
金属硫化物の混合物を含有して成る水素化処理触媒であ
って、 (A)該触媒は組み合わせた金属約20重量%乃至約30重
量%を含有して成り、VIII族金属対VI族金属の原子比は
約0.5:1乃至約1.5:1の範囲にあり、 (B)前記担体は、シリカ約1重量%乃至約2.5重量%
と、フッ素約1重量%乃至約5重量%と、アルミナ約9
2.5重量%乃至約98重量%を含有して成り、 (C)該触媒は約30オングストローム乃至約50オングス
トロームの中位細孔半径と約125m2/g乃至約150m2/gの表
面積を有することを特徴とする水素化処理触媒。
テンである上記17に記載の触媒。
有する上記17に記載の触媒。
である上記17に記載の触媒。
化ニッケル、タングステン、酸化タングステン又は硫化
タングステンを含有して成る水素化処理職はであって、 (A)該触媒は組み合わせた金属約24重量%乃至約26重
量%を含有し、ニッケル対タングステンの原子比は約0.
75乃至約1.25であり、 (B)前記担体はフッ素約1.5重量%乃至約3.0重量%
と、シリカ約1重量%乃至約2.5重量%と、アルミナ約9
0重量%乃至約97.5重量%を含有して成り、 (C)該触媒は約35オングストローム乃至約50オングス
トロームの中位細孔半径と約125m2/g乃至約145m2/gの表
面積を有することを特徴とする水素化処理触媒。
た溶液を調製し、 (B)アルミナと工程(A)で調製された溶液の混合物
を調製し、 (C)前記混合物を押出して押出物を形成し、 (D)この押出物を高められた温度で乾燥及び焼成す
る、 工程を含んで成る、シリカと、アルミナとフッ素を含有
して成る触媒担体の製造方法。
イ酸の量は、シリカ約0.5乃至約5%とフッ素約10%ま
でを含有する触媒担体を与えるのに十分な量である上記
22に記載の方法。
アルミナをコロイド状にするのに十分な量である上記22
に記載の方法。
約5重量部とフッ素0.5乃至約5重量部と、アルミナ約8
5乃至99重量部を含有して成る上記22に記載の方法。
し、 (B)該担体に少なくとも1種のVI族金属塩と少なくと
も1種のVIII族金属塩を含有して成る溶液を含浸させ、 (C)前記含浸させた担体を乾燥し、 (D)該乾燥した含浸させた担体を焼成する、 工程を含んで成る、少なくとも1種のVI族金属又は金属
酸化物と、少なくとも1種のVIII族金属又は金属酸化物
と、ハロゲンを含有して成る水素化処理触媒を製造する
方法。
等しい容量の溶液で工程(B)において含浸せしめられ
る上記17に記載の方法。
%乃至約35重量%を含有する水素化処理触媒を与えるの
に十分な量のVI族金属塩とVIII族金属塩を含む上記27に
記載の方法。
って、前記金属を金属酸化物に転化する上記27に記載の
方法。
媒。
れた温度及び圧力を包含する水素化条件下に、粗製潤滑
油原料を水素と接触させることより成る、潤滑油の品質
を高め、潤滑油の粘度指数を改善し及び/又は潤滑油の
芳香族含有率を減少させる方法。
に記載の方法。
て前記圧力が約750psi乃至約5000psiの範囲にある上記3
2に記載の方法。
%乃至約30重量%を含有する上記32に記載の方法。
子比が約0.75乃至約1.25である上記32に記載の方法。
記32に記載の方法。
量%を含有して成る上記32に記載の方法。
る上記32に記載の方法。
られた潤滑油。
的な2段階方法の該略流れ工程図である。 図において、10…減圧軽油、12…水素、14…第1段階反
応器、16…第1段階反応器からの流出物18…真空蒸留、
20…残留物、22…溶媒脱ろう装置、24…脱ろう油、26…
追加の水素、28…第2段階反応器、30…第2段階反応器
からの流出物、である。
Claims (8)
- 【請求項1】担体上に支持された少なくとも1種のVI族
金属、金属酸化物又は金属硫化物と、少なくとも1種の
VIII族金属、金属酸化物又は金属硫化物を含有して成る
水素化処理触媒であって、 (A)該触媒は組み合わせた金属約10重量%乃至約35重
量%を含有して成り、VIII族金属対VI族金属の原子比は
約0.5:1乃至約2:1の範囲にあり、 (B)前記担体はハロゲン約0.5重量%乃至約10重量%
と、シリカ約0.5重量%乃至約5重量%と、アルミナ約8
5重量%乃至約99重量%を含有して成り、 (C)該触媒は約30オングストローム乃至約65オングス
トロームの中位細孔半径と約120m2/g乃至約180m2/gの表
面積を有することを特徴とする水素化処理触媒。 - 【請求項2】担体上に支持された少なくとも1種のVI族
金属、金属酸化物、又は金属硫化物、又はVI族金属酸化
物及び金属硫化物の混合物と、少なくとも1種のVIII族
金属、金属酸化物、又は金属硫化物、又はVIII族金属酸
化物及び金属硫化物の混合物を含有して成る水素化処理
触媒であって、 (A)該触媒は組み合わせた金属約10重量%乃至約35重
量%を含有して成り、VIII族金属対VI族金属の原子比は
約0.5:1乃至約2:1の範囲にあり、 (B)前記担体はハロゲン約0.5重量%乃至約10重量%
と、シリカ約0.5重量%乃至約5重量%と、アルミナ約8
5重量%乃至約99重量%を含有して成り、 (C)該触媒は約35オングストローム乃至約65オングス
トロームの中位細孔半径と約120m2/g乃至約180m2/gの表
面積を有することを特徴とする水素化処理触媒。 - 【請求項3】担体上に支持された少なくとも1種のVI族
金属、金属酸化物、又は金属硫化物、又はVI族金属酸化
物及び金属硫化物の混合物と、少なくとも1種のVIII族
金属、金属酸化物、又は金属硫化物、又はVIII族金属酸
化物及び金属硫化物の混合物を含有して成る水素化処理
触媒であって、 (A)該触媒は組み合わせた金属約20重量%乃至約30重
量%を含有して成り、VIII族金属対VI族金属の原子比は
約0.5:1乃至約1.5:1の範囲にあり、 (B)前記担体は、シリカ約1重量%乃至約2.5重量%
と、フッ素約1重量%乃至約5重量%と、アルミナ約9
2.5重量%乃至約98重量%を含有して成り、 (C)該触媒は約30オングストローム乃至約50オングス
トロームの中位細孔半径と約125m2/g乃至約150m2/gの表
面積を有することを特徴とする水素化処理触媒。 - 【請求項4】担体上に支持されたニッケル、酸化ニッケ
ル又は硫化ニッケル、タングステン、酸化タングステン
又は硫化タングステンを含有して成る水素化処理触媒で
あって、 (A)該触媒は組み合わせた金属約24重量%乃至約26重
量%を含有し、ニッケル対タングステンの原子比は約0.
75乃至約1.25であり、 (B)前記担体はフッ素約1.5重量%乃至約3.0重量%
と、シリカ約1重量%乃至約2.5重量%と、アルミナ約9
0重量%乃至約97.5重量%を含有して成り、 (C)該触媒は約35オングストローム乃至約50オングス
トロームの中位細孔半径と約125m2/g乃至約145m2/gの表
面積を有することを特徴とする水素化処理触媒。 - 【請求項5】(A)水にヘキサフルオロケイ酸及び鉱酸
を溶解した溶液を調製し、 (B)アルミナと工程(A)で調製された溶液の混合物
を調製し、 (C)前記混合物を押出して押出物を形成し、 (D)この押出物を高められた温度で乾燥及び焼成す
る、 工程を含んで成る、シリカと、アルミナとフッ素を含有
して成る触媒担体の製造方法。 - 【請求項6】(A)特許請求の範囲第5項記載の方法に
従って触媒担体を調製し、 (B)該担体に少なくとも1種のVI族金属塩と少なくと
も1種のVIII族金属塩を含有して成る溶液を含浸させ、 (C)前記含浸させた担体を乾燥し、 (D)該乾燥した含浸させた担体を焼成する、 工程を含んで成る、少なくとも1種のVI族金属又は金属
酸化物と、少なくとも1種のVIII族金属又は金属酸化物
と、ハロゲンを含有して成る水素化処理触媒を製造する
方法。 - 【請求項7】特許請求の範囲第6項記載の方法により製
造された水素化処理触媒。 - 【請求項8】特許請求の範囲第1項に記載の水素化処理
触媒の存在下に、高められた温度及び圧力を包含する水
素化条件下に、粗製潤滑油原料を水素と接触させること
より成る、潤滑油の品質を高め、潤滑油の粘度指数を改
善し及び/又は潤滑油の芳香族含有率を減少させる方
法。
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