【発明の詳細な説明】
水素化加工触媒
本発明は超大サイズ孔を有する合成結晶性物質系の水素化加工触媒に関するもの
である。
本発明は水素化分解に対し、また水素化加工と水素化仕上げを含む他の水素化加
工応用に特に有用な触媒に関するものである。この触媒は鉱物油原料、特に留分
原料の水素化分解による高粘度指数潤滑油の製造にとりわけ有用である。
多くの化学的プロセスで、特に石油の精製と石油化学工業において、三機能性触
媒が用いられるが、これらは酸性活性と水素化−脱水素化活性の双方を示す。
この種の触媒は水素化、水素化分解、水素化処理、水素化仕上げ、水素化膜ロウ
(米国特許No、3,968.024参照)、水素化金属化、水素化異性化、改
質その他のように、水素が原料成分として存在するかまたは反応生成物として存
在するか、のいずれかであるプロセスにおいて、いろいろな炭化水素画分の加工
にしばしば用いられる。この応用の目的で、この種のプロセスは、水素が水素化
分解においては反応体であるように原料成分として用いられるか、あるいは改質
反応のようなプロセスにおいて水素が反応生成物の一つであるか、のいずれであ
るかに拘わらず、水素化加工応用と呼ばれるものである。三機能性触媒はいろい
ろな石油化学の水素化加工応用で用いられ、その例は、キシレンの異性化が米国
特許No、3,856.572:4,101.597および4,312.790
に記載され、トルエンの不均化が米国特許No、4,052,476に記載され
、また他の反応も知られ、これらでは水素は原料成分として、あるいは希望する
反応の生成物としとて存在する。多くの石油精製応用では、金属成分はアルミナ
あるいはシリカ−アルミナのような非晶質の担体物質によって支持されるが、こ
れはこれらの物質が加工反応中に遭遇するであろう高分子量炭化水素に対して、
必要な孔容量と適切な孔サイズをしばしば持つからである。
水素化分解は石油精製において広く用いられるようになったプロセスで、いろい
ろな石油画分をより軽く、より価値の高い製品、特にジェット燃料、ディーゼル
油、加熱油のような留分に転化するものである。水素化分解は一般に最初の水素
化処理段階と組合わせて行われ、ここでは原料中のへテロ原子含有不純物が、有
意な程度のバルク転化を伴うことなしに水素化される。この最初の段階の間に、
主に窒素と硫黄であるヘテロ原子は無機化合物に転化され(アンモニア、硫化水
素)、これらのガスは次の水素化分解の段階に先立って除去されるものである。
尤もこれらの2つの段階は分離される事なく、カスケード中に組合わされており
、それは単一クラッキング−JHCプロセスおよび米国特許No、4.435.
275に記載されている中圧水素化分解プロセスにおいて実施されている如くで
ある。
この操作の第2の段階では、水素化処理された原料は三機能性触媒と接触するが
、この触媒は酸性および水素化/脱水素化の双方の機能性を持っている。この段
階ではこの触媒の存在下に特徴的な水素化分解の反応が起こる。原料中の多環式
芳香族化合物は水素化され、脱アルキル化とともに芳香環とナフテン環の開環が
起こる。芳香環の開環に続いて一層の水素化反応が起こる。反応条件の厳しさに
応じて、原料中の多環式芳香族化合物はパラフィン物質にまで水素化分解され、
また余り厳しくない条件下ではパラフィン類と単環式芳香族化合物に分解される
。
ナフテン環および芳香環は、操作条件の厳しさに応じて生成物中で、例えば高沸
点生成物中に置換ナフテン類および置換多環式芳香族化合物として存在する。
潤滑油の水素化分解プロセスは、石油精製工業ではよく確立されたプロセスであ
るが、ここでは最初の水素化分解段階が三機能性触媒の存在下高圧下に行われ、
これによって原料中に存在する芳香族物質の部分的飽和化と開環が効果的に進む
。
水素化分解生成物は次に脱ロウプロセスに付され、目標の流動点に達せしめるが
、これは最初の水素化分解よりの生成物が、特徴的にパラフィン化合物を主とし
、比較的高い流動点を持つ成分を含み、これは脱ロウ段階で除去する必要がある
からである。
実際と同様に理論において、潤滑剤は高度にパラフィン性の特性を有するべきで
ある。パラフィンが低い粘度および高い粘度指数の好ましい組合せを有するから
である。n−パラフィンおよび僅かに分岐したパラフィン、例えば、n−メチル
パラフィンは、潤滑剤原料油に許容できない程度に高い流動点を与え、従って、
前記の通常の精製法において脱ロウ操作時に除去されるワックス性物質であるこ
とが多い。しかし、好ましくない流動点特性を排除しながらパラフィン特性の利
点の多(を保つようにワックス性供給原料を処理することが可能である。高粘度
指数の潤滑剤を製造する過酷な水素化処理法が、プル(S、 Bull)らのデ
ベロップメンツ・イン・ルブリケイシa ン(Developments in
Lubrication)、PD 19(2)、221〜228頁に開示され
ており、この方法において、ワックス性供給原料、例えば、ワックス性蒸留物、
脱アスファルト油および粗ワックスが、2工程水素化加工法に付される。この処
理法において、初期の水素化加工ユニットが高温条件下で第1工程におけるブロ
ック操作において供給原料を処理し、水素化分解および水素化によって好ましく
ない芳香族化合物を選択的に除去する。第2工程は、水素化が優先する低い温度
のかなり温和な条件下で操作し、全芳香族炭化水素含量を調節し、最終生成物に
おける芳香旅程の分布に影響を及ぼす。次の再蒸留工程において常圧蒸留するこ
とによって基油の粘度および引火点を調整する。その後、溶媒説ロウ(MEK−
トルエン)ユニットにおいて脱ロウすることによって最終基油の流動点を調整す
る。脱ロウ剤がら取り出された粗ワックスを再処理し、高粘度指数の基油を製造
する。非晶質三機能性触媒、例えば、アルミナまたはシリカ/アルミナ上のニッ
ケル/タングステンによる水素化分解に付すワックス性供給原料を使用するこの
種の方法は、例えば、イギリス国特許出願公開第1..429.494号、第1
,429.291号および第1.493,620号、ならびにアメリカ合衆国特
許第3.830,273号、第3.776.839号、第3.794.580号
および第3.682.813号に開示されている。
この種の方法において、触媒は、燃料水素化分解触媒と同様に、典型的には、非
晶實酸性担体上の水素化金属成分を含有する三機能性触媒である。金属成分は、
通常、卑金属の組み合わせ、周期表の鉄族(第VIIIA族)から選択された1
種の金属と第VIA族から選択された1種の金属との組み合わせ、例えば、ニッ
ケルとモリブデンまたはタングステンとの組み合わせである。イギリス国特許第
1.390.359号に記載されているように、触媒の活性は、フッ素を使用す
ることによって、即ち、その製造時に適切なフッ素化合物の形態でフッ素を触媒
に加えることによっであるいはプロセスの操作時にその場でフッ素化することに
よって増加することができる。
非晶質の触媒を用いる、ワックス質原料の処理のための潤滑油水素化分解プロセ
スは、高い粘度指数を持つ潤滑油の製造を可能にするものであるが、限界がない
訳ではない。潤滑油水素化分解(LHDC)の主たるプロセス目的は、原料中の
芳香族物質を飽和して飽和環状化合物(ナフテン)を製造する、あるいはこのナ
フテンの開環によって改良された潤滑性をもつパラフィン性物貿を製造すること
である。このためには触媒の水素化活性が高いことが要求される。高レベルのク
ラブキング活性に対して対応するような要求はないが、それは沸点範囲に大きな
変化が要求されず、また望ましくもないからである:典型的には650°F+で
ある潤滑油沸点範囲における物質の量は、望ましい品質の潤滑油製品を与えるの
に必要な開環の程度に合わせた、最大のレベルに維持されなければならない。
この組み合わせの要求によって、LHDCに用いる触媒として、特にタングステ
ンのような第VIA族金属の卑金属組み合わせにおいて、典型的には高い金属装
填量が望ましいことになる:現在入手できる市販のLHDC触媒は典型的にニッ
ケルが5%装填されているが、タングステンの装填量は10%から20%の範囲
である。
高い金属装填量を用いることは水素化の機能のためには必要であるが、同時に不
利益ももたらす。即ち金属含量が増えると表面積が減少し、その結果酸触媒によ
る反応に必要な面積が減少するので、必要なレベルまで酸性を回復するためにフ
ッ素のような酸性増強剤を用いることが普通必要となる。上記のような触媒とと
もに、フッ素や他の増強剤を用いることは環境上、そして冶金学的に問題(腐食
)がある。それはこれら増強剤が最初から触媒に加えられるか、あるいはより普
通に行われているように、使用の直前または操作中継続的に、触媒に収着させて
用いられるかのいずれであっても同様である。
高い金属装填量の使用に関連するいま一つの問題は、金属含量が増加するにつれ
て触媒の多孔質構造への金属の導入がますます困難になることである:触媒上に
既に存在する金属は触媒の孔を塞ぎ、それ以上金属を進入させないようにする。
この問題を克服するには金属をヒドロゲルの段階で、溶液の形で触媒の製造中に
加えて触媒中に組み込む。金属含有のヒドロゲルは次に焼成され、その結果金属
は触媒の多孔質構造の全体に亙って均一に分布するようになる。この種のプロセ
スは英国特許No、1,398.384 ; 1,493.620および1,5
65.425に記載されている。しかしこのプロセスは含浸または交換よりも好
ましいものではない。何故なら、それは典型的に金属分散の少ない触媒を生成す
るからである。金属は導入された後のすべてのプロセス段階中、凝集する機会が
大きいものである。
これらの要因を心に置(と、高い金属装填量を持つ触媒で、単純な交換あるいは
含浸技術によって製造することができ、また高い金属装填量においても大きな表
面積を保持するようなものを処方する能力が望ましいことが明らかになるであろ
う。そのような触媒はLHDCプロセスに対して特に有用であるが、水素化、水
素化仕上げおよび水素化金属化のような他の水素化処理プロセス、特に残留画分
、頁岩油その他のような高金属含量石油画分の水素化脱金属プロセスに対しても
応用し得るものである。
本発明は、有用な触媒性を持つ、新規な物質を基礎とする三機能性触媒に関する
ものである。本発明によれば、広(多様な反応、特に上記のような水素化加工反
応を触媒する三機能性触媒は、金属性の水素化−脱水素化成分よりなるもので、
それは超大サイズ孔結晶相よりなることを特徴とする合成物質によって支持され
ている。本発明の結晶性物質は無機質で、多孔質、無層性の相を持ち、垂直の最
大断面孔寸法が少なくとも1.3n■(13オングストローム(人))、通常1
.3〜20.0n■(13〜20オングストローム)であるような、均一な大き
さの孔を持つものである。これらの結晶性物質は、1.8n■(18人)よりも
大きいd間隔において相対強度100を示すピークを、少なくとも1個持つX線
回折パターンを示す。それらは高い多孔性と大きい表面積を持ち、その結果それ
に対応して、6゜7kPa(50)−ル)、25℃におけるベンゼンの吸着容量
が、15gベンゼン/100g結晶よりも大きいことで示される高い収着能を示
す。それらはまた約1.8n■(18オングストローム)よりも大きいdl・・
値で示されるような電子線回折ノ(ターンに特徴を持つ。好ましい実施態様では
孔は均一な六角形に配置され、これはX線および電子線回折パターンで認めるこ
とができる。
以下に説明するように、触媒の金属成分を担持するために使用する無機質、非層
状のメソポーラス結晶物質は、以下の組成:Mn/q (Wa Xb Yc Z
d Oh)[式中、Wは例えばマンガン、コバルトおよび鉄のような遷移金属第
1列の二価の元素ならびに/またはマグネシウム、好ましくはコバルトであり、
Xはアルミニウム、ホウ素、鉄および/またはガ1功ム等の三価の元素、好まし
くはアルミニウムであり、Yはケイ素および/またはゲルマニウム等の四価の元
素、好ましくはケイ素であり、Zはリン等の三価の元素であり、Mは例えば、ア
ンモニウム、IA族、IIA族およびVIIB族の一種またはそれ以上のイオン
、通常は水素、ナトリウムおよび/またはフッ素イオンであり、nは酸化物とし
て表わされるMを除(また成分の電荷であり、qはMの重み付はモル平均原子価
であり、n/qはMのモル数またはモル分率、a、b、cおよびdはそれぞれw
Sx、yおよびZのモル分率、hは1〜2.5の数、そして、(a+b+c+d
)=1である。]で示される組成を有する。
上記の結晶性物質の好ましい態様は、(a+b+c)がdより太き(、h=2の
場合である。他の態様では、a=0およびd=o、かつh=2の場合である。
合成型において、結晶性担体は、無水物を基礎として、実験的に、r RMn/
q (Wa Xb Yc Zd Oh)[式中、RはイオンとしてMに含まれな
い全有機物、rはRの係数、即ちRのモル数またはモル分率である。]
で示される組成を有する。
本発明の二機能触媒を製造するために、好ましい形態はメタロシリケートであり
、最も好ましいものはアルミノシリケートである。
MとRの成分は結晶化の際にそれらが存在する結果として物質に取り込まれてお
り、容易に除去することができ、あるいはMについては以下に詳細に記載する後
結晶化法(post−crystallization)により交換することが
できる。
本発明の合成形態物質の最初のMl例えばナトリウムまたは塩素のイオンを、当
業者に知られている方法によって、少な(とも部分的にイオン交換によって所望
の程度まで、他のイオンに交換できる。好ましい交換イオンは、金属イオン、水
素イオン、水素前駆体、例えばアンモニウムイオンおよびこれらのイオンの混合
物である。本発明の触媒に使用するために、水素化/脱水素化機能を示す金属の
カチオンを結晶性物質中に交換してよく、金属成分のいくらかまたは全部を供給
する。メソポーラス物質の大きな孔サイズから生じる1つの利点は、合成におい
て使用される有機物質を除去するために合成物質を焼成する必要なく、カチオン
交換を行えることである。交換によって触媒の金属成分を組み込むことに代えて
(あるいはこれに加えて)、以下に説明するように、金属のカチオンまたはアニ
オンを使用した含浸によって金属を供給してもよい。結晶性物質に交換されるカ
チオンは、水素、希土類金属ならびに元素周期表[Sargent−Welch
5cientificCo、 Cat、 No、 5−18806.1979
]のIA族(例えばK) 、IIA族(例えばCa) 、VIA族(例えばCr
、Mo、W) 、VIIA族(例えばMn)、VIIIA族(例えばNi)、I
B族(例えばCu)、IIB族(例えばZn) 、IIIB族(例えばIn)、
IVB族(例えばSn)およびVIIB族(例えばF)の金属およびこれらのカ
チオンの混合物を含む。
本発明の結晶性(即ち、焼成後、少なくとも一つのピークを有する、例えばX線
、電子、中性子などの回折パターンを与えるのに十分な規則性(order)を
有することを本明細書において意味する。)メソポーラス物質は、極端に大きな
孔開口を有する構造および高い収着能によって特徴付けることができる。ここで
「メソポーラス」という用語は、1.3nm〜20.Onm(13〜200人)
の範囲の均一な孔を有する結晶を示すために使用する。本発明の物質は、1.3
nm〜20、Onm(13〜200人)、更に通常は1.Snm〜10.Onm
(15〜100人)の範囲の均一な孔を有する。この適用の目的のため、「多孔
質」の実用的定義は、固体100g当たり、Ar、N、、n−ヘキサンまたはシ
クロヘキサンなどの小さな分子を少なくとも1g吸着する物質である。
本発明の触媒の担体成分として使用されるメソポーラス物質は、他の多孔質無機
固体から、大きく開口した孔が規則的であることにより識別することができ、こ
の孔サイズは非晶質またはバラ結晶性物質により近いが、規則正しい配列と寸法
の均一性(孔サイズの分布は、一つの相内で、例えばその相の孔の平均孔サイズ
の±25%、通常±15%かそれ以下である)はゼオライト等の結晶性骨格物質
に近い。好ましい形態において、結晶性担体物質は大きな開口チャンネル(ch
annel)の六角形(ヘキサゴナル)配列を有し、これは開口内径を13〜2
00人として合成することができる。「六角形」という用語は、実験的測定の限
界内で数学的に完全な六角形対称を示す物質のみでなく、その理想的状態からか
なりの逸脱が観察される物質をも含むことを意味する。本発明の微細構造に適用
した実用的定義は、物質中の大部分のチャンネルが最も近くの隣接する6個のチ
ャンネルによりほぼ等距離で包囲されることである。物質を調製する質によるが
、欠損や不完全により、かなりの数のチャンネルが種々の程度でこの基準を損な
う。隣接するチャンネル間の平均的繰り返し間隔から±25%ものランダムな逸
脱を示す試料でも、本発明の超大寸法孔物質の認識し得る像を与える。匹敵する
変動は電子線回折パターンからのdtoo値においても観察される。好ましい六
方晶性担体勧賞は、MCM−41の構造を有するものとされ、米国特許出願第0
7/625.245号において詳細に記載されている。これによれば、これら物
質、その調製および性質(X線および電子線回折パターンを包含する)が詳細に
記載されている。
結晶性担体物質の最も規則的な試料は、極度に低い角度領域に数個の明確な極大
値を有するX線回折パターンを与える。好ましい六角形物質において、これらの
ピークの位置は、六方晶格子からのhko反射の位置にほぼ合致する。しかし、
X線回折パターンは、常に、これら物質の存在の充分な指標であるとは限らない
。
それは微細構造における規則性の程度および個々の粒子内での構造の繰り返しの
程度が、観測されるピークの数に影響するからである。実際、X線回折パターン
の低角度領域においてただ1つの明確なピークを有する試料は、その中に実質的
な量の物質を含有することが判明している。この物質の微細構造を示す他の技術
は、透過電子顕微鏡観察および電子線回折である。適切な向きを決めた物質の標
本は大きなチャンネルの六角形配列を示し、これに対応する電子線回折パターン
はほぼ六方晶配置の回折極大を与える。電子線回折パターンのdl。。間隔は、
六方晶格子のhko投影の隣接する点の間隔であり、電子顕微鏡で観察されるチ
ャンネル間の繰り返し間隔aSに、
式: due=ae (3)1/2/ 2で関係付けられる。この電子線回折パ
ターンで観察されるdl・0間隔は、物質のX線回折パターンにおける低角度ピ
ークのd間隔に相当する。これまで得られた物質の最高級の調整を行った試料で
は、電子線回折パターンで20〜40個の明瞭な点が観察された。このパターン
は、独特の100.110.200.210等の反射である六方晶hkO部分集
合とこれの対称の関係にある反射とで表示することができる。
その焼成された形態において、結晶性物質は、物質の電子線回折パターンの61
60値に対応するd間隔が約1.8nm(18人単位)(CuKa線で4.90
9°の2θ)より大きい位置に少なくとも1つのピークを有するX線回折パター
ンならびに50mmHg (50torr)および25℃で、約15gベンゼン
/物質100g以上の平衡ベンゼン吸着能により特徴付けられる(基礎:必要で
あれば、結晶性物質は、孔の付随する汚染物質による封鎖が全くないように処理
されている)。
結晶性担体物質に特徴的な平衡ベンゼン吸着能は、付随する汚染物質により孔が
全く封鎖されていないことに基づいている。例えば、吸着試験は、通常の方法に
よって全ての孔封鎖性汚染物質および水が除去された結晶性物質相において行う
ものである。水は脱水技術、例えば熱処理などにより除去される。孔を封鎖する
無機非晶買物質、例えばシリカおよび有機物は、酸や塩基或いは他の化学試薬な
どに接触させて除去することができるので、結晶に不利益な影響を及ぼさずに、
障害物を除去することができる。
更に、焼成された結晶性非層状物質は、約1.Onm (10人単位)のd間隔
(CuKa線で8.842°の2θ)より大きい位置に少なくとも2つのピーク
を有しており、これらのピークの内の少なくとも1つが約1.8nm(18人単
位)より大きい位置にあり、最強のピークの約20%よりも大きい相対強度で約
1、Onm(10人単位)のd間隔よりも小さい位置にピークが存在しないX線
回折パターンにより特徴付けることができる。更に、本発明の焼成された物質の
X線回折パターンは、最強のピークの約10%よりも大きい相対強度で約1.O
nm(10人単位)のd間隔より小さい位置にピークを有しない。ともかく、X
線回折パターンの少なくとも1つのピークは、物質の電子線回折パターンのdl
。。
値に対応するd間隔を有する。
さらに、本発明の焼成した無機質で非層状の結晶性物質は、以下に記載する物理
収着測定法により測定して、約1.3n■(13人)またはそれ以上の孔サイズ
を有するとして特徴付けられる。孔サイズは、結晶の最大垂直断面孔直径である
と考えられる。
本明細書で言うX線回折のデータは、θ−θ結晶構造、CuKa線およびエネル
ギー分散型X線検出器を使用するシンターグ・ビー・ニー・ディー・エックス(
Scintag PAD X)自動回折装置で集めた。エネルギー分散型X線検
出器を使用すると、入射ビームおよび回折ビーム用のモノクロメータ−を使用す
る必要がなくなる。入射X線および回折X線の両方のビームをダブルスリットの
入射および回折コリメーション系によりコリメーションする。使用したスリット
のサイズは、Xvi管源から始メチ、それぞれ05.1.0.0.3、ソシテ0
,2Il■テアッた。異なるスリット系によるとピーク強度を異ならせることが
できる。本発明の物質で最大の孔サイズを有するものには、透過した入射X線ビ
ームから低角度のピークを分解するため、より高度にコリメーションした入射X
線ビームが必要である。
回折データは2θを領04°ずつ10秒毎の計数時間で段階的にスキャンして記
録した(θはブラッグ(Bragg)角)。層間間隔dは単位位で計算し、バッ
クグラウンドを差し引いたラインの相対強Wl/10 (1,は最強ラインの1
00分の1の強度)は、プロファイル・フィッティング・ルーチン(profi
le fitting roυtine)を使用して導いた。強度は、ローレン
ツ効果および分極効果のための補正をしていない。相対強度を次の記号で表わす
。
VS 非常に強い (75〜100)
S 強い (50〜74)
M 中程度 (25〜49)
W 弱い (0〜24)
シングルラインとして掲載している回折データは、実験用の高分解能や結晶学上
の変化等のような特定の条件において分解できるように見えるかまたは部分的に
分解できるラインである多くの重なりあったラインからなるとすることができる
。
一般に、結晶学上の変化は、実質的な構造の変化を伴わず、単位格子(ユニット
セル(unit cell))パラメーターの軽度の変化および/または結晶の
対称性の変化を含むことができる。これらの軽度の効果は、相対強度の変化を含
めて、カチオン含量、骨格構造、孔充填の状態および程度、熱および/または水
熱履歴、そして粒子寸法/形の影響、構造の不規則性、またはX線回折の従来技
術で知られるその他の要因によるピークの幅/形状の変動における差異の結果と
しても生じうる。
平衡ベンゼン吸着能は、本発明の物質を、孔封鎖性物質の除去を企図して、例え
ば約540℃で少なくとも約1時間、脱水または焼成し、所望により他の処理を
した後、25℃および6.7kPa(50torr)でベンゼンを平衡に達する
まで接触させて測定する。続いて、収着されたベンゼンの重量を下記のようにし
て測定する。
下記の方法で合成した場合、結晶性物質はその合成条件において誘導剤として用
いられる有機物質を含んでいる。触媒成分として用いる前に、組成物は如何なる
有機成分の一部分またはすべてを除去するような処理に付さねばならい。有機物
の除去は、交換または含浸により、またはその双方によって、金属成分を導入す
るために必要である。それは結晶相の孔内に吸蔵された有機物が物質の内部多孔
質構造への接近を妨げるからである。
結晶性物質は、特にそのアンモニウム型では、熱処理(焼成)によって有利に他
の型へ転化させることができる。この熱処理は一般にこれらの型の物質を少なく
とも400℃で、少なくとも1分、一般には20時間より長くない時間、好まし
くは1時間から10時間で加熱することで達成し得る。熱処理には常圧よりも低
い圧力も用い得るが、便宜のために空中、窒素中、アンモニア中その他で、常圧
が望ましい。熱処理は最高750℃の温度で行うこともできる。この方法でのア
ンモニウム型の熱処理は、触媒物質の水素型の調製をし、最終の触媒に酸性機能
性を与えるのに、特に有用な技術である。
この結晶性物質は少な(とも部分的に脱水されねばならない。これは空気、窒素
などの気相中、200℃から595℃の範囲の温度で、常圧、常圧以下あるいは
常圧以上の圧力下で、30分から48時間の間加熱して達成できる。脱水はまた
室温で、単に組成物を真空中に置くだけでも達成できるが、十分な量の脱水を得
るためには長い時間が必要となる。
本発明の結晶性物質は数種の方法の一つにより調製できるが、いずれも特別な制
限を有する。
第1の方法は、XxOs/YO,モル比が0〜0.5であるが、Alton/5
iftモル比がθ〜0.01である反応混合物、25〜250℃、好ましくは5
0〜175℃の結晶化温度および以下更に詳細に記載する有機誘導剤、または好
ましくはその有機誘導剤に下記の追加の有機誘導剤を加えた組合せを有する。こ
の第1の方法は、例えばナトリウムもしくはカリウムなどのアルカリまたはアル
カリ土類金属(M)、所望によりカチオン、例えばコバルトなどの二価元素W1
例えばアルミニウムなどの三価元素X1例えばケイ素などの四価元素Y1例えば
リンなどの三価元素Zからなる群から選ばれる酸化物の一つまたはそれらの組合
せ、以下に記載する有機誘導剤(R)、ならびに例えばC,−COアルコール、
C,−C,ジオールおよび/または水、特に水などの溶媒もしくは溶媒剤混合物
などの供給源(ソース(source))を含む反応混合物を調製することを含
んでなる。反応混合物は、酸化物のモル比に関して、以下の範囲の組成を有する
:反応物質 有用範囲 好ましい範囲
XtOs/YOt O〜0.5 0.001〜0.5Altos/5ift O
〜0.01 0.001〜0.01XtOs/(YOx+ZtOs) o、 1
〜100 0.1〜20X*Os/(YO1+WO+Z*Os) o、 1〜1
00 0.1〜20溶媒/
(YO1+WO+Z10B+X*Os) 1〜1500 5〜10000H/Y
Ot O〜10 0〜5
(M、、、O+Rtz+O)/
(YO,+WO+Z、Os+XtOs) 0.01〜20 0.05〜5M!/
會O/
(Y02+TO+2105+X10g) 0〜10 0〜5R1/、O/
(YO*+fO+ZtOs+XtOs) o、 01〜2.0 0.03〜1.
0E式中、eおよびfはそれぞれMとRの重み付き平均原子価である。]この第
1の方法において、Zおよび/またはWの酸化物を反応混合物に加えない場合、
pHが重要であって、9〜14に維持しなければならない。反応混合物中にZお
よび/またはWの酸化物が存在する場合、この結晶性物質を合成するためにpH
に厳密な重要性がない。ここで、この結晶性物質を合成する以下の方法と同様に
、Rzy+O/CYO*+WO+Z20h+X*0s)(D比が重要テアル。コ
ノ比が0.01より小さいか、2.0より大きい場合には、所望する結晶性物質
を犠牲にして、不純生成物が合成されやすい。
本発明の結晶性物質を合成するための第2の方法は、0−0.5のXtOm/Y
O!モル比、25〜250℃、好ましくは50〜175℃の結晶化温度、および
下記の別々の二つの有機誘導剤、即ち有機誘導剤および追加の有機誘導剤を有す
る反応混合物を含む。この第2の方法は、例えばナトリウムもしくはカリウムな
どのアルカリまたはアルカリ土類金属(M)、所望によりカチオン、例えばコバ
ルトなどの二価元素W1例えばアルミニウムなどの三価元素X1例えばケイ素な
どの四価元素Y1例えばリンなどの三価元素Zからなる群から選ばれる酸化物の
一つまたはその組合せ、いずれも以下に記載する有機誘導剤および追加の有機誘
導剤(R)、ならびに例えばC+ −Csアルコール、C+−Caジオールおよ
び/または水、特に水などの溶媒もしくは溶媒剤混合物などの供給源を含む反応
混合物を調製することを含んでなる。反応混合物は、酸化物のモル比に関して、
以下の範囲の組成を有する:
反応物質 有用範囲 好ましい範囲
X*Os/YOt O〜0.5 0.001〜0.5XtOs/(YOt+Zt
Os) o、i 〜100 0.1〜20XtOs/(YOt+WO+Z*Os
) o、i 〜ioo O,1〜20溶媒/
(YO,+vo+Z、O,+XtOs) 1〜1500 5〜10000H−/
YO1O〜10 0〜5
(M!/、0+R1/10)/
(YOt+WO+ZtOi+XtOs) 0.01〜20 0.05〜5M1/
・0/
(YOt+fO+ZtOs+XtOm) O〜10 0〜5R17,0/
(YO1+曹o+z、Q、+x、o、) 0.1〜2.0 0、12〜1.0[
式中、eおよびfはそれぞれMとRの重み付き平均原子価である。]この第2の
方法において、Zおよび/またはWの酸化物を反応混合物に加えない場合、pH
が重要であって、約9〜約14に維持しなければならない。反応混合物中にZお
よび/またはWの酸化物が存在する場合、pHの正確な値は結晶化のために重要
ではない。
結晶性物質を合成するための第3の方法は、Xがアルミニウムを含んでなり、Y
がケイ素を含んでなり、結晶化温度が25〜175℃、好ましくは50〜150
℃でなければならず、下記の有機誘導剤、好ましくは下記の該有機誘導剤に追加
の有機誘導剤を加える組合せを使用する。この第3の方法は、例えばナトリウム
もしくはカリウムなどのアルカリまたはアルカリ土類金属(M)、所望によりカ
チオン、アルミニウムおよび/またはケイ素の供給源、以下更に詳細に記載する
有機誘導剤ならびに例えばC,−C@アルコール、C,−C,ジオールおよび/
または水、特に水などの溶媒もしくは溶媒剤混合物などの供給源を含む反応混合
物を調製することを含んでなる。反応混合物は、酸化物のモル比に関して、以下
の範囲の組成を有する:
反応物質 有用範囲 好ましい範囲
AItos/5ift O〜0.5 0.001〜0.5溶媒/5ins 1〜
1500 5〜10000H−/5ift O〜10 0〜5
(M!/・O+R1/TO)/
(SiOt+AhOs) o、01〜20 0.05〜5M!/−0/
(StO*+AitOs) 0〜10 0〜5RyfO/
(SiOt+Al5Os) o、01〜2 0.03〜1E式中、eおよびfは
それぞれMとRの重み付き平均原子価である。]この第3の方法において、pH
が重要であって、約9〜約14に維持しなければならない。この方法は、以下の
工程を含む。:(1)有機誘導剤(R)と溶媒または溶媒混合物とを、溶媒/R
1,、Oのモル比が50〜800、好ましくは50〜500であるように混合す
る。この混合物が合成法の「第1テンプレート(primary templa
te)Jを構成する。
(2)ステップ(1)の第1テンプレート混合物に、例えばシリカおよび/また
はアルミナナトノ酸化物ノ供給源ヲ、Rtz+O/(SiOz+A1tOs)(
D比カ0.01〜2.0となるように添加する。
(3)ステップ(2)から得られた混合物を温度20〜40℃で、好ましくは約
5分〜約3時間攪拌する。
(4)混合物を、攪拌しながらまたは攪拌せずに、好ましくは20〜100℃の
温度および好ましくは約10分〜約24時間放置する。
(5)ステップ(4)からの生成物を温度50〜175℃で、好ましくは約1時
間〜約72時間結晶化させる。結晶化温度は与えられた範囲内において高い程好
ましい。
本合成法の第4の方法は、第3の方法において使用した反応混合物を含むが、酸
化ケイ素の供給源のテトラエチルオルトシリケート(tetraethylor
thosiltcate)を使用して以下の特別の手順を含む。:(1)有機誘
導剤(R)と溶媒または溶媒混合物とを、溶媒/R1,,0のモル比が50〜8
00、好ましくは50〜500であるように混合する。この混合物が合成法の「
第1テンプレート」を構成する。
(2)ステップ(1)の第1テンプレート混合物に、テトラエチルオルトシリケ
ートおよび、所望により酸化アルミニウムの供給源を、Ry、O/ S i O
、のモル比が約05〜約2.0となるように混合する。
(3)ステップ(2)から得られる混合物を、10分〜6時間、好ましくは30
分〜2時間、温度0〜25℃、pH12以下で攪拌する。このステップは、加水
分解/重合が生じることを許容し、得られる混合物は曇りを呈する。
(4)ステップ(3)から得られる生成物を、25〜150℃、好ましくは95
〜110℃の温度で、4〜72時間、好ましくは16〜48時間結晶化させる。
上記のいずれの方法においても、静置またはかき混ぜ、例えば撹拌などを行い、
例えばポリプロピレンジャーまたはテフロン内張りもしくはステンレス銅オート
クレーブなどの適当な反応容器中で、結晶性物質のバッチ式の結晶化を行うこと
ができる。結晶化は適当な装置内で連続的に行うこともできる。結晶化の温度の
全有用範囲を、各方法について上述しているが、使用した温度において結晶化が
起るのに充分な時間は、例えば5分〜14日である。続いて結晶を液体から分離
して回収する。
合成法においてケイ素の供給源を使用する場合は、例えば4級アンモニウムシリ
ケートのような有機シリケートを少な(とも部分的に使用することが好ましい。
この例としてテトラメチルアンモニウムシリケートとテトラエチルオルトシリケ
ート等があるが、これに限らない。
各方法についての合成反応の条件、例えば反応の温度、pHおよび時間などを、
上記限定範囲内で調整することにより、所望する孔サイズを有する種々の態様の
本発明の非層状結晶性物質を調製することができる。特に、pH1温度または反
応時間を変化させることにより、異なる平均孔サイズを有する結晶生成物の形成
を促進することができる。
本発明の第1および第2の合成方法のために考えられたw、x、yおよびZの種
々の組合せの例に、
Co AI Si P
−−Si −
があり、ここでWはMgまたは、例えばMn、CoおよびFe等の二価の遷移金
属第一横列から選ばれる元素であり、XはB、GaまたはFeであり、YはGe
である組合せを含むが、これに限定されない。
各反応混合物から本発明の物質を合成するための上記の各方法において使用する
有機誘導剤は、式R,RtRsR4Q’、即ち。
R。
■
R4Q’ R2
[式中、Qは窒素またはリンであり、R,SR2、R3およびR4の少なくとも
一つは例えば−CtH+s、−C+oHt+、−C1sHssおよび−C,,H
,,等の炭素数7〜36のアリール基もしくはアルキル基またはその組合せであ
り、R,、R,、R8およびR4の残りは水素および炭素数1〜5のアルキル基
ならびにそれらの組合せから選ばれる。]
で示されるアンモニウムイオンまたはホスホニウムイオンである。上記のアンモ
ニウムイオンまたはホスホニウムイオンが誘導される化合物は、例えば、水酸化
物、ハロゲン化物、シリケートまたはそれらの混合物であってよい。
上記の第1および第3の方法においては追加の有機誘導剤を有することが好まし
く、第2の方法においては上記の有機誘導剤および追加の有機誘導剤の組合せを
有することが好ましい。追加の有機誘導剤は、上記の有機誘導剤の式のアンモニ
ウムまたはホスホニウムイオンであって、式中、R1、R1、R3およびR1は
共にもしくは別々に、水素および炭素数1〜5のアルキル基ならびにそれらの組
合せからなる群から選ばれる。有機誘導剤のそのような組合せの全てが「R」を
構成し、モル比は、上記の最初の表に示した有機誘導剤/追加の有機誘導剤10
0/1〜0.01/1である。
−またはそれ以上の他の結晶構造を直接合成する誘導剤として知られる他の同様
の誘導剤と比較すると、必要とされる誘導剤の特別の効果は、上述の制限内で所
望する超大孔結晶の核形成および成長を行う上記反応混合物内のテンプレートと
して機能することができる点によると考えられている。これらの誘導剤には、セ
チルトリメチルアンモニウム、セチルトリメチルホスホニウム、ベンジルトリメ
チルアンモニウム、セチルピリジニウム、ミリスチルトリメチルアンモニウム、
デシルトリメチルアンモニウム、ドデシルトリメチルアンモニウムおよびジメチ
ルジドデシルアンモニウム等の化合物が含まれるが、これに限定されるものでは
ない。
反応混合物の成分は2種以上の供給源から供給されてもよい。反応混合物の調製
は、バッチ式または連続式のいずれによっても行える。新しい結晶性物質の結晶
寸法および結晶化時間は、使用する反応混合物の性質および結晶化条件により変
化する。
合成手順により調製される結晶は、粒子寸法を広範囲の粒径寸法に造形すること
ができる。一般的に言えば、粒子は、粉末、顆粒または成形品、例えば、2メツ
ンユ(タイラー(Tyler))スクリーンを通過し400メツンユ(タイラー
)スクリーン上に保持されるような粒径寸法を有する押出物であってよい。触媒
を例えば押出しにより成形する場合、結晶は乾燥前に押出すか、または部分的に
乾燥した後、押出すことができる。
本発明の二機能性触媒においては、結晶性物質は少なくとも一部は水素型であり
、それは上記のようにアンモニウム型の熱処理または焼成によって好都合に生成
させることができる。しかし、さらにこの触媒は水素化−脱水素化の機能性を与
える金属成分を含有している。水素化−脱水素化成分は単一の金属または金属の
組み合わせによって得られる。第nII族の周期5と6の貴金属、特にパラジウ
ム、白金、ルテニウム、ロジウムまたは第1VA族、VIA族および第VIII
族の卑金属、特にクロム、モリブデン、タングステン、コバルトおよびニッケル
が水素化処理、水素化分解、水素化脱ロウなどの水素化プロセスに用いられ、一
方、改質のような脱水素化プロセスにはイリジウム、レニウムのような貴金属が
好まれるが、特に白金−イリジウム、白金−レニウムおよび白金−レニウム−イ
リジウムのような組み合わせの形で用いられる。
少なくとも1個の第VIA族金属、例えばタングステン、と少なくとも1個の第
VIII族金属、例えばニッケル、との組み合わせが特に多くの目的に好ましい
。その例は、ニッケルーモリブデン、コバルト−ニッケル、ニッケルータングス
テン、コバルト−ニッケルーモリブデンおよびニッケルータングステン−チタン
の組み合わせである。
金属成分の含量はその触媒活性により、またその触媒が用いられるプロセスの要
求性によって変化する。かくして、活性の高い貴金属は活性の低い卑金属よりも
少量で用い得る。例えば、11重量%あるいはそれ以下のパラジウムまたは白金
が十分有効で、通常でこれら貴金属を10重量%を越えて使う必要はないと思わ
れる。普通はずっと少なくて、例えば0.1から1または2重量%である。
卑金属の量は多く、本発明の結晶性物質が高い多孔質性と大きい表面積を有し、
最終の触媒の表面積を容認できぬ程減少させることなしに、多量の金属成分を用
い得ることは特別の有利性である。かくて、卑金属の水素化成分の量は通常では
少なくとも1重量%であり、しばしば5%以上が要求されることがある。ある典
型的な卑金属の組み合わせの、金属換算で、5〜15重量%のニッケルと5〜4
0重量%のタングステンの組み合わせでは、金属は望ましい程度の水素化機能性
を達成したと言える。
本発明の担体物質は、これまでの担体物質よりも、その異常に大きな表面積の故
に、より大きな割合の金属を含有できる事が注目すべき点である。その結果金属
含有触媒は、金属成分の取り込み後に大きな表面積を保持することができる。
本発明の触媒の表面積Sはm2・g−1(ダラム当たり平方メーター)で表され
、次の式で与えられる:
S ≧ 600 − 13.3X
ここに、Xは重量%で表した金属装填量である。
かくて、B−E−T (ブルーナウエルーエメットーテラ−(Bruenaue
r−E+lIget−Teller))試験のような実験的方法(ASTM D
3663)で測定した金属含有触媒の表面積は、上記の式で与えられる値と少
なくとも同じ位に大きいものになるであろう。この関係式から与えられるSの値
は、金属含量が45%でゼロにまで減少するが、本発明の触媒の表面積Sはこの
関係式で与えられる値よりも大きいので、表面積は金属装填時にこの値よりも大
きい。しかし最小の表面積はこれらの非常に高い金属装填量で少なくとも5m”
g”となる。金属含有触媒の実際の表面積は、上記のようにASTM D 36
63に詳述されている方法によって実験的に測定される。
上の式から分かるように、触媒の表面積は、30重量%のように高い金属装填量
においても、少なくとも200m”g”となり、この値より上の装填量でも異例
に高い値に留まっている。金属成分は普通12.9重量%(触媒全重量に対する
全金属重量)を越え、約25%をも越えることもあるが、それでも200m”g
−1以上の大きな表面積を維持している。下記に示すように、全金属含量(即
ち全金属成分の含量)は触媒全体の約30重量%を越えることもあり、例えば3
゜−40重量%の場合、なお少なくとも200m1g−1、例えば240m”g
−’またはそれ以上の表面積を保持するものである。低い金属含量では表面積は
対応して広くなり、その結果、例えば金属含量が触媒全体の約20重量%の場合
、表面積は少なくとも300m2g−1またはそれ以上である。これは同様の金
属装填量を持つ通常の非晶質触媒と比較すると、はとんど3またはそれ以上の係
数で大きい値である。12から15重量%、例えば13重量%の全金属量におい
て、表面積は少なくとも400m”g”である。少なくとも約25重量%の全金
属量を含有し、なお少な(とも250m”g−1の表面積を保持する触媒は、二
機能性触媒の高度に有用なりラスを構成するものである。
メソポーラスな担体物質の利用から生じる、今一つの利点は、高い金属装填量に
拘わらず、触媒の密度が通常の触媒に比べると比較的低いことである。例えば全
金属含量が12から15重量%、例えば通常の最小装填量の12.9%を越えた
レベルにおいては、触媒の真の密度は約2.8g−cc−’で、通常の触媒にお
いては、この程度の装填量を持つ場合、真の密度は少なくとも4となる。もっと
高い装填量では同様な利点が存在する:本発明の触媒は同様な金属装填量を持つ
通常の触媒の僅かに3/4の密度しか示さない。例えば金属装填量が触媒全体の
20から25重量%である場合、真の密度は3.000から3.300g−cc
−’の範囲にあり、これは通常の触媒では4.00から4.2となる。金属装填
量が30重量%以上の場合、真の密度は4.1から4.3l−cc−’の範囲に
あり、例えば35%の金属含量では真の密度は4.2rcc−’である。高い多
孔質性の一つの利点は本発明の触媒が通常の触媒に比べて低い密度を持つことで
あるが、一方、メソポーラス担体物質の高い多孔性によって、非常に高い金属装
填量を許すことになり、その結果具の密度は6.0rcc−’にまで達すること
がある。粒子密度は12〜15重量%の金属含量での0.88から、20〜25
重量%の金属含量での1.0の範囲にあり、30〜40重量%の金属含量では約
1.1である。真の密度はある量の触媒が排除する水銀の容量を測定することで
決定される。真の密度と粒子密度についての考察に関しては、ASTM D 3
766を参照されたい。このASTMでは真の密度の同義語として骨格(ske
letal)密度の語が用いられている。
孔容量は比例して高くなる:本発明の触媒は20重量%もの高い金属装填量にお
いて、少なくとも0.55cc−g−’および通常それ以上の孔容量を持ち、典
型的な値は少なくともQ、 6cc−g−’である。孔容量は粒子密度の逆数か
ら真の密度の逆数を差し引くことでめられる。
金属水素化成分は結晶性物質との共結晶化によって触媒中に導入されるが、この
物質は第1nB族元素、例えばアルミニウム、が構造中に存在するまで結晶相に
交換され、あるいはその中に含浸され、またはそれと物理的に緊密に混合される
。この金属をメンポーラスな担体物質中に交換させるためには、その金属のカチ
オンと処理することで達成できるが、カチオンは単純なカチオンでも錯カチオン
でも適当である。例えば適当な白金化合物には塩化白金と白金アンミン錯体を含
むいろいろな化合物が包含される。含浸は金属化合物を用いて行われ、この化合
物中金属成分はその化合物のカチオンまたはアニオンとして存在する。金属がカ
チオン錯体のカチオン、例えばPd(NHs)4c1□またはPt(NHI)4
C1tの形で存在するパラジウムあるいは白金化合物は特に有用であるが、同様
にバナジン酸イオン、モリブデン酸イオンおよびメタタングステン酸イオンのよ
うなアニオン錯体も有用であり、また白金の場合にクロロ白金酸も有用である。
水素化成分は担体物質上に交換させることができ、またその中に含浸させ、また
物理的にそれと混合すること、あるいはこれらの方法の組み合わせを行うことが
できる。金属をメソポーラスな担体物質中に含浸させ、またはそれと交換させよ
うとする場合、それは、例えば焼成した物質を金属含有カチオンで処理すること
で達成される。好ましい交換技術はアンモニウムカチオン(これは次の焼成によ
って水素に転化される)の存在下に競合的交換を行うことを含む:この技術は金
属カチオンを、担体物質の孔構造全体にわたって、より均一に分散させるものと
思われる。安定なアニオンを形成する金属が含浸による取り込みに適当である:
モリブデン酸、バナデート、メタタングステートのような典型的アニオン錯体が
用いられる。他の金属も同じ方法で適当なアニオン錯体を用いて取り込まれる。
金属のカチオン型は結晶性物質上に交換され、あるいはその中へ含浸される。本
発明の触媒の特に有利な点は、異なった金属を次々に含浸させるのではな(、初
発湿式技術を用いて、高い装填量の2種あるいはそれ以上の金属を焼成した物質
1;1回の含浸操作で取り込まし得ることである;これは触媒中に2種あるいは
それ以上の金属をより均一に分布させるものである。今一つの利点は、約25重
量%の全金属量もの高い金属レベルが含浸によって、焼成した物質中に取り込ま
し得ることで、これは焼成の前に金属成分の溶液をヒドロゲル中に取り込ませね
ばならない通常の技術に、はっきりした差を示すものである。本発明の触媒がハ
ロゲン促進剤の必要なしに、良好な三機能活性を示すことは、ハロゲン性促進剤
を不要にするものである:それは特に高いレベルの酸性が必要である場合以外に
は、触媒の製造中またはプロセスの操作中において加える必要はない。
結晶性物質は結合型またはマトリックス型で用いるのが通常好ましい。これらで
は結晶性物質は温度や、有機変換プロセスで用いられる他の条件に抵抗性のある
、他の物質と複合される。そのような物質は活性物質や不活性物質、合成あるい
は天然産のゼオライトを含み、また粘土(クレー)、シリカおよび/またはアル
ミナ、チタニアおよび/またはジルコニアのような金属酸化物も含む。この後者
の物質は天然産のものであっても、またはシリカと金属酸化物の混合物を含むゼ
ラチン状の沈殿物またはゲルの形であってもよい。新規結晶とともに物質を用い
ること、即ちそれと組合わせ、あるいは活性な新規結晶の合成中に存在すること
は、ある種有機転化プロセスでは触媒の転化および/または選択性を変化させる
ものである。不活性な物質は適切に希釈剤として作用し、プロセス中に転化の量
をコントロールし、その結果反応速度をコントロールする他の方策を用いること
なしに、製品が経済的且つ規則的に得られる。これらの物質は、例えばベントナ
イトやカオリンのような、天然産の粘土によって取り込まれ、工場での操作条外
下での触媒の圧潰強度を向上させる。該物質、即ち粘土、酸化物などは触媒のバ
インダーとして機能している。良好な圧潰強度を持つ触媒を提供することが望ま
しいが、これは工場での使用で触媒が破壊されて粉状の物質になることを防ぐの
が望ましいからである。これら粘土のバインダーは普通には触媒の圧潰強度を向
上させるためだけの目的で用いられて来た。メンポーラス物質は通常マトリック
スと重量で80;20から20 : 80の割合で複合され、典型的にはメソポ
ーラス物質・マトリックスは80 : 20から50+50の比である。両物質
の複合は、両者を一緒に混練し、次いで押出しによって造粒し、希望のように仕
上げた触媒粒子にすることを含む、通常の方法でなされる。金属を結晶性物質に
交換することはバインダーとの複合の前あるいは後で行われるが、好ましくは複
合した触媒上で、即ち結晶性物質およびバインダーの上で行われる。含浸は通常
マトリックス化物質において行われる。もし金属成分を触媒の他の成分と混合さ
せようとするならば、それは金属成分を結晶性物質とバインダーとともに混線様
に加えて行うことができる。
新規結晶と複合され得る天然産の粘土はモンモリロナイトとカオリン族の粘土を
含み、これらの粘土はサブベントナイト類を含む。カオリンは一般にはディキン
−(Dixie)粘土、マクナミ−(11cNasee)粘土、ジョーシア(G
eorgia)粘土およびフロリダ(F 1orida)粘土あるいはその他の
名前で知られ、その主たる鉱物組成分はハロイサイト、カオリナイト、ディツカ
イト、ナクライトまたはアノ−フサイトである。このような粘土は採鉱したまま
の、未処理の状態で使用されるが、まず焼成、酸処理または化学的処理が施され
る。
上述の物質に加えて、新規結晶はノリカーアルミナ、シリカーマグネシア、ソリ
カージルコニア、ソリカートリア、ソリカーベリリア、ソリカーチタニアのよう
な多孔質のマトリックス物質、およびシリカ−アルミナ−トリア、ソリヵーアル
ミナージルコニア、ンリカーアルミナーマグネンアおよびシリカ−マグネシア−
ジルコニアのような3元組成物と複合させることができる。
上記マトリックス物質は少なくとも一部はコロイド状で用い、結合した触媒成分
の押出しを容易にすることが望ましい。
微細に粉砕した結晶性物質とマトリックス物質の相対比は大きく変化し得るが、
結晶の含量は重量で約1%から約90%の範囲であって、通常は、特に複合物の
約10から80重量%を占める。
金属成分は、結晶性物質が結合あるいは非結合状態にある時に、触媒中へ交換、
含浸または混合によって導入されるが、金属は結合触媒に加えるのが好ましい。
触媒には通常の前硫化処理を行うことができる。例えば、硫化水素の存在下で加
熱することによって、CooやNiOのような金属の酸化物型を、対応する硫化
物に変換し、その後で典型的な水素化加工操作を行うものである。
メソポーラスな担体物質と、MCM−41/A1*On担体(65%MCM−4
1.35%バインダー)上のニッケルータングステン水素化成分とで作成した典
型的な水素化加工触媒の性質は下の表1に、通常のタイプの非晶質水素化加工触
媒と比較して示している。
表1
ニッケル、重量% 3.7 3.4 5J’ 5.6 4.6 4.2タングス
テン、重量% 9.2 16.4 29.1’ 17.3 23.8 19.2
全金属、重量% 12.9 19.8 34.92 22.9 2g、4 23
.4孔直径、人 58 59 95 74 162孔容量、cc/g■ 0.7
80 0.634 0.426 0.453 0.507粒子密度、g/cc
O,8g3 1.037 1.454 1.451 1.345真の密度、g/
cc 2.837 3.027 4.023 4.238 4.236表面積、
m”g” 533 429 242 116 170 125タノグステンのモ
ルイヤーの被覆面積
の計算値%* 0.25 0.51 1.32 1.4 1.35 1.46*
三酸化タングステンノ表面積は、J、Cat、、ヱ9,203 (1983)に
は24人と与えられている。
結晶性物質の孔の大きさは、遷移状態種に関して空間的選択性がクラッキングの
ような反応中最小になるような大きさである[チェノら(Chen et at
、 )、 r工業的応用における形状選択的触媒」、化学工業(CHEMICA
L INDIISTRIES)、第41−61ベージ(1989) ;この文献
に対し形状選択性に影響する要因についての考察がなされている]。本発明の結
晶性物質が、非常に大きい孔を持つ結果として、拡散限定が最小になっている。
この理由で、この結晶性物質は、触媒の表面上の酸性部位の存在で起こる反応や
、大きな分子サイズを持つ反応物、生成物あるいは遷移状態種を含む反応を触媒
することができる。後者の大きな分子サイズは、従来の大孔サイズの固体触媒を
用いた同様な反応では大き過ぎるもので、ここで言う従来の固体触媒はゼオライ
トX、Y、L、ZSM−4、ZSM−18およびZSM−20のような大孔サイ
ズのゼオライトである。本発明の触媒はその故に高沸点の炭化水素が存在するよ
うな反応に特に有用である。軽油、残留画分、潤滑油沸騰域画分などのような高
沸点原料を用いるプロセスが本発明による触媒の使用による加工に特に適してい
る。それはこのタイプの原料が普通かなりの量のかさばった構造の分子を含み、
これは小さ目の孔のサイズを持つ触媒物質の孔構造に容易に入ることができず、
また孔構造の内部に接近できたとしても、拡散制約を蒙るからである。
かくて、本発明の触媒性組成物は金属成分を含み、水素化分解のような反応や、
上に述べたような、酸性と水素化−脱水素化の双方の機能性を持つ二機能性触媒
によって仲介される、他の転化反応を触媒するのである。この触媒は石油精製か
ら得られる炭化水素画分の加工を、いろいろの分子サイズの炭化水素原料を用い
て行うのに特に有用であるが、置換あるいは無置換多環式芳香族成分を含む芳香
族炭化水素の多いもの、かさばったナフテン化合物や、高度に置換された化合物
でかさばった立体構造を持つもの、例えば分子サイズが1.3nm(13オング
ストローム)またはそれ以上のもの、および長鎖成分を含み、それが拡散限定を
作り出しているもの、などの大きな分子サイズの原料への応用に特に有利である
。
このような原料には典型的には残留画分、即ち不蒸留画分と、潤滑油画分のよう
に650°F以上の沸点を持つ高沸点画分を含むものである。
この触媒を用いるプロセスは、ゼオライトのような従来の触媒を用いた反応にお
いて適当なような条件下で行われる。かくて、炭化水素または置換炭化水素のク
ラッキングによる分子量の減少を含むよう、なプロセスは、高い温度、典型的に
は150℃以上で、普通は200℃または300℃以上で行われる。例えば水素
化分解は好適には、350℃〜450℃の温度と、100psig〜3000p
sigの圧力、O,Ihr”〜10hr−’の重量時間空間速度、および0.1
〜100の水素/炭化水素モル比で実施される。水素化や、水素化が主たる反応
であるような他のプロセス(水素化処理、水素化仕上げ)のように、発熱性のプ
ロセスは通常、水素化分解に用いられる温度よりも幾分低い温度で行われるが、
これは熱力学的に低い温度の方が好ましい水素化反応を有利に進めるためである
。水素化分解のような吸熱性プロセスはむしろ高い温度が望ましい1例えば改質
では通常450℃〜510℃の温度が用いられ、これは従来でも然りである。
本発明の組成物は、窒素酸化物(N Ox )を含有するガスの混合物における
窒素の酸化物のような無機化合物の選択的転化にも利用できる。これらのガスは
、例えば工業廃ガス、および炭化水素の加工、特に触媒を用いたクラブキング作
業に用いた触媒の酸化的再生時に生じるガスである。NOx還元反応はバナジウ
ム、チタニウムのような金属の存在が有利であり、この反応にはこれらの金属の
存在が好ましい。
NOx還元反応は適切には窒素酸化物を含むガスを高温で、典型的には少なくと
も200℃で、普通は200℃から600℃の範囲内で、触媒上を通過させて行
う。ガス混合物はアンモニアと混ぜて窒素酸化物の還元を促進し、また前混合を
200℃までの温度で行うこともある。ガス混合物と混合するアンモニアの量は
、典型的には理論量の0.75から1.25の範囲内であるが、この量自体がガ
ス混合物中のいろいろな窒素酸化物の割合によって変化するもので、次の式に示
す如くである:
6NO! + 8NH3= 7Nt + 12HtO6NO+ 4NHs ”
5Nz + 6HtOこの結晶性触媒組成物はまた炭素や一酸化炭素のような他
の還元剤の存在下でガス混合物中の窒素酸化物の還元にも用い得る。この方法で
の窒素酸化物の還元は流体の接触分解(FCC)の触媒の再生に特に有用である
が、これは適当な条件下での再生が、必要な濃度の一酸化炭素を生産し、これが
この触媒の存在下で再生ガス中のNOxの割合を減少するのに用いられるからで
ある。多孔買結晶性物質はこの目的にマトリックス化された、またはされない形
で用いられ、また好適に押出物、ベレットまたは他の形状に形成され、最小の圧
力低下で触媒上のガスの通過を可能にする。
水素化分解のための超大サイズ孔分子ふるいの利用、□特に低圧から中圧の水素
を用いた場合、ケロシン(灯油)と他の蒸留物を得る魅力的な選択が可能となる
。
これは技術的現状の非晶質触媒と比較するものである。この種類のプロセスにこ
のような触媒を利用することの利点は、ボトムクォリティーの増加と、安定性の
増加の可能性を含むものである。何故ならば分子ふるいは非晶質触媒よりもずっ
と安定であることが示されているからである。更に、本発明のメンポーラス担体
物質が持つ、非常に大きな表面積は燃料の水素化分解に特別の有利さを与えるも
ので、ここではクラブキング機能を与えるために高度の酸性機能性が触媒に要求
されるのである。従来のゼオライト性水素化分解触媒では、これは触媒中の高い
ゼオライト装填量によって達成されていたが、これは金属機能をサポートするの
に必要なマトリックス物質の量を減少するという事実がある。しかし、メソポー
ラス担体の大きな表面積は適切な酸性機能性を保持しながら高い金属装填量を容
易に可能にしている。
以下の実施例1〜19により、結晶性物質の調製を説明する。これらの実施例に
おいて、収着データーを水、ンクロヘキサン、ベンゼンおよび/またはn−ヘキ
サンに対する収着容量の比較のために記載しているが、これらデータは、以下の
ようにして測定した平衡吸着値である。
秤量した吸着媒の試料は、540℃で少な(とも約1時間焼成し、所望により他
の処理をして孔封鎖性汚染物を除去した後、吸着室内で所望の純粋な吸着質に接
触させる。吸着媒の重量の増加は、試料の吸着容量として、540℃における焼
成後の吸着媒重量基準で、g数/100g(吸着媒)の式で計算される。
本発明の組成物は、6.7kPa (50Torr)および25℃において、1
5g/100g、特に17.5g/100g、更に特に20g/100gの平衡
ベンゼン吸収容量を示す。
測定を行う好ましい方法は、所望の純粋な吸着質蒸気を、1n未満に減圧した吸
着室内で、25℃において、1.6kPa (12Torr)の水蒸気、5.3
kPa (40Torr)の1−ヘキサンもしくはシクロヘキサン蒸気、または
6.7kPa (50Torr)のベンゼン蒸気の条件で接触させる。圧力は、
吸着期間の間、吸着質の導入をマノスタット(manostat)により制御す
ることによって一定(士約0.5龍以内)に維持する。吸着質が新しい結晶に吸
着されるにつれて、圧力が低下し、それによりマノスタットがバルブを開いて吸
着質蒸気を更に室内に導入して、上記制御圧に回復する。圧力の変化がマノスタ
ットを作動させるのに充分でない場合でも、吸着は完全である。
ベンゼン吸着データを測定する別の方法は、適当な熱重量分析系、例えばコンピ
ュータ制御された9 90/951デユポン(duPont) T G Aシス
テムによるものである。吸着媒試料は、流通ヘリウム中、例えば350℃または
500℃で恒量になるまで加熱して脱水(物理的収着水を除去)する。試料が、
例えば有機誘導体を含有するなどの合成型である場合は、試料を前述の350℃
または500℃で処理する代りに、540℃で焼成して恒量まで保つ。ベンゼン
吸着等温線の測定は、25℃において、ベンゼン飽和ヘリウムストリームと純粋
なヘリウムストリームとを適当な割合で混合して、所望のベンゼン分圧を得るこ
とにより行う。
6、7kPa (50Torr)におけるベンゼンの吸着の値を、吸着等温線の
プロットから得る。
以下の実施例において、特に断らない限り%表示は重量%である。
実施例1
塩化N、 N、 N=トリメチル−1−ヘキサデカンアミニウムの29重量%溶
液を水酸基−ハロゲン交換樹脂に接触させて調製した水酸化セチルトリメチルア
ンモニウム(CT M A (cetyl trimethylammoniu
m))溶液100gを、テトラメチルアンモニウム(TMA (tetrame
thylamsonium))シリケート(シリカ10%)水溶液100gと攪
拌しながら混合した。自由水約6重量%と水和結合水的4.5重量%を含み、極
限粒子寸法が約0.02μ−の沈降水和シリカであるハイシル(HiSil)
25gを添加した。得られた混合物をポリプロピレンの瓶に詰め、水蒸気筒中に
95℃で一装置いた。All011モルに対する混合物の組成は以下のとおりで
あった。:
Nano 2.7モル
5in1 392 モル
(CTMA)zo 35.7モル
(TMA)to 61.7モル
H*0 6231モル
得られた固体生成物を濾過により回収し、周囲温度で風乾した。この生成物を5
40℃、窒素中で1時間、次いで空気中で6時間焼成した。
焼成生成物は、表面積が475m”/gであり、平衡吸着容量(g/ 100g
)は以下のとおりであることが判った。
H2O8,3
ンクロヘキサン 22.9
n−ヘキサン 18.2
ベンゼン 21.5
この実施例の生成物は、X線回折パターンにより、37.8±2.0人のd間隔
に非常に強い相対強度ライン、21.6±1.0および19.2±1.0人に弱
いラインを含むことにより特徴付けることができる。透過電子顕微鏡(TEM)
により、均一な孔が六角形配列されており、約39人のdl。。値を有する六方
晶の電子線回折パターンの像が形成された。
実施例2
実施例1と同様に調製した水酸化セチルトリメチルアンモニウム(CTMA)溶
液100gと水酸化テトラメチルアンモニウム(TMA)25%水溶液100g
とを攪拌しながら混合した。自由水約6重量%と水和結合水的4,5重量%を含
み、極限粒子寸法が約0,02μ−の沈降水和シリカであるハイシル25gを添
加した。得られた混合物を静置型オートクレーブ中で150℃に一晩放置した。
混合物の組成はA11031モルに対して以下のとおりであった。:Na、O2
,7モル
SiO* 291 モル
(CTMA)*O35,7モル
(TMA)!0 102 モル
HI0 6120 モル
得られた固体生成物を濾過により回収し、周囲温度で風乾した。この生成物を5
40℃、窒素中で1時間、次いで空気中で6時間焼成した。
焼成生成物は、表面積が99311”/gであり、平衡吸着容量(g/100g
)は以下のとおりであることが判った。
H2O7,1
シクロヘキサン 47.2
n−ヘキサン 36.2
ベンゼン 49.5
この実施例の焼成生成物のX線回折パターンは、39.3±2.0人のd間隔に
非常に強い相対強度ライン、22,2±1.0および19.4±1.0人に弱い
ラインを含むことにより特徴付けることができる。TEMにより、生成物が本発
明の超大寸法礼物質を含むことが示された。
次に上記生成物の一部を788℃(1450°F)にて100%水蒸気に2時間
接触させた。水蒸気処理した物質の表面積は440m”/gであると測定され、
苛酷な水蒸気処理後も約45%が残存していることが示された。
本実施例の焼成生成物の他の一部を677℃(1250°F)にて100%水蒸
気に2時間接触させた。この物質の表面積は718■!/gであると測定され、
そのような条件の水蒸気処理後も72%が残存していることが示された。
実施例3
水、実施例1と同様に調製した水酸化セチルトリメチルアンモニウム溶液、硫酸
アルミニウム、ハイシルおよび臭化テトラプロピルアンモニウム(TPA(te
trapropylammonium)) 35%水溶液を混合して、A110
81モルに対して以下の組成を有する混合物を調製した。
Na、0 0.65 モル
5i02 65 モル
(CTMA)to 8.8 モル
(TPA)10 1.22 モル
H!0 1336 モル
得られた混合物をポリプロピレンの瓶に詰め、95℃の水蒸気箱に192時間入
れた。次に試料を室温まで冷却し、試料(3重量部)に実施例1と同様に調製し
た水酸化CTMA (セチルトリメチルアンモニウム)溶液1重量部と水酸化T
MA(テトラメチルアンモニウム)25重量%溶液2部を混合した。次に混合物
をポリプロピレンの瓶に入れ、水蒸気箱中、95℃で一晩保持した。AbOs1
モルに対する混合物の組成は以下のとおりであった。:Na!Oo、 65モル
5ift 65 モル
(CTMA)zo 15 モル
(TPA)フ0 1.22 モル
(TMA)20 35.6モル
H102927モル
得られた固体生成物を濾過により回収し、周囲温度で風乾した。次に、生成物を
540℃にて、窒素中で1時間、次いで空気中で6時間焼成した。
焼成生成物は、表面積が1085m27gであり、平衡吸着能軸/100g)は
以下のとおりであることが判った。
H,011,5
シクロヘキサン 〉50
n−ヘキサン 39.8
ベンゼン 62
この実施例の焼成生成物のX線回折パターンは、382±2.0人のd間隔に非
常に強い相対強度ライン、22.2±1.0および19゜4±1.0人に弱いラ
インを含むことにより特徴付けることができる。TEMにより、生成物が超大寸
法礼物質を含むことが示された。
実施例4
実施例1と同様に調製した水酸化セチルトリメチルアンモニウム(CTMA)溶
液200gを、キャタパル・アルミナ((Catapal alumina)、
α−アルミナ−水和物、74%アルミナ)2gおよびテトラメチルアンモニウム
(TMA)シリケート(10%シリカ)水溶液100gに攪拌しながら混合した
。自由水約6重量%と水和結合水4.5重量%を含み、極限粒子寸法が約0.0
2μ腸の沈降水和シリカであるハインル25gを添加した。得られた混合物を1
50℃の静置型オートクレーブ中に48時間入れた。混合物の組成はA15Os
1モルに対して以下のとおりであった。:
NatOo、 23 モル
5iCh 33.2 モル
(CTMA)20 6.1 モル
(TMA)so 5.2 モル
H,0780モル
得られた固体生成物を濾過により回収し、周囲温度で風乾した。次いで生成物を
540℃、窒素中で1時間、次いで空気中で6時間焼成した。
焼成生成物は、表面積が1043127gであり、平衡吸着容量(g/l 00
g)は以下のとおりであることが判った。
Hzo 6.3
シクロヘキサン 〉50
n−ヘキサン 49.1
ベンゼン 66.7
本実施例の焼成生成物のX線回折パターンは、40.8±2.0人のd間隔に非
常に強い相対強度ライン、23.1±1.0および20.1±1.0人に弱いラ
インを含むことにより特徴付けることができる。TEMにより、生成物が超大礼
物質を含むことが示された。
実施例5
水260gに、リン酸(85%)77g、キャタパル・アルミナ(74%アルミ
ナ)46gおよびピロリジン(Pyr)24gを撹拌しながら混合した。この第
1の混合物を撹拌型オートクレーブに入れ、150℃で6日間加熱した。これを
濾過し、洗浄して風乾した。この生成物50gを、水200gおよび実施例1と
同様に調製した水酸化セチルトリメチルアンモニウム溶液200gと共にスラリ
ー化した。次いで、テトラエチルアンモニウムシリケート(10%シリカ)水溶
液400gを加えて第2の混合物を形成し、これをポリプロピレンの瓶に入れ、
水蒸気箱中で95℃に一晩保持した。第1の混合物の組成は、A1zOs1モル
に対して以下のとおりであった。
PzOs 1.0 モル
(Pyr)zO0,51モル
H*0 47.2 モル
得られた固体生成物を濾過により回収し、周囲温度で風乾した。次いで生成物を
540℃にて、窒素中で1時間、次に空気中で6時間焼成した。
焼成生成物は、表面積が707m”/gであり、平衡吸着容量(g/100g)
は以下のとおりであることが判った。
HtO33,2
ンクロヘキサン 19.7
n−ヘキサン 201
ベンゼン 23.3
この実施例の焼成生成物のX線回折パターンは、254±1.5人のd間隔に非
常に強い相対強度ラインを含むことにより特徴付けることができる。TEMによ
り、本発明の生成物が超大礼物質を含むことが示された(実施例23参照)。
実施例6
N a A 10 ! (A 1 *0,435%、Nato 30%)1.3
5gを水45.2gl:溶解した溶液を、NaOH17,3g、コロイド状シリ
カ(40%、ルドックス(Ludox)H8−40)125.3gおよび水酸化
テトラエチルアンモニウム(TEA)40%水溶液42.6gと混合した。−晩
撹拌した後、混合物を水蒸気箱(95℃)内で7日間加熱した。続いて濾過し、
この溶液151gを実施例1と同様に調製した水酸化セチルトリメチルアンモニ
ウム溶液31gと混合し、95℃の水蒸気箱中に13日間貯蔵した。混合物は以
下の相対モル組成を有していた。:AbOs 0.25モル
Na、0 10 モル
5i02 36 モ/L。
(CTMA)10 0.95モル
(TEA)20 2.5 モル
H,0445モル
得られた固体生成物を濾過により回収し、水およびエタノールで洗浄した。次に
、生成物を540℃にて、窒素中で1時間、次いで空気中で6時間焼成した。
焼成生成物の組成は、Naを0.14重量%、5tyxを68.5重量%、A
1 ! O*を51重量%含んでおり、ベンゼンの平衡吸着容量が58.6g/
100gであることが判った。
焼成生成物のX線回折パターンは、31.4±1.5人のd間隔に非常に強い相
対強度ラインを含むことにより特徴付けることができる。TEMにより、生成物
が本発明の超大寸法礼物質を含むことが示された。
実施例7
実施例1と同様に調製した水酸化セチルトリメチルアンモニウム(CTMA)溶
液300gとコロイド状シリカ(40%、ルドックスHH8−40)41の混合
物を容量600ccのオートクレーブ内で2QQrp+iで撹拌しながら150
℃で48時間加熱した。混合物の組成は5tyx1モルに対して以下のとおりで
あった。:(CTMA)xo 0.5モル
H,046,5モル
得られた固体生成物を濾過により回収し、水洗した後、540℃にて、窒素中で
1時間、次いで空気中で10時間焼成した。
焼成生成物の組成は、0.01重量%未満のNa、98.7重量%のsio!お
よび0.01重量%のAl!O,を含み、表面積が896m”/gであることが
判った。焼成生成物は以下のとおりの平衡吸着容量(g/100g)を有してい
た。
Hzo B、4
シクロヘキサン 49.8
この実施例の焼成生成物のX線回折パターンは、40.0±2.0人のd間隔に
非常に強い相対強度ライン、21.2±1.0人に弱いラインを含むことにより
特徴付けられる。TEMにより、この実施例の生成物が少なくとも3つの異なる
相を含んでおり、その1つは超大寸法礼物質であることが示された。
実施例8
実施例1と同様に調製した水酸化セチルトリメチルアンモニウム(CTMA)溶
液150gと初期のpHが12.64のコロイド状シリカ(40%、ルドックス
H8H8−40)21’)混合物を容量300CC(7)オートクレーブ内で2
oorp1で撹拌しながら150℃で48時間加熱した。混合物の組成は5i0
21モルに対して以下のとおりであった。:
(CTMA)!O0,5モル
H,046,5モル
得られた固体生成物を濾過により回収し、水洗した後、空気中、540℃で10
時間焼成した。
焼成生成物の組成は、0.01重量%のNa、93.2重量%のSin、および
0゜016重量%のAt、O,を含み、表面積が992m”/gであり、以下の
とおりの平衡吸着容量(g/l 00g)を有することが判った。
H804゜6
ンクロヘキサン 〉50
n−ヘキサン 〉50
ベンゼン 62.7
この実施例の焼成生成物のX線回折パターンは、43.6±2.0人のd間隔に
非常に強い相対強度ライン、25.1±1.5および21.7±1.0人に弱い
ラインを含むことにより特徴付けられる。TEMにより、生成物が本発明の超大
礼物質を含むことが示された。
実施例9
アルミン酸ナトリウム4.15gを、水100gに臭化ミリスチルトリメチルア
ンモニウム(C+nTMABr)16gを含む溶液中に徐々に添加した。続いて
この混合物に、テトラメチルアンモニウムシリケート(10%シリカ)100g
。
ハイシル25gおよび水酸化テトラメチルアンモニウム(25%溶液)14.2
gを添加した。この混合物をオートクレーブ中、120℃で24時間撹拌しなが
ら結晶化させた。
生成物を濾過し洗浄して風乾した。1000℃における元素分析により、生成物
は5iOs53.3重量%、Al!033.2重量%、炭素15.0重量%、窒
素1.88重量%、ナトリウム0.11重量%および灰分53,5重量%を含む
ことが示された。540℃で、窒素中で1時間および空気中で6時間焼成した後
の物質のX線回折パターンは、35.3±2.0人のd間隔に非常に強い相対強
度ライン、20.4±1.0および17.7±1.0人に弱いラインを含む。T
EMは超大礼物質を含むことを示した。
室温においてIN硝酸アンモニウム溶液による交換を行って洗浄した後、焼成し
た生成物は、表面積が827■2/gであり、無水収着剤100g当たりの平衡
吸着容量g(g/100g)は以下のとおりであることが判った。
H2030,8
シクロヘキサン 33.O
n−ヘキサン 27.9
ベンゼン 40.7
実施例10
アルミニウムナトリウム8.3gを、水酸化ドデシルトリメチルアンモニウム(
C+zTMAOH,50%)溶液184gを含み、水480gで希釈した溶液中
に徐々に添加した。次いでこの混合物に、ウルトラシル(Ultrasil)
50 gsテトラメチルアンモニウムシリケート(10%5ins)の水溶液2
00gおよび水酸化テトラメチルアンモニウム(25%溶液)26.38gを添
加した。この混合物をオートクレーブ中、100℃で24時間撹拌しながら結晶
化させた。
生成物を濾過し洗浄して風乾した。540℃で、窒素中で1時間および空気中で
6時間焼成した後、X線回折パターンは、30.4±1.5人のd間隔に非常に
強い相対強度ライン、17.7±1.0および15.3±1.0人に弱いライン
を含む。TEMにより、生成物が本発明の超大寸法細孔物質を含むことが示され
た。
室温においてIN硝酸アンモニウムによる交換を行い、洗浄後、焼成した生成物
は、表面積が1078m”/gであり、無水収着剤100g当たりの平衡吸着容
量g(g/100g)が以下のとおりであることが判った。
H,032,6
シクロヘキサン 38.1
n−ヘキサン 33.3
ベンゼン 42.9
実施例11
NaA10t (Altos 43.5%、Na!030%)4.9gを水37
.5gに溶解した水溶液に、水酸化テトラエチルアンモニウム40%水溶液46
.3ccおよびコロイド状シリカ(ルドックスHH8−40)96を混合した。
このゲルを0゜5時間激しく攪拌し、実施例1と同様に調製した等しい容量(1
50ml)の水酸化セチルトリメチルアンモニウム溶液と混合して、100℃で
168時間反応させた。混合物の組成はAbOs1モルに対して以下のとおりで
あった。:NaxO1,1モル
5ift 30.6モル
(TEA)go 3.0 モル
(CTMA)to a、25モル
H,0609モル
得られた固体生成物を濾過により回収し、水洗した後、540℃にて空気中で1
6時間焼成した。焼成生成物は、表面積が1352m”/gであり、以下のとお
りの平衡吸着容量(g/100g)を有することが判った。
Hzo 23.6
シクロヘキサン 〉50
n−ヘキサン 49
ベンゼン 67・5
焼成生成物のX線回折パターンは、38.5±2.0人のd間隔に非常に強い相
対強度ライン、20.3±1.0人に弱いラインを含むことにより特徴付けるこ
とができる。TEMにより、生成物が本発明の超大寸法細孔物質を含むことが示
された。
実施例12
実施例1と同様に調製した水酸化セチルトリメチルアンモニウム(CTMA)溶
液200gを、アルミン酸ナトリウム4.15gおよびテトラメチルアンモニウ
ム(TMA)シリケート水溶液(10%シリカ)100gと混合して攪拌した。
自由水約6重量%と水和結合水4.5重量%を含み、極限粒子寸法が約0.02
μ■の沈降水和シリカであるハイシル25gを添加した。得られた混合物を静置
型オートクレーブ中で150℃に24時時間−た。a合物の組成はA12031
モルに対して以下のとおりであった。。
Na、0 1.25 モル
5i02 27.8 モル
(CTMA)to 5.1 モル
(TMA)20 4.40 モル
H,0650モル
得られた固体生成物を濾過により回収し、周囲温度で風乾した。次いで生成物を
540℃にて、窒素中で1時間、次いで空気中で6時間焼成した。TEMにより
、生成物が超大細孔物質を含むことが示された。この実施例の焼成生成物のX線
回折パターンは、44.2±2.0人のd間隔に非常に強い相対強度ライン、2
52±1.5および22.0±1.0人に弱いラインを含むことにより特徴付け
られる。
焼成生成物は、表面積が93211”/gであり、平衡吸着容量(g/l 00
g)は以下のとおりであることが判った。
H,039,3
シクロヘキサン 46.6
n−ヘキサン 37.5
実施例1と同様に調製した水酸化セチルトリメチル(CTMA)アンモニウム溶
液200gを、アルミン酸ナトリウム4.15gおよびテトラメチルアンモニウ
ム(TMA)シリケート水溶液(10%シリカ)100gと混合して攪拌した。
自由水6重量%と水和結合水4.5重量%を含み、最終粒子寸法が約0.02μ
mの沈降水和シリカであるハイシル25gを添加した。得られた混合物を100
℃の水蒸気筒中に48時間装いた。混合物の組成はAl、o、1モルに対して以
下のとおりであった。。
Na2O1,25モル
5iOz 27.8モル
(CTMA)20 5.1 モル
(TMA)so 4.4 モル
H,0650モル
得られた固体生成物を濾過により回収し、周囲温度で風乾した。次いで生成物を
540℃にて、窒素中で1時間、次いで空気中で6時間焼成した。焼成生成物は
、以下の平衡吸着容量(g/100g)を有することが判った。
H!O35,2
シクロヘキサン 〉50
n−ヘキサン 40.8
ベンゼン 53.5
焼成生成物のX線回折パターンは、39.1±2.0人のd間隔に非常に強い相
対強度ライン、224±1.0および19.4±1.0人に弱いラインを含むこ
とにより特徴付けられる。TEMにより、生成物が超大細孔物質を含むことが示
された。
実施例14
塩化セチルトリメチルアンモニウム(CTMA)29%水溶液125g、水20
0g、(水50g中の)アルミン酸ナトリウム3g、PQコーポレーションから
入手可能な非晶質沈降シリカであるウルトラシル(Ultrasil) 65
gsおよび(水50g中の)NaOH21gの混合物を、150℃にて168時
間、完全に撹拌して結晶化させた。反応混合物の相対モル組成はSiOx1モル
に対して以下のとおりであった。:
(CTMA)20 0.10 モル
H,021,89モル
NaA10t o、036モル
NaOHO,53モル
得られた固体生成物を濾過により回収して水洗し、室温で16時間乾燥後、54
0℃にて、空気中で10時間焼成した。焼成生成物は、表面積が8401”/g
で、以下の平衡吸着容量(g/100g)を有することが判った。
H,O15,2
ンクロヘキサン 42.0
n−ヘキサン 26.5
ベンゼン 62
焼成生成物のX線回折パターンは、40.5±2.0人のd間隔に非常に強い相
対強度ラインを含むことにより特徴付けられる。TEMにより、生成物が超大寸
法細孔物質を含むことが示された。
実施例15
本実施例の第一のテンプレート混合物を形成するため、水240gを、溶媒/R
,,,0のモル比が155であるようにした水酸化ドデンルトリメチルアンモニ
ウム50%、インプロパツール36%、水14%の溶液92gに添加した。この
混合物のH20/RzyIOのモル比は149であり、IPA/R,、,0のモ
ル比は6であった。この第一のテンプレート混合物に、アルミン酸ナトリウム4
.15g1ハイシル25g、テトラメチルアンモニウムシリケート水溶液(Si
Oxが10%)100gおよび水酸化テトラメチルアンモニウム25%水溶液1
3.2gを添加した。この混合物のR2/ to / (S i 02 +A
120 s )のモル比は0.28であった。
この混合物を25℃で1時間攪拌した。得られた混合物を100℃のオートクレ
ーブ中に入れ、100rp■で24時間攪拌した。オートクレーブ内の混合物の
相対モル組成は、SiOx1モルに対して以下のとおりであった。・NatOo
、 05 モル
AbOs o、 036 モル
(C+ t T M A )20 018 モル(TMA)so 0.12 モ
ル
H,036,0モル
I PA 1. Oモル
得られた固体生成物を濾過により回収して水洗し、周囲温度で風乾した。続いて
生成物を540℃にて、窒素中で1時間、次に空気中で6時間焼成した。
焼成生成物は、表面積が1223■2/gであり、平衡吸着容量(g/100g
)は以下のとおりであることが判った。
H鵞0 25.5
ンクロヘキサン 41.1
焼成生成物のX線回折パターンは、30.8±1.5人のd間隔に非常に強い相
対強度ライン、17.9±10および15.5±1.0人に弱いラインを含むこ
とにより特徴付けることができる。TEMにより、生成物が本発明の超大寸法細
孔物質を含むことが示された。
実施例16
(臭化デンルトリメチノげンモニウムの約29重量%溶液を水酸基−ハロゲン交
換樹脂に接触させて調製した)水酸化デシルトリメチルアンモニウム50.75
gとテトラエチルオルトシリケート8.75gとを混合した。この混合物を約1
時間攪拌した後、ポリプロピレン製のジャーに移し、該ジャーを蒸気箱内に24
時時間−た。得られた混合物の組成は、SiOx1モルに対して以下のとおりで
あった。・
(C+aTMA)グOO,81モル
H,047,6モル
得られた固体生成物を濾過し、温い(60〜70℃の)蒸留水およびアセトン。
による洗浄を数回行った。最終生成物を538℃にてN、/空気混合気中、そし
てその後空気中で8時間焼成した。焼成生成物は、表面積が915−27gであ
り、平衡ベンゼン吸着容量が35g/100gであることが判った。アルゴン物
理吸着データによれば、アルゴン吸収が0.34cc/gであり、孔寸法が1.
5止(15人)であることが示された。
この実施例の焼成生成物のX線回折パターンは、275±1.5人のd間隔に非
常に強い相対強度ライン、15.8±1.0および13.7±1.0人に弱いラ
インを含むことにより特徴付けられる。TEMにより、本実施例の生成物が超大
寸法細孔物質を含むことが示された。
実施例17
実施例1と同様に調製した水酸化セチルトリメチルアンモニウム(CTMAOH
)溶液80gに、NaAl0*1.65gを添加した。この混合物をNaA10
tが溶解するまで室温で攪拌した。この溶液にテトラメチルアンモニウム(TM
A)シリケート水溶液(Sin、が10重量%)40g1ハイシル10g1水2
00gおよび1,3.5−)リメチルベンゼン(メシチレン)70gを添加した
。得られた混合物を室温で数分間攪拌した。次いで、このゲルを600ccのオ
ートクレーブに入れ、150rp−で攪拌しながら105℃で68時間加熱した
。混合物の組成は、AI、oatモルに対して以下のとおりであった。:Na、
0 1.25モル
Sin、 27.8モル
(CTMA)*0 5.1モル
(TMA)zo 2.24 モル
H,02256モル
1、3.5− )リメチルベンゼン 80.53モル得られた生成物を濾過し、
温い(60〜70℃の)蒸留水およびアセトンによる洗浄を数回行った。最終生
成物を538℃にてN!/空気混合気中、そしてその後空気中で10時間焼成し
た。焼成生成物が25g/100gを越える平衡ベンゼン吸着容量を有すること
が判った。
焼成生成物のX線回折パターンを、およそ102人のd間隔にブロードで非常に
強い相対強度ラインを有することにより特徴付けることができるが、X線回折パ
ターンの極低角度領域におけるラインの正確な位置を従来のX線回折計により決
定するのは非常に困難である。更に、この低い26角におけるピークを分解する
ためには、更に細いコリメーションスリットが必要であった。この実施例におい
て使用するスリットは、X線管から始めて、それぞれ0.1.0.3.0.5、
モして0,2■■であった。TEMによれば、この実施例の生成物が、電子線回
折パターンにおいて観察されるように、d、。。値の興なる数種類の物質を含む
ことが示された。これらの物質は約85人〜120人のd間隔のatoe値を有
することが判った。
実施例18
実施例1と同様に調製した水酸化セチルトリメチルアンモニウム(CTMAOH
)溶液80gに、NaAl0t1.65gを添加した。この混合物をNaA10
!が溶解するまで室温で攪拌した。この溶液にテトラメチルアンモニウム(TM
A)シリケート水溶液(Sinsが10重量%)40g、ハイシル10g1水2
00gおよび1,3.5−)リメチルベンゼン(メシチレン)120gを添加し
た。得られた混合物を室温で数分間攪拌した。次いで、このゲルをaooccの
オートクレーブに入れ、150rp■で攪拌しながら105℃で90時間加熱し
た。混合物の組成は、A120s1モルに対して以下のとおりであった。:Na
no 1.25モル
5iO127,8モル
(CTMA)10 5.1 モル
(TMA)zo 2.24モル
H,02256モル
1.3.5−)リメチルベンゼン 132.7 モル得られた生成物を濾過し、
温い(60〜70℃の)蒸留水およびアセトンによる洗浄を数回行った。最終生
成物を538℃にてN!/空気混合気中、そしてその後空気中で10時間焼成し
た。焼成生成物は、表面積が9158!/g、平衡ベンゼン吸着容量が25g/
100gを越えることが判った。アルゴン物理収着データによれば、アルゴン吸
収が0.95cc/gであり、孔寸法の中心が78人(トリモアーヒール(Do
llimore−Heal)法、実施例19(b)参照)であるが、70人から
105Å以上まで拡がっていることが示された。この実施例の焼成生成物のX線
回折パターンは、通常は透過した入射X線ビームによる強度が観察されるX線回
折の非常に低い角度の領域に強い散乱強度のみを有することにより特徴付けられ
る。
しかし、TEMによれば、生成物が、電子線回折パターンにおいて観察されるよ
うに、dloo値の異なる数種類の物質を含むことが示された。これらの物質は
約85人のd間隔から110人のd間隔までのd1110値を有することが判っ
た。
実施例19
実施例1と同様に調製した水酸化セチルトリメチルアンモニウム(CTMAOH
)溶液80gに、NaA10s1.65gを添加した。この混合物をN a A
10 zが溶解するまで室温で攪拌した。この溶液に、テトラメチルアンモニ
ウム(TMA)シリケート水溶液(Si02が10重量%)40g、ハイシル1
0gおよび1.3゜5−トリメチルベンゼン(メシチレン)18gを添加した。
得られた混合物を室温で数分間攪拌した。次いで、このゲルをaooccのオー
トクレーブに入れ、150rp■で攪拌しながら105℃で4時間加熱した。混
合物の組成は、A1.0.1モルに対して以下のとおりであった。:Na2O1
,25モル
Stow 27.8 モル
(CTMA)20 5.1 モル
(TMA)to 2.24モシ
ル20 650 モル
1、3.5−トリメチルベンゼン 19.9 モル得られた生成物を濾過し、温
い(60〜70℃の)蒸留水およびアセトンによる洗浄を数回行った。最終生成
物を538℃にてNt/空気混合気中、そしてその後空気中で8時間焼成した。
焼成生成物は、表面積が97512/g、平衡ベンゼン吸着容量が40g/10
0gを越えることが判った。アルゴン物理吸着データによれば、アルゴン吸収が
0゜97cc/gであり、孔寸法が63人(トリモアーヒール法)であり、P/
P6=0゜65にピークが生じることが示された。
この実施例の焼成生成物のX線回折パターンは、63±5人のd間隔に非常に強
い相対強度ライン、36.4±2.0.31.3±1.5および23.8±1.
0人のd間隔に弱いラインを含むことにより特徴付けられる。TEMにより、本
実施例の生成物が本発明の超大細孔物質を含むことが示された。
直径が60人までの孔を有するメソポーラス生成物の孔直径を測定するために、
実施例1から17までの生成物の試料0.2gをガラス製の試験管に入れ、米国
特許第4.762,010号に記載の物理収着装置に装着した。
試料は、吸着した水分を除去するために、真空中で300℃まで3時間加熱した
。その後、試験管を液体アルゴンに浸して87°Kまで冷却した。次いで、米国
特許第4.762.010号の第20欄に記載のように、供給量を計量した気体
アルゴンを試料に対して段階的に入れた。試料に入れたアルゴンの量と試料上の
気体空間に残存するアルゴンの量とから吸着されたアルゴンの量が計算できる。
この計算のために、理想気体法則と検量した試料体積を使用した(S、 J、ブ
レツブ(Gregg)等、「アトソープション、サーフェス・エリア・アンド・
ホーロシティ(^d。
5orption、 5urface Area and Porosity)
、第2版、アカデミツク中プレス(Academic Press)、1982
年)」も参照)。いずれの例においても、平衡において、吸着量に対する試料上
の相対圧力のグラフが吸着等混線を構成する。等混線を測定する温度における吸
着物質の蒸気圧P、と平衡圧力との比をとることによって得られる相対圧力を使
用することが通常行われている。十分少量ずつのアルゴンを各ステップで入れて
、0〜0.6の相対圧力範囲の範囲で168個のデータ点を設ける。充分詳細な
等混線を作成するためには、少な(とも100個の点が必要である。
等混線のステップ(屈曲)が孔構造(system)の充填を示す。P/P、の
項のステップの位置が吸着の起こっている孔の寸法を反映しているのに対して、
ステップの大きさは吸着量を示す。大きな孔は、より高いP/P、の領域で充填
される。等混線におけるステップの位置をより適切に位置決めするために、lo
g (P/Pe)についての関数を導出する。(log (P / P @)の
項で表される)吸着ピークと物理的な細孔直径(人)に関係付けるのは、式;[
式中、dはナノメートル単位の孔寸法、K、=32.17、S=0.2446、
L=d+0.1.9、モしてD=0.57である。コにより行うことができる。
この式は、ホーヴアス(Horvath)およびカワゾエ(Kavaカe)の方
法(Gホーヴアス等、ジャーナル・オブ・ケミカル・エンジニア1ルルオブ・シ
ャツくン(JChes、 Eng、 Japan)、第16巻(6)、1983
年第470ページ)より導くことができる。この式を実行するために必要な定数
は、ALPO−5の測定等温線とその既知の孔寸法から決定した。この方法は、
直径が60人までの孔を有する微孔性物質に特に有用である。
実施例1〜16の試料についてのこの方法の結果を、次の表にした。実施例10
.13および15の試料には二つの別のピークがあり、生成物中に二つの号1j
々の超大孔相が存在するためであると考えられる。
実施例 孔直径(人)
2 35.4
9 28.3
10 22.8.30.8
1.1 36.8
1.2 36.1
13 35.0.42.1
14 40.0
15 22.4.30.4
16 15、0
比較のために、市販されているゼオライトUSY (平衡ベンゼン収着容量20
゜7g/100g、14人での最高d間隔を有しゼオライトYの全てのラインを
有するX線回折パターンを示す)は、前記方法でめて8.3人の孔直径を有して
いた。
物理収着線から孔寸法を測定するための上記のホーヴアスとカワゾエの方法は、
20人までの直径の孔構造に適用することが口論まれているが、詳細に上述した
ように注意して行えば、60人までの直径の孔にまで使用範囲を拡張することが
できる。
直径が60Å以上の孔構造においては、ケルビン式を適用することができる。
これは通常、
In (P/Pa) = 2V7cosθ/rhRT[式中、γは吸着質の表面
張力であり、■は吸着質のモル体積、θは接触角(通常は実用上の理由により0
とする)、Rは気体定数、Tは絶対温度、rkは毛管凝縮(孔)の半径、P/P
aは相対圧力(物理吸着等温式から)である。]で示される。
ケルビン式は、孔構造における吸着を毛管凝縮現象として取り扱い、吸着が起こ
る圧力を、表面張力と吸着質(ここではアルゴン)の接触角とにより孔直径に関
係付ける。ケルビン式が基本とする原理は、直径が5〜1000人の範囲の孔に
おいて有効である。この範囲以下では孔に真の毛管凝集が起こらないので、式が
もはや物理的現実性を表さず、また、この範囲以上では式の対数の性質により孔
寸法を決定するために十分な正確さを得ることが妨げられる。
孔寸法を測定するためにしばしば選ばれるケルビン式の特別の適用は、トリモア
およびヒール(D、 Dollimore and G、 R,+Ieal)の
「ジャーナル・オブ・アプライド・ケミストリー(J、 Applied Ch
et )、14巻、108頁(1964年)」によって報告されている。この方
法はケルビン式を適切に適用できない孔壁部の吸着質の表面層の効果を修正し、
従って孔直径のより正確な測定を可能とする。トリモアとヒールの方法は脱着等
温線に適用するために導出されたものであるが、単にデータを逆に入れることに
より吸着等温線にも良好に適用することができる。
透過電子顕微鏡観察
物質の微細構造を透過電子顕微鏡(TEM)によって解明するため、試料は電子
線が透過するために充分な薄さ、一般には500〜1000人程度の薄さでなけ
ればならない。この物質の結晶組織は、通常、ウルトラミクロトーム法(超検錆
用薄片切断法)によって研究用の調製を行う必要がある。時間がかかるが、この
試料調製方法は、電子顕微鏡観察の分野において当業者によく知られている。
物質を樹脂(ここでは市販の低粘度アクリル樹脂り、Rホワイト(fhite)
・ハードを使用)中に埋め込み、80℃で15時間硬化させる。ブロックの薄い
部分はダイアモンドナイフを使用してウルトラミクロトーム上で切離し、そして
厚さが500〜1000人の部分をファインメツシュ(fine mesh)電
子顕微鏡支持グリッド上に集める。ここでは、45’Cダイアモンドナイフエツ
ジを備えたLKBモデルミクロトームを使用し、そして支持グリッドには400
メツシユの銅グリッドを使用した。電子顕微鏡内での帯電を防止するために、試
料上の薄い炭素層を蒸発させた(エバポレーター内で試料に隣接した白い紙シー
トが淡灰色となる)後、試料を電子顕微鏡の試験に供することができるようにな
る。
高分解能透過電子顕微鏡写真は、試料を観察している方向に沿った構造の投影像
を示す。従って、物質のミクロ構造の特定の細部を見るために、試料に特定の向
きをとらせる必要がある。結晶性物質において、この向きは、電子顕微鏡写真と
同時に得られる電子線回折パターン(EDP)を観察することによって最も容易
に選択することができる。このような電子線回折パターンは、例えば電子顕微鏡
の熟練技術者に慣用の制限視野限界開口法(the 5elected are
a field 11m1ti’ngaperture technique)
を使用する最新の透過電子顕微鏡装置で作成することができる。所望の回折点配
列の電子線回折パターンを観察した場合に、その電子線回折パターンに対応する
結晶像が、電子線回折パターンによって示される投影方向に沿ったミクロ構造の
詳細を表す。このようにして、透過電子顕微鏡を使用して結晶構造について異な
る投影像を観察することができる。
結晶性物質の顕著な特徴を観察するためには、対応する電子線回折パターンが単
一の結晶からの回折点の六方晶配列を与える向きで物質を見ることが必要である
。制限視野限界開口内に複数の結晶が存在するならば、解釈するのが全(困難な
回折パターンのオーバーラツプを生じる。観察された回折点の数は、とりわけ物
質中の結晶配列の規則性に依存する。良好な像を得るためには、少なくとも輝点
の内側のリングが観察されるべきである。この向きが得られるまで、個々の結晶
を透過電子顕微鏡の試料傾斜装置によって操作する。多くの場合、試料が多くの
ランダムな向きの結晶を含むことを利用することは容易であり、および、結晶が
望ましい電子線回折パターン、従って向きを与える位置をとるようになるまで、
試料を簡単に検査することは容易である。この後者の方法を、電子顕微鏡観察を
行うために使用した。
実施例の物質のミクロトームした試料は、2人の有効対物開口を適切に備えてお
り、200000ボルトで操作するJEOL200CX透過電子顕微鏡で、上記
の方法により試験した。この装置は4.5人の二点間識別力を有する。対物レン
ズを、現在セットしである最小コントラストレンズよりアンダーフォーカス((
ウィーク・リーン)weak 1eans)側に注意深く保持するならば、高分
解能(位相コントラスト)の技術において当業者によってよく知られている他の
実験装置を同様の像を形成するために使用することができる。
実施例21
MCM−41(40人)の試料を下記の方法に従って調製した。
次の混合物(重量部−pbv)をオートクレーブに仕込んだ。
83.7pbv 水酸化セチルトリメチルアンモニウム(CTMA)、これは2
9重量%の塩化N、N、N、−)リフチル−1−ヘキサデシルアンモニウム溶液
を水酸化物−ハロゲン化物交換樹脂と接触させて調製した。
1.7pbw アルミン酸ナトリウム
41.1pbw テトラメチルアンモニウムシリケート(10%水溶液)
10.5pb冒 沈降水和シリカ(ハイシル(1’1iSil◆))。
この混合物を100℃で20時間、自然の圧力下で撹拌しながら結晶化した。
得られた生成物は濾過によって集め、室温で空気中に乾燥した。生成物の試料は
540℃で窒素中1時間焼成し、ついで空気中で6時間焼成して確認に用いた。
焼成した生成物は1120m’/gの表面積を有し、g/100gで示すと、次
のような平衡吸収能を示した:
H,010,8
シクロヘキサン 〉50
n−ヘキサン 〉50
ベンゼン 67
この生成物はX線回折パターンからMCM−41と同定された。このパターンに
は38,4±2.0人のd間隔に非常に強い相対強度ラインが、また22.6±
1.0.20.0±10および15.2±1.0人に弱いラインが見られた。
MCM−41結晶性生成物は室温で硝酸アンモニウムの水溶液で交換させ、次い
で121℃(250℃)で−夜乾燥した。得られた結晶の一部をA1*Osと組
み合わせて重量で65部のMCM−41と35部のアルミナの混合物を作製した
。
この混合物に水を加え、得られた触媒が押出物に形成されるようにした。この触
媒は510℃(950℃)で、5V/V/分の窒素気流中で6時間焼成して活性
化し、次いで窒素を5v/v/分の空気で置き換えた。焼成は温度を538℃(
1000°F)に上げ、この温度に5V/V/分の空気中18時間維持すること
で完了させた。ニッケルとタングステンはNi (NOs)i・6H20と(N
H4)@HIW 120 a 、・H,0の水溶液を用いた、初発湿式共含浸に
よって取り込ませた。−夜121℃(250°F)で乾燥した後、押出物は5v
/v/分の空気中538℃(1000°F)t’3時間焼成シタ。二〇)NiW
/MCM 41/Alton触媒の物理的および化学的性質は以下に示すようで
ある。
ニッケル、重量% 3.7
タングステン、重量% 9.2
ナトリウム、ppm 200
表面積、m”/g 530
孔容量、ml/g O,780
粒子密度、g/m 1 0.883
真の密度、g/ml 2.837
実施例22
実施例21の触媒をDHC−2/NiW−MCM−41力スケード反応器システ
ムで、水素化分解の触媒として用いた。DHC−2はUOPによって市販されて
いる水素化処理用の触媒である。触媒の充填比はDHC−2が4.08gでNi
W−MCM−41が6.40gで、HDT/HDCの重量比は0.64で、全触
媒容量は20.2ccであった。DHC−2触媒は、沸騰点範囲の転化の大部分
を行うNiW/MCM−41触媒を含む反応器の水素化分解部室中で、原料油が
処理される前に、窒素と硫黄の含量を減少させる水素化処理用触媒として作用す
るものである。原料は重質真空軽油で、ベルシア湾りルードよりのもので、その
性質は以下の表1に示す通りである。
水素、重量% 12.6
窒素、ppm 650
塩基性窒素、ppm 198
硫黄、重量% 2.3
API比重 22.6
流動点、℃(’F) 32 (90)
組成、重量%
パラフィン 277
モノナフテン 8.3
ポリナフテン 14.6
芳香族 49.4
模擬蒸留、重量%
IBP、 ℃(’F) 277 (531)90 り06 (942)
EP 577 (1071)
プロセスの条件は8377kPa (1200psig)の水素圧、810v/
v(45005CFB)の水素循環と、0.5LH3Vである。条件のきびしさ
は一定のLH3Vにおいて、反応器の温度を382”−410’から調節するこ
とで変化させた。水素化処理および水素化分解反応器の温度はすべての反応で同
一に維持した。
反応器のきびしさは343℃−(650’F−)の沸騰範囲転化率によって測定
した。この転化率は次のように定義されるものである。
650°F−転化率 =
原料中の650°F+(重量%)−生成物中の650’F+(重量%)原料中の
650’F+(重量%)
ケロシン(330−440°F画分)と留分(440−650@F画分)に対す
る選択性は下の表2に、45重量%の転化レベルに対して表の形で示しである。
表2
VGOブL/ンF(7)HDC
反応器温度、(℃) F 401 (753)生成物組成、重量%
Cl−C44,0
C5−33010,5
330−4409,0
440−65022,5
750+ 35
H2Con5.5CFB 850
43重量%転化率における全液体生成物(TLP)試料は蒸留によって388℃
+ (730’F+)のボトム物質を与え、これは次に分析に付され、表3に示
すような結果が得られた。
43重量%6506F+転化率におけるボトムの性質388℃+(730’F+
)性質
窒素、ppm 3
分子量 388
流動点、℃(0F) 32 (90)
KV@100℃、mm”/s 4.804組成、重量%
パラフィン 43.3
モノナフテン 19.3
ポリナフテン 23.4
芳香族 14.0
模擬蒸留、重量%
IBP15℃(’F) 372/388(701/731)MCM−41触媒は
ボトムの窒素レベルを3 ppm 、!:いう大変低いレベルまで減少させるの
に非常に有効であった。また、MCM−41触媒に対する芳香族飽和の程度は良
好であった。芳香族レベルは19,6重量%がら14,0重量%に低下した。
実施例23
次に示す混合物(重量部)をオートクレーブに仕込んだ。
48部 水酸化セチルトリメチルアンモニウム(CTMA) 溶液、これは29
重量%の塩化N、 N、 N−トリメチル−1−ヘキサデシルアンモニウム溶液
を水酸化物−ハロゲン化物交換樹脂と接触させることで調製した。
1部 アルミン酸ナトリウム
24部 テトラメチルアンモニウムシリケート(10%水溶液)6部 沈降水和
シリカ(ハイシル(HiSil◆))。
混合物は自然の圧力下で撹拌しながら、100℃で20時間かかって結晶化し、
得られた生成物は濾過によって集め、常温で空気中乾燥した。生成物の一部の試
料を540℃で窒素中、次いで空気中で焼成した。
焼成した生成物は1120mm”7gの表面積を有し、次の平衡吸収能(g/1
00g)を持っていた。
H,010,8
シクロヘキサン 〉50
n−ヘキサン 〉50
ベンゼン 67
この生成物は38.4±2.0人のd間隔に非常に強い相対強度ラインを示し、
また22.6±10.20.0±1.0および15.2±1.0に弱いラインを
示した。
0.6重量%の白金を含む非結合Pt/H−MCM−41触媒は、焼成したこの
生成物をナトリウムを除くためにpH=8で緩衝液中アンモニウムイオンと交換
させ、次いでpH4−5でアンモニウムイオンの存在下でPt(NHI)4cb
と交換させ、次いで乾燥と焼成を行うことで調製した。0.6重量%の白金を含
む非晶質のシリカ−アルミナ触媒は市販の異性化触媒に匹敵するものであるが、
比較のために調製した。
この触媒は12.5mmの下降流ステンレス反応器を装備したマイクロユニット
を用いて、パラフィンの異性化について評価した。市販のP t/ S i02
Alz03触媒を比較のために用いた。典型的な実験では、大きさを揃えた触
媒(14/24メツンユ)10ccを反応器に仕込み、水素中800°F(42
7℃)で2時間還元した。反応器を450°F(232℃)に冷却し、水素を用
(Xで1100psi (790kPa絶対圧)に加圧した。原料としてn−ヘ
キサンをIWH8Vで、副原料の水素と2モル=1モルの割合で導入した。反応
器からの生成物(マ30メーターのメガボアDB−1カラムを装着したオンライ
ンガスクロマトグラフで分析した。
Pt/MCM−41触媒は等しいn−ヘキサン転化率にお(Xて、Pt/ン1ツ
カ−アルミナ触媒よりも高い収量のイソパラフィンを与え、また等しI+qn−
ヘキサン転化率において分解産物を与えることが少なく、これは超大礼物質系の
触媒力<Il:品質触媒と比較した時、イソパラフィンに対してより選択度が高
L〜ことを示している。343℃(6506F)の操作温度における、この2つ
の触媒ζ二対する生成物の分布は下の表4に示す通りである。
表4
343℃(650°F)における異性化生成物触媒 Pt/MCM 41 Pt
/5if2 A140s供給流量
(gm n−C6/gm触媒/時間’) 1.0 1.0操業中時間 129
64
転化率、重量% 74.6 78.6
n−ヘキサン 25.4 21.4
メチルペンタン 53.7 49.9
ジメチルブタン 1.8,2 18.5メチルシクロペンタン 0.2 0.5
Ct+ 0.2 0.9
実施例24
MCM−41(40人)の試料を上記の実施例21に記載した方法に従って調製
した。
MCM−41結晶性物質は室温で硝酸アンモニウムの水溶液で交換し、次いで1
21℃(250°F)で−夜乾燥した。得られた触媒の一部をAlzOs (バ
ーサル(Versal) 250 )と混ぜて、重量で65部のMCM−41と
35部のアルミナの混合物とした。この混合物に水を加えて、得られた触媒が押
出物に形成されるようにした。触媒を510℃(950°F)で5v/v/分の
窒素中で6時間焼成し、次いで窒素を5v/v/分の空気で置き換えて焼成した
。焼成は温度を538℃(1000″F)にまで上げ、この温度で5v/v/分
の空気中18時間保持することで完了した。
焼成した押出物は0.0062M Pt(NHs)icb溶液で交換し、次いで
洗浄し、乾燥後343℃(650’F)で3時間焼成した。
Pd/MCM−41触媒の調製
MCM−41(40人)を上記の実施例21に記載したのと同様な方法で調製し
たが、48pbvの水酸化セチルトリメチルアンモニウム(CTMA)、lpb
wのアルミン酸ナトリウム、24pbWのテトラメチルアンモニウムシリケート
(10%水溶液)および5 pbwの沈降水和シリカ(ハイシル(HiSil◆
))を用いた。混合物は100℃で20時間かかって結晶化させた。
MCM−41結晶性物質は白金含有触媒の場合と同じ方法で触媒に処方したが、
違っている点は焼成した触媒をPd(NHs)<C1tの水溶液で交換し、次い
で室温で4時間、さらに−夜250°Fで乾燥した後、最終の焼成を行ったこと
である。
Pd/5ins触媒は初発湿式法を用いてPd(NHs)*C1z溶液でシリカ
球(シェル(Shell)S−980C1,5)を含浸させることで作製した。
含浸させたシリカ球は次に室温で4時間乾燥し、次いで121℃(250°F)
で−夜乾燥し、その後触媒は5V/V/分の空気中288℃(550”F)で3
時間焼成した。
3種類ノ貴金属を含む触媒(Pt MCM−41/Altos、Pd MCM−
41/A110m、Pd 5ift)について、ポリα−オレフィン潤滑油の水
素化に対して評価した。
これら3種の触媒の性質は下記の表5に要約されている。
表5
Pd O,83−0,84
匙!1」シ’g O,960,970J8孔分布1%
<50人 32 42 0
50−100人 16 12 41
100−200人 15 11 32
〉200人 37 35 37
中金属の添加前、MCM−4165重量%およびアルミナ35重量%を含有する
。
この結晶物質を含む触媒に使用したMCM−41物質は、40人の孔開口を有し
た。これらの3種の触媒は、いずれも、200Å以上の孔直径を有する30%孔
容量を有するが、MCM−41触媒は、50Å以下の孔直径を有する30〜40
%の孔容量を有する。
全ての触媒を、固定床パイロットユニットにおいて評価した。表6に示す組成を
有するポリミーオレフィン(PAO)潤滑油オリゴマーを供給原料として使用し
た。
表7
表6
PAOの特性
比重、”API 39.2
水素9重量% 14.6
臭素価 27.3
KV(於=40℃)、 am”/s 26.22KV(於 : 100℃)、a
m”/s 5.253粘度指数 136
PAOを、2.0LH8V、2520kPa (350psig)Hzおよび1
回通過水素循環流量900 v/v (5000scf/b)にて水素化した。
反応器温度を変えて、触媒活性を温度の関数として得た。触媒活性は、油の臭素
価の低下により評価した。
Pd MCM 41/A1*Os触媒が最も活性を有する触媒であった。これは
、実験の中で最も低い温度である177℃(350″F)にて臭素価を1以下ま
で減少させることができた。Pt MCM 41/Altozも非常に活性であ
る。Pd/5iOt触媒は、最も低い活性を示す。
実施例25
この実施例は選択的潤滑油水素化分解に対するMCM−41分子ふるいの利用を
示すものである。NiW/MCM−41触媒は上記の実施例21の方法に従って
調製した。
この触媒は下記の表7に示した性質を持つ重質中性留分を水素化分解するのに用
いた。表7にはO”Fの流動点への溶媒膜ロウ後の油(ASTM D−97また
はオートプアー(、A uto四ur)のようなものと等しい)の性質も一緒に
示している。原料油は1500pp■もの高い窒素含量を持ち、溶媒膜ロウ後の
留分Vlの含量は53であった。潤滑油の留分水素化分解の目的は、潤滑油収量
を最大にしながら溶媒膜ロウ後のVlレベルを95−100VI範囲に増加させ
ることである。
表8
重質中性留分の性質
水素、重量% 12.83
窒素、ppm 1500
塩基性窒素、ppm 466
硫黄、重量% 0.72
API比重 22.0
KV@100℃、mm2/s 18.52組成、重量%
パラフィン 18.3
ナフテン 32.2
芳香族 49.5
模擬蒸留、重量%
IBP℃(’F) 407 (765)溶媒脱ロウ油の性質
KV@100℃、 mm”/S 20. IVl 53
流動点、℃(’F) −18(0)
潤滑油収量、重量% 87
留分は385″〜401℃(7256〜754°F)の温度、13900kPa
(2000psig)の水素圧、1350v/v (75008CFB)の水素
循環と0゜55〜0,61のLH8Vで処理した。これらの実験から得られたデ
ータは下記の表8にまとめである。
(NiW/MCM−41を用いたLHDC)温度、℃(’F) 385(725
) 393(739) 401(754)圧力、kPa (psig) 139
00(2000) 13900(2000) 13900(2000)L HS
V O,610,540,556506F十転化率、重量% 9.3 20.
8 36.0潤滑油の性質
KV@100℃、■■”/s 13.0g 10.46 7.59SUS@38
℃(100″F) 772 468 261Vl 79 98.1 113.3
流動点、℃(0F) −9,4(15) −1,1(30) −1,1(30)
潤滑油収率、重量% 80.5 66、6 54.3NiW/MCM−41触媒
は20.8重量%の転化レベルにおいて、未処理の留分Vlの53から98のV
l生成物まで、重質中性留分のグレードの向上に選択的作用があった。
実施例26
29重量%の塩化N、 N、 N−トリメチル−1−ヘキサデシルアンモニウム
溶液を水酸化物−ハロゲン化物交換樹脂と接触させて調製した水酸化セチルトリ
メチルアンモニウム(CTMA)溶液の48重量部を、1重量部のアルミン酸ナ
トリウムと24重量部のテトラメチルアンモニウム(TMA)シリケートの水溶
液(10%シリカ)と撹拌しながら混合した。これに沈降水和シリカで、約6重
量%の自由水と約4.5重量%の水和結合水を含み、約0.02ミクロンの極限
粒子サイズを持つハイシル(HiSil◆)の6重量部を加えた。得られた混合
物を20時間かかって100℃で結晶化した。この混合物は1モルのAll01
当たりのモル数で、次のような組成を示した。
146モル Nan。
27.8 モル Sin。
5.6 モル (CTMA)!0
3.11モル (TMA)t。
723.7 モル H2O
ここに得られた固体生成物は濾過によって回収し、常温で空気中で乾燥した。
生成物は次に540℃で1時間窒素中で焼成し、次に空気中で6時間焼成した。
焼成した生成物は1200m”/gの表面積を持つことが分かり、またg/10
0gで示す、次の平衡吸着能を示した。
H,013,5
ンクロヘキサン 〉50
n−ヘキサン 43.6
ベンゼン 71
本実施例の生成物は非常に強い相対強度線を38.4±2.0人のd−間隔に、
また弱い線を22.6±1.0. 20゜0±1.0および15.2±10人に
含むようなX線回折パターンを示した。
この生成物(35重量部)を65重量部のアルミナバインダーと、混線およびベ
レット化操作によって結合した。ペレット化した混合物は次にまず窒素中で、次
に空気中で538℃(1000°F)までの温度で焼成し、合成されたままの物
質に含まれる有機物質を除去した。
焼成したベレットのカチオンは次に、ベレットを、pHを8に維持したINの硝
酸アンモニウム溶液と接触させることによって、アンモニウムカチオンと交換し
た。2度交換をしたベレットを次に121℃(250″F)で空気中で乾燥し、
次にアンモニウムイオンを分解して、アンモニアを発生させるのに十分な条件で
538℃(1,0006F)で焼成し、かくて結合した物質を水素型に変換した
。
水素型の結合物質を次にヘプタモリブデン酸アンモニウム溶液で含浸した。特定
的に述べると、5.08 gのへブタモリブデン酸アンモニウム(81,5重量
%のMo5s)を含む水溶液45.12+1を40gの水素型の結合物質に加え
た。得られた湿った物質は2506F(121℃)で乾燥し、次にヘプタモリブ
デン酸アンモニウムを分解し、Mo0sを生成するのに十分な条件下で空気中1
000’F(538℃)で焼成し、かくてモリブデンを含浸した物質を得た。
モリブデンを含浸した結合物質を次いで硝酸ニッケル溶液で含浸した。さらに特
定的には、9.12gのN1(NOs)t・6H!0(21,2重量%のNi)
を含む水溶液48.14腸lをモリブデン含浸物質に加えた。得られた湿った物
質を250゜F(121℃)で乾燥し、次に空気中で1.000’F (538
℃)で焼成して硝酸ニッケルを分解してNfOを発生せしめ、かくてニッケルと
モリブデンを含浸した物質を生成した。
得られた触媒は表9に示すような性質を持っていた。
表9
モリブデン 8.0
真の密度、g/cc 2.784
表面積、m”/g 306
(1)金属を加える前は、65重量%のMCM−41と35重量%のアルミナで
実施例26の触媒について、下の表10に示すような性質を持つアラビアライト
常圧残油の品質向上に対して試験した。
表1立
比重、APピ 18.2
水素、重量% 1.1.71
硫黄、重量% 3.0
窒素、ppmw O,15
CCR1重量% 7.7
アスフアルテン、重量% 57
微量金属、ppmw
IBP 231 (447)
10% 344 (651)
30% 434 (814)
50% 518 (965)
60% 569 (1056)
油は7000kPa (1000psig)の水素圧と0.66の重量空間速度
(WH5V)で処理した。反応器の温度は600°F(315℃)から750°
F(399℃)に変化させて、広い範囲の転化率をカバーするようにした。この
試験の結果は表11に示されている。これらの結果はこの触媒が脱金属とアスフ
ァルテン除去に活性があるが、水素消費の必要度は低い(生成物の低L1水素含
量力)ら測定)ことを示している。
」U2
(ATMTM11900ps i 、0.66WH8V)鼻! 倉! アスファ
ルテン 本!
℃(’ F ) N i +WSppmv 重量% 重量%316(600)
21.8 2.61 12.04343(650) 13.2 0,9 12.
43371(700) 3.8 0.29 12.54385(725) 1.
2 12.66399(750) 0.2 12.77実施例28
実施例27の、合成されたままの物質中のカチオンを、その物質を室温で1時間
、IN硝酸アンモニウム溶液と接触させてアンモニウムカチオンと交換した。
交換した物質は濾過し、水で洗浄した。この交換/濾過/洗浄の操作を繰り返し
て行い、物質は次に250’F (121℃)で−夜乾燥し、アンモニウムで交
換した物質を生成させた。
このアンモニウム交換物質351量部を65重量部のアルミナバインダーとで押
出し法で結合し、1/16インチの円筒形の押出物を生成させた。この、押出さ
れ、結合した物質を、−夜250’F(121℃)で乾燥した。乾燥した物質は
次に、先ず窒素中、次いで空気中で、アンモニウムイオンを分解し、実質的に有
機物質を除去するのに十分な条件で、1000’F (538℃)までの温度で
焼成し、かくてこの物質を水素型に変換した。
水素型の結合物質を、室温で気泡管を通って来た空気の流路に置くことで、湿っ
た空気によって湿らせた。湿気で飽和した物質を次にヘプタモリブデン酸アンモ
ニウムと硝酸ニッケルを含む溶液を用いて含浸させた 25.8gのへブタモリ
ブデン酸アンモニウム(543重量%のMo、81.5重量%のMo5s)と、
27、7 g(7)Ni(NOx)t H6NfO(20,2重量%(7)Nf
)を含む水溶液214.8■lを182gの、湿気で飽和した結合物質に加えた
。結果として得られた物質を250″F(121℃)1’乾IL、次いで空気中
1oooeF(538℃)テヘフタモリブデン酸アンモニウムと硝酸ニッケルを
分解し、Mob、とNjOを生成させるのに十分な条件で焼成し、モリブデン/
ニッケル含浸の触媒を生成した。
得られた触媒は表12に示すような性質を持っていた。
Nip、重量% 3.3
Moss、重量% 7.6
物理的性質
表面積(BET)、m”/g 645
孔容量、cc/g 0.88
平均孔径、オングストローム 55
旦旦旦工水蝦色尺!勝星と一旦且乙呈
<30A 0.26
30−100A 0.19
100−200A ’ 0.14
>200A0.29 0.29
この触媒について、パラホ(P araho)頁岩油を比較的温和な条件(2,
OLHS V、 7000kPa(1000psig)ノ水素)で品質を向上さ
せ得ルカ、評価した。
蒸留したパラホ頁岩油の分析結果は表13に示す。実験データは表14に要約し
ている。
表13
蒸留したバラホ頁岩油
比重、’API 21.7
水素、重量% 11.49
窒素、重量% 2.2゜
硫黄、重量% o、69
ヒ素、ppmw 3.7
鉄11pJ) m W 27
ニツケル、p pmw 2.4
臭素価 45
分子量 307
分子当たりc=c結合 0.85
蒸留、”C(’F) D 2887
5% 239(463)
30% 373 (703)
50% 432 (809)
70% 491(915)
95% −
この評価試験の結果は、この触媒がオレフィンの飽和、鉄とニッケルの除去およ
び脱窒素化に活性があることを示している。この触媒はまたヒ素の除去と脱硫貧
化にも活性があった。この触媒は頁岩油から700’F (371℃)で、1.
0pp■W以下にまでヒ素を除去することができる。
表14
頁岩油の水素化加工
(2,0LH3V/7000kPa(1000sig)水素)x*ma ニッケ
ル 竺! 硫黄 窒素(ppmv) (ppmv) (ppmw) (重量%)
(ppmw)260(500)0.9 4.3 2.4 7.5 0,66
2.18288(550)<0.1 a、1 1.9 5.0 0.60 1.
98316(600)<0.1 2.2 1.8 2.5 0,54 1.94
371(700)<0.1 0.3 1.6 <0.1 0.32 1.593
81(717) ns ns nm nm ns r+++399(750)<
0.1 0.1 0.2 く1.0 0.15 1.41nm=測定せず
実施例29
この実施例は、重質中性留分を用いて、ゼオライト触媒(NiW/USY)との
比較を示すためのものである。この留分の性質は、−18℃(0℃)の流動点ま
で溶媒脱ロウを行った後の油の性質とともに、表15に示している。この表がら
、原料は1500pp■もの高い窒素含量を持ち、また溶媒脱ロウ後の留分Vl
は53であることが分かる。留分の潤滑油水素化分解の目的は、潤滑油の収率を
最大にしながら、溶媒脱抜のVlレベルを95−100VI範囲に増加させるこ
とである。
表15
重質中性留分の性質
水素、重量% 12.83
窒素、ppm 1500
塩基性窒素、ppm 466
硫黄、重量% 0.72
API比重 22.O
KV@100℃、mm2/s 18.52組成、重量%
パラフィン 18.3
ナフテン 32.2
芳香族 49.5
模擬蒸留、重量%
IBP℃(’F) 407 (765)溶媒脱ロウ油の性質
KV@100℃、mm2/ s 20. IVl 53
流動点、℃(’F) 18 (0)
潤滑油収率、重量% 87
重質中性留分原料は、以下の方法で作製したNiW/USY水素化分解触媒を含
む固定ベッド反応器中で処理した:市販のUSY (PQ社、Z−14USY)
触媒をAI、0.と混ぜ合わせ、65重量部のゼオライトと35重量部のアルミ
ナの混合物を作製した。この混合物に水を加え、得られた触媒が押出物に形成さ
れるようにした。触媒は次に538℃(1000”F)で空気の気流中3時間熱
処理をした。得られた押出物の一部を硝酸アンモニウムの水溶液で交換させ、次
いで121℃(250°F)で−夜乾燥した。3時間538℃(1000°F)
の空気中焼成を行った後100%の蒸気を導入し、温度は538℃(1000’
F)に10時間維持した。ニッケルとタングステンは、N1(NOx)!・6H
20と(NH<)sHz、W+t○4.・H,Oの溶液を用いて初発湿式共含浸
によって組み込んだ。
乾燥後押出物を538℃(1000°F)の空気気流中3時間焼成した。最終の
触媒へのNjとWの装填量は、それぞれ5.8と16.6重量%であった。
加工条件は10450−18720kPa (1500〜2700psig)の
水素圧、1350v/v (75008CFB)の水素循環と0.5から1.0
のLH3Vであった。反応器の全液体生成物は名目上の343℃+(650’F
+)のカットポイントまで蒸留し、原料は次に60/40混合比のMEK/トル
エンで脱ロウした。これらの実験の結果は下の表16に要約されている。
表16
(NiW/USYによるLHDC)
温度、℃(F) 371(700) 385(725) 399(750)圧力
、
kPa (psig) 18720(2700) 18720(2700) 1
0460(1500)H3V
650°F十転化率、
重量% 15.2 29.3 20.0潤滑油の性質
KV@100℃、am2/s 14.7 1.0.95 1.0.68SO3@
100’F 9g2 51.9 515V T 72 94 90
流動点
℃(’ F ) −1,5(5) −15(5) −15(5)潤滑油収率、
重量% 80.9 60. ]、 63.5この実施例は市販の非晶質触媒(N
iW/Altos)を、促進剤を用いることなしに使用した場合を示すものであ
る。この実施例の条件は13900kPa (2000psig) rD水素圧
、1350v/v (7500SCFB)(7)水素循環と0.5LH3Vであ
る。表17にこの実験の結果が要約されている。
表17
(フッ素化しないNiW/アルミナによるLHDC)温度、℃(’F) 399
(750) 407(765) 413(775)圧力、
kPa (psig) 13900(2000) 13900(2000) 1
3900(2000)LH9V O,50,50,5
650°F十転化率、
重量% 15.5 21.5 28.2潤滑油の性質
KV@100℃、
mm”/s 11.44 9,83 8.86StlS@100’F 602
449 369Vl 83.9 91,7 97.0
流動点、
℃(’F) −21(−5) −21(−5) −23(−10)潤滑油収率、
重量% 70.2 64.3 58.6実施例31
この実施例は、実施例30におけると同じ触媒を用いるが、違っている点は、触
媒に2〜5重量%のフッ素を含有させる目的のために、固定ベッド反応器中での
その場でのフッ素化によって触媒を活性化したことである。このことは1週間の
期間、留分中高レベル(600ppm)のフッ素でフッ素化することで達成でき
、その後フッ素レベルは2Spp−のレベルまで減少し、このレベルをその後の
実験中維持した。フッ素化剤としては0−フルオロトルエンを用いた。処理条件
は13900kPa(2000psig)の水素圧、1350v/v (750
03CFB)の水素循環と05〜1.0のLH3Vであった。これらの実験から
のデータは下の表18に示されている。
表18
(フッ素化NiW/アルミナによるLHDC)温度、℃(’F) 407(76
4) 399(751) 413(775)圧力、kPa
(psig) 13900(2000) 13900(2000) 13900
(2000)LH9V 1.0 0.5 1.0
650°F十転化率、
重量% 1.6.3 18.9 21.7潤滑油の性質
KV@100℃、
mm”/s 10.2 9,25 9.12SUS@100°F 468 39
2 380Vl 93.8 97,5 98.8
流動点、
℃(’F) −1(30) −7(20) −7(20)潤滑油収率、
重量% 74.4 70.0 6g、 5実施例32
この実施例は選択的潤滑油水素化分解にM413分子ふるいを用いることの有利
さを示すものである。NiW/MCM−41触媒は以下に既述するようにして調
製した。
MCM−41(40人)の試料を次の方法に従って調製した。
次の混合物(重量による部、pbv)をオートクレーブに仕込んだ・83.7p
bv 29重量%の塩化N、 N、 N−)リメチルーヘキサデンルアンモニウ
ム溶液を水酸化物−ハロゲン化物交換樹脂と接触させて調製した水酸化セチルト
リメチルアンモウニラム(CTMA)、1.7pb璽 アルミン酸ナトリウム、
4.1pbw テトラメチルアンモニウムシリケート(10%水溶液)、10.
5pbv 沈降水和ソリカ(ハイシル()(isilφ))。
この混合物を自然の圧力下で撹拌しながら20時間100℃で結晶化させた。
得られた生成物は濾過で集め、常温で空気中乾燥した。生成物の一部は540℃
で窒素中1時間焼成し、次いで6時間空気中で焼成し、確認に用いた。
焼成した生成物は1120m”/gの表面積を持ち、次の平衡吸収能(g/10
0g)を示した。
H,010,8
ンクロヘキサン 〉50
n−ヘキサン 〉50
ベンゼン 67
焼成した生成物は38.4±2.0人のd間隔に非常に強い相対強度ラインを、
また226±1,0.200±1.0および15.2土10人に弱いラインを示
した。
MCM−41生成物は室温で硝酸アンモニウム水溶液と交換させ、次いで121
℃(250″F)で−夜乾燥した。得られた結晶の一部をA1.O,と混ぜ合わ
せて、65重量部のMCM−41と35重量部のアルミナの混合物を作製した。
この混合物に水を加え、得られた触媒を押出物に形成した。この触媒を5V/V
/分の窒素中6時間510℃(950°F)で焼成して活性化し、次いで窒素を
5V/V/分の空気で置き換えた。焼成は温度を538℃(10006F)に上
げ、この温度で5v/v/分の空気中で18時間保持することで完了した。ニッ
ケルとタングステンハ、N1(NOx)z・61hoと(NHa)sHaW+t
on18!O(D溶液を用いる、初発湿式共含浸によって取り込ませた。−夜1
21℃(250°F)で乾燥した後、押出物を5V/V/分の空気中で538℃
(10006F)で3時間焼成した。得られたNiW/MCM 41/Al2O
3触媒の物理的および化学的性質を次に示す・
ニッケル、重量% 3.7
タングステン、重量% 9.2
ナトリウム、ppm 200
表面積、■”/g 530
孔容量、園1/g 0.780
粒子密度、g/■l O,883
真の密度、g/11 2.837
この触媒を、385°〜401℃(7256〜754’F)の温度、1390Q
kPa (2000psig)の水素圧、1350v/v (7500SCFV
)の水素循環と0.55〜0.61のLH5Vで留分を水素化分解するために用
いた。これらの実験からのデータは下の表19に要約される。
表19
(NiW/MCM−41によるLHDC)温度、”C(”F) 385(725
) 393(739) 401(754)圧力、
kPa(psig) 13900(2000) 13900(2000) 13
900(2000)L HS V O,610,540,55650’F+転化
率、
重量% 9.3 20.8 36.0
潤滑油の性質
KV@100℃、
謬■2/s 13.08 10.48 7.59SUS1006F 772 4
68 261vI79 9g、1 113.3
流動点、
℃(’F) −9,4(15) −1,1(30) −1,1(30)潤滑油収
率、
重量% 80.5 66、6 54.3NiW/MCM 41触媒は重質中性留
分を、vIが53の粗留分から98VI生成物へ、20.8重量%の転化率で品
質向上させることに選択性があった。
実施例29〜32における潤滑油収率とV1選択性の関係のデータは図1に示さ
れている。試験した他のフッ素化しない触媒、即ちNiW/USYまたはNip
/ミル/アルミナると、フッ素化しないNiW/MCM−41触媒が、どの潤滑
油収率に対しても高いVl生成物を与え、あるいはどのVlに対しても高い潤滑
油収率を与えることが分かる。工業的に有意(95−100VI)なVlの範囲
では、NiW/MCM−41触媒に比べて、フッ素化したNiW/アルミナ触媒
が僅かに高い、潤滑油収率対V1選択性を示すが、フッ素を必要とするという欠
点がある。さらにNiW/MCM−41触媒の活性は、目標とする転化率を達成
するための温度要求性で決めると、フッ素化したおよびフッ素化しない、双方の
NiW/アルミナ触媒と比べて、非常に好ましいものであった。これは下の表2
0に示されているが、ここでは名目20重量%343℃+(650°F+)転化
苛酷度が達成されている。
表20
温度、℃(’F) 393(739) 407(765) 400(751)6
50’ F十転化率、
重量% 20.8 21.5 18.9圧力、
kPa(psig) 13900(2000) 13900(2000) 13
900(2000)L HS V 0.54 0.5 0.5NiW/MCM−
41触媒は、フッ素化したおよびフッ素化しないNiW/アルミナ触媒の双方よ
りも活性が高かった。潤滑油水素化分解用触媒は典型的には使用作業中、時間と
ともに老化するので、MCM−41触媒システムの活性の増大は、工業的サイク
ルの長さの改善の可能性という点で有益である。
実施例33
この実施例は重質中性相ロウの水素化加工における、非晶質触媒との比較を示す
ものである。原料は重質中性(HN)粗ワックスで、その性質は下の表21に示
す通りである。
表21
重質中性粗ワックスの性質
水素、重量% 14.56
窒素、ppm 54
硫黄、重量% 0.102
API比重 34.9
KV@100℃、 ms”/s 7.117溶媒抽出物、
重量%(D3235) 34 、05
模擬蒸留、℃(F)
IBP15 391/430 (736/805)90/EP 5451590
(1014/1095)脱ロウ油の性質
窒素、ppm 95
硫黄、重量% 0.220
流動点、℃(’F) −17,8(0)KV@40℃、鰭2/s 92.04
KV@100℃、i+m2/s 10.53Vl 96.2
組成、重量%
パラフィン 23.2
モノナフテン 19.4
ポリナフテン 37.1
芳香族 20.3
原料は、フッ素化したNip/ミル/アルミナ含む固定ベッド反応器中で処理し
た。この触媒は硫化し、次いで粗ワックス中に約1週間O−フルオロトルエンと
して600ppmのフッ素を加えてその場でフッ素化し、目標の触媒中2〜5重
量%のフッ素レベルとした。操作条件は13900kPa (2000psig
)の水素圧、ILH3Vで、反応器の温度は374°から402℃(705°か
ら755’F)に変化させて広い転化率範囲をカバーした。水素化分解段階から
の全液体生成物は、次に蒸留によって名目343℃+(650’F+)のカット
ポイントとした。ワックス質のボトムは次に溶媒脱ロウによって目標の−17,
8℃(06F)流動点にした。これらの操作の結果は表22にまとめられている
。
マスバランス番号 411 412 413 415 416 417 418
反応器温度 393 398 402 391 385 380 374℃(F
) (740) (750) (755) (735) (725) (715
) (705)6506F−転化率、
重量% 28 40 48 23 17 10 9潤滑油の性質
KV@100℃ 5.0 4.3 4.0 5.1 5.4 5.9 6.7V
I 137 143 140 146 141 137 131流動点、 −1
5−17,8−20,5−17,8−20,5−15−9,4℃(’F) (5
) (0) (−5) (0) (−5) (5) (15)VI@O’F流動
136 143 141 146 142 136 12g潤滑油収率、
重量% 40 43 42 40 34 33 29ワツクス転化率 50 7
4 84 42 24 12 4沸点転化率は次のように定義される:
650’ F−転化率=
(供給原料中の650°F+)−(生成物中の650°F+)供給原料中の65
0°F
ワックス転化率は次のように定義される。
ワックス転化率=
(供給原料中のワックス重量%)−(溶媒脱ロウ後の未転化ワックス重量%)供
給原料中のワックス重量%
実施例34
本実施例は、超大孔サイズ触媒の使用を示す。
以下のようにして、NiW/MCM触媒を製造した。
オートクレーブ中で以下の混合物を結晶化させることによってMCM−41(4
0人)の試料を調製した・
60.7pbw 水酸化セチルトリメチルアンモニウム(CTMA)(29重量
%のN、N、N−トリメチル−1−ヘキサデシルアンモニウムクロライド溶液を
水酸化物/ハライド交換樹脂に接触することによって調製)
1、3 p bw アルミン酸ナトリウム30.4pbw テトラメチルアンモ
ニウムシリケート(10%水溶液)7、6 p bw 沈降水和シリカ(His
il、◆)自己発生圧力下で撹拌しながら混合物を100℃で24時間結晶化さ
せた。得られた生成物を濾過により回収して、周囲温度で空気中で乾燥した。生
成物の試料を540℃において窒素雰囲気下で1時間、次いで空気中で6時間焼
成した。
生成物の性質は、MCM−41のものと合致した。
MCM−41を、室温の硝酸アンモニウムの水溶液で交換し、次いで121℃(
250°F)で−晩乾燥した。得られた結晶の一部分をAltosと一緒にし、
65重量部のMCM−41および35重量部のアルミナからなる混合物を形成し
た。
この混合物に水を加え、生成触媒を押出物にした。5V/V/分の窒素の下で6
時間にわたって510℃(950°F)で焼成することによって触媒を活性化し
、窒素を5v/v/分の空気に置き換えた。538℃(1000°F)に温度を
上昇させ、この温度を5v/v/分の空気の中で18時間にわたって保持するこ
とによって焼成を完了した。N1(Not)x・6HtOおよび(NHn)sH
zWu。・40H,Oの溶液を用いた初期湿潤含浸によってニッケルおよびタン
グステンを組み込んだ。121℃(2506F)で12時間乾燥した後、押出物
を5v/v/分の空気中で538℃(1000’F)で3時間にわたって焼成し
た。
NiW/MCM−41/AIt’s触媒の物理的性質および化学的性質は下に挙
げる通りである。
ニッケル、重量% 5,8
タングステン、重量% 291
ナトリウム、ppm 200
表面積、腸”/g 242
充填帯度、g/■1 0.749
この触媒は以下の処理条件においてワックス水素化分解/水素化異性化に用いた
:実施例29におけるように、13900kPa (2000psig)水素圧
、1350v/v (7500SCF/Bbl)水素循環およびILH8vで、
実施例33で用いたのと同じワックス原料を用いて行った。操作温度は382°
から397’1:(720’から746°F)に調節し、343℃−(6506
F−)沸点転化をカバーするようにした。これらの実験の結果は表23に示しで
ある。
表λ旦
ワックスのHDC/HDI
マスバランス番号 82 84 85 86 87 88 90 92反応器温
度、 382 385 385 389 389 393 397 38g’1
m:(8F) (720) (725) (725) (733) (732)
(740) (746) (731)650°F−転化、重量%18,4 2
1,5 23,6 29.2 29,8 41.1 59.5 35.6潤滑油
の性質
KV@100℃ 5,81 5.47 5,30 4,86 4.8574,5
5 4,29 5.02Vl 143.6145.7144.3142.8 +
45.7142.0141! 145.6流動点、 −6,7−15−15−1
5−15−1,2−12−15℃(F) (20) (5) (5) (5)
(5) (10) (10) (5)Vl@06F流動 139.6 1.44
.7 143.3 141.8 144.7 140 139.3 144.6
潤滑油収量、重量%39.5 38,6 40,3 47.6 44.3 47
.5 43.9 47.2ワツクス転化率 42.3 49,6 42,7 6
5,4 68,7 81.3 84.7 65.6図面の図2は、NiW/MC
M−41の活性が、フ・ソ素化したNip/アルミナ触媒の活性よりも高いこと
を示している。例えば、30重量%の343℃−(650’l−)転化率におい
て、フッ素化した触媒は394℃(742°F)の反応器温度を必要としたが、
MCM−41触媒は、約5.6℃(106F)低L1389’C(732″’F
)の温度を要求するだけであった。約30−60重量%の343℃−(650″
F−)転化率またはそれ以上の、好ましい沸点転化率範囲で、この活性の有利さ
は、低いサイクル開始温度という意味で、そしてより長0触媒寿命が期待できる
という意味で有益である。
図3はフッ素化NiW/アルミナとNiW/MCM−41触媒に対する潤滑油収
率が50重量%以下の低いワックス転化率では同様であるが、高いワ・ソクス転
化率では促進剤を用いないNiW/MCM−41触媒が、フ・ソ素化NiW/ア
ルミナ触媒に比べて有利な、望ましい収率を与えることを示している。
図4はNiW/MCM−41の潤滑油Vlがフ・ノ素化NiW/アルミナ触媒で
得られたVIに匹敵することを示している。工業的に有用であるワックス転化率
範囲(50−70重量%)では、MCM−41触媒は一定して140VIより高
い生成物を与え、これはフッ素化した触媒に匹敵するものである。
図5はMCM−41生成物の粘度の有益性を示している。どのワックス転化率に
おいても、MCM−41系の触媒から得られた潤滑油は、フッ素化した非晶質触
媒よりの生成物よりも高い粘度を示す。ワックスの水素化分解/水素化異性化プ
ロセスは水素化分解/水素化異性化した原料の粘度を減少させるので、粘度をで
きるだけ高く維持することが望ましい。例えば、この原料の目標粘度は100℃
において5mm2/sである:フッ素化したアルミナ触媒はこれを50重量%ワ
ックス転化率で達成する。MCM−41はずっと高いワックス転化率の65重量
%で操作でき、しかもこの目標粘度を達成する。高いワックス転化率で操作する
工業的有益さはかなりある:例えば、高いワックス転化率でのMEK充填の減少
であり、転化しないワックスのリサイクル流の減少である。
さらに潤滑油生成物を安定化させるために、水素化処理反応器には水素化異性化
反応器のダウンストリームが備えられていてよい。
図2
図3
図5
図4
ワックス転化率
フロントページの続き
(81)指定国 EP(AT、BE、CH,DE。
DK、ES、FR,GB、GR,IT、LU、MC,NL、 SE)、 CA、
JP
(72)発明者 デグナン、トーマス・フランシス・ジュニア
アメリカ合衆国 08057−2109 ニューシャーシー、ムアズタウン、バ
トック・パス736番
(72)発明者 レオノウィッツ、マイケル・ニドワードアメリカ合衆国 08
055−1307 ニューシャーシー、メトフォード・レイシス、マイガジー・
トレイル 201番
(72)発明者 フレスジ、チャールズ・セオドアアメリカ合衆国 19380
−6442 ペンシルバニア、ウェスト・チェスター、ソーンクロフト・ドライ
ブ 600番
(72)発明者 マーター、デビット・オーエンアメリカ合衆国 08096−
2557 ニューシャーシー、デプトフォード、クーパー・ストリート・ナンバ
ー272ビー 801番(72)発明者 マシン、ドミニク・ニコラスアメリカ
合衆国 08090−1734 ニューシャーシー、ウニノナ−、ノース・モン
ロー・アベニュー 10番
(72)発明者 ロス、ウィーズロー・シャーシーアメリカ合衆国 08080
−1807 ニューシャーシー、シラニル、バウンド・プルツク12旙
(72)発明者 ヴアートゥリ、ジェイムズ・クラークアメリカ合衆国 193
80−5848 ペンシルバニア、ウェスト・チェスター、モースタイン・ロー
ド 1346番