JPH06509374A - 超大孔寸法触媒による水素化分解 - Google Patents

超大孔寸法触媒による水素化分解

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 超大孔寸法触媒による水素化分解 本発明は、水素化分解(ハイドロクラッキング(hydrocracking) )の方法、更に石油供給原料(feedstock)を接触水素化分解して向上 した性能、特に低窒素含量の蒸留生成物を製造する方法に関する。
水素化分解は、種々の石油画分(fraction)をより軽質でより価値の高 い生成物、特にジェット燃料、ディーゼル油および加熱油(heating o il)などに転化するための石油の精製において幅広い用途が達成されている方 法である。水素化分解は、一般に、容量の変化をあまり伴わず、供給原料(fe ed)中のへテロ原子含有不純物を水素化する最初の水素化工程と共に行われる 。この最初の工程の際に、ヘテロ原子、主に窒素および硫黄を、無機物形態(i norganic form) (アンモニア、硫化水素)に転化し、そしてこ れらのガスを次の水素化分解工程の前に除去することができるが、例えば、ユニ クラッキング(unicracking)−J HCプロセスおよび米国特許第 4,435.275号に記載されている中程度圧水素化分解方法におけるように 、工程間分離(interstage 5eparation)を使用せずに、 2工程をカスケード式に一体にすることができる。
操作の第2工程では、水素化処理した供給原料を、酸性および水素化−脱水素化 機能の両方を有する三機能性触媒に接触させる。この工程では、触媒の存在下に おいて特徴的水素化分解反応が生じる。供給原料中の多環式芳香族化合物の水素 化ならびに、芳香族化合物およびナフテン環の開環を、脱アルキル化と共に起さ せる。更に水素化すると、芳香環が開環する。反応条件の過酷度によって、供給 原料中の多環式芳香族化合物はパラフィン系物質に水素化分解され、あるいは過 酷度のより低い条件においては、単環式芳香族およびパラフィンに水素化分解さ れる。ナフテンおよび芳香環は、操作過酷度の程度により生成物中に存在するこ とがあり、例えば高沸点生成物中の置換されたナフテンおよび置換された多環式 芳香族として存在する。
三機能性触媒は、一般に、水素化−脱水素化機能を提供する金属成分および酸性 機能を提供する多孔質の無機質酸化物担体を含んでなる。金属成分は、典型的に 、周期表(IU、PAC表)の第1VA族、第v■^族および第VIIIA族か らの金属を含んでなるが、一種の金属を採用することもできる。第VIA族およ び第VIII族からの金属の組合せ、例えばニッケルーモリブデン、コバルト− モリブデン、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−チタンなどが特に好ましい。第VIII族の貴金属、 特に白金またはパラジウムを採用することもできるが、一般に、これら貴金属の 触媒毒として作用するヘテロ原子をかなりの量で含む傾向がある高沸点供給原料 の処理には使用されない。
触媒中に酸性機能を与える多孔質担体は、無定形もしくは結晶性物質のいずれか または両者を含んでなることができる。無定形物質は、嵩高い多環式物質(芳香 族化合物および多環式)をかなりの量で含む非常に高沸点の供給原料の処理のた めに利点を有しており、これは無定形物質が通常、広範囲にわたる寸法の孔を有 しており、しばしば100〜400人の寸法範囲のより大きな孔は、酸触媒反応 が起り得る物内部構造の中に供給原料の嵩高い成分を浸入させるのに充分な大き さであるためである。この種の典型的無定形物質は、おそらく他の無機酸化物、 シリカ、マグネシアまたはチタニアなどにより変性されているアルミナおよびシ リカ−アルミナならびに両者の混合物を含む。
結晶性物質、特に大孔寸法ゼオライト、例えばゼオライトXおよびYなどは無定 形触媒に比べて活性の程度が高く、そのため水素化分解を、その温度で伴われる 水素化反応が熱力学的に有利である低温において行うことが可能になる。更に、 結晶性触媒は、操作時に、アルミナなどの無定形触媒よりも安定である傾向があ る。しかしながら、この結晶物質は、これらの中の最大孔寸法、典型的にはXお よびYゼオライトの7.4人であっても、供給原料(feed)中の種々の嵩高 い種がアクセスするには小さすぎるので、全ての用途に適当であるわけではない 。これらの理由のため、残油画分および高沸点供給原料の水素化分解には、一般 に、より活性の低い無定形触媒が必要とされる。
可能であれば、水素化分解触媒中に無定形および結晶性物質の利点を統合するこ とが望ましいが、無定形および結晶性物質の間の活性および選択性における差が そのような触媒を利用する上で好ましくないので、結晶性物質の代りに活性担体 を使用する可能性が提案されている。
結晶性水素化分解触媒は、一般に、生成物として、かなりの量のガソリン沸点範 囲物質(約330°F−1165℃−)を生成する。水素化分解されたガソリン は比較的低オクタン価であって、精油ガソリンプール(pool)中に混合する 前に、改質によって更に処理する必要があるので、水素化分解は、通常、ガソリ ン製造のために魅力あるルートではない。他方で、水素化分解プロセスは、これ らの両分中に特徴的に存在するヘテロ原子不純物を、これらの生成物について望 ましい低レベルに減少させるので、蒸留物画分、特にジェット燃料、加熱油およ びディーゼル油の製造に有利である。蒸留物の製造に関する結晶性アルミノシリ ケート(aluI+1nosilicate)触媒の選択性を、高ケイ質ゼオラ イト、例えば、米国特許第4、820.402号(バートリッジ(Partid ge)ら)に記載されているような50:1またはそれ以上のシリカ:アルミナ 比を有するゼオライトなどを使用することにより向上させることができるが、技 術においてこの利点がありながらも、典型的水素化分解供給原料の嵩高い成分を 収容することができる大きな孔寸法を有する無定形物質の特性と、ゼオライト触 媒の活性とを統合することが望ましい。
従来は、燃料の水素化分解において、触媒のゼオライト含量は所望の酸性度(a cidity)のために可能な限り高く、逆に、金属成分を担持するマトリック スの量は制限されており、そして触媒中のゼオライトの割合が高くなるにつれて 、金属成分として利用できる担体の量が減少しており、その結果、燃料の水素化 分解に必要な高ゼオライト配合において水素化活性が制限されるようになってい る。
第1に、水素化分解触媒中の無定形および結晶性物質の利点を、結晶性物質とし て活性担体を使用することにより統合することができるが、無定形および結晶性 物質の間の活性と選択性の違いは、そのような触媒の利用に有利ではない。
本発明の第1の態様において、本発明者らは、新規で独特の孔の形態を有するメ ソポーラスケイ質物質を、優れた特性の水素化分解触媒のための主成分として使 用できることを見出した。これらメソポーラスケイ質物質は、13人を越え、典 型的には20〜100人の範囲のセル直径を有する均一な孔(pore)を有す る規則的な結晶性の微細(micro)構造により特徴付けられる。これらの結 晶性触媒は、相対強度が100であるピークを少なくとも一つ含むX線回折パタ ーンにより容易に特徴付けられ、これらは6.7kPa (50torr)およ び25℃で結晶性物質100gあたり15g以上のベンゼンのベンゼン収着容量 により示される大きな表面積および多孔性を有する。これらの物質の内で最も卓 越したものは、MCM−41として識別される新しい金属シリケート(meta llosilicate)であって、これは、通常、シリケート骨格の中に、A 1、Ga、BまたはFeなどの四面体配位三価元素を組み込むことにより、ブレ ンステッド酸の部位を有するように合成されているメタロソリケート(meta llosilicate)である。この種のアルミノケイ酸塩物質は、酸触媒と して有利である良好な熱的および化学的安定性を有する。これらの物質の独特の 構造により、水素化分解を、優れた結果を伴う有利な条件、特にヘテロ原子不純 物を減少させる条件で行うことが可能となる。
水素化分解は、温和な圧力条件、典型的に、1500psig (10445k Pa。
絶対圧)、はとんどの場合に1000ps’ig (7000kPa、絶対圧) またはそれ以下、例えば800psig (5620kPa、絶対圧)の系全圧 において、メソポーラス触媒を使用して行うことが好ましい。これらの触媒は、 燃料の水素化分解における灯油(kerosene)および蒸留物収率に選択性 を示し、これは石油精製において今日使用される現在の技術的段階の無定形触媒 に匹敵する。本発明において製造される残油は、無定形触媒から製造される残油 と比べて、生成物品質(低窒素および芳香族)の利益を有する。
本発明の第2の態様において、本発明者らは、超大孔寸法水素化処理触媒の望ま しい特徴を見出し、超大孔寸法物質を利用してゼオライト水素化触媒に組合せて 、触媒の金属成分の担持のための表面積を更に供給し、一方、ゼオライトは分解 触媒に要求される酸機能を供給する。得られた触媒の組合せにより、良好な水素 化活性および良好な分解活性が共に得られる結果、触媒の金属配合および酸機能 の両者を最適化することができ、得られる触媒は燃料の水素化分解プロセス、特 に高い転化レベルが望まれる場合に有用である。
従って、本発明によれば、金属水素化−脱水素化成分、メソポーラスケイ質物質 および結晶性ゼオライト、好ましくは、ゼオライトUSYなどの大孔寸法ゼオラ イトを含んでなる水素化分解触媒が提供される。これらの触媒は、炭化水素供給 原料、通常、軽油などの高沸点供給原料を触媒の存在下で水素化分解に付する水 素化分解プロセスにおいて有用である。水素化分解は、温和な圧力条件下で行う のが好ましく、良好な選択性で高品質の灯油および蒸留物を製造することができ る。
添付の図面において、図1および2は、以下の実施例に記載するように、本水素 化分解触媒の性能をグラフにより表示している。
本発明のプロセスのための供給原料は、通常、200℃(400°F)、通常3 45℃(650°F)またはそれ以上の初期沸点を有する重質油画分であるが、 本触媒をナフサまたはユーデックス(Udex)ラフィネートまたはエキストラ クト(extract)などの軽質画分および軽質サイクル油(cycle o il)の水素化分解に使用することもできる。適当な高沸点供給原料は、軽油、 例えば減圧軽油、コーカー(Coker)軽油、フェノール、フルフラールまた はN−メチル−ピロリドンなどの溶媒を使用して潤滑油画分の溶剤抽出により製 造される潤滑剤エキストラクト、ビスブレーカ−(visbreaker)油ま たは脱アスファルト油などを含む。通常、供給原料は広い沸点範囲、例えば34 5〜590℃(650〜1100°F)を有するが、特定の供給原料ではより制 限された範囲であってよく、或いは非蒸留物、即ち残油画分を含むかまたは含ん でなっていてよい。ヘテロ原子は重要でなく、窒素含量は一般に200〜150 0ppmwの範囲である。同様に硫黄含量は重要でなく、一般に5重量%程度の 範囲である。硫黄含量は2.0〜3.0が普通である。
重質炭化水素供給原料は、通常、230℃(450’ F)を越える沸点成分を 実質的な量で含み、通常少なくとも290℃(554°F)、更に通常は345 ℃(650°F)の初期沸点を有するものである。典型的沸点範囲は、345〜 565℃(650〜1050°F)または345〜510℃(650〜950° F)であるが、当然、より狭い沸点範囲の油、例えば345〜455℃(650 〜850°F)の沸点範囲の油を製造することができる。重質軽油は、しばしば 、重賞サイクル油および他の非残油物質と同様にこの種である。260℃(50 0゜F)以下で沸騰する物質を一緒に処理(co−process)することは 可能であるが、そのような成分についての転化の程度は低くなる。この種のより 軽質の生成物(end)は、通常、約150℃(300″F)を越える初期沸点 を有する。
重質供給原料は、高沸点長鎖パラフィンおよびかなりの割合の環が接合された芳 香族を伴った高分子量芳香族とを含んでなる。処理の間、環が接合された芳香族 は、触媒上の金属機能により水素化され、ナフテンは酸触媒により分解され、パ ラフィン系分解生成物は、最初の供給原料内のパラフィン成分と共に異性化を受 けてイソパラフィンとなり、同時に多少の分解を受けてより低分子量の物質にな る。最初の多環化合物の単環分解残渣における不飽和側鎖の水素化は、水素化分 解触媒の金属成分により触媒されて、非常に望ましい最終生成物である置換され た単環芳香族化合物となる。
低硫黄、高水素含量、高セタン価(30〜45)ディーゼル油および同様の煙点 ジェット燃料(典型的煙点20〜25m園)により例示される高品質燃料は、適 当なVGO(減圧軽油)供給原料により得られる。
供給原料を高温に加熱し、続いて水素の存在下、水素化処理および水素化分解触 媒上を通過させる。水素化分解の熱力学が450℃(850″’ F)を越える 温度では不利になるので、これ以上の温度は通常使用されない。更に、水素化処 理および水素化分解反応が発熱反応であるので、供給原料を触媒床における所望 の温度、普通は290℃、通常360℃〜440℃(550℃、通常675〜8 25”F)に加熱する必要はない。このプロセスサイクルを開始時において、使 用する温度は上記範囲の最低温度よりも低いが、触媒が熟成されるにつれて、所 望する活性の程度を維持するために温度を上昇させることができる。
重質供給原料は、水素の存在下で触媒上を通過させる。油の空間速度は、通常、 0、1〜1. oUHsV、好ましくハ0.2〜2.0LH3vテあり、水素循 環速度は250〜1000n、1.1.−’ (1400〜5600SCF/b bl) 、更に通常は300〜800n、1.1.−’ (1685〜4500 SCF/bbl) Tある。水素分圧は、通常、系の全圧の少なくとも75%で あり、低ないし中圧力操作について反応器入口温度は通常400〜1500ps ig(2960〜10445kPa、絶対圧)、更に通常は800〜1200p sig (5620〜8375kPa、絶対圧)であり、これが本触媒について 好ましいモードであるが、1500psig (10445kPa、絶対圧)を 越える高圧操作も可能であって、特に燃料水素化分解について同様の利点を伴う 。
高圧モードにおいては1500−5000psig(10445〜34575k Pa。
絶対圧)の圧力が典型的であるが、これより高い圧力を使用することもでき、上 限は装置の拘束により通常設定される。低い転化率、例えば、50重量%以下の 転化率で345℃−(650°F−)生成物への操作を行う場合、圧力を通常の 常套手段よりもかなり低くすることができる。本発明者らは、700〜1200 psig (4930〜8375kPa、絶対圧)の系の全圧が、工業的水素化 分解プロセスにおいて通常使用される少なくとも1500 (10445kPa )である圧力に比べて満足できることを見出した。他の反応パラメータ、例えば 温度、空間速度、触媒の選択などを適当に選択することにより低転化率を達成す ることができ、低圧さえも使用できる。低圧は装置の設計の観点から望ましいが 、それは嵩張らず、従って安価な装置が適するからである。同様に、低圧は、通 常、芳香族の飽和への影響が少なく、従ってプロセスで消費する水素の全量にお いて経済的となる。
水素化分解触媒と水素化処理触媒との相対的割合を、装填材料を水素化分解工程 に通過させる前に供給原料中の窒素をアンモニアに転化させるための供給原料に より変化させることができる。この目的は、水素化分解触媒による所望の転化率 の程度が空間速度および反応温度の最適な組合せにより達成されるレベルまで、 装填材料の窒素レベルを減少させることである。供給原料内の窒素の量が多い程 、水素化分解触媒に対する水素化処理(脱窒素)触媒の割合が大きくなる。供給 原料内の窒素の量が少ない場合、触媒比は10:90(容量比、脱窒素:水素化 分解)程度であってよい。しかしながら、一般に、25ニア5〜75:25の比 が使用される。多くの原料では、はぼ等しい比、例えば40 : 60〜50  : 50が適当である。
全転化率は、供給原料の性質および所望する生成物の特性により、種々のレベル で維持することができる。プロセスの操作を低転化率レベル、即ち使用する重賞 油供給原料からの低沸点生成物、通常340− (650°F−)生成物へ50 重量%未満で行うことができ、その際、満足な生成物品質を維持できる。これら の低転化率の構成において、生成するガス(C4−)への分解の程度は対応して 低く、ナフサ(200℃−1400°F−)への転化率も同様であり、従ってプ ロセスの蒸留物選択性が高く、より軽質および望ましくない生成物への過分解が 最小になる。カスケード式操作では、この効果は、第1工程から持ち越されるア ンモニアの効果により部分的に獲得されると考えられている。転化率の制御は、 常套の手段、例えば温度、圧力、空間速度および他の反応パラメータを制御する ことにより達成する。
驚くべきことに、第2工程供給原料中に窒素および硫黄化合物が存在することは 、工程間分離のない場合の触媒熟成に悪影響を及ぼさず、本水素化分解触媒は、 以下に示すように、供給原料中の窒素含量を減少させるのに実際に非常に効果的 であることが判っている。
本プロセスは、現存の低圧装置において、低ないし中圧条件下で操作することが できる利点を有する。例えば、本プロセスを、脱硫に使用される低過酷度条件に 比べて低い圧力で操作できるので、脱硫装置を利用できる場合は、比較的少ない 改良で使用することができる。これにより、現存する精油装置を適応させて蒸留 生成物のプールを増加させることができるので、使用されるべき資本コストを実 質的に減少させることができる。
水素化処理 供給原料は、窒素および硫黄鵜含有化合物をガス性アンモニアおよび硫化水素に 転化するため、水素化分解触媒の前に、水素化処理触媒上を通過させる。この工 程で水素化分解は最小に行われるが、多環式芳香族の部分的水素化が、低沸点( 345℃−1650°F−)生成物への制限された程度の転化と共に行われる。
この工程において使用する触媒は、常套の脱窒素化(脱硝化)触媒であってよい 。
この種の触媒は供給原料中の窒素および硫黄を含有する不純物によって被毒を比 較的受けず、一般に、無定形、多孔質担体であり、例えばシリカ、アルミナ、シ リカ−アルミナまたはシリカ−マグネシアなどの上に担持される貴金属でない金 属を含んでなる。本プロセスのこの工程において広範な分解は望ましくなく、担 体の酸機能を、続いて行う水素化分解工程の触媒に比べて、比較的低くすること ができる。金属成分は、周期表の第VIA族および第VIII族の群から選ばれ る一種の金属、例えば、ニッケル、コバルト、クロム、バナジウム、モリブデン 、タングステンまたは金属の組合せ、例えばニッケルーモリブデン、コバルト− ニッケルーモリブデン、コバルト−モリブデン、ニッケルータングステンまたは ニッケルータングステン−チタンなどである。一般に、金属成分は良好な水素移 動活性について選択され、触媒は全体として、良好な水素移動および最小の分解 特性を有することになる。触媒を、金属成分(通常、担体中に含浸されており、 酸化物に転化されている)を対応する硫化物に転化するため、普通の方法で予備 硫化すべきである。
水素化処理(脱窒素)工程において、窒素および硫黄不純物をアンモニアおよび 硫化水素に転化する。同時に、多環式芳香族は部分的に水素化されて、第2工程 において更に容易に分解できるナフテンおよび水素化芳香族化合物を生成する。
第1工程からの流出液を、常套のアンモニアおよび硫化水素の工程間分離を経ず に、第2工程、即ち水素化分解工程に直接送ることができる。第2工程において 、流出液温度および触媒温度を制御するため、水素冷却(quenting)を 行うことができる。しかし、アンモニアと硫化水素と軽質画分の工程間分離を、 特に、不純物に対して一層高感度である貴金属水素化分解触媒により行うことが できる。
水素化分解触媒と水素化処理触媒との相対的割合は、装填材料を水素化分解工程 に通過させる前に供給原料中の窒素をアンモニアに転化させるための供給原料に より変化させることができる。この目的は、水素化分解触媒による所望の転化率 の程度が空間速度および反応温度の最適な組合せにより達成されるレベルまで、 装填材料の窒素レベルを減少させることである。供給原料内の窒素の量が多い程 、水素化分解触媒に対する水素化処理(脱窒素)触媒の割合が大きくなる。供給 原料内の窒素の量が少ない場合、触媒比は10:90(容量比、脱窒素:水素化 分解)程度であって4よい。しかしながら、一般に、25 : 75〜75 :  25の比が使用される。多くの原料では、はぼ等しい比、例えば40:60〜 50 : 50が適当である。
水素化分解 脱窒素/脱硫工程からの流出液を水素化分解工程に通して、水素化された芳香族 化合物を部分的に分解し、水素化分解触媒上で生じる他の特徴的反応を起させる 。
本発明の第2の態様では、3つの本質的成分を含む触媒の存在下で、水素化分解 を行う。第1の成分は、所望の水素化/脱水素化機能を与える金属であり、この 成分は2つの多孔質成分、即ちメソポーラス結晶性物質(これも触媒の酸機能を 提供する)および結晶性ゼオライト、例えばゼオライトUSYなどの大孔ゼオラ イト、ZSM−5などの中間(中程度)孔寸法ゼオライトまたはエリオナイトな どの小孔ゼオライトなどの上に担持されている。
触媒金属成分 水素化分解触媒は、成分として、担体として機能し、更に水素化分解反応のため の所望の酸機能を提供する以下に記載するようなメソポーラス結晶性物質を、水 素化−説水素化成分と共に含んでなる二機能性触媒である。水素化−説水素化成 分は、金属または金属の組合せにより与えられる。第VIIIA族の貴金属、特 に、パラジウム、白金または第■v^族、第VIA族および第VIIIA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などを 使用することができる。少なくとも1種の第VIA族金属、例えばタングステン と、少なくとも1種の第VIII^族金属、例えばニッケルとの組合せが、多く の目的に特に好ましく、例えば、ニッケルーモリブデン、コバルト−ニッケル、 ニッケルータングステン、コバルト−ニッケルーモリブデンおよびニッケルータ ングステン−チタンの組み合わせである。特定の用途には、パラジウムまたは白 金が好ましい。
金属成分の含量は触媒活性によって変化する。従って、活性の高い貴金属を、よ り活性の低い卑金属よりも少ない量で使用することができる。例えば、1重量% あるいはそれ以下のパラジウムまたは白金力叶分有効であり、好ましい卑金属の 組合せにおいては、金属換算で、ニッケル7重量%とタングステン2.1〜21 重量%が好ましい。しかしながら、本触媒/担体物質はその異常に広い表面積の ために、従来の担体物質よりも金属の割合を多く含むことができる点が顕著であ る。金属成分は一層で30重量%を越え、40%までまたはそれ以上の金属成分 を達成することができる。水素化成分は、金属がカチオン型である場合は担体物 質上で交換し、或いは担体物質に含浸し、または担体物質内に物理的に混合する ことができる。金属をメソポーラス担体内に含浸または該担体上で交換させる場 合、例えば、ゼオライトをパラジウムまたは白金含有イオンにより処理すること ができる。適当な白金化合物は、クロロ白金酸、塩化第一白金および、白金アミ ン錯体含有の種々の化合物を含む。金属化合物は、その中で金属が化合物のカチ オンで存在する化合物およびその中で金属が化合物のアニオンで存在する化合物 のいずれであってもよい。両方の種類の化合物を使用することができる。金属が カチオン性錯体のカチオンの形態であるパラジウムまたは白金化合物、例えば、 P d (N H3) 4 C12またはPt (NHs)4c1zが特に有用 であり、アニオン錯体としてはモリブデン酸イオン、バナジウム酸塩およびメタ タングステン酸塩などが特に有用であり、その場合、金属成分は担体内に含浸さ れる。他の金属のカチオン型も、結晶性物質上において交換またはその中に含浸 できるので、非常に有用である。
本発明の第1の態様において、水素化分解触媒の酸成分は、以下詳細に記載する メソポーラス結晶性物質である。この物質を本触媒において使用する場合、起る べき分解反応のための所望の酸機能を提供するため、メソポーラス結晶性物質は 、少なくとも部分的に水素型である。第2の態様では、水素化分解触媒の2つの 酸成分のうちの一方がメソポーラス結晶性物質である。
触媒に、温度およびプロセスにおいて使用する他の条件に耐えるための別の物質 を組込ませることが望ましいことがある。そのようなマトリックス物質には、合 成および天然の物質、例えばクレイ、シリカおよび金属酸化物のような無機物質 が含まれる。マトリックス物質は、それ自体が、一般的に酸型の性質である触媒 特性を有することがある。
触媒を、常套の予備硫化処理、例えば硫化水素の存在下において加熱する処理に より、金属の酸型、例えばCooまたはNiOなどをこれらの対応する硫化物に 転化することができる。
水素化触媒の二つの酸性成分の一方はメソポーラス物質である。この物質は、無 機質、多孔質、非層状の結晶相物質であって、(焼成した形態で)少なくとも1 3人の直径を有する孔と、18人より大きいd間隔に相対強度が100である少 な(とも1つのピークを有するX線回折パターンとにより特徴付けられる。これ らの物質の高い多孔性は、ベンゼンについて、6.7kPa (50torr) および25℃で物質100gあたりベンゼンが15gを越える高い収着能により 証明される。
結晶性物質の好ましい形態は、無機質、多孔質、非層状の結晶性物質であって、 最大垂直断面孔直径が少なくとも13人、典型的に13人〜200人であり、均 一な寸法の孔の六角形配列を有する。この結晶組成の好ましい形態は、MCM− 41として識別され、18人を越えるdl。。値により示すことができる六角形 電子回折パターンおよび、6.7kPa (50torr)および25℃におい て結晶100gあたり15gを越えるベンゼンの収着能を示す。
触媒の成分として使用する無機質、非層状のメソポーラス結晶物質は、以下の組 成・ Mn/q (Wa Xb Yc Zd Oh)[式中、Wは例えばマンガン、コ バルトおよび鉄のような遷移金属第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 はガリウム等の三価の元素、好ましくはアルミニウムであり、Yはケイ素および /またはゲルマニウム等の四価の元素、好ましくはケイ素であり、Zはリン等の 三価の元素であり、Mは例えば、アンモニウム、IA族、IIA族およびVIT B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を除い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、bScおよびdはそれぞれw、x、yおよびZのモル分率、hは1〜2.5 の数、そして、(a+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十り+c)がdより大きく、h=2の 場合である。他の態様では、a=0およびd=0、かっh=2の場合である。
本発明の水素化分解触媒の製造に使用するために好ましい物質はアルミノシリケ ートである。
合成型において、担体物質は、無水物を基礎として、経験的に、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。コ で示される組成を有する。
MとRの成分は結晶化の際にそれらが存在する結果として物質に取り込まれてお り、容易に除去することができ、あるいはMについては以下に記載する後結晶化 法(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、常 套のイオン交換技術により所望の程度まで、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。特に好ましいイオンは、最終的に水素 化分解触媒において所望する金属機能性を与えるものである。これらは、水素、 希土類金属ならびに元素周期表の第VII^族(例えばMn)、第VIIIA族 (例えばNi)、第1B族(例えばCu)、第1VB族(例えばSn)および第 VIIB族(F)の金属およびこれらのイオンの混合物を含む。
結晶性(これが意味することは、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(ord er)を有する)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、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。メ ソポーラス物質は、13〜200人、更に通常は15〜100人の範囲の均一な 孔を有する。これ、らの孔は、他の結晶性物質よりも著しく大きいので、これら を超大孔寸法物質を称するのが適切である。この適用のため、「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。
触媒物質は、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、この孔寸法は無定形またはパ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(孔寸法の分布は、一つの相内で、例えばそ の相の孔の平均孔寸法の±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。焼成した無機質、非層状の結晶性物質は、以下に 記載する物理収着測定により、13人またはそれ以上の孔直径を有するとして識 別することができる。孔寸法は、結晶の最大垂直断面孔寸法であると考えられる 。
本発明の触媒における孔寸法は充分大きいので、遷移状態種に関する空間的(S patiospecific)選択性がクラッキングなどの反応において最小に なる(チェ2(Chen)ら、[シェイブ・セレクティブ・キャタリシス・イン ・インダルトリアル・アブリケーンヨンズ(Shape 5elective  Catalysis in Industrial Applications )i 、第36巻ケミカル・インダストリーズ(Chemical Industri es)、第41〜61頁(1989年)、形状選択性に影響を及ぼす要因につい て論するためにこれらを引用する)。非常に大きい孔の結果、拡散限定も最小に なる。これらの理由により、本組成物は、嵩高い分子形態を有する成分を含む高 沸点の供給原料の水素化分解反応の触媒として特に有用である。
好ましい物質は大きな開口チャンネル(channel)の六角形配列を有し、 これは開口内径を13〜200人として合成することができる。「六角形」とい う用語は、実験的測定の限界内で数学的に完全な六角形対称を示す物質のみでな く、その理想的状態からかなりの逸脱が観察される物質をも含むことを意味する 。本発明の微細構造に適用した実用的定義は、物質中の大部分のチャンネルが最 も近くの隣接する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、本発明の超大孔法物質の認識し得 る像を与える。匹敵する変動は電子回折パターンからのdl。。値においても観 察される。
本発明の物質の最も規則的な試料は、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。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、透過電子顕微鏡および電子 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。
電子回折パターンのd、。。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a0に、式:  d+oo=ao (3)”/2 で関係付けられる。この電子回折パターンで観察されるdl。。間隔は、物質の X線回折パターンにおける低角度ピークのd間隔に相当する。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、物質の電子回折パターンのate 。値に対応するd間隔が約18人(Cu Ka線で4.909°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(6,7 kPa)5 Q torrおよび25℃で約15gベンゼン/結晶100g以上 の平衡ベンゼン吸着能により特徴付けられる(基準:必要であれば、処理した結 晶性物質の孔の付随する汚染物質による封鎖が全くないことの保証を意味する) 。
この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。孔を封鎖する無機無 定形物質、例えばシリカおよび有機物は、酸や塩基或いは他の化学試薬などに接 触させて除去することができるので、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10人のd間隔(Cu Ka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18人事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10人のd間隔よりも小さい位置に ピークが存在しないX線回折パターンにより特徴付けることができる。更に本発 明の焼成された物質のX線回折パターンは、最強のピークの約10%よりも大き い相対強度で約10人のd間隔より小さい位置にピークを有しない。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、物質の電子回折パターンのdl oO値に対応するd間隔を有する。
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・ピー・ニー・ディー・エックス(Scintag  PADX)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、X線 管源から始めて、それぞれ0.5.1.0.0.3、そして0.2mmであった 。異なるスリット系によるとピーク強度を異ならせることができる。本発明の物 質で最大の孔寸法を有するものには、透過した入射X線ビームから低角度のピー クを分解するため、より高度にコリメーションした入射X線ビームが必要である 。
回折データは2θを0.04°ずつ10秒毎の計数時間で段階的にスキャンして 記録した(θはブラッグ(Bragg)角)。層間間隔dはλ単位で計算し、バ ックグラウンドを差し引いたラインの相対強度1/10 (1,は最強ラインの 100分の1の強度)は、プロファイル・フィッティング・ルーチン(prof ile fitting routine)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) ン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 しても生じつる。
平衡ベンゼン吸着能は、孔封鎖性物質の除去を目的として、本発明の物質を、例 えば540℃で少なくとも約1時間、脱水または焼成し、所望により他の処理を した後、25℃および6 、7 kPa(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。
カチオン性物質のアンモニウム型は、熱処理(焼成)により容易に水素型に転化 することができる。熱処理は、一般に、これらの型の一つを少なくとも400℃ の温度で少なくとも1分間、一般に20時間を越えず、好ましくは約1〜10時 間加熱して行う。熱処理に減圧を採用することができるが、便利さの点で、空気 、窒素、アンモニア等の中における大気圧が望ましい。熱処理は750℃までの 温度で行うことができる。
結晶性物質は数種の方法の一つにより調製できるが、いずれも特別な制限を有す る。
第1の方法は、XzOs/Yonモル比がθ〜0.5であるが、Altos/S iOxモル比が0〜0.01、約25〜250℃、好ましくは約50〜175℃ 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+ −Cmアルコール、CI−0g 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 XzOs/ YOt O〜0.5 0.00 i−o、 5A1203/5iO y O〜0.01 0.001〜0.01XzOm/(Y(h+Zxos) 0 .1〜100 0.1〜20XzOm/(YO2+WO+ZtOs) 0.1〜 100 0.1〜20溶媒/ (YO2+WO+ Z!O8+X101) 1〜1500 5〜10000H’ /YO茸 0〜10 0〜5 (My*O+Rtz+O)/ (YO*+WO+ZsOs+XtOs) 0701〜20 0.05−5M、/ ・O/ (yo、+wo本2.0.↓X t Os ) O〜10 0〜5Rよ7.O/ (YO,+WO↓;hOs+X=03) o、 01〜2.0 0.03〜10 し式中、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、p H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、 Rxz+O/(Y02+WO+2206+X103)の比が重要である。この比 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。
結晶性物質を合成するための第2の方法は、0〜0.5のX*Os/YO,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,−C,アルコール、CI−CSジオールおよび/または 水、特に水などの溶媒もしくは溶媒剤混合物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L)範囲 XtOs/Y02 0〜0.5 0.001〜0.5XzOs/(YO2+Zz 05) 0.1〜100 0.1〜20XzOs/(YOz+WO+ZzOs)  0.1〜100 0.1〜20溶媒/ (Y O2+ W O+Z 206 +X 20 g ) 1〜1500 5〜 10000HゾYO20〜100〜5 (My−0+R2/10)/ (YO2+WO+Z20B+XzOs) o、 01〜20 0.05〜5M2 7−0/ (Y O2+ W O+ Z 205 + X 203) O〜10 0〜5R 2,,O/ (YO2+WO+Z20.+X、O,) 0.01〜2.0 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1こ加えない場合、 pHが重要であって、約9〜約14に維持しなければならなLl。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:′!結晶イヒ 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、) ′がケイ素を含んでなり、結晶化温度が25〜175℃、好ましくは50〜15 0℃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Cl−06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二 反応物質 有用範囲 好ましい範囲 Al2O3/5i02 0〜0.5 0.001〜0.5溶媒/5i02 1〜 1500 5〜10000H−/5if2 0〜10 0〜5 CMzy−0+R27+O)/ (Si02+AhOs) −0,01〜20 0.05〜5M2/−0/(Si 02+A1203) Q〜10 0〜5RytO/(Si02+A120s)  o、01〜20.03〜1[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。コこの第3の方法において、pHが重要であって、9〜14に維 持しなければならない。この方法は、以下の工程を含む。:(1)有機誘導剤( R)と溶媒または溶媒混合物とを、溶媒/R,,,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 template)Jを構成する。
(2)ステップ(1)の第1テンプレート混合物に、例えばシリカおよび/また はアルミナなどの供給源を、Rz7+0/(Si02+AhOs)の比が0.0 1〜2.0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5 分〜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10分〜24時間放置する。
(5)ステップ(4)からの生成物を50〜175℃の温度で、好ましくは1時 間〜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 thosilicate)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/ 、Oのモル比が50〜 800、好ましくは50〜500であるように混合する。この混合物が合成法の 「第1テンプレート」を構成する。
(2)ステップ(1)の第1テンプレート混合物に、テトラエチルオルトシリケ ートおよび、所望により酸化アルミニウムの供給源を、RxytO/5i01の モル比が約0.5〜約2.0となるように混合する。
(3)ステップ(2)から得られる混合物を、10分〜6時間、好ましくは30 分〜2時間、温度O〜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鋼オート 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。合成に続いて、結晶性物質を処理に付して、全有機性成分の一部 または全部を除去する。
合成法においてケイ素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く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、所望する孔寸法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、pH,温度または反応 時間を変化させることにより、異なる平均孔寸法を有する結晶生成物の形成を促 進することができる。
第1および第2の合成方法のために考えられたW、X、YおよびZの種々の組合 せの例に、 xyz Co AI Si P −−3i − があり、ここでWはMgまたは、例えばMn5Co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:[式中、Qは窒素またはリンで あり、R1、R2、R3およびR4の少なくとも一つは例えば−C6HIs、− C10H21、−CI8H33および−C1@H3?等の炭素数6〜36のアリ ール基もしくはアルキル基またはその組合せであり、RI、R4、R8およびR 4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。コ で示されるアンモニウムイオンまたはホスホニウムイオンである。上記のアンモ ニウムイオンまたはホスホニウムイオンが誘導される化合物は、例えば、水酸化 物、ハロゲン化物、シリケートまたはそれらの混合物であってよい。
上記の第1および第3の方法においては追加の有機誘導剤を有することが好まし 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、RI、R2、RsおよびR4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rRJを 構成し、モル比は、上記の最初の表に示した有機誘導剤/追加の有機誘導剤の1 00/1〜0.01/1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1ま、 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、ベンシルト1 ツ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、デンルトリメチルアンモニウム、ドデシルトリチルアンモニウムおよびジメ チルジドデン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 (嘘ない。
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:こ造形するこ 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 ツシユ(タイラー(Tyler))スクリーンを通過し400メツシユ(タイラ ー)スクリーン上に保持されるような粒径寸法を有する押出物であってよい。触 媒を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。
多孔質の結晶性物質は、この目的のため、マトリックス化して、またはマトリッ クス化せずに使用することができ、そして圧力低下を最小にしながら触媒上のガ スの通過を許容する押出物、ペレットまたはその他の形状に適当に成形すること ができる。この目的のため、該結晶性物質を、活性および不活性物質および合成 または天然ゼオライト、ならびに無機物質、例示すれば、クレー、シリカおよび /または金属酸化物、例えば、アルミナ、チタニアおよび/またはジルコニアと マトリックス化したり結合させたりすることができる。後者は、天然のものであ ってよ(、あるいはシリカおよび金属酸化物の混合物を含有するゲルまたはゼラ チン状沈降物の形態であってよい。活性である新規結晶と共に物質を使用するこ とによって、即ち、新規物質の合成時に存在するまたはそれと組み合わせること によって、幾つかの有機物転化プロセスにおいて触媒の転化および/または選択 性を変えることができる。不活性物質は、希釈剤として働くのに好適であり、所 定プロセスにおいて転化量を制御するので、反応速度を制御する他の手段を用い ることなく、経済的にかつ規則的に生成物を得ることができる。結合した触媒成 分の押出しを促進するように、前述のマトリックス物質を少なくともコロイド形 態で供給することが望ましいことがある。微粉砕した結晶性物質とマトリックス との相対比は幅広く変化し、結晶成分が1〜90重量%の範囲、更に通常は、特 に複合体をビーズ形態に調製する場合は複合体の2〜80重量%の範囲である。
ゼオライト成分 本発明の第2の態様において水素化分解触媒は第3の成分を含んでなり、それは 従来ゼオライトと称した結晶性メタロシリケートである。ゼオライトは、普通、 該ゼオライトの構造によって、大きな孔寸法、中間の孔寸法または小さな孔寸法 に分類されており、ここでこの名称の形態を使用するが、メソポーラス物質の孔 寸法がかなり大きいため、ゼオライトYなどのゼオライトを同じ基準で「大きな 孔」と称することが不適当となる。これらの名称はゼオライトに関すると認識さ れるが、ここではこれらの名称をメソポーラス物質に関して使用する。−−″″ −−大な孔寸法物質の結晶内孔容積は、12個のSing四面体の輪により形成 されるアパチャー(aperture)を介して近付くことができ、このクラス のゼオライトにおいては一般に、少なくとも74人の直径を有する。中間または 中程度の孔寸法ペンタシル(pentasile)ゼオライト、例えば、ZSM −5、ZSM−11およびZSM−23などは10員環構造を有し、小さな孔寸 法のゼオライト、例えばエリオナイト(erionite)およびゼオライトA などは8員環構造を有している。
これらの特徴的な構造要素は、ヘルデリッヒ(Hoelderich)、ゼオラ イト・キャタリスッ・フォー・オルガニック・シンセンーズ(Catalyst s For Organic 5yntheses)、アンゲバンテ・ヒエミー (Angevandte Chemie)第27巻、No、2、第226〜24 6頁(1988年)に論述されている。構造に従ってゼオライトの種類を決定す るよりも、フリレッテ(Frilette)がジャーナル・オブ・キャタリシス (J。
Catalysis)、第67巻、第218〜222頁(1981年)に論じて いるように、ゼオライトの拘束指数により分類することの方がしばしば便利であ る。フリレッテによりなされた分類に一致して、12員環の開口を有する大きな 孔寸法ゼオライト、例えばホージャサイトゼオライトは1以下の拘束指数を有し 、中間孔寸法のゼオライトは1〜12の拘束指数を示すが、小さな寸法のゼオラ イト、例えばゼオライトAおよびエリオナイトなどに特徴的な値はこれらと同等 である。拘束指数を測定する方法は、米国特許第4,016.218号に開示さ れており、その方法および典型的ゼオライトの拘束指数の開示はそれを引用する 。
本触媒において使用するのに好ましいメタロシリケートゼオライトはアルミノン リケード大孔寸法ゼオライトであり、−ホージャサイト1造、特にゼオライトY およびゼオライトU S ’I’などのゼオライトYの高シリカ型が好ましい。
大孔寸法ゼオライトが好ましいが、それは比較的開口構造が、水素化分解に通常 使用される高沸点供給原料中に含まれる多くの嵩高い分子種による接近を許容す るためであり、それで沸点範囲に一致したが達成される。アルミノシリケートゼ オライトが高レベルの酸活性を提供し、それにより適当な空間速度および温度得 られ、ゼオライトY、特にUSYの高シリカ型は、水素化分解プロセスにおいて 使用する上での卓越した長期安定性を有する。
中間孔寸法ゼオライト、例えばZSM−5、ZSM−11、ZSM−12、ZS M−23およびZSM−35なども本水素化分解触媒であって、特定の用途、特 に低沸点の水素化分解生成物が望まれる場合に好ましい。また、中間孔寸法ゼオ ライトはアルミノシリケート型において使用することが好ましいが、それは、こ の型が最も活性が強いからである。中間孔寸法ゼオライトは大孔寸法ゼオライト と組合せて使用して、3つ(またはそれ以上)の酸成分を有する水素化分解触媒 、例えばMCM−41、USYおよびZSM−5などを生成する。3物質の相対 的な量は、供給原料および所望する生成物の特性によって調整することができる 。
小孔寸法ゼオライトおよび濃密相またはクラスレート(clathrate)ゼ オライト、例えばZSM−39などを使用することは通常好ましくな(、それは これらのゼオライトが大孔寸法および中孔寸法のゼオライトを上回る利点を与え ないために精油プロセスにおいてほとんど使用されないためであるが、基本的に 、該ゼオライトは除外されない。
メソポーラス担体物質とこれが伴う金属成分およびゼオライトの相対的な量は、 使用目的の要求によって調整することができ、このことには、通常、触媒に要求 される水素化活性および分解活性が必要となる。はとんどの場合、多孔質成分と しては0.5+2〜2:0.5の値が典型的であるが、所望により、この範囲外 の値、通常、10:1〜1:10の範囲の値を使用してよい。2種の多孔質成分 の間での1:1の値が、多くの水素化分解の用途として適する。
比較的小さい孔寸法の分子ふるいゼオライトを、メソポーラス結晶性成分と同じ 触媒粒子内で複合化(composite)することができるし、または別の粒 子として混合したり、水素化分解機の別の部分もしくはゾーンとして設定するこ とができる。後者の場合、金属を伴っているメソポーラス成分は、供給原料が高 酸性で分解を行うゼオライトにぶつかる前に、水素化反応を促進するため、小さ な孔寸法分子ふるいの上昇流(upstream)に設置されることが好ましい 。
メソポーラス結晶性成分および比較的小さい孔寸法の分子ふるい成分を、同じ触 媒粒子内で混合したり、別の粒子として物理的に混合する場合、金属成分は、常 套の技術を使用して物質内に交換または含浸により含ませることができる。メソ ポーラス結晶性成分がゼオライト成分よりも広い表面積を育するので、金属はメ ソポーラス成分の方に優先的に収着される。
多孔質結晶性物質、即ちメソポーラス物質およびゼオライト成分は、触媒内にお いてマトリックス型で使用するのに適し、押出物、ペレツ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。結晶性成分は、活 性または不活性物質、合成または天然産のゼオライトならびに無機物質、例えば 、クレー、シリカおよび/または金属酸化物、例えばアルミナ、チタニアおよび /またはジルコニアなどとマトリックス化したり、混合したりできる。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。物質を結晶性物質と共に、即 ちそれと混合して使用することまたは、物質が活性な新しい結晶の合成中に存在 することは、特定の有機転化プロセス(organic conversion  process)において1触媒の転化および/または選択性を変化させる。
不活性物質は適切に希釈剤として作用し、プロセスにおける転化の量を制御する ので、反応速度を制御するために他の手段を用いずに、製品が経済的かつ規則的 に得られる。前述のマトリ・クラス物質の少なくとも一部がコロイド形態で提供 され、結合した触媒成分の押出を容易にすることが望ましい。微粉砕した結晶性 物質とマトリ・クラスとの相対的比率は、結晶性成分の範囲を1〜90重量%と して非常に幅広く変化させることができ、更に通常は、特に複合体をビーズの形 態で調製する場合、複合体の2〜8たはN、Oなどの金属の酸化物型をこれらの 対応する硫化物型に転化させて処理することができる。
以下の実施例1〜19により、結晶性触媒物質の調製を説明する。これらの実施 例において、水、シクロヘキサン、ベンゼンおよび/またはn−ヘキサンに対す る収着のデータは、以下のようにして測定した平衡吸着値である。:秤量した吸 着媒の試料は、540℃で少なくとも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 普媒の重量の増加は、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、 6.7 kPa (50Torr)および25℃において、15g/100g、 特に17.5/100g、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、lll11未満に減圧 した吸着室内で、25℃において、12Torrの水蒸気、4QTorrのn− ヘキサンもしくはシクロヘキサン蒸気、または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(a+anostat)に より制御することによって一定(土約15mI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990/951デユポン(duPont) T G Aシステ ムによるものである。吸着媒試料は、流通ヘリウム中、例えば350℃または5 00℃で恒量になるまで加熱して脱水(物理的収着水を除去)する。試料が、例 えば有機誘導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 着等混線の測定は、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。
5QTorrにおけるベンゼンの吸着の値を、吸着等混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。
塩化N、 N、 Nニトリメチル−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 (cetyltrimethylammonium ) )溶液100gを、テトラメチルアンモニウム(T M A (tetra aethylammonium))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%と水和結合的水4.5重量%を含み 、最終粒子寸法が約0.02μmの沈降水和シリカであるノ\イシル(11iS il) 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 気箱中に95℃で一装置いた。AI、031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 Stow 392 モル (CTMA)20 35.7モル (TMA)zo 61.7モル H,06231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475m2/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,08,3 シクロヘキサン 22.9 n−ヘキサン 18.2 ベンゼン 21.5 この実施例の生成物は、X線回折パターンにより、37.8±2.0人のd間隔 に非常に強い相対強度ライン、21.6±1.0および19.2±1.0人に弱 いラインを含むことにより特徴付けることができる。
・ 透過電子顕微鏡(TEM)により、均一な孔が六角形配列されており、約3 9人のdl。。値を有する六方晶の電子回折パターンの像が形成された。
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4.5重量%を含み 、最終粒子寸法が約0.02μmの沈降水和シリカであるハイシル25gを添加 した。
得られた混合物を静置型オートクレーブ中で150℃に一晩放置した。混合物の 組成はA1zOs1モルに対して以下のとおりであつた。:Na2O2,7モル 5i02 291 モル (CTMA)20 35.7モル (TMA)20 102 モル H206120モル 得られた固体生成物を濾過により回収し、周囲温度で風乾した。この生成物を5 40℃、窒素中で1時間、次いで空気中で6時間焼成した。
焼成生成物は、表面積が993 m”/gであり、平衡吸着容量(g/ 100 g)は以下のとおりであることが判った。
H2O7,1 ンクロヘキサン 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440■”/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718a”/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(T P A  (tetrapropylawonium)) 35%水溶液を混合して、A1 2031モルに対して以下の組成を有する混合物を調製した。
Na1Oo、65モル 5i02 65 モル (CTMA)20 8.8 モル (TPA)20 1.22モル 820 1336 モル 得られた混合物をポリプロピレンの瓶に詰め、95℃の水蒸気箱に192時間入 れた。次に試料を室温まで冷却し、これ(3重量部)に実施例1と同様に調製し た水酸化セチルトリメチルアンモニウム溶液1重量部と水酸化テトラメチルアン 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。Ah031モルに対する混合物の組成 は以下のとおりであった。: Na2O0,65モk Si02 65 モル (CTMA)20 15 モル (TPA)20 1.22モル (TMA)zo 35.6モル H202927モル 得られた固体生成物を濾過により回収し、周囲温度で風乾した。次に、生成物を 540℃にて、窒素中で1時間、次いで空気中で6時間焼成した。
焼成生成物は、表面積が1085m”/gであり、平衡吸着能(g/100g) は以下のとおりであることが判った。
820 11.5 シクロヘキサン >50 n−ヘキサン 39.8 ベンゼン 62 この実施例の焼成生成物のX線回折パターンは、38.2±2.0人のd間隔に 非常に強い相対強度ライン、22.2±1.0および19.4±1.0人に弱い ラインを含むことにより特徴付けることができる。TEMにより、生成物が超大 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 alus+1na) 、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、最終粒子寸法が約0. 02μmの沈降水和シリカであるハイシル25gを添加した。得られた混合物を 150℃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AhOs 1モルに対して以下のとおりであった。: Na2O0,23モル Sin、 33.2 モル (CTMA)xo 6.1 モル (TMA)go 5.2 モル H20780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1043m2/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。
HzO6,3 ンクロヘキサン 〉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、Al、O81モル に対して以下のとおりであった。: p2o、 i、 Oモル (Pyr)zo 0.51 モル H2047,2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。
H,033,2 ンクロヘキサン 19.7 n−ヘキサン 20.1 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、25.4±1.5人のd間隔に 非常に強い相対強度ラインを含むことにより特徴付けることができる。TEMに より、本発明の生成物が超大礼物質を含むことが示された(実施例23参照)。
実施例6 NaA10t (A120g 43.5%、Na2O30%)1.35gを水4 5.2gに溶解した溶液を、NaOH17,3g、コロイド状シリカ(40%、 ルドックス(Ludox)HS−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15 1gを実施例1と同様に調製した水酸化セチルトリメチルアンモニウム溶液31 gと混合し、95℃の水蒸気箱中に13日間貯蔵した。混合物は以下の相対モル 組成を有していた。:At、O8o、 25モル Na、0 10 モル 5iCh 36 モル (CTMA)zo O,95モル (T E A ) 20 2・58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%、Sin、を68.5重量%、Al 2O3を5.1重量%含んでおり、ベンゼンの平衡吸着容量が58.6g/10 0g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MS−40)41gの混合 物を容量600ccのオートクレーブ内で2 Q Orpmで撹拌しながら15 0℃で48時間加熱した。混合物の組成はS i O21モルに対して以下のと おりであった。:(CTMA)20 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%未滴のNa、約98.7重量%のSin、 および約101重量%のAl2O5を含み、表面積が896m2/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。
)(、Q 8.4 ンクロヘキサン 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、212±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(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1264のコロイド状シリカ(40%、ルド・クラス H5−40)21gの混合物を容量300ccのオートクレーブ内で200 r pc+で撹拌しながら150℃で48時間加熱した。混合物の組成はS i O ! 1モルに対して以下のとおりであった。: (CTMA)20 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、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Na193.2重量%の5i02および 領016重量%のA 1203を含み、表面積が992+a2/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。
HaO4,6 シクロヘキサン 〉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+4TMABr)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5iOz53.3重量%、Al2O33,2重量%、炭素15.0重量%、窒 素1゜88重量%、ナトリウム0.11重量%および灰分53.5重量%を含む ことが示された。540℃で、窒素中で1時間および空気中で6時間焼成した後 の物質のX線回折パターンは、35.3±2.0人のd間隔に非常に強い相対強 度ライン、20.4±1.0および17.7±10人に弱いラインを含む。TE M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827m”/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。
H,030,8 ンクロヘキサン 33.0 n−ヘキサン 279 ベンゼン 40.7 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( CIITMAOH,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 g sテトラメチルアンモニウムシリケート(10%Stow)の水溶液 200g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±10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 NaA102 (A120343.5%、Nazo 30%)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 .3mlおよびコロイド状ンリカ(ルドックスHS−40)96g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A1z031モルに対して以下のとおり であった。:Na、0 1.1 モル 5iOz 30.6モル (TEA)to 3.0 モル (CTMA)、0 3.25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1352+a”/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。
H,023,6 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、最終粒子寸法が約0.02 μm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時間装いた。混合物の組成はA12031 モルに対して以下のとおりであった。: Na、0 1.25モル 5iOz 27.8 モル (CTMA)20 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 5.2±15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932m”/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。
HzO39,3 ンクロヘキサン 46.6 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。
自由水約6重量%と水和結合水4.5重量%を含み、最終粒子寸法が約002μ I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100 ℃の水蒸気筒中に48時間装いた。混合物の組成はA12031モルに対して以 下のとおりであった。: Na2O1,25モル SiO□ 27.8モル (CTMA)20 5.1 モル (TMA)20 4.4 モル 820 650 モル 得られた固体生成物を濾過により回収し、周囲温度で風乾した。次いで生成物を 540℃にて、窒素中で1時間、次いで空気中で6時間焼成した。焼成生成物は 、以下の平衡吸着容量軸/100g)を有することが判った。
H2O35,2 ノクロヘキサン 〉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、22.4±1.0および19.4±1.0人に弱いラインを含む ことにより特徴付けられる。TEMにより、生成物が超大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ココ−レーションから 入手可能な非晶質沈降シリカであるウルトラシル(Ultrasil) 65  g s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5iOz1モ ルに対して以下のとおりであった。: (CTMA)20 0.10 モル 820 21.89 モル NaAlO20,036モル NaOH0,53モル 得られた固体生成物を濾過により回収して水洗し、室温で16時間乾燥後、54 0℃にて、空気中で10時間焼成した。焼成生成物は、表面積が840m2/g で、以下の平衡吸着容量(g/100g)を有することが判った。
H2O15,2 ンクロヘキサン 42.O 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 2,,0のモル比が155であるようにした水酸化ドデシルトリメチルアンモニ ラム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H*O/Ryず0のモル比は149であり、IPA/Rx/lO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. 15g、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(Sin gが10%)100gおよび水酸化テトラメチルアンモニウム25%水溶液13 .2gを添加した。この混合物のRy+O/(SiO=+At=O=)のモル比 は0.28であった。
この混合物を25℃で1時間攪拌した。得られた混合物を100℃のオートクレ ーブ中に入れ、100 rpmで24時間攪拌した。オートクレーブ内の混合物 の相対モル組成は、S i Oz 1モルに対して以下のとおりであった。:N a=Oo、 05 モル Al、030.036モル (CBTMA)to 0.18 モル (TMA)so 0.12 モル HxO36,0モル IPA 1.0 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1223m”/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,O25,5 シクロヘキサン 41.1 n−ヘキサン 35.1 ベンゼン 51 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±1.0および155±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 (臭化デシルトリメチルアンモニウムの約29重量%溶液を水酸基−ハロゲン交 換樹脂に接触させて調製した)水酸化デシルトリメチルアンモニウム50.75 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 時間装いた。得られた混合物の組成は、SiO*1モルに対して以下のとおりで あった。: (C菫oTMA)20 0.81モル H2047,6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915m”/gであ り、平衡ベンゼン吸着容量が35g/100gであることが判った。
アルゴン物理吸着データによれば、アルゴン吸収が0.34cc/gであり、細 孔寸法が15人であることが示された。
この実施例の焼成生成物のX線回折パターンは、27.5±1.5人のd間隔に 非常に強い相対強度ライン、15.8±1.0および13.7±1.0人に弱い ラインを含むことにより特徴付けられる。TEMにより、本実施例の生成物が超 大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、NaA10x1.65gを添加した。この混合物をN a A  10 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(TMA)シリケート水溶液(Sin、が10重量%)40g、ハイシル10 g、水200gおよび1.3.5−)リンチルベンゼン(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600 ccのオートクレーブに入れ、150rpIllで攪拌しながら105℃で68 時間加熱した。混合物の組成は、Ah031モルに対して以下のとおりであった 。:Na=0 1.25モル 5ift 27.8モル (CTMA)to 5.1モル (TMA)10 2.24モル Hz0 2256モル 1、3.5−トリメチルベンゼン 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N2/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2θ角におけるピークを分解する ためには、更に細いコリメーションスリットが必要であった。この実施例におい て使用するスリットは、X線管から始めて、それぞれ0.1.0.3.0,5、 そしてQ、2a+mであった。TEMによれば、この実施例の生成物が、電子回 折パターンにおいて観察されるように、d、。。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〜120人のd間隔のd 160値を 有すること実施例1と同様に調製した水酸化セチルトリメチルアンモニウム(C TMAOH)溶液80gに、NaA10x1.65gを添加した。この混合物を NaAlOx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)ソリケート水溶液(Si02が10重量%)40g、ハイシル1 0g1水200gおよび1.3.5−トリメチルベンゼン(メシチレン)120 g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6 00ccのオートクレーブに入れ、150rpmで攪拌しながら105℃で90 時間加熱した。混合物の組成は、AI!Os1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)20 5.1 モル (TMA)go 2.24モル H,02256モル 1、3.5−トリメチルベンゼン 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915m”/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、細孔寸法の中心が78人(トリモアーヒール(D olliIIore−tleal)法、実施例19(b)参照)であるが、70 人がら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、電子回折パターンにおいて観察 されるように、d+OO値の異なる数種類の物質を含むことが示された。これら の物質は約85人のd間隔から110人のd間隔までのa+OO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、NaAlO21,65g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(T MA)シリケート水溶液(S i O!が10重量%)40g、ハイシル10g および1,3゜5−トリメチルベンゼン(メシチレン)18gを添加した。得ら れた混合物を室温で数分間攪拌した。次いで、このゲルを300ccのオートク レーブに入れ、150rpmで攪拌しながら105℃で4時間加熱した。混合物 の組成は、A11031モルに対して以下のとおりであった。:Nano 1. 25モル 5iOz 27.8 モル (CTMA)to 5.1 モル (TMA)so 2.24モル H,o 650 モル 1.3.5−)リンチルベンゼン 19.9 モル得られた生成物を濾過し、温 い(60〜70℃の)蒸留水およびアセトンによる洗浄を数回行った。最終生成 物を538℃にて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975m”/g、平衡ベンゼン吸着容量が40g/10 0gを越えることが判った。アルゴン物理吸着データによれば、アルゴン吸収が 0゜97cc/gであり、細孔寸法が63人(トリモアーヒール法)であり、P  / P o =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。
実施例20 アルゴン物理吸着測定 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201!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る。試料に加えた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(^dosorption、 5urface Area  and Porosity)、第2版、アカデミツク・プレス(Academ ic 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両線を構成する。等 両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。充分詳細な等両線を作成するためには、少なくとも100個 の点が必要である。
等両線のステップ(屈曲)が細孔構造(syste園)の充填を示す。P /  P oの項のステップの位置が吸着の起こっている細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。大きな細孔は、より高いP/P、 の領域で充填される。等両線におけるステップの位置をより適切に位置決めする ために、log(P/P6)についての関数を導出する。
(log (P/Pa)の項で表される)吸着ピーク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細孔寸法、K=32.17、S=0.2446 、L=d+0.19、モしてD=0.57である。]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(Kavazoe)の 方法(G、ホーヴアス等、ジャーナル・オブ・ケミカル・エンジニアリング・オ ブ・ジャパン(J、 Chem、 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の測定等両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、生成物中に二つの別々の 超大孔相が存在するためであると考えられる。
10 22.8.308 13 35、’0142,1 14 40.0 15 22.4.304 16 15.0 比較のため、ゼオライトUSY(平衡ベンゼン収着容量が20.7g/100g であり、X線回折パターンがゼオライトYの全てのラインを有し、最大のd間隔 が14人である)の工業的に調製されている試料は、上記方法により測定して8 3人の孔寸法を有していた。
物理収着線から孔寸法を測定するため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、 1n(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、は 相対圧力(物理吸着等温式から)である。]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,Beal)の「 ジャーナル・オブ・アプライド・ケミストリー(J、^pplied Chel l、 )、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 両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。
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(超検鏡用 薄片切断法)によって研究用の調製を行う必要がある。時間がかかるが、この試 料調製技術は電子顕微鏡の分野における当業者に非常によ(知られている。物質 を樹脂(こ倶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1.5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ェツジ を備えたLKBモデルミクロトームを使用し、そして支持グリッドには400メ ツシユの銅グリッドを使用した。電子顕微鏡内での帯電を防止するために、試料 上の薄い炭素層を蒸発させた(エバポレーター内で試料に隣接した白い紙シート が淡灰色となる)後、試料を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 area  field limiting aperture 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回折パターンを観察した場合に、その電子回折パターン に対応する結晶像が、電子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、解釈するのが全く困難な回 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。この後者の技術が、電子回折顕微鏡写真を 製造するために使用される。
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人の二点間識別カを有する。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)veak 1eans)側に注意深く保持するならば、高分 解能(位相コントラスト)透過電子顕微鏡の技術の当業者に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 この実施例により無定形水素化分解触媒の使用を説明し、比較のための基本的ケ ースを提供する。
ベルシアン・ガルフ原油(Persian Gulf crude)からの重質 減圧軽油を、8400kPaノ水素圧(絶対圧X1200psig)、800n 、1.1.−’(45003CFB)(F)水素循環およびQ、5LHSVで、 DHC−2からなる無定形カスケード触媒系上で処理し、続いてDHC−6から なる無定形カスケード触媒系上で処理した。両触媒はUOPにより製造されてい る。VGO特性を以下の表1に記載する。
ペルシアン・ガルフ原油VGOの特性 水素(重量に) 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 27.7 モノナフタレン 8.3 ポリナフタレン 14.6 芳香族 49.4 蒸留結果(重量%) IBP℃(” F)) 277 (531)EP 577 (1071) 重質減圧軽油ヲ、8380kPaノ水素圧(絶対圧X 1200 psig)、 g Q Qn、 1.1゜−1(4500scf/bbl)ノ水素循環オよIJ  0 、5 LHSV”C’、DHC−2/DHC−6からなる無定形カスケー ド触媒系上で処理した(UOP)。
DHC−2触媒は、油をDHC−6触媒を含有する反応器の水素化分解領域にお いて処理する前に、窒素および硫黄成分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。DHC−6触媒は沸点範囲転化の大部分を行う。触媒充填比 は、38.4gのDHC−2と60.3gc7)DHC−64:よりHDT/H DCの重量比0.64で、全触媒容量が150m1である。
反応器過酷度を、650°F−転化率により測定し、これを次式により定義した 。
反応器過酷度は、一定のLHSVで、反応器温度を371〜399℃(700〜 750℃)の範囲で調整して変化させた。水素化処理および水素化分解反応器の 温度は、全てのラン(run)で同じ温度に維持した。これらのランの結果を、 以下に述べるように、図面の図1および2でグラフにまとめた。
実施例22 以下の方法に従って、MCM−41(40人)の試料を調製した。
9965g 塩化N、 N、 N−)ジメチル−1−ヘキサデシルアンモニウム の29重量%溶液を水酸基−ハロゲン交換樹脂に接触させて調製した水酸化セチ ルトリメチルアンモニウム(CTMA)208g アルミン酸ナトリウム 492g テトラメチルアンモニウムシリケート(10%水溶液)1245g  沈降水和シリカ(ハイシル)この混合物を、自生圧下、100℃で20時間、撹 拌して結晶化した。得られた生成物を濾過により回収し、周囲温度で風乾した。
生成物の試料を、540℃で、窒素中で1時間、続いて空気中で6時間焼成して 、特徴付けした。
焼成生成物は、表面積が1120m”/gであり、以下の平衡吸着容量(g/1 00g)を有していた。
H2O10,8 シクロヘキサン 〉50 n=へキサン 〉50 ベンゼン 67 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、22.6 ±1.0.20.0±1.0人および15.2±1.0人に弱いラインを含むX 線回折パターンによりMCM−41であると同定された。
MCM−41結晶性物質を室温硝酸アンモニウム水溶液により交換し、続いて1 21℃(250°F)で−晩乾燥した。得られた結晶の一部をAl2O3と混合 して、65重量部のMCM−41および35重量部のアルミナの混合物を形成し た。この混合物に水を加えて、得られる触媒を押出物に成形した。この触媒を、 510℃(950°F)で、窒素の5v/v/分で6時間焼成し、続いて窒素を 空気の5v/v/分に置換して活性化した。焼成は、温度を538℃(1000 ゜F)に上昇させ、その温度を5V/V/分の空気中で18時間維持して完了し た。
ニッケルおよびタングステンの組込みを、N1(NOs)z・6H30および( NH,)、H,W、、。・40HxO溶液を使用して、初期湿式共含浸により行 った。121℃(250°F)で−晩乾燥した後、押出し物を5v/v/分空気 中、538℃(1000°F)で3時間焼成した。NiW/MCM 41/Al 2O5触媒の物理的および化学的特性を以下に示す。: ニッケル(重量%)3.7 タングステン(重量%)9.2 ナトリウム(ppm) 200 表面積(m2/g) 530 孔容積(cc/g) 0.780 粒子帯度軸/cc) 0.883 実密度(g/cc) 2.837 実施例23 実施例22の触媒を、DHC−2/NiW−MCM−41力スケード式MPHC 反応器システムにおいて水素化分解触媒として使用した。触媒の充填比は、DH C−2を4.08g、NiW−MCM−41を6.40gとし、実施例21と同 じ<HDT/HDCの重量比を0.64、全触媒容量を20.2 ccとした。
実施例21の供給原料および条件を使用した。過酷度は、反応温度を382〜4 10℃(720〜770°F)の範囲で調整して変化させた。これらのランの結 果を図1および2でグラフにまとめた。
実施例21および23の活性の比較を、図1に示す。転化の活性は、両触媒系に ついて類似しており、5.6℃(10°F)以内であることがわかる。
図2は、実施例21および23の結果について、343℃−(650°F−)沸 点範囲転化率の関数として343℃−(650°F−)生成物選択性を示す。
このデータは、灯油166〜277℃(330〜440°F)および蒸留物22 7〜343℃(440〜650)についての選択性が、基本的ケースのDHC6 触媒と比較したMCM−41触媒系とほとんど同一であることを示す。これらの 結果の45重量%転化率レベルについても、以下の表6に表形式で示す。
表4 VGOブレンドのMPHC 反応器温度 ’C(’F) 396 (745) 401 (753)生成物組成 (重量%) C1C42,64,0 Cs−3301110,5 330−4409,59,0 440−65022,522,5 750+ 35 35 H1転化、n、1.1.” 124−133 151(SCFB) (700− 750) (850)これらの結果もまた、超大孔寸法分子ふるいが灯油および 蒸留物を無定形触媒系に匹敵する収率で製造できることを示している。
実施例24 実施例21および23の同じ転化率43重量%における全液体生成物(TLP) 試料を蒸留して730°F十残油物質を生成し、続いてこれを分析した。表5に この比較の結果を含む。
煮立 43重量%650°F十転化率における残油の特性730°F十特性 実施例2 2 実施例24窒素(ppll) 15 3 分子量 406 388 流動点、’C(’ F) 35 (95) 32 (90)動粘度、1.00℃ (關2/s) 5.019 4□804組成(重量%) パラフィン 44.5 43.3 モノナフタレン 15.7 19.3 ポリナフタレン 20.2 23・4 芳香族 19.6 14.0 蒸留結果 重量% ’C(’F) I B P / 5 343/377(650/711) 372/388 ( 701/731)実施例23のMCM−41触媒が、残油の窒素レベルを、実施 例21の触媒の15ppmに比べてa pl)fflの非常に低レベルへ減少さ せるのに一層効果的である。MCM−41にういての芳香族飽和の程度DHC− 6触媒を23%上回って向上した。
NiW/MCM−41/USY/AhOs水素化分解触媒実施例22の生成物を 硝酸アンモニウム水溶液により交換し、続いて121℃(250°F)で−晩乾 燥した。得られた物質の一部をアルミナおよび市販のUSY ()ソ(TOSo ll))と混合して、40重量%のMCM−41,40重量%のUSYおよび2 0重量%のAl、Osの混合物を形成した。この混合物に水を添加して、得られ る触媒を押出物に成形した。
この触媒を、未含浸の触媒の焼成を空気中、538℃(1000°F)で12時 間で完了する以外は、上記実施例22と同様にして活性化した。ニッケルおよび タングステンの組込みを、上記と同様にして行った。Ni、W/MCM−41/ USY/At20.触媒の物理的および化学的特性を以下に示す。:表6 水素化分解触媒の特性 ニッケル(重量%)4.4 タングステン(重量%) 14.8 ナトリウム(ppm) 80 表面積(m!/g) 430 孔容積(迅1/g) 1.000 粒子粒子帯g/nl) 0.753 実密度(g/ml) 3.046 実施例26 実施例25の触媒を、中圧水素化分解ランのセットにおいて水素化分解触媒とし て使用した。実施例21と同じ供給原料およびプロセス条件を使用した。ランの このセットのための水素化処理触媒は、市販のNiMo/Al□O8触媒(HD N−60、アメリカン・シアナミド(^merican Cyanamfd)) であった。反応器に、6゜27 g (8,’O+1)のHDN−60,4,4 5g (12,0m1)のNiW/MCM−41/USY触媒を充填した。反応 器温度を371〜393℃(700〜740”F)の範囲で調整して過酷度を変 化させた。これらのランの結果を図1および2にまとめている。
実施例21.25および26の結果の活性の比較を図1に示す。複合体触媒につ いての転化活性は、DHC−6およびMCM−41触媒系と比べて向上している ことがわかる。
図2は、実施例21.25および26の結果について、343℃−(650゜F −)沸点範囲転化率の関数として343℃−(650°F−)生成物選択性を示 す。このデータは、灯油166〜277℃(330〜440°F画分)および蒸 留物227〜343℃(440〜650両分)についての選択性が、DHC−6 およびMCM−41触媒と比較して、MCM−41/USY触媒に匹敵すること を示す。これらの結果の45重量%目的供給原料転化率の通常レベルについても 、以下の表6に表形式で示す。
嚢1− VGOブレンドの水素化分解 (45重量%転化率、1200psig、 0.5LH3V)HDN−60/N il 艶III DHC−2/DEC−6DHC−2/Ni1−麗C11−41USY /蓋Cト41反応器温度 ℃(” F) 396(745) 401(753) 389(732)生成物 組成 (重量%) CI C42,64,035 Cs 330 11 10.5 105330−440 9.5 9.0 10 0 ’440−650 22.5 22.5 220750 + 35 35  35 H2転化、n、1.1.−’ 124−133 151 169(SCFB)  (700−750) (850) 、(950)USY/MCM−41複合体触 媒により添加活性の向上が得られ、MCM−41触媒に比べて軽質ガス収率が減 少している。これらの結果は、MCM−41超大孔寸法分子ふるいに、より小さ い孔寸法の分子ふるいを組合せることにより、無定形触媒系に匹敵する灯油およ び蒸留物収率を得ることができ、水素化分解活性についてはより良好であること を示している。
超大孔寸法分子ふるいを、水素化分解、特に上述した低ないし中水緊圧に使用す ることにより、技術段階の無定形系触媒に匹敵する灯油および蒸留物選択性を得 るための魅力のある選択が与えられる。分子ふるいは無定形触媒よりも一層安定 であることが明らかになったため、これらの触媒をこの種のプロセスに利用する ことの利点には、残油の品質を向上させることおよび安定性を増大させる可能性 があることが含まれる。更に、本発明のメソポーラス担体物質により有する非常 に大きな表面積は、触媒が分解機能を提供するために高い程度の酸機能を必要と する燃料水素化分解において、特に有利である。常套のゼオライト水素化分解触 媒では、このことは触媒中にゼオライトを高配合することにより得られていたが 、そうすると、金属機能を支えるのに利用できるマトリックス物質の量を減少さ せることになる。しかし、メソポーラス担体の広い表面積により、適当な酸機能 を与えながら、高配合量の金属を容易に収容することが可能になる。
図1 C5−330eF収率(重量%) 440−650°F蒸留収率(11量%)C ,−C−ス収禽(重量%) 330−440°Fケロシン(重量%)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、J P (72)発明者 ケヴイル、キャスリーン・マリ−アメリカ合衆国 77707  テキサス、ビューモント、ライローベンド・コート4338番 (72)発明者 ランデイス、マイケル・ニージンアメリカ合衆国 08080  ニューシャーシー、シラニル、ボックス・384、アールディー 2番 (72)発明者 マーラー、デビット・オウ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、ナンバー272ビー、クーパー ・ストリート801番 (72)発明者 マシン、ドミニク・ニージンアメリカ合衆国 08090−1 734 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

Claims (24)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.水素の存在下において、炭化水素供給原料を、酸機能および水素化一脱水素 化機能を有し、少なくとも13Å単位の直径を有する孔を有し、焼成後、18Å より大きいd間隔に相対強度が100である少なくとも1つのピークを有するX 線回折パターンを示す無機質、多孔質、結晶相物質を含んでなる二機能性水素化 分解触媒と接触させる水素化分解方法。
  2. 2.結晶相が、焼成後、少なくとも13Åの直径の均一な寸法の孔の六角形配列 を示し、焼成後、18Åより大きいd100値で示すことができる六方晶電子回 折パターンを示す請求の範囲1記載の水素化分解方法。
  3. 3.結晶相が、焼成後、d間隔が電子回折パターンから得られるd100値に相 当する少なくとも1つのピークを備えたX線回折パターンを有する請求の範囲1 記載の水素化分解方法。
  4. 4.結晶相が、6.7kPa(50torr)および25℃において、100g あたりベンゼン約15g以上の平衡ベンゼン吸着容量を示す請求の範囲1記載の 水素化分解方法。
  5. 5.結晶相が以下の組成: Mn/q(WaXbYcZdOh) [式中、Mは一種またはそれ以上のイオンであり、nは酸化物として表わされる Mを除く成分の電荷であり、qはMの重み付け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であり、Wは一種またはそれ以上の二価元素であり、 Xは一種またはそれ以上の三価元素であり、Yは一種またはそれ以上の四価元素 であり、Zは一種またはそれ以上の五価元素であり、a、b、cおよびdはそれ ぞれW、X、YおよびZのモル分率であり、hは1〜2.5の数であり、そして (a+b+c+d)=1である。] で示される請求の範囲1記載の水素化分解方法。
  6. 6.Wが二価の第1列遷移金属またはマグネシウムを含んでなり、Xがアルミニ ウム、ホウ素、ガリウムおよび/または鉄を含んでなり、Yがケイ素またはゲル マニウムを含んでなり、そしてZがリンを含んでなる請求の範囲4記載の水素化 分解方法。
  7. 7.a=0およびd=0、かつh=2である請求の範囲4記載の水素化分解方法 。
  8. 8.Xがアルミニウム、ホウ素、ガリウムおよび/または鉄を含んでなり、Yが ケイ素またはゲルマニウムを含んでなる請求の範囲7記載の水素化分解方法。
  9. 9.Xがアルミニウムを含んでなり、Yがケイ素を含んでなる請求の範囲8記載 の水素化分解方法。
  10. 10.触媒が周期表の第VIA族、第VIIA族または第VIIIA族の群の少 なくとも一種の金属を含んでなる請求の範囲1記載の水素化分解方法。
  11. 11.触媒が、周期表の第VIA族の少なくとも一種の金属および第VIIIA 族の少なくとも一種の金属を含んでなる請求の範囲1記載の水素化分解方法。
  12. 12.供給原料と触媒との接触を、2900〜10600kPa(400〜15 00psig)(反応器入口)の圧力、288〜440℃(550〜825°F )の温度および0.2〜2.OLHSVの空間速度において行う請求の範囲1記 載の水素化分解方法。
  13. 13.供給原料と触媒との接触を、5600〜8400kPa(800〜120 0psig)(反応器入口)の圧力、343〜427℃(650〜800°F) の温度および0.5〜2.0LHSVの空間速度において行う請求の範囲12記 載の水素化分解方法。
  14. 14.低沸点範囲生成物への転化率が30〜70重量%である請求の範囲1記載 の水素化分解方法。
  15. 15.343℃−(650°F−)生成物への転化率が30〜70重量%である 請求の範囲14記載の水素化分解方法。
  16. 16.低沸点範囲生成物への転化率が40〜70重量%である請求の範囲1記載 の水素化分解方法。
  17. 17.343℃−(650°F−)生成物への転化率が40〜70重量%である 請求の範囲16記載の水素化分解方法。
  18. 18.触媒が更にゼオライト成分を含んでなる請求の範囲1〜17のいずれかに 記載の方法。
  19. 19.ゼオライト成分が、少なくとも7.4Åの平均寸法の孔を有する大孔寸法 ゼオライトを含んでなる請求の範囲18記載の方法。
  20. 20.ゼオライト成分がホージャサイト構造を有するゼオライトを含んでなる請 求の範囲19記載の方法。
  21. 21.ゼオライト成分がゼオライトYを含んでなる請求の範囲20記載の方法。
  22. 22.ゼオライト成分がゼオライトUSYを含んでなる請求の範囲21記載の方 法。
  23. 23.ゼオライト成分が中間孔寸法ゼオライトを含んでなる請求の範囲18記載 の方法。
  24. 24.ゼオライト成分が中間孔寸法ゼオライトとしてZSM−5を含んでなる請 求の範囲23記載の方法。
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