JPH06509375A - 高粘度指数潤滑剤の製造 - Google Patents
高粘度指数潤滑剤の製造Info
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- JPH06509375A JPH06509375A JP5503047A JP50304793A JPH06509375A JP H06509375 A JPH06509375 A JP H06509375A JP 5503047 A JP5503047 A JP 5503047A JP 50304793 A JP50304793 A JP 50304793A JP H06509375 A JPH06509375 A JP H06509375A
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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】
高粘度指数潤滑剤の製造
本発明は、鉱油供給原料、特に石油ワックスを水素化分解して高粘度指数潤滑剤
を製造することに関する。
従来、鉱油系潤滑剤は、大気圧下でパラフィン系原油を分別し、次いで減圧下で
分別し、蒸留画分にュートラル油)および残渣画分を生成することを含んでなる
石油精製において行われる逐次分離によって製造されていた。残渣画分は脱アス
フアルト化および過酷な溶媒処理の後に、通常、ブライトストックと呼ばれる潤
滑剤基油としても使用できる。従来、低粘度指数(Vl)成分を除くための溶媒
抽出の後において、ニュートラル油は、溶媒または触媒的脱ロウ法により脱ロウ
に付され、望ましい流動点にされ、その後、脱ロウ化された潤滑剤原料油は水素
化仕上げされて、安定性が改良され、着色物が除去される。この従来の方法は、
適切な量で所望の品質を有する所望潤滑剤画分を生成する粗原料油、通常はパラ
フィン特性を有する粗原料油の選択および使用に依存する。しかし、最良のパラ
フィン性粗製物よりも高い芳香族炭化水素含量を有することが通常である限界品
質または悪い品質を有する粗製物を利用できる潤滑剤水素化分解法によって許容
可能な原油産地の範囲を拡張することができる。石油精製工業において充分に確
立された潤滑剤水素化分解法は、供給原料中に存在する芳香族炭化水素の部分的
飽和および開環を行う三機能性触媒の存在下で、高圧下で行う初期水素化分解工
程を一般に含んでなる。次いで、水素化分解された生成物を、目標流動点に達す
るように、脱ロウする。パラフィン特性を有する初期水素化分解工程からの生成
物は、脱ロウ工程において除去される必要のあるかなり高い流動点を有する成分
を含むからである。
自動車エンジン設計の現在の傾向において、エンジンの効率が増加するとともに
操作温度が高くなっており、高い操作温度は首尾よく高い品質を有する潤滑剤を
特徴とする請求の1つは、高い粘度指数(Vl)であり、エンジン潤滑剤の粘度
に対する高い操作温度の影響が低減される。高いVl値は、Vl改良剤、例えば
、ポリアクリレートの使用によって従来達成されていたが、このようにして行わ
れ得る改良の程度には限界がある。加えて、Vl改良剤は、エンジンにおいて生
じる高い剪断速度および高温の影響において分解する傾向にあり、高効率エンジ
ンにおいて生じる高い応力条件によって、かなりの量のVl改良剤を使用する油
の早い分解が生じる。したがって、現在のエンジンにおいて生じる高温高剪断速
度条件に対して安定であり、高い粘度指数の液体に基づく自動車用潤滑剤に対す
る要求が続いている。
成る触媒の存在下でオレフィンの重合によって製造した合成潤滑剤は、良好なり
I値を有するが、従来の合成法によって製造する場合には高価であり、通常、高
価な出発物質を必要とする。したがって、石油精製において現在用いられている
技術と対等の技術によって、鉱油原料油から高Vl潤滑剤を製造することに対す
る要求が存在する。
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
点の多く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・ソプメンツ・イン・ルブリケイション(Developments in
Lubrication)、PD19(2)、221〜228頁に開示されて
おり、この方法において、ワ・クラス性供給原料、例えば、ワックス性蒸留物、
脱アスファルト油および粗ワ・クラスが、2工捏水素化処理法に付される。この
処理法において、初期の水素化処理ユニツ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。脱ロウ剤か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。
無定形三機能性触媒、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。イギリス国特許出願公開第1.429
,494号に記載された方法において、ワックス性供給原料の脱ロウによって製
造された粗ワックスは、2000psigまたはそれ以上の水素圧で三機能性水
素化分解触媒による水素化分解に付され、次いで、水素化分解生成物の脱ロウを
行い、所望流動点を得る。脱ロウは、水素化分解工程に分離ワックスを再使用し
て溶媒法によって行うことが好ましいと記載されている。
この種の方法において、水素化分解触媒は、典型的には、無定形酸性担体上の水
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、卑金属の組合せ、周
期表の鉄族(第VIII族)から選択された1種の金属と第VIB族から選択さ
れた1種の金属との組合せ、例えば、ニッケルとモリブデンまたはタングステン
との組合せである。イギリス国特許第1,350,257号、第1,342.4
99号および第1,440,230号、フランス国特許第2,123,235号
および第2゜124.138号、ならびにヨーロッパ特許第199.394号に
記載されているように、リンまたはホウ素のような改質剤が含まれてよい。イギ
リス国特許第1゜440.230号に記載されているように、ホウ素を改質剤と
して用いてもよい。
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、すなわち、その製造時に適切なフッ素化合物
の形態でフッ素を触媒に加えることによっ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。
ワックス性供給原料の処理のため無定形触媒を使用する方法によって高粘度指数
潤滑剤を製造できることが示されているが、それには限界がある。最も良好には
、供給原料を生成し、水素化分解生成物を所望流動点に脱ロウするために、この
方法はかなりの脱ロウ性能を必要とする。その理由は、無定形触媒は典型的に使
用される高圧、約2000psigの条件下で芳香族炭化水素の飽和に対して有
効であるが、パラフィン成分の異性化に対する活性および選択性は要求される程
高くなく;従って、かなり直鎖のパラフィンを、生成物流動点規格に充分に合致
する程度にまで、かなり高い粘度指数を有するが低い流動点特性を有するワ・ツ
クス性がより低いイソパラフィンに異性化できないということである。従って、
ユニツトを通過するワックス性パラフィンを、次の脱ワツクス工程時において除
去し、再使用する必要があり、こうしてユニットのキャパシティーを低減する。
無定形触媒の限定された異性化活性は、単一パス収率を約50%以下の値に限定
し、対応するワックス転化率は約30〜60%である。しかし、より高い収率が
プロセスの効率を明らかに向上させる。生成物Vlも、異性化活性により、典型
的には、単一パス操作において0°F流動点で約145に限定される。無定形触
媒の温度要求も、少な(ともゼオライト触媒に比較して、かなり高く、典型的に
は、約700〜800°Fである。
ワックス性供給原料を高Vl潤滑剤原料油に品質向上する他の方法がアメリカ合
衆国特許第4,919.788号および第4.975.177号に記載されてL
Xる。
ここでは、ワックス性供給原料、典型的にはワ・クラス性軽油、粗ワ・クラスま
た1ま脱油ワックスが、高度にケイ質のゼオライトβ触媒により水素化処理され
る。アメリカ合衆国特許第4,419,220号に記載されているように、ゼオ
ライトβは芳香族炭化水素の存在下でパラフィンの異性化に対して非常に有効で
あることが知られており、その能力はアメリカ合衆国特許第4,919,788
号および第4.975,177号の方法において、生成物の収率および粘度特性
を最適化するように有効に利用されている。ゼオライトβ触媒は、供給原料の後
末端1こ含有される高分子量パラフィンを、ワックス性の低い物質に異性化し、
これらの成分力)らの潤滑剤範囲の外側で沸騰する物質への分解を最小にする。
供給原料の前末端におけるワックス性パラフィンは、溶媒または触媒的に、後の
脱ロウ工程1こお0て除去され、目標流動点を達成する。パラフィン水素異性化
プロセスと、供給原料の前末端における次の選択的脱ロウプロセスの組合せによ
って、これらプロセスの単独よりも高い生成物Vlを達成することができ、加え
て、プロセスは、要求に応じて、収率効率のためまたはVl効率のために最適化
することができる。
このゼオライト触媒プロセスは、高度にパラフィン性の供給原料を取り扱うこと
において非常に有効であるとわかっているが、低品質芳香族炭化水素を除去する
低い能力と組み合わさったゼオライトβ触媒の高異性化選択性は、かなり少ない
量の芳香族炭化水素を含有する供給原料へこのプロセスを適用することを限定す
る傾向にある。芳香族炭化水素および他の多環式物質はゼオライトによって容易
に攻撃されず、従って、これらは、プロセスを通過して生成物中に残存し、VI
が低下する。潤滑剤収率は、低転化率における低ワックス異性化選択性および高
転化率における潤滑剤沸騰範囲外側のワックス分解によって拘束される傾向も有
する。最大潤滑剤収率は、典型的には、20〜30重量%の転化率範囲(650
°F十転化率)において得られる。従って、生成物における高Vl値を保持しな
がら潤滑剤収率を向上させるため、異性化選択性を増加すると同時に、水素化分
解選択性を減少させることが好ましい。
従って、要約すれば、無定形触媒を使用したプロセスは、単一パス転化率および
全収率に関して劣っているとみなせる。無定形触媒は多環式物質の存在下でパラ
フィン異性化に対してかなり非選択性であるが、分解に対して高い活性を有して
おり、全収率が低いままであり、脱ロウ要求は高いからである。対照的に、ゼオ
ライト触媒プロセスは、高い収率を達成できる。ゼオライトはパラフィン異性化
に対して非常に高い選択性を有しているからであるが、プロセスにおいて使用さ
れる穏やかな水素圧で芳香族炭化水素は低品質供給原料において充分に扱われず
、操作は、種々の転化率レベルでゼオライトの変化する選択性要因によって拘束
される。
本発明者は、2工程のワックス水素化分解−水素異性化方法により、高品質の高
粘度指数(Vl)潤滑剤を製造する方法を発明した。この方法により110を越
える、一般に140以上、通常140〜155の高粘度指数を有する生成物を製
造することができる。好ましい高ワックス含量供給原料(50%以上がワックス
)では、143〜147の■1値を有する生成物を容易に得ることができる。
主として直鎖およびほぼ直鎖のパラフィンであるワックス性パラフィンを、高粘
度指数の低ワックス性イソパラフィンに転化するプロセスの効率により、潤滑剤
生成物収率は高く、生成物に対する脱ロウ要求は著しく低い。本発明は、ゼオラ
イト触媒水素異性化プロセスと比較して、供給原料から低品質の芳香族成分を除
去するのにより有効であるので、広い範囲の供給原料に適応して、一定品質の生
成物を与えることができるという利点;最大潤滑剤収率(約20〜30%転化)
を得る範囲における収率の利点および5〜40%の広い転化率(非潤滑剤範囲生
成物、一般に343℃(650°F−)生成物に対して)においてより高い生成
物V Iを与えるという利点がある。
本発明によれば、ワックス性供給原料を2工程の水素化分解−水素異性化に付す
る。第1工程において、供給原料を、限定された転化率のかなり穏やかな条件下
で、多孔質担体物質上に水素化金属成分を含んでなる三機能性触媒による水素化
プロセスに付する。第2工程は、比較的酸性度の低い金属含有三機能性触媒を用
いて行う水素異性化工程を含んでなる。この工程において使用する触媒は、独特
の構造および孔形態を有するメソポーラス(mesoporous)結晶性物質
を含む担体を含んでなる。この工程は、中間工程の軽質ガスとナフサとの分離と
別に、または直接カスケードモードで操作することができる。プロセスは、高沸
点重質中性ワックスなどの粗ワックスおよび石油粗ワックスを、約10重量%を
越える、例えば約15重量%を越える油成分に改質するために特に良好に適する
。生成物は、高粘度で非常に高い粘度指数の潤滑油を含む。
プロセスの第1工程では、供給原料を潤滑剤水素化分解触媒による温和な水素化
分解に付する。この工程において、供給原料の低品質芳香族成分を水素化分解反
応に付し、これにより芳香環が完全にまたは部分的に飽和するとともに、環が開
き、相対的によりパラフィン性の生成物が生成する。しかし、第1工程における
限定された転化により、これら生成物を、更にクラブキングを行うことなく、潤
滑剤沸点範囲よりも低い、典型的には650° F(343℃)よりも低い沸点
の生成物に保持することが可能になる。この工程において使用する触媒は、一般
に、無定形潤滑剤水素化分解触媒であるが、ワックスを含有する潤滑剤範囲供給
原料を処理するためにこれらの触媒が非常に効果的であるため、以下に第2工程
触媒として記載し、好ましくは卑金属含量の高いメソポーラス結晶性物質系であ
ってもよい。典型的に、第1工程における転化率は、元の供給原料の40重量%
以下、好ましくは30重量%以下に限定される。
第2工程において、条件は、第1工穆における水素化分解により製造されるパラ
フィンと共に供給原料中に最初から存在するパラフィンの水素異性化に対して最
適化される。このために高い異性化選択性を有する触媒が使用され、そしてこの
ために、結晶性メソポーラス物質をベースとする触媒が優れた結果を与えること
がわかった。貴金属、好ましくは白金を用いて、この触媒において水素化−脱水
素化機能性を与え、望ましい水素異性化反応を促進する。
第2工程触媒として使用されるメソポーラスケイ酸質物質は、新規で独特の細孔
形態を有しており、以下に記載する好ましい形態においては、1.3止(13人
)を越える、典型的に2〜10n11(20〜100人)のセル(cell)直
径を有する均一な細孔による実質的に均一なハニカム状のミクロ構造により特徴
付けられる。これらの物質の内で最も卓越したものは、MCM−41として識別
される新しい結晶性物質であって、これは通常、ケイ酸塩骨格の中に、Al、G
a、BまたはFeなどの四面体配位三価元素を組込むことにより、ブレンステッ
ド酸の活性サイトを有するメタロシリケート(metallosilicate
)として合成されている。MCM−41は、少なくとも約13人の直径の細孔の
均一な六角形配列(hexagonal arrangea+ent)を有して
おり、焼成後、約18人を越えるd間隔を有するX線回折パターンと、該X線回
折パターンの少なくとも一つのピークに対応する約18人を越えるd、。。値で
示される六方晶の電子回折パターン(hexagonal electrond
iffraction pattern)とを示すことにより特徴付けられる。
好ましい触媒形態はアルミノシリケートであるが、ボロアルミノシリケートを使
用しても、本発明の第2工程において使用される所望のこの触媒の低酸性度形態
をつくるために有利である。
プロセスは、供給原料中の芳香族成分を最大に除去するため、第1工程で比較的
高圧で操作してよく、この目的のために少なくとも5620kPa(絶対圧、8
00psig)、通常7000〜20785kPa(絶対圧Xi OOO〜30
00psig)の圧力が適する。第2工程は、第1工程流出物を第2工程に、圧
力の減少なしに直接カスケードすることにより、または第1工程生成物をステー
ジ間分離器に通過させて軽質成分および無機へテロ原子を除去することにより行
うことができる。
ステージ間分離の無いカスケードプロセスが、その簡単さの故に操作の好ましい
モードを表す。
添付図面において、図1および2は、実施例に述べるワックス水素化処理実験の
結果を示すグラフである。
本発明のプロセスては、ワックス性供給原料の高粘度指数(Vl)潤滑剤への転
化を、2工程水素化分解−水素異性化プロセスで行う。生成物は、低油含量の供
給原料により、少なくとも110、典型的に少なくとも140、通常143〜1
47の高い粘度指数を含む良好な粘度特性により特徴付けられる。プロセスの2
工程は水素の存在下において触媒を使用して行い、その触媒は、第1工程での水
素化分解反応による低品質芳香族成分の選択的回収および第2工程での選択的パ
ラフィン異性化のために最適化されており、低流動点、高粘度指数(Vl)生成
物を生成する。
プロセスへの供給原料は、ASTM試験D−3235により測定して、少なくと
も20、好ましくはより高いワックス含量、例えば少なくとも50重量%のワッ
クスを含む石油ワックスを含んでなる。鉱油起源のこれらの供給原料において、
ワックスは、はとんどの場合に、メチルパラフィンなどの直鎖およびわずかに分
枝した鎖状パラフィンを含んでなる高流動点のパラフィンである。
石油ワックス、即ち、パラフィン特性を有するワックスの誘導は、ワックス含有
精油所ストリームからの物理的分離、通常は該ストリームをワックスが分離する
温度に冷却することによって、通常は溶媒脱ロウ、例えばMEK/I−ルエン脱
ロウi二よって、または自動冷媒法(autorefrigerant pro
cess)、例えばブロノクン脱ロウによって石油または他の液体の精製から行
われる。これらワックスは345℃(650°F)以上の高い初期沸点を有して
おり、このことは、同じく少なくとも345℃(650°F)の初期沸点を必要
とする潤滑剤に処理するために非常に有用になる。より低い沸点成分は、特徴的
な処理工程に続く分離工程の際に、処理時に生成した同様の沸点範囲を有する生
成物と共に除去されるので、存在することが排除されなることはない。しかし、
これらの成分は処理装置に負荷を与えるので、供給原料カットポイントの適切な
選択によって排除されることが好ましい。長いまたは大気性の残渣油の真空蒸留
によって生成するニュートラル油、即ち蒸留画分の溶媒脱ロウから誘導されるワ
ックス供給原料の終点は、通常、595℃(11006F)以下であるので、こ
れらは通常、残留ストリームでなく、蒸留物として分類できる。しかし、典型的
に705℃(1300°F)までの終点を有する高沸点ワックス供給原料、例え
ばペトロラタムワックスなど、即ちブライトストック脱ロウから分離されたワッ
クスを使用することもでき、フィッシャー−トロプシュ(Fischer−Tr
opsch)ワックスでもよい。
供給原料のワックス含量は少なくとも20重量%であり、適度に良好な収率パタ
ーンを有する最高の粘度指数(Vl)生成物のためには、少なくとも50重量%
、通常は少なくとも60〜80重量%であり、吸蔵オイルからの残部はイソパラ
フィン、芳香族炭化水素およびナフテン系炭化水素を含んでなる。芳香族炭化水
素、ポリナフテンおよび高度に分岐したナフテンの非ワックス含量は、通常、ワ
ックスの約40重量%を越えず、25〜30重量%を越えないことが好ましい。
これら高パラフィン性のワックス原料油は、芳香族炭化水素およびナフテンの含
量が比較的低いために、通常、低い粘度を有するが、ワックス性パラフィンの含
量が高いことによって、更に処理しなければ潤滑剤として許容されない融点およ
び流動点が与えられる。
前述のように、潤滑剤生成物の品質は供給原料のワックス含量に従って変化する
ものであって、よりワックス性の高い供給原料から、より粘度指数(VI)の高
い生成物が得られる。ワックス含量が50重量%以下の供給原料に関して、通常
のプロセス拘束下における典型的生成物の粘度指数(vl)は、はぼ以下に示す
とおりである。
供給原料ワックス含量 生成物粘度指数(Vl)このように、粘度指数(Vl)
が少な(とも140である潤滑剤生成物について、供給原料はワックス含量を少
なくとも50重量%有すべきであるが、ワックス含量がより低い供給原料からは
、より低品質の生成物が得られる。
供給原料は、通常、粗ワックス、即ち、ニュートラル(蒸留物)もしくは残渣種
、例えばブライトストック(ペトロラタム粗ワックス)などの供給原料を操作す
る溶媒脱ロウ法、例えば、MEKまたはプロパン脱ロウ法から直接得られるワッ
クス性生成物である。固体〜半固体の生成物であり、大部分がワックス性の高い
パラフィン(はとんどn−およびモノ−メチルパラフィン)であって吸蔵オイル
を共に含んでなる粗ワックスを、下記のような本発明のプロセス手順の第1工程
に直接に供給してよ(、この場合、何らかの初期調製、例えば、水素化処理など
の手段を講じる必要はない。
一部の典型的ワックスの組成(P/N/A)を下記の表1に示す。
表1
ワックス組成−アラブライト原油
BCD
パラフィン、重量% 94.2 81.8 70,5 51.4モノ−ナフテン
類、重量% 2.6 11.0 6.3 16.5ポリ−ナフテン類、重量%
2.2 3.2 7.9 9.9芳香族炭化水素、重量% 1.0 4.0 1
5.3 22.2典型的な粗ワックス供給原料は下記の表2に示す組成を有する
。この粗ワックスは、アラブライト原油から得られる3 00SUS (65c
ST)ニュートラル油の溶媒(MEK)脱ロウにより得られる。
表2
粗ワックスの特性
API 39
水素、重量% 15.14
硫黄、重量% o、18
窒素、pp圓W 11
融点、℃(’ F) 57(135)
動粘度(100℃)、mm”/s 5.168PNA、重量%:
芳香族炭化水素 16.3
蒸留結果:
蔑 ℃ (’ F)
本発明の方法において使用するのに好適な別の粗ワックスは、下記の表3に示す
特性を有する。このワックスは、450SUS(100am2Is)ニュートラ
ル油ラフィネートの溶媒脱ロウにより調製されている。
表3
粗ワックスの特性
沸点範囲、’F(℃) 708〜1053 (375〜567)API 35.
2
窒素、塩基性、ppmv 23
窒素、合計、ppmv 28
硫黄、重量% 0.115
水素、重量% 14.04
流動点、’ F(℃) 120 (50)動粘度(100℃) 7.025
動粘度(300°F、150℃) 3.227油(D3235) 35
分子量 539
芳香族炭化水素 10
ワツクス性供給原料を、両方の工程が水素の存在下で行われる2工程の水素化分
解−水素異性化に付する。第1工程において、三機能性触媒を使用して供給原料
における低品質芳香族炭化水素の飽和および開環を促進し、相対的によりパラフ
ィン性である水素化分解生成物を製造する。この工程は高圧下で行って芳香族炭
化水素の飽和を促進するが、供給原料のパラフィン性成分および芳香族物質の飽
和および開環から得られる生成物の分解を最小にするため、転化率を比較的低い
レベルに維持する。これらの目的に合致するように、第1工程における水素圧は
少なくとも800psig (5620kPa、絶対圧)、通常1000〜30
00psig(7000〜20785kPa、絶対圧)である。通常、高レベル
の芳香族炭化水素の飽和を得るため、少なくとも1500psig(10435
kPa、絶対圧)の水素分圧が最良であり、1500〜2500psig(10
435〜17340kPa、絶対圧)の範囲の圧力がほとんどの高圧装置に適し
ている。少なくとも1ooosCF/Bbl (180n、 1.1−’)、好
ましくは5000〜10000SCF/Bbl (900〜1800n、1.1
−〇の水素循環速度が適している。
本発明の方法のこの工程において、供給原料を、潤滑剤沸騰範囲以下の沸点を有
する生成物、典型的には650°F−(約343℃−)生成物に転化する転化率
は、供給原料の50重量%以下に限定され、通常、プロセスの第2工程のために
供給原料を調製しながら、プロセスの特徴である所望の高い単一バス収率を維持
するため、供給原料の40重量%を越えることはない。通常、第1工程生成物に
ついての初期粘度指数(vI)が少なくとも約130であることが、最終生成物
の粘度指数(VI)を140またはそれ以上の所望の値にするために望ましい。
この理由から、実際の転化率は供給原料の品質に依存し、供給原料の油含量が転
化率において重要な要因である。:供給原料の油成分に付随する望ましくない物
質を除去するため、油含量のより高い供給原料は、低油含量の供給原料よりも高
い転化率条件下で水素化分解すべきである。即ち、最小ワックス含量が約20重
量%である供給原料は、約40重量%までの(650°F−生成物への)転化率
で操作すべきであり、少な(とも50重量%ワックスを有する好ましい供給原料
には低い転化率、例えば10〜30%の転化率が適する。ワックス供給原料の組
成も重要である。:ニュートラル(蒸留物)原料から得られる粗ワックス供給原
料は、低粘度指数(Vl)の環状成分を低レベルで含むため、目標とする粘度指
数(VI)値を達成するために高い転化率を必要とすることはなく、これに対し
てペトロラタムは、供給原料内に存在する低品質多環式成分の大部分を除去する
ために、より高い転化率を必要とする。ニュートラル原料油の脱ロウから誘導さ
れる粗ワックスにおいて、転化率(非潤滑剤、通常650°F−1生成物への)
は、全ての実用目的において10〜20重量%を越えず、重質ニュートラル粗ワ
ックスのためには約15重量%が典型的である。ペトロラタム供給原料において
、第1工程転化率は、一般に、高粘度指数(Vl)生成物のために20〜25重
量%の範囲である。転化率を所望の値に維持することは、この工程において温度
を制御することによりに行うことができ、通常、600〜800°F(315〜
430℃)、通常は650〜750°F(345〜400℃)である。空間速度
を変化させて過酷度を調整することもできるが、これはシステムの機械的拘束の
観点からあまり実際的ではない。
所望の転化率を達成するために選択される的確な温度は、供給原料および触媒の
性質に依存し、供給原料から低品質芳香族成分を除去する必要性の程度にも依存
する。一般に、パラフィン性供給原料を用いる場合よりも高い過酷度条件が、通
常の最大値の約30%までの芳香族炭化水素の芳香族供給原料を処理するために
必要である。従って、供給原料の性質は、所望の生成物特性を達成するため、第
1工程において必要とされる操作温度に達するために選択された触媒の活性と相
互に関係すべきである。この工程の目的は、より望ましいパラフィン性成分の潤
滑剤沸騰範囲以下で沸騰する生成物への転化を最小にしながら、水素化分解によ
り、望ましくない低品質芳香族炭化水素を除去することにある。この工程におい
て所望の過酷度を達成するため、温度も空間速度と相互に関係してよいが、実際
的理由から、空間速度は、機械的およびその他の拘束条件、例えば圧力低下を最
小にすることなどに従って、通常、一定値に保たれる。一般に、空間速度は、1
時間当たり0.25〜2L1+SV、通常は0.5〜1.5LBSVTアル。
第1工程は、以下に記載するように、無定形または結晶性担体物質のいずれかを
ベースとすることができる二機能性潤滑剤水素化分解触媒を使用して行う。この
種の触媒は、供給原料から低品質芳香族成分を除去するための芳香族炭化水素の
水素化分解反応において高い選択性を有する。一般に、これら触媒は、所望の芳
香族炭化水素飽和反応を促進する金属成分を含有しており、供給原料が比較的高
レベルの硫黄またはその他の汚染物質を有することがしばしばあるので、卑金属
の組合せが通常使用される。好ましい卑金属の組合せは、鉄族(第VrIIA族
)からの一種の金属と第VIA族の金属との組合せである。即ち、ニッケルまた
はコバルトなどの卑金属を、モリブデンまたはタングステンと組合せて使用する
。好ましい組合せはニッケル/タングステンであって、それはこの組合せが所望
の芳香族炭化水素水素化分解反応の促進に非常に有効であるためである。硫黄の
不存在下において良好な水素化活性を有するので白金またはパラジウムなどの貴
金属を使用してもよいが、通常は好ましくない。触媒上に存在する金属の量は、
良好な水素化活性を達成するために選ばれ、一般に、触媒の全重量基準で、第V
IIIA族金属が1〜10重量%、第VIA族金属が10〜30重量%である。
白金またはパラジウムなどの貴金属成分を、ニッケルまたはコバルトなどの卑金
属に代えて使用する場合は、これら貴金属の水素化活性が高いために比較的少量
、典型的に約0.5〜5重量%で充分である。金属の組込みは、所望寸法の粒子
に形成した後に多孔性担体に含浸させることを含むいずれかの適切な方法によっ
て、または焼成前に担体物質のゲルに添加することによって行うことができる。
ゲルへの添加は、比較的多量の金属成分、例えば、第VIIIA族金属10重量
%以上および第V■^族金属20重量%以上を添加する場合に、無定形種の触媒
を調製するために使用することができる技術であるが、焼成を含む続きの工程に
おいて金属の分布の均一性に悪影響を及ぼすことがある。
水素化分解触媒の金属成分のための担体は無定形物質であってよく、それは無定
形物質が、ワックスを含む潤滑剤範囲供給原料における高分子量物質を取り扱う
のに満足な孔寸法分布を有するからである。これらの無定形触媒において、金属
成分は、無定形、非晶質金属酸化物担体に担持されており、この目的にはアルミ
ナが好ましいが、シリカ−アルミナを使用することもできる。他の金属酸化物成
分が担体に存在してもよいが、その存在は望ましいことではない。潤滑剤水素化
分解触媒の要求と一致して、担体は、好ましい水素化分解反応が生じる触媒の内
部細孔構造に、高沸点供給原料の比較的かさ高い成分が侵入するのを許容するの
に適した孔寸法および分布を有するべきである。このため、触媒は通常、5n■
(50人)の最小孔寸法を有しており、即ち、約5%以上の孔が5正(50人)
以下の孔寸法を有し、大部分の孔が5〜40nm(50〜400人)の孔寸法を
有し、5%以下の孔が40止(400人)を越える孔寸法を有しており、約30
%以下の孔が20〜40nm(200〜400人)の孔寸法を有することが好ま
しい。
第1工程のための好ましい触媒は、孔の少な(とも60%が5〜20nw+(5
0〜200人)の範囲の孔寸法を有する。第1工程において使用するのに適した
典型的な潤滑剤水素化分解触媒の孔寸法分布および他の特性を以下の表4に示す
。:U
LHDC触媒特性
形態 1.5m+1cyl 1.5ml1tri 1.5mm cyl孔容積(
ml/g) 0.331 0.453 0.426表面積(m2/g) 131
170 116ニツケル(重量%) 4.8 4.6 5.6タングステン(
重量%) 22.3 23.8 17.25フツ素(重量%) 3.35
シリカ(重量%) 2
アルミナ(重量%) 60.3
実密度(gm/ml) 4.229 4.238 4.023粒子密度(gm/
al) 1.744 1.451 1.483充填密度(gm/ml) 1.2
0.85 0.94所望の転化率を達成するために必要な場合、触媒のフッ素
による促進を、触媒の製造時に触媒にフッ素を組込むことにより、または供給原
料に添加されたフッ素化合物の存在下で水素化分解することによって行うことが
できる。このことは粗ワックス供給原料の処理に通常必要とされないが、上述の
ように、高レベルの転化率を必要とするペトロラタム供給原料は、水素化分解時
に高温を使用することと共にハロゲン化触媒の使用を必要とすることがある。フ
ッ素化合物の触媒への組込みは、適切なフン素化合物、例えば、アンモニウムフ
ルオライド(NH4F)またはアンモニウムバイフルオライド(NH,F−HF
)などを触媒の製造時に含浸させることによって行うことができ、後者が好まし
い。フッ素原子を含有する触媒に使用するフッ素の量は、触媒の全重量基準で、
約1〜10重量%が好ましく、通常、約2〜6重量%である。フッ素の組込みは
、触媒の製造時に金属酸化物担体のゲルにフッ素化合物を添加することによって
、またはゲルを乾燥もしくは焼成して触媒粒子を形成した後に含浸させることに
よって行うことができる。
前記のように、触媒が比較的多量のフッ素および多量の金属を含有する場合、ゲ
ルの乾燥および焼成前に金属酸化物ゲル中に金属およびフッ素化合物を組込んで
、最終的な触媒粒子を形成することが好ましい。
触媒活性を所望レベルに保つことは、操作のこの工程において、触媒を通過する
ストリームにフッ素化合物を添加する現場でのフッ素化により行うことができる
。フッ素化合物を連続的にまたは断続的に供給原料に添加することができるし、
または、触媒のフッ素含量を実際の水素化分解の開始前に増加させるため、最初
の活性化工程を、供給原料の不存在下、例えば水素気流下などにおいて、触媒上
にフッ素化合物を通過させて行ってもよい。このような触媒のその場でのフッ素
化は、操作前に約1〜10%のフッ素含量を達成するために行うことが好ましく
、その後、所望の活性を保つのに充分な維持レベルにフッ素を減少させることが
できる。その場でのフッ素化に適する化合物は、オロトフルオロトルエンおよび
ジフルオロエタンである。
供給原料のへテロ原子含量は、該ヘテロ原子の除去が必要とされない程度に充分
低い(それで、予備水素化処理を行う必要なしに、第1工程に直接導入すること
がてきる)が、硫黄(通常30ppmを越える)およびその他の汚染物質のレベ
ルは、水素化分解触媒の金属成分を卑金属または卑金属の組合せとすべきことが
必要とされる程高い。しかしながら、プロセスのこの工程において、芳香族成分
の飽和をかなりの程度行う必要性のため、卑金属を使用する場合、高レベルの水
素化機能性が必要とされ、゛それがまた高金属含量を意味する。かなり高い金属
レベルは無定形触媒により達成されるが、これは通常、触媒表面積を犠牲にして
おり、通常、上記のように、冶金学的および環境的に望ましくない促進剤の使用
を必要とする。これらの理由により、非促進化結晶性触媒を使用することはプロ
セスのこの工程において特に有用である。潤滑剤水素化分解に有効性が高いこと
が判明している結晶性触媒は、メソポーラス結晶性物質、特に卑金属または卑金
属の組合せを水素化成分として高レベルで含む触媒をベースとする。従って、第
1工程触媒は、無定形種の潤滑剤水素化分解触媒の代りに、以下に記載するよう
なメソポーラス担体物質をベースとすることができる。この種の好ましい結晶性
水素化分解触媒は、メソポーラス担体上に、鉄亜族から選ばれる第VIIIA族
金属、好ましくはニッケルと、第VIA族金属、好ましくはタングステンとの卑
金属の組合せを含んでなる。
一般に、(以下に記載するような)メソポーラス物質を担体として使用する潤滑
剤水素化分解触媒は、良好な水素化活性のために(触媒全体基準で)12.9重
量%を越える金属含量を有しており、一方、少な(とも20 Qm2・g −1
の表面積を保持するものである。より高い金属配合量が可能であり、一方で充分
な触媒表面積を保持しているので、促進剤を使用する必要をなくする。従って、
例えば、25%以上の金属配合量の触媒が、なおも200m2・g −1を越え
る広い表面積を保持すると、全金属含量(即ち、金属成分)は全触媒の30重量
%、例えば30〜40重量%を越え、少なくとも200m2・g −1、例えば
240+12・g −1またはそれ以上の表面積を保持することができる。金属
含量がより少な(なると、それに伴って表面積は高くなり、従って例えば、全金
属含量が全触媒の20重量%であると、表面積は少な(とも40002・g −
1またはそれ以上になり、同等の金属配合量である従来の無定形触媒に比べて約
3〜4倍大きい。12〜15%、例えば13%の全金属においては、表面積は少
な(とも500m”・g−1である。少なくとも25重量%の全金属で、少なく
とも300fi12・g −1の保持表面積を有する触媒が、水素化分解触媒の
有用性の高い種類を構成する。
メソポーラス担体を使用することにより生ずる別の利点は、高い金属配合量が適
応された場合であっても、触媒密度が従来の触媒に比べて比較的低く維持される
ことである。全金属含量が12〜15重量%と、例えば通常の最小配合量の12
9%を越えるレベルにおいて、触媒の実密度は約2.8g−cc−’であり、こ
れに比べて従来の触媒の値は、同じ金属配合量において、少なくとも4g−cc
−’である。
より高い金属配合量でも同様の利点が得られ、本発明の触媒の密度は、同等の金
属配合量において従来の触媒のわずかに約4分の3である。例えば、全触媒の2
0〜25重量%の金属配合量において、実密度は3.000〜3.300g−c
c−’の範囲であり、これに比べて従来の触媒では4,00〜42である。約3
0重量%を越える金属配合量では、実密度は4.1〜4.3g−cc−’の範囲
である。粒子密度は、約12〜15重量%金属における約0.88から、約20
〜25重量%金属における1、0および30〜40重量%金属における1 1ま
での範囲にわたる。
実密度は、与えられた重量の触媒によって置換される水銀の体積を測定すること
により決まる。
メソポーラス担体をベースとする触媒の孔容積は同様に高く、20重量%程度の
典型的な金属配合量において、孔容積は少なくとも0.55g−cc−’、通常
は更に高く、典型的に少なくともQ、5g−cc−’である。孔容積は、粒子密
度の逆数か水素化成分は、メソポーラス担体物質上において交換したり、該担体
内に含浸させたり、該担体に物理的に混合したりまたはこれらの方法の任意の組
合せにより行うことができる。金属をメソポーラス担体中に含浸または該担体上
において交換する場合、これを、例えば焼成した物質を金属含有カチオンにより
処理することによって行うことができる。好ましい交換技術は、(続く焼成にお
いて水素に転化される)アンモニウムカチオンの存在下における競走的交換を含
む。この技術は、金属カチオンを担体物質の孔構造全体に均一に分散させること
ができると考えられている。安定なアニオンを形成する金属は含浸により組込む
のに適しており、典型的アニオン錯体、例えばモリブデン酸塩、バナジウム酸塩
およびメタタングステン酸塩イオンを使用して、モリブデン、バナジウムおよび
タングステンを組込むことができる。同様に適当なアニオン錯体を使用して、他
の金属を組込むこともできる。カチオン型の金属を結晶性物質上において交換ま
たはその物質内に含浸させた。本触媒の特別な利点は、2種またはそれ以上の金
属を高い配合量で、異なる金属による連続含浸よりも初期の湿潤技術を使用して
、焼成物質上に1工程含浸により組み込ませることができることであり、これに
より、2種またはそれ以上の金属の触媒内における更に均一な分布が形成される
。25重量%全金属を越える高金属レベルの組込みを、焼成前に金属成分溶液を
ヒドロゲル中に組込むことを必要とする従来の技術と異なって、焼成物質への含
浸により行えることは別の利点である。本発明の触媒が、ノ)ロゲン促進剤を要
さずに良好な三機能活性を有するということによっても、ノ)ロゲン促進剤を不
要とすることが可能になる。
水素化分解触媒上に存在する金属は、硫化物型で使用することが好ましく、この
目的のため5、水素化分解を開始する前に触媒の予備硫化を行うべきである。硫
化は確立された技術であり、典型的に、水素の存在下で触媒に硫黄含有ガスを接
触させて行われる。水素ならびに、硫化水素、二硫化炭素またはメルカプタン、
例えばブチルメルカプタンなどの混合物が、この目的のために常用される。予備
硫化は、触媒を、水素および硫黄含有炭化水素油、例えばサワー灯油または軽油
などに接触させて行うこともできる。
プロセスの第1工程の間に、低品質の、供給原料の比較的芳香族性である成分は
水素化分解され、飽和および開環により、性質が相対的に更にパラフィン性であ
る生成物に転化される。本発明のこの工程において、ストリーム中に存在するパ
ラフィン性物質は良好な粘度指数(VI)特性を有するが、そのパラフィン性の
性質の結果として比較的高い流動点を有する。プロセスの第2工程の目的は、良
好な粘度特性を保持しながら、これらパラフィン性成分のイソパラフィンへの選
択的異性化を効果的に行い、そして低流動点をも有するようにすることにある。
これにより、水素異性化に続いて過度な脱ロウを行わずに、最終生成物の流動点
の達成が可能になる。プロセスのこの工程において、第1工程とカスケード式に
操作され、入口圧が第1工程の出口圧と等しくされる第2工程では、一般に10
QQpsig(約7000kPa)以上の水素圧が好ましい。圧力は、水素循環
速度を第1工程において使用した速度に匹敵するようにして、普通は1000〜
300Qpsig、通常は1500〜250Qpsig(10435〜1734
0kPa)である。
第2工程において使用される触媒は、ワックス性で直鎖またはほぼ直鎖のパラフ
ィンを、よりワックス性の低いイソパラフィン生成物へ異性化するための高い選
択性を有する触媒の一つである。触媒は、性質が三機能であって、メソポーラス
担体上に金属水素化−脱水素化成分を含んでなり、所望する異性化反応のための
所望する酸性機能を提供する一方、操作のこの工程における潤滑剤沸点範囲外の
沸点を有する生成物への転化を最小にする。
第2工程触媒の金属成分は、不飽和遷移棟内を通して処理しながら、水素化−脱
水素成分による介在を必要とする所望の水素異性化反応を促進するために含まれ
る。触媒の異性化活性を最大にするためには、強い水素化機能を有する金属が好
ましく、この理由から、白金および他の貴金属、例えばパラジウムなどが好まし
いとされる。貴金属水素化成分の量は、一般に触媒全体の0.5〜5重量%、通
常0.5〜2重量%である。金属成分の含量は触媒活性に従って変化する。従っ
て、活性の低い卑金属よりも、活性の高い貴金属を少量使用することができる。
例えば、金属として表現すると、1重量%またはそれ以下の白金が効果的であり
、好ましい卑金属の組合せは、7重量%のニッケルと2.1〜21重量%のタン
グステンである。貴金属を使用するこの工程においては、金属の含量が少ないの
で担体物質のX線回折パターンの測定に問題はないが、金属配合量が高いとX線
パターンが不明瞭になり、そのためにX線パターンを金属無含有担体において測
定しなければならないことが判明している。
水素化成分は、上述のように、メソポーラス担体物質上において交換したり、該
担体内に含浸させたり、該担体に物理的に混合したりすることができる。金属を
メソポーラス担体中に含浸または該担体上において交換する場合、これを、例え
ばゼオライトを白金金属含有イオンで処理することにより行うことができる。
適する白金化合物は、クロロ白金酸、二塩化白金および白金アミン錯体を含有す
る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白金化合物、例えば、Pt (NHs)4Chが特
に有用であり、アニオン化合物としては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る。他の金属のカチオン型も、ゼオライト上において交
換またはゼオライト内に含浸することができるので、非常に有用である。
金属を酸化物型に転化させ、触媒に必要とされる機械的強度を付与するため、触
媒を常套の条件において最終焼成に付することができる。使用前に、触媒を第1
工程触媒について上述したように予備硫化に付してよい。
第2工程において使用される担体物質は、以下詳細に記載するメソポーラス結晶
性物質である。この物質を本発明の触媒に使用する場合、操作のこの工程で起る
反応のための所望の低い酸性機能の程度を提供するため、メソポーラス結晶性物
質は、少なくとも部分的に脱カチオン化されるか、または水素型にされている。
本発明において使用される触媒物質は、超大孔寸法結晶相を含んでなる物質の新
しい合成組成を含む。この物質は、無機質、多孔質、非層状の結晶性物質であり
、(焼成した状態で)約18人より大きい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線回折パターンならびに5 Q torrおよ
び25℃で物質100gあたり15g以上のベンゼンを吸着する吸着容量により
特徴付けられる。
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約1−3n1−3n人)、典型的に1−3〜2
0n■(13人〜200人)であり、均一な寸法の孔の六角形配列を有する。こ
の六方晶組成の好ましい形態は、MCM−41の構造を有するものとして認識さ
れ、少なくとも13人の直径の均一寸法の孔の六角形配列を有する。この物質は
、約18人より大きなd+OO値により示すことができる六角形電子回折パター
ンを示し、それがX線回折パターンの少なくとも一つのピークに対応する。この
物質ならびにその調製法および特性は、以下と同様に、米国特許出願第07/6
25゜425号(フレスジ(Kresge)ら)に更に詳細に記載されている。
水素異性化触媒の担体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 CWa 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VII
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、b、c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+b+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。
本発明の触媒の調製に使用するために好ましい物質はアルミノシリケートである
が、ボロアルミノシリケートなどの他のメタロシリケートを使用して所望の低酸
性度を達成することもできる。
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。]
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ノVIIA族(例えばMn)、VIIIA族(例えばNi)
、IB族(例えばCu)、IVB族(例えばSn)の金属およびこれらのイオン
の混合物を含む。
結晶性(即ち、焼成後、少なくとも一つのピークを有する、例えばX線、電子、
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)
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、13〜2
00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1
00g当たり、Ar、 N2、n−ヘキサンまたはシクロヘキサンなどの小さな
分子を少なくとも1θ吸着する物質である。本発明の結晶性物質における大きな
孔により、該物質を嵩高い分子形状および長鎖構造を有する分子に適応させるこ
とができる。
従って、この触媒は、例えば重質ニュートラル粗ワックスまたはペトロラタム粗
ワックスなどの高沸焦損ワックスから得られるような高沸点供給原料を処理する
ために特に有用である。
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。好ましい物質は大きな開口チャンネル(chan
nel)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a+OO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、六方品格子から
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ate。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:
d+oo=aa (3)寛′2/2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dl。
。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50 t
orrおよび25℃で約15gベンゼン/物質100g以上の平衡ベンゼン吸着
能により特徴付けられる(基準:必要であれば、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
全ての孔封饋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入墨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。
0値に対応するd間隔を有する。
焼成した無機質、非層状の結晶性物質は、以下に記載する物理収着測定法により
測定して、1.3t+m(13人)またはそれ以上の孔寸法を有するとして特徴
付けられる。孔寸法は、結晶の最大垂直断面孔直径であると考えられる。
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
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7ヨシ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004゛ずつ10秒毎の計数時間で段階的にスキャンして記
録した(θはブラッグ(Bragg)角)。眉間間隔dはλ単位で計算し、バッ
クグラウンドを差し引いたラインの相対強度I/l0(1゜は最強ラインの10
0分の1の強度)は、プロファイル彎フィッティング・ルーチン(profil
e 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1.’ (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
しても生じつる。
平衡ベンゼン吸着能は、本発明の物質を、孔封鎮性物質の除去を企図して、例え
ば540℃で少なくとも約1時間、脱水または焼成し、所望により他の処理をし
た後、25℃および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。
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。熱処理生成物は、特定の炭化水素転化反応の触媒にお
いて特に有用である。
結晶性物質は数種の方法の一つにより調製できるが、いずれも特別な制限を有す
る。 ・
第1の方法は、X!Os/YOxモル比が0〜0.5であるが、A1□03/5
iOz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,−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
(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
X!01/YO20〜0.5 0.001〜0.5A140s/5i020〜0
.01 0.001〜0.01XtOs/(YO2+ZzOs) o、 1〜1
00 0.1〜20X203/(YO2+WO+Z20g) 0.1〜100
0.1〜20溶媒/
(Y02+WO+Z20.+X203) 1〜1500 5〜10000H−/
YOt O〜10 0〜5
(Mtz−0+R2z+O)/
(Y O2+ W O+ Z 20 s 十X 20 s ) 0.01〜20
0.05〜5M2.、O/
(YO2+WO+ZzOs+XzOs) 0〜10 0〜5R,、,0/
(Y02+WO+Z203+X20B) 0.01〜2.0 0.03〜1.0
[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、
Rzz+O/(Y02+WO+2206+X103)の比が重要である。この比
が101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XxOs/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
カリまたはナルカリ土類金属(M)、所望によりカチオン、例えばコバルトなど
の二価元素W、例えばアルミニウムなどの三価元素X、例えばケイ素などの四価
元素Y、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、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
x、Os/YOx O〜0.5 0.001〜0.5XtOs/(YO2+Z2
0s) o、1〜100 0.1〜20X20g/(YOt+WO+Z20s)
0.1〜100 0.1〜20溶媒/
(Y O2+ W O+ Z t Os + X 20 s ) 1〜1500
5〜10000H−/YO! 0〜10 0〜5
CMy−0+RvtO)/
(YO1+WO+Zt05+XtOs) 0.01〜20 0.05〜5Ml、
、O/
(YO2+WO+Z20s十X203) 0〜10 0〜5R,、,0/
(YO2+WO+ Z20B+X20s) 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。コこの第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、p
H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てなる。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
Al、03/Si0. 0〜0.5 0.001〜0.5溶媒/ S i O2
1〜1500 5〜10000H/5iOz O〜10 0〜5
(M2/、O+R,/10)/
(Si02+A120s) o、 01〜20 0.05〜5Mz7.O/(S
i02+A120s) 0〜10 0〜5Rzz+O/(Si02+AhOs)
0.01〜2 0.03〜1[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、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/R2/fOのモル比が約50
〜約800、好ましくは約50〜約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
はフルミナなどの供給源を、Rzz+O/(Si02+AhOs)(’)比カ0
.01〜2.0 ト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’C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
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/Rxi、O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、R1/ IO/ S i
O2のモル比が約0.5〜約2.0となるように混合する。
(3)ステップ(2)から得られる混合物を、10分〜6時間、好ましくは30
分〜2時間、温度0〜25℃、pH12以下で攪拌する。このステップは、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、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 St P
−−Si −
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RIR2R3R4Q”、即ち:[式中、Qは窒素またはリンで
あり、R1、R1、R3およびR4の少なくとも一つは例えば−〇@H13、−
CuHn、−CHH33および一〇IIH37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、R,、R,、R3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、R4、R3、R3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
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。
本発明の触媒における孔寸法は充分大きいので、遷移状態様に関する空間的(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(チェノ(Chen)ら、「ンエイブ・セレクティブ・キャタリシス・イン
・インダルトリアル・アプリケーションズ(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。
メソポーラス担体物質の結晶はマトリックス物質と混合されて最終的触媒を形成
し、この目的のためにはアルミナ、シリカ−アルミナおよびシリカなどの従来の
非酸性マトリックス物質が好適であり、非酸性バインダーとしてはシリカが好ま
しいが、マトリックス化混合触媒に実質的な程度に酸性活性を付与しないことを
条件として、αベーマイト(αアルミナ−水和物)のような非酸性アルミナを用
いることもできる。アルミナは、非酸性の性質であるとしても、その酸性度を向
上させるための水熱反応条件下においてゼオライトと反応する傾向があるので、
バインダーとしてはソリ力を用いることが好ましい。メソポーラス物質とマトリ
ックスとの混合は、通常、メソポーラス物質:マトリックスの重量比を80 +
20〜2080、典型的に80 : 20〜50 : 50として行う。混合
は、物質を一緒に粉砕した後、ベレット化の押出しにより所望の最終的触媒粒子
とすることを含む常套の手段により行うことができる。バインダーとしてのシリ
カと共に押出すための好ましい方法は、米国特許第4.582.815号に記載
されている。所望の低酸性度を達成するために触媒を蒸気処理する場合には、常
套のように、触媒をバインダーと組合せた後に行う。
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ける加熱などによっ
て処理して、酸化物型の金属成分を対応する硫化物に転化することができる。
第2工程の目的は、第1工程流出物中のワックス性、直鎖およびほぼ直鎖のパラ
フィン性成分を、より低ワックス性でありながら、高粘度指数(Vl)で比較的
流動点の低いイソパラフィン性物質に異性化することである。従って、第2工程
における条件を調整してこの目的を達成し、同時に非潤滑剤範囲生成物(通常、
650°F−(343℃−))物質への転化を最小にする。この工程において使
用される触媒は低酸性を有するので、より低い沸点の生成物への転化率は、通常
、比較的低いレベルであり、そして、過酷度を適当に選択することにより、第2
工程操作を分解よりも異性化に最適化することができる。常法の約1である空間
速度において、白金含有触媒を使用すると、第2工程における温度は一般に55
0〜700° F (290〜370℃)であり、通常685°F(363℃)
を越えることはなく、650°F十転化率は、典型的に第2工程供給原料の10
〜30重量%、更に通常は12〜20重量%である。もっとも、例えば500°
F(260℃)程度から750°F(400℃)までのこの範囲外の温度を使用
することもできるが、そのような高い温度を使用すると、異性化選択性がより低
くなり、しだいに高くなる操作温度において水素化反応が熱力学的に好ましくな
る結果として、安定性のより低い潤滑剤生成物の生成を伴うことになるので、通
常、高温は好ましくない。第2工程において、高い水素圧を使用することに起因
して活性が向上するため、550〜700°F(290〜370℃)の温度が好
ましいとされる。空間速度は、一般に0.5〜2LH8V(hr一つであるが、
はとんどの場合において約ILH3Vが最も好まれる。水素循環速度は上記の第
1工程において使用される速度に匹敵するが、このプロセスの第2工程における
水素収支が近い結果として、顕著な水素消費がないので、可能であれば、低い循
環速度を採用することができる。カスケード式操作モードにおいては、第1工程
からの過剰水素が第2工程の操作のために適当であることがわかるであろう。
本発明のプロセスの特別な利点は、全体の操作方式に有効な機能性分離を可能に
することである。第1工程において、好ましくない低粘度指数の成分が、高圧な
らびに比較的高い温度条件下における飽和および開環の操作によって除去される
。対照的に、第2工程は、生成物中のイソパラフィン含量を最大にすることを目
的としており、第1工程において低粘度指数(Vl)物質を処理しているので、
パラフィン性物質の選択的異性化の効果を最適化することができる。パラフィン
異性化のために適当な低温度条件は、上記のように分解反応を制限するが、特に
高活性水素化成分が触媒上に存在する場合に、分解反応によって生成しつる全て
の潤滑剤範囲オレフィンの飽和に関しては、熱力学的に好ましい。このように、
第2工程も生成物をハイドロフィニツシング(hydrofinishing)
するために有効であるので、生成物安定性、特に紫外線照射に対する安定性が向
上する。この性質は、従来の水素化分解潤滑剤生成物にはしばしば欠けていた性
質である。従って、所望の目標流動点を達成するため、異性化生成物を単に最終
膜ロウ工程に付することができ、プロセスの2機能性分離工程において最適化さ
れた処理を行う結果として芳香族および潤滑剤範囲オレフィンの両方の不飽和物
の含量が低くなるので、通常、更に仕上げ工程を行う必要は全くなくなる。そこ
で、生成物を最終的を達成するため、最終膜ロウ工程に付する。
所望の流動点を達成するためには、通常、最終膜ロウ工程が必要とされるが、必
要とされる脱ロウの程度が比較的小さいことが、本プロセスの顕著な特徴である
。一般に、最終膜ロウ工程における減量(loss)は、脱ロウ供給原料の15
〜20重量%を越えることはなく、それより低(することができる。この点にお
いて、触媒膜ロウまたは溶剤脱ロウのいずれを使用してもよいが、溶剤脱ロウを
使用する場合には、除去したワックスを更に処理するため、プロセスの第1また
は第2工程に再循環してよい。溶剤脱ロウにおいて除去したワックスは高パラフ
ィン性であるので、例えば第2工程を比較的低圧において操作する態様において
、可能であれば、該ワックスを第2工程に直接、再循環させることができる。
好ましい触媒膜ロウ法は、中間孔寸法ゼオライト、例えばZSM−5を使用する
が、最も好ましい脱ロウ触媒は高度に拘束された中間孔寸法ゼオライト、例えば
、ZSM−22、ZSM−23またはZSM−35である。これらゼオライトが
高度に選択的な脱ロウを提供し、低流動点および高粘度指数(VI)の脱ロウ生
成物を与えることがわかっているからである。これらのゼオライトを使用する脱
ロウ法は、米国特許第4.222,855号に記載されている。使用することが
好ましいゼオライトは、該特許第4.222,855号に記載されているのと同
様にして特徴付けることができる。即ち、該特許に記載されて規定された吸着特
性、即ち、(1)容量%基準で、約3を越えるn−ヘキサンと0−キシレンとの
吸着比(この吸着は、0.1のP/P、および、n−ヘキサンは50℃、0−キ
シレンは80℃の温度で測定する)、および(2)n−ヘキサン/3−メチルペ
ンタン/2.3−ジメチルブタンの1/1/1重量比混合物から、1000°F
および1気圧において、二重に分枝した2、3−ジメチルブタン(DMB)に優
先して3−メチルペンタン(3MP)を選択的に分解する能力(1000°Fの
温度でめた速度定数の比k 3MP/ k DMIはおよそ2を越える)を有す
る結果を与える孔開口を有するゼオライトとして特徴付けられる。rP/P。」
という表現は、例えば、デボール(J、H,deBoer)による「ダイナミカ
ル・キャラクタ−・オブ・アトソープション(Dynamical Chara
cter of Adsorption)J 、第2版、オックスフォード・ユ
ニバーンティー・プレス(Oxford [In1versity Press
) (1968年)などの文献に記載されているような通常の意味を有しており
、吸着温度における吸着物の分圧対吸着物の蒸気圧の比として定義される相対圧
力である。
速度定数の比、k HMp/ k DMBは、式:%式%)
[式中、kは各成分の速度定数、Tcは接触時間、εは各成分の分別転化率であ
る。]
により、通常の方法で一次速度論からめられる。
これら収着要求に合致するゼオライトは、天然のゼオライトフェリエライト、な
らびに既知の合成ゼオライトZSM−22、ZSM−23およびZSM−35を
含む。これらのゼオライトは、脱ロウ方法に使用する場合は、少なくとも部分的
に酸型または水素型であり、金属水素化成分、好ましくは白金などの貴金属を使
用することが好ましい。Pt/23M−23脱ロウ触媒により、優れた結果が得
られる。
ゼオライトZSM−22、ZSM−23およびZSM−35の調製および性質は
それぞれ、米国特許第4.810.357号(ZSM−22)、第4.076.
842号および第4,104,151号(ZSM−23)、ならびに第4.01
6.245号(ZSM−35)に記載されており、このゼオライトおよびその調
製の記載を引用する。フェリエライトは天然の鉱物であって、例えばブレツク(
D、W、 Breek)、ゼオライト・モレキュラー・シーブズ(Zeolit
e Mo1ecular 5ieves)、ジョン・ウィリー・アンド・サンズ
(John filey and 5ons)、第125〜127頁、第146
頁、第219頁および第625頁などの文献に記載されており、このゼオライト
の記載を引用する。
しかし、いずれにしろ、生成物のための脱ロウ装置に対する要求は比較的低く、
本発明の方法は、この点で、かなりの程度の脱ロウが必要とされる無定形触媒の
みを使用した方法よりも顕著な向上を示す。本発明の方法に特有の機能分離は、
無定形触媒法における50%に比べて、典型的に約70〜80%と転化率の高い
単一パスのロウ転化率を達成することを可能にし、従って、装置の処理量が従来
の方法に比べて顕著に向上する。脱ロウ器への負荷が減少するように80%を越
える転化率レベルを使用してもよいが、生成物粘度指数(Vl)および収率が同
時に減少し、一般に、約135未満の粘度指数(Vl)の生成物が許容されない
ならば、最終膜ロウ工程を完全に無(することはできない。
本発明の方法により得られる生成物は、高粘度指数(VI)および低流動点を有
する物質であって、優れた収率で得られる。優れた粘度特性を有することに加え
て、生成物は、酸化および熱の双方ならびに紫外線に対しても非常に安定である
。
140〜155の範囲の粘度指数(Vl)値が典型的に得られるが、最初のロウ
供給原料基準で、少なくとも50重量%、通常少なくとも60重量%の生成物収
率(これは、それぞれほぼ80%および90%のロウ転化率値に相当する)にお
いて、143〜147の粘度指数(VI)値を容易に達成できる。本プロセスの
もう一つの著しい特徴は、本プロセスに固有の限定的沸騰範囲転化の結果として
生成物が所望の粘度値を保持すること、換言すれば、一定の生成物粘度において
、より高い収率が得られるということである。
以下の実施例、1〜19により、触媒を調製するために使用したメソポーラス結
晶性物質の調製を説明する。これらの実施例において、水、シクロヘキサン、ベ
ンゼンおよび/またはn−ヘキサンに対する収着のデータは、以下のようにして
測定した平衡吸着値である。
秤量した吸着媒の試料は、540℃で少なくとも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17.5/100g、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、1.6kPa (12Torr)の水蒸気、
40Torrのn−ヘキサンもしくはシクロヘキサン蒸気、または6.7kPa
(50Torr)のベンゼン蒸気の条件で接触させる。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+m+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(CTMA(cetyltrimethylammonium))溶
液100gを、テトラメチルアンモニウム(T M A (tetrameth
ylammonium))シリケート(ンリカ10%)水溶液100gと攪拌し
ながら混合した。自由水約6重量%と水和結合約水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(]1iSil) 2
5g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9
5℃で一装置いた。Al2031モルに対する混合物の組成は以下のとおりであ
った。:
Na2O2,7モル
Sif! 392 モル
(CTMA)20 35.7モル
(TMA)to 61.7モル
H206231モル
得られた固体生成物を濾過により回収し、周囲温度で風乾した。この生成物を5
40℃、窒素中で1時間、次いで空気中で6時間焼成した。
焼成生成物は、表面積が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。
HzO8,3
シクロヘキサン 22.9
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dloo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4.5重量%を含み
、最終粒子寸法が約0.02 am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A12031モルに対して以下のとおりであった。: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993m2/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
明の超大寸法孔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440ffl”/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℃(12500F)にて100%水蒸
気に2時間接触させた。この物質の表面積は718m”/gであると測定され、
そのような条件の水蒸気処理後も72%が残存していることが示された。
実施例3
水、実施例1と同様に調製した水酸化セチルトリメチルアンモニウム溶液、硫酸
アルミニウム、ハイシルおよび臭化テトラプロピルアンモニウム(T P A
(tetrapropylammonium)) 35%水溶液を混合して、A
1zOs1モルに対して以下の組成を有する混合物を調製した。
Na2Oo、 65 モル
Sing 65 モル
(CTMA)20 8.8 モル
(TPA)20 1.22 モル
H201336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。A1□0,1モルに対する混合物の組
成は以下のとおりであった。:
NazOo、65モル
SiO□ 65 モル
(CTMA)20 15 モル
(T P A)20 1.22モル
(TMA)20 35.6モル
820 2927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1085m2/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。
HzO11,5
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 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、最終粒子寸法が約002
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15
0℃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A12031
モルに対して以下のとおりてあった。:
Na2Oo、 23 モル
SiO233,2モル
(CTMA)20 6.1 モル
(TMA)20 5.2 モル
820 780 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
シクロヘキサン 〉50
n−ヘキサン 49.1
ベンゼン 66.7
焼成生成物のX線回折パターンは、40.8±2.0人のd間隔に非常に強い相
対強度ライン、23.1±1.0および20.1±1.0人に弱いラインを含む
ことにより特徴付けることができる。TEMにより、生成物が超大礼物質を含む
ことが示された。
実施例5
水260gに、リン酸(85%)77 g、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、A 120 s
1モルに対して以下のとおりであった。:
P2es 1.0 モル
(Pyr)20 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/l 00g
)は以下のとおりであることが判った。
HzO33,2
シクロヘキサン 19.7
n−ヘキサン 20.1
ベンゼン 23.3
この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6
NaA102 (AlzOs 43.5%、Na2O30%)1.35gを水4
5.2gに溶解した溶液を、NaO817,3g−コロイド状シリカ(40%、
ルドックス(Ludox)HS−40)125.3 gおよび水酸化テトラエチ
ルアンモニウム(TEA)40%水溶液426g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。。
Al2O30,25モル
Na、0 10 モル
Si0□ 36 モル
(CTMA)20 0.95モル
(T E A)20 2.5 モル
H20445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%、5i02を68.5重量%、Al
2O。
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200rpmi’撹拌しながら150
℃で48時間加熱した。混合物の組成は5iOz1モルに対して以下のとおりで
あった。
(CTMA)go 0.5モル
HIO46,5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、約98.7重量%の5iOz
および約0,01重量%のA1□03を含み、表面積が896s2/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。
HzO8,4
シクロヘキサン 49.8
n−ヘキサン 42.3
ベンゼン 55.7
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
MS−40)21gの混合物を容量300ccのオートクレーブ内で20Qrp
mで撹拌しながら150℃で48時間加熱した。混合物の組成は5i021モル
に対して以下のとおりであった。;
(CTMA)20 0.5 モル
H2046,5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5in2および
0゜016重量%のA 1 ! Osを含み、表面積が992m2/gであり、
以下のとおりの平衡吸着容量(g/100g)を有することが判った。
H2O4,6
シクロヘキサン 〉50
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大の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
孔物貢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5fOz53.3重量%、AhOs 3.2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。
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+zTMAOH100%)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%5ift)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/l 00g)が以下のとおりであることが判った。
H2O32,6
シクロヘキサン 38.1
NaA102 (A120g 43.5%、Na、030%)4.9gを水37
.5 gに溶解した水溶液に、水酸化テトラエチルアンモニウム40%水溶液4
6.3ccおよびコロイド状シリカ(ルドックスH3−40)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(
150ml)の水酸化セチルトリメチルアンモニウム溶液と混合して、100℃
で168時間反応させた。混合物の組成はA1.031モルに対して以下のとお
りであった。:Na、0 1.1 モル
SiOx 30.6モル
(TEA)so 3.0 モル
(CTMA)20 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。談成生成物は、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。
H2O23,6
シクロヘキサン 〉50
n−ヘキサン 49
ベンゼン 67.5
<137> 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45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。得られた混合物を静置型
オートクレーブ中で150℃に24時時間−た。混合物の組成はAt20,1モ
ルに対して以下のとおりであった。。
Nano 1.25 モル
SiO227,8モル
(CTMA)20 5.1 モル
(TMA)20 4.40 モル
H!0 650 モル
得られた固体生成物を濾過により回収し、周囲温度で風乾した。次いで生成物を
540℃にて、窒素中で1時間、次いで空気中で6時間焼成した。TEMにより
、生成物が超大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±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932m2/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,039,3
シクロヘキサン 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10
0℃の水蒸気筒中に48時間装いた。混合物の組成はA120g1モルに対して
以下のとおりであった。:
(CTMA)xo 5.1 モル
(TMA)zo 4.4 モル
H2O、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。
H,O35,2
/クロヘキサン 〉50
n−へキサン 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3g5PQコーポレーシヨンから
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’C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5i021モ
ルに対して以下のとおりであった。:
(CTMA)20 0.10 モル
)(,021,89モル
NaA10z 0.036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840a2/g
で、以下の平衡吸着容量(g/100g)を有することが判った。
HtO15,2
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
27fO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
ウム50%、イソプロパツール36%、水14%の溶液92gに添加した。この
混合物(7)H20/R1/To(’1 モル比は149であり、IPA/R7
7Ioのモル比は6であった。この第一のテンプレート混合物に、アルミン酸ナ
トリウム4.15g1ハイシル25g1テトラメチルアンモニウムシリケート水
溶液(Sin、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Rzz+O/(SiO*+AhO
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、IQQrpm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、5i021モルに対して以下のとおりであった。:Na=Oo
、 05 モル
Al2O30,036モル
(C+□TMA)zo 0.18 モル(TMA)20 0.12 モル
HxO36,0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1223ra2/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。
820 25.5
シクロヘキサン 41.1
焼成生成物のX線回折パターンは、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ンリケート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、5iO21モルに対して以下のとおりで
あった。:
(CIoTMA)20 0.81 モル820 47、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Nz/空気混合気中、そし
てその後空気中で8時間焼成した。焼成生成物は、表面積が915m2/gであ
り、平衡ベンゼン吸着容量が35g/100gであることが判った。
アルゴン物理吸着データによれば、アルゴン吸収が0.34cc/gであり、細
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(SiO,が10重量%)40g1ハイシル10g1水2
00gおよび1,3.5−トリメチルベンゼン(メシチレン)70gを添加した
。得られた混合物を室温で数分間攪拌した。次いで、このゲルを600ccのオ
ートクレーブに入れ、150rp■で攪拌しながら105℃で68時間加熱した
。混合物の組成は、A1zOs1モルに対して以下のとおりであった。:Na2
O1,25モル
5iOz 27.8モル
(CTMA)20 5.1モル
(TMA)to 2.24モル
H,02256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.Lo、3.0.5、そ
して0.2+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、dlO0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dlll。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、NaAlO21,65gを添加した。この混合物をNaA10
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(TM
A)シリケート水溶液(S i 02が10重量%)40g1ハイシル10g、
水200gおよび1,3.5−トリメチルベンゼン(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600c
cのオートクレーブに入れ、15 Q rpmで攪拌しながら105℃で90時
間加熱した。混合物の組成は、A1zOs1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)zo 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9151m”/g、平衡ベンゼン吸着容量が25g
/l 00gを越えることが判つた。アルゴン物理吸着データによれば、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
(Dollimore−Heal)法、実施例22(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、電子回折パターンにおいて観察
されるように、dl。。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+oe値を有すること
が判った。
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(CTMAOH
)溶液80gに、NaA10z1.65gを添加した。この混合物をNaAlO
2が溶解するまで室温で攪拌した。この溶液に、テトラメチルアンモニウム(T
MA)シリケート水溶液(S i O2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、Atzos1モルに対して以下のとおりであった。:Na2O1,2
5モル
Sin、 27.8 モル
(CTMA)20 5.1 モル
(TMA)20 2.24モル
Hgo 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N2/空気混合気中、そしてその後空気中で8時間焼成した。
焼成生成物は、表面積が975a+”/g、平衡ベンゼン吸着容量が40g/1
00g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/Po=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±16
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6r+m(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る。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(Ad。
5orptjon、 5urface Area and Porosity)
、第2版、アカデミツク・ブレス(^cademic 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温線を構成する。等温線を測定する温度における吸
着物質の蒸気圧P0と平衡圧力との比をとることによって得られる相対圧力を使
用することが通常行われている。十分少量ずつのアルゴンを各ステップで入れて
、0〜06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
温線を作成するためには、少なくとも100個の点が必要である。
等温線のステップ(屈曲)が細孔構造(system)の充填を示す。P/Po
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。等温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/Po)についての関数を導出する。
(log (P / P o)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[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+Q、19、そして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)およびカヮゾエ(Kawazoe)の
方法(G、ホーヴアス等、ジャーナル・オブ・ケミカル・エンジニアリング・オ
ブ・ジャパン0゜Chem、 Eng、 Japan)、第16巻(6)、19
83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、直径が約6nm(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1〜17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 22.8.30.8
13 35.0.42.1
14 40、0
15 22、4.30.4
16 15、0
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ップエの方法は、
2nm(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、6n■(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6n■(60人)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)=−2V7CO5θ/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/Po
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から100止(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,Heal)の[
ジャーナル・オブ・アプライド・ケミストリー(J、^pplied Chew
、 )、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混
線に適用するために導出されたものであるが、単にデータを逆に入れることによ
り吸着等混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、一般には50〜100nm100n〜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、この試料調製方法は常套手段である。物質を樹脂(ここでは市
販の低粘度アクリル樹脂り、 R,ホワイト(IFhite)・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50〜1
00nm100n〜1000人)の部分をファインメツシュ(fine mes
h)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。
本発明の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(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。
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ポルトで操作するJEOL200CX透過電子顕微鏡で、上記
の方法により試験した。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)透過電子顕微鏡において慣用され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21〜25
以下の実施例により、超大寸法孔触媒を使用する組合された2工程プロセスを説
明する。
2種の粗ワックスを、無定形触媒を用いて温和な水素化分解に付した。このワッ
クスは、重質ニュートラル(450SUS、 100℃)粗ワックスおよび高沸
点ペトロラタム粗ワックスであった。ワックスの特性を以下の表5に示す(溶剤
説ロウ油の特性も示している)。水素化分解は、表6に示す特性を有するNiW
/フッ素化アルミナ触媒を使用して、1hr−冨LH8V、13890kPa、
絶対圧(2000psig)および890n、 1.1−’ (5000SCF
/Bbl) H2循環において行った。
触媒の硫化およびフッ素化は、現場において、ペトロラタムワックスを導入する
前に、0−フルオロトルエンを600pp■のフッ素レベルで使用して、1週間
、725°F(385℃)で行った。水素化分解は、0−フルオロトルエンを使
用し、25ppmのFのフッ素レベルを維持して行った。
表5
ワックス供給原料の特性
窒素(ppm) 32 120
硫黄(重量%) 0.10 0.32
動粘度、100℃(me2/s) 7.3 18.8油含量(重量%) 34
25
(D3235)
蒸留結果(SIMDIST!重量%):IBP 736 885
EP 1095 1290
溶剤膜ロウ油
動粘度、100℃(am!/s) 10.53 28.42粘度指数(Vl)
96 99
流動点(℃(’ F)) −18(0) −1(30)窒素(ppm) 95
270
硫黄(重量%) 0.22 0.64
IBP15% 388(731)/ 395(743)前立
無定形IDC触媒の特性
寸法/形状 1.59s■(1/16インチ)三葉状(トリローブ(trilo
be))ニッケル(重量%)4.0
タングステン(重量%) 19.0
表面積(m”/g) 171
孔容積(cc/g) 0.432
反応の過酷度を、反応温度を382〜410℃(720〜770°F)で変化さ
せて調整した結果、40〜75重量%のワックス転化率が得られた。
ワックス転化率は、式:
(ワックス転化率)=100X((供給原料中のワックス)−(溶剤脱ロウによ
り得られたワックス))/(供給原料中のワックス)により定義する。
水素化分解から得られる全液体生成物(T L P (total 1iqui
d products))の特性を次の表7に示す。
嚢ユ
水素化分解ワックスの特性
HN粗ワックス ペトロラタム
水素(l量%)14.63 14.76窒素(ppm) 5.0 3.0
硫黄(重量%) 0.002 0.002API” 38.2 36.8
蒸留結果(重量%)
IBP(℃(”F)) 103(217) 59(138)EP 572(10
61) 643(1190)実施例22
NiW/MCM−41触媒調製
NiW/MCM−41触媒を以下のようにして調製した。
MCM−41(40人)の試料を、以下の混合物(重量部(pbw))をオート
クレーブ内で結晶化させて調製した。。
61 (pbw) 塩化N、 N、 N−トリメチル−1−ヘキサデシルアンモ
ニウムの29重量%溶液を水酸基−ハロゲン交換樹脂に接触させて調製した水酸
化セチルトリメチルアンモニウム(CTMA)
1 (pbw) アルミン酸ナトリウム30 (pbw) テトラメチルアンモ
ニウムシリケート(10%水溶液)8 (pbw) 沈降水和シリカ(ハイシル
)この混合物を、自生圧下、100℃で24時間、撹拌して結晶化した。得られ
た生成物を濾過により回収し、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時間焼成した。生成物の特性は、MCM
−41として同定されるものに一致した。
MCM−41を室温硝酸アンモニウム水溶液により交換し、続いて121℃(2
50°F)で−晩乾燥した。得られた結晶の一部をAl2O,と混合して、65
重量部のMCM〜41および35重量部のアルミナの混合物を形成した。この混
合物に水を加えて、得られる触媒を押出物に成形した。この触媒の活性化を、5
10℃(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/分に置換して行った。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(NOx)2・6H20および(N
H4)6H2W、2゜・40H20溶液を使用して、初期湿式共含浸により行っ
た。121℃(250°F)で12時間乾燥した後、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/AbOs触媒の物理的および化学的特性を以下に示す。
ニッケル(重量%)5.8
タングステン(重量%) 29.1
ナトリウム(ppm) 200
表面積(m2/g) 242
充填密度(g/cc) 0.749
実施例23
この実施例により、MCM−41および無定形触媒をワックス供給原料の水素化
分解において使用することを示す。この実施例において使用する供給原料は、重
質ニュートラル(HN)粗ワックスであり、その特性を表8に示す。
重質ニュートラル粗ワックスの特性
45ON粗ワツクス
水素(重量%) 14.56
窒素(ppm) 54
硫黄(重量%) 0.102
API比重 34.9
動粘度、100℃(が/s) 7.117溶剤抽出可能分c重1に96)(03
235) 34.05蒸留結果(℃(” F)):
IBP15 391 (736)/429 (805)90/EP 546(1
014)1591(1095)溶剤膜ロウ油
窒素(ppm) g 5
硫黄(重量%) 0.220
流動点(℃(” F)) −18(0)動粘度、40℃(w+++2/s) 9
2.04動粘度、100℃(111m2/s) 10.53粘度指数(Vl)
96.2
組成(重量%、パラフィン)
23.2モノナフタレン 19.4
ポリナフタレン 37.1
芳香族 20.3
供給原料の処理をNiW/フッ素化アルミナ触媒を含む固定床反応器において処
理したが、この触媒は、硫化された後、触媒上における2〜4重量%のフッ素レ
ベルを目標として、粗ワックス供給源中でほぼ1週間、フッ素を0−フルオロト
ルエンとして600pps+添加することにより現場的にフッ素化されたもので
あった。う:z(run)のための操作条件を、2000psig水素圧、IL
H3Vとして、反応器温度を375〜402℃(705〜755°F)で変化さ
せて、幅広い転化範囲をカバーした。続いて、水素化分解工程から得られる全液
体生成物を公称343℃+(650° F+)カットポイントまで蒸留した。続
いてワックス性釜残液(bottom)を溶剤脱ロウして、目標の一18℃(0
°F)流動点とした。これらのランの結果を下記の表9にまとめている。
^ト
実施例22のNiW/MCM−41触媒を、13890kPa (2000ps
ig)水素圧、1335n、 1.1−1(7500SCF/Bbl)水素循環
およびIHLSVで、ワックス水素化分解に使用した。操作温度を382℃〜3
97℃(720〜746゜F)に調整して、343℃(650°F−)沸点範囲
転化率の範囲を拡大させた。
これらのランの結果を表10に示す。
NiW/MCM−41触媒の活性は、フッ素化NiW/アルミナ触媒の活性より
も高い。例えば、30重量%343℃(650°F−)転化率において、フッ素
化触媒は394℃(742°F)の反応器温度を必要とするが、MCM−41触
媒は約10°F低い温度である389℃(732°F)を必要とした。約30〜
60重量%343℃(650°F−)またはそれ以上の転化率の沸点転化範囲に
おいて、この活性の利点は、サイクルの開始温度がより低い点において有利であ
り、触媒寿命をより長(する可能性がある。
実施例24
Pt/MCM−41触媒の調製
MCM−41(40人)の試料を、48部の水酸化CTMA、1部のアルミン酸
ナトリウム、2.4部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6部の沈降シリカ(ハイシル)を使用する以外は、上記の実施例22に従
って調製した(部は重量部である)。焼成生成物は、1120m”/gの表面積
および以下の平衡吸着能(g/100g)を有していた。:H2O10,8
シクロヘキサン 〉50
n−ヘキサン 〉50
ベンゼン 67
生成物はX線回折パターンによりMCM−41であると同定され、そのパターン
は38.4±2.0人のd間隔に比較的強い相対強度ライン、22.6±1,0
.200±1.0および15.2土1.0人に弱いラインを含んでいた。
焼成したMCM−41生成物を硝酸アンモニウムの室温水溶液により交換し、続
いて121℃(250°F)で−晩乾燥した。
得られた結晶の一部をAl、O,と混合して、MCM−41が65重量%、アル
ミナが35重量%である混合物を形成した。この混合物に水を添加して、得られ
た触媒を押出し物に成形した。触媒を、510℃(950°F)で、5v/v/
分窒素で6時間焼成した後、窒素気流を5V/V/分空気により置換して活性化
した。温度を538℃(1000°F)に上昇させ、その温度を約18時間維持
して焼成を完了した。テトラアミン白金塩水溶液により交換して、白金を組込ん
だ。続いて、押出し物を乾燥し、349℃(660°F)、空気中で3時間焼成
した。Pt/MCM−41触媒の物理的および化学的特性を、下記の表11に示
す。:
表11
Pt/MCM−41触媒特性
白金(重量%) 0.60
表面積(m2/g) 690
粒子密度(gm/ml) 0.706
実密度(gm/ml) 2.514
孔容積(ml/g) 1.019
実施例25
実施例21に記載した粗ワックス水素化分解プロセスから得られる全液体生成物
(TLP)を、水素の存在下、実施例24のPt/MCM−41触媒を使用して
、1.0LHSV、13890kPa(2000psig)および890n、1
.l−’ (5000SCFB) H2で処理した。続いて、ワックス性生成物
を公称343℃(650°F+)カットポイントまで蒸留した。続いて、蒸留物
質の脱ロウを、常套のMEK/)ルエン脱ロウプロセスを用いて行い、−18℃
(0°F)流動点とした。下記の表12に、収率および特性データをまとめてい
る。収率は、溶剤脱ロウ後に残存している潤滑剤物質の量によってめており、第
1水素化分解反応器への供給原料を基準としている。
図1は、ペトロラタム粗ワックスについて、1工程水素化分解(実施例21)と
2工程処理(実施例25)の両方から得られる生成物についての潤滑剤収率対ワ
ックス転化率を比較している。低流動点、8+n2/5(100℃、公称)粘度
潤滑剤の収率は、実施例21の1工程力式と比較すると、実施例25の複合方式
が向上している。実施例25における複合方式から得られる最高収率は42〜4
5重量%であり、これは60〜70重量%のワックス転化率において得られる。
このことは、同じワックスを使用する実施例21の1工程力式における最高32
重量%の潤滑剤収率より有利である。
図2は、重質ニュートラル粗ワックスについて、1工程水素化分解(実施例21
)と2工程処理(実施例25)の両方から得られる生成物についての潤滑剤収率
対ワックス転化率を比較している。重質ニュートラル粗ワックスについての目標
粘度は5mm2/s (100℃)である。高ワックス転化率、即ち50重量%
を越える転化率において、低流動点、5mm2/s (100℃)粘度潤滑剤の
収率は、実施例21の1工程力式と比較すると、実施例25の複合方式の方が向
上しており、実施例25の複合方式においては、71%ワックス転化率において
45重量%の潤滑剤収率が得られる。このことは、実施例21の1工程力式で、
68重量%のワックス転化率において得られる36重量%の潤滑剤収率より有利
である。このプロセスにおいては高ワックス転化率であることが非常に望ましい
が、それは未添加ワックスが典型的な高処理量の産業的MEK脱ロクロウ装置に
負荷をかけるためである。
Claims (40)
- 1.少なくとも20重量%のワックス含量を有する鉱油起源の炭素数供給原料か ら、少なくとも110の粘度指数(VI)を有する高粘度指数潤滑剤を製造する 方法において、 (i)該供給原料を、二機能性潤滑剤水素化分解触媒により、供給原料を潤滑剤 沸点範囲外で沸騰する生成物に転化する転化率を50重量%以下とするような過 酷度で、該供給原料中に存在する芳香族成分を水素化分解すること、(ii)少 なくとも1.3nm(13Å)の直径を有する均一な寸法の孔の配列を有し、焼 成後、6.7kPa(50torr)および25℃において物質100gあたり 15gを越えるベンゼン吸着容量および約18Åより大きいd間隔に相対強度1 00のピークを少なくとも1つ有するX線回折パターンを示す無機質、非層状、 多孔質の結晶相物質を含む多孔質担体物質上に水素化成分を含んでなる異性化触 媒の存在下において、水素化分解工程から得られる流出液中に存在するワックス 性パラフィンを異性化して、よりワックス性の低いイソパラフィンとすることを 含んでなる方法。
- 2.石油ワックスが少なくとも50重量%のワックス含量を有する粗ワックスを 含んでなる請求の範囲1記載の方法。
- 3.供給原料が、少なくとも60重量%のワックス含量および5〜20重量%の 芳香族含量を有する石油ワックスを含んでなる請求の範囲2記載の方法。
- 4.石油ワックスが8〜12重量%の芳香族含量を有する粗ワックスを含んでな る請求の範囲3記載の方法。
- 5.水素化分解工程の触媒が、金属成分として、周期表上の、少なくとも1種の 第VII族金属および少なくとも1種の第VI族金属を含んでなる請求の範囲1 記載の方法。
- 6.水素化分解触媒が無定形水素化分解触媒である請求の範囲5記載の方法。
- 7.水素化分解触媒が、無機質、非層状、多孔質の結晶相物質であり、焼成後に 、6.7kPa(50torr)および25℃において物質100gあたり約1 5gを越えるベンゼン吸着容量および約1.8nm(18Å)より大きいd間隔 に相対強度が少なくとも100のピークを少なくとも1つ有するX線回折パター ンを示す請求の範囲5記載の方法。
- 8.水素化分解触媒の結晶相物質が、焼成後に、少なくとも1.3nm(13Å )の直径の細孔の均一な六角形配列を有しており、1.8nm(18Å)を越え るd100値で示すことができる六方晶の電子回折パターンを示す請求の範囲7 記載の方法。
- 9.結晶相が、焼成後に、少なくとも一つのピークのd間隔が電子回折パターン からのd100値に対応するX線回折パターンを有する請求の範囲1記載の8記 載の方法。
- 10.水素化分解触媒が、結晶性担体上に、第VIIIA族の卑金属と組合せた 第VIA族の卑金属を含む水素化成分を含んでなる請求の範囲1記載の方法。
- 11.水素化成分がニッケルおよびタングステンを含んでなる請求の範囲10記 載の方法。
- 12.水素化分解を少なくとも5620kPaの水素分圧で行う請求の範囲1記 載の方法。
- 13.水素化分解工程における343℃−(650°F−)物質への転化率が、 供給原料の10〜40重量%である請求の範囲1記載の方法。
- 14.異性化触媒の結晶相物質が、焼成後に、少なくとも1.3nm(13Å) の直径の細孔の均一な六角形配列を有しており、1.8nm(18Å)を越える d100値で示すことができる六方晶の電子回折パターンを示す請求の範囲1記 載の方法。
- 15.異性化触媒の結晶相が、焼成後に、少なくとも一つのピークのd間隔が電 子回折パターンからのd100値に対応するX線回折パターンを有する請求の範 囲1記載の8記載の方法。
- 16.異性化触媒の結晶相がアルミノシリケートを含んでなる請求の範囲1記載 の方法。
- 17.異性化触媒が、メソポーラス担体上に、金属成分として、第VIIIA族 の貴金属を含んでなる請求の範囲1記載の方法。
- 18.異性化触媒が、メソポーラス担体物質上に、0.3〜2重量%の白金を含 んでなる請求の範囲17記載の方法。
- 19.異性化工程を、7000kPa〜20800kPaの水素分圧下で、異性 化工程への供給原料基準で、343℃−(650°F−)生成物への転化率が4 0重量%を越えないようにして行う請求の範囲1記載の方法。
- 20.異性化工程を、363℃(685°F)を越えない温度で行う請求の範囲 19記載の方法。
- 21.高粘度指数潤滑剤が少なくとも140の粘度指数を有し、供給原料が少な くとも50重量%のワックス含量を有する石油ワックス供給原料を含んでなり、 水素化分解工程を、少なくとも7000kPaの圧力の水素および、周期表上の 、第VVIIIA族の少なくとも1種の金属および第VIA族の少なくとも1種 の金属を担体上に含んでなる水素化分解触媒の存在下において、少なくとも34 3℃(650°F)の温度ならびに、石油ワックス供給原料基準で40重量%を 越えない343℃−(650°F−)生成物への転化率を生じる過酷度で行い、 水素化分解工程生成物の水素異性化を、288〜371℃の温度、少なくとも7 000kPaの水素分圧の水素の存在下で行い、該異性化触媒の結晶相物質が、 孔の均一な六角形配列および約1.8nmを越えるd100値で示すことのでき る六方晶の電子回折パターンを有する貴金属水素化分解成分を含んでなる請求の 範囲1記載の方法。
- 22.水素化分解工程の触媒が、金属成分として、周期表上の、第VIIIA族 の少なくとも1種の金属および第V1A族の少なくとも1種の金属を含んでなる 請求の範囲21記載の方法。
- 23.水素化分解触媒の水素化成分がニッケルおよびタングステンを含んでなる 請求の範囲22記載の方法。
- 24.水素化分解触媒が無定形水素化分解触媒である請求の範囲21記載の方法 。
- 25.水素化分解触媒が多孔質担体上に水素化成分を含んでなり、該多孔質担体 が、無機質、非層状、多孔質の結晶相物質であり、焼成後に、少なくとも1.3 nm(13Å)の直径の細孔の均一な六角形配列を有し、6.7kPa(50t orr)および25℃において物質1009あたり約159を越えるベンゼン吸 着容量ならびに約1.8nmより大きいd間隔に相対強度100のピークを少な くとも1つ有するX線回折パターンおよび1.8nm(18Å)を越えるd10 0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21記載の方 法。
- 26.水素化分解触媒の結晶相が、焼成後、d間隔が電子回折パターンによるd 100値に相当する少なくとも一つのピークを有するX線回折パターンを有する 請求の範囲25記載の方法。
- 27.水素化分解触媒の結晶相がアルミノシリケートである請求の範囲25記載 の方法。
- 28.異性化触媒の結晶相が、焼成後、d間隔が電子回折パターンによるd10 0値に相当する約18Åより大きい少なくとも一つのピークを有するX線回折パ ターンを有する請求の範囲21記載の方法。
- 29.水素化分解工程からの流出液を、水素異性化工程に直接カスケード式に導 入する請求の範囲25記載の方法。
- 30.水素化分解工程における343℃+転化率が、石油ワックス供給原料基準 で10〜40重量%である請求の範囲25記載の方法。
- 31.異性化工程の際の343℃+転化率が、異性化工程への供給原料基準で1 0〜30重量%である請求の範囲21記載の方法。
- 32.異性化工程の際の343℃+転化率が、異性化工程への供給原料基準で1 0〜25重量%である請求の範囲31記載の方法。
- 33.水素化分解工程を10450〜17340kPaの水素分圧において行う 請求の範囲21記載の方法。
- 34.異性化工程を316〜343℃の温度で行う請求の範囲21記載の方法。
- 35.水素異性化生成物を脱ロウに付して、20重量%を越えない脱ロウ工程時 減量で目標の流動点を達成する請求の範囲21記載の方法。
- 36.生成物が143〜147の粘度指数(VI)を有する請求の範囲21記載 の方法。
- 37.少なくとも140の粘度指数(VI)を有する高粘度指数潤滑剤が、少な くとも50重量%のワックス含量の石油ワックス供給原料から得られる請求の範 囲21記載の方法において、 水素化分解工程において、担体が無機質、多孔性アルミナを含んでなり、水素化 分離をハロゲン促進剤の存在下で行い、それにより、343℃−生成物への転化 率が石油ワックス供給原料基準で30重量%を越えない請求の範囲21記載の方 法。
- 38.水素化分解工程における343℃+転化率が、石油ワックス供給原料基準 で10〜30重量%である請求の範囲37記載の方法。
- 39.水素化分解を、ハロゲン促進剤の存在下、少なくとも343℃の温度およ び石油ワックス供給原料基準で40重量%を越えない343℃−生成物への転化 率を達成する過酷度において行い、結晶性担体物質が無機質、非層状、多孔質の 結晶相アルミノシリケート物質を含んでなり、6.7kPa(50torr)お よび25℃において物質100gあたり約15gを越えるベンゼン吸着容量を示 し、少なくとも1.3nmの直径の孔の均一な六角形配列を有し、焼成後、約1 .8nmより大きいd間隔に相対強度100のピークを少なくとも1つ有するX 線回折パターンおよび、X線回折パターンの少なくとも一つのピークのd間隔に 相当し、1.8nmを越える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25記載の方法。
- 40.水素化分離工程における343℃+転化率が、石油ワックス供給原料基準 で10〜30重量%である請求の範囲39記載の方法。
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