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特許7037573改質Y型分子篩、その生成方法、およびそれを含む触媒
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  • 特許-改質Y型分子篩、その生成方法、およびそれを含む触媒 図1
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-03-08
(45)【発行日】2022-03-16
(54)【発明の名称】改質Y型分子篩、その生成方法、およびそれを含む触媒
(51)【国際特許分類】
   C01B 39/24 20060101AFI20220309BHJP
   B01J 29/08 20060101ALI20220309BHJP
【FI】
C01B39/24
B01J29/08 Z
【請求項の数】 20
(21)【出願番号】P 2019545355
(86)(22)【出願日】2018-02-12
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2020-03-19
(86)【国際出願番号】 CN2018076428
(87)【国際公開番号】W WO2018153301
(87)【国際公開日】2018-08-30
【審査請求日】2020-11-13
(31)【優先権主張番号】201710093974.2
(32)【優先日】2017-02-21
(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN
(31)【優先権主張番号】201710093980.8
(32)【優先日】2017-02-21
(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN
(31)【優先権主張番号】201710093975.7
(32)【優先日】2017-02-21
(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN
(31)【優先権主張番号】201710093973.8
(32)【優先日】2017-02-21
(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN
(73)【特許権者】
【識別番号】503191287
【氏名又は名称】中国石油化工股▲ふん▼有限公司
(73)【特許権者】
【識別番号】509059424
【氏名又は名称】中国石油化工股▲ふん▼有限公司石油化工科学研究院
(74)【代理人】
【識別番号】110000338
【氏名又は名称】特許業務法人HARAKENZO WORLD PATENT & TRADEMARK
(72)【発明者】
【氏名】周霊萍
(72)【発明者】
【氏名】張蔚琳
(72)【発明者】
【氏名】許明徳
(72)【発明者】
【氏名】陳振宇
(72)【発明者】
【氏名】田輝平
(72)【発明者】
【氏名】朱玉霞
【審査官】印出 亮太
(56)【参考文献】
【文献】特表2004-526655(JP,A)
【文献】中国特許出願公開第1382768(CN,A)
【文献】中国特許出願公開第101745418(CN,A)
【文献】特表平09-502416(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
C01B 39/00
B01J 29/00
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
希土類酸化物の含有量が重量%~12重量%であり、リンの含有量がPベースで重量%~10重量%であり、酸化ナトリウムの含有量が1.0重量%以下であり、全細孔体積が0.36mL/g~0.48mL/gである、改質Y型分子篩において、孔径が2~100nmである二次孔の細孔体積の、全細孔体積に対する比率が20%~40%であり、格子定数が2.440nm~2.455nmである、改質Y型分子篩において、非骨格アルミニウムの含有量の、アルミニウム総含有量に対する比率が10%以下であり、格子崩壊温度が1060℃以上であり、200℃のピリジン吸着赤外線法で測定したときの、改質Y型分子篩の総酸含有量におけるB酸のL酸に対する比率が3.5以上であることを特徴とする、改質Y型分子篩。
【請求項2】
上記改質Y型分子篩において、孔径が2~100nmである二次孔の細孔体積の、全細孔体積に対する比率が28%~38%であることを特徴とする、請求項1に記載の改質Y型分子篩。
【請求項3】
上記改質Y型分子篩において、非骨格アルミニウムの含有量の、アルミニウム総含有量に対する比率が重量%~9.5重量%であり、SiO/Alモル比に基づいて計算した骨格シリカ・アルミナ比が14であることを特徴とする、請求項1または2に記載の改質Y型分子篩。
【請求項4】
上記改質Y型分子篩の格子崩壊温度が1060℃~1085℃であることを特徴とする、請求項1~3のいずれか1項に記載の改質Y型分子篩。
【請求項5】
200℃のピリジン吸着赤外線法で測定したときの、上記改質Y型分子篩の総酸含有量におけるB酸のL酸に対する比率が3.5であることを特徴とする、請求項1~4のいずれか1項に記載の改質Y型分子篩。
【請求項6】
上記改質Y型分子篩の相対結晶化度が70%~80%であり、100%の水蒸気雰囲気下において、800℃および常圧で17時間エージングを行った後、上記改質Y型分子篩の相対結晶化度維持率が38%以上であることを特徴とする、請求項1~5のいずれか1項に記載の改質Y型分子篩。
【請求項7】
上記改質Y型分子篩において、希土類酸化物の含有量が4.5重量%~10重量%であり、リンの含有量がPベースで0.1重量%~重量%であり、酸化ナトリウムの含有量が0.05重量%~0.3重量%であり、格子定数が2.442~2.451nmであり、SiO/Alモル比に基づいて計算した骨格シリカ・アルミナ比が8.5~12.6であることを特徴とする、請求項1~6のいずれか1項に記載の改質Y型分子篩。
【請求項8】
上記改質Y型分子篩において、希土類酸化物の含有量が5.5重量%~10重量%であり、酸化ナトリウムの含有量が0.15重量%~0.3重量%であり、上記改質Y型分子篩において、孔径が2~100nmである二次孔の細孔体積の、全細孔体積に対する比率が20~38%であり、格子定数が2.442~2.453nmであり、SiO/Alモル比に基づいて計算した骨格シリカ・アルミナ比が7.8~12.6であることを特徴とする、請求項1~6のいずれか1項に記載の改質Y型分子篩。
【請求項9】
上記改質Y型分子篩において、孔径が8~100nmである二次孔の細孔体積の、孔径が2~100nmである二次孔の全細孔体積に対する比率が40%~80%であることを特徴とする、請求項1~8のいずれか1項に記載の改質Y型分子篩。
【請求項10】
(1)NaY分子篩を希土類塩溶液と接触させてイオン交換反応を行い、酸化ナトリウムの含有量が低減された、希土類改質Y型分子篩を得る工程と、
(2)上記工程(1)で得られた上記Y型分子篩を、30体積%~90体積%の水蒸気を含む雰囲気下において、350℃~520℃の温度で4.5時間~時間焙焼することにより、格子定数が低減されたY型分子篩を得る工程と、
(3)SiClと上記Y型分子篩との乾燥ベースの重量比を0.1:1~0.7:1として、上記工程(2)で得られた上記Y型分子篩を、200℃~650℃の反応温度で10分間~時間、四塩化ケイ素ガスと接触反応させることにより、気相超安定Y型分子篩を得る工程と、
(4)上記工程(3)で得られた上記改質Y型分子篩を酸溶液と接触させる工程と、
(5)必要に応じて、上記工程(4)で得られた上記酸処理済の改質Y型分子篩をリン化合物と接触させることによりリン改質処理を行う工程と、を含むことを特徴とする、改質Y型分子篩を生成する方法。
【請求項11】
上記工程(1)において得られた、酸化ナトリウムの含有量が低減された上記希土類改質Y型分子篩の格子定数が2.465~2.472nmであり、酸化ナトリウムの含有量が9.0重量%以下であることを特徴とする、請求項10に記載の方法。
【請求項12】
上記工程(1)において、上記NaY分子篩と上記希土類溶液とのイオン交換反応は、NaY分子篩:希土類塩:HOの重量比を:0.01~0.18:5~20とし、イオン交換温度を15~95℃とし、イオン交換時間を30~120分間とする条件において行われることを特徴とする、請求項10または11に記載の方法。
【請求項13】
上記工程(2)において、焙焼温度は380~480℃であり、焙焼雰囲気は40~80%の水蒸気を含む雰囲気であり、焙焼時間は~6時間であることを特徴とする、請求項10~12のいずれか1項に記載の方法。
【請求項14】
上記工程(2)で得られた格子定数が低減された上記Y型分子篩において、格子定数が2.450~2.462nmであり、水の含有量が1重量%以下であることを特徴とする、請求項10~13のいずれか1項に記載の方法。
【請求項15】
上記工程(4)において、上記酸溶液との接触工程は、まず、強度が中程度以上の無機酸と接触させる工程と、その後、有機酸と接触させる工程と、を含み、強度が中程度以上の無機酸と接触させる上記工程の条件として、上記無機酸と上記分子篩との重量比が0.01~0.05:1であり、水と上記分子篩との重量比が~20:1であり、接触時間が60~120分間であり、接触温度が90~98℃であり、有機酸と接触させる上記工程の条件として、上記有機酸と上記分子篩との重量比が0.02~0.10:1であり、水と上記分子篩との重量比が~20:1であり、接触時間が60~120分間であり、接触温度が90~98℃であることを特徴とする、請求項10~14のいずれか1項に記載の方法。
【請求項16】
上記有機酸は、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、メチルコハク酸、リンゴ酸、酒石酸、クエン酸、およびサリチル酸からなる群から選択される1つまたは複数であり、強度が中程度以上の上記無機酸は、リン酸、塩酸、硝酸、および硫酸からなる群から選択される1つまたは複数であることを特徴とする、請求項15に記載の方法。
【請求項17】
上記工程(5)における上記リン改質処理は、上記工程(4)で得られた上記酸処理済の分子篩とリン化合物を含む交換液とを接触させて、15~100℃の条件下で10~100分間、イオン交換反応を行うことによって行われ、上記交換液と上記分子篩とにより形成された混合物において、水の上記分子篩に対する重量比が~5であり、リン(Pベース)の上記分子篩に対する重量比が0.0005~0.10であることを特徴とする、請求項10~16のいずれか1項に記載の方法。
【請求項18】
(1)NaY分子篩を希土類塩溶液と接触させてイオン交換反応を行い、濾過および洗浄を行い、必要に応じて乾燥させることにより、酸化ナトリウムの含有量が低減された、通常格子定数を有する希土類改質Y型分子篩を得る工程と、
(2)上記工程(1)で得られた上記Y型分子篩を、30体積%~90体積%の水蒸気を含む雰囲気下において、350℃~480℃の温度で4.5~7時間焙焼し、必要に応じて乾燥させることにより、格子定数が低減されたY型分子篩を得る工程と、
(3)SiClと上記Y型分子篩との乾燥ベースの重量比を0.1:1~0.7:1として、上記工程(2)で得られた上記Y型分子篩を、200℃~650℃の反応温度で10分間~時間、四塩化ケイ素ガスと接触反応させ、必要に応じて洗浄を行い、必要に応じて濾過を行うことにより、気相超安定Y型分子篩を得る工程と、
(4)上記工程(3)で得られた上記気相超安定Y型分子篩を酸溶液と接触させる工程と、
(5)必要に応じて、上記工程(4)において上記酸溶液と接触させることにより得られた上記分子篩をリン化合物と接触させることによりリン改質処理を行う工程と、を含み、
上記通常格子定数を有する希土類改質Y型分子篩は、格子定数が2.465nm~2.472nmの範囲内であることを特徴とする、請求項10~17のいずれか1項に記載の方法。
【請求項19】
請求項1~9のいずれか1項に記載の改質Y型分子篩含む接触分解触媒。
【請求項20】
乾燥ベースで10重量%~50重量%の上記改質Y型分子篩、アルミナベースで10重量%~40重量%のアルミナバインダー、および、乾燥ベースで10重量%~80重量%の粘土を含むことを特徴とする、請求項19に記載の接触分解触媒。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、改質Y型分子篩、その生成方法、およびそれを含む触媒に関する。より具体的には、炭化水素油の接触分解に用いられる高安定性改質Y型分子篩、その生成方法、およびそれを含む接触分解触媒に関する。
【背景技術】
【0002】
1960年代に初めて使用されて以来、Y型分子篩は、流動接触分解(FCC)触媒の主要活性成分とされている。しかし、原油が重くなるにつれて、FCC原料中の多環式化合物の含有量が著しく増加する一方、それら多環式化合物が分子篩の細孔内に拡散する能力は著しく低下する。Y型分子篩の孔径はわずか0.74nmであるため、Y型分子篩を主要活性成分として含む触媒を残油等の重質留分の処理に直接用いた場合、触媒の活性中心の到達可能性が、残油に含まれる多環式化合物の分解に対する主な障害となる。
【0003】
分子篩の孔構造は、特に残油用接触分解触媒の場合に、分解性能と密接に関係している。分子篩の二次孔は、残油の巨大分子の、触媒活性中心への到達可能性を高め、それにより、触媒の残油に対する接触分解能力を高めることができる。熱水脱アルミニウム法は、業界で最も広く使用されている超安定分子篩の生成方法の一つである。当該方法は、まず、アンモニウムイオンを含む水溶液を用いて、NaY分子篩のイオン交換を行うことで、分子篩中のナトリウムイオンの含有量を減少させる。その後、水蒸気雰囲気中においてアンモニウムイオン交換後の分子篩に対して600~825℃で焙焼を行い、これにより、当該分子篩を超安定化させる。当該方法は、費用効果に優れ、大規模な工業生産が容易であり、また、得られた超安定Y型分子篩は二次孔を多く含有している。しかしながら、当該分子篩の結晶化度は大きく劣化しており、その熱安定性も低下している。
【0004】
現在、業界用超安定Y型分子篩の生産は、通常、上述した熱水焙焼法の改良に基づいている。2回のイオン交換工程および2回の焙焼工程をする方法を用いることも可能であり、これによって得られた超安定Y型分子篩は、一定の量の二次孔を有し得る。しかしながら、孔径が比較的大きい二次孔の、全二次孔に対する割合は低く、超安定分子篩の比表面積および結晶化度をさらに向上させる必要がある。
【0005】
米国特許第5069890号および同5087348号には、市販のUSY原料を、100%の水蒸気雰囲気中において、760℃で24時間処理する工程を含む、メソ孔性Y型分子篩の生成方法が開示されている。当該方法で得られたY型分子篩は、メソ孔の体積が0.02mL/gから0.14mL/gへ増加しているが、結晶化度が100%から70%へ減少し、比表面積が683m/gから456m/gへ減少し、さらに、酸密度が28.9%から6%へ大幅に減少している。
【0006】
米国特許第5601798号には、メソ孔性Y型分子篩の生成方法が開示されている。当該方法は、HYまたはUSY原料を高圧釜に入れ、NHNO溶液、または、NHNOとHNOとの混合溶液と混合する工程、および、得られた混合物をその沸点を超える115~250℃の温度で2~20時間処理する工程を含む。得られたメソ孔性分子篩は、メソ孔の体積が0.2~0.6mL/gにもなり得るが、結晶化度および比表面積が大きく低下している。
【0007】
CN104229823Aには、メソ孔性超安定Y型分子篩の複合改質方法が開示されている。当該方法は、改質過程中に、有機酸脱アルミニウム剤および無機塩脱アルミニウム剤を同時に添加し、有機酸-無機塩の複合改質を行うことを特徴としている。有機酸および無機塩溶液の最適濃度、体積比、反応時間および反応温度等の最適な処理条件は、直交実験によって決定することができる。この方法で得られたUSY分子篩は、工業用USY分子篩よりも二次孔の含有量が大きく増加しており、より多くの中間留分を生成するための水素化分解触媒の担体として好適に用いられる。CN1388064Aには、格子定数2.420~2.440nmの高シリカY型ゼオライトの生成方法が開示されている。当該方法は、NaYゼオライトまたは超安定化処理を施したY型ゼオライトを、1回または複数回のアンモニウム交換処理、熱水処理、および/または化学脱アルミニウム処理に供する工程を含む。当該方法では、その特徴として、上記アンモニウム交換処理において、少なくとも、熱水処理および/または化学脱アルミニウム処理の前の1回目のアンモニウム交換処理は、室温~60℃未満の温度で行われる低温選択性アンモニウム交換処理であり、その他のアンモニウム交換工程は、室温~60℃未満の温度で行われる低温選択性アンモニウム交換処理であるか、または、60~90℃で行われる従来のアンモニウム交換である。この特許出願において得られた高シリカY型ゼオライトは、格子定数が小さい場合でも高結晶化度を維持し、より多くの二次孔を有し、中間留分用水素化分解触媒に好適に用いられる。上述の文献に開示されている方法によって生成された超安定Y型分子篩は、一定量の二次孔を有し、格子定数が低く、シリカ・アルミナ比が比較的高く、希土類を含有しない。それら分子篩は、水素化触媒に好適に用いられるが、重油を加工するために必要な高い接触分解活性を満たすことが困難である。
【0008】
CN1629258Aには、希土類改質超安定Y型分子篩を含む分解触媒の生成方法であって、常圧、90℃を超え、かつアンモニウム塩水溶液の沸点以下の温度、およびアンモニウム塩の分子篩に対する重量比が0.1~24の範囲という条件で、NaY分子篩を、6~94重量%のアンモニウム塩を含むアンモニウム塩水溶液に2回以上接触させることで、分子篩におけるNaOの含有量を1.5重量%未満に低下させる工程、上記処理済の分子篩を、希土類塩濃度が2~10重量%の水溶液に70℃~95℃で接触させ、Reベースで、0.5~18重量%の希土類を含む改質分子篩を得る工程、および、その後、上記改質分子篩と担体とを混合し乾燥させる工程、を含む方法が開示されている。このようにして得られた分子篩は、超安定性が十分ではなく、シリカ・アルミナ比が比較的低く、二次孔が少ない。
【0009】
CN1127161Aには、希土類改質高シリカ超安定Y型分子篩の生成方法が開示されている。当該方法では、NaYを原料として用い、固体ReClの存在下でSiClを用いて気相Si-Al同形置換反応を行うことで、一つの工程で超安定化とNaYの希土類イオン交換とを完了する。当該方法で生成された分子篩は、格子定数aが2.430~2.460nmであり、希土類の含有量が0.15~10.0重量%であり、NaOの含有量が1.0重量%未満である。しかしながら、当該分子篩は、気相超安定化方法のみを用いて生成されているため、希土類を含有する超安定Y型分子篩が得られるものの、生成された分子篩は二次孔を有していない。
【0010】
気相化学法では、気相超安定化条件下で同形置換反応を行うことで分子篩骨格におけるアルミニウムが気相四塩化ケイ素におけるケイ素に直接置換され、その結果、アルミニウム除去およびケイ素補給を同時に行い、さらに、均一な脱アルミニウム化を行うことができる。しかしながら、気相超安定分子篩は二次孔を有していない。
【0011】
CN1031030Aには、希土類含有量が少ない、超安定Y型分子篩の生成方法が開示されている。当該方法では、炭化水素分解に用いられる、希土類含有量が少ない、超安定Y型分子篩を生成する。当該超安定Y型分子は、原料のNaY型分子篩に対して、アンモニウムイオンと希土類イオンの混合イオン交換を1回行い、その後、安定化処理、骨格アルミニウム原子の部分除去、熱処理または熱水処理、等を行うことで生成される。当該分子篩は、希土類の含有量(Re)が0.5~6重量%であり、SiO/Al比が9~50であり、格子定数aが2.425~2.440nmである。当該方法で生成された超安定分子篩は、シリカ・アルミナ比が高く、格子定数が小さく、さらに、一定量の希土類を含有する。しかしながら、得られた分子篩は、重油の接触分解活性が低く、コークス選択性が低い。
【0012】
CN1330981Aには、リン修飾Y型ゼオライト、および、その生成方法が開示されている。上記リン修飾Y型ゼオライトは、リン、ケイ素成分、および希土類成分を含む。ケイ素成分は、ケイ素化合物溶液にゼオライトを浸漬することによって担持され、ケイ素成分の含有量はSiOベースで1~15重量%であり、リン成分の含有量はPベースで0.1~15重量%であり、希土類成分の含有量は希土類酸化物ベースで0.2~15重量%である。当該分子篩は、希土類を含有するY型ゼオライトを、ケイ素およびリンを含む溶液に浸漬し、乾燥させた後、550~850℃で熱水焙焼することによって得られる。しかしながら、リン修飾Y型ゼオライトは、重油の分解活性が低く、軽油の収量が低い。
【0013】
CN1353086Aには、リンおよび希土類を含有するY型分子篩の生成方法が開示されている。当該方法は、NaY分子篩に対して、アンモニウムイオンと希土類イオンとの混合イオン交換を行い、さらに、熱水焙焼する工程、その後、リン化合物と反応させることで(Pベースで)0.2~10重量%のリンと結合させる工程、および、再び熱水焙焼を行う工程、を有する。しかしながら、リン含有Y型ゼオライトは、重油の分解活性が低く、軽油の収量が低い。
【0014】
CN1506161Aには、希土類改質超安定Y型分子篩の活性成分が開示されている。当該活性成分は、希土類酸化物を8~25重量%含み、リンを0.1~3.0重量%含み、酸化ナトリウムを0.3~2.5重量%含み、結晶化度が30~55%であり、格子定数が2.455~2.472nmである。分子篩を生成するために、原料のNaYゼオライトに対して、希土類とのイオン交換および1回目の焙焼を行うことで、「1回イオン交換/1回焙焼」の希土類修飾NaYゼオライトを生成し、さらに、希土類、リン含有物質、およびアンモニウム塩と反応させ、2回目の焙焼を行うことで、リンおよび希土類で修飾したY型ゼオライトを得る。この方法で得られた分子篩は、希土類含有量が高く、格子定数が大きく、熱安定性が低く、コークス選択性が低い。
【0015】
CN1317547Aには、リンおよび希土類によって修飾されたY型ゼオライト、および、その生成方法が開示されている。当該分子篩は、NaYゼオライトに対して、希土類およびアンモニウム塩の混合イオン交換、熱水焙焼、リン化合物との反応を行い、その後、2回目の焙焼処理を行うことによって得られる。処理の条件としては、Re/Yゼオライトの重量比が0.02~0.18であり、アンモニウム塩/Yゼオライトの重量比が0.1~1.0であり、P/Yゼオライトの重量比が0.003~0.05であり、焙焼温度が250~750℃であり、雰囲気が5~100%の水蒸気雰囲気であり、時間が0.2~3.5時間である。当該方法で得られた修飾Y型ゼオライトは、熱安定性が低く、重油の分解活性が低い。
【0016】
CN1436727Aには、「1回イオン交換/1回焙焼」の修飾フォージャサイトゼオライトの生成方法が開示されている。当該方法は、フォージャサイトゼオライトに対して、リン化合物およびアンモニウム化合物を用いたイオン交換を1回行う工程、イオン交換スラリーに希土類溶液を導入することでさらに反応させる工程、および、その後、水蒸気雰囲気下において濾過、洗浄、および焙焼を行う工程、を含む。このようにして得られたゼオライトは、分解活性が低く、重油転化率が低い。
【0017】
さらに、(NHSiFを用いた液相Si-Al同形置換法が、超安定分子篩を生成するために一般的に用いられる。当該方法の原理としては、分子篩の骨格におけるAl原子を溶液中の(NHSiFのSiに置換することによって、シリカ・アルミナ比の高い超安定分子篩を生成する。(NHSiFを用いたSi-Al同形置換法は、骨格SiO/Alモル比が10~30以上であり、熱安定性が高く、非骨格アルミニウム断片またはAl断片を有さず、相対結晶化度が高い、超安定化ゼオライトを生成することができることを特徴とする。しかしながら、拡散の問題のために、(NHSiFによる脱アルミニウム化が不均一であり、「ケイ素の表面濃縮」と呼ばれる、表面Alの欠乏を引き起こす恐れがある。さらに、(NHSiFを用いた脱アルミニウム処理中に生成された不溶性のAlFおよび残留フルオロケイ酸塩が、分子篩の熱水安定性に影響を与える可能性がある。さらに、(NHSiFは、環境を汚染する恐れがあり、生成された超安定分子篩は、二次孔を有していない。
【発明の概要】
【0018】
本発明は、重油の接触分解処理に好適な高安定性改質Y型分子篩、その生成方法、および、それを含む触媒を提供することを目的とする。当該改質Y型分子篩、および、それを含む触媒は、重油分解活性が高く、より優れたコークス選択性を有する。
【0019】
一態様において、本発明は、希土類酸化物の含有量が約4重量%~約12重量%であり、リンの含有量がPベースで約0重量%~約10重量%であり、酸化ナトリウムの含有量(NaOの含有量)が約1.0重量%以下であり、全細孔体積が約0.36mL/g~約0.48mL/gである、改質Y型分子篩において、孔径が2~100nmである二次孔の細孔体積の、全細孔体積に対する比率が約20%~約40%であり、格子定数が約2.440nm~約2.455nmである、改質Y型分子篩において、非骨格アルミニウムの含有量の、アルミニウム総含有量に対する比率が約10%以下であり、格子崩壊温度が約1060℃以上であり、200℃のピリジン吸着赤外線法で測定したときの、改質Y型分子篩の総酸含有量におけるL酸に対するB酸の比率が約3.5以上である、改質Y型分子篩を提供する。
【0020】
別の態様では、本発明は、
(1)NaY分子篩を希土類塩溶液と接触させてイオン交換反応を行い、酸化ナトリウムの含有量が低減された、希土類改質Y型分子篩を得る工程と、
(2)上記工程(1)で得られたY型分子篩を、約30体積%~約90体積%の水蒸気を含む雰囲気下において、約350℃~約520℃の温度で約4.5時間~約7時間焙焼することにより、格子定数が低減されたY型分子篩を得る工程と、
(3)SiClと上記Y型分子篩との乾燥ベースの重量比を約0.1:1~約0.7:1として、上記工程(2)で得られた上記Y型分子篩を、約200℃~650℃の反応温度で約10分間~約5時間、四塩化ケイ素ガスと接触反応させることにより、気相超安定Y型分子篩を得る工程と、
(4)上記工程(3)で得られた上記改質Y型分子篩を酸溶液と接触させる工程と、
(5)必要に応じて、上記工程(4)で得られた上記酸処理済の改質Y型分子篩をリン化合物と接触させることによりリン改質処理を行う工程と、を含む改質Y型分子篩を生成する方法を提供する。
【0021】
別の態様では、本発明は、本発明に係る改質Y型分子篩、または、本発明の方法により得られた改質Y型分子篩、を含む接触分解触媒を提供する。
【0022】
好ましい実施形態において、上記接触分解触媒は、乾燥ベースで約10重量%~約50重量%の上記改質Y型分子篩を含み、アルミナベースで約10重量%~約40重量%のアルミナバインダーを含み、乾燥ベースで約10重量%~80重量%の粘土を含む。
【0023】
本発明の改質Y型分子篩は、以下の1つ以上の利点を有する。すなわち、高い熱安定性、高い熱水安定性、高い活性、および優れたコークス選択性を有する。重油の接触分解に用いられた場合、従来のY型分子篩と比較して、重油転化活性が高く、コークス選択性が低い。また、ガソリン収量が高く、軽油収量および全液体収量が高く、リンを導入した場合には、液化ガスの収量が高い。
【0024】
本発明の改質Y型分子篩の生成方法は、高い結晶化度、高い熱安定性および高い熱水安定性を有し、二次孔を多く含有する、高シリカY型分子篩を生成することができる。さらに、高い結晶化度を維持しつつ、分子篩の超安定化処理の度合いを著しく向上させることができる。生成された分子篩においては、アルミニウムの分布が均一であり、非骨格アルミニウムの含有量が少なく、二次孔が塞がれていない。得られた改質Y型分子篩を重油の接触分解に用いた場合、優れたコークス選択性、高い重油分解活性、ならびに、高いガソリン収量、高い液化ガス収量、および高い全液体収量を実現することができる。
【0025】
本発明の改質Y型分子篩は、接触分解触媒の活性成分として、重油または低質油の転化に用いることができる。このような分子篩を活性成分とする接触分解触媒は、強力な重油転化能力、高い安定性、優れたコークス選択性、ならびに高い軽油収量および高いガソリン収量を有する。
【0026】
本発明の接触分解触媒は、高い熱安定性、高い熱水安定性、および高い活性を有し、重油の接触分解に用いられた場合、優れたコークス選択性、高いガソリン収量、高い軽油収量、および高い全液体収量を示す。
【0027】
本発明の触媒は、様々な炭化水素油の接触分解に有用であり、特に、重油の接触分解に有用である。好適な炭化水素油としては、常圧残油、減圧残油、減圧ガス油、常圧ガス油、直留ガス油、プロパン軽質/重質脱アスファルト油、およびコークスガス油が挙げられるが、これらに限定されない。
【図面の簡単な説明】
【0028】
図面は、本発明をより理解するためのものであり、明細書の一部を構成し、以下に記載する実施形態と共に本発明を説明するが、本発明を限定するものではない。
図1】本発明に係る改質Y型分子篩の二段階推定孔径分布を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0029】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明するが、これらの実施形態は、単に本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではないことに留意されたい。
【0030】
本明細書にて開示される全ての数値(数値範囲の端点を含む)は、記載されたその値に限定されるものではなく、当該記載されたその値に近い値も含むと解釈されるべきである。さらに、開示される数値範囲のいずれについても、任意に、当該範囲の末端値同士を組み合わせて、末端値と当該範囲内の特定の値とを組み合わせて、または、当該範囲内の特定の値同士を組み合わせて、1つ以上の新たな数値範囲を得ることができる。それらの新たな数値範囲も、本明細書において具体的に開示されているとみなすべきである。
【0031】
本発明で言及されるRIPP試験法は、『石油化学分析法(RIPP試験法)』(Cuiding YANG et al.編、科学出版社、1990年9月、第一版、第263~268頁、412~415頁、および424~426頁、ISBN:7-03-001894-X)に記載されており、当該文献の全文は、引用により本明細書中に援用されるものとする。
【0032】
本明細書で言及される全ての特許文献および非特許文献は、教科書および刊行物の記事も含め(ただしこれらに限定されない)、いずれも引用によりその全体が本明細書中に援用されるものとする。
【0033】
本明細書において、「Y型分子篩」および「Y型ゼオライト」という用語は、入れ替えて使用可能である。さらに、「NaY分子篩」および「NaYゼオライト」という用語も、入れ替えて使用可能である。
【0034】
本明細書において、「二次孔」という用語は、分子篩における孔径(すなわち、孔直径)が2~100nmの孔を指す。
【0035】
本明細書において、「強度が中程度以上の無機酸」という用語は、酸強度がHNO(亜硝酸)のものと同等以上の無機酸を指す。当該無機酸としては、HClO(過塩素酸)、HI(ヨウ化水素)、HBr(臭化水素酸)、HCl(塩酸)、HNO(硝酸)、HSeO(セレン酸)、HSO(硫酸)、HClO(塩素酸)、HSO(亜硫酸)、HPO(リン酸)、およびHNO(亜硝酸)等が挙げられるが、これらに限定されない。
【0036】
本明細書において、「希土類溶液」および「希土類塩溶液」という用語は、入れ替えて使用可能である。好ましくは希土類塩の水溶液である。
【0037】
本明細書において、「通常の格子定数のY型分子篩」という表現は、当該Y型分子篩の格子定数が、従来のNaY分子篩の格子定数の範囲内、好ましくは約2.465nm~約2.472nmの範囲内にあることを指す。
【0038】
本明細書において、「常圧」という用語は、圧力が約1atmであることを指す。
【0039】
本明細書において、乾燥ベースの物質の重量は、当該物質を800℃で1時間か焼して得られた固体生成物の重量を指す。
【0040】
第1の態様において、本発明は、希土類酸化物の含有量が約4重量%~約12重量%であり、リンの含有量がPベースで約0重量%~約10重量%であり、酸化ナトリウムの含有量(NaOの含有量)が1.0重量%以下、好ましくは約0.5重量%以下、例えば、約0.05重量%~約0.5重量%であり、全細孔体積が約0.36mL/g~約0.48mL/gである、改質Y型分子篩において、孔径が2~100nmである二次孔の細孔体積の、全細孔体積に対する比率が約20%~約40%であり、格子定数が約2.440nm~約2.455nmである、改質Y型分子篩において、非骨格アルミニウムの含有量の、アルミニウム総含有量に対する比率が約10%以下であり、格子崩壊温度が約1060℃以上であり、200℃のピリジン吸着赤外線法で測定したときの、当該改質Y型分子篩の総酸含有量におけるL酸に対するB酸の比率が約3.5以上である、改質Y型分子篩を提供する。
【0041】
好ましい実施形態において、本発明の改質Y型分子篩の格子崩壊温度は、約1060℃以上である。好ましくは、当該分子篩の格子崩壊温度は、約1060℃~約1085℃であり、例えば、約1065℃~約1085℃であり、約1067℃~約1080℃であり、または約1064℃~約1081℃である。
【0042】
好ましい実施形態において、本発明の改質Y型分子篩は、200℃のピリジン吸着赤外線法で測定したときの、当該改質Y型分子篩の総酸含有量におけるL酸に対するB酸の比率が約3.5~約6.0であり、例えば、約3.5~5.5、約3.6~5.5、約3.5~5.0、または約3.5~4.6である。
【0043】
好ましい実施形態において、本発明の改質Y型分子篩の格子定数は、約2.440nmまたは約2.455nmであり、例えば、2.442~2.453nmまたは2.442~2.451nmである。
【0044】
好ましい実施形態において、本発明の改質Y型分子篩は、高シリカY型分子篩であり、当該高シリカY型分子篩の骨格シリカ・アルミナ比(SiO/Alモル比)が約7~約14であり、例えば、約7.8~12.6、約8.5~12.6、約8.7~12または約9.2~11.4である。
【0045】
好ましい実施形態において、本発明の改質Y型分子篩において、非骨格アルミニウムの含有量の、アルミニウム総含有量に対する比率は、約10%以下であり、例えば、約5重量%~約9.5重量%、または約6重量%~約9.5重量%である。
【0046】
好ましい実施形態において、本発明の改質Y型分子篩は、100体積%の水蒸気雰囲気下において、800℃および常圧で17時間エージングした後の相対結晶化度維持率が約38%以上であり、例えば、約38~65%、約38~60%、約50~60%、約46~58%、約46~60%、または約52~60%である。
【0047】
好ましい実施形態において、本発明の改質Y型分子篩の相対結晶化度は、約70%以上であり、例えば、約70%~約80%、特に、約70~76%または約71~77%である。
【0048】
好ましい実施形態において、本発明の改質Y型分子篩の比表面積は、約600m/g~約680m/gであり、例えば、約600~670m/g、約610~670m/g、約640~670m/g、または646~667m/gである。
【0049】
好ましい実施形態において、本発明の改質Y型分子篩の全細孔体積は、約0.36mL/g~0.48mL/gであり、例えば、約0.38~0.45mL/g、約0.38~0.42mL/g、または0.4~0.48mL/gである。
【0050】
好ましい実施形態では、本発明の改質Y型分子篩において、孔径が2.0nm~100nmである二次孔の細孔体積は、約0.08mL/g~0.18mL/gであり、例えば、約0.1~約0.16mL/gである。
【0051】
好ましい実施形態では、本発明の改質Y型分子篩において、孔径が2.0nm~100nmである二次孔の細孔体積の、全細孔体積に対する比率は、約20%~約40%であり、例えば、約20~38%、約25~38%、約28~38%、または約25~35%である。
【0052】
さらなる好ましい実施形態では、改質Y型分子篩において、孔径が8~100nmである二次孔の全細孔体積の、孔径が2~100nmである二次孔の全細孔体積に対する比率は、約40%~80%であり、例えば、約45~75%、または約55~77%である。
【0053】
好ましい実施形態では、本発明の改質Y型分子篩において、希土類酸化物の含有量は、Reベースで約4重量%~約12重量%であり、例えば、約4重量%~11重量%、または約5重量%~12重量%であり、好ましくは、約4.5~10重量%、約5.5~10重量%、または約5~9重量%である。
【0054】
好ましい実施形態において、本発明の改質Y型分子篩はリン元素を含み、当該改質Y型分子篩において、リンの含有量は、Pベースで約0.05重量%~10重量%であり、好ましくは、0.1~6重量%、例えば、約1~4重量%である。
【0055】
好ましい実施形態において、本発明の改質Y型分子篩の酸化ナトリウムの含有量は、約0.5%以下、約0.05重量%~約0.5重量%であり、例えば、約0.1重量%~約0.4重量%、約0.05~0.3重量%、または0.15~0.3重量%である。
【0056】
いくつかの好ましい実施形態において、本発明の改質Y型分子篩の希土類酸化物の含有量は、約4重量%~約12重量%であり、例えば、約4重量%~約11重量%、約5重量%~約12重量%、約4.5重量%~約10重量%、または約5.5重量%~約10重量%であり、改質Y型分子篩のリンの含有量は、Pベースで約0重量%~約10重量%であり、例えば、約0.05重量%~約10重量%、約0.1重量%~約6重量%、または約0.1重量%~約5重量%であり、改質Y型分子篩の酸化ナトリウムの含有量は、約0.05重量%~約0.5重量%であり、例えば、約0.1重量%~約0.4重量%、または約0.05重量%~約0.3重量%、好ましくは0.2重量%よりも少なく、改質Y型分子篩の全細孔体積は、約0.36mL/g~約0.48mL/gであり、孔径が2~100nmである二次孔の細孔体積の、全細孔体積に対する比率は、約20%~約38%であり、例えば、約28%~約38%、または約25%~約35%であり、改質Y型分子篩の格子定数は、約2.440nm~約2.455nmであり、例えば、2.441~2.453nm、2.442~2.451nm、または2.442~2.453nmであり、改質Y型分子篩の骨格シリカ・アルミナ比(SiO/Alモル比)は、約7~約14であり、例えば、約7.8~12.6、約8.5~12.6、または約9.2~11.4であり、分子篩において、非骨格アルミニウムの含有量の、アルミニウム総含有量に対する比率は、約10%以下であり、例えば、約6~9.5%、または約3~9%であり、改質Y型分子篩の相対結晶化度は、約60%以上であり、例えば、約70%以上、約71%以上、または約70%~約80%であり、改質Y型分子篩の格子崩壊温度は、約1065℃~約1080℃であり、さらに、200℃のピリジン吸着赤外線法で測定したときの、改質Y型分子篩の総酸含有量におけるL酸に対するB酸の比率は、約3.50以上であり、例えば、約3.5~約6、好ましくは約3.5~4.6、または約3.6~4.6である。
【0057】
いくつかの好ましい実施形態において、本発明の改質Y型分子篩は、二次孔を多く含有し、リンおよび希土類を含有する超安定Y型分子篩であり、孔径が2~100nmである二次孔は二段階推定孔径分布を示す。図1に示す通り、比較的小孔径の二次孔の最確孔径は約2~5nmであり、比較的大孔径の二次孔の最確孔径は約6~20nmであり、例えば、約8~20nmまたは約8~18nmである。より好ましくは、孔径が8~100nmである二次孔の全細孔体積の、孔径が2~100nmである二次孔の全細孔体積に対する割合は、約40~80%であり、例えば、約45~75%、約45~77%、約45~55%、または約55~77%である。さらに好ましくは、改質Y型分子篩は、SiO/Al比が約7~約14であり、例えば、約7.8~13、または約8.5~12.6であり、格子定数は約2.440~2.455nmであり、例えば、2.441~2.453nmまたは2.442~2.453nmである。
【0058】
好ましい実施形態において、本発明の改質Y型分子篩の生成方法は、Y型分子篩を四塩化ケイ素に接触させることで、Si-Al同形置換反応を行う工程を含む。
【0059】
いくつかの実施形態において、本発明の改質Y型分子篩は、「ケイ素の表面濃縮」を示さず、表面SiO/Alモル比の、骨格SiO/Alモル比に対する比率が1以下であり、通常、1未満である。
【0060】
第2の態様において、本発明は、
(1)NaY分子篩を希土類溶液と接触させてイオン交換反応を行い、酸化ナトリウムの含有量が低減され通常の格子定数を有する、希土類改質Y型分子篩を得る工程と、
(2)上記工程(1)で得られた上記Y型分子篩を、約30体積%~約90体積%の水蒸気を含む雰囲気(あるいは、30~90体積%の水蒸気雰囲気または30~90%の水蒸気ともいう)、好ましくは約35~85体積%の水蒸気を含む雰囲気において、約350℃~約520℃で、好ましくは350~480℃の温度で、約4.5時間~約7時間焙焼することにより、格子定数が低減されたY型分子篩を得る改質処理工程と、
(3)SiClと上記Y型分子篩との乾燥ベースの重量比を好ましくは約0.1:1~約0.7:1として、上記工程(2)で得られた上記Y型分子篩を、好ましくは約200℃~約650℃の温度で好ましくは約10分間~約5時間、SiClガスと接触反応させることにより、気相超安定Y型分子篩を得る工程と、
(4)上記工程(3)で得られた上記気相超安定Y型分子篩を酸溶液と接触させて改質し、酸処理済の改質Y型分子篩を得る工程と、
(5)必要に応じて、上記工程(4)で得られた上記酸処理済の改質Y型分子篩をリン化合物と接触させることによりリン改質処理を行う工程と、を含む改質Y型分子篩を生成する方法を提供する。
【0061】
いくつかの好ましい実施形態において、本発明の改質Y型分子篩の生成方法は、工程(1)において、NaY分子篩と希土類溶液との間でイオン交換反応を行うことで、酸化ナトリウムの含有量が低減された、通常格子定数を有する希土類改質Y型分子篩を得る。NaY分子篩は、市販のものであるか、または従来の方法で生成されるものである。好ましい実施形態において、NaY分子篩の格子定数は約2.465~2.472nmであり、骨格シリカ・アルミナ比(SiO/Alモル比)は約4.5~5.2であり、相対結晶化度は約85%以上であり、例えば、約85~95%であり、酸化ナトリウムの含有量は約13.0~13.8重量%である。
【0062】
好ましい実施形態では、工程(1)におけるNaY分子篩と希土類溶液とのイオン交換反応のイオン交換温度は、好ましくは、約15~95℃であり、例えば、約20~65℃または65~95℃であり、当該イオン交換反応の交換時間は、好ましくは、約30~120分間であり、例えば、約45~90分間であり、当該イオン交換反応でのNaY分子篩(乾燥ベース):希土類塩(Reベース):HOの重量比は、約1:0.01~0.18:5~20である。
【0063】
好ましい実施形態において、NaY分子篩と希土類溶液とのイオン交換反応では、NaY分子篩、希土類塩、および水を、NaY分子篩:希土類塩:HO=約1:0.01~0.18:5~15の重量比で混合することによって混合物を形成し、当該反応における攪拌温度は約15~95℃であり、例えば、室温~約60℃、約65~95℃、約20~60℃、または約30~45℃であり、攪拌時間は、好ましくは約30~120分間である。これにより、希土類イオンとナトリウムイオンとの交換を行う。
【0064】
好ましい実施形態において、NaY分子篩と水との重量比は約1:6~約1:20であり、好ましくは約1:7~約1:15である。NaY分子篩、希土類塩および水の混合物を得る場合、まず、NaY分子篩および水を混合してスラリーを生成し、続いて、当該スラリーに希土類塩および/または希土類塩の水溶液を添加してもよい。希土類溶液は希土類塩の溶液であってもよい。希土類塩は、好ましくは、希土類塩化物および/または希土類硝酸塩である。希土類は、例えば、La、Ce、Pr、Ndおよび混合希土類のうちの1つ以上である。混合希土類は、好ましくは、La、Ce、PrおよびNdのうちの1つ以上を含み、あるいは、La、Ce、PrおよびNd以外の希土類のうちの少なくとも1つをさらに含む。
【0065】
好ましい実施形態において、工程(1)は、交換後のナトリウムイオンを洗浄するために、例えば、脱イオン水または脱カチオン水を用いて洗浄する洗浄工程をさらに含む。
【0066】
好ましい実施形態において、工程(1)で得られた、酸化ナトリウムの含有量が低減された、通常格子定数を有する希土類改質Y型分子篩は、希土類の含有量がReベースで約4.5~13重量%、約5.5~14重量%、約7~14重量%、約7.5~13重量%、約5.5~13重量%、または約5.5~12重量%であり、酸化ナトリウムの含有量が約9.5重量%以下であり、例えば、約5.5~9.5重量%、約5.5~8.5重量%、または約5.5~7.5重量%であり、格子定数が約2.465~2.472nmである。
【0067】
いくつかの好ましい実施形態において、本発明の改質Y型分子篩の生成方法の工程(2)では、約30体積%~約90体積%の水蒸気、例えば、約35体積%~約85体積%の水蒸気を含む雰囲気下で、通常格子定数を有する希土類改質Y型分子篩を約350℃~520℃の温度、例えば、約350~480℃で、約4.5~7時間処理する。
【0068】
好ましい実施形態において、工程(2)では、焙焼温度が約380~460℃であり、焙焼雰囲気が約40~80体積%の水蒸気を含み、焙焼時間が約5~6時間である。
【0069】
好ましい実施形態において、水蒸気雰囲気は、約30体積%~90体積%の水蒸気を含み、さらに、他の気体、例えば、空気、ヘリウムガスまたは窒素ガスのうちの1つ以上を含む。
【0070】
いくつかの好ましい実施形態において、工程(2)において得られた格子定数が低減されたY型分子篩は、格子定数が約2.450nm~約2.462nmである。
【0071】
好ましい実施形態において、工程(2)において得られたY型分子篩は、水の含有量が約1重量%以下であり、工程(3)の反応に直接用いられる。
【0072】
他の好ましい実施形態において、工程(2)は、水の含有量が1重量%以下になるように、焙焼済のY型分子篩を乾燥する工程をさらに含む。
【0073】
好ましい実施形態において、工程(2)において得られた、格子定数が低減されたY型分子篩は、固体含有量が約99重量%以上である。
【0074】
いくつかの好ましい実施形態において、本発明の改質Y型分子篩の生成方法の工程(3)では、SiCl:Y型分子篩(乾燥ベース)の重量比は、好ましくは、約0.3~0.6:1であり、反応温度は好ましくは約350℃~約500℃である。
【0075】
好ましい実施形態において、分子篩に残留したNa、ClおよびAl3+等の可溶性副産物を除去するために、工程(3)は、脱イオン水または脱カチオン水等の水を用いた従来の洗浄法による洗浄工程をさらに含んでいてもよい。例えば、洗浄条件としては、洗浄水と分子篩との重量比が約5~20:1であってもよく、通常、分子篩:HOの重量比は約1:6~15であり、pHは好ましくは約2.5~5.0であってもよく、洗浄温度は約30~60℃であってもよい。好ましくは、使用済の洗浄液からNa、ClおよびAl3+等の遊離イオンが検出されなくなるまで洗浄を行い、洗浄後の分子篩において、Na、ClおよびAl3+イオンそれぞれの含有量は約0.05重量%以下である。
【0076】
いくつかの好ましい実施形態において、本発明の改質Y型分子篩の生成方法は、工程(4)において、工程(3)で得られた気相超安定改質Y型分子篩を酸溶液と接触させて、反応させる(以下、本明細書において、チャネル洗浄改質(略してチャネル洗浄)と称し、あるいは、酸処理改質と称する)。
【0077】
好ましい実施形態において、工程(3)で得られた気相超安定改質Y型分子篩を酸溶液と接触させて反応させる処理は、気相超安定化改質処理後の分子篩、つまり、気相超安定Y型分子篩を酸溶液と混合して一定時間反応させることによって行われる。続いて、例えば、濾過によって反応後の分子篩を酸溶液から分離し、必要に応じて、洗浄および乾燥を行い、本発明の改質Y型分子篩を得る。なお、上記洗浄は、分子篩に残留したNa、ClおよびAl3+等の可溶性副産物を除去するために行われ、洗浄条件としては、例えば、洗浄水と分子篩との重量比が約5~20:1であり、通常、分子篩:HOの重量比は約1:6~15であり、pHは、好ましくは約2.5~5.0であり、洗浄温度は、約30~60℃である。
【0078】
好ましい実施形態において、工程(3)で得られた気相超安定Y型分子篩を酸溶液と接触させる。ここで、酸と分子篩(乾燥ベース)との重量比は約0.001~0.15:1であり、例えば、約0.002~0.1:1または0.01~0.05:1であり、水と分子篩(乾燥ベース)との重量比は約5~20:1であり、例えば、約8~15:1であり、反応温度は約60~100℃であり、例えば、80~99℃、好ましくは88~98℃である。
【0079】
好ましい実施形態において、酸溶液(酸の水溶液)における酸は、少なくとも1つの有機酸、および、強度が中程度以上の少なくとも1つの無機酸である。有機酸は、シュウ酸、マロン酸、ブタン二酸(琥珀酸)、メチルコハク酸、リンゴ酸、酒石酸、クエン酸、およびサリチル酸のうちの1つまたは複数であってもよい。強度が中程度以上の無機酸は、リン酸、塩酸、硝酸および硫酸のうちの1つまたは複数であってもよい。
【0080】
好ましい実施形態において、チャネル洗浄改質は、約80~99℃、例えば、約85~98℃の温度で行い、当該処理の時間は約60分間以上、例えば、約60~240分間または約90~180分間である。有機酸と分子篩との重量比は約0.01~0.10:1であり、例えば、約0.03~0.1:1または0.02~0.05:1であり、強度が中程度以上の無機酸と分子篩との重量比は約0.01~0.06:1であり、例えば、約0.01~0.05:1または0.02~0.05:1であり、水と分子篩との重量比は、好ましくは、約5:1~約20:1であり、例えば、約8:1~約15:1である。
【0081】
好ましい実施形態において、チャネル洗浄改質は2つのステップに分けられる。まず、強度が中程度以上の無機酸を分子篩と接触させる。ここで、強度が中程度以上の無機酸と分子篩との重量比は、約0.01~0.05:1であり、例えば、約0.02~0.05:1であり、水と分子篩との重量比は、好ましくは約5~20:1であり、例えば、約8~15:1であり、反応温度は約80~99℃であり、好ましくは90~98℃であり、反応時間は約60~120分間である。その後、当該処理で得られた分子篩を有機酸と接触させる。ここで、有機酸と分子篩との重量比は約0.02~0.1:1であり、例えば、約0.02~0.10:1または0.05~0.08:1であり、水と分子篩との重量比は好ましくは約5:1~約20:1であり、例えば、約8:1~15:1であり、反応温度は約80℃~約99℃であり、好ましくは約90℃~約98℃であり、反応時間は約60~120分間である。ここで、重量比の計算における分子篩の重量は、乾燥ベースの重量である。
【0082】
いくつかの好ましい実施形態において、本発明の改質Y型分子篩の生成方法の工程(5)では、工程(4)で得られた酸処理済の改質Y型分子篩に対してリン修飾を行うことで分子篩にリンを導入する。リン修飾は、通常、工程(4)で得られた酸処理済の改質Y型分子篩を、リン化合物を含む交換液と接触させる工程を含む。当該接触は、通常、約15~100℃、好ましくは約30~95℃で、10~100分間行われ、その後、濾過を行い、必要に応じて、洗浄を行う。交換液における水の分子篩に対する重量比は約2~約5であり、好ましくは約3~約4であり、リン(Pベース)の分子篩に対する重量比は約0.0005~約0.10であり、好ましくは約0.001~約0.06である。リン化合物は、リン酸、リン酸アンモニウム、リン酸二水素アンモニウム、リン酸水素二アンモニウムからなる群から選ばれる1つまたは複数であってもよい。洗浄は、例えば、分子篩の重量の約5~15倍の水、例えば、脱カチオン水または脱イオン水を用いて行ってもよい。
【0083】
好ましい実施形態において、リン修飾は以下の通り行われる。リン化合物を含む交換液に、酸処理済の改質Y型分子篩を添加して、約15~100℃の条件下で約10~100分間、イオン交換反応を行い、続けて、濾過および洗浄を行う。ここで、リン化合物を含む交換液と分子篩とからなる混合物において、水の分子篩に対する重量比は約2~5であり、好ましくは約3~4であり、リン(Pベース)の分子篩に対する重量比は約0.0005~約0.10であり、好ましくは約0.001~約0.06である。
【0084】
好ましい実施形態において、本発明は、以下の工程を含む改質Y型分子篩の生成方法を提供する。
【0085】
(1)NaY分子篩と希土類溶液とのイオン交換反応を行い、濾過および洗浄を行うことで、酸化ナトリウムの含有量が低減された、通常格子定数を有する希土類改質Y型分子篩を得る工程であって、上記イオン交換は、約15~95℃、好ましくは約65~95℃の温度で、攪拌しながら約30~120分間行われる工程と、
(2)約30体積%~約90体積%の水蒸気を含む雰囲気下において、工程(1)で得られたY型分子篩を、約350~480℃の温度で約4.5時間~約7時間焙焼し、乾燥することによって、水の含有量が約1重量%未満の、格子定数が低減された、Y型分子篩を得る工程であって、格子定数が低減された上記Y型分子篩の格子定数は約2.450~2.462nmである工程と、
(3)工程(2)で得られた上記Y型分子篩を、200~650℃の温度で、約10分間~約5時間、加熱気化されたSiClガスと接触反応させ、必要に応じて、洗浄および濾過を行うことで、気相超安定化処理された改質Y型分子篩を得る工程であって、上記反応におけるSiCl:Y型分子篩(乾燥ベース)の重量比は約0.1:1~約0.7:1である工程と、
(4)工程(3)で得られた気相超安定化処理済の改質Y型分子篩に対して酸処理改質を行う工程であって、まず、工程(3)で得られた気相超安定化処理済の改質Y型分子篩を、約80~99℃、好ましくは約90~98℃で、少なくとも約30分間、例えば、約60~120分間、強度が中程度以上の無機酸および水と混合および接触させ、その後、有機酸を添加して約80~99℃で、好ましくは約90~98℃で少なくとも約30分間、例えば、約60~120分間さらに接触させ、得られたものを濾過し、必要に応じて洗浄し、必要に応じて乾燥し、これにより、酸処理済の改質Y型分子篩を得る工程であって、好ましくは、有機酸と乾燥ベースの分子篩との重量比は約0.02~0.10:1であり、強度が中程度以上の無機酸と乾燥ベースの分子篩との重量比は約0.01~0.05:1であり、水と分子篩との重量比が約5~20:1である工程と、
(5)必要に応じて、リン化合物を含む交換液に、上記酸処理済の改質Y型分子篩を添加し、約15~100℃で約10~100分間、イオン交換反応を行い、濾過および洗浄を行い、必要に応じて乾燥を行う工程であって、交換液における水の分子篩に対する重量比は約2~5、好ましくは約3~4であり、リン(Pベース)の分子篩に対する重量比は約0.005~0.10、好ましくは約0.01~0.05である、工程。
【0086】
第3の態様において、本発明は、本発明の改質Y型分子篩、または、本発明の方法により生成された改質Y型分子篩を含む接触分解触媒を提供する。
【0087】
好ましい実施形態において、本発明の接触分解触媒は、乾燥ベースで約10重量%~約50重量%の改質Y型分子篩を含み、アルミナベースで約10重量%~約40重量%のアルミナバインダーを含み、乾燥ベースで約10重量%~約80重量%の粘土を含む。
【0088】
好ましい実施形態において、本発明の接触分解触媒における上記改質Y型分子篩の含有量は、乾燥ベースで約15重量%~約45重量%であり、例えば、約25重量%~約40重量%である。
【0089】
いくつかの好ましい実施形態において、本発明の接触分解触媒における上記粘土は、分解触媒成分として好適に用いられる粘土からなる群から選択される1つまたは複数である。当該粘土は、例えば、カオリン、含水ハロイサイト、モンモリロナイト、珪藻土、ハロイサイト、サポナイト、レクトライト、セピオライト、アタパルジャイト、ハイドロタルサイト、およびベントナイト等、当業者に公知の粘土のうちの1つまたは複数である。本発明の接触分解触媒における粘土の含有量は、好ましくは、乾燥ベースで約20重量%~約55重量%、好ましくは、約30重量%~約50重量%である。
【0090】
いくつかの好ましい実施形態において、本発明の接触分解触媒におけるアルミナバインダーの含有量は約10重量%~約40重量%であり、例えば、約20重量%~約35重量%である。好ましくは、本発明のアルミナバインダーは、分解触媒に通常用いられる、様々な形態のアルミナ、水和アルミナ、およびアルミニウムコロイド溶液からなる群から選択される1つまたは複数である。例えば、γ-アルミナ、η-アルミナ、θ-アルミナ、χ-アルミナ、擬似ベーマイト(Pseudoboemite)、ベーマイト、ギブス石、バイヤライト、またはアルミニウムコロイド溶液からなる群から選択される1つまたは複数であってもよく、好ましくは、擬似ベーマイトおよびアルミニウムコロイド溶液である。例えば、接触分解触媒は、アルミナベースで、約2重量%~約15重量%、好ましくは、約3重量%~約10重量%のアルミニウムコロイド溶液と、アルミナベースで約10~30重量%、好ましくは、約15~25重量%の擬似ベーマイトとを含んでいてもよい。
【0091】
いくつかの好ましい実施形態において、本発明の触媒は、上記改質Y型分子篩以外の、他の分子篩をさらに含んでいてもよい。触媒の重量を基準として、他の分子篩の含有量は、乾燥ベースで約0重量%~約40重量%であり、例えば、約0重量%~約30重量%または約1重量%~約20重量%である。上記他の分子篩は、接触分解触媒に有用な分子篩から選択することが可能であり、例えば、MFI構造ゼオライト、Betaゼオライト、他のY型ゼオライト、および非ゼオライト分子篩から選ばれる1つまたは複数である。好ましくは、上記他のY型分子篩の含有量は、乾燥ベースで約40重量%以下であり、例えば、約1重量%~約40重量%または約0重量%~約20重量%であってもよい。上記他のY型分子篩は、例えば、REY、REHY、DASY、SOY、およびPSRYのうちの1つまたは複数であってもよい。MFI構造ゼオライトは、例えば、HZSM-5、ZRP、およびZSPのうちの1つまたは複数であってもよい。betaゼオライトは、例えば、Hβであってもよい。非ゼオライト分子篩は、例えば、リン酸アルミニウム分子篩(AlPO分子篩)、およびシリコアルミノリン酸塩分子篩(SAPO分子篩)のうちの1つまたは複数であってもよい。
【0092】
第4の態様において、本発明は、本発明に係る改質Y型分子篩、または、本発明の方法により生成された改質Y型分子篩を提供する工程、上記改質Y型分子篩、アルミナバインダー、粘土および水を含むスラリーを形成する工程、噴霧乾燥工程、および、必要に応じて洗浄、乾燥する工程、を含む接触分解触媒の生成方法を提供する。
【0093】
本発明の触媒の生成方法において、本発明に係る改質Y型分子篩、または、本発明の方法により生成された改質Y型分子篩を提供する工程を除いて、他の全ての工程は、例えば、特許出願公報CN1098130AおよびCN1362472Aに開示されている方法等、既知の方法で行うことができる。これらの文献の全文は、引用により本明細書中に援用されるものとする。さらに、上述の噴霧乾燥工程、洗浄工程、および乾燥工程は、従来の技術手法であり、本発明において特別な要件は設けない。
【0094】
特に好ましくは、本発明は、以下の好適な実施形態を提供する。
【0095】
項目1
希土類酸化物の含有量が約4重量%~12重量%であり、リンの含有量がPベースで約0重量%~約10重量%であり、酸化ナトリウムの含有量が約0.5重量%以下であり、全細孔体積が約0.36mL/g~約0.48mL/gである、改質Y型分子篩において、孔径が2~100nmである二次孔の細孔体積の、全細孔体積に対する比率が約20%~40%であり、格子定数が約2.440nm~約2.455nmである、改質Y型分子篩において、非骨格アルミニウムの含有量の、アルミニウム総含有量に対する比率が約10%以下であり、格子崩壊温度が約1060℃以上であり、200℃のピリジン吸着赤外線法で測定したときの、改質Y型分子篩の総酸含有量におけるB酸のL酸に対する比率が約3.5以上であることを特徴とする改質Y型分子篩。
【0096】
項目2
希土類酸化物の含有量が約5重量%~約12重量%であり、酸化ナトリウムの含有量が約0.5重量%以下であり、全細孔体積が約0.36~0.48mL/gであり、孔径が2~100nmである二次孔の細孔体積の、全細孔体積に対する比率が約20%~38%であり、格子定数が約2.440nm~約2.455nmである、上記改質Y型分子篩において、非骨格アルミニウムの含有量の、アルミニウム総含有量に対する比率が約10%以下であり、格子崩壊温度が約1060℃以上であり、さらに、200℃のピリジン吸着赤外線法で測定したときの、上記改質Y型分子篩の総酸含有量におけるB酸のL酸に対する比率が約3.5以上であることを特徴とする改質Y型分子篩。
【0097】
項目3
希土類酸化物の含有量が約4重量%~約11重量%であり、リンの含有量がPベースで約0.5重量%~約10重量%であり、酸化ナトリウムの含有量が約0.5重量%以下であり、全細孔体積が約0.36mL/g~約0.48mL/gである、上記改質Y型分子篩において、孔径が2~100nmである二次孔の細孔体積の、全細孔体積に対する比率が約20%~40%であり、格子定数が約2.440nm~約2.455nmである、上記改質Y型分子篩において、非骨格アルミニウムの含有量の、アルミニウム総含有量に対する比率が約10%以下であり、格子崩壊温度が約1060℃以上であり、200℃のピリジン吸着赤外線法で測定したときの、上記改質Y型分子篩の総酸含有量におけるB酸のL酸に対する比率が約3.5以上であることを特徴とする改質Y型分子篩。
【0098】
項目4
孔径が2~100nmである二次孔の細孔体積の、全細孔体積に対する比率が約28%~38%であることを特徴とする、項目1~3のいずれか1項に記載の改質Y型分子篩。
【0099】
項目5
非骨格アルミニウムの含有量の、アルミニウム総含有量に対する比率が約5重量%~約9.5重量%であり、SiO/Alモル比ベースの骨格シリカ・アルミナ比が約7~約14であることを特徴とする、項目1~4のいずれか1項に記載の改質Y型分子篩。
【0100】
項目6
格子崩壊温度が約1060℃~約1085℃であることを特徴とする、項目1~5のいずれか1項に記載の改質Y型分子篩。
【0101】
項目7
200℃のピリジン吸着赤外線法で測定したときの、改質Y型分子篩の総酸含有量におけるB酸のL酸に対する比率が約3.5~約6であることを特徴とする、項目1~6のいずれか1項に記載の改質Y型分子篩。
【0102】
項目8
100%の水蒸気雰囲気下において、800℃および常圧で17時間エージングした後の相対結晶化度維持率が約38%以上、例えば、約38~60%または約50~60%であることを特徴とする、項目1~7のいずれか1項に記載の改質Y型分子篩。
【0103】
項目9
相対結晶化度が約70%~約80%であることを特徴とする、項目1~8のいずれか1項に記載の改質Y型分子篩。
【0104】
項目10
希土類酸化物の含有量が約4.5重量%~約10重量%であり、リンの含有量がPベースで約0.1~6重量%であり、酸化ナトリウムの含有量が約0.05~0.3重量%であり、格子定数が2.442~2.451nmであり、骨格シリカ・アルミナ比が約8.5~12.6であるか、あるいは、上記改質Y型分子篩において、希土類酸化物の含有量が約5.5重量%~約10重量%であり、酸化ナトリウムの含有量が約0.15~0.3重量%であり、格子定数が2.442~2.453nmであり、骨格シリカ・アルミナ比が約7.8~12.6であることを特徴とする、項目1~9のいずれか1項に記載の改質Y型分子篩。
【0105】
項目11
孔径が8~100nmである二次孔の全細孔体積の、孔径が2~100nmである二次孔の全細孔体積に対する割合が約40~80%であることを特徴とする、項目1~10のいずれか1項に記載の改質Y型分子篩。
【0106】
項目12
(1)NaY分子篩を希土類塩溶液と接触させることでイオン交換反応を行い、濾過および洗浄を行い、必要に応じて乾燥させることにより、酸化ナトリウムの含有量が低減された、通常格子定数を有する希土類改質Y型分子篩を得る工程と、
(2)酸化ナトリウムの含有量が低減された、通常格子定数を有する上記希土類改質Y型分子篩を、350~520℃または350~480℃の温度の、30~95体積%または30~90体積%の水蒸気雰囲気下で4.5~7時間焙焼し、必要に応じて乾燥させることにより、格子定数が低減されたY型分子篩を得る工程と、
(3)SiClと格子定数が低減された上記Y型分子篩との乾燥ベースの重量比を0.1:1~0.7:1として、格子定数が低減された上記Y型分子篩を、約200℃~650℃の反応温度で約10分間~5時間、四塩化ケイ素ガスと接触反応させ、必要に応じて洗浄および濾過を行うことにより、気相超安定Y型分子篩を得る工程と、
(4)工程(3)で得られた気相超安定Y型分子篩を酸溶液と接触させる工程と、
(5)必要に応じて、工程(4)において酸溶液と接触させることによって得られた分子篩を、リン化合物と接触させることにより、リン改質処理を行う工程と、を含む改質Y型分子篩を生成する方法。
【0107】
項目13
上記工程(1)において得られた、酸化ナトリウムの含有量が低減された、通常格子定数を有する上記希土類改質Y型分子篩は、格子定数が約2.465~2.472nmであり、酸化ナトリウムの含有量が約9.0重量%以下であることを特徴とする、項目12に記載の方法。
【0108】
項目14
上記工程(1)において得られた、酸化ナトリウムの含有量が低減された、通常格子定数を有する上記希土類改質Y型分子篩は、希土類の含有量がReベースで約4.5~13重量%であり、酸化ナトリウムの含有量が約4.5~9.5重量%であり、格子定数が約2.465~2.472nmであることを特徴とする、項目12に記載の方法。
【0109】
項目15
上記工程(1)において、NaY分子篩を希土類塩溶液と接触させることでイオン交換反応を行う上記工程は、NaY分子篩:希土類塩:HOの重量比を約1:0.01~0.18:5~20として、NaY分子篩、希土類塩、および水の混合物を形成し、攪拌することによって行われることを特徴とする、項目12~14のいずれか1項に記載の方法。
【0110】
項目16
上記工程(1)において、NaY分子篩を希土類溶液と接触させることでイオン交換反応を行う上記工程は、NaY分子篩を脱カチオン水と混合する工程、攪拌しながら希土類塩および/または希土類塩溶液を添加することでイオン交換反応を行う工程、濾過および洗浄を行う工程、を含み、イオン交換反応の条件として、イオン交換温度が約15~95℃であり、イオン交換時間が約30~120分間であり、上記希土類塩溶液として希土類塩水溶液を使用することを特徴とする、項目12~15のいずれか1項に記載の方法。
【0111】
項目17
上記希土類塩は、希土類塩化物および/または希土類硝酸塩であり、上記リン化合物は、リン酸、リン酸アンモニウム、リン酸二水素アンモニウム、およびリン酸水素二アンモニウムからなる群から選択される1つまたは複数であることを特徴とする、項目12~16のいずれか1項に記載の方法。
【0112】
項目18
上記工程(2)において、上記焙焼温度は約380~480℃であり、好ましくは約380~460℃であり、上記焙焼雰囲気は約40~80体積%の水蒸気を含む雰囲気であり、上記焙焼時間は約5~6時間であることを特徴とする、項目12~17のいずれか1項に記載の方法。
【0113】
項目19
上記工程(2)において得られた、格子定数が低減された上記Y型分子篩は、格子定数が約2.450~2.462nmであり、水の含有量が約1重量%以下であることを特徴とする、項目12~18のいずれか1項に記載の方法。
【0114】
項目20
上記工程(3)における上記洗浄工程は、水を用いて行われる工程であり、洗浄条件としては、分子篩:HOの割合が約1:6~15であり、pH値が約2.5~5.0であり、洗浄温度が約30~60℃であることを特徴とする、項目12~19のいずれか1項に記載の方法。
【0115】
項目21
上記工程(4)において、上記工程(3)で得られた気相超安定Y型分子篩を酸溶液と接触させる上記工程の条件としては、酸と分子篩との重量比が約0.001~0.15:1であり、水と分子篩との重量比が約5~20:1であり、酸は、有機酸および無機酸のうちの1つまたは複数であり、接触時間が約60分間以上であり、好ましくは約1~4時間であり、接触温度が約80~99℃であることを特徴とする、項目12~20のいずれか1項に記載の方法。
【0116】
項目22
上記工程(4)において使用される上記酸溶液は、有機酸、および、強度が中程度以上の無機酸を含み、強度が中程度以上の上記無機酸と上記分子篩との重量比は約0.01~0.05:1であり、上記有機酸と上記分子篩との重量比は約0.02~0.10:1であり、水と上記分子篩との重量比は約5~20:1であり、接触温度は約80~99℃であり、接触時間は約1~4時間であることを特徴とする、項目12~20のいずれか1項に記載の方法。
【0117】
項目23
上記工程(4)において、上記酸溶液との接触工程は、まず、強度が中程度以上の無機酸と接触させ、その後、有機酸と接触させることによって行い、強度が中程度以上の無機酸と接触させる工程の条件としては、上記無機酸と上記分子篩との重量比が約0.01~0.05:1であり、水と上記分子篩との重量比が約5~20:1であり、接触時間が約60~120分間であり、接触温度が約90~98℃であり、有機酸と接触させる工程の条件としては、上記有機酸と上記分子篩との重量比が約0.02~0.10:1であり、水と上記分子篩との重量比が約5~20:1であり、接触時間が約60~120分間であり、接触温度が約90~98℃であることを特徴とする、項目12~20のいずれか1項に記載の方法。
【0118】
項目24
上記有機酸は、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、メチルコハク酸、リンゴ酸、酒石酸、クエン酸、およびサリチル酸からなる群から選択される1つまたは複数であり、強度が中程度以上の上記無機酸は、リン酸、塩酸、硝酸、および硫酸からなる群から選択される1つまたは複数であることを特徴とする、項目21~23のいずれか1項に記載の方法。
【0119】
項目25
上記工程(5)において、上記リン改質処理は、上記工程(4)において酸溶液と接触させることによって得られた分子篩を、リン化合物を含む交換液と接触させることにより、約15~100℃の条件下で、約10~100分間、イオン交換反応を行い、濾過および洗浄することによって行われ、上記交換液と上記分子篩とを接触させることによって形成された混合物において、水の上記分子篩に対する重量比は約2~5であり、好ましくは、約3~4であり、リン(Pベース)の上記分子篩に対する重量比は約0.0005~約0.10であり、好ましくは、約0.001~約0.06である、項目12~24のいずれか1項に記載の方法。
【0120】
項目26
項目1~11のいずれか1項に記載の改質Y型分子篩、または、項目12~25のいずれか1項に記載の方法で得られた改質Y型分子篩を、乾燥ベースで約10重量%~約50重量%含み、アルミナバインダーをアルミナベースで約10重量%~約40重量%含み、粘土を乾燥ベースで約10~80重量%含む、接触分解触媒。
【0121】
項目27
乾燥ベースで約10重量%~約50重量%の改質Y型分子篩を含み、アルミナベースで約10重量%~約40重量%のアルミナバインダーを含み、乾燥ベースで約10~80重量%の粘土を含む接触分解触媒であって、上記改質Y型分子篩は、希土類酸化物の含有量が約5重量%~約12重量%であり、酸化ナトリウムの含有量が約0.5重量%以下であり、全細孔体積が約0.36~0.48mL/gであり、孔径が2~100nmである二次孔の細孔体積の、全細孔体積に対する比率が約20~38%であり、格子定数が約2.440nm~約2.455nmであり、上記改質Y型分子篩において、非骨格アルミニウムの含有量の、アルミニウム総含有量に対する比率が約10%以下であり、格子崩壊温度が約1060℃以上であり、200℃のピリジン吸着赤外線法で測定したときの、上記改質Y型分子篩の総酸含有量におけるB酸のL酸に対する比率が約3.5以上である、接触分解触媒。
【0122】
項目28
乾燥ベースで約10重量%~約50重量%のリン・希土類改質Y型分子篩を含み、アルミナベースで10~40重量%のアルミナバインダーを含み、乾燥ベースで10~80重量%の粘土を含む接触分解触媒であって、上記リン・希土類改質Y型分子篩は、希土類酸化物の含有量が約4重量%~約11重量%であり、リンの含有量がPベースで約0.5重量%~約10重量%であり、酸化ナトリウムの含有量が約0.5重量%以下であり、全細孔体積が約0.36mL/g~約0.48mL/gであり、上記リン・希土類改質Y型分子篩において、孔径が2~100nmである二次孔の細孔体積の、全細孔体積に対する比率が約20~40%であり、格子定数が約2.440nm~約2.455nmであり、上記リン・希土類改質Y型分子篩において、非骨格アルミニウムの含有量の、アルミニウム総含有量に対する比率が約10%以下であり、格子崩壊温度が約1060℃以上であり、200℃のピリジン吸着赤外線法で測定したときの、リン・希土類改質Y型分子篩の総酸含有量におけるB酸のL酸に対する比率が約3.5以上である、接触分解触媒。
【実施例
【0123】
以下、実施例を参照しながら本発明をさらに説明するが、本発明はそれらの実施例に限定されない。
【0124】
供給材料
以下の実施例および比較例において、NaY分子篩は、中国石油化学触媒有限公司齊魯分公司により供給されたものであり、酸化ナトリウムの含有量が13.5重量%であり、骨格シリカ・アルミナ比(SiO/Alモル比)が4.6であり、格子定数が2.470nmであり、相対結晶化度が90%である。希土類塩化物および希土類硝酸塩は、北京化学工場により生産された化学的に純粋な試薬である。擬似ベーマイトは、山東アルミニウム工場により生産された工業製品であり、固体含有量が61重量%である。カオリンは、蘇州中国カオリン公司により生産されたものであり、固体含有量が76重量%である。アルミニウムコロイド溶液は、中国石油化学触媒有限公司齊魯分公司により供給されたものであり、アルミナの含有量が21重量%である。
【0125】
分析方法
それぞれの比較例および実施例において、分子篩の元素含有量は、X線蛍光分光法により測定した。分子篩の格子定数および相対結晶化度は、RIPP 145-90・RIPP 146-90標準法に基づくX線粉末回析法(XRD)(『石油化学分析法(RIPP試験法)』(Cuiding YANG et al.編、科学出版社、1990年9月第一版、第412~415頁を参照)により測定した。分子篩の骨格シリカ・アルミナ比は、下記式により計算した。
【0126】
SiO/Al=(2.5858-a)×2/(a-2.4191)
式中、aは格子定数を示し、その単位はnmである。
【0127】
分子篩の全シリカ・アルミナ比は、X線蛍光分光法で測定したSi元素およびAl元素の含有量に基づき計算した。XRD法で測定された骨格シリカ・アルミナ比、および、XRF法で測定された全シリカ・アルミナ比により、骨格Al含有量の、全Al含有量に対する比率を計算し、続いて、非骨格Al含有量の、全Al含有量に対する比率を計算した。格子崩壊温度は、示差熱分析法(DTA)により測定した。
【0128】
それぞれの比較例および実施例において、分子篩の酸中心のタイプおよびその酸含有量は、ピリジン吸着赤外線法により測定した。試験機器:米国Bruker社のIFS113V型FT-IR(フーリエ変換赤外)分光計。総酸含有量におけるB酸の含有量およびL酸の含有量は、200℃のピリジン吸着赤外線法で下記の通り測定した。自立サンプルタブレットを赤外分光計のin-situ セル(in-situ cell)に配置して密封した。サンプルを400℃まで熱し、10-3Paまで減圧し、温度を2時間維持することにより、サンプルに吸着した気体分子を除去した。サンプルを室温まで冷却し、圧力2.67Paのピリジン蒸気を導入し、サンプルをその条件で30分間維持することにより、吸着平衡を得た。その後、サンプルを200℃まで熱し、10-3Paまで減圧し、30分間脱着した。その後、サンプルを室温まで冷却し、分光分析に供した。当該分光分析において、走査波数の範囲は1400cm-1~1700cm-1であり、200℃で脱着されたサンプルのピリジン吸着赤外スペクトルを得た。分子篩における総ブレンステッド酸中心(B酸中心)およびルイス酸中心(L酸中心)の相対量は、ピリジン吸着赤外スペクトルにおける1540cm-1および1450cm-1の特徴的吸収ピークの強度に基づいて算出した。
【0129】
それぞれの比較例および実施例において、二次孔の細孔体積の測定方法は下記の通りであった。RIPP 151-90標準法(『石油化学分析法(RIPP試験法)』(Cuiding YANG et al.編、科学出版社、1990年9月第一版、第424~426頁を参照)に従い、吸着等温線に基づき、分子篩の全細孔体積を測定した。続いて、Tプロット法(T-plot法)により、吸着等温線に基づいて分子篩の微細孔の体積を測定し、全細孔体積から微細孔体積を減算することにより、二次孔の細孔体積を得た。
【0130】
それぞれの比較例および実施例において、分子篩の表面SiO/Alモル比は、下記の通り測定した。つまり、XPS光電子分光法を用いて、分子篩の表面におけるSi原子およびAl原子の質量%を測定し、続いて、分子篩の表面におけるSiO/Alモル比を計算した。XPS光電子分光法は、Thermo Scientific 社のESCALab250型X線光電子分光器を用いて行った。励起源は、エネルギーが1486.6eVで電力が150Wの単色性Al Kα X線とした。ナロースキャンのための透過エネルギーは30eVであった。分析時のベース真空度は、約6.5×10-10mbarであった。結合エネルギーは、アルキル炭素または汚染炭素のC1sピーク(284.8eV)に基づいて較正した。
【0131】
それぞれの比較例および実施例において、特に明示しない限り、試薬としては化学的に純粋な試薬を使用した。
【0132】
以下の実施例1~6は、本発明に係る希土類改質Y型分子篩、および、それを含む接触分解触媒を対象としている。
【0133】
実施例1
20mの水を入れた一次交換タンクに、骨格SiO/Al比が4.6であるNaYゼオライト(酸化ナトリウムの含有量は13.5重量%、中国石油化学触媒斉魯分公司製)を2000kg(乾燥重量)添加し、25℃で均一に攪拌した。その後、600LのReCl溶液(ReCl溶液における希土類の濃度(Reベース)は319g/L)を添加し、60分間攪拌し続けた。混合物を濾過および洗浄し、濾過ケーキをフラッシュ乾燥炉に送り乾燥した。酸化ナトリウムの含有量が低減された、通常格子定数を有する希土類改質Y型分子篩を得た。当該Y型分子篩は、酸化ナトリウムの含有量が7.0重量%であり、格子定数が2.471nmであった。その後、分子篩を焙焼炉に送り、50%の水蒸気雰囲気(50体積%の水蒸気を含む雰囲気)下において、390℃の温度で6時間焙焼した。その後、乾燥空気雰囲気(水蒸気の含有量が1体積%未満)下において、500℃の温度で2.5時間焙焼することにより、格子定数が低減され、水の含有量が1重量%未満であり、格子定数が2.455nmの、Y型分子篩を得た。その後、格子定数が低減された上記Y型分子篩材料を連続気相超安定化反応器に直接送り、気相超安定化反応を行った。分子篩について、連続気相超安定化反応器における気相超安定化反応工程、および、それに続く排気吸収工程は、特許出願公報CN103787352A(その全文は、引用により本明細書に援用されるものとする)の実施例1に開示された方法により行い、その条件は以下の通りであった。SiClとY型分子篩との重量比は0.5:1であり、分子篩の供給量は800kg/hであり、反応温度は400℃であった。気相超安定化反応後の分子篩材料を、気固分離器によって分離した後、予め20mの水を入れた二次交換タンクに送り、均一に攪拌した。二次交換タンクに添加した分子篩材料の重量は2000kg(乾燥重量)であった。その後、濃度10重量%の塩酸を0.6m添加し、当該反応混合物を90℃まで昇温し、60分間攪拌した。その後、140kgのクエン酸を添加し、90℃で60分間攪拌し続けた。その後、濾過、洗浄、および乾燥することにより、改質Y型分子篩産物(SZ-1と称する)を得た。
【0134】
SZ-1の構成、格子定数、相対結晶化度、骨格シリカ・アルミナ比、格子崩壊温度、比表面積、大孔径の二次孔(孔径8~100nm)の、全二次孔(孔径2~100nm)に対する比率、および二次孔の全細孔体積を、表1に示す。
【0135】
100%の水蒸気雰囲気下において、800℃および常圧で露出状態のSZ-1を17時間エージングした後、エージング前後の分子篩SZ-1の相対結晶化度をXRD法によって分析し、エージング後の相対結晶化度維持率を計算した。その結果を表2に示す。表2中、相対結晶化度維持率は以下の通り算出した。
【0136】
【数1】
実施例2
20mの脱カチオン水を入れた一次交換タンクに、骨格SiO/Al比が4.6であるNaYゼオライト(酸化ナトリウムの含有量は13.5重量%、中国石油化学触媒斉魯分公司製)を2000kg(乾燥重量)添加し、90℃で均一に攪拌した。その後、800LのReCl溶液(ReCl溶液における希土類の濃度(Reベース)は319g/L)をさらに添加し、60分間攪拌し続けた。混合物を濾過および洗浄し、濾過ケーキをフラッシュ乾燥炉に送り乾燥した。これにより、酸化ナトリウムの含有量が低減された、通常格子定数を有する希土類改質Y型分子篩を得た。当該Y型分子篩は、酸化ナトリウムの含有量が5.5重量%であり、格子定数が2.471nmであった。その後、分子篩を焙焼炉に送って80%の水蒸気雰囲気下において、450℃の温度(雰囲気温度)で5.5時間焙焼した。その後、乾燥空気雰囲気下において、500℃の焙焼温度で焙焼炉に分子篩材料を2時間かけて通過させることにより、水の含有量が1重量%未満であり、格子定数が低減され、格子定数が2.461nmの、Y型分子篩を得た。その後、格子定数が低減された上記Y型分子篩材料を連続気相超安定化反応器に直接送り、気相超安定化反応を行った。分子篩について、連続気相超安定化反応器における気相超安定化反応工程、および、それに続く排気吸収工程は、CN103787352Aの実施例1に開示された方法により行い、その条件は以下の通りであった。SiClとY型分子篩との重量比は0.25:1であり、分子篩の供給量は800kg/hであり、反応温度は490℃であった。気相超安定化反応後の分子篩材料を、気固分離器によって分離した後、予め20mの脱カチオン水を入れた二次交換タンクに送り、均一に攪拌した。二次交換タンクに添加した分子篩材料の重量は2000kg(乾燥重量)であった。その後、濃度7重量%の硫酸溶液を0.9m添加し、当該反応混合物を93℃まで昇温し、80分間攪拌した。その後、70kgのクエン酸および50kgの酒石酸を添加し、93℃で70分間攪拌し続けた。その後、濾過、洗浄、および乾燥することにより、改質Y型分子篩産物(SZ-2と称する)を得た。
【0137】
SZ-2の構成、格子定数、相対結晶化度、骨格シリカ・アルミナ比、格子崩壊温度、比表面積、大孔径の二次孔(孔径8~100nm)の、全二次孔(孔径2~100nm)に対する比率、および二次孔の全細孔体積を、表1に示す。
【0138】
100%の水蒸気雰囲気下において、800℃および常圧で露出状態のSZ-2を17時間エージングした後、エージング前後の分子篩SZ-2の結晶化度をXRD法によって分析し、エージング後の相対結晶化度維持率を計算した。その結果を表2に示す。
【0139】
実施例3
20mの脱カチオン水を入れた一次交換タンクに、骨格SiO/Al比が4.6であるNaYゼオライト(酸化ナトリウムの含有量は13.5重量%、中国石油化学触媒斉魯分公司製)を2000kg(乾燥重量)添加し、95℃で均一に攪拌した。その後、570LのReCl溶液(ReCl溶液における希土類の濃度(Reベース)は319g/L)をさらに添加し、60分間攪拌し続けた。続いて、混合物を濾過および洗浄し、濾過ケーキを連続してフラッシュ乾燥炉に送り乾燥した。これにより、酸化ナトリウムの含有量が低減された、通常格子定数を有する希土類改質Y型分子篩を得た。当該Y型分子篩は、酸化ナトリウムの含有量が7.5重量%であり、格子定数が2.471nmであった。その後、分子篩を焙焼炉に送って70体積%の水蒸気を含む雰囲気下において、470℃の焙焼温度で5時間焙焼した。その後、乾燥空気雰囲気下において、500℃の焙焼温度で焙焼炉に分子篩材料を1.5時間かけて通過させることにより、水の含有量が1重量%未満であり、格子定数が低減され、格子定数が2.458nmの、Y型分子篩を得た。その後、格子定数が低減された上記Y型分子篩材料を連続気相超安定化反応器に送り、気相超安定化反応を行った。分子篩について、連続気相超安定化反応器における気相超安定化反応工程、および、それに続く排気吸収工程は、CN103787352Aの実施例1に開示された方法により行い、その条件は以下の通りであった。SiClとY型分子篩との重量比は0.45:1であり、分子篩の供給量は800kg/hであり、反応温度は400℃であった。気相超安定化反応後の分子篩材料を、気固分離器によって分離した後、予め20mの脱カチオン水を入れた二次交換タンクに送り、均一に攪拌した。二次交換タンクに添加した分子篩材料の重量は2000kg(乾燥重量)であった。その後、濃度5重量%の硝酸1.2mをゆっくり添加し、当該混合物を95℃まで昇温し、90分間攪拌し続けた。その後、90kgのクエン酸および40kgのシュウ酸を添加し、93℃で70分間攪拌し続けた。その後、濾過、洗浄、および乾燥することにより、改質Y型分子篩産物(SZ-3と称する)を得た。
【0140】
SZ-3の構成、格子定数、相対結晶化度、骨格シリカ・アルミナ比、格子崩壊温度、比表面積、大孔径の二次孔(孔径8~100nm)の、全二次孔(孔径2~100nm)に対する比率、および二次孔の全細孔体積を、表1に示す。
【0141】
100%の水蒸気雰囲気下において、800℃および常圧で露出状態のSZ-3を17時間エージングした後、エージング前後の分子篩SZ-3の結晶化度をXRD法によって分析し、エージング後の相対結晶化度維持率を計算した。その結果を表2に示す。
【0142】
比較例1
2000gのNaY分子篩(乾燥ベース)を、20Lの脱カチオン水溶液に添加し、均一に攪拌した。1000gの(NHSOをさらに添加して攪拌し、90~95℃まで昇温して1時間保温した。その後、得られた混合物を濾過および洗浄し、濾過ケーキを120℃で乾燥した後、熱水改質処理を行った。当該熱水改質処理は、100%の水蒸気雰囲気下において、650℃の温度で5時間焙焼することにより行った。その後、得られたものを20Lの脱カチオン水溶液に添加し、均一に攪拌した。1000gの(NHSOをさらに添加して攪拌し、90~95℃まで昇温して1時間保温した。続いて、濾過および洗浄後、濾過ケーキを120℃で乾燥した後、2回目の熱水改質処理を行った。当該2回目の熱水改質処理は、100%の水蒸気雰囲気下において、650℃の温度で5時間焙焼することにより行った。2回のイオン交換処理および2回の熱水安定化処理を行い、希土類を含有しない、熱水超安定Y型分子篩(DZ-1と称する)を得た。
【0143】
DZ-1の構成、格子定数、相対結晶化度、骨格シリカ・アルミナ比、格子崩壊温度、比表面積、大孔径の二次孔(孔径8~100nm)の、全二次孔(孔径2~100nm)に対する比率、および二次孔の全細孔体積を、表1に示す。
【0144】
100%の水蒸気雰囲気下において、800℃および常圧で露出状態のDZ-1を17時間エージングした後、エージング前後の分子篩DZ-1の結晶化度をXRD法によって分析し、エージング後の相対結晶化度維持率を計算した。その結果を表2に示す。
【0145】
比較例2
2000gのNaY分子篩(乾燥ベース)を、20Lの脱カチオン水溶液に添加し、均一に攪拌した。1000gの(NHSOをさらに添加して攪拌し、90~95℃まで昇温して1時間保温した。その後、得られた混合物を濾過および洗浄し、濾過ケーキを120℃で乾燥した後、熱水改質処理を行った。当該熱水改質処理は、100%の水蒸気雰囲気下において、650℃の温度で5時間焙焼することにより行った。その後、得られたものを20Lの脱カチオン水溶液に添加し、均一に攪拌した。200mlのRe(NO溶液(Reベースの濃度は319g/L)および900gの(NHSOを添加して攪拌し、90~95℃まで昇温して1時間保温した。続いて、濾過および洗浄後、濾過ケーキを120℃で乾燥した後、2回目の熱水改質処理を行った。当該2回目の熱水改質処理は、100%の水蒸気雰囲気下において、650℃の温度で5時間焙焼することにより行った。2回のイオン交換処理および2回の熱水安定化処理を行い、希土類を含む熱水超安定Y型分子篩(DZ-2と称する)を得た。
【0146】
DZ-2の構成、格子定数、相対結晶化度、骨格シリカ・アルミナ比、格子崩壊温度、比表面積、大孔径の二次孔(孔径8~100nm)の、全二次孔(孔径2~100nm)に対する比率、および二次孔の全細孔体積を、表1に示す。
【0147】
100%の水蒸気雰囲気下において、800℃および常圧で露出状態のDZ-2を17時間エージングした後、エージング前後の分子篩DZ-2の結晶化度をXRD法によって分析し、エージング後の相対結晶化度維持率を計算した。その結果を表2に示す。
【0148】
比較例3
2000kgのNaY分子篩(乾燥ベース)を20mの水に添加し、均一に攪拌した。650LのRe(NO溶液(Reベースの濃度は319g/L)をさらに添加して攪拌し、90~95℃まで昇温して1時間保温した。その後、得られた混合物を濾過および洗浄し、濾過ケーキをフラッシュ焙焼炉に送って乾燥および焙焼を行った。乾燥空気雰囲気下において500℃の温度で2時間焙焼を行い、それにより、水の含有量が1重量%未満に減少した。その後、乾燥させたY型分子篩材料を連続気相超安定化反応器に送り、気相超安定化反応を行った。分子篩について、連続気相超安定化反応器における気相超安定化反応工程、および、それに続く排気吸収工程は、特許出願公開公報CN103787352Aの実施例1に開示された方法により行い、その条件は以下の通りであった。SiClとY型分子篩との重量比は0.4:1であり、分子篩の供給量は800kg/hであり、反応温度は580℃であった。気相超安定化反応後の分子篩材料を、気固分離器によって分離した後、予め20mの脱カチオン水を入れた二次交換タンクに送り、均一に攪拌した。二次交換タンクに添加した分子篩材料の重量は2000kg(乾燥重量)であった。その後、濃度5重量%の硝酸1.2mをゆっくり添加し、95℃まで昇温し、90分間攪拌し続けた。その後、90kgのクエン酸および40kgのシュウ酸を添加し、93℃で70分間攪拌し続けた。その後、濾過、洗浄、および乾燥することにより、改質Y型分子篩産物(DZ-3と称する)を得た。
【0149】
DZ-3の構成、格子定数、相対結晶化度、骨格シリカ・アルミナ比、格子崩壊温度、比表面積、大孔径の二次孔(孔径8~100nm)の、全二次孔(孔径2~100nm)に対する比率、および二次孔の全細孔体積を、表1に示す。
【0150】
100%の水蒸気雰囲気下において、800℃および常圧で露出状態のDZ-3を17時間エージングした後、エージング前後の分子篩DZ-3の結晶化度をXRD法によって分析し、エージング後の相対結晶化度維持率を計算した。その結果を表2に示す。
【0151】
比較例4
20mの脱カチオン水を入れた一次交換タンクに、骨格SiO/Alが4.6であるNaYゼオライトを2000kg(乾燥重量)添加し、95℃で均一に攪拌した。その後、570LのReCl溶液(ReCl溶液における希土類の濃度(Reベース)は319g/L)を添加し、60分間攪拌し続けた。混合物を濾過および洗浄し、濾過ケーキを連続してフラッシュ乾燥炉に送り乾燥した。これにより、酸化ナトリウムの含有量が低減された、通常格子定数を有する希土類改質Y型分子篩を得た。当該Y型分子篩は、酸化ナトリウムの含有量が7.5重量%であり、格子定数が2.471nmであった。その後、分子篩を焙焼炉に送って100体積%の水蒸気雰囲気下において650℃の温度で5時間焙焼することにより、熱水改質処理を行った。その後、乾燥空気雰囲気下において、500℃の焙焼温度で焙焼炉に分子篩材料を1.5時間かけて通過させることにより、水の含有量を1重量%未満に低減した。その後、格子定数が低減された上記Y型分子篩材料を連続気相超安定化反応器に送り、気相超安定化反応を行った。分子篩について、連続気相超安定化反応器における気相超安定化反応工程、および、それに続く排気吸収工程は、CN103787352Aの実施例1に開示された方法により行い、その条件は以下の通りであった。SiClとY型分子篩との重量比は0.45:1であり、分子篩の供給量は800kg/hであり、反応温度は400℃であった。気相超安定化反応後の分子篩材料を、気固分離器によって分離した後、予め20mの脱カチオン水を入れた二次交換タンクに送り、均一に攪拌した。二次交換タンクに添加した分子篩材料の重量は2000kg(乾燥重量)であった。その後、濃度5重量%の硝酸1.2mをゆっくり添加し、95℃まで昇温し、90分間攪拌し続けた。その後、90kgのクエン酸および40kgのシュウ酸を添加し、93℃で70分間攪拌し続けた。その後、濾過、洗浄、および乾燥することにより、改質Y型分子篩産物(DZ-4と称する)を得た。
【0152】
DZ-4の構成、格子定数、相対結晶化度、骨格シリカ・アルミナ比、格子崩壊温度、比表面積、大孔径の二次孔(孔径8~100nm)の、全二次孔(孔径2~100nm)に対する比率、および二次孔の全細孔体積を、表1に示す。
【0153】
100%の水蒸気雰囲気下において、800℃および常圧で露出状態のDZ-4を17時間エージングした後、エージング前後の分子篩DZ-4の結晶化度をXRD法によって分析し、エージング後の相対結晶化度維持率を計算した。その結果を表2に示す。
【0154】
比較例5
2000gのNaY分子篩(乾燥ベース)を20Lの脱カチオン水溶液に添加し、均一に攪拌した。600mlのRe(NO溶液(希土類溶液の濃度はReベースで319g/L)をさらに添加して攪拌し、90~95℃まで昇温して1時間保温した。得られた混合物を濾過および洗浄し、濾過ケーキを120℃で乾燥することにより、格子定数が2.471nm、酸化ナトリウムの含有量が7.0重量%、希土類の含有量がReベースで8.8重量%であるY型分子篩を得た。その後、50体積%の水蒸気および50体積%の空気を含む雰囲気下において、390℃の温度で分子篩を6時間焙焼することにより、格子定数が2.455nmであるY型分子篩を得て、続けて乾燥処理を行うことにより、水の含有量を1重量%未満にした。その後、特許出願公開公報CN103787352Aの実施例1に開示された方法により、気相超安定化反応工程、および、それに続く排気吸収工程を行った。それらの工程において、SiClとY型分子篩(乾燥ベース)との重量比を0.5:1として、加熱気化したSiClガスを導入し、400℃の温度で2時間反応を行った。その後、得られたものを20Lの脱カチオン水を用いて洗浄し、濾過することにより、改質Y型分子篩(DZ-5と称する)を得た。その物理化学的性質を表1に示す。
【0155】
100%の水蒸気雰囲気下において、800℃および常圧で露出状態のDZ-5を17時間エージングした後、エージング前後の分子篩DZ-5の相対結晶化度をXRD法によって分析し、エージング後の相対結晶化度維持率を計算した。その結果を表2に示す。
【0156】
実施例4~6
分子篩、カオリン、擬似ベーマイト、およびアルミニウムコロイド溶液を、重量比(乾燥ベース)を分子篩:カオリン:擬似ベーマイト:アルミニウムコロイド溶液=30:38:22:10として水と混合し、スラリーを得た。その後、450℃で噴霧乾燥し、球形接触分解触媒を得た。分子篩として、実施例1~3で得られた改質Y型分子篩SZ-1、SZ-2およびSZ-3を用いて、触媒SC-1、SC-2およびSC-3をそれぞれ得た。その主な性質を表3に示す。
【0157】
比較例6~10
実施例4~6の接触分解触媒の生成方法および原料配合率に基づいて、比較例1~5で得られた分子篩DZ-1、DZ-2、DZ-3、DZ-4およびDZ-5を用いて、参照触媒DC-1、DC-2、DC-3、DC-4およびDC-5をそれぞれ生成した。その主な性質を表3に示す。
【0158】
軽油マイクロ活性の評価
RIPP 92-90標準法(『石油化学分析法(RIPP試験法)』(Cuiding YANG et al.編、科学出版社、1990年9月第一版、第263~268頁を参照)に基づき、各触媒の軽油マイクロ活性を評価した。触媒の装填量は5.0g、反応温度は460℃、原料油は蒸留範囲が235~337℃の大港軽油とした。ガスクロマトグラフィーにより生成物の組成を分析し、当該生成物の組成に基づき、軽油マイクロ活性を計算した。
【0159】
軽油マイクロ活性(MA)=(216℃よりも低いガソリンの収量+ガスの収量+コークスの収量)/総供給量×100%
上記方法に従って、実施例4~6および比較例6~10で生成された触媒のマイクロ活性をそれぞれ評価した。その結果を表3に示す。
【0160】
重油分解性能の評価
まず、100%の水蒸気雰囲気下において、触媒を800℃で17時間エージングした。その後、その接触分解性能をACE(固定流動床)装置において評価した。原料油として、WuHan-mixed-III-2007(性質を表4に示す)を用いた。分解ガスおよび生成油を別々に収集し、ガスクロマトグラフィーにより分析した。触媒の装填量は9gとし、反応温度は500℃とし、重量空間速度は16h-1とし、触媒と油の重量比は表5に示す通りであった。
【0161】
表中、
転化率=ガソリン収量+液化ガス収量+ドライガス収量+コークス収量
軽油収量=ガソリン収量+ディーゼル油収量
液体収量=液化ガス+ガソリン+ディーゼル
コークス選択性=コークス収量/転化率
上述の方法に従って、実施例4~6および比較例6~10で生成された触媒の接触分解性能をそれぞれ評価した。その結果を表5に示す。
【0162】
【表1】
表1に示す通り、本発明の高安定性改質Y型分子篩は、酸化ナトリウムの含有量が少なく、比較的高いシリカ・アルミナ比においても非骨格アルミニウムの含有量が比較的少なく、孔径が2.0~100nmである二次孔の細孔体積の、全細孔体積に対する比率が比較的高く、B酸/L酸比(B酸の総含有量のL酸の総含有量に対する比率)が比較的高く、特に分子篩の格子定数が比較的低く、希土類の含有量が比較的多い場合に、結晶化度が比較的高く、格子崩壊温度が高く、熱安定性が高い。
【0163】
【表2】
表2に示す通り、本発明の改質Y型分子篩は、露出状態において800℃で17時間という厳しい条件下でエージングされた後に、比較的高い相対結晶化度維持率を示す。つまり、本発明の改質Y型分子篩は、高い熱水安定性を有する。
【0164】
【表3】
【0165】
【表4】
【0166】
【表5】
表5に示す通り、本発明で得られた分子篩を活性成分として用いて生成された触媒は、転化率が比較的高く、軽油収量および全液体収量が比較的高く、優れたコークス選択性を有する。本発明の改質Y型分子篩は、熱水安定性が非常に高く、コークス選択性が極めて低く、液体収量が極めて高く、軽油収量が極めて高く、ガソリン収量が向上しており、重油転化活性が高い。
【0167】
以下の実施例1P~9Pは、本発明に係る、希土類・リン改質Y型分子篩、および、それらを含む接触分解触媒の実施例である。
【0168】
実施例1P
20mの水を入れた一次交換タンクに、骨格SiO/Al比が4.6であるNaYゼオライト(酸化ナトリウムの含有量は13.5重量%、中国石油化学触媒斉魯分公司製)を2000kg(乾燥重量)添加し、25℃で均一に攪拌した。その後、600LのReCl溶液(ReCl溶液における希土類の濃度(Reベース)は319g/L)をさらに添加し、60分間攪拌し続けた。続けて、混合物を濾過および洗浄し、濾過ケーキを連続的にフラッシュ乾燥炉に送り乾燥した。これにより、酸化ナトリウムの含有量が低減された、通常格子定数を有する希土類改質Y型分子篩を得た。当該Y型分子篩は、酸化ナトリウムの含有量が7.0重量%であり、格子定数が2.471nmであった。その後、分子篩を改質するために焙焼炉に送り、雰囲気温度を390℃に制御し、50%の水蒸気雰囲気(50体積%の水蒸気を含む雰囲気)下において6時間焙焼を行った。その後、分子篩材料を焙焼・乾燥用焙焼炉に供給し、500℃の雰囲気温度および乾燥空気雰囲気(水蒸気の含有量が1体積%未満)下において2.5時間焙焼を行うことにより、水の含有量が1重量%未満にまで低減し、格子定数が低減され、格子定数が2.455nmの、Y型分子篩を得た。その後、格子定数が低減された上記Y型分子篩材料を連続気相超安定化反応器に直接送り、気相超安定化反応を行った。分子篩について、連続気相超安定化反応器における気相超安定化反応工程、および、それに続く排気吸収工程は、特許出願公開公報CN103787352Aの実施例1に開示された方法により行い、その条件は以下の通りであった。SiClとY型分子篩との重量比は0.5:1であり、分子篩の供給量は800kg/hであり、反応温度は400℃であった。気相超安定化反応後の分子篩材料を、気固分離器によって分離した後、予め20mの脱カチオン水を入れた二次交換タンクに送り、均一に攪拌した。二次交換タンクに添加した分子篩材料の重量は2000kg(乾燥重量)であった。その後、濃度10重量%の塩酸0.6mをゆっくり添加し、当該混合物を90℃まで昇温し、60分間攪拌し続けた。その後、140kgのクエン酸を添加し、90℃で60分間攪拌し続けた。その後、濾過および洗浄を行った。その後、リン酸アンモニウムを含む交換液に分子篩ケーキを直接添加した。このとき、分子篩に対するリン(Pベース)の重量比は0.04であり、分子篩に対する水の重量比は2.5であった。50℃の条件下で、イオン交換反応を60分間行い、続けて、濾過および洗浄を行った。これにより、二次孔を多く含有する、希土類・リン改質Y型分子篩(SZ-1Pと称する)を得た。
【0169】
SZ-1Pの構成、格子定数、相対結晶化度、骨格シリカ・アルミナ比、格子崩壊温度、比表面積、大孔径の二次孔(孔径8~100nm)の、全二次孔(2~100nm)に対する比率、および二次孔の全細孔体積を、表1Pに示す。
【0170】
100%の水蒸気雰囲気下において、800℃および常圧で露出状態のSZ-1Pを17時間エージングした後、エージング前後の分子篩SZ-1Pの相対結晶化度をXRD法によって分析し、エージング後の相対結晶化度維持率を計算した。その結果を表2Pに示す。
【0171】
実施例2P
20mの脱カチオン水を入れた一次交換タンクに、骨格SiO/Al比が4.6であるNaYゼオライト(酸化ナトリウムの含有量は13.5重量%、中国石油化学触媒斉魯分公司製)を2000kg(乾燥重量)添加し、90℃で均一に攪拌した。その後、800LのReCl溶液(ReCl溶液における希土類の濃度(Reベース)は319g/L)をさらに添加し、60分間攪拌し続けた。混合物を濾過および洗浄し、濾過ケーキをフラッシュ乾燥炉に送り乾燥した。これにより、酸化ナトリウムの含有量が低減された、通常格子定数を有する希土類改質Y型分子篩を得た。当該Y型分子篩は、酸化ナトリウムの含有量が5.5重量%であり、格子定数が2.471nmであった。その後、分子篩を焙焼炉に送り、450℃の温度(雰囲気温度)で、80%の水蒸気雰囲気下において5.5時間焙焼を行った。その後、焙焼・乾燥用焙焼炉に分子篩材料を通過させ、温度を500℃に制御して乾燥空気雰囲気下において2時間焙焼を行うことにより、分子篩の水の含有量が1重量%未満にまで低減し、格子定数が低減され、格子定数が2.461nmの、Y型分子篩を得た。その後、格子定数が低減された上記Y型分子篩材料を連続気相超安定化反応器に直接送り、気相超安定化反応を行った。分子篩について、連続気相超安定化反応器における気相超安定化反応工程、および、それに続く排気吸収工程は、CN103787352Aの実施例1に開示された方法により行い、その条件は以下の通りであった。SiClとY型分子篩との重量比は0.25:1であり、分子篩の供給量は800kg/hであり、反応温度は490℃であった。気相超安定化反応後の分子篩材料を、気固分離器によって分離した後、予め20mの脱カチオン水を入れた二次交換タンクに送り、均一に攪拌した。二次交換タンクに添加した分子篩材料の重量は2000kg(乾燥重量)であった。その後、濃度7重量%の硫酸溶液0.9mをゆっくり添加し、当該混合物を93℃まで昇温し、続けて80分間攪拌した。その後、70kgのクエン酸および50kgの酒石酸を添加し、93℃で70分間攪拌し続けた。その後、濾過および洗浄を行った。その後、リン酸水素二アンモニウムを含む交換液に分子篩ケーキを直接添加した。このとき、分子篩に対するリン(Pベース)の重量比は0.03であり、分子篩に対する水の重量比は3.0であった。60℃の条件下で、イオン交換反応を50分間行い、続けて、濾過および洗浄を行った。これにより、二次孔を多く含有する、希土類・リン改質Y型分子篩(SZ-2Pと称する)を得た。
【0172】
SZ-2Pの構成、格子定数、相対結晶化度、骨格シリカ・アルミナ比、格子崩壊温度、比表面積、大孔径の二次孔(孔径8~100nm)の、全二次孔(孔径2~100nm)に対する比率、および二次孔の全細孔体積を、表1Pに示す。
【0173】
100%の水蒸気雰囲気下において、800℃および常圧で露出状態のSZ-2Pを17時間エージングした後、エージング前後の分子篩SZ-2Pの相対結晶化度をXRD法によって分析し、エージング後の相対結晶化度維持率を計算した。その結果を表2Pに示す。
【0174】
実施例3P
20mの脱カチオン水を入れた一次交換タンクに、骨格SiO/Al比が4.6であるNaYゼオライト(酸化ナトリウムの含有量は13.5重量%、中国石油化学触媒斉魯分公司製)を2000kg(乾燥重量)添加し、95℃で均一に攪拌した。その後、570LのReCl溶液(ReCl溶液における希土類の濃度(Reベース)は319g/L)をさらに添加し、60分間攪拌し続けた。その後、混合物を濾過および洗浄し、濾過ケーキを連続的にフラッシュ乾燥炉に送り乾燥した。これにより、酸化ナトリウムの含有量が低減された、通常格子定数を有する希土類改質Y型分子篩を得た。当該Y型分子篩は、酸化ナトリウムの含有量が7.5重量%であり、格子定数が2.471nmであった。その後、分子篩を熱水改質するために焙焼炉に送り、470℃の温度で、70体積%の水蒸気を含む雰囲気下において7時間焙焼を行った。その後、焙焼・乾燥用焙焼炉に分子篩材料を通過させ、温度を500℃に制御して乾燥空気雰囲気下において1.5時間焙焼を行うことにより、水の含有量が1重量%未満にまで低減し、格子定数が低減され、格子定数が2.458nmの、Y型分子篩を得た。その後、格子定数が低減された上記Y型分子篩材料を連続気相超安定化反応器に送り、気相超安定化反応を行った。分子篩について、連続気相超安定化反応器における気相超安定化反応工程、および、それに続く排気吸収工程は、CN103787352Aの実施例1に開示された方法により行い、その条件は以下の通りであった。SiClとY型分子篩との重量比は0.45:1であり、分子篩の供給量は800kg/hであり、反応温度は400℃であった。気相超安定化反応後の分子篩材料を、気固分離器によって分離した後、予め20mの脱カチオン水を入れた二次交換タンクに送り、均一に攪拌した。二次交換タンクに添加した分子篩材料の重量は2000kg(乾燥重量)であった。その後、濃度5重量%の硝酸溶液1.2mをゆっくり添加し、当該混合物を95℃まで昇温し、90分間攪拌した。その後、90kgのクエン酸および40kgのシュウ酸を添加し、当該混合物を93℃で70分間攪拌した。その後、濾過および洗浄を行った。リン酸アンモニウムを含む交換液に分子篩ケーキを直接添加した。このとき、分子篩に対するリン(Pベース)の重量比は0.015であり、分子篩に対する水の重量比は2.8であった。70℃の条件下で、イオン交換反応を30分間行い、続けて、濾過および洗浄を行った。これにより、二次孔を多く含有する、希土類・リン改質Y型分子篩(SZ-3Pと称する)を得た。
【0175】
SZ-3Pの構成、格子定数、相対結晶化度、骨格シリカ・アルミナ比、格子崩壊温度、比表面積、大孔径の二次孔(孔径8~100nm)の、全二次孔(孔径2~100nm)に対する比率、および二次孔の全細孔体積を、表1Pに示す。
【0176】
100%の水蒸気雰囲気下において、800℃および常圧で露出状態のSZ-3Pを17時間エージングした後、エージング前後の分子篩SZ-3Pの相対結晶化度をXRD法によって分析し、エージング後の相対結晶化度維持率を計算した。その結果を表2Pに示す。
【0177】
比較例1P
比較例1に従って、希土類を含有しない熱水超安定Y型分子篩(DZ-1Pと称する)を生成した。
【0178】
DZ-1Pの構成、格子定数、相対結晶化度、骨格シリカ・アルミナ比、格子崩壊温度、比表面積、大孔径の二次孔(孔径8~100nm)の、全二次孔(孔径2~100nm)に対する比率、および二次孔の全細孔体積を、表1Pに示す。
【0179】
100%の水蒸気雰囲気下において、800℃および常圧で露出状態のDZ-1Pを17時間エージングした後、エージング前後の分子篩DZ-1Pの相対結晶化度をXRD法によって分析し、エージング後の相対結晶化度維持率を計算した。その結果を表2Pに示す。
【0180】
比較例2P
比較例2に従って、希土類を含有する熱水超安定Y型分子篩(DZ-2Pと称する)を生成した。
【0181】
DZ-2Pの構成、格子定数、相対結晶化度、骨格シリカ・アルミナ比、格子崩壊温度、比表面積、大孔径の二次孔(孔径8~100nm)の、全二次孔(孔径2~100nm)に対する比率、および二次孔の全細孔体積を、表1Pに示す。
【0182】
100%の水蒸気雰囲気下において、800℃および常圧で露出状態のDZ-2Pを17時間エージングした後、エージング前後の分子篩DZ-2Pの相対結晶化度をXRD法によって分析し、エージング後の相対結晶化度維持率を計算した。その結果を表2Pに示す。
【0183】
比較例3P
2000kgのNaY分子篩(乾燥ベース)を20mの水に添加し、均一に攪拌した。650LのRe(NO溶液(Reベースの濃度は319g/L)をさらに添加して攪拌し、90~95℃まで昇温して1時間保温した。その後、得られた混合物を濾過および洗浄し、濾過ケーキを連続して焙焼・乾燥用のフラッシュ焙焼炉に供給した。乾燥空気雰囲気下において500℃の温度で2時間焙焼を行い、それにより、水の含有量が1重量%未満に減少した。その後、乾燥させた分子篩材料を連続気相超安定化反応器に送り、気相超安定化反応を行った。分子篩について、連続気相超安定化反応器における気相超安定化反応工程、および、それに続く排気吸収工程は、特許出願公開公報CN103787352Aの実施例1に開示された方法により行い、その条件は以下の通りであった。SiClとY型分子篩との重量比は0.4:1であり、分子篩の供給量は800kg/hであり、反応温度は580℃であった。気相超安定化反応後の分子篩材料を、気固分離器によって分離した後、予め20mの水を入れた二次交換タンクに送り、均一に攪拌した。二次交換タンクに添加した分子篩材料の重量は2000kg(乾燥重量)であった。その後、濃度5重量%の硝酸1.2mをゆっくり添加し、混合物を95℃まで昇温し、90分間攪拌し続けた。その後、90kgのクエン酸および40kgのシュウ酸を添加し、93℃で70分間攪拌し続けた。その後、濾過および乾燥を行った。リン酸アンモニウムを含む交換液に分子篩ケーキを直接添加した。このとき、分子篩に対するリン(Pベース)の重量比は0.015であり、分子篩に対する水の重量比は2.8であった。70℃の条件下で、イオン交換反応を30分間行い、続けて、濾過および洗浄を行った。これにより、超安定希土類・リン改質Y型分子篩(DZ-3Pと称する)を得た。
【0184】
DZ-3Pの構成、格子定数、相対結晶化度、骨格シリカ・アルミナ比、格子崩壊温度、比表面積、大孔径の二次孔(孔径8~100nm)の、全二次孔(孔径2~100nm)に対する比率、および二次孔の全細孔体積を、表1Pに示す。
【0185】
100%の水蒸気雰囲気下において、800℃および常圧で露出状態のDZ-3Pを17時間エージングした後、エージング前後の分子篩DZ-3Pの相対結晶化度をXRD法によって分析し、エージング後の相対結晶化度維持率を計算した。その結果を表2Pに示す。
【0186】
実施例4P~6P
実施例4P~6Pは、実施例1P~3Pで生成された、本発明の改質Y型分子篩の接触分解活性および安定性を説明する。
【0187】
実施例1P~3Pで生成された改質Y型分子篩SZ-1P、SZ-2P、およびSZ-3Pを用いて、触媒SC-1P、SC-2P、およびSC-3Pをそれぞれ生成した。100%の水蒸気雰囲気下において、触媒を800℃で4時間または17時間エージングした後、触媒の軽油マイクロ活性を評価した。その結果を表3Pに示す。
【0188】
触媒の生成
アルミナの含有量が21重量%のアルミニウムコロイド溶液714.5gを、1565.5gの脱カチオン水に添加して攪拌を開始し、固体含有量が76重量%のカオリン2763gを添加して60分間分散させた。アルミナの含有量が61重量%の擬似ベーマイト2049gを、8146gの脱カチオン水に添加し、攪拌しながら濃度36%の塩酸210mlを添加した。60分間酸性化させた後、カオリン分散スラリーを添加し、その後、細かく砕いた改質Y型分子篩1500g(乾燥ベース)を添加し、均一に攪拌した後、噴霧乾燥、洗浄、および乾燥を行うことで、触媒を得た。得られた触媒は、30重量%の改質Y型分子篩、42重量%のカオリン、25重量%の擬似ベーマイト、および3重量%のアルミニウムコロイド溶液を含有していた。
【0189】
軽油マイクロ活性の評価方法
RIPP 92-90標準法(『石油化学分析法(RIPP試験法)』(Cuiding YANG et al.編、科学出版社、1990年9月第一版、第263~268頁を参照)に基づき、各触媒の軽油マイクロ活性を評価した。触媒の装填量は5.0g、反応温度は460℃、原料油は蒸留範囲が235~337℃の大港軽油とした。ガスクロマトグラフィーにより生成物の組成を分析し、当該生成物の組成に基づき、軽油マイクロ活性を計算した。
【0190】
軽油マイクロ活性(MA)=(216℃よりも低いガソリンの収量+ガスの収量+コークスの収量)/総供給量×100%。
【0191】
比較例4P~6P
比較例4P~6Pは、比較例1P~3Pで生成された超安定Y型分子篩の接触分解活性および安定性を説明する。
【0192】
実施例4P~6Pに記載の触媒の生成方法に従って、比較例1P~3Pで生成された超安定Y型分子篩DZ-1P、DZ-2P、およびDZ-3Pを、それぞれ、擬似ベーマイト、カオリン、水、およびアルミニウムコロイド溶液と混合し、噴霧乾燥を行い、微小球型の触媒を生成した。このとき、それぞれの触媒の組成比率は、実施例4P~6Pと同じであり、触媒における超安定Y型分子篩の含有量は30重量%とした。得られた触媒を、それぞれDC-1P、DC-2P、およびDC-3Pと称する。100%の水蒸気雰囲気下において、触媒を800℃で4時間または17時間エージングした後、それらの軽油マイクロ活性を評価した。評価方法は実施例4P~6Pに記載のものと同じであり、その結果を表3Pに示す。
【0193】
実施例7P~9P
実施例7P~9Pは、実施例1P~3Pで生成された本発明の改質Y型分子篩の接触分解性能を説明する。
【0194】
100%の水蒸気雰囲気下において、触媒SC-1P、SC-2P、SC-3Pを800℃で17時間エージングした後、小型の固定流動床反応器(ACE)を用いて、それらの接触分解性能を評価した。分解ガスおよび生成油を別々に収集し、ガスクロマトグラフィーにより分析した。触媒の装填量は9gとし、反応温度は500℃とし、重量空間速度は16h-1とし、触媒と油の重量比は表5Pに示す通りであった。ACE試験において用いた供給材料の性質は表4Pに示す通りであり、試験結果を表5Pに示す。
【0195】
比較例7P~9P
比較例7P~9Pは、比較例1P~3Pで生成された超安定Y型分子篩の接触分解性能を説明する。
【0196】
100%の水蒸気雰囲気下において、触媒DC-1P、DC-2P、およびDC-3Pを800℃で17時間エージングし、小型の固定流動床反応器(ACE)を用いて、それらの接触分解性能を評価した。評価方法は実施例7P~9Pに記載したものと同じである。ACE試験において用いた供給材料の性質は表4Pに示す通りであり、試験結果を表5Pに示す。
【0197】
【表6】
表1Pに示す通り、本発明の高安定性改質Y型分子篩は、以下の利点を有する。つまり、酸化ナトリウムの含有量が少なく、比較的高いシリカ・アルミナ比においても非骨格アルミニウムの含有量が比較的少なく、孔径が2.0~100nmである二次孔の細孔体積の、全細孔体積に対する比率が高く、B酸/L酸比(B酸の総含有量のL酸の総含有量に対する比率)が比較的高く、分子篩の格子定数が比較的低く、希土類の含有量が比較的多い場合に、結晶化度が比較的高く、熱安定性が高い。
【0198】
【表7】
表2Pに示す通り、本発明の改質Y型分子篩は、露出状態において800℃で17時間という厳しい条件下でエージングされた後に、比較的高い相対結晶化度維持率を示す。つまり、本発明の改質Y型分子篩は、高い熱水安定性を有する。
【0199】
【表8】
【0200】
【表9】
【0201】
【表10】
表3Pおよび表5Pの結果からわかるように、本発明の分子篩を活性成分として用いて生成された接触分解触媒は、熱水安定性が非常に高く、コークス選択性が極めて低く、液体収量が極めて高く、軽油収量が極めて高く、ガソリン収量が向上しており、重油転化活性が高い。
【0202】
本明細書では、実施形態を参照しながら本発明の概念について説明している。しかしながら、添付の特許請求の範囲に規定された本発明の範囲を超えない限りにおいて、様々な修正および変更が可能であることを、当業者は理解する。従って、明細書および図面は、限定的なものではなく例示的なものであるとみなされるべきであり、そのような修正および変更の全てが、本発明の範囲に含まれる。
【0203】
明確な説明のために複数の実施形態において別々に説明したいくつかの構成は、組み合わせることによって単一の実施形態として実現させてもよい。一方、簡潔な説明のために単一の実施形態において記載した複数の異なる構成は、単独で、または任意のサブコンビネーションとして、別々の実施形態において実現させてもよい。
図1