(57)【要約】改善されたシリカ・アルミナ触媒組成物、およびこのような触媒組成物の調製法が、開示されている。本発明は、非常に均質なアモルファス・シリカ・アルミナ・コゲル触媒の調製方法に関する。本発明によるシリカ・アルミナは、異なる組み合わせのバッチおよび連続プロセスを用いる種々の方法によって、調製しても良い。一実施形態、バッチ・プロセスにおいては、本発明によって、非常に均質なシリカ・アルミナ・コゲル触媒の調製方法であって、酸アルミニウム塩水溶液を徐々に添加しながらケイ酸塩水溶液を強力に混合するとともに、溶液のｐＨを３．０未満に維持し、アルミニウム塩およびケイ酸塩溶液の強力で完全な混合を保証して、酸性化されたシリカ・ゾルをアルミニウム塩溶液内に形成することと、酸性化されたシリカ・ゾル／アルミニウム塩溶液に塩基性沈殿剤を徐々に添加するとともに、溶液を強力に混合して、コゲル溶液のｐＨを３．０超まで増加させ、コゲルを生成することと、塩基性沈殿剤を添加し続けて、コゲル溶液を強力に混合するとともに、コゲル溶液の５〜９の範囲の一様なｐＨを、コゲルの沈殿が完了するまで維持することと、沈降コゲルを洗浄することと、沈降コゲルを処理して、完成した触媒にすることと、を含む方法が提供される。
2006505404.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非常に均質なアモルファスのシリカ・アルミナ・コゲル触媒を調製する方法であって：
ケイ酸塩水溶液を酸アルミニウム塩水溶液と強力に混合するとともに、溶液のｐＨを３．０未満に維持し、アルミニウム塩およびケイ酸塩溶液の強力で完全な混合を保証して、酸性化されたシリカ・ゾルをアルミニウム塩溶液内に形成すること；
該酸性化されたシリカ・ゾル／アルミニウム塩溶液に塩基性沈殿剤を徐々に添加するとともに、該溶液を強力に混合し、該溶液のｐＨを３．０超まで増加させて、コゲル・スラリを生成すること；
最終的なｐＨが５〜９の範囲になるまで塩基性沈殿剤を添加し続けるとともに、該コゲル・スラリを強力に混合して、該コゲル・スラリ全体に渡って一様なｐＨを維持すること；
沈降コゲルを洗浄すること；及び
該沈降コゲルを処理して完成した触媒にすること；
を含む前記方法。
【請求項２】
コゲル・スラリの最終的なｐＨを、約６〜８の一様なｐＨに維持する請求項１に記載の方法。
【請求項３】
コゲル・スラリの最終的なｐＨを、約６．５〜７．５の一様なｐＨに維持する請求項１に記載の方法。
【請求項４】
請求項１の方法によって調製されるコゲル化されたシリカ・アルミナ・コゲルを含む触媒組成物。
【請求項５】
非常に均質なアモルファスのシリカ・アルミナ・コゲル触媒を調製するための連続プロセスであって：
第１のケイ酸塩水溶液を用意すること；
第２の酸アルミニウム塩水溶液を用意すること；
第３の塩基性沈殿剤水溶液を用意すること；
第１の混合ゾーンにおいて、該第１および該第２の水溶液を連続的に接触させて強力に混合するとともに、ｐＨを３．０未満に維持すること；
第１の混合ゾーンから第１の混合物を連続的に取り出すこと；
第２の混合ゾーンにおいて、該第１の混合物と該第３の水溶液とを接触させて強力に混合するとともに、約５〜９の一様なｐＨを維持して、沈降コゲルを生成すること；
該第２の混合ゾーンから、沈降コゲルを連続的に取り出すこと；
該沈降コゲルを洗浄すること；及び
該沈降コゲルを処理して完成した触媒にすること；
を含む前記プロセス。
【請求項６】
第２の混合ゾーンにおけるｐＨを、約６〜８に一様に維持する請求項５に記載のプロセス。
【請求項７】
第２の混合ゾーンにおけるｐＨを、約６．５〜７．５に一様に維持する請求項５に記載のプロセス。
【請求項８】
請求項５の方法によって調製されるコゲル化されたシリカ・アルミナ・コゲルを含む触媒組成物。
【請求項９】
非常に均質なシリカ・アルミナ・コゲル触媒を調製するための連続ゲル化方法であって：
第１の混合ゾーンにおいて、ケイ酸塩溶液を酸アルミニウム塩水溶液と強力に混合して、酸性化されたシリカ・ゾルを該アルミニウム塩溶液内に形成するとともに、第１の混合ゾーンにおいて、溶液のｐＨを３．０未満に維持し、アルミニウム塩およびケイ酸塩溶液の強力で完全な混合を保証して、第１の混合物を形成すること；
塩基性沈殿剤水溶液を用意すること；
第２の混合ゾーンにおいて、該第１の混合物と該塩基性沈殿剤とを連続的に接触させて強力に混合するとともに、約５〜９の一様なｐＨを維持して、沈降コゲルを生成すること；
該第２の混合ゾーンから、該沈降コゲルを連続的に取り出すこと；
該沈降コゲルを洗浄すること；
該沈降コゲルを処理して完成した触媒にすること；
を含む前記方法。
【請求項１０】
第２の混合ゾーンにおけるｐＨを、約６〜８に一様に維持する請求項９に記載のプロセス。
【請求項１１】
第２の混合ゾーンにおけるｐＨを、約６．５〜７．５に一様に維持する請求項９に記載のプロセス。
【請求項１２】
請求項９の方法によって調製されるコゲル化されたシリカ・アルミナ触媒を含む触媒組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、改善されたシリカ・アルミナ触媒組成物、およびこのような触媒組成物の調製方法に関する。より具体的には、本発明は、非常に均質なアモルファスのシリカ・アルミナ・コゲル触媒の調製方法に関する。この触媒は、その特性によって、炭化水素供給原料のハイドロプロセシングを単独でまたは他の触媒と組み合わせて行なう場合に、特に有用である。
【背景技術】
【０００２】
シリカ・アルミナ化合物は、炭化水素転化処理で用いられる触媒として良く知られている。本発明の方法によって製造されるようなシリカ・アルミナ触媒は、「そのままで」用いることが、特に酸性触媒を必要とする反応において可能である。またはこの触媒は、場合により、ゼオライト、クレイもしくは他の結合剤、および無機酸化物と組み合わせて、クラッキング（加熱分解）反応装置たとえば流動接触分解装置および水素添加分解装置内で、液体炭化水素のクラッキング（加熱分解）を起こすために用いることが可能である。シリカ・アルミナ複合物は、種々の炭化水素処理応用、たとえば加熱分解、脱硫、デメタレーション、および脱窒素作用に対して、商業的に用いられている。
【０００３】
これまで、アモルファス・シリカ・アルミナは、ゲル化ステップ中に水素化金属を添加しない修正コゲル・プロセスによって調製されてきた。炭化水素転化プロセスで用いられる触媒を生成するために、噴霧乾燥されたアモルファス・シリカ・アルミナ触媒が、米国特許第４，９８８，６５９号明細書（ペコラロ（Ｐｅｃｏｒａｒｏ））に記載される方法によって作製された。
【０００４】
シリカ・アルミナ触媒の調製方法によって、触媒の化学および物理特性たとえば活性（加熱分解または異性化活性など）、ならびに物理特性（孔構造および体積、表面積、密度、および触媒強度など）が、影響を受ける。本発明におけるようなシリカ・アルミナ触媒は、「そのまま」で用いることが、特に酸性触媒を必要とする反応において可能である。またはこの触媒は、場合により、ゼオライト、クレイまたは他の結合剤、および無機酸化物と組み合わせて、加熱分解反応装置たとえば流動接触分解装置内で、液体炭化水素の加熱分解を起こすために用いることが可能である。
【０００５】
多数のシリカ・アルミナ触媒組成物およびそれらの調製プロセスが、特許文献に記載されている。特許文献には、これらの組成物を調製するための多くの方法が教示されている。たとえば、米国特許第４，４９９，１９７号明細書（シーズ（Ｓｅｅｓｅ）ら）には、無機酸化物ヒドロゲルの調製、より詳細には、触媒的に活性なアモルファス・シリカ・アルミナおよびシリカ・アルミナ希土類コゲルの調製が、記載されている。活性コゲルの調製は、アルミ酸塩およびケイ酸塩溶液を反応させてシリカ・アルミナのプレゲルを得た後、プレゲルを酸性の希土類およびアルミニウム塩溶液と反応させて完全に混合することによって、行なう。米国特許第４，２３９，６５１号明細書（アルファンディ（Ａｌｆａｎｄｉ）ら）には、置換後のアンモニア処理済みコゲルを調製するためのプロセスが開示されている。
【０００６】
米国特許第４，２８９，６５３号明細書（ジャフェ（Ｊａｆｆｅ））では、押し出し後の触媒を、以下によって調製する。硫酸アルミニウムおよび硫酸をケイ酸ナトリウムと混合して、ｐＨが１〜３のアルミナ塩溶液中にシリカ・ゾルを形成すること、少なくとも４〜６の実質的に一定のｐＨの下でＮＨ４ＯＨを添加すること、もっと多くのＮＨ４ＯＨを添加して、ｐＨ７．５〜８．５までのコゲルされた部分を形成すること、コゲルされた部分を洗浄すること、部分を解膠剤、ＶＩ−Ｂ族金属化合物、およびＶＩＩＩ族金属化合物と混和して、押し出し可能なドウを形成すること、押し出すこと、乾燥および焼成すること。
【０００７】
米国特許第４，９８８，６５９号明細書（ペコラロ）で教示されるコゲルされたシリカ・アルミナ母材は、以下を含む方法によって調製される。ケイ酸塩溶液を酸アルミニウム塩水溶液および酸と混合して、酸性化されたシリカ・ゾルをアルミニウム塩溶液中に形成し、シリカ・ゾル／アルミニウム塩溶液混合物を調節してｐＨを約１〜４の範囲にすること、酸性化されたシリカ・ゾル／アルミニウム塩溶液混合物に十分な量の塩基をゆっくりと添加しながら強力に攪拌して、シリカおよびアルミナのコゲル・スラリを形成し、スラリを調節してｐＨを約５〜９の範囲にすること、コゲル・スラリを周囲温度〜２０３°Ｆでエージングすること、コゲル・スラリのｐＨを約５〜９に調節すること、コゲルされた部分をスラリから回収すること、コゲルされた部分を洗浄すること、コゲルされた部分のｐＨを約４〜７に調節して、シネレシスを誘発するように条件を制御すること、組み合わせたものを粒子に成形すること、である。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（本発明の概要）
本発明は、非常に均質なアモルファスのシリカ・アルミナ触媒の製造方法に関する。本発明の方法によって製造されるシリカ・アルミナは、表面対バルクのＳｉ／Ａｌ比（ＳＢ比）が、約０．７〜約１．３、好ましくは約０．８〜約１．２、より好ましくは約０．９〜約１．１、および最も好ましくは１．０であり、また結晶アルミナ相が、約１０％以下、好ましくは約５％以下の量で存在する。本発明により製造される触媒が示す活性および液体生成物選択性は、他のシリカ・アルミナ触媒と比べて、はるかに高い。
【０００９】
本発明により製造されるシリカ・アルミナ組成物の１種を用いて調製されたＮｉＷ触媒は、水素化分解応用における相当する触媒と比べて、優れた重質蒸留物選択性を示す。また本発明によって製造される触媒は、参照用シリカ・アルミナ触媒と比べて、ガスおよびナフサの生産量が低く、軽質蒸留物の生産量は同等である。
【００１０】
（詳細な説明）
本発明のシリカ・アルミナ組成物は、非常に均質である。「表面対バルクのＳｉ／Ａｌ比」（ＳＢ比）を、本発明のシリカ・アルミナの均質性特性を規定するためにおよびそれを他のシリカ・アルミナ組成物と比較するために用いる測定値として、選択している。
【００１１】
ＳＢ比＝（ＸＰＳによって測定される表面のＳｉ／Ａｌ原子の比）／（元素分析によって測定されるバルクのＳｉ／Ａｌ原子の比）
【００１２】
ＳＢ比を求めるために、シリカ・アルミナ表面のＳｉ／Ａｌ原子の比を、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）を用いて測定する。ＸＰＳは、化学分析のための電子分光法（ＥＳＣＡ）としても知られている。ＸＰＳの侵入（浸入）深さは５０Å未満であるため、ＸＰＳによって測定されるＳｉ／Ａｌ原子比は、表面の化学組成に対するものである。シリカ・アルミナのキャラクタリゼーションのためにＸＰＳを用いることは、Ｗ．ダネイエル（Ｗ．Ｄａｎｅｉｅｌｌ）らによって発表されている（アプライド・カタリシス（Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｃａｔａｌｙｓｉｓ）Ａ、１９６、２０００年、２４７〜２６０ページ）。このようにＸＰＳ技術は、触媒性粒子の表面の外側層の化学組成を測定する際に効果的である。また他の表面測定技術、たとえばオージェ電子分光法（ＡＥＳ）および二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）を用いて、表面組成物を測定することもできる。
【００１３】
別個に、組成物のバルクＳｉ／Ａｌ比を、ＩＣＰ元素分析から決定する。次に、表面Ｓｉ／Ａｌ比とバルクＳｉ／Ａｌ比とを比較することによって、シリカ・アルミナのＳＢ比および均質性を決定する。以下、ＳＢ比によって粒子の均質性がどのように規定されるかについて、説明する。ＳＢ比が１．０であるということは、粒子の全体を通して材料が完全に均質であることを意味する。ＳＢ比が１．０未満であるということは、粒子表面が、アルミニウムによって富化されて（またはシリコンが欠乏して）おり、アルミニウムが主に、粒子の外側表面上に位置すること意味する。ＳＢ比が１．０を超えるということは、粒子表面が、シリコンによって富化されて（またはアルミニウムが欠乏して）おり、アルミニウムが主に、粒子の内部領域に位置することを意味する。
【００１４】
シリカ・アルミナ組成物は、非常に均質である。シリカ・アルミナ組成物が本発明の組成物である場合には、その表面対バルクの比（ＳＢ比）、すなわち表面においてＸＰＳによって測定される組成物のＳｉ／Ａｌ原子比と、元素分析によって測定されるバルクのＳｉ／Ａｌ原子比との比が、約０．７〜約１．３、好ましくは約０．８〜約１．２、より好ましくは約０．９〜約１．１、最も好ましくは１．０である。
【００１５】
２つの市販の供給元からの参照用シリカ・アルミナ試料（シラル（Ｓｉｒａｌ）−４０（サソルコンデア（ＳａｓｏｌＣｏｎｄｅａ））およびＭＳ−２５（Ｗ．Ｒ．（グレース）Ｇｒａｃｅ））のＳＢ比を測定して、以下の値が得られた。
【００１６】
シラル−４０シリカ・アルミナのＳＢ比＝２．１〜２．８
ＭＳ−２５シリカ・アルミナのＳＢ比＝０．２〜０．６
【００１７】
上述の結果は、シラル・タイプのシリカ・アルミナは、粒子の表面上がシリコンによって富化されて（すなわち、Ａｌが欠乏して）いることを示している。これは、Ｗ．ダネイエルらによって以前に発表されている（アプライド・カタリシスＡ、１９６、２０００年、ページ２４７〜２６０）。他方で、ＭＳ−２５シリカ・アルミナは、粒子の表面上がアルミニウムによって富化されている。本発明によるシリカ・アルミナは、ＳＢ比が約０．７〜約１．３であり、アルミニウムが粒子全体に渡って本質的に一様に分散されているという点で、非常に均質である。シリカ・アルミナの活性を最大にするためには、ＳＢ比が約１．０の非常に均質なシリカ・アルミナを得ることが最も好ましい。
【００１８】
本発明のシリカ・アルミナ組成物は、非常に均質であることに加えて、アモルファスであり、結晶アルミナ相、たとえば擬ベーマイト・アルミナ相は、約１０％以下、好ましくは約５％以下の量で存在する。
【００１９】
アルミニウム原子が粒子全体に渡って一様に分散されていれば、アルミナの単独相が試料中に存在することはないであろう。この仮定に基づいて、シリカ・アルミナ試料中に存在する結晶アルミナ相の量を、外部の参照用の擬ベーマイト試料を用いて、測定した（ＡＳＴＭ方法Ｄ３９０６と同様に相対的なピーク面積の測定）。結果を表１に報告する。パーセント・アルミナ相は、１４または３８度の２θにおけるアルミナ・ピークの絶対強度を比較することで、決定した。
【００２０】
本発明のシリカ・アルミナの粉末Ｘ線回折（ＸＲＤ）スペクトルを、サソルコンデアから入手したシラル−４０シリカ・アルミナのそれと比較して、図２に示す。シラル−４０シリカ・アルミナは、著しい量の結晶性の擬ベーマイト・アルミナ相を示している。１４および３８度の２θのピークの量を計ることによって、シラル−４０には、ほぼ４８ｗｔ％の結晶アルミナ相が含まれていることが示された。ＭＳ−２５シリカ・アルミナは、粉末Ｘ線回折では、結晶アルミナ相が示されていない。しかしＭＳ−２５シリカ・アルミナは、それほど均質ではない。ＭＳ−２５シリカ・アルミナが、粉末Ｘ線回折では結晶アルミナ相を示さない理由として考えられるものの１つは、ＭＳ−２５シリカ・アルミナ中のアルミニウムの充填が低いために（２．７のＳｉ／Ａｌ原子比）、アルミニウムが表面上に一様に分布できていたことである。本発明によるシリカ・アルミナは、非常にアモルファスであることに加えて、明確な結晶アルミナのピークを示さない。１４度の２θ領域の面積において粉末Ｘ線回折スペクトルを積分した結果は、結晶相アルミナが０％であることに相当している。組成情報とともに粉末Ｘ線スペクトルによって、本発明のシリカ・アルミナは、粒子全体に渡って均質であるとともにアモルファスであることが示される。
【００２１】
炭化水素転化処理において本発明のシリカ・アルミナ組成物を用いた場合の利益を、モデル的な化合物試験によって示す。この試験では、触媒活性を、５０ｗｔ％ｎ−ヘキサンおよび５０ｗｔ％３−メチルペンタンを含むモデル的な供給原料を用いて測定した。モデル的な化合物試験は、９００°Ｆで行なった。ヘリウム・キャリア・ガス中で気化している炭化水素供給原料を、２４／４０ＵＳメッシュ・ペレットのシリカ・アルミナ上方に、触媒材料のｇあたり０．６８ＷＨＳＶで流した。また炭化水素種の転化を、ガス・クロマトグラフィを用いて測定した。表１に示すように、他の参照用シリカ・アルミナと比較すると、本発明のシリカ・アルミナは、著しく高い転化活性を示していた。シラル−４０シリカ・アルミナは３．９％の全転化を示し、ＭＳ−２５シリカ・アルミナは５．１％の全転化を示す一方で、本発明のシリカ・アルミナは８．２％の全転化を示している。これは、活性が６０〜１１０％増加していることに対応する。
【００２２】
塩基たとえばＮＨ３またはイソプロピルアミンの温度プログラムされた脱離を用いて酸基の量を測ることを行なっても、所望するシリカ・アルミナ組成物を従来のシリカ・アルミナ試料と区別することはできない。脱水後のシリカ・アルミナ試料中に吸着されているイソプロピルアミン（ＩＰＡ）の温度プログラムされたアミン脱離（ＴＰＡＤ）を、ジャーナル・オブ・カタリシス（Ｊ．Ｃａｔａｌｙｓｉｓ）（１１４、３４、１９９８年）に発表された手順に従って行なった。表１に報告した結果によれば、すべてのシリカ・アルミナが約０．４ｍｍｏｌ／ｇの酸基濃度を示している。また脱離されたＩＰＡの含有量は、前述のモデル的な化合物試験データと間に相関性がない。
【００２３】
組成物中のシリカおよびアルミナのパーセンテージは、全体的に広く変えることができる。シリカ・アルミナの組成を変えて、バルク中の約１０〜約９０ｗｔ％Ａｌ２Ｏ３という広範囲のアルミニウム含有量を得ることも容易である。アルミニウム含有量の好ましい範囲は、バルク中で約３０〜約７０ｗｔ％Ａｌ２Ｏ３であり、最も好ましくはバルク組成物中で約４６ｗｔ％Ａｌ２Ｏ３である。これは、ゲル組成物中の１．０のＳｉ／Ａｌ原子比に対応しており、最終的なシリカ・アルミナ触媒の活性を最大にするものである。
【００２４】
本発明によるシリカ・アルミナは、異なる組み合わせのバッチおよび連続プロセスを用いる種々の方法によって調製しても良い。一実施形態であるバッチ・プロセスにおいては、本発明によって、非常に均質なシリカ・アルミナ・コゲル触媒を調製する方法であって、ケイ酸塩水溶液を徐々に添加しながら酸アルミニウム塩水溶液を強力に混合するとともに、混合溶液のｐＨを３．０未満に維持し、アルミニウム塩およびケイ酸塩溶液の強力で完全な混合を保証して、酸性化されたシリカ・ゾルをアルミニウム塩溶液内に形成することと、酸性化されたシリカ・ゾル／アルミニウム塩溶液に塩基性沈殿剤を徐々に添加するとともに、溶液を強力に混合して、溶液のｐＨを３．０超まで増加させ、コゲル・スラリを生成することと、最終的なｐＨが５〜９の範囲になるまで塩基性沈殿剤を添加し続けてゲル化を完了させるとともに、コゲル・スラリを強力に混合して、沈殿剤添加ステップ中のスラリ混合物の一様性を維持することと、沈降コゲルを洗浄することと、沈降コゲルを処理して、完成した触媒にすることと、を含む方法が提供される。
【００２５】
他の実施形態である連続ゾル形成および連続ゲル化においては、本発明によって、非常に均質なシリカ・アルミナ・コゲル触媒を調製するための連続プロセスであって、第１のケイ酸塩水溶液を用意することと、第２の酸アルミニウム塩水溶液を用意することと、第３の塩基性沈殿剤水溶液を用意することと、第１の混合ゾーンにおいて、第１および第２の水溶液を連続的に接触させて強力に混合するとともに、ｐＨを３．０未満に維持することと、第１の混合ゾーンから第１の混合物を、好ましくは連続的に、取り出すことと、第２の混合ゾーンにおいて、第１の混合物と第３の水溶液とを連続的に接触させて強力に混合するとともに、約５〜９の一様なｐＨを維持して、沈降コゲルを生成することと、第２の混合ゾーンから、沈降コゲルを、好ましくは連続的に、取り出すことと、沈降コゲルを洗浄することと、沈降コゲルを処理して完成した触媒にすることと、を含むプロセスが、提供される。
【００２６】
他の実施形態であるバッチ・ゾル形成および連続ゲル化においては、本発明によって、非常に均質なシリカ・アルミナ・コゲル触媒を調製するための連続ゲル化方法であって、第１の混合ゾーンにおいて、ケイ酸塩溶液を徐々に添加しながら酸アルミニウム塩水溶液を強力に混合して、酸性化されたシリカ・ゾルをアルミニウム塩溶液内に形成するとともに、第１の混合ゾーンにおいて、溶液のｐＨを３．０未満に維持し、アルミニウム塩およびケイ酸塩溶液の強力で完全な混合を保証して、第１の混合物を形成することと、第３の塩基性沈殿剤水溶液を用意することと、第２の混合ゾーンにおいて、第１の混合物と第３の水溶液とを連続的に接触させて強力に混合するとともに、約５〜９の一様なｐＨを維持して、沈降コゲルを生成するステップと、第２の混合ゾーンから、沈降コゲルを連続的に取り出すことと、沈降コゲルを洗浄することと、沈降コゲルを処理して完成した触媒にすること、を含む方法が提供される。
【００２７】
また本発明には、本明細書で説明される方法によって調製されるシリカ・アルミナ組成物が含まれる。
【００２８】
シリカ・アルミナ・コゲルの調製における第１の２つのそして最も重要なステップは、（１）シリカおよびアルミナを含む透明なゾルを調製すること、および（２）塩基性溶液を用いてゾルをゲル化することである。米国特許第４，２８９，６５３号明細書（ジャフェ）および米国特許第４，９８８，６５９号明細書（ペコラロ（Ｐｅｃｏｒａｒｏ））を参照のこと。両文献とも、本明細書において参照により取り入れられている。
【００２９】
ゾル調製ステップに対する出発原料には、アルミニウム塩、酸、およびシリカ供給源が含まれる。合成に用いることができるアルミニウム塩の供給源には、しかしこれらに限定されないが、以下のものが含まれる。すなわち、硫酸アルミニウム、硝酸アルミニウム、塩化アルミニウム、臭化アルミニウム、ヨウ化アルミニウム、酢酸アルミニウム、および酸中に溶解するアルミニウム金属またはアルミナである。有用な酸供給源には、しかしこれらに限定されないが、酢酸、ギ酸、硫酸、塩酸、および硝酸が含まれる。ケイ酸塩供給源には、しかしこれらに限定されないが、ケイ酸ナトリウム、塩基中に溶解する沈降シリカ、およびコロイド状のシリカが含まれる。
【００３０】
前述したように、ゾル調製は、バッチ・プロセスまたは連続プロセスの何れかによって行なうことができる。どちらの場合でも重要なことは、ｐＨを３．０未満に、好ましくは２．５未満に維持すること、およびアルミニウム塩水溶液およびケイ酸塩溶液の強力で完全な混合を保証して、不要なゲルまたは粒子がわずかでも形成されることを最小限にすることである。
【００３１】
次に、塩基性沈殿剤たとえばアンモニウム水酸化物を、酸性化されたゾル溶液に添加する。沈殿剤を添加することによって、ゾルのｐＨが３を超えて上昇する結果、シリカおよびアルミナ種がコゲルされる。希釈なアンモニア溶液は、ゲル化に対して好ましい塩基性沈殿剤である。また他の塩基たとえばＮａＯＨ、ＮａＡｌ２、ＫＯＨ、または有機アミン誘導体も、ゲル化のために用いることができる。無機塩基を用いることが、コスト上の理由から好ましい。
【００３２】
ゲル化ステップは、バッチ・プロセスまたは連続プロセスの何れかによって行なうことができる。どちらの場合でも、ゲル化ｐＨは、一様に維持しなければならない。すなわち５〜９、好ましくは６〜８、最も好ましくは６．５〜７．５の範囲で、一定に保持しなければならない。重要なのは、Ｓｉ−Ａｌ溶液を塩基性沈殿剤と完全かつ強力に混合すること、および沈殿剤の添加ステップの間、混合物全体に渡って一様なｐＨを維持して、分離したシリカ・ドメインおよびアルミナ・ドメインの形成を最小限にすることである。
【００３３】
沈降コゲルを洗浄して、わずかな未反応ケイ酸塩およびアルミニウム塩も取り除いた後に、アンモニウム置換してナトリウムを取り除く。コゲルを、ほぼ２〜５時間、室温でまたは最大約９０℃までの高温でエージングする。エージング後のコゲルは、取り扱いおよび貯蔵が便利になるように噴霧乾燥しても良いし、またはさらに処理して、湿気状態から最終的な触媒にしても良い。
【００３４】
必要に応じて、材料を、押し出し成形し、乾燥させ、および焼成して、シリカ・アルミナ触媒または触媒担体を生成しても良い。乾燥および焼成の好ましい方法には、空気パージされるオーブン中での６５〜１７５℃での初期乾燥ステップ、および炉またはキルン内での０．５〜５時間、４８０〜６５０℃での最終的な焼成が含まれる。材料を仕上げるこれらの方法および他の方法が、米国特許第４，２８９，６５３号明細書（ジャフェ）において述べられている。なお、この文献は本明細書において参照により取り入れられている。この方法は、本方法によって生成されたシリカ・アルミナ・コゲルをどのように完成触媒に処理でき得るかの例として述べられており、本発明の限定としては意図されていない。コゲルを完成触媒に処理する他の方法が、当該技術分野において知られており、本プロセスで用いることが意図されている。
【００３５】
他の成分を、コゲルと組み合わせることができる。たとえば、ゼオライト（大きな、中間の、および／または小さい孔）、他のシーブたとえばベータ（Ｂｅｔａ）、サポ（ＳＡＰＯ）、アイポ（ＡｌＰＯ）など、クレイ、改質クレイ、無機酸化物、および酸化物前駆体、金属、カーボン、有機物質、などである。加えて、残りのＮａ２Ｏを置換するために、他の金属を用いても良い。これらの組成物において、コゲルは、ＦＣＣ応用に対して優れた母材であること、さらにハイドロプロセシング応用に対して優れた担体であることが、分かっている。以下の実施例は、本発明を例示するものであるが、本発明を、添付の特許請求の範囲に含まれるもの以上に限定することは決して意図されていない。
【実施例１】
【００３６】
バッチ・ゲル化による本発明のシリカ・アルミナの合成
【００３７】
酸性のアルミニウム溶液（７．３ｗｔ％Ａｌ２Ｏ３を含む溶液Ｉ）を、１０８９ｇのＡｌＣｌ３６Ｈ２Ｏと２０５ｇの酢酸（９９．９％濃縮）とを、１８５７ｇの脱イオン水中に溶解することによって調製した。ケイ酸ナトリウムの希釈溶液（５ｗｔ％ＳｉＯ２を含む溶液ＩＩ）を、９３１ｇの濃縮ケイ酸ナトリウム溶液（２９ｗｔ％ＳｉＯ２および９％Ｎａ２Ｏを含む）を脱イオン水で希釈することによって調製した。ケイ酸塩溶液をアルミニウム溶液に徐々に添加しながら、強力に混合して、溶液ＩＩＩを調製した。シリカおよびアルミナの透明なゾルの形成を保証するために、ｐＨを３．０未満に維持することが望ましい。溶液ＩＩＩの最終的なｐＨは２．２であった。また混合によって、透明なシリカおよびアルミナ溶液が生成された。最終的な溶液ＩＩＩには、以下のように含まれていた。
【００３８】
ＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３のモル比２．０
Ｈ＋／Ｎａ＋のモル比１．１
【００３９】
希釈されたアンモニア溶液（８ｗｔ％ＮＨ３を含む溶液ＩＶ）を、ゲル化用に調製した。希釈されたアンモニア溶液を、シリカおよびアルミナ・ゾルを含む溶液ＩＩＩに徐々に添加しながら、強力に混合した。スラリのｐＨが約３．２に達したときに、コゲルされたシリカ・アルミナが沈殿を開始し、ｐＨが約７に達したときに、ゲル化が完了した。アンモニア溶液の添加を、スラリのｐＨが８．０に達するまで続けた。ゲル・スラリを、室温で３時間、攪拌しながらエージングした。コゲルされたシリカ・アルミナをろ過して、ろ過済みケークを生成した。ケークを、酢酸アンモニウムの高温溶液（３．８ｗｔ％、１０Ｌ溶液、１２５°Ｆ）によって１５分間洗浄した後、１０Ｌの脱イオン水によってすすぎ洗いした。洗浄ステップを、さらに４回繰り返した。最終的なケークを、２５０°Ｆで一晩中乾燥させた。少量の乾燥シリカ・アルミナ・ケークを、粉砕して小片にし、過剰乾燥空気の下で１０００°Ｆで１時間焼成して、活性化させた。最終的なシリカ・アルミナの物理特性を、表１にまとめる。
【００４０】
【表１】
2006505404.tif 000003
【実施例２】
【００４１】
連続ゲル化による本発明のシリカ・アルミナの合成
【００４２】
酸性のアルミニウム溶液（６ｗｔ％Ａｌ２Ｏ３を含む溶液Ｉ）を、３１２７ｇのＡｌ２（ＳＯ４）３・１６Ｈ２Ｏと３３８ｇの硫酸（９８％濃縮されている）とを、４９６８ｇの脱イオン水中に溶解することによって調製した。ケイ酸ナトリウムの希釈溶液（６ｗｔ％ＳｉＯ２を含む溶液ＩＩ）を、２０７０ｇの濃縮ケイ酸ナトリウム溶液（２９ｗｔ％ＳｉＯ２および９％Ｎａ２Ｏを含む）を脱イオン水で希釈することによって調製した。ケイ酸塩溶液をアルミニウム溶液に徐々に添加しながら、強力に混合して、溶液ＩＩＩを調製した。溶液ＩＩＩの最終的なｐＨは２．１であった。また混合によって、透明なシリカおよびアルミナ溶液が生成された。最終的な溶液ＩＩＩには、以下のように含まれていた。
【００４３】
ＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３のモル比２．０
Ｈ＋／Ｎａ＋のモル比１．２
【００４４】
希釈されたアンモニア溶液（８ｗｔ％ＮＨ３を含む）を、ゲル化用に調製した。希釈なアンモニア溶液とシリカおよびアルミナ・ゾルを含む溶液ＩＩＩとを、別個かつ同時にポンピングして、イン・ライン混合機の混合チャンバ内に入れた。イン・ライン混合機内の混合は強力で、混合機ブレードの回転は１６００ＲＰＭであった。混合チャンバの容積は、１分間にポンピングされる全溶液体積よりも小さい（すなわち、容積あたりの滞留時間が１分未満である）。アンモニア溶液の添加レートを調節して、ゲル生産物のｐＨが７±０．５に維持されるようにした。ゲル・スラリを、集めた後、室温で２時間、攪拌しながらエージングした。コゲルされたシリカ・アルミナをろ過して、ろ過済みケークを生成した。ケークを、酢酸アンモニウムの高温溶液（５ｗｔ％、１０Ｌ溶液）によって１５分間洗浄した後、１０Ｌの脱イオン水によってすすぎ洗いした。洗浄ステップを、さらに４回繰り返した。最終的なケークを、２５０°Ｆで一晩中乾燥させた。少量の乾燥シリカ・アルミナを、粉砕して小片にし、過剰乾燥空気の下で１０００°Ｆで１時間焼成して、活性化させた。最終的なシリカ・アルミナの物理特性を、表２にまとめる。
【実施例３】
【００４５】
連続ゾル調製とその後の連続ゲル調製とによる本発明のシリカ・アルミナの合成。
【００４６】
シリカ・アルミナは、実施例２で調製したものと組成が同一であったが、調製手順は異なっていた。この実施例では、実施例２からのイン・ライン混合機を用いて、溶液ＩＩＩ、すなわちシリカおよびアルミナ・ゾルを含む透明な溶液を調製するとともに、最終的な連続ゲル化を用意をした。
【００４７】
アルミナ／硫酸溶液（溶液Ｉ）およびケイ酸塩溶液（溶液ＩＩ）を別個かつ同時にポンピングして、イン・ライン混合機の混合チャンバ内に入れながら強力に混合した。イン・ライン混合機内の混合は強力で、混合機ブレードの回転は１６００ＲＰＭであった。混み合わせた溶液のｐＨの範囲は１．９〜２．０であった。イン・ライン混合機からの生成物（シリカおよびアルミナ・ゾルを含む溶液ＩＩＩ）と希釈なアンモニア溶液とを、別個かつ同時にポンピングして、第２のイン・ライン混合機の混合チャンバ内に入れて、ゲル形成させた。アンモニア溶液のレートを調節して、ゲル生成物のｐＨが７±０．５に維持されるようにした。イン・ライン混合機内の混合は再び強力で、混合機ブレードの回転は１６００ＲＰＭであった。ゲル生成物を、集めた後、室温で２時間、攪拌しながらエージングした。コゲルされたシリカ・アルミナをろ過して、ろ過済みケークを生成した。ケークを、アンモニウム硫酸塩の高温溶液（５ｗｔ％、１０Ｌ溶液）によって１５分間洗浄した後、１０Ｌの脱イオン水ですすぎ洗いした。洗浄ステップを、さらに４回繰り返した。最終的なケークを、２５０°Ｆで一晩中乾燥させた。少量の乾燥シリカ・アルミナ・ケークのサイズを小片にし、過剰乾燥空気の下で１０００°Ｆで１時間焼成して、活性化させた。最終的なシリカ・アルミナの物理特性を、表２にまとめる。
【００４８】
【表２】
2006505404.tif 000004
【００４９】
実施例２および実施例３の連続調製によって、組成が一様な高品質シリカ・アルミナが生成された。それらは、４１８および３６７ｍ２／ｇの高い表面積を示した。連続ゲル化調製（実施例２）によって生成された組成物は、孔サイズの分布が、バッチ・ゲル化（実施例１）によって生成された試料とほぼ同一であった。連続ゾル／連続ゲル調製によって生成された本発明のシリカ・アルミナは、孔がはるかに大きかった（実施例３）。平均の孔直径は、連続ゾル／連続ゲル調製によって作製されたシリカ・アルミナに対して１８７Åであり、バッチ・ゲル化および連続ゲル化によって調製されたシリカ・アルミナに対して６９および７１Åである。全てのシリカ・アルミナ試料が、モデル的な化合物試験によって図示したように、炭化水素転化に対して優れた活性を示した。実施例２は、１１．３％の全炭化水素転化を示し、実施例３は、８．６％の転化を示した。これは、バッチ・ゲル化によって調製された試料に匹敵するものであった。
【実施例４】
【００５０】
（比較）シリカ・アルミナによるＮｉＷ水素化分解触媒の調製（触媒Ａ−基本ケース）
【００５１】
表１からのシラル−４０、参照用シリカ・アルミナを含む基本ケースの水素化（添加）分解触媒を、以下の手順で調製した。７５部のシリカ・アルミナ粉末（シラル−４０、サソルコンデアから入手）と２５部の擬ベーマイト・アルミナ粉末（ビスタ（Ｖｉｓｔａ）から入手）とを、良く混合した。混合物に、希釈されたＨＮＯ３酸と十分な量の脱イオン水とを添加して、押し出し可能なペースト（粉末全体に対して３ｗｔ％のＨＮＯ３）を形成した。これらの重量は、１００％固体ベースである。ペーストを、１／１６インチのシリンダ内に押し出して、２５０°Ｆで一晩中乾燥させた。乾燥させた押出物を、１１００°Ｆで１時間、過剰乾燥空気でパージングしながら焼成して、室温まで冷却した。
【００５２】
メタタングステン酸アンモニウムおよび硝酸ニッケルを含む溶液を用いて、ＮｉおよびＷの含浸を、完成した触媒中の４ｗｔ％ＮｉＯおよび２８ｗｔ％ＷＯ３の目標の金属充填まで行なった。溶液の全体積は、基本の押出物試料の１００％水孔体積にマッチングした（初期湿潤度法）。金属溶液を、基本の押出物に徐々に添加しながら、押出物をタンブリングした。溶液の添加が完了したら、浸軟している押出物を、２時間、エージングした。次に押出物を、２５０°Ｆで一晩中、乾燥させた。乾燥した押出物を、９３５°Ｆで１時間、過剰乾燥空気でパージングしながら焼成して、室温まで冷却した。この触媒の名前を触媒Ａとする。その物理的な特性を表４にまとめる。
【００５３】
触媒Ｂである、本発明のシリカ・アルミナを含むＮｉＷ触媒を、触媒Ａと同様の手順を用いて調製した。触媒Ｂに対しては、実施例１からの８０部の本発明のシリカ・アルミナと２０部の擬ベーマイト・アルミナとを用いて、基本の押出物を調製した。目標の金属充填は、４ｗｔ％Ｎｉおよび２０ｗｔ％Ｗであった。
【００５４】
触媒Ｃである、本発明のシリカ・アルミナを含むシリカ・アルミナを、触媒Ａとほぼ同一の手順を用いて調製した。触媒Ｃに対しては、実施例３からの本発明のシリカ・アルミナを用いて、基本の押出物を調製した。触媒ＢおよびＣの物理特性を表４にまとめる。
【００５５】
以下の特性（表３）を有する石油供給原料を用いて、触媒を評価した。
【００５６】
【表３】
2006505404.tif 000005
【００５７】
触媒のマイクロユニット評価を、６ｃｃの２４／４０（ＵＳ）メッシュの触媒を有する貫流で下降流式のマイクロユニット内で行なった。プロセス条件は、ほぼ２０００ｐｓｉｇの反応装置圧力、１．５時間−１ＬＨＳＶの供給レート、５０００ＳＣＦのＨ２／ｂｂｌオイルに対応する貫流のＨ２流量であった。触媒床の温度を変えて、７００°Ｆ＋供給物の７００°Ｆ−生産物への転化の６０〜８０ｗｔ％をカバーするようにした。Ｃ４−ガス、ナフサ、および軽質および重質蒸留物成分の産出量を、Ｄ２８８７シミディス（Ｓｉｍｄｉｓ）の分析結果を用いて計算した。全体的な産出量および反応装置温度のデータを、７０ｗｔ％転化に内挿して、表４にまとめる。
【００５８】
本発明の触媒（触媒ＢおよびＣ）の示す活性は、市販のシリカ・アルミナ（触媒Ａ）によって作製された基本触媒よりもはるかに高い。本発明の触媒は、同じ転化を、２３〜２４°Ｆだけ低い反応装置温度で実現した（表４）。加えて、生産物選択性も、蒸留物の産出量において約１ｗｔ％の優位性が観測されたという点で、発明の触媒の方が有利である。このような高い活性優位性と、同時により良好な蒸留物選択性とは、本発明のシリカ・アルミナの全く予想外の利益である。
【００５９】
【表４】
2006505404.tif 000006
【００６０】
特定のどんな理論による拘束も受けるつもりはないが、本発明の触媒の性能の優位性は、シリカ・アルミナ組成物中の利用可能な酸基の数を最大にすることに由来するように思われる。これは、シリカ・アルミナ粒子全体に渡って非常に均質なアルミニウム分布を有することによって、実現された。その結果、本発明のシリカ・アルミナの示す活性は、従来のシリカ・アルミナよりもはるかに高かった。通常は、活性が高くなると、蒸留物に対する選択性が悪くなることにつながる。驚くべきことに本発明の触媒は、これに反して、蒸留物の産出量が改善されるというさらなる利益を示した。これは、異性化活性が増大していることを示している。
【００６１】
本発明には、本明細書で説明した教示および支持例を考慮して可能な多くの変形が存在する。したがって、添付の特許請求の範囲内であれば、本発明を、本明細書で具体的に説明または例示された以外に実行しても良いことが、理解される。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明によるシリカ・アルミナ組成物を調製するための一般的な手順のフロー・ダイアグラムである。
【図２】種々のシリカ・アルミナ組成物の粉末Ｘ線回折である。
【図１】
2006505404.tif 000007
【図２】
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【国際調査報告】
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