JP2008539302A - 流動接触分解時にNOx排出物を低減する組成物および方法 - Google Patents

流動接触分解時にNOx排出物を低減する組成物および方法 Download PDF

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Abstract

接触分解工程、好ましくは流動触媒接触工程時に発生するNOを低減する組成物が開示されている。この組成物は、好ましくはY−タイプゼオライトと、約2〜約7.2オングストロームの範囲の細孔寸法および約500未満のAlに対するSiOのモル比を有し、そして亜鉛、鉄およびこれらの混合物からなる群から選択される金属または金属イオンにより安定化されるNO低減用ゼオライトを含有する流動接触分解触媒組成物を含んでなる。好ましくは、NO低減用ゼオライト粒子は無機バインダーにより結合されて、粒子状組成物を形成する。代替としては、NO低減用ゼオライト粒子は、触媒の一体の成分として分解触媒の中に組み込まれる。本発明による組成物は、接触分解製品の転換率または収率の実質的な変化無しでFCC工程の条件下で運転される流動接触分解ユニットの再生装置から放出されるNO排出物を低減するのに改善された有効性を呈する。この組成物の使用方法も開示されている。

Description

関連出願へのクロスリフェレンス
この出願は、2004年8月2日出願の米国特許出願連続番号10/909,706および2004年8月2日出願の米国特許出願連続番号10/909,709の一部継続出願である。
本発明は、精製法、特に流動接触分解(FCC)法においてNO排出物を低減するためのNO低減用組成物およびこれらの使用の方法に関する。特に、本発明は、FCC法時に流動接触分解ユニット(FCCU)再生装置から放出されるNOオフガスの含量を、炭化水素転換率または有価の接触分解製品の収率の実質的な変化を伴わずに低減するためのNO低減用組成物およびこれらの使用の方法に関する。
近年、米国などにおいて有害な窒素酸化物、イオウおよびカーボンの工業排出物からの空気汚染に関して懸念が増大している。このような懸念に応えて、政府機関は、これらの汚染物質の1つ以上の許容し得る排出物に限界を設定し、そして傾向は明らかにますます厳しくなる規制の方向にある。
流動接触分解(FCC)再生装置から出る煙道ガス流れ中のNOまたは窒素酸化物は広範囲にわたる問題である。流動接触分解ユニット(FCCU)は、一部がコーク中に含有される窒素化合物を含有する重質炭化水素フィードを、それが再生装置に入るときに触媒上で処理する。このコーク−窒素の一部は、FCC再生装置または下流のCOボイラー中でNO排出物に最後に変換される。このように、窒素含有フィードを処理するすべてのFCCUは、触媒再生によりNO排出物問題を有する可能性がある。
FCC法においては、触媒粒子(inventory)は、接触分解域と触媒再生域の間を連続的に循環される。再生時に、分解域中で接触分解触媒粒子上に堆積されるコークは、空気などの酸素含有気体による酸化により高温で除去される。コーク堆積物の除去は、触媒粒子の活性を分解反応で再使用可能な点まで回復させる。一般に、コークを欠乏した酸素により燃焼させると、再生装置の煙道気体は、高いCO/CO比および低いレベルのNOを有するが、過剰の酸素と共に燃焼させると、煙道気体は高いレベルのNOと低下したCO含量を有する。このように、COおよびNOまたはこれらの汚染物質の混合物は、ユニットフィード速度、フィードの窒素含量、再生装置設計、再生装置の運転モードおよび触媒の触媒粒子の組成物などの要素に依っていろいろな量で、煙道気体と共に排出される。
形成後のNO気体を処理することにより、例えば(特許文献1)、(特許文献2)、(特許文献3)、(特許文献4)、(特許文献5)、(特許文献6)および(特許文献7)で述べられているようにNO含有気体流れを後処理することにより、FCCUから排出されるNO気体の量を制限するために、種々の試みが行われてきた。
もう一つのアプローチは、再生装置の運転を部分燃焼に改変し、次にNOに変換される前に煙道気体中でNO前駆体を処理することであった(例えば、(特許文献8)、(特許文献9)、(特許文献10)、(特許文献6)、(特許文献11)、(特許文献12)および(特許文献13))。
更にもう一つのアプローチは、NO排出物を低減するのに再生装置の運転を改変すること(例えば(特許文献14))であり、あるいは使用されるCO燃焼促進剤を改変する
ことであった(例えば、(特許文献15)、(特許文献16)および(特許文献17))。部分燃焼モードで運転されている再生装置中での酸素による空気の富化も提案された(例えば、(特許文献18))。
NO排出物を扱う試みにおいて添加物も使用されてきた。(特許文献19)、(特許文献20)、(特許文献21)および(特許文献22)は、FCCU再生装置からのNO排出物を低減するためにNO除去組成物を使用することを開示している。(特許文献23)および(特許文献24)も再生段階時に排出されるNOのレベルを同時に低減する一方で、FCC触媒再生工程段階時にCO燃焼を促進するNO低減用組成物を開示している。これらの特許により開示されているNO低減用組成物は、FCC触媒の触媒粒子と共に循環される添加物として使用されるか、あるいはFCC触媒の一体の部分として組み込まれ得る。
(特許文献25)および(特許文献26)は、接触分解触媒の触媒粒子の中に銅を付着させたゼオライトを含有する別々の添加物粒子を組み込むことにより、FCCUの再生装置からのNO排出物を低減することを開示している。
NO排出物の制御にこれまで使用された多数の添加物組成物は、通常、コークの生成を増加させる一方で、炭化水素転換率または有価の接触分解製品、例えば、ガソリン、軽質オレフィンおよび液化石油気体(LPG)の収率の顕著な減少を引き起こしてきた。FCCUに添加されるNO添加物が接触分解製品の収率に影響を及ぼさないか、あるいは全体のユニット転換率を変化させないことは極めて望ましい特性である。FCCUの運転は、通常、接触分解製品の候補を製造し、そして精製収益性を最大にするためにユニット設計、フィードおよび触媒に基づいて最適化される。製品の候補は特定の精製の値モデルに基づく。例えば、ピークの夏のドライブの季節には、多数の精製業者は、ガソリンの生成を最大にすることを望み、冬の季節には暖房用の油の製造を最大にすることを望む。他の場合には、精製業者は、一般の市場で販売可能な、あるいはフィードストックとして関連の石油化学プラントで使用される、軽質オレフィン製品を製造することが利益になることを見出し得る。
NO低減用添加物がコークの生成を増加させる場合には、FCCUは、余分なコークを燃焼させるのに不充分な空気容量を有し、そしてユニット中で低フィードスループットを生じ得る。添加物が低価の値の乾燥気体の生成を減少させる場合には、更に有価な製品の生成が減少し得る。乾燥気体の増加は、これを取り扱うユニットの能力を超えて、処理されるフィードの量を低減させ得る。精製業者がこれらの製品の価値を評価し、そしてユニットが余分な軽質炭化水素の処理に必要な装置を有する場合には、軽質オレフィンの生成を増加させる添加物が望ましい一方で、精製業者の目標がガソリンの生成を最大にすることである場合には、この添加物は収益性を低減し得る。軽質オレフィンは、通常、ガソリンの生成を犠牲にしてFCCUで製造される。製品の収率に影響を及ぼし、ユニットを設備の限界に達せしめ、そして/あるいは処理可能なフィードの量を減少させる場合には、ユニット転換率を増加させる添加物でも望ましくないことがあり得る。
米国特許第4,434,147号 米国特許第4,778,664号 米国特許第4,735,927号 米国特許第4,798,813号 米国特許第4,855,115号 米国特許第5,413,699号 米国特許第5,547,648号 米国特許第5,173,278号 米国特許第5,240,690号 米国特許第5,372,706号 米国特許第5,705,053号 米国特許第5,716,514号 米国特許第5,830,346号 米国特許第5,382,352号 米国特許第4,199,435号 米国特許第4,812,430号 米国特許第4,812,431号 米国特許第5,908,804号 米国特許第6,379,536号 米国特許第6,280,607号 米国特許第6,129,834号 米国特許第6,143,167号 米国特許第6,165,933号 米国特許第6,358,881号 米国特許第4,973,399号 米国特許第4,980,052号
結果として、製品の候補に影響を及ぼすか、あるいはフィードを所望の速度で処理する能力を変化させるFCCUに対するいかなる変化も精製業者の収益性にとって有害である可能性がある。それゆえ、製品の収率と全体のユニット転換率に著しい影響を及ぼさないNO制御用組成物に対する必要性が存在する。
ある金属安定化ゼオライトは、増大した活性および安定性を呈して、接触分解工程時にNO排出物を低減するということが見出された。分解触媒の触媒粒子、特に活性Y−タイプゼオライトを含有し、流動接触分解(FCC)工程時に流動接触分解ユニット(FCCU)中で循環される接触分解触媒の触媒粒子と共に金属安定化ゼオライト成分を組み込むことによって、炭化水素転換率またはFCC工程時に生成する接触分解製品の収率を実質的に変化させずに、あるいはこれらに影響を及ぼさずに卓越したNO制御性能がもたらされる。
本発明によれば、本発明のNO低減用組成物は、通常、FCC工程時にNOを低減する能力を有し、そして亜鉛、鉄およびこれらの混合物からなる群から選択される金属により安定化されたゼオライト成分の粒子を含有する粒子状組成物を含んでなる。本発明の好ましい態様においては、粒子状ゼオライト成分はフェリエライトである。本発明の更に好ましい態様においては、ゼオライト粒子は、無機バインダーにより結合されている。バインダーは、好ましくはシリカ、アルミナまたはシリカ−アルミナを含んでなる。ゼオライトは、水素、アンモニウム、アルカリ金属およびこれらの組み合わせ物により交換され得る。好ましいアルカリ金属は、ナトリウム、カリウムまたはこれらの組み合わせ物である。
本発明の一つの局面においては、金属安定化ゼオライトに基づくNO低減添加物組成物が提供される。この組成物は、FCC工程時にFCCU再生装置から放出されるNO排出物を低減するために、接触分解触媒の循環する触媒粒子に添加される。
本発明のもう一つの局面においては、FCC触媒の一体の成分として組み込まれ、好ましくはY−タイプゼオライト活性な分解成分を含有する金属安定化ゼオライトを含んでな
るNO低減触媒組成物が提供される。
本発明の更にもう一つの局面においては、炭化水素転換率および接触分解石油製品の収率を実質的に維持する一方で、FCC工程時にFCCU再生装置から放出されるNO排出物を低減する、改善されたNO低減用組成物が提供される。
本発明のもう一つの局面は、本発明によるNO低減用組成物を用いるFCC工程時のFCCU再生装置のオフガス中のNO含量を低減するための方法を提供する。
本発明のもう一つの局面は、炭化水素転換率またはFCC工程時に生成する接触分解製品の収率に実質的に影響を及ぼさずに、FCCU再生装置のオフガス中のNO含量を低減するための改善されたFCC法を提供することである。
本発明のこれらの局面および他の局面は下記に詳述される。
外周条件で比較的安定である、いくつかの窒素酸化物が知られているが、本発明の目的には、酸化窒素、二酸化窒素(主要な有害な窒素酸化物)ならびにN、Nおよびこれらの混合物を表すのにNOがこの明細書では使用される。
本発明は、流動接触分解(FCC)触媒、好ましくは活性なY−タイプゼオライトを含んでなる触媒との組み合わせでNO低減用組成物を含有するあるゼオライトの使用が炭化水素フィードの転換率または接触分解製品の収率の実質的な変化なしでFCC工程条件下でFCCU再生装置から放出されるNO排出物の低減に極めて有効であるという発見を網羅している。本発明の組成物は、一般に、FCC条件下でのFCCUの再生装置からのNO排出物を低減する能力を有する、少なくとも1つの金属安定化ゼオライト成分を含んでなる。このゼオライトは、NO低減用ゼオライトを提供するために亜鉛、鉄およびこれらの混合物からなる群から選択される金属または(金属イオン)により安定化される。本発明の好ましい態様においては、このゼオライトは、粒子状NO低減用組成物を形成するために無機バインダーにより結合される。粒子状NO低減用組成物は、別々の粒子添加物として接触分解触媒の循環する触媒粒子に添加され得る。本発明のもう一つの態様においては、接触分解触媒組成物中での組み込みの前後に所望の金属により安定化されるゼオライトは、接触分解触媒の一体の成分として組み込まれる。
本発明の目的には、語句「炭化水素フィード転換率または接触分解製品の収率の実質的な変化」は、(i)同一のあるいは実質的に同一の生成物のベースライン収率と比較した、LPGと組み合わせたLCO(ライトサイクルオイル)、残油およびガソリンの収率の30%未満の相対的な変化、好ましくは20%未満の相対的な変化および最も好ましくは10%未満の相対的な変化;または(ii)ベースラインの転換率と比較した、炭化水素フィードの転換率の10%未満の相対的な変化、好ましくは6.5%未満の相対的な変化および最も好ましくは5%未満の相対的な変化のどちらかを意味すると、この明細書では定義される。転換率は100%×(1−残油収率−LCO収率)として定義される。NO低減用組成物を別々の添加物として使用する場合、ベースラインは、同一のあるいは実質的に同一のフィードについて、そして同一のあるいは実質的に同一の反応およびユニット条件下で運転されるが、本発明の添加物を触媒の触媒粒子に添加する前のFCCU中の生成物の平均の転換率あるいは収率である。NO低減用組成物を接触分解触媒粒子の中に集積化あるいは組み込んで、一体のNO低減触媒系を提供する場合、炭化水素転換率または接触分解製品の収率の著しい変化は、同一のあるいは実質的に同一の反応およびユニット条件下で同一のあるいは実質的に同一のフィードについて、そしてNO低減用組成物を分解触媒中でカオリンまたは他の充填剤などのマトリックス成分により置き換えていることを除いて、NO低減用組成物を含有するものと同一のあるいは実質的に同一の分解触媒組成物を含んでなる分解触媒の触媒粒子について運転される同一のあるいは実質的に同一のFCCUにおける平均の転換率あるいは収率として定義される、ベースラインを用いて求められる。上記に特定されたパーセント変化は、1)G,W.Young,G.D.Weatherbee,and S.W.Davey,「Simulating Commercial FCCU yields with the Davison Circulating Riser(DCR) pilot plant unit」,National Petroleum Refiners Association(NPRA) Paper AM88−52;および2)G.W.Young,「Realistic Assessment of FCC Catalyst Performance in the Laboratory」,in Fluid Catalytic Cracking:Science and Technology,J.S.Magee and M.M.Mitchell,Jr.Eds.,Studies in Surface Science and Catalysis,Volume 76,p,257,Elsevier Science Publishers B.V.,Amsterdam 1993,ISBN 0−444−89037−8に述べられているダビソン循環ライザー(DCR)から得られる運転データの統計的な分析から誘導される。
本発明において有用なゼオライトは、分解条件下での接触分解工程時に、特にFCC条件下でのFCC工程時にNO排出物を低減する能力を有するゼオライトを含む。一般に、このNO低減用ゼオライトは、約500未満の、好ましくは250未満の、最も好ましくは100未満のAlに対するSiOのモル比で約2〜約7.2オングストロームの範囲の細孔寸法を有するゼオライトを含む。好ましくは、このゼオライトは、フェリエライト、ZSM−11、ベータ、MCM−49、モルデナイト、MCM−56、ゼオライト−L、ゼオライトロー、エリオナイト、シャバザイト、クリノプチロライト、MCM−22、MCM−35、MCM−61、オフレタイト、A、ZSM−12、ZSM−23、ZSM−18、ZSM−22、ZSM−57、ZSM−61、ZK−5、NaJ、Nu−87、Cit−1、SSZ−35、SSZ−48、SSZ−44、SSZ−23、ダキアルダイト、メルリノイト、ロブダライト、レビン、ローモンタイト、エピスチルバイト、グメリナイト、ジスモンディン、カンクリナイト、ブリューステライト、スチルバイト、ポーリンジャイト、グースクリーカイト、ナトロライト、オメガまたはこれらの混合物からなる群から選択される。本発明の更に好ましい態様においては、このNO低減用ゼオライト成分は、フェリエライト、ベータ、MCM−49、モルデナイト、MCM−56、ゼオライト−L、ゼオライトロー、エリオナイト、シャバザイト、クリノプチロライト、MCM−22、オフレタイト、A、ZSM−12、ZSM−23、オメガおよびこれらの混合物からなる群から選択されるゼオライトである。本発明の最も好ましい態様においては、このゼオライトはフェリエライトである。
本発明の好ましい態様においては、本発明のNO低減用組成物を含んでなるゼオライトは、少なくとも100m/gの、好ましくは少なくとも200m/gの、そして最も好ましくは少なくとも300m/gの表面積を有する。本発明のもう一つの態様においては、このゼオライトは、粒子状NO低減用組成物またはFCC触媒を形成するためにバインダーの中に組み込む前に、あるいは金属または金属イオンにより安定化する前に、水素、アンモニウム、アルカリ金属およびこれらの組み合わせ物からなる群から選択される材料により交換される。好ましいアルカリ金属は、ナトリウム、カリウムおよびこれらの混合物からなる群から選択されるものである。
このNO低減用組成物は、安定化量の、例えば、金属酸化物としてNO低減用組成物の全重量基準で測定して約1.0〜約25重量パーセントの、好ましくは約5〜約15
重量パーセントの、最も好ましくは約8〜約12重量パーセントの亜鉛、鉄およびこれらの混合物からなる群から選択される金属または金属イオンにより安定化されている、少なくとも1つのNO低減用ゼオライトを含んでなる。
通常、このゼオライトの安定化は、ゼオライト成分中あるいはその上に所望の安定化金属または金属イオンを堆積するのに充分ないかなる方法によっても行われる。金属または金属イオンは、ゼオライトの細孔中に存在するか、あるいはゼオライトの骨組み内に組み込まれるという方法で堆積されるということが好ましい。当分野の熟練者ならば判るように、これは種々の方法により行われ得る。
金属または金属イオンは、金属または金属イオンの存在においてゼオライトを合成することによりゼオライトの骨組み内に組み込まれ得る。例えば、金属成分はゼオライトの製造時に合成ゲルに添加されることも得る。代替法においては、金属あるいは金属イオン成分は、ゼオライトの合成に使用される成分として他の反応試剤と共に添加されるか、あるいはゼオライトの合成に使用されるアルミニウムイオンなどの他の反応試剤の1つに対して部分的に置換されるか、あるいは交換され得る。安定化金属あるいは金属イオンは、本発明のNO低減用組成物を形成するために、例えばイオン交換、含浸などの慣用の方法を用いてゼオライトの細孔の中に組み込まれることも得る。
典型的な固相交換は、微粉砕された金属塩をゼオライトとブレンドし、そして交換を起こすのに充分な時間および温度でこの2つの成分を一緒に加熱することにより行われ得る。次に、このブレンドは、いかなる非交換金属イオンおよび/またはいかなる残存塩も除去して、金属で交換されたゼオライトを提供するために水洗され得る。
安定化金属あるいは金属イオン成分は、含浸されるか、あるいは、通常、NO低減用ゼオライトを無機バインダーにより結合して、粒子を形成することにより形成される粒子状NO低減用組成物上に溶液交換により交換されることも得る。本発明は、粒子状組成物のいかなる特定の製造方法にも限定されるものでないが、通常、本発明の粒子状NO低減用組成物は、最終組成物中で少なくとも10.0重量パーセントのNO低減用ゼオライト成分と少なくとも5.0重量パーセントのバインダー材料を提供するのに充分な量で、NO低減用ゼオライト、無機バインダーおよび随意のマトリックス材料を含有する水性スラリーを形成し、その後で水性スラリーをスプレー乾燥して、粒子を形成することにより製造される。スプレー乾燥された粒子は、揮発物を除去するのに充分な温度で充分な時間、例えば約90℃〜約320℃で約0.5〜約24時間場合によっては乾燥される。本発明の好ましい態様においては、ゼオライト含有水性スラリーは、スラリー中に含有される材料の平均粒子寸法を10μm以下、好ましくは5μm以下、最も好ましくは3μm以下まで低減するために、スプレー乾燥の前にミル掛けされる。この水性スラリーは、バインダーおよび/またはマトリックス材料を所望のように組み込む前あるいは後にミル掛けされ得る。
このスプレー乾燥された組成物は、揮発物を除去し、FCC工程の条件下でFCCU中での使用に充分な硬さをバインダーにもたらすのに充分な温度および時間、好ましくは約320℃〜約900℃で約0.5〜約6時間焼成され得る。
場合によっては、この乾燥された、あるいは焼成された組成物は、仕上がった製品中のアルカリ金属、例えばナトリウムまたはカリウムの量を低減するために、アンモニアまたはアンモニウム塩(例えば、硫酸アンモニウム、硝酸アンモニウム、塩化アンモニウム、炭酸アンモニウム、リン酸アンモニウムなど)または無機あるいは有機酸(例えば、硫酸、硝酸、リン酸、塩酸、酢酸、ギ酸など)の水溶液により洗浄あるいは交換される。
粒子状NO低減用組成物の含浸は、通常、可溶性金属塩を水に溶解し、その後に粒子状組成物をこの溶液により含浸することにより行われ得る。
安定化金属あるいは金属イオン成分が粒子状NO低減用組成物の製造時にフィードスラリーに添加され得るということも本発明の範囲内にある。すなわち、NO低減用ゼオライト、バインダーおよびいかなるマトリックス成分もフィードスラリーを形成し、続いて通常上述したようにスプレー乾燥により粒子状組成物を形成するために安定化金属成分と合体され得る。安定化金属あるいは金属イオン成分を含浸するか、あるいは、NO低減用ゼオライトを無機バインダーにより結合して、上述したように通常溶液交換によって粒子状NO低減用組成物を形成する前に粒子状NO低減用組成物上で交換され得るということは本発明の範囲内にある。
NO低減用組成物を接触分解触媒の一体の成分として使用する場合には、安定化金属あるいは金属イオンは、触媒の成分としてゼオライトを組み込む前後にNO低減用ゼオライト上で交換あるいは含浸され得る。分解触媒内のNO低減用ゼオライト成分の組み込みをいかなる特定の分解触媒の製造方法に限定するような意図なしで、通常、ゼオライト成分、任意の更なるゼオライト、通常USYあるいはREUSY−タイプの分解触媒のゼオライトおよび任意のマトリックス材料は水中でスラリー化される。このスラリーは、スラリー中の固体の平均粒子寸法を10μm以下、好ましくは5μm以下、最も好ましくは3μm以下まで低減するために、ミル掛けされる。ミル掛けされたスラリーは、好適なバインダー、すなわちシリカゾルバインダーと、随意のマトリックス材料、例えばクレイと合体される。次に、このスラリーは混合され、スプレー乾燥されて、触媒を形成する。スプレー乾燥された触媒は、望ましくない塩を除去するために、水酸化アンモニウム、アンモニウム塩、無機あるいは有機の酸の水溶液および水を使用して、場合によっては洗浄される。洗浄された触媒は、水溶性希土類塩、例えば、希土類塩化物、硝酸塩などにより交換され得る。
別法としては、NO低減用ゼオライト成分、随意の更なるゼオライト、分解触媒ゼオライト、任意のマトリックス材料、希土類の水溶性塩、クレイおよびアルミナゾルバインダーが水中でスラリー化され、ブレンドされる。このスラリーはミル掛けされ、スプレー乾燥される。スプレー乾燥された触媒は約250℃〜約900℃で焼成される。次に、スプレー乾燥された触媒は、望ましくない塩を除去するために、水酸化アンモニウム、アンモニウム塩、無機あるいは有機の酸の水溶液および水を使用して、場合によっては洗浄される。場合によっては、この触媒は、洗浄した後に、当分野で既知の方法のいずれかにより水溶性希土類塩により交換され得る。最終触媒組成物の形成のいかなる段階においても安定化金属成分が触媒フィードスラリーに添加され得るということは本発明の範囲内にある。
通常、安定化金属あるいは金属イオンは、溶液交換、固相交換または任意の他の慣用の方法を用いて、NO低減用ゼオライトまたはNO低減用ゼオライトを含有する最終触媒組成物上に交換あるいは含浸される。典型的な溶液相交換においては、このゼオライトは、所望の金属成分を含有する水溶液中でスラリー化される。溶液のpHおよび温度は、ゼオライト上での金属成分の交換を最大とするように制御される。次に、この材料は、いかなる非交換の金属イオンおよび/またはいかなる残存する塩も除去するために濾過および水洗され得る。金属を含浸により添加する場合には、可溶性金属塩が水に溶解され、そしてゼオライトがこの溶液により含浸される。加えて、アルカリ金属あるいはアルカリ土類金属のイオンを含有するNO低減用ゼオライトについて、あるいは水素形に転換されたゼオライトについて、交換または含浸が行われ得る。
本発明のNO低減用組成物中で使用されるNO低減用ゼオライトの量は、限定では
ないが、NO低減用ゼオライトを接触分解触媒と合体する方式および使用される分解触媒のタイプを含むいくつかの要素に依って変わる。本発明の組成物が別々の添加物組成物であり、そしてNO低減用ゼオライトの粒子を好適な無機バインダーと結合することにより形成される粒子状組成物を含んでなる場合には、粒子状組成物中に存在するNO低減用ゼオライト成分の量は、一般に、組成物の全重量基準で少なくとも10、好ましくは少なくとも30、最も好ましくは少なくとも40そしてなお更に好ましくは少なくとも50重量パーセントである。通常、この粒子状添加物組成物は、添加物組成物の全重量基準で約10〜約85の、好ましくは約30〜約80の、最も好ましくは約40〜約75重量パーセントのNO低減用ゼオライト成分を含有する。
本発明の粒子状NO低減用組成物の製造に有用なバインダー材料は、ゼオライト粉末を結合して、FCC工程の条件下でFCCU中での使用に好適な性質を有する粒子を形成する能力のある、いかなる無機バインダーも含む。本発明による組成物の製造に有用な典型的な無機バインダー材料は、限定ではないが、アルミナ、シリカ、シリカ−アルミナ、リン酸アルミニウムなど、およびこれらの混合物を含む。好ましくは、バインダーは、アルミナ、シリカ、シリカ−アルミナおよびこれらの混合物からなる群から選択される。更に好ましくは、バインダーはアルミナを含んでなる。なお更に好ましくは、バインダーは酸あるいは塩基で解膠されたアルミナを含んでなる。最も好ましくは、バインダーは、アルミナゾル、例えば、アルミニウムクロロヒドロールを含んでなる。一般に、特定の添加物組成物中に存在するバインダー材料の量は、本発明の添加物組成物の約5〜約50重量パーセント、好ましくは約10〜約30重量パーセント、最も好ましくは約15〜約25重量パーセントを含んでなる。
本発明の粒子状組成物中に場合によっては存在する更なる材料は、限定ではないが、充填剤(例えば、カオリンクレイ)またはマトリックス材料(例えば、アルミナ、シリカ、シリカ−アルミナ、イットリア、ランタナ、セリア、ネオジミア、サマリア、ユーロピア、ガドリニア、チタニア、ジルコニア、プラセオジミアおよびこれらの混合物)を含む。使用される場合、更なる材料は、FCC条件下でFCCU再生装置から放出されるNO排出物を低減するために組成物の性能、すなわち接触分解触媒の炭化水素のフィード転換率または生成物の収率に著しい悪影響を及ぼさない量で使用される。一般に、更なる材料は組成物の約70重量パーセント以下を占める。しかしながら、本発明の組成物は、本質的にNO低減用ゼオライトと無機バインダーからなるということが好ましい。
本発明の粒子状添加物組成物は、組成物がFCC工程時に接触分解触媒の触媒粒子と同時にFCCU中を循環されるのに充分な粒子寸法を有しなければならない。通常、本発明の組成物は、45μm以上の平均粒子寸法を有する。好ましくは、平均粒子寸法は、約50〜約200μm、最も好ましくは約55〜約150μm、なお更に好ましくは約60〜約120μmである。本発明の組成物は、通常、約50未満の、好ましくは約20未満の、最も好ましくは約15未満のダビソン磨耗指数(DI)値を有する。
本発明の粒子状組成物は、主分解触媒と共に別々の粒子添加物の形でFCCU中を循環され得る。一般に、粒子状添加物組成物は、FCC触媒の触媒粒子の少なくとも0.1重量パーセントの量で使用される。好ましくは、使用される添加物組成物の量は、FCC触媒の触媒粒子の約0.1〜約80重量パーセント、最も好ましくは約1〜約75重量パーセントの範囲である。有利なこととしては、特別に配合された高活性の接触分解触媒、例えば引用により本明細書に組み込まれている、2001年4月13日出願の米国特許出願番号09/833,603で述べられ、そして開示されている高活性の接触分解触媒との組み合わせで使用される場合、80重量パーセントもの高いFCC触媒の触媒粒子の添加物レベルを使用することによって、分解触媒の触媒粒子の希釈による分解活性を喪失することなくFCCU再生装置からのNO排出物の有効な低減が可能となる。
当分野の熟練者ならば判るように、本発明の別々の粒子状組成物は、FCCUに慣用の方法で、例えば再生装置への投入触媒と共に、あるいは任意の他の好都合な方法により添加され得る。
FCC触媒粒子に集積化される場合には、NO低減成分は、通常、FCC触媒粒子の少なくとも0.1重量パーセントを占める。好ましくは、使用されるNO低減成分の量は、FCC触媒粒子の約0.1〜約70重量パーセント、最も好ましくは約1〜約50重量パーセントの範囲である。
上述したように、分解触媒を構成するためには、集積化FCC触媒は、通常、分解触媒のゼオライト、無機バインダー材料および場合によってはマトリックス、充填剤および金属トラップ(例えば、NiおよびVのトラップ)などの他の添加物成分と共にNO低減用ゼオライト成分を含んでなる。通常Y、USYあるいはREUSY−タイプの分解触媒ゼオライトは、活性の大部分をもたらし、通常、組成物の全重量基準で約10〜約75の、好ましくは約15〜約60の、そして最も好ましくは約20〜約50重量パーセントの範囲で存在する。本発明による集積化触媒組成物の製造に有用な無機バインダー材料は、集積化触媒の成分を結合して、FCC工程の条件下でのFCCU中での使用に好適な性質を有する粒子を形成する能力のあるいかなる無機材料も含む。通常、無機バインダー材料は、限定ではないが、アルミナ、シリカ、シリカ−アルミナ、リン酸アルミニウムなどおよびこれらの混合物を含む。好ましくは、バインダーは、アルミナ、シリカ、シリカ−アルミナからなる群から選択される。一般に、集積化触媒組成物中に存在するバインダー材料の量は、触媒組成物の全重量基準で50重量パーセント未満である。好ましくは、無機バインダー材料は、組成物の全重量基準で約5〜約45重量パーセントの、更に好ましくは約10〜約30重量パーセントのそして最も好ましくは約15〜約25重量パーセントの範囲の量で集積化触媒中に存在する。
本発明の集積化触媒組成物中に場合によっては存在するマトリックス材料は、限定ではないがアルミナ、シリカ−アルミナ、ランタナなどの希土類酸化物、チタニア、ジルコニアおよびマンガンの酸化物などの遷移金属酸化物、マグネシウムおよびバリウムの酸化物などの2A族酸化物、カオリンなどのクレイおよびこれらの混合物を含む。マトリックスおよび/または充填剤は、通常、一体の触媒中に触媒組成物の全重量基準で50重量パーセント未満の量で存在する。好ましくは、マトリックスおよび/または充填剤は、触媒組成物の全重量基準で約1〜約45重量パーセントの範囲の量で存在する。
一体の触媒の粒子寸法および磨耗性は、ユニット中の流動化の性質に影響を及ぼし、触媒が商用のFCCユニット中でいかによく保持されるかを決める。本発明の一体の触媒組成物は、通常、約45〜約200μmの、更に好ましくは約50μm〜約150μmの平均粒子寸法を有する。一体の触媒の磨耗性は、ダビソン磨耗指数(DI)により測定して、50未満の、更に好ましくは20未満の、そして最も好ましくは15未満のDI値を有する。
本発明の好ましい態様においては、FCC接触分解触媒はY−タイプゼオライトを含有する。NO低減用ゼオライトは、別々の添加物粒子として接触分解触媒の循環触媒粒子に添加されるか、あるいは触媒の一体の成分としてY−タイプゼオライト含有接触分解触媒の中に直接に組み込まれ得る。いずれの場合にも、当分野の熟練者ならば容易に決められるように、Y−タイプゼオライトは、FCCU中で適切な分解活性をもたらすのに充分な量で存在する。好ましくは、Y−タイプゼオライトは、全触媒の触媒粒子中で2未満の、好ましくは1未満のY−タイプゼオライト対NO低減用ゼオライトの比をもたらすのに充分な量で存在する。
若干簡単に言うと、FCC法は、循環式触媒再循環分解工程においてフィードストックを約50〜約150μmの、好ましくは約60〜約120μmの範囲の平均寸法を有する粒子からなる循環する流動接触分解触の媒触媒粒子と接触することにより、重質炭化水素フィードストックを軽質生成物に分解することを伴う。これらの比較的高分子量の炭化水素フィードストックの触媒分解は、低分子量の炭化水素生成物を生成させる。循環式FCC法における著しい段階は、
(i)フィードを高温の再生された分解触媒源と接触させて、接触分解製品と、コークを含有する使用済の触媒およびストリッピング可能な炭化水素を含んでなる流出物を製造することにより、分解条件で運転される接触分解域、通常ライザー分解域中でフィードを接触分解し;
(ii)流出物を排出し、そして通常1つ以上のサイクロン中で接触分解製品リッチの蒸気相と、使用済の触媒を含んでなる固体リッチ相に分離し;
(iii)蒸気相を生成物として除去し、そしてFCCメインカラムと関連のサイドカラムで分留し、ガソリンを含む気体および液体の分解生成物を形成し;
(iv)通常、蒸気により使用済の触媒をストリッピングして、触媒から閉塞された炭化水素を除去し、その後で触媒再生域中でストリッピングされた触媒を酸化的に再生して、高温の再生触媒を生成させ、更なる量のフィードを分解するために分解域に再循環する
ものである。
慣用のFCC触媒は、例えばVenuto and Habib,「Fluid Catalytic Cracking with Zeolite Catalysts」,Marcel Dekker,New York1979,ISBN 0−8247−6870−1によるセミナー総説で述べられているフォージャサイト分解成分を含むゼオライトベースの触媒、ならびにSadeghbeigi,「Fluid Catalytic Cracking Handbook」,Gulf Publ.Co.Houston,1995,ISBN 0−88415−290−1などの多数の他の情報源を含む。好ましくは、このFCC触媒は、Y−タイプゼオライト活性分解成分を含んでなる触媒である。本発明の特に好ましい態様においては、FCC触媒は、バインダー、通常シリカ、アルミナまたはシリカ−アルミナ、Y−タイプゼオライト活性成分、1つ以上のマトリックスのアルミナおよび/またはシリカ−アルミナおよびカオリンクレイなどの充填剤からなる。Y−タイプゼオライトは1つ以上の形で存在し得、そして希土類のいずれかなどの安定化カチオンにより超安定化および/または処理されたものであり得る。
典型的なFCC法は、600℃〜800℃の触媒再生温度で480℃〜600℃の反応温度で行われる。当分野でよく知られているように、触媒再生域は単一あるいは多数の反応器容器からなり得る。本発明の組成物は、いかなる典型的な炭化水素フィードストックのFCC処理でも使用され得る。好適なフィードストックは、接触分解されて、ガソリンまたは他の石油製品を提供する、約150℃〜約900℃、好ましくは、約200℃〜約800℃の沸点範囲を有する石油蒸留物または粗油の残渣を含む。石炭、タールサンドまたはシェールオイルからのオイルなどの約200℃〜約800℃の沸点を有する合成フィードも包含可能である。
触媒からコークを除去するために、酸素または空気が再生域に添加される。これは、再生域の底部の好適な散布器具により行われるか、あるいは所望ならば、更なる酸素が再生域の希薄なあるいは濃密な相に添加される。
本発明による添加物組成物は、分解触媒から得られる接触分解製品、例えば、ガソリンおよび軽質オレフィンの炭化水素フィード転換率または収率を実質的に維持する一方で、触媒再生時のFCCU再生装置の排ガス中のNOの排出物を劇的に、すなわち、少なく
とも10%、好ましくは、少なくとも20%低減する。ある場合には、本発明の組成物および方法を用い、接触分解製品の収率またはフィード転換率に著しく影響を及ぼさずに、70%以上のNO低減が容易に達成可能である。しかしながら、FCC技術における熟練者ならば理解するように、NO低減の程度は、例えば、使用される添加物の組成および量;限定ではないが、再生装置中の酸素レベルおよび空気の分布、再生装置中の触媒床深さ、ストリッピング装置の運転および再生装置温度、分解炭化水素フィードストックの性質および再生装置の化学および運転に影響を及ぼし得る他の触媒添加物の存在を含む、接触分解ユニットを運転する設計および方法などの要素に依存する。このように、各FCCUはこれらの点の一部あるいは全部で異なるので、本発明の方法の有効性はユニットごとに変わると予期される。本発明のNO低減用組成物はFCC工程時のコークの生成の著しい増加も防止する。
本発明のNO低減用組成物が単独で、あるいは組成物のいずれかを単独で使用するよりも効率的にNO低減を達成するために、1つ以上の更なるNO低減成分との組み合わせで使用され得るということも本発明の範囲内にある。好ましくは、この更なるNO低減成分は、非ゼオライト型材料、すなわちゼオライトを含有しないか、あるいは実質的に含有しない(すなわち、5重量パーセント未満、好ましくは1重量パーセント未満)材料である。
例えば、SOx低減添加物、ガソリン−イオウ低減添加物、CO燃焼促進剤、軽質オレフィンの製造のための添加物などのFCC法で慣用的に使用される他の添加物との組み合わせで本発明による添加物組成物が使用され得るということも本発明の範囲内で意図される。
本発明の範囲は下記に述べられる実施例によりいかなる形であれ限定されるように意図されていない。実施例は、接触分解環境においてNOを低減するための本発明の方法において有用な添加物の製造および本発明の方法の評価を含む。実施例は請求されている発明の特定の例示として示されている。しかしながら、本発明は、実施例で述べられている特定の詳細に限定されないということを理解するべきである。
固体組成物あるいは濃度を指す、実施例ならびに明細書の残り中のすべての部数およびパーセントは、特記しない限り重量によるものである。気体混合物の濃度は特記しない限り容積によるものである。
更には、特別の性質の組、測定単位、条件、物理的状態またはパーセントを表すものなどのこの明細書または特許請求の範囲中で述べられている任意の数の範囲は、このように述べられている任意の範囲内の数の任意の下位組を含む、このような範囲内に入る任意の数を参照あるいは他により明白に文字どおりに組み込むように意図されている。
DCRを使用することにより、FCCユニットからのNO排出物を低減するための添加物A〜Hの性能評価を行った。この実験の各々においては、再生装置に添加される空気量が再生装置を出る前に使用済のFCC触媒上のすべてのコーク種をCOに変換するのに充分である条件として定義される、「フルバーン」再生条件下でDCRを運転した。再生装置中1%過剰のOで、そして705℃で運転される再生装置でこの試験を行った。
実施例1
75%のフェリエライトと25%のアルミナゾルを含んでなる組成物を次のように製造した:アルミニウムクロロヒドロール溶液(23%固体)、75%のフェリエライト(SiO/Al=20、NaO+KO=6〜10重量%)および約42〜44%
の固体を含有するスラリーを製造するのに充分な追加の水から、25%Alを含有する水性スラリーを製造した。このスラリーを3.0μm未満の平均粒子寸法までミル掛けし、次にスプレー乾燥した。スプレー乾燥生成物を400〜450℃で20〜40分間焼成した。焼成された触媒を硫酸アンモニウム溶液により、続いて水により洗浄して、KOレベルを1.0重量%未満まで減少させた。この触媒を添加物Aと命名し、性質を下記の表1に示す。
実施例2
73%のフェリエライト、2.5%ZnOおよび24.5%のアルミナゾルを含んでなる組成物を次のように製造した:6520gのアルミニウムクロロヒドロール溶液(23%固体)、4500g(乾燥基準)のフェリエライト(SiO/Al=20、NaO+KO<0.5重量%)、250gのZnClおよび約44%の固体を含有するスラリーを製造するのに充分な追加の水を含有する水性スラリーを製造した。このスラリーをドライスミル中で2.5μm未満の平均粒子寸法までミル掛けし、次にボーエンスプレー乾燥機中でスプレー乾燥した。スプレー乾燥生成物を593℃で1.5時間焼成した。この触媒を添加物Bと命名し、性質を下記の表1に示す。
実施例3
72.1%のフェリエライト、3.9%ZnOおよび24%のアルミナゾルを含んでなる組成物を次のように製造した:6520gのアルミニウムクロロヒドロール溶液(23%固体)、4500g(乾燥基準)のフェリエライト(SiO/Al=20、NaO+KO<0.5重量%)、400gのZnClおよび約44%の固体を含有するスラリーを製造するのに充分な追加の水を含有する水性スラリーを製造した。このスラリーをドライスミル中で2.5μm未満の平均粒子寸法までミル掛けし、次にボーエンスプレー乾燥機中でスプレー乾燥した。スプレー乾燥生成物を593℃で1.5時間焼成した。この触媒を添加物Cと命名し、性質を下記の表1に示す。
実施例4
70.7%のフェリエライト、5.8%ZnOおよび23.5%のアルミナゾルを含んでなる組成物を次のように製造した。6520gのアルミニウムクロロヒドロール溶液(23%固体)、4500g(乾燥基準)のフェリエライト(SiO/Al=20、NaO+KO<0.5重量%)、600gのZnClおよび約44%の固体を含有するスラリーを製造するのに充分な追加の水を含有する水性スラリーを製造した。このスラリーをドライスミル中で2.5μm未満の平均粒子寸法までミル掛けし、次にボーエンスプレー乾燥機中でスプレー乾燥した。スプレー乾燥生成物を593℃で1.5時間焼成した。この触媒を添加物Dと命名し、性質を下記の表1に示す。
実施例5
69.5%のフェリエライト、7.4%ZnOおよび23.1%のアルミナゾルを含んでなる組成物を次のように製造した:6520gのアルミニウムクロロヒドロール溶液(23%固体)、4500g(乾燥基準)のフェリエライト(SiO/Al=20、NaO+KO<0.5重量%)、800gのZnClおよび約44%の固体を含有するスラリーを製造するのに充分な追加の水を含有する水性スラリーを製造した。このスラリーをドライスミル中で2.5μm未満の平均粒子寸法までミル掛けし、次にボーエンスプレー乾燥機中でスプレー乾燥した。スプレー乾燥生成物を593℃で1.5時間焼成した。この触媒を添加物Eと命名し、性質を下記の表1に示す。
実施例6
67%のフェリエライト、10.7%ZnOおよび22.3%のアルミナゾルを含んでなる組成物を次のように製造した:6520gのアルミニウムクロロヒドロール溶液(2
3%固体)、4500g(乾燥基準)のフェリエライト(SiO/Al=20、NaO+KO<0.5重量%)、1200gのZnClおよび約44%の固体を含有するスラリーを製造するのに充分な追加の水を含有する水性スラリーを製造した。このスラリーをドライスミル中で2.5μm未満の平均粒子寸法までミル掛けし、次にボーエンスプレー乾燥機中でスプレー乾燥した。スプレー乾燥生成物を593℃で1.5時間焼成した。この触媒を添加物Fと命名し、性質を下記の表1に示す。
実施例7
添加物Gを次のように製造した:実施例4に示したように製造した、732.2g乾燥基準の添加物Dの試料を172.9gの酢酸Zn・2HO、281mlのHOおよび209.4mlの30%NHOH溶液により製造された溶液により含浸した。これを287℃で4時間オーブン乾燥し、同一組成物の溶液により再含浸し、そして287℃で4時間乾燥した。次に、この試料を593℃で2時間焼成した。添加物Gは表1に示す性質を有するものであった。
Figure 2008539302
実施例8
62.5%のフェリエライト、10.7%のZnO、4.5%のCatapal Cアルミナおよび22.3%のアルミナゾルを含んでなる組成物を次のように製造した:6520gのアルミニウムクロロヒドロール溶液(23%固体)、4200g(乾燥基準)のフェリエライト(SiO/Al=20、NaO+KO<0.5重量%)、300g(乾燥基準)のCatapal Cアルミナ、1200gのZnClおよび約44%の固体を含有するスラリーを製造するのに充分な追加の水を含有する水性スラリーを製造した。このスラリーをドライスミル中で2.5μm未満の平均粒子寸法までミル掛けし、次にボーエンスプレー乾燥機中でスプレー乾燥した。スプレー乾燥生成物を593℃で1.5時間焼成した。この触媒を添加物Hと命名し、性質を下記の表2に示す。
実施例9
65%のフェリエライト、15%のクレイおよび20%のアルミナゾルを含んでなる組成物を次のように製造した:4344gのアルミニウムクロロヒドロール溶液(23%固体)、3250g(乾燥基準)のフェリエライト、650g(乾燥基準)のクレイおよび約40%の固体を含有するスラリーを製造するのに充分な追加の水を含有する水性スラリーを製造した。このスラリーをドライスミル中で2.5μm未満の平均粒子寸法までミル掛けし、次にボーエンスプレー乾燥機中でスプレー乾燥した。スプレー乾燥生成物を593℃で1.5時間焼成した。性質を下記の表2に示す、この触媒を添加物Iと命名した。
実施例10
固相交換法を次のように用いて、フェリエライトを亜鉛イオンにより交換した:塩化亜鉛(228g)を微粉末に磨砕し、次に2500gのフェリエライト粉末とブレンドした。このブレンドを325℃で2時間焼成した。この焼成されたブレンドを80℃で維持された9000gの水の中にスラリーとし、0.16時間混合し、次に濾過した。次に、このフィルターケーキを80℃で維持された水により3回洗浄し、乾燥し、次に593℃で1.5時間焼成した。最終の亜鉛で固相交換された生成物は2.80%のZnOを含有していた。
65%のZn/フェリエライト、15%のクレイおよび20%のアルミナゾルを含んでなる組成物を次のように製造した:2608gのアルミニウムクロロヒドロール溶液(23%固体)、1950g(乾燥基準)の亜鉛で固相交換されたフェリエライトおよび約40%の固体を含有するスラリーを製造するのに充分な追加の水を含有する水性スラリーを製造した。このスラリーをドライスミル中で2.5μm未満の平均粒子寸法までミル掛けし、次にボーエンスプレー乾燥機中でスプレー乾燥した。スプレー乾燥生成物を593℃で1.5時間焼成した。この触媒を添加物Jと命名し、性質を下記の表2に示す。
実施例11
次の方法を用いてシリカゾルにより結合されたフェリエライト触媒を製造した:29%のフェリエライト(SiO/Al=20)を含有する水性スラリーをドライスミル中でミル掛けした。このミル掛けされたフェリエライトスラリー(4160g)を1200gのNatkaクレイ(乾燥基準)および6000gのシリカゾルバインダー(10%固体)と合体した。このシリカゾルバインダーをケイ酸ナトリウムと酸ミョウバンから製造した。次に、触媒スラリーをボーエンスプレー乾燥機中でスプレー乾燥した。得られたスプレー乾燥生成物を硫酸アンモニウム溶液、続いて水により洗浄して、0.1重量%未満のNaOレベルの触媒を得た。この触媒は添加物Jと命名され、下記の表2に示す性質を有していた。
実施例12
実施例11で製造した添加物Kを次の方法により亜鉛イオンにより交換した:150gのスプレー乾燥された触媒を12.4gのZn(NO.6HOを1500gの水中に含有する硝酸亜鉛溶液に添加することにより、Zn交換を行った。この混合物を70℃で0.5時間攪拌した。次に、このスラリーを濾過し、そしてこの触媒を70℃で維持された水により3回洗浄して、過剰の硝酸亜鉛を除去した。この触媒は添加物Lと命名され、下記の表2に示す性質を有していた。
Figure 2008539302
実施例13
添加物A〜HをDCR中で評価して、FCCユニットから放出されるNO排出物を低減するための添加物の有効性を求めた。この実験の各々において、再生装置に添加される空気量が使用済のFCC触媒上のすべてのコーク種をCOに変換するのに充分である条件として定義される、「フルバーン」再生条件下でDCRを運転した。再生装置中1%過剰のOで、そして705℃で運転される再生装置でこの試験を行った。
下記の表3に示す性質を有する商用のFCCフィードを試験に使用した。表4に示す性質を有するほぼ1596gの平衡接触分解触媒と、循環式プロピレンスチーミング法(CPS)を用いてNiまたはV無添加で788℃で20時間失活させたPtベースの燃焼促進剤(CP(登録商標)−3、Grace Davisonから入手)の4gの商用の試料のブレンドをDCRに装填した。CPS法は、L.T.Boock,T.F.Petti,and J.A.Rudesill,「Contaminant−Metal Deactivation and Metal−Dehydrogenation Effects During Cyclic Propylene Steaming of
Fluid Catalytic Cracking Catalysts」,Deactivation and Testing of Hydrocarbon Processing Catalysts,ACS Symposium Series 634,p.171(1996),ISBN 0−8412−3411−6に記述されている。
ユニットを安定化した後、オンラインMultigas2030FTIR気体分析器を用いて、ベースラインNO排出物データを収集した。引き続いて、この添加物を含有する第2のブレンドをDCRの中に注入する。添加物A、E、F、GおよびHに対しては、このブレンドは、流動床反応器中でNiまたはV無添加でN中20%の蒸気により760℃で24時間水熱的に不活性化されたほぼ86gのこの添加物と、0.215gのCPSで不活性化されたCP(登録商標)−3を含有していた。添加物B、CおよびDに対しては、このブレンドは、流動床反応器中でNiまたはV無添加でN中20%の蒸気により760℃で24時間水熱的に不活性化されたほぼ90gの添加物、109.5gの平衡接触分解触媒および0.25gのCPSで不活性化されたCP(登録商標)−3を含有していた。表5で見られるように、添加物B〜Hは、DCR中で類似の量で添加物Aよりも良好なNO低減性能を示す。これは、不活性化後Znのフェリエライトへの添加がNO低減性能を改善するということを確かなものとする。NO低減性能は、10%のZnOの範囲において最大に達するまでZnレベルの増加と共に増加する。
添加物A、EおよびFによるランに対する収率を下記の表6に示して、これらのNO低減添加物のいずれもFCC収率に影響を及ぼさないという点を例示する。
Figure 2008539302
Figure 2008539302
Figure 2008539302
Figure 2008539302
実施例14
FCCユニットからのNO排出物を低減するために、添加物IおよびJをDCR中で評価した。実施例13と同一の条件、平衡触媒およびフィード下で運転されるDCRによりこの試験を行った。最初に、ほぼ1895.25gの平衡接触分解触媒と4.75gのCPSで不活性化されたCP(登録商標)−3のブレンドをDCRに装填した。ユニットを安定化した後、オンラインMultigas2030FTIR気体分析器を用いて、ベースラインNO排出物データを収集した。引き続いて、ほぼ105gの添加物IあるいはJ、94.5gの平衡触媒および0.5gのCPSで不活性化されたCPI(登録商標)−3のブレンドをDCRの中に注入し、そしてランを添加物上でほぼ10時間続けた。表7に示すように、添加物Jは、1時間後NO排出物の低減において添加物Iよりも若干有効であるだけであったが、7時間後大きなNO低減性能の利点を示す。このデータから、予め交換されたZnのフェリエライトへの添加がNO低減活性を安定化し、そして非安定化添加物と比較して改善されたNO低減性能をもたらすということを結論することができる。
Figure 2008539302
実施例15
実施例13および14と同一の運転条件を用いて、DCR中でのNO低減性能について添加物KおよびLを評価した。商用のFCCフィードを試験に使用し、そしてその性質を下記の表8に示す。流動床反応器中でNiまたはV無添加で100%蒸気により816℃で4時間水熱的に不活性化された、ほぼ1800gの市販の接触分解触媒、Grace Davisonから入手されるSuperNova(登録商標)DMR+のブレンドをDCRに装填した。ユニットを安定化した後、オンラインLear−Siegler SO/NO分析器(SM8100A)を用いて、ベースラインNO排出物データを収集した。引き続いて、95.25gの水熱的に不活性化されたSuperNova(登録商標)DMR+触媒と4.75gのCPS−CP(登録商標)−3からなる100gの触媒のブレンドをDCRに添加した。NO排出物をこの時間枠の間連続的に収集し、そしてユニットを再度安定化したならば、105gの添加物KあるいはLおよび105gの不活性化されたSuperNova(登録商標)DMR+触媒と共に0.525gの不活性化されたCP−3(登録商標)を含有するブレンドをDCRに添加した。表9において見られるように、添加物Lは、DCRからのNO排出物の低減の点で添加物Kよりも良好であった。これは、シリカゾルバインダーにより粒子中に含有されるフェリエライトへのZnの後交換がフェリエライトのNO低減性能を改善するということを示す。
Figure 2008539302
Figure 2008539302
実施例16
75%のクレイおよび25%のアルミナゾルを含んでなる組成物を次のように製造した:2174gのアルミニウムクロロヒドロール溶液(23%固体)、1500g(乾燥基準)のクレイおよび約40%の固体を含有するスラリーを製造するのに充分な追加の水を含有する水性スラリーを製造した。このスラリーをドライスミル中で2.5μm未満の平均粒子寸法までミル掛けし、次にボーエンスプレー乾燥機中でスプレー乾燥した。スプレー乾燥生成物を593℃で1.5時間焼成した。この触媒は添加物Mと命名され、そして下記の表10に示す性質を有していた。
実施例17
71%のクレイ、6%のZnOおよび23%のアルミナゾルを含んでなる組成物を次のように製造した:6520gのアルミニウムクロロヒドロール溶液(23%固体)、45
00g(乾燥基準)のクレイ、620gのZnClおよび約45%の固体を含有するスラリーを製造するのに充分な追加の水を含有する水性スラリーを製造した。このスラリーをドライスミル中で2.5μm未満の平均粒子寸法までミル掛けし、次にボーエンスプレー乾燥機中でスプレー乾燥した。スプレー乾燥生成物を593℃で1.5時間焼成した。この触媒は添加物Nと命名され、そして下記の表10に示す性質を有していた。
実施例18
アルミナ上に担持されているZnOを次のように製造した:1000g(乾燥基準)のHiQアルミナ(Alcoaから入手された)を水に溶解された165gのZnClによりインシピエントウエットネスまで含浸した。次に、この材料を593℃で2時間焼成した。この触媒は添加物0と命名され、そして下記の表10に示す性質を有していた。
実施例19
FCCユニット中での不活性化時のZnO/アルミナ触媒のSiOおよびナトリウムイオンの吸収をシミュレーションするために、この触媒を最初にSiO化合物により、次にナトリウム塩により含浸した。500g(乾燥基準)の添加物Oをエタノールに溶解された85gのオルトケイ酸テトラエチルによりインシピエントウエットネスまで含浸した。この触媒を室温で一夜乾燥し、次に4.3gの炭酸ナトリウムを含有する水溶液により含浸した。次に、この材料を593℃で2時間焼成した。引き続いて、この試料を流動床反応器中で100%蒸気により816℃で4時間水熱的不活性化にかけた。この触媒は添加物Pと命名され、そして下記の表10に示す性質を有していた。
Figure 2008539302
実施例20
実施例13および14で示すのと同一の条件、フィードおよび触媒を用いて、NO排出物を低減するためのHiQAlおよび添加物M〜Pの性能をDCR中で評価した。最初に、1596gの平衡接触分解触媒と4gのCPSで不活性化されたCP(登録商標)−3のブレンドによりこのDCRを装填した。ユニットを安定化したならば、85.12の添加物と0.215gの不活性化されたCP(登録商標)−3のブレンドをDCRに装填し、そしてランを各添加物上でほぼ2時間続けた。結果を下記の表11に記した。
表11に示すように、ZnOの異なる担体への添加はDCRにおけるNO低減活性を改善せず、現実的なFCC条件下でZnの固有のNO低減活性が極めて低いということを意味するということを推測することができる。このデータは、実施例13および14に
おいてZnのフェリエライトへの添加により見られるNO低減活性の増加が主としてフェリエライト上のZnの安定化効果によるということを示す。
Figure 2008539302
実施例21
75%のフェリエライト、25%のアルミナゾルを含んでなる組成物を実施例1で述べたように製造した。スプレー乾燥生成物を593℃で1.5時間焼成した。引き続いて、約125gのこの材料を100mlの脱イオン水に溶解された、17.7gのYCl・6H0により含浸し、287℃で一夜オーブン乾燥し、次に538℃で2時間焼成した。得られた試料は添加物Qと命名され、そして下記の表12に示す性質を有していた。
実施例22
75%のフェリエライト、25%のアルミナゾルを含んでなる組成物を実施例1で述べたように製造した。スプレー乾燥生成物を593℃で1.5時間焼成した。引き続いて、約125gのこの材料を87mlの脱イオン水に溶解された33.2gのMgCl・6HOにより含浸し、287℃で一夜オーブン乾燥し、次に538℃で2時間焼成した。得られた試料は添加物Rと命名され、そして下記の表12に示す性質を有していた。
実施例23
73%のフェリエライト、3%のFeおよび24%のアルミナゾルを含んでなる組成物を次のように製造した:6520gのアルミニウムクロロヒドロール溶液(23%固体)、4500g(乾燥基準)のクレイ(SiO/Al=20、KO<0.5wt%)、445gのFeCl・4HOおよび約44%の固体を含有するスラリーを製造するのに充分な追加の水を含有する水性スラリーを製造した。このスラリーをドライスミル中で2.5μm未満の平均粒子寸法までミル掛けし、次にボーエンスプレー乾燥機中でスプレー乾燥した。スプレー乾燥生成物を593℃で1.5時間焼成した。この触媒は添加物Sと命名され、そして下記の表12に示す性質を有していた。
実施例24
67%のフェリエライト、11%のFeおよび22%のアルミナゾルを含んでなる組成物を次のように製造した:6520gのアルミニウムクロロヒドロール溶液(23
%固体)、4500g(乾燥基準)のクレイ(SiO/Al=20、KO<0.5wt%)、1782gのFeCl・4HOおよび約44%の固体を含有するスラリーを製造するのに充分な追加の水を含有する水性スラリーを製造した。このスラリーをドライスミル中で2.5μm未満の平均粒子寸法までミル掛けし、次にボーエンスプレー乾燥機中でスプレー乾燥した。スプレー乾燥生成物を593℃で1.5時間焼成した。この触媒は添加物Tと命名され、そして下記の表12に示す性質を有していた。
Figure 2008539302
実施例25
実施例13で示すのと同一の条件、フィードおよび触媒を用いて、DCRにおいてNO排出物を低減するための添加物Q〜Tの性能を評価した。最初に、1596gの平衡接触分解触媒と4gのCPSで不活性化されたCP(登録商標)−3のブレンドをDCRに装填した。ユニットを安定化したならば、流動床反応器中でNiまたはV無添加でN中の20%の蒸気により760℃で24時間水熱的に不活性化された、85.12gの添加物QあるいはRあるいはSと、0.215gの不活性化されたCP(登録商標)−3のブレンドをDCRに装填し、そしてランを各添加物上でほぼ2時間続けた。添加物Tを評価するために、第2のブレンドは、85gの水熱的に不活性化された添加物、14.75gの平衡触媒および0.25gの不活性化されたCP(登録商標)−3を含有していた。表13から推測することができるように、安定化金属の一定モル数において、ZnおよびFeはフェリエライト上で類似のNO低減性能を呈し、そして安定化されたフェリエライト中のMgまたはYを超える改善されたNO低減性能を示した。
Figure 2008539302

Claims (41)

  1. a)約2〜約7.2オングストロームの範囲の細孔寸法と、約500未満のAlに対するSiOのモル比を有するNO低減用ゼオライトを含んでなる有効なNO低減量のNO低減用組成物の存在において、炭化水素フィードストックをFCC接触分解触媒の循環する触媒粒子とFCCU中で接触させ、前記ゼオライトが亜鉛、鉄およびこれらの混合物からなる群から選択される安定化量の金属または金属イオンにより安定化され、そしてFCC工程時にNO排出物を低減する能力を有し、そして前記FCCUが再生域を有し、そしてFCC工程の条件下で運転され;そして
    b)NO低減用組成物の不在下で放出されるNO排出物の量と比較して、FCCUの再生域から放出されるNO排出物の量を低減する
    ことを含んでなる、炭化水素フィードストックを低分子量成分に流動接触分解(FCC)する時の流動接触分解ユニット(FCCU)の再生域からのNO排出物の改善された低減方法。
  2. FCC分解触媒がY−タイプゼオライトを含んでなる、請求項1に記載の方法。
  3. 接触分解触媒単独から得られる炭化水素フィードストックの転換率または接触分解炭化水素の収率と比較して、炭化水素フィードストック転換率または接触分解炭化水素の収率の実質的な変化無しで段階(b)が実施される、請求項1に記載の方法。
  4. NO低減用ゼオライトがフェリエライト、ZSM−11、ベータ、MCM−49、モルデナイト、MCM−56、ゼオライト−L、ゼオライトロー、エリオナイト、シャバザイト、クリノプチロライト、MCM−22、MCM−35、MCM−61、オフレタイト、A、ZSM−12、ZSM−23、ZSM−18、ZSM−22、ZSM−57、ZSM−61、ZK−5、NaJ、Nu−87、Cit−1、SSZ−35、SSZ−48、SSZ−44、SSZ−23、ダキアルダイト、メルリノイト、ロブダライト、レビン、ローモンタイト、エピスチルバイト、グメリナイト、ジスモンディン、カンクリナイト、ブリューステライト、スチルバイト、ポーリンジャイト、グースクリーカイト、ナトロライト、オメガまたはこれらの混合物からなる群から選択される、請求項1に記載の方法。
  5. NO低減用ゼオライトがフェリエライト、ベータ、MCM−49、モルデナイト、MCM−56、ゼオライト−L、ゼオライトロー、エリオナイト、シャバザイト、クリノプチロライト、MCM−22、オフレタイト、A、ZSM−12、ZSM−23、オメガおよびこれらの混合物である、請求項4に記載の方法。
  6. NO低減用ゼオライトがフェリエライトである、請求項5に記載の方法。
  7. NO低減用組成物が別々の粒子状添加物として存在する、請求項1に記載の方法。
  8. 粒子状NO低減用組成物が45μm以上の平均粒子寸法を有する、請求項7に記載の方法。
  9. NO低減用組成物がアルミナ、シリカ、シリカ−アルミナ、リン酸アルミナおよびこれらの混合物からなる群から選択される、約5〜約50重量パーセントの無機バインダーを更に含んでなる、請求項8に記載の方法。
  10. 粒子状NO低減用組成物中に存在するNO低減用ゼオライトの量が組成物の少なくとも30重量パーセントである、請求項9に記載の方法。
  11. 粒子状NO低減用組成物中に存在するNO低減用ゼオライトの量が組成物の少なくとも40重量パーセントである、請求項10に記載の方法。
  12. 粒子状NO低減用組成物中に存在するNO低減用ゼオライトの量が組成物の少なくとも50重量パーセントである、請求項11に記載の方法。
  13. 粒子状NO低減用組成物中に存在するNO低減用ゼオライトの量が組成物の約10〜約85重量パーセントの範囲である、請求項9に記載の方法。
  14. 粒子状NO低減用組成物中に存在するNO低減用ゼオライトの量が組成物の約30〜約80重量パーセントの範囲である、請求項13に記載の方法。
  15. 粒子状NO低減用組成物中に存在するNO低減用ゼオライトの量が組成物の約40〜約75重量パーセントの範囲である、請求項14に記載の方法。
  16. 無機バインダーがアルミナである、請求項9に記載の方法。
  17. アルミナが酸あるいは塩基で解膠されたアルミナである、請求項16に記載の方法。
  18. アルミナがアルミニウムクロロヒドロールである、請求項17に記載の方法。
  19. NO低減用組成物中に存在する無機バインダーの量が組成物の約10〜約30重量パーセントの範囲である、請求項9に記載の方法。
  20. NO低減用組成物中に存在する無機バインダーの量が組成物の約15〜約25重量パーセントの範囲である、請求項19に記載の方法。
  21. NO低減用ゼオライト成分が250未満のAlに対するSiOのモル比を有する、請求項1に記載の方法。
  22. アルミナ、シリカ、シリカ−アルミナ、チタニア、ジルコニア、イットリア、ランタナ、セリア、ネオジミア、サマリア、ユーロピア、ガドリニア、プラセオジミアおよびこれらの混合物からなる群から選択されるマトリックス材料を更に含んでなる、請求項9に記載の方法。
  23. マトリックス材料が70重量パーセント未満の量で存在する、請求項22に記載の方法。
  24. 分解触媒を前記接触段階から回収し、そして使用済の触媒を再生域中で処理して、前記触媒を再生することを更に含んでなる、請求項1あるいは3に記載の方法。
  25. 分解触媒および粒子状添加物組成物が前記炭化水素フィードストックとの接触時に流動化される、請求項1あるいは3に記載の方法。
  26. 炭化水素フィードを少なくとも1つの更なるNO低減用組成物と接触させることを更に含んでなる、請求項1あるいは3に記載の方法。
  27. NO低減用組成物が約50〜約200μmの平均粒子寸法を有する、請求項8に記載の方法。
  28. NO低減用組成物が約55〜約150μmの平均粒子寸法を有する、請求項27に記載の方法。
  29. 粒子状NO低減用組成物が50未満のダビソン磨耗指数(DI)値を有する、請求項8に記載の方法。
  30. 粒子状NO低減用組成物が20未満のダビソン磨耗指数(DI)値を有する、請求項29に記載の方法。
  31. 粒子状NO低減用組成物が15未満のダビソン磨耗指数(DI)値を有する、請求項30に記載の方法。
  32. FCC接触分解触媒がY−タイプゼオライトを含んでなり、そして触媒の触媒粒子中のNO低減用組成物の量が全触媒の触媒粒子中で2未満のY−タイプゼオライトに対するNO低減用ゼオライト成分の比をもたらすのに充分な量である、請求項7に記載の方法。
  33. 全触媒の触媒粒子中のY−タイプゼオライトに対するNO低減用ゼオライト成分の比が1未満である、請求項32に記載の方法。
  34. 分解触媒単独から得られる炭化水素フィードストックの転換率または接触分解炭化水素の収率と比較して、炭化水素フィードストックの転換率または接触分解炭化水素の収率の実質的な変化無しで段階(b)が実施される、請求項33に記載の方法。
  35. NO低減用組成物が分解触媒の成分としてFCC分解触媒の中に組み込まれる、請求項1に記載の方法。
  36. FCC分解触媒中に存在するNO低減用組成物の量が分解触媒の少なくとも0.1重量パーセントである、請求項35に記載の方法。
  37. FCC分解触媒中に存在するNO低減用組成物の量が分解触媒の約0.1〜約70重量%の範囲である、請求項36に記載の方法。
  38. FCC分解触媒中に存在するNO低減用組成物の量が分解触媒の約1〜約50重量%の範囲である、請求項37に記載の方法。
  39. 炭化水素フィードを少なくとも1つの更なるNO低減用組成物と接触させることを更に含んでなる、請求項35に記載の方法。
  40. NO低減用ゼオライトが亜鉛金属または亜鉛イオンにより安定化されている、請求項7あるいは35に記載の方法。
  41. NO低減用ゼオライトが亜鉛金属または亜鉛イオンにより安定化されている、請求項6に記載の方法。
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