JP2521873B2 - 潤滑基油の製造方法 - Google Patents

潤滑基油の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、汎用のハイドロフィニ
ッシング(水素化仕上げ)された潤滑基油と高粘度指数
を有する潤滑基油とを一つの反応器で製造する潤滑基油
の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】汎用の潤滑基油製造のためのハイドロフ
ィニッシングは、通常、アルミナ担体上に周期律表第VI
A族及び第VIII族第4周期の元素から選ばれた金属を担
持した触媒を用い、常圧換算沸点250〜700℃の範
囲にある減圧蒸留留分、減圧蒸留残分のプロパン脱アス
ファルト処理油、或いはこれらをフルフラールを用いて
溶剤精製したラフィネート等の、硫黄分0.5〜3wt
%、窒素分10〜400重量ppmを含んだ潤滑基油製
造中間体を、50〜100kg/cm2 の水素加圧下
で、100〜2000l/lの水素/油比、0.5〜5
hr-1の液空間速度(LHSV)、250〜380℃の
温度等の条件下に行なわれている。
【0003】一方、粘度指数130以上の潤滑基油は、
例えば含ろう油、あるいはスラックワックスを、水添分
解、異性化等の方法で処理することにより得ることがで
きる。このうちでも、スラックワックスを異性化して得
られる潤滑基油は、粘度特性、酸化安定性、蒸発特性と
いった点で優れた性能を有し、高性能潤滑基油の製造に
とって魅力的な基材であり、スラックワックスを有効利
用できるという利点も有している。このスラックワック
スの異性化のための触媒のうち、貴金属を含むもの(例
えば、特開平1−281148号公報参照)は、汎用潤
滑基油原料を処理する場合、触媒の被毒成分となり得る
硫黄分、窒素分、芳香族分を多く含むため、汎用潤滑基
油原料を直接処理することができない。また、スラック
ワックスの処理においても、硫黄分をあらかじめ十分に
除去するための処理が必要である。
【0004】一方、ニッケルおよび/またはコバルトと
モリブデンおよび/またはタングステンとリン酸化物か
らなる触媒を用いて高い粘度指数を有する潤滑油を製造
する方法が提案され(特公昭54−2204号公報)、
これには、この触媒が脱ろうされた残渣油、すなわち、
汎用潤滑基油原料の処理にもスラックワックスの処理に
も適用できることが開示されている。しかし、この触媒
を一の反応器に充填して、これらの原料を交互に処理す
る記載はもちろん、処理できることを示唆する記載もな
い。
【0005】汎用潤滑基油原料のハイドロフィニッシン
では、その中に含まれている硫黄分、窒素分、酸素
の除去が重要であるが、スラックワックスの異性化に
は、それらとは全く異なる活性を示す触媒が必要である
ため、汎用潤滑基油製造のためのハイドロフィニッシン
とスラックワックスの処理による高粘度指数の潤滑基
油の生産には反応器を別々に設けることが必要と考えら
れてきた。したがってスラックワックスの異性化により
潤滑基油の製造を新たに開始しようとする場合は、反応
器を新設しなければならず、経済上の問題があった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記課題を解
決したもので、本発明の目的は一つの反応器で、ハイド
ロフィニッシングされた汎用潤滑基油とワックスの異性
化による高粘度指数の潤滑基油とを製造する方法を提供
することにある。本発明のもう一つの目的は、ワックス
の異性化による高粘度指数基油の製造、及び含硫黄潤滑
基油製造中間体のハイドロフィニッシングによる汎用潤
滑基油の製造を、長期間にわたって触媒活性の低下なく
続けることが可能な方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記課題を
達成するために鋭意検討を行った結果、水素存在下で、
含硫黄潤滑基油製造中間体を触媒に接触させてハイドロ
フィニッシングを行なった後、原料油を切り替え、ワッ
クスを接触させた際に起こる異性化活性の低下は比較的
短時間のうちに回復して異性化反応が円滑に進行するよ
うになり、その後また含硫黄潤滑基油製造中間体に切り
替えた際にもハイドロフィニッシング活性が維持され、
汎用潤滑基油とワックスの異性化による高粘度指数の潤
滑基油の製造を交互に繰り返して行なうことができると
いう驚くべきことを見出した。更にワックスを通すこと
により、ハイドロフィニッシングの際に触媒上に堆積し
た、触媒劣化の原因となる炭素質量が減少し、長時間に
わたって触媒活性が維持されることを見出した。
【0008】本発明はかかる知見に基づきなされたもの
で、本発明は耐火性酸化物担体に必須成分として周期律
表第VIA族及び第VIII族第4周期の元素から選択された
少なくとも1種の金属成分を担持した触媒、特に好まし
くは、アルミナもしくはこれにシリカを含有させたアル
ミナ担体に、モリブデン、ニッケル及びリンを担持した
触媒を用い、原料として含硫黄潤滑基油製造中間体とワ
ックスを交互に供給し、含硫黄潤滑基油製造中間体を
0〜100kg/cm 2 の水素加圧下、250〜380
℃の温度下でハイドロフィニッシングする操作とワック
スを50〜150kg/cm 2 の水素加圧下、320〜
450℃の温度下で異性化する操作とを同一反応器で交
互に行なうことからなる潤滑基油の製造方法である。
【0009】本発明で用いられる触媒の耐火性酸化物担
体としては、アルミナ、シリカ、アルミノシリケート、
チタニア、マグネシア、ジルコニア等或いはこれらの2
以上を含むものからなる多孔質担体を例示でき、特には
アルミナまたはアルミナにシリカを含有させたアルミナ
担体を用いることが好ましい。このアルミナ担体は20
0m2 /g以上の比表面積、0.5ml/g以上の細孔
容積を有するものが好ましく、またシリカは30重量%
以下の含有量とすることが好ましい。
【0010】また、上記担体に担持させる必須成分であ
る周期律表第VIA族及び第VIII族第4周期の金属として
は、例えば、モリブデン、タングステン、コバルト或い
はニッケル等が好適であり、これらは単独でも、或いは
これら金属を2種以上組み合わせて担持しても良く、ま
た、必須成分であるこれらの金属の他に、例えば、リ
ン、ホウ素等の他の元素と組み合わせて担持されても良
い。
【0011】この金属の担持量は、金属成分合計量とし
て3〜30重量%、特には10〜20重量%とすること
が好ましく、金属以外の元素は、10重量%以下の担持
が好ましい。特には、モリブデンを8〜15重量%、ニ
ッケルを2〜5重量%及びリン1〜5重量%担持した触
媒を用いることが好ましい。
【0012】上記本発明にいうハイドロフィニッシング
用原料油である潤滑基油製造中間体とは、通常の潤滑油
製造工程で得られる中間体、典型的には常圧換算沸点で
250〜700℃の範囲にある減圧蒸留留分、減圧蒸留
残分のプロパン脱アスファルト処理油、或いはこれらを
フルフラールを用いて溶剤精製したラフィネート等、あ
るいはこれらの2種以上の混合物等であり、硫黄分を
0.5〜5wt%、窒素分を10〜400wtppm程
度含有しているものを用いることができる。また、この
ハイドロフィニッシングは、50〜100kg/cm2
の水素加圧下で、100〜2000l/lの水素/油
比、0.5〜5hr-1の液空間速度(LHSV)、25
0〜380℃の温度の条件下に行うと良い。なお、潤滑
油の水素化精製には二つの方式があり、一つはハイドロ
フィニッシング(hydrofinishing)で、他の一つは水素化
処理(ハイドロトリーティング;hydrotreating)であ
る。前者のハイドロフィニッシングは、比較的低い温度
および低い水素圧で水素化し、従来の硫酸、白土仕上げ
に代えて潤滑基油製造中間体中の微量の極性物質や不純
物を除去するもので、後者の水素化処理は、比較的高い
温度および高い水素圧で水素化を行って、従来の潤滑油
の製造に用いられていた溶剤抽出法を省略して、潤滑油
原料を化学的に変換して高品質の潤滑油基油を製造する
プロセスである。本発明は上記意味での前者のハイドロ
フィニッシングを指すものである。
【0013】一方、異性化用の原料であるワックスは、
特にその種類を問わないが、潤滑油製造工程の1つであ
る脱ろう工程で得られるスラックワックス、すなわち、
減圧蒸留中質、重質留分もしくは減圧蒸留残渣分の脱ア
スファルト処理油を、フルフラール等を用いた溶剤精
製、及び/又は水素化精製装置で処理するか、もしくは
処理することなく、溶剤脱ろう装置にかけて得られるも
のが好適である。このスラックワックスには、キャピラ
リーカラムを用いたガスクロマトグラフィーによって測
定されるn−パラフィンが10〜80重量%含まれてい
る。このスラックワックスは各留分ごとに単独で処理し
ても、他の留分のものと混合して処理しても良い。この
異性化は、50〜150kg/cm2 の水素加圧下で、
100〜3000L/Lの水素/油比、0.5〜1hr
-1の液空間速度(LHSV)、320〜450℃の温度
の条件下に行うと良い。
【0014】本発明は上記ハイドロフィニッシングと異
性化とを同一反応器で交互に行うものであるが、これは
反応器に供給される原料油種を切り替え、その後条件を
設定し直すか、条件を設定し直してから、その後原料油
種を切り替えるいずれの方法で行なっても良い。ハイド
ロフィニッシングから異性化への切り替えの初期におい
ては、触媒の活性が十分に発揮されないため目的の性状
を有する潤滑基油を得ることができない。これは、ハイ
ドロフィニッシングの際に触媒上の異性化活性点が被毒
されるためであるが、比較的短期間のうちに活性が復活
し、目的の性状を有する潤滑基油を得ることができるよ
うになる。
【0015】この場合、切り替え直後に、反応温度を目
的とする反応レベルを得るに必要な温度よりも高くする
と活性の回復を著しく早めることができる。例えば、切
り替え直後の温度を所定の反応温度より10〜30℃高
めることにより、被毒物質が早期に除去され、24時間
以内には異性化活性が回復することが認められた。従っ
て、原料油種をハイドロフィニッシングから異性化用へ
切り替えた際は、異性化の所定反応温度より10〜30
℃高めた温度で、12〜24時間異性化活性回復のため
の運転をすることが好ましい。その後、所定の温度に戻
すことによって目的の性状を有する潤滑基油を得ること
ができるようになる。
【0016】その後、またハイドロフィニッシングに切
り替える際には、水素化活性(脱硫、脱窒素)の低下は
起らないので、所定の反応温度に設定すれば目的とする
ハイドロフィニッシング油がただちに得られる。通常、
水素化活性は、処理量の増加すなわち処理時間の経過と
ともに低下するので、水素化活性を維持するために反応
温度を徐々に上げる必要がある。しかし、本発明のワッ
クスの異性化とを交互に行なえば、触媒劣化の原因とな
る触媒上の炭素質が減少し、長期の運転が可能となる。
【0017】ハイドロフィニッシングと異性化反応は、
前述したような反応条件で行なわれるが、同一反応器で
行なうには、水素圧、水素/油比は同一条件のままと
し、液空間速度、反応温度のみを上述のように変更する
のが運転上好ましい。またハイドロフィニッシング及び
異性化反応では副反応である分解反応による軽質留分へ
の転化が起こり、この潤滑基油としては望ましくない軽
質留分を除去するため、減圧蒸留を行なう必要がある
が、このための蒸留についてもハイドロフィニッシング
及び異性化の両者において共通の精留塔を使用できる。
さらに、通常、このハイドロフィニッシング生成物と異
性化生成物の減圧蒸留残分はともに、脱ろう装置にかけ
られるが、この脱ろう条件も、両者においてさほど違い
がないため共通して使用できる。
【0018】
【実施例】実施例1 固定床流通反応器に、アルミナ担体上に12重量%のモ
リブデン、3重量%のニッケル、2.5重量%のリンを
担持した、比表面積180m2 /g、細孔容積0.42
ml/gを有する触媒を充填し、触媒を硫化した後、表
1に示した性状を有する原料油I、原料油IIを交互に水
素の存在下で通油した。まず、原料油Iを、水素圧80
kg/cm2 ,水素/油比500l/l,LHSV0.
5hr-1,反応温度400℃で72時間通油した。次
に、LHSV1.0hr-1,反応温度330℃とした以
外は前記と同じ条件にして、原料油IIを72時間通油し
た。その後、原料油を原料油Iに切替え、LHSVを
0.5hr-1,反応温度を420℃に変えた以外は、前
記と同じ条件で20時間通油した後、反応温度のみを4
00℃に戻して50時間通油した。その後、LHSVを
1.0hr-1,反応温度を330℃に変更して、再度原
料油IIを72時間通油した。それぞれの場合の原料油切
り替え後の時間と生成油の性状を表2に示した。
【0019】
【表1】
【0020】
【表2】 生成油のサンプリングは2時間とし、表中の切り替え後
の時間は、サンプリング終了時の時間を示す。表中、N
P転化率はn−パラフィンの減少率、分解率は沸点が3
30℃より軽質の留分の収率を示す。
【0021】原料油IのNP転化率、分解率及び原料油
IIの脱硫率は原料油切り替え後32時間目には、すでに
いずれも満足すべき結果が得られており、それぞれ別個
の触媒、及び装置を用いた場合に比べて遜色はなかっ
た。
【0022】実施例2 実施例1と同じ触媒、反応装置
を用いて、原料油I、原料油IIを交互に水素の存在下で
通油した。原料油Iを、水素圧80kg/cm2 ,水素
/油比500l/l,LHSV0.5hr-1,反応温度
400℃で72時間通油した。次に、LHSV1.0h
-1,反応温度を330℃とした後、原料油IIを72時
間通油した。その後、原料油を原料油Iに切替え、LH
SV0.5hr-1,反応温度400℃で169時間通油
した。それぞれの場合の原料油切替え後の時間とその時
の生成油の性状を表3に示した。
【0023】
【表3】 生成油のサンプリングは2時間とし、表中の切り替え後
の時間は、サンプリング終了時の時間を示す。
【0024】表2と表3とを比較することにより、ハイ
ドロフィニッシングから異性化への切替え時に温度を高
めることによりワックスの異性化活性の早期回復がなさ
れることが明らかである。
【0025】実施例3 実施例1と同一の触媒を固定床流通式反応器に充填し、
硫化を行なった後、原料油IIを水素の存在下で、水素圧
80kg/cm2 ,水素/油比500l/l,LHSV
1.0hr-1,温度330℃で120時間通油した。生
成油中の硫黄分は0.11wt%であった。その後、原
料油を原料油Iに切替え、LHSV0.5hr-1,反応
温度420℃で24時間通油した。切り替え後12時間
後の生成油のNP転化率は55.0%であったが、24
時間後の生成油のNP転化率は82.0%であった。こ
の使用済み触媒の組成,表面積,細孔容積,中央細孔径
を表4に示した。
【0026】比較例1 実施例1と同一の触媒を固定床流通式反応器に充填し、
硫化を行なった後、実施例と同一条件で原料油IIを
通油した。生成油中の硫黄分は0.12wt%であっ
た。この使用済み触媒の組成,表面積,細孔容積,中央
細孔径を表4に示した。
【0027】
【表4】
【0028】表4より、ワックス通油により、炭素量,
窒素量が大幅に減少し、表面積,細孔容積が回復してい
ることがわかる。
【0029】実施例4 実施例1の触媒を固定床流通式反応器に充填し、硫化を
行なった後、原料油IIを水素の存在下で水素圧80kg
/cm2 ,水素/油比500l/l,LHSV1.0h
-1,温度330℃で240時間通油した。次に、原料
油を原料油Iに切り替え、LHSV0.5hr-1,反応
温度420℃で20時間通油した後、反応温度を400
℃にして240時間通油した。その後、上記の条件で原
料油IIと原料油Iを交互に通油し、それぞれの原料油を
合計12回ずつ通して実験を終了した。原料油IIよりの
生成油中の硫黄分の推移,原料油Iよりの生成油中のN
P転化率,分解率の推移を表5に示した。
【0030】
【表5】
【0031】表5より、原料油IIと原料油Iを交互に通
油することにより、長時間にわたって触媒活性の低下な
く運転できることがわかる。
【0032】参考例 実施例1における表2中の生成油6を、減圧下で蒸留し
て軽質分を除去し、初留点327℃の沸点を有する残留
分を得た。次いでこれをメチルエチルケトン/トルエン
(1/1容量比)を溶剤として用いて、表6に示した条
件で脱ろう処理をして、潤滑基油Aを得た。この基油の
性状を表6に示した。
【0033】また、実施例1における表2中の生成油8
を、メチルエチルケトン/トルエン(1/1容量比)を
溶剤として用いて、表6に示した条件で脱ろうして潤滑
基油Bを得た。この基油の性状を表6に示した。
【0034】
【表6】 表中の収率は初留点327℃の沸点を有する残留分に対
するもの。
【0035】
【発明の効果】本発明は、一つの反応器で、ハイドロフ
ィニッシングされた汎用の潤滑基油とワックスの異性化
による高粘度指数の潤滑基油とを製造することができ、
既設の反応器を有効利用することができ、また長時間に
わたって触媒活性の低下なく運転することができ、潤滑
基油の製造方法として経済的にすぐれたものである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C10M 101/02 C10M 101/02 109/00 109/00 // C10N 20:02 C10N 20:02 60:00 60:00 60:02 60:02 70:00 70:00

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 耐火性酸化物担体に必須成分として周期
    律表第VIA族及び第VIII族第4周期の元素から選択され
    た少なくとも1種の金属成分を担持した触媒を用い、
    料として含硫黄潤滑基油製造中間体とワックスを交互に
    供給し、含硫黄潤滑基油製造中間体を50〜100kg
    /cm 2 の水素加圧下、250〜380℃の温度下でハ
    イドロフィニッシングする操作とワックスを50〜15
    0kg/cm 2 の水素加圧下、320〜450℃の温度
    下で異性化する操作とを同一反応器で交互に行なうこと
    を特徴とする潤滑基油の製造方法。
  2. 【請求項2】 触媒が、アルミナもしくはこれにシリカ
    を含有するアルミナ担体に、周期律表第VIA族及び第VI
    II族第4周期の元素を担持した触媒であることを特徴と
    する請求項1記載の潤滑基油の製造方法。
  3. 【請求項3】 触媒がアルミナ担体に、モリブデン、ニ
    ッケル及びリンを担持した触媒であることを特徴とする
    請求項1記載の潤滑基油の製造方法。
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