表征数据在固体催化剂专利保护中的作用

石??油??炼??制??与??化??工

2005年10月????????????????PETROLEUMPROCESSINGANDPETROCHEMICALS??????????

第36卷第10期??

表征数据在固体催化剂专利保护中的作用

徐??明

(石油化工科学研究院,北京100083)

????摘要??论述了具有活性的多组分固体产品的表征数据在其专利保护中的重要作用,说明了适用于申请产品专利的表征数据类型,较为详细地论述了如何充分利用该类产品组成上的表征数据以及物理和机械性能上的表征数据申请产品专利的方法,并论述了产品组分的上位概括方法和从制备方法的改进对最终产品的影响寻找区别特征的方法。关键词:催化剂??吸附剂??表征数据??专利

1??前??言

具有活性的多组分固体产品主要包括固体催化剂和吸附剂,是化学工业各个工艺过程的核心技术。此类产品的特点是组分不多,一般包括一种或多种活性组分以及粘结剂、稀释剂或载体,组分之间常有相互作用,是一种较为复杂的多组分固体物质,其性能常因制备方法的不同而改变。对此类产品进行充分的表征是研究其性能的重要手段,也是申请专利,及时对其进行充分有效的知识产权保护所需要的。但专利申请所需的表征数据与实际研究所用的表征数据的侧重点有所不同。本文以固体催化剂为例,论述表征数据在上述多组分固体产品专利保护中的作用和如何运用表征数据申请产品类型的专利。

2??表征数据在专利保护中的重要性和必要性

专利的保护范围以授权专利权利要求限定的范围为准,其中独立权利要求的保护范围最宽,从属权利要求的保护范围相对较窄。权利要求要以说明书为依据,即专利说明书用来支持权利要求书,对权利要求书所述的技术方案进行说明,并提供对权利要求作进一步解释的依据,其中列出的具体实施方式和实例向本领域技术人员详细说明专利的实施方法。

专利权利要求保护的是一种本领域技术人员依据说明书可以实施的技术方案,该方案是解决特定技术问题所需的必要技术特征的组合,也就是说,权利要求保护范围的大小是由其所包含的技术特征的多少和涵盖范围大小决定的。而对技术进授权的区域内进行独占实施或许可。这就要求专利保护的技术方案要易于与其它技术相区别,并且

在实际操作中更易于鉴别。因此,以产品为技术特征的催化剂产品权利要求的保护力度要强于以制备方法为特征的方法权利要求,因为催化剂产品比制备方法更易于鉴别,也就易于查处潜在的侵权产品,对专利进行有效保护。所以表述催化剂产品的表征数据即成为专利保护的重要数据。

固体催化剂产品的性能往往由其制备方法决定,同样组分、不同的制备方法常常导致催化剂性能上的较大差异,改进催化剂性能常从改进制备方法开始,但直接用制备方法申请专利,得到的专利保护力度差,也不易与其它同类产品相区别。因此,必须尽可能地对改进制备方法的催化剂产品进行充分细致的表征,找出该产品与其它现有产品的区别,及时申请催化剂产品专利。3??适用于申请专利的表征数据

要获得专利保护,催化剂产品就要具备专利性,即实用性、新颖性和创造性。所谓实用性是指专利申请的产品要有一定的用途,并且能重复制备,一般催化剂均能满足实用性要求。新颖性是指要求保护的催化剂要与已有技术的催化剂不同,所谓已有技术是指申请日之前公开的文献中记载的催化剂或国内已公开使用的催化剂。判断新颖性的方法是申请专利的产品至少要有一个与已有产品不同的技术特征,对比时要将相关文献或产品与

收稿日期:2005??03??08;修改稿收到日期:2005??04??22。作者简介:徐明(1963-),女,高级工程师,1985年毕业于大连,

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申请专利的产品逐一对比。创造性是指申请专利的产品要具有突出的实质性特点和显著的进步。判断创造性的方法是专利申请要有非显而易见性,即申请专利的产品不能由两篇相关的文献加合而得到。若专利申请的产品与一篇相关文献的区别特征在另一篇相关文献中被公开,并且其功能和应用领域相同,则该专利申请无创造性。

申请催化剂产品专利,在保证其具有专利性的同时,还要尽可能地考虑扩大保护范围。这就需要用适当的催化剂表征数据来构成产品专利的权利要求。催化剂研究中应用的表征数据有多种,主要包括表征催化剂本身构成和性质的数据以及表征催化剂反应性能的数据,前者又分为催化剂构成数据、物理性质数据、化学性质数据和机械性能数据,其中的催化剂构成数据、物理性质数据和机械性能数据较适于申请专利。这三种数据不仅容易用分析方法和仪器分析获得,而且易于与其它已有技术相区别,有利于专利授权后鉴别同类催化剂,查处侵权行为。而催化剂的化学性质数据,如酸碱性虽然在催化剂研究中很重要,但以此作为特征申请专利,则很难与其它催化剂区别,不能满足专利新颖性的要求。

总之适于申请专利的催化剂表征数据或表征数据的组合应使该催化剂具有唯一性,容易分析鉴别,并且所用的表征数据宜为催化剂成品的表征数据,而不宜用催化剂制备过程中产生的中间态以及催化剂使用中的表征数据。

4??如何运用表征数据申请产品专利

催化剂产品要获得充分有效的专利保护,就要在专利申请时根据所知的已有技术,运用适当的催化剂表征数据将权利要求限定在一个最宽的范围,以期专利授权后,得到一个较宽的保护范围,能够把构成专利主体思想的若干方案尽可能地包含在其中。另外,还要列出较为优化和细化的其它表征数据,组成一系列从属权利要求,以便实质审查时针对审查员查出的更相关对比文献,缩小权利要求范围,获得专利授权。

专利权利要求中包含的技术特征越少,其保护范围越宽。技术特征所使用的技术术语内涵越大,涵盖的物质就越多,保护的范围也越大。具体到催化剂产品,以催化剂组成限定的权利要求保护范围最宽。催化剂组成是唯一可独立应用于权利要求的表征数据,其它表征数据只能用来辅助限定催化4.1??充分运用催化剂的组成数据

申请专利时,为获得最宽的保护范围,首先要找出催化剂与已有技术在组成上的区别特征,并以此为发明点申请产品专利。区别特征可以是组分,也可以是组分含量,或几种组分的含量比。这里所说的组分涵义较广,包括以化学名称或结构式表述的活性组分、助剂、载体、粘结剂、改性剂、稀释剂等,还包括纯物质的物相,金属组分的价态等,只要是存在于催化剂成品中的可量化的组分即可。对于区别特征是化合物的情况,还要对其用适当的上位概念概括,并限定其含量范围,以扩大保护范围,防止他人稍加改动即可逃出专利的保护范围,无偿使用专利技术。为此,研制中要尽量找出与区别组分类似的物质,探究其效果。概括上位概念时宜用物质的名称表述,所属领域中没有相应名称,需要自行定义的,要使用表示组分结构特征的语言描述上位概念,而不宜用功能语言概括,因为功能语言涵义不清,概括不全。

4.1.1??组合催化活性组分??若一种催化剂体系中包含两种类型的催化剂,如烯烃聚合过程中使用的茂金属催化剂具有较好的反应性能,由其制备的聚乙烯强度高、透明性好,但相对分子质量分布窄,难于用现有设备加工。为改善其加工性,往往在其中再加入一种常用的Ziegler??Natta型催化剂,这两种催化剂的结合就构成了专利,其区别特征就是所用的两种催化剂的组合。因此,申请专利时只需对两种类型的催化剂分别用组成表达式或结构表达式表征即可。

若催化剂的区别特征是几种金属氧化物的组合,较好的方法是用所含金属氧化物的通式表达式,如ABnCmDxOv这样的形式来限定权利要求,其中A~D为催化剂中所含的金属组分,下角标为各金属组分的含量。每种金属组分均可包括一至多种功能类似的金属,如A可以是钛、铝、锆或锌。4.1.2??金属组分??若区别特征是金属组分,宜使用金属组分位于元素周期表中的族序号来概括,如铼用??B族金属概括,锗和锡用 A族金属概括,也可采用具有同一性质的金属族名称来概括,如铕用镧系金属或过渡金属概括,镁用碱土金属概括。一般催化剂中金属组分在焙烧后以氧化物的形式存在,因此,金属组分的量既可用金属含量限定,也可用金属氧化物含量限定。

若催化剂的金属组分和其它组分均无法与已,,

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存在于催化剂中的一种金属的价态有+3和+2价,而二价金属氧化物有利于改善催化剂的性能,就可将二价金属氧化物的含量作为区别特征。4.1.3??金属盐??若催化剂的活性组分为金属盐,并且该金属盐是催化剂与已有技术的区别特征,则要根据催化剂所用金属盐的类型对其进行上位概括。如某种用于高酸原油脱酸的催化剂由一种碱金属盐和碱土金属氧化物组成,所述的碱金属盐为其氯化物、硝酸盐、碳酸盐或硫酸盐,这时即可将该碱金属盐概括成碱金属的无机盐,若所用的碱金属盐为其乙酸盐、环烷酸盐则可将其概括成碱金属的有机酸盐。如果实际应用中,催化剂中的某一种活性组分既可以是无机盐,也可以是有机酸盐,则根据所用的酸类型还可概括成一元酸盐、二元酸盐、含氧酸盐等,只要这种概括有足够的实施例支持,本领域技术人员根据专利申请公开的实例能够自然联想到即可。

4.1.4??有机化合物??烯烃聚合催化剂中活性组分为有机金属化合物,另外,还存在制备过程中加入的有机化合物,如给电子体化合物。所述的有机化合物可用同族化合物名称概括,如醇、酯、卤代烷烃、烷基铝等概括,而作为活性组分的有机金属化合物如近年来广泛研究的茂金属和非茂金属化合物,因结构复杂,命名繁琐且不规范,宜采用其化学结构通式来清楚地定义和概括。

4.1.5??有化学键相连的混合氧化物??此类物质一般指金属的含氧酸盐或含其它非金属元素的盐,其实质是二种或多种元素以TO4四面体为基本结构单元通过共享氧原子相互连接而成的大分子。典型的有无定形硅铝以及结晶物质沸石、粘土等。对催化剂使用的某种沸石进行上位概括,应先从沸石骨架中含有的元素着手,若元素是区别特征,即以元素概括,如硅铝沸石、磷铝沸石(ALPO)、硅磷铝沸石(SAPO)、钛硅分子筛等。对同一种类的沸石,如常用的硅铝沸石,则应以结构特征来进行上位概括,如ZSM??5沸石用高硅五元环型[1]的硅铝沸石概括,X,Y,??和丝光沸石可概括成具有十二元环结构的硅铝沸石。

对改性沸石,无论是添加组分还是交换的阳离子,均应将改性组分与沸石一起表述,如磷改性的ZSM??5沸石;M金属改性的??沸石,其中M可用A、B或C这样的方式来概括。如某一轻烃芳构化催化剂中使用了锌和稀土金属改性的ZSM??5沸石,要求就应由锌和稀土金属改性的ZSM??5沸石以及氧化铝的含量构成,锌和稀土金属改性的ZSM??5沸石为其区别特征。

若已有技术中公开的芳构化催化剂是由镧和锌改性的ZSM??5沸石为活性组分的,则上述权利要求限定的催化剂无新颖性,因为下位概念镧破坏了上位概念稀土金属的新颖性。但是,稀土金属包含的元素是较多的,镧并不能破坏其它稀土金属的新颖性,如果发明中制备芳构化催化剂使用的稀土为混合稀土氧化物,则可将锌和混合稀土改性的ZSM??5沸石视为与已有技术相区别的组分,申请催化剂产品专利,此时应将混合稀土视为一种特定的组分与镧相区别。

若沸石的改性是调变沸石的硅铝比,则应将调变后的硅铝比范围做为区别特征。如一种对二甲苯吸附剂使用硅铝原子比为1~1.15的低硅铝比X沸石为活性组分,而常规吸附剂使用的X沸石的硅铝原子比为1.25~1.5,则此低硅铝比的X沸石的硅铝比即可作为区别特征,与其它吸附剂组成特征共同组成吸附剂完整的权利要求。类似地,高硅铝比的Y型沸石的硅铝比也可作为催化剂的区别特征,如一种硅铝摩尔比为16~50的改性高硅Y沸石即可作为区别特征限定含有该种改性高硅Y沸石的催化裂化催化剂。

粘土为硅酸盐,主要分层状和链??层状两类,均是由硅氧四面体和铝氧八面体构成,四面体和八面体不同形式的叠加构成了多种粘土矿物。以粘土为区别组分时,对所用粘土的概括方式应按粘土层型分类的族、亚族和种依次进行上位概括,如高岭石族粘土、蒙皂石族、纤维棒石族粘土等。若某一催化剂与已有技术的区别组分为高岭土,即可将高岭土用上位概念高岭石族粘土概括,同时将同属高岭石族的不同种矿物地开石、珍珠陶土、埃洛石作为拓展替代组分包括在高岭石族粘土之内。又如,某一烯烃聚合催化剂的载体使用海泡石作为载体,与常用的烯烃聚合催化剂载体氯化镁或二氧化硅不同,并取得了较为理想的聚合效果。该催化剂与已有技术的区别就是载体,可将海泡石用纤维棒石族粘土来概括,考虑到属于纤维棒石族粘土的还有凹凸棒石,因此选用凹凸棒石作载体进行实验,也取得了良好的效果。该催化剂中使用的纤维棒石族粘土就包括了两种不同的矿物。权利要求范围因使用上位概念纤维[2]

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4.1.6??纯化合物的物相??载体是催化剂中的重要组分,用于载体的物质常为金属氧化物,如用于催化剂载体的氧化铝通常为????氧化铝,此类载体物质还可用物相特征来与已有技术区别。即载体的物相或物相组成也可成为区别特征限定催化剂产品。如固体超强酸催化剂中用于负载硫酸根的二氧化锆有四方晶相和单斜晶相两种物相,若制备的超强酸以四方晶相为主则应以四方晶相的含量为区别特征,以单斜晶相为主就要限定单斜晶相的含量,若两种晶相均有,就要以晶相组成为区别特征。另外,对不完全确定的物质,也可用XRD谱图中与其它同类物质相区别的谱峰表征,如一种用于乙烯聚合反应的催化剂使用常规的氯化镁载体负载活性组分,获得了极高的反应活性,但其制备的载体与无活性的无水 ??氯化镁具有相同的特征峰,仅在小角度范围内有不同于无水 ??氯化镁的特征峰,因此,可以此特征峰为区别特征,用载体的XRD谱图定义载体。

除用催化剂组分作为区别特征外,还可以某两种组分的特殊配比作为区别特征,或者仅以某一组分的含量作为区别特征,条件是这种组分的量不在已有技术规定的范围内,并且有意想不到的良好效果。如某篇专利公开了一种由A、B两种元素改性的沸石,由改性沸石作为活性组分制得的裂化催化剂具有较好的水热稳定性和热稳定性,并指出A组分的含量应在6%~13%,为说明改性沸石中A含量范围的重要性,还给出了由A含量低于6%的改性沸石制得的对比催化剂,说明其水热稳定性差。若研究者现在发现使用低含量A的上述改性沸石制得的催化剂用于重油裂化反应可以降低汽油产物的烯烃含量,提高轻油收率。此情况下,若以低A含量的A、B改性沸石为区别特征申请催化剂产品专利,将没有新颖性。若上述专利中没有公开低A含量改性沸石的对比例,而这种低A含量的改性沸石用在轻烃芳构化催化剂可以取得好的效果,则以该种低A含量的A、B改性沸石为区别特征可以获得轻烃芳构化催化剂产品专利。一般地,如果区别特征是某一组分的含量,而改进组分的应用领域又与已有技术相同,则以此为特征申请专利将无创造性。反之,若改进组分的应用领域与已有技术相差较远,则以改变某一组分含量为特征的催化剂产品可以获得专利。

4.2??适当运用催化剂的物理和机械性能参数

如果制备的催化剂在组分上无法与已有技术,剂物理参数甚或机械参数上的区别特征来限定催化剂产品,但这种限定必须在组成限定确定的情况下,作为催化剂细化的区别特征辅助使用,下面简单列举几例。

4.2.1??孔结构参数??主要包括比表面积、孔体积、孔径大小、孔分布等数据,是研究催化剂常用的表征数据。若催化剂制备时着重增大载体的比表面积,如制备固体超强酸催化剂时增大了二氧化锆的比表面积,此时比表面积即可作为区别特征。催化剂载体的改进常常是针对所加工的原料性质进行的,如重油催化裂化和加氢改质均需要孔径大和孔径分布合理的催化剂,因而就会调变载体的孔分布,如制备具有双峰孔分布的载体,此时,双峰孔分布就可以作为催化剂的区别特征。

4.2.2??晶貌形状??催化剂中所含物质的初级颗粒形状和大小也直接影响催化剂的反应性能,如沸石的晶粒大小可影响催化过程中的反应活性,研究证明小晶粒沸石可提高催化活性,但实际应用中考虑到其它因素的影响,并不是晶粒尺寸越小越好,而是有一个合理的尺寸范围,这一范围的晶粒尺寸即可作为催化剂的区别特征。同样地,如果某种催化剂使用的沸石比常规催化剂所用沸石的晶粒尺寸大,如某种甲苯择形催化剂使用的沸石较常规沸石的晶粒大,为3~6!m,常规沸石晶粒尺寸为2.0!m以下。则该种甲苯择形催化剂与已有技术的区别特征也是所述沸石的晶粒尺寸。

催化剂中载体的晶貌形状也可用于表征区别特征,如由高岭土原位合成制得一种纳米级沸石,其沸石晶粒生长在交错搭配的高岭土初级颗粒上,此种情况下,可以形成的初级颗粒形状为区别特征对催化剂产品进行限定。

4.2.3??活性物质分散均匀性??催化活性组分在载体中的分布均匀性也可作为特征限定催化剂,如制备催化剂的改进方法使某一金属组分在催化剂表层的含量与体相不同,即可以该金属组分在表层催化剂中的含量做为区别特征。一种方法制备的沸石表面Si/Al比与体相Si/Al比差别不大,说明其Si/Al比在沸石中的分布是均匀的,因此用这种沸石制备的催化剂其区别特征即为表面Si/Al比与体相Si/Al比的差值。

4.2.4??机械性能参数??催化剂的机械性能参数较少用于限定催化剂的权利要求,只有当用其它表征参数无法与已有技术区别,而改进之处又是提高催

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??????????石??油??炼??制??与??化??工??????????????????????2005年??第36卷??

剂载体挤条成型时使用的胶溶剂,使得催化剂的强度提高,即可以催化剂的压碎强度作为区别特征。如果制备的催化剂密度有了变化,与已有技术不同了,也可用来作为区别特征。

催化剂的物理和机械性能参数往往用于保护改进型催化剂。只有制备方法有专利性的情况下,才可选用恰当的表征数据申请改进的催化剂产品专利,如果方法没有专利性,即认为催化剂产品为已有技术,任何新颖的表征方法都不能使该催化剂获得专利。5??结束语

对具有活性的多组分固体产品,产品的表征数

据对申请产品专利,加强保护力度有极其重要的意义。对研制的具有活性的多组分固体产品,要尽量从制备方法的改进对最终产品特征的影响,在组成上找出与已有技术的区别特征申请产品专利;组成上不能与已有技术相区别的,要从产品的物理参数或机械性能参数上寻找区别特征,再将此区别特征与组成特征结合申请产品专利。

参??考??文??献

1??高滋主编.沸石催化与分离技术.北京:中国石化出版社,1999.

8~9

2??张乃娴.粘土矿物研究方法.北京:科学出版社,1990.3~4

THEEFFECTOFCHARACTERISTICDATAOFSOLIDCATALYSTONPATENTPROTECT

XuMing

(ResearchInstituteofPetroleumProcessing,Beijing100083)

Abstract??

Thesignificanteffectofthecharacteristicdataofthemulti??componentsolidproduct

possessingactivityonpatentprotectwasdiscoursed,andthesuitabletypesofthecharacteristicdataofthesaidproducttoapplyingproductpatentwasilluminated.Howtofullyutilizethecharacteristicdataoftheproductcomponent,andthecharacteristicdataofthephysicalandmechanicalpropertiesoftheproduct,toapplyingproductpatentwasexpoundedindetail.Basedontheeffectsofgeneralizationoftheproductcomponentsandtheimprovementofpreparationmethodonthefinalproduct,tofindthemethodfordistinguishingthecharacteristicdatawasalsoexplained.KeyWords:catalyst;adsorbent;characteristicdata;patent

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[荆门石化信通中心庞晓华摘译自油气在线,2005??6??2]