DE3215841A1 - CRYSTALLINE SILICATE PARTICLES, METHOD FOR THEIR PRODUCTION AND THEIR USE - Google Patents
CRYSTALLINE SILICATE PARTICLES, METHOD FOR THEIR PRODUCTION AND THEIR USEInfo
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Description
- 5 Beschreibung - 5 description
Die Erfindung betrifft kristalline Silikatzeolithe, ihre Synthese sowie Kohlenwasserstoffumwandlungsverfahren unter Einsatz dieser Materialien. Insbesondere befaßt sich die Erfindung mit der Synthese und der Verwendung von kristallinen Silikaten mit einer äußeren Schale, die Aluminium enthält, wobei diese Schale jedoch das gleiche Röntgenbeugungsmuster und die gleiche Kristallstruktur wie der Kern aus dem kristallinen Silikat aufweist.The invention relates to crystalline silicate zeolites, their synthesis and hydrocarbon conversion processes using these materials. In particular, the invention is concerned with synthesis and uses of crystalline silicates with an outer shell that contains aluminum, but this shell the same X-ray diffraction pattern and crystal structure as the core of the crystalline silicate exhibits.
Einige dieser Materialien sowie ihre Synthese sind bekannt. In der US-RE 29 948 werden Organosilikate mit ZSM-5-Struktur beschrieben. Die US-PS 4 061 724 beschreibt Silikalit. Von Bibby et al. wird in "Nature", Band 28 auf den Seiten 664 - 665 (23. August 1979) "Silicalite-2" beschrieben. Die Aluminosilikatzeolithe ZSM-5 und ZSM-11 werden in den US-PSen 3 702 886 und 3 709 979 beschrieben. Some of these materials and their synthesis are known. In US-RE 29 948 organosilicates are with ZSM-5 structure described. U.S. Patent 4,061,724 describes silicalite. Bibby et al. is described in "Nature", Volume 28 on pages 664 - 665 (23 August 1979) "Silicalite-2" described. The aluminosilicate zeolites ZSM-5 and ZSM-11 are described in U.S. Patents 3,702,886 and 3,709,979.
Infolge ihrer geordneten porösen Struktur, wodurch miteinander in Verbindung stehende Hohlräume erzeugt werden, sind die kristallinen Silikate und die ZSM-Zeolithe gegenüber bestimmten Molekülen selektiv. Dies bedeutet, daß die Poren Moleküle bestimmter Abmessungen zu adsorbieren vermögen, während solche mit größeren Abmessungen abgestoßen werden. Es war bisher noch nicht bekannt, die Selektivität dadurch zu erhöhen, daß wesentlich die Oberfläche von kristallinen Silxkatkrxstallxsatoren mit einer äußeren isokristallinen Schicht aus einem Aluminium-enthaltenden >Zeolith aktiviert wird. Es gibt einige Literaturstellen, welche die Inaktivierung der OberflächeDue to their ordered porous structure, which creates interconnected cavities, the crystalline silicates and the ZSM zeolites are selective towards certain molecules. This means, that the pores are able to adsorb molecules of certain dimensions, while those with larger dimensions be repelled. It was not previously known to increase the selectivity by significantly increasing the surface area of crystalline Silxkatkrxstallxsatoren with an outer isocrystalline layer of an aluminum-containing > Zeolite is activated. There are some references which explain the inactivation of the surface
von Aluminosilikaten in der Weise beschreiben, daß eine isokristalline äußere Schale aus einem aluminiumfreien
Material aufgebracht wird (vgl. die US-PSen 4 088 605, 4 148 713 und 4 203 869).
5of aluminosilicates in such a way that an isocrystalline outer shell of an aluminum-free material is applied (see US Pat. Nos. 4,088,605, 4,148,713 and 4,203,869).
5
Durch die Erfindung werden Teilchen zur Verfügung gestellt, die aus einem inneren Abschnitt und einem äußeren Abschnitt, der als Schale um den inneren Abschnitt vorgesehen ist, bestehen, wobei der äußere Abschnitt die gleiche Kristallstruktur wie der innere Abschnitt aufweist und der innere Abschnitt aus einem kristallinen Silikat mit mittlerer Porengröße besteht, das im wesentlichen frei von Aluminium ist, während der äußere Abschnitt Aluminiumoxid aufweist.The invention provides particles made up of an inner section and an outer Section, which is provided as a shell around the inner section, exist, the outer section the has the same crystal structure as the inner portion and the inner portion is made of a crystalline Silicate with a medium pore size, which is essentially free of aluminum, while the outer Has section aluminum oxide.
Die Erfindung betrifft ferner ein Kohlenwasserstoffumwandlungsverfahren, welches darin besteht, ein kohlenwasserstoffhaltiges Beschickungsmaterial mit Teilchen aus einem inneren Abschnitt und einem äußeren Abschnitt, der als Schale um den inneren Abschnitt angeordnet ist, wobei der äußere Abschnitt die gleiche Kristallstruktur wie der innere Abschnitt aufweist und der innere Abschnitt aus einem kristallinen Silikat mit mittlerer Porengröße besteht, das im wesentlichen frei von Aluminium ist, während der äußere Abschnitt Aluminiumoxid enthält, unter Kohlenwasserstoffumwandlungsbedingungen zu kontaktieren. The invention also relates to a hydrocarbon conversion process, which consists of a hydrocarbonaceous feedstock with particles from an inner section and an outer section, which is arranged as a shell around the inner section, wherein the outer portion has the same crystal structure as the inner portion and the inner portion consists of a crystalline silicate with a medium pore size that is essentially free of aluminum is to be contacted under hydrocarbon conversion conditions while the outer portion contains alumina.
Die erfindungsgemäß geeigneten kristallinen Silikate sind im wesentlichen aluminiumfreie Materialien mit mittlerer Porengröße und können die kieselsäurehaltigen Analoga von Zeolithen, wie ZSM-5 und ZSM-11, mit mittlerer Porengröße sein. Trotz ihres niedrigen Aluminiumgehaltes eignen sich die kristallinen Silikate zum Cracken undThe crystalline silicates suitable according to the invention are essentially aluminum-free materials with medium pore size and can use the silicic acid analogues of medium pore size zeolites such as ZSM-5 and ZSM-11. Despite their low aluminum content the crystalline silicates are suitable for cracking and
Hydrocracken und sind besonders wertvoll zur Durchführung
von katalytischen Hochdruckentwachsungsverfahren zur Gewinnung
von Olefinen, ferner zur Durchführung von Olefinpolymerisationsreaktionen
sowie zur Durchführung von
anderen Erdölraffinationsverfahren.Hydrocracking and are particularly valuable for carrying out catalytic high pressure dewaxing processes for the recovery of olefins, also for carrying out olefin polymerization reactions and for carrying out
other petroleum refining processes.
Obwohl sie ungewöhnlich geringe Aluminiumgehalte aufweisen,
d. h. hohe Siliziumdioxid:Aluminiumoxid-Verhältnisse zeigen, sind sie sehr aktiv sogar dann, wenn das Siliziumdioxid:Aluminiumoxid-Verhältnis
den Wert von 1000:1 übersteigt. Die Aktivität ist überraschend, da die katalytische
Aktivität im allgemeinen dem Netzwerk aus Aluminiumatomen und Kationen, die mit diesen Aluminiumatomen assoziiert
sind, zugeordnet wird. Diese Materialien behalten ihreAlthough they have unusually low aluminum contents, ie, show high silica: alumina ratios, they are very active even when the silica: alumina ratio exceeds 1000: 1. The activity is surprising because the catalytic activity is generally the network of aluminum atoms and cations associated with these aluminum atoms
are assigned. These materials keep theirs
Kristallinität während langer Zeitspannen sogar in Gegenwart von Wasserdampf bei hoher Temperatur bei, d. h. Bedingungen,
die ein irreversibles Zusammenbrechen des
Gitters vieler Zeolithe induzieren, beispielsweise des
X- und A-Typs. Kohlenstoffhaltige Ablagerungen könnenCrystallinity for long periods of time even in the presence of water vapor at high temperature, ie conditions that cause irreversible breakdown of the
Induce lattices of many zeolites, for example des
X and A types. Carbonaceous deposits can
durch Abbrennen bei Temperaturen entfernt werden, die höher sind als die Temperaturen, die gewöhnlich zur Wiederherstellung
der Aktivität eingehalten werden. In vielen
Umgebungen zeigen diese kristallinen Silikate eine sehr
geringe Neigung zur Koksbildung, eine Eigenschaft, welche diese Materialien für sehr lange Betriebszeitspannen zwischen
den durch Abbrennen erfolgenden Regenerierungszyklen geeignet macht.be removed by burning at temperatures higher than those normally used to restore activity. In many
These crystalline silicates show a very strong environment
low tendency to form coke, a property that makes these materials suitable for very long periods of operation between burn-off regeneration cycles.
Unter dem Begriff "mittlere Porengröße" ist eine wirksame
Porenöffnung zwischen ungefähr 5,0 und 6,5 A zu verstehen, wenn sich das kristalline Silikat in der Η-Form befindet.
Silikate mit Porenöffnungen innerhalb dieses Bereiches
neigen zu einzigartigen Molekularsiebeigenschaften. Im
Gegensatz zu kleinporigen Zeolithen, wie Erionit, ermög-The term "mean pore size" is to be understood as meaning an effective pore opening between approximately 5.0 and 6.5 Å when the crystalline silicate is in the Η form. Silicates with pore openings within this area
tend to have unique molecular sieve properties. in the
In contrast to small-pore zeolites such as erionite,
lichen sie den Eintritt von Kohlenwasserstoffen mit gewissen Verzweigungen in die Zeolithleerräume. Im Gegensatz zu großporigen Zeolithen, wie den Faujasiten, vermögen sie zwischen n-Alkanen und leicht verzweigten Alkanen einerseits und größeren verzweigten Alkanen mit beispielsweise quaternären Kohlenstoffatomen zu unterscheiden. they allow the entry of hydrocarbons with certain Branches into the zeolite voids. In contrast to large-pore zeolites, such as the faujasites, are capable they between n-alkanes and slightly branched alkanes on the one hand and larger branched alkanes with for example to distinguish quaternary carbon atoms.
Die wirksame Porengröße kann unter Anwendung von Standardadsorptionsmethoden sowie kohlenwasserstoffhaltigen Verbindungen mit bekannten minimalen kinetischen Durchmessern gemessen werden. In diesem Zusammenhang ist auf Breck "Zeolite Molecular Sieves", 1974 (insbesondere Kapitel 8) sowie Anderson et al. "J. Catalysis" 58, 114 (1979) zu verweisen.The effective pore size can be determined using standard adsorption techniques as well as hydrocarbon-containing compounds with known minimum kinetic diameters be measured. In this context, reference is made to Breck "Zeolite Molecular Sieves", 1974 (in particular Chapter 8) and Anderson et al. See "J. Catalysis" 58, 114 (1979).
Kristalline Silikate mit mittleren Porengrößen in der Η-Form gestatten in typischer Weise den Zutritt von Molekülen mit kinetischen Durchmessern von 5 bis 6 Ä 0 mit nur geringer Behinderung. Beispiele für derartige Verbindungen (und ihre kinetischen Durchmesser in Ä) sind folgende: n-Hexan (4,3), 3-Methylpentan (5,5), Benzol (5,85) sowie Toluol (5,8). Verbindungen mit kinetischen Durchmessern von ungefähr 6 bis 6,5 Ä können in die Poren in Abhängigkeit von dem jeweiligen Silikat gelangen, treten jedoch nicht so schnell ein und werden in einigen Fällen in wirksamer Weise ausgeschlossen. Verbindungen mit kinetischen-Durchmessern in dem Bereich von 6 bis 6,5 A sind folgende: Cyclohexan (6,0), 2,3-Dimethylbutan (6,1), 2,2-Dimethylbutan (6,2), n-Xylol (6,1) sowie 1,2,3,4-Tetramethylbenzol (6,4). Im allgemeinen vermögen Verbindungen mit kinetischen Durchmessern vpn mehr als ungefähr 6,5 Ä nicht in die Porenöffnungen einzudringen und können daher nicht im InnerenCrystalline silicates with medium pore sizes in the Η-shape typically allow the access of Molecules with kinetic diameters of 5 to 6 Ä 0 with little hindrance. Examples of such Compounds (and their kinetic diameters in Ä) are as follows: n-hexane (4,3), 3-methylpentane (5,5), Benzene (5.85) and toluene (5.8). Compounds with kinetic diameters of approximately 6 to 6.5 Å can get into the pores depending on the respective silicate, but do not enter as quickly and are effectively excluded in some cases. Connections with kinetic diameters in that The ranges from 6 to 6.5 Å are as follows: cyclohexane (6.0), 2,3-dimethylbutane (6.1), 2,2-dimethylbutane (6.2), n-xylene (6.1) and 1,2,3,4-tetramethylbenzene (6.4). in the In general, compounds with kinetic diameters of more than approximately 6.5 Å cannot enter the pore openings penetrate and therefore cannot get inside
des kristallinen Silikats adsorbiert werden. Beispiele für derartige größere Verbindungen sind o-Xylol (6,8) ,
Hexamethylbenzol (7,1), 1,3,5-Trimethylbenzol (7,5)
sowie Tributylamin (8,1).
5of the crystalline silicate are adsorbed. Examples of such larger compounds are o-xylene (6.8), hexamethylbenzene (7.1), 1,3,5-trimethylbenzene (7.5) and tributylamine (8.1).
5
Der bevorzugte wirksame Porengrößenbereich liegt zwischen ungefähr 5,3 und ungefähr 6,2 A. Silikalit fällt beispielsweise in diesen Bereich. Die bevorzugten kristallinen Silikate zeigen die Röntgenbeugungsmuster von ZSM-5 oder ZSM-11 oder von diesen beiden Materialien.The preferred effective pore size range is between about 5.3 and about 6.2 A. Silicalite falls for example in this area. The preferred crystalline silicates show the X-ray diffraction patterns of ZSM-5 or ZSM-11 or either of these two materials.
Zur Durchführung von Adsorptionsitiessungen zur Bestimmung der Porengröße werden Standardmethoden angewendet. Es ist zweckmäßig, ein besonderes Molekül als ausgeschlossen zu betrachten, wenn es nicht wenigstens 95 % seines Gleichgewichtsadsorptionswertes an dem Zeolith in weniger als ungefähr 10 min (p/po = 0,5; 250C) erreicht. Standard methods are used to carry out adsorption measurements to determine the pore size. It is expedient to consider a particular molecule to be excluded if it does not reach at least 95% of its equilibrium adsorption value on the zeolite in less than approximately 10 min (p / po = 0.5; 25 ° C.).
Das erwähnte Verhältnis Siliziumdioxid:Aluminiumoxid kann nach herkömmlichen Analysenmethoden ermittelt werden. Dieses Verhältnis repräsentiert so weitgehend wie möglich das Verhältnis (auf molarer Basis) von Siliziumdioxid zu Aluminiumoxid in dem starren anionischen Gitter des Silikatkristalls, wobei Aluminium in dem Bindemittel oder in kationischer oder anderer Form innerhalb der Kanäle ausgeschlossen ist. Wenn auch kristalline Silikate mit einem Siliziumdioxid:Aluminiumoxid-Verhältnis von wenigstens 200:1 geeignet sind, so ist es dennoch vorzuziehen, kristalline Silikate mit höheren Verhältnissen von wenigstens ungefähr 500:1 und insbesondere 1000:1 einzusetzen. Derartige Materialien erreichen nach der Aktivierung eine intrakristalline Sorptionskapazität für normales Hexan, die bei niedrigenThe mentioned ratio silicon dioxide: aluminum oxide can be determined using conventional analysis methods. This ratio represents as broadly as possible the ratio (on a molar basis) of silica to alumina in the rigid anionic Lattice of the silicate crystal, with aluminum in the binder or in a cationic or other form within the channels is excluded. Albeit crystalline silicates with a silicon dioxide: aluminum oxide ratio of at least 200: 1 are suitable, it is nevertheless preferable to use crystalline silicates with higher Use ratios of at least about 500: 1 and in particular 1000: 1. Achieve such materials after activation an intracrystalline sorption capacity for normal hexane, which at low
♦ ·♦ ·
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relativen Drucken größer ist als für Wasser.relative pressures is greater than for water.
Wie zuvor erwähnt, werden kristalline Silikate, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingesetzt werden, in verschiedenen Literaturstellen erwähnt. "SiIikalit" (US-PS 4 061 724) besitzt in synthetisierter Form ein spezifisches Gewicht bei 25°C von 1,99 _+ 0,05 g/cm3 , gemessen durch Wasserverdrängung. In kalzinierter Form (6000C in Luft während 1 h) besitzt Silikalit ein spezifisches Gewicht von 1,70 _+ 0,05 g/cm3. Die mittleren Brechungsindizes von Silikalitkristallen, gewonnen durch Messen der synthetisierten und der kalzinierten Form (6000C in Luft während 1 h) sind 1,48 +_ 0,01 bzw. 1,39 +_ 0,01,As mentioned above, crystalline silicates which are used to carry out the process according to the invention are mentioned in various literature references. "SiIikalit" (US Pat. No. 4,061,724) has, in synthesized form, a specific weight at 25 ° C. of 1.99 ± 0.05 g / cm 3 , measured by displacement of water. In calcined form (600 0 C in air for 1 h) has silicalite has a specific gravity of 1.70 + _ 0.05 g / cm 3. The average refractive indices of silicalite crystals, obtained by measuring the synthesized and the calcined form (600 0 C in air for 1 h) are 1.48 + 0.01 and 1.39 _ + _ 0.01,
Das Rontgenpulvermuster von Silikalit (6000C Kalzinierung in Luft während 1 h) weist als seine sechs stärksten Linien (d. h. interplanare Abstände) diejenigen auf, die in der Tabelle A zusammengefaßt sind ("S" = stark und "VS" = sehr stark).The Rontgenpulvermuster of silicalite (600 0 C calcination in air for 1 hour) has as its six strongest lines (ie, interplanar spacings) those which are summarized in Table A ( "S" = strong and "VS" = very strong) .
- 11 -- 11 -
■ 321584T■ 321584T
In der folgenden Tabelle B sind die Werte aufgeführt, die das Röntgenpulverbeugungsmuster einer typischen Silikalitmasse wiedergeben, die 51,9 Mol SiO2 pro Mol (TPA)2O enthält, hergestellt nach der Methode der US-PS 4 061 724 und kalziniert in Luft bei 6000C während 1 h.The following Table B lists the values which show the X-ray powder diffraction pattern of a typical silicalite composition containing 51.9 moles of SiO 2 per mole of (TPA) 2 O, prepared according to the method of US Pat. No. 4,061,724 and calcined in air 600 ° C. for 1 h.
Silikalitkristalle sowohl in der synthetisierten als auch in der kalzinierten Form sind orthorhombisch und weisen die folgenden Einheitsparameter auf: a = 20,05 A, b = 19,86 A, b = 13,36 A mit einer Genauigkeit von + 0,1 A bei jedem de.r Werte.Silicalite crystals in both the synthesized and the in the calcined form are orthorhombic and have the following unit parameters: a = 20.05 A, b = 19.86 A, b = 13.36 A with an accuracy of + 0.1 A. with each de.r values.
Der Porendurchmesser von Silikalit beträgt ungefähr 6 Α-Einheiten und das Porenvolumen 0,18 g/cm3, bestimmt durch Absorption. Silikalit adsorbiert Neopentan (kinetischer Durchmesser 6,2 A) langsam bei Umgebungstemperatur. Die gleichmäßige Porenstruktur verleiht der Masse größenselektive Molekularsiebeigenschaften, wobei die Porengröße die Trennung von p-Xylol von o-Xylol und Ethylbenzol sowie die Trennung von Verbindungen mit quaternären Kohlenstoffatomen von solchen mit Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen von geringerem Wert gestattet. The pore diameter of silicalite is approximately 6 units and the pore volume 0.18 g / cm 3 , determined by absorption. Silicalite adsorbs neopentane (kinetic diameter 6.2 A) slowly at ambient temperature. The uniform pore structure gives the mass size-selective molecular sieve properties, the pore size allowing the separation of p-xylene from o-xylene and ethylbenzene and the separation of compounds with quaternary carbon atoms from those with carbon-carbon bonds of lesser value.
Die kristallinen Silikate der US-RE 2 9 948 werden mit folgender Zusammensetzung in wasserfreiem Zustand angegeben: The crystalline silicates of US-RE 2 9 948 are with the following composition given in an anhydrous state:
0,9 +_ 0,2 /ScR2O + (1-x) M2/nq/: <0,005 Al3O3: >1SiO2 0.9 + _ 0.2 / ScR 2 O + (1-x) M 2 / n q /: <0.005 Al 3 O 3 :> 1SiO 2
wobei M ein Metall mit Ausnahme eines Metalls der Gruppen
HIA ist, η die Wertigkeit des Metalls bedeutet, R exnenAlkylammoniumrest darstellt, χ eine Zahl ist,
die größer als O ist, jedoch 1 nicht übersteigt, wobei das Organosilikat durch das Röntgenbeugungsmuster von
Tabelle C charakterisiert ist.
25where M is a metal with the exception of a metal from groups HIA, η denotes the valence of the metal, R represents exnene-alkylammonium radical, χ is a number which is greater than O but does not exceed 1, the organosilicate being characterized by the X-ray diffraction pattern from Table C. is.
25th
58415841
- 13 Tabelle C Interplanarer Abstand d(A) Relative Intensität - 13 Table C Interplanar distance d (A) Relative intensity
11.1 S11.1 p
10,0 S10.0 S.
7,4 W7.4 W.
7,1 W7.1 W
6.3 W6.3 W
6.4 ,
5,97)6.4,
5.97)
5,56 W 5,01 ' - W5.56 W 5.01 '- W.
4,60 W4.60 W
4,25 W-4.25 W
3,85 VS3.85 VS
3,71 S3.71 S
3,04 W3.04 W.
2,99 W2.99 W
2,94 W2.94 W.
Das kristalline Silikatpolymorph der US-PS 4 073 wird mit einem spezifischen Gewicht von 1/70 _+ 0,05 g/cm3 und einem mittleren Brechungsindex von 1,39 +_ 0,01 nach einer Kalzinierung in Luft bei 6000C angegeben, wobei dieses Material durch ein hydrothermales Verfahren hergestellt wird, bei dessen Durchführung Fluoridanionen der Reaktionsmischung zugesetzt werden. Die Kristalle, die eine Größe bis zu 2 00 Mikron besitzen können, zeigen im wesentlichen keine Infrarotadsorption in dem Hydroxylstreckbereich und sind organophil. Sie zeigen das Röntgenbeugungsmuster von Tabelle D.The crystalline silicate polymorph of US Pat. No. 4,073 is given with a specific gravity of 1/70 ± 0.05 g / cm 3 and an average refractive index of 1.39 ± 0.01 after calcination in air at 600 ° C. , this material being made by a hydrothermal process, when carried out, fluoride anions are added to the reaction mixture. The crystals, which can be up to 200 microns in size, show essentially no infrared adsorption in the hydroxyl stretching region and are organophilic. They show the X-ray diffraction pattern from Table D.
- 14 -- 14 -
— ic«,- ic «,
Tabelle D (Fortsetzung) d(A) IntensitätTable D (continued) d (A) Intensity
3,59 13.59 1
3,48 ι,53.48 ι, 5
3,45- 33.45-3
3,44 33.44 3
3,35 33.35 3
3,31· 53.31 x 5
3,25 1,53.25 1.5
3,23 p,83.23 p, 8
' 3,22 0,5'3.22 0.5
Die Literatur beschreibt die folgende Methode zur Herstellung von kristallinem Silikat, und zwar "Silicalite-2" (Nature, August 1979) wie folgt:The literature describes the following method for the production of crystalline silicate, namely "Silicalite-2" (Nature, August 1979) as follows:
Der Silicalite-2-Vorläufer wird nur unter Verwendung von Tetra-n-butylammoniumhydroxid hergestellt, obwohl eine Zugabe von Ammoniumhydroxid oder Hydrazinhydrat als Quelle für Extrahydroxylionen die Reaktionsgeschwindigkeit beträchtlich steigert. Eine erfolgreiche Herstellungsmethode besteht darin, 8,5 Mol SiO- als Kieselsäure (74 % SlO2) 1,0 Mol Tetra-n-butylammoniumhydroxid, 3,0 Mol NH4OH und 100 Mol Wasser in einer Stahlbombe zu vermischen und auf 1700C während 3 Tagen zu erhitzen.The Silicalite-2 precursor is made using only tetra-n-butylammonium hydroxide, although addition of ammonium hydroxide or hydrazine hydrate as a source of extra hydroxyl ions increases the rate of the reaction considerably. A successful fabrication technique is to mix 8.5 mol SiO- as silica (74% SIO 2) 1.0 mol of tetra-n-butylammonium hydroxide, 3.0 moles of NH 4 OH and 100 moles of water in a steel bomb at 170 and 0 C to be heated for 3 days.
Die Herstellung von kristallinen Silikaten besteht im allgemeinen aus einer hydrothermalen Kristallisation einer Reaktionsmischung aus Wasser, einer Siliziumdioxidquelle und einer organischen "Schablonenverbindung" (templating compound) bei einem pH von 10 bis 14. Repräsentative Schablonenanteile sind quaternäre Kationen,The production of crystalline silicates generally consists of hydrothermal crystallization a reaction mixture of water, a silicon dioxide source and an organic "template compound" (templating compound) at a pH of 10 to 14. Representative template components are quaternary cations,
wie XR4/ wobei X Phosphor oder Stickstoff ist, während
R einen Alkylrest darstellt, der 2 bis 6 Kohlenstoffatome enthält, beispielsweise Tetrapropylammoniumhydroxid
oder -halogenid.
5such as XR 4 / where X is phosphorus or nitrogen, while R is an alkyl radical containing 2 to 6 carbon atoms, for example tetrapropylammonium hydroxide or halide.
5
Wird die organische Schablonenverbindung dem System in der Hydroxidform in einer Menge zugesetzt, die dazu ausreicht, ein Basizitätsäquivalent für einen pH von 10 bis 14 einzustellen, dann braucht die Reaktionsmischung nur Wasser und eine reaktive Form von Kieselsäure als zusätzliche Bestandteile enthalten. In den Fällen, in denen der pH auf ungefähr 10 gesteigert werden muß, können Ammoniumhydroxid oder Alkalimetallhydroxide in geeigneter Weise für diesen Zweck verwendet werden, insbesondere kommen die Hydroxide von Lithium, Natrium. oder Kalium in Frage. Es wurde gefunden, daß nicht mehr als 6,5 Mol Alkalimetalloxid pro Molion Alkyloniumverbindung für diesen Zweck erforderlich ist, und zwar auch dann, wenn keine der Alkyloniumverbindungen in Form ihres 0 Hydroxids vorliegt.When the organic stencil compound is added to the system in the hydroxide form in an amount appropriate to it suffices to set a basicity equivalent for a pH of 10 to 14, then the reaction mixture needs contain only water and a reactive form of silica as additional ingredients. In the cases in which the pH must be increased to about 10, ammonium hydroxide or alkali metal hydroxides can be used suitably used for this purpose, in particular the hydroxides come from lithium, sodium. or potassium in question. It has been found that no more than 6.5 moles of alkali metal oxide per mole of alkylonium compound is necessary for this purpose, even if none of the alkylonium compounds are in the form of theirs 0 hydroxide is present.
Die beschriebenen spezifischen kristallinen Silikate sind bei einer Herstellung in Gegenwart von organischen Kationen katalytisch inaktiv, möglicherweise infolge einer Einnahme des intrakristallinen freien Raums durch organische Kationen aus der Herstellungslösung. Die Silikate können jedoch durch Erhitzen in einer inerten Atmosphäre auf 5400C (10000F) während 1 h und anschließenden Basenaustausch mit Ammoniumsalzen sowie eine weitere Kalzinierung bei54O0C (10000F) in Luft aktiviert werden.The specific crystalline silicates described are catalytically inactive when manufactured in the presence of organic cations, possibly as a result of the intracrystalline free space being taken up by organic cations from the manufacturing solution. However, the silicates can be activated (1000 0 F) in air by heating in an inert atmosphere at 540 0 C (1000 0 F) for 1 h and subsequent base exchange with ammonium salts, as well as a further calcination bei54O 0 C.
Die Silikate können entweder in der Alkalimetallform, beispielsweise in der Natriumform, der Ammoniumform, der Wasserstofform oder in einer anderen einfachäquivalenten oderThe silicates can either be in the alkali metal form, for example in the sodium form, the ammonium form, the hydrogen form or in another single equivalent or
vielfachäquivalenten kationischen Form verwendet werden. Vorzugsweise wird eine oder die andere der zuletzt genannten zwei Formen verwendet. Ferner können sie in inniger Kombination mit einer Hydrierungskomponente, wie Wolfram, Vanadin, Molybdän, Rhenium, Nickel, Kobalt, Chrom, Mangan oder einem Edelmetall, wie Platin oder Palladium, verwendet werden, wenn eine Hydrierungs-Dehydrierungs-Funktion erfüllt werden soll. Eine derartige Komponente kann in die Masse durch Austausch, durch Imprägnieren oder durch physikalisches inniges Vermischen eingebracht werden. Eine derartige Komponente kann in oder auf den vorliegenden Katalysator als solchen imprägniert werden, beispielsweise im Falle von Platin durch Behandeln des Zeolith mit einem Platinmetall-enthaltenden Ion. Geeignete Platinverbindungen sind Chlorplatinsäure, Platin(II)-Chlorid sowie verschiedene Verbindungen, welche den Platin-Amin-Komplex enthalten.multiple equivalent cationic form can be used. Preferably one or the other of the latter two forms is used. They can also be used in intimate combination with a hydrogenation component, such as tungsten, vanadium, molybdenum, rhenium, nickel, cobalt, chromium, manganese or a noble metal such as platinum or palladium, can be used when a hydrogenation-dehydrogenation function is to be performed. Such a one Component can be intimately incorporated into the mass by exchange, by impregnation or by physical Mixing are introduced. Such a component can be in or on the present catalyst as such are impregnated, for example in the case of platinum by treating the zeolite with a platinum metal-containing Ion. Suitable platinum compounds are chloroplatinic acid, platinum (II) chloride and various Compounds containing the platinum-amine complex.
Die Verbindungen von geeigneten Platin- oder anderen Metallen können in Verbindungen, in denen das Metall in dem Kation der Verbindung vorliegt, sowie in Verbindungen aufgeteilt werden, in denen es in dem Anion der Verbindung vorhanden ist. Beide Typen, die das Metall in dem ionischen Zustand enthalten, können verwendet werden. Eine Lösung, in welcher Platinmetalle in Form eines Kations oder eines kationischen Komplexes vorliegen, beispielsweise Pt(NH3)gCl-, ist besonders geeignet. Für einige Kohlenwasserstoffumwandlungsverfahren ist diese Edelmetallform des Katalysators unnötig, beispielsweise zur Isomerisation von o-Xylol in flüssiger Phase bei niedriger Temperatur.The compounds of suitable platinum or other metals can be divided into compounds in which the metal is present in the cation of the compound as well as compounds in which it is present in the anion of the compound. Either type containing the metal in the ionic state can be used. A solution in which platinum metals are present in the form of a cation or a cationic complex, for example Pt (NH 3 ) gCl-, is particularly suitable. For some hydrocarbon conversion processes, this noble metal form of the catalyst is unnecessary, for example for isomerizing o-xylene in the liquid phase at a low temperature.
« * β α«* Β α
•ΚΙ to tf• ΚΙ to tf
:*Τ':.Λ::.32:ί5841 : * Τ ' : .Λ ::. 32: ί5841
- 18 -- 18 -
Der Katalysator sollte unabhängig davon, ob er als Adsorbens oder als Katalysator in einem der vorstehend erwähnten Verfahren eingesetzt wird, wenigstens teilweise dehydratisiert sein. Dies kann durch Erhitzen auf eine Temperatur zwischen 200 und 6000C in einer Atmosphäre, wie Luft, Stickstoff etc., sowie bei Atmosphärendruck oder Unteratmosphärendruck während äiner Zeitspanne zwischen 1 und 48 h erfolgen. Eine Dehydratisierung kann auch bei tieferen Temperaturen lediglich in der Weise durchgeführt werden-, daß der Katalysator in ein Vakuum eingebracht wird, wobei jedoch eine längere Zeit erforderlich ist, um ein ausreichendes Ausmaß an Dehydratisierung zu erzielen.Regardless of whether it is used as an adsorbent or as a catalyst in one of the processes mentioned above, the catalyst should be at least partially dehydrated. This can by heating to a temperature between 200 and 600 0 C in an atmosphere such as air, nitrogen, etc., and h take place at atmospheric pressure or sub-atmospheric pressure during äiner time between 1 to 48th Dehydration can also be carried out at lower temperatures merely in such a way that the catalyst is placed in a vacuum, but a longer time is required in order to achieve a sufficient degree of dehydration.
Gemäß einem bevorzugten Merkmal der Erfindung werden die Katalysatoren in der Weise ausgewählt, daß sie eine Kristallgitterdichte in der trockenen Wasserstofform von nicht wesentlich unterhalb ungefähr 1,6 g pro cm3 aufweisen. Die Trockendichte für bekannte Strukturen kann 0 aus der Anzahl der Silizium- plus Aluminiumatome pro 1000 Kubik-A errechnet werden, beispielsweise nach der Methode, die auf Seite 19 des Artikels bezüglich der Zeolithstruktur von W. M. Meir angegeben ist. Diese Arbeit ist vollständig in "Proceedings of the Conference on Molecular Sieves", London, April 1967, veröffentlicht von der Society of Chemical Industry, London, 1968, veröffentlicht. Ist die Kristallstruktur unbekannt, dann kann die Kristallgitterdichte nach klassischen Pyknometermethoden ermittelt werden. Beispielsweise kann sie durch Eintauchen der trockenen Wasserstofform des Zeolith in ein organisches Lösungsmittel, das nicht von dem Kristall sorbiert wird, bestimmt werden. Es ist möglich, daß die ungewöhnldch lange anhaltende Aktivität und Stabilität dieser Klasse von Zeolithen mit ihrer hohen anionischenIn accordance with a preferred feature of the invention, the catalysts are selected such that they have a crystal lattice density in the dry hydrogen form of not substantially below about 1.6 g per cm 3. The dry density for known structures can be calculated from the number of silicon plus aluminum atoms per 1000 cubic A, for example using the method given on page 19 of the article relating to the zeolite structure by WM Meir. This work is published in full in Proceedings of the Conference on Molecular Sieves, London, April 1967, published by the Society of Chemical Industry, London, 1968. If the crystal structure is unknown, the crystal lattice density can be determined using classic pycnometer methods. For example, it can be determined by immersing the dry hydrogen form of the zeolite in an organic solvent that is not sorbed by the crystal. It is possible that the unusually long-lasting activity and stability of this class of zeolites with their high anionic properties
Kristallgitterdichte von nicht weniger als ungefähr 1,6 g/cm3 in Verbindung steht. Diese hohe Dichte muß natürlich mit einer relativ geringen Menge an freiem Raum innerhalb des Kristalles verbunden sein, was die stabileren Strukturen bedingen dürfte. Dieser freie Raum ist jedoch wichtig als Stelle für die katalytische Aktivität.Crystal lattice density of not less than about 1.6 g / cm 3 . This high density must of course be combined with a relatively small amount of free space within the crystal, which should result in the more stable structures. However, this free space is important as a site for catalytic activity.
Nach Beendigung der Synthese des kristallinen Silikats ist es wesentlich für die erfindungsgemäßen Zwecke, die Keimbildung der neuen Silikatkristalle zu reduzieren oder eliminieren, während gleichzeitig das Kristallwachstum hochgehalten wird. Um die äußere Aluminium-enthaltende Schale zu erzeugen ist es ferner wesentlich, daß ein reaktives Aluminium der Reaktionsmischung zugesetzt wird.After completion of the synthesis of the crystalline silicate it is essential for the purposes of the invention to reduce the nucleation of the new silicate crystals or eliminate while at the same time keeping crystal growth high. To the outer aluminum-containing To produce a shell, it is also essential that a reactive aluminum is added to the reaction mixture will.
Es ist daher erforderlich, das Silikat weiter zu verarbeiten und eine Aluminlum-enthaltonde Mischung zuzusetzen, um eine Kristallisation von SiO9 und Al9O-, auf der Oberfläche des Silikats zu bewirken, wobei die 223 Mischung die gleiche Kristallstruktur wie das Kernsilikat besitzt. Dies kann durch einen vollständigen Ersatz der Reaktionsmischung oder durch Zugabe einer Aluminiumenthaltenden Lösung zu der ursprünglichen Reaktionsmischung erfolgen.It is therefore necessary to further process the silicate and add mixture a enthaltonde Aluminlum-to crystallization of SiO 9 to effect and Al 9 O-, on the surface of the silicate, the 223 mixture has the same crystal structure as the core silicate. This can be done by completely replacing the reaction mixture or by adding an aluminum-containing solution to the original reaction mixture.
Typische Reaktionsbedxngungen sehen ein Erwärmen der Mischung auf eine Temperatur von ungefähr 80 bis ungefähr 2000C während einer Zeitspanne von ungefähr 4 h bis ungefähr 30 Tagen vor. Wie im Falle der allgemeinen ATuminosilikatsynthese wird die Digerierung der Gelteilchen solange durchgeführt, bis sich die kristalline Aluminosilikatsqhicht vollständig als äußere Schale auf den kri-Typical reaction conditions provide for the mixture to be heated to a temperature of approximately 80 to approximately 200 ° C. for a period of approximately 4 hours to approximately 30 days. As in the case of the general ATuminosilicate synthesis, the digestion of the gel particles is carried out until the crystalline aluminosilicate layer is completely as an outer shell on the critical
stallinen Teilchen gebildet hat. Die Produktkristalle werden dann abgetrennt, beispielsweise durch Abkühlen und Filtrieren, mit Wasser gewaöchen und bei ungefähr 80 bis ungefähr 15O0C getrocknet. 5has formed stable particles. The product crystals are then separated, for example by cooling and filtering, gewaöchen with water and in about 80 to about 15O 0 C dried. 5
Die wirksamste Herstellungsmethode besteht in der Bildung des kristallinen Silikats, worauf die kristallinen Silikatteilchen als Impfmittel in den Reaktionsmischungen eingesetzt werden, die normalerweise zur Herstellung von Zeolithen mit mittlerer Porengoröße verwendet werden. Entweder der pH der Reaktionsmischung oder die Temperatur können zur Steuerung und zur Minimierung der Keimbildung von getrennten Zeolithteilchen verwendet werden. Niedrigere pH-Werte, beispielsweise von 9 bis 10, vermindern die Siliziumdioxidlöslichkeit, wodurch die Anzahl der Keimbildungsstellen herabgesetzt und eine Aluminosilikatabscheidung auf den Keimbildnern verursacht wird. Niedrigere Temperaturen verlangsamen die Geschwindigkeit der Kristallbildung und der Keimbildung, 0 so daß eine Aluminosilikatabscheidung auf den Keimbildnern oder dem Saatmaterial bewirkt wird. Bei tieferen pH-Werten von beispielsweise 9 bis 10 kann ein normaler Temperaturbereich für die hydrothermale Kristallisation eingehalten werden. Vorzugsweise wird die Temperatur auf einen Wert zwischen ungefähr 100 und 12O°C und der pH auf ungefähr 10 bis 12 eingestellt. Unter diesen Bedingungen wird die Keimbildung des Zeolith auf einem Minimum gehalten, während die Aluminosilikatschicht sich auf den äußeren der Silikatkeimbildungsmaterialien ausbildet. Die Impfmethoden, wie sie in der US-PS 4 175 beschrieben werden und sich einer Mischung aus Alkohol und Ammoniumhydroxid anstelle von Tetrapropylammoniumkationen bedienen, können ebenfalls angewendet werden. Unter Einhaltung dieser Methoden ist es vorzuziehen,The most effective production method consists in the formation of the crystalline silicate, followed by the crystalline Silicate particles are used as inoculants in the reaction mixtures that are normally used for preparation of medium pore size zeolites can be used. Either the pH of the reaction mixture or the temperature can be used to control and minimize the nucleation of discrete zeolite particles will. Lower pH values, for example from 9 to 10, reduce the silica solubility, whereby decreases the number of nucleation sites and causes aluminosilicate deposition on the nucleators will. Lower temperatures slow down the rate of crystal formation and nucleation, 0 so that an aluminosilicate deposition is effected on the nucleating agents or the seed material. At deeper pH values of for example 9 to 10 can be a normal temperature range for hydrothermal crystallization be respected. Preferably the temperature is between about 100 and 120 ° C and the pH set to about 10-12. Under these conditions the nucleation of the zeolite is kept to a minimum while the aluminosilicate layer is removed forms on the exterior of the silicate nucleation materials. The vaccination methods as described in U.S. Patent 4,175 and a mixture of alcohol and ammonium hydroxide instead of tetrapropylammonium cations can also be used. Using these methods, it is preferable to
den pH auf 1O bis 14 und die Temperatur auf ungefähr 120 bis 1600C einzustellen. Im allgemeinen sind . das Molverhältnis organisches Kation/SiO- und der Hydroxidgehalt der Mischung, aus welcher das kristalline Silikat hergestellt wird, höher als in der Mischung, in welcher die isostrukturelle Aluminiumoxid-enthaltende Schicht auf dem Silikat kristallisiert wird.adjust the pH to 1O to 14 and the temperature to about 120 to 160 0 C. In general are. the organic cation / SiO molar ratio and the hydroxide content of the mixture from which the crystalline silicate is produced are higher than in the mixture in which the isostructural aluminum oxide-containing layer is crystallized on the silicate.
Die ursprünglichen Kationen, die in den erfindungsgemäßen Materialien vorliegen, können durch eine Vielzahl von anderen Kationen nach bekannten Methoden ersetzt werden. Typische Ersatzkationen sind Wasserstoff, Ammonium sowie Metallkationen, wobei auch Mischungen in Frage kommen. Von den Ersatzmetallkatxonen werden besonders die Kationen von Metallen, wie den Seltenen Erdemetallen, Mangan und Cadmium, sowie die Metalle der Gruppe II des Periodischen Systems der Elemente, wie beispielsweise Zink, sowie Metalle der Gruppe VIII des Periodischen Systems der Elemente, wie beispielsweise Nickel, bevorzugt. Typische Ionenaustauschermethoden sind ein Kontaktieren von Gliedern der Zeolithfamilie mit einem Salz des gewünschten Ersatzkations oder der gewünschten Ersatzkationen. Wenn auch eine Vielzahl von Salzen verwendet werden kann, so werden dennoch die Chloride, Nitrate und Sulfate bevorzugt.The original cations used in the invention Materials present can be replaced with a variety of other cations according to known methods will. Typical substitute cations are hydrogen, ammonium and metal cations, mixtures also being possible come. Of the substitute metal catalysts, the cations of metals such as the rare earth metals, Manganese and cadmium, as well as the metals of Group II of the Periodic Table of the Elements, such as Zinc, and metals from Group VIII of the Periodic Table of the Elements, such as nickel, are preferred. Typical ion exchange methods are contacting members of the zeolite family with a salt of the desired replacement cation or cations. Albeit a wide variety of salts are used can be, the chlorides, nitrates and sulfates are nevertheless preferred.
Repräsentative Ionenaustauschermethoden werden beispielsweise in den US-PS 3 140 249, 3 140 251 und 3 140 253 beschrieben.Representative ion exchange methods are taught, for example, in U.S. Patents 3,140,249, 3,140,251, and 3,140,253 described.
Anschließend an den Kontakt mit der Salzlösung des gewünschten Ersatzkations werden die Materialien vorzugsweise mit Wasser gewaschen und bei einer Temperatur zwischen 65 und ungefähr 3200C (150 bis 6000P) getrocknet und anschließend in Luft oder einem anderen InertgasFollowing contact with the salt solution of the desired replacing cation, the materials are preferably washed with water and dried at a temperature of between 65 and about 320 0 C (150 to 600 0 P) and then in air or other inert gas
bei Temperaturen zwischen ungefähr 2600C und ungefähr 65O0C (500 und 12000F) während Zeitspannen von 1 bis 48 h oder darüber kalziniert.calcined at temperatures between about 260 0 C and about 650 0 C (500 and 1200 0 F) for periods of 1 to 48 hours or more.
Unabhängig von den Kationen, welche das Natrium in der synthetisierten Form des Katalysators ersetzen, bleibt die räumliche Anordnung der Aluminium-, Silizium- und Sauerstoffatome, welche die Grundkristallgitter in einem gegebenen Zeolith gemäß vorliegender Erfindung bilden, im wesentlichen durch den beschriebenen Ersatz des Natriums oder eines anderen Alkalimetalls unverändert, wie sich durch ein Röntgenstrahlenpulverbeugungsmuster des ionenausgetauschten Materials ergibt. Beispielsweise zeigt die Silikat/Aluminosilikat-Struktur von ZSM-5 das gleiche Röntgenstrahlenbeugungsmuster, wie es in der weiter oben angegebenen Tabelle C aufgeführt ist.Regardless of the cations that replace the sodium in the synthesized form, the catalyst remains the spatial arrangement of the aluminum, silicon and oxygen atoms that make up the basic crystal lattice in one given zeolite form according to the present invention, essentially by the described replacement of the Sodium or another alkali metal unchanged, as shown by an X-ray powder diffraction pattern of the ion-exchanged material results. For example, the silicate / aluminosilicate structure of FIG ZSM-5 has the same X-ray diffraction pattern as shown in Table C above is.
Die erfindungsgemäßen Materialien werden zu Massen mit einer Vielzahl von Formen und Größen hergestellt. Im allgemeinen können die Teilchen in Form eines Pulvers, eines Granulats oder eines geformten Produktes vorliegen, beispielsweise in Form eines Extrudats mit einer Teilchengröße, die dazu ausreicht-, durch ein Zweimaschensieb (Tyler) Mndurchzugeben und auf einem 400 Maschensieb (Tyler) zurückzubleiben. In den Fällen, in denen der Katalysator geformt wird, beispielsweise durch Extrusion, kann das kristalline Silikat/Aluminosilikat vor dem Trocknen extrudiert oder getrocknet oder teilweise getrocknet und dann extrudiert werden.The materials according to the invention become masses with Manufactured in a variety of shapes and sizes. In general, the particles can be in the form of a powder, a granulate or a shaped product are present, for example in the form of an extrudate with a Particle size sufficient to pass through a two-mesh sieve (Tyler) Mnd on a 400 mesh sieve (Tyler) lagging behind. In those cases where the catalyst is shaped, for example by Extrusion, the crystalline silicate / aluminosilicate can be extruded or dried or partially before drying dried and then extruded.
Im Falle von vielen Zeolithen ist es zweckmäßig, die erfindungsgemäßen kristallinen Silikate/AluminosilikateIn the case of many zeolites, it is advantageous to use the crystalline silicates / aluminosilicates
anderen Materialien zuzusetzen, die gegenüber den Temperaturen und Bedingungen beständig sind, wie sie bei organischen Umwandlungsverfahren eingehalten werden. Derartige Materialien sind aktive sowie inaktive Materialien sowie synthetische oder natürlich vorkommende Zeolithe, beispielsweise anorganische Materialien, wie Tone, Aluminiumoxid, Siliziumdioxid und/oder Metalloxide. Die letzteren können entweder natürlich vorkommen oder in Form von gelatinösen Niederschlägen oder Gelen vorliegen und beispielsweise aus Mischungen aus Siliziumdioxid und Metalloxiden bestehen. Die Verwendung eines Materials in Verbindung mit den erflndungsgemäßen Katalysatoren bedingt eine Verbesserung des Umsatzes und/oder der Selektivität des Katalysators bei der Durchführung bestimmter organischer Umwandlungsverfahren. Inaktive Materialien dienen in geeigneter Weise als Verdünnungsmittel zur Steuerung des Umsatzes bei einem gegebenen Verfahren, so daß Produkte in wirtschaftlicher Weise erhalten werden können, ohne daß dabei andere Methoden zur Steuerung der Reaktionsgeschwindigkeit angewendet werden müssen. Normalerweise wurden Zeolithmaterialien in natürlich vorkommende Tone, wie Bentonit oder Kaolin, zu:Verbesserung der Zerstoßfestigkeit des Katalysators unter den technisehen Arbeitsbedingungen eingemengt. Diese Materialien, d. h. Tone, Oxide etc., dienen als Bindemittel für den Katalysator. Es ist zweckmäßig, einen Katalysator mit einer guten Zerstoßfestigkeit zur Verfügung zu haben, da in einer Erdölraffinerie der Katalysator oft einer rohen Handhabung unterzogen wird, durch welche der Katalysator zu einem pulverähnlichen Material zerstoßen werden kann, was Verarbeitungsprobleme aufwerfen kann. Diese Tonbindemittel wurden zur Verbesserung der Zerstoßfestigkeit des Katalysators verwendet.to add other materials that are against the temperatures and conditions are stable, as they are observed in organic conversion processes. Such materials are active as well as inactive materials as well as synthetic or naturally occurring materials Zeolites, for example inorganic materials such as clays, aluminum oxide, silicon dioxide and / or metal oxides. The latter can either occur naturally or in the form of gelatinous precipitates or Gels are present and consist, for example, of mixtures of silicon dioxide and metal oxides. The usage of a material in connection with the invention Catalysts cause an improvement in the conversion and / or the selectivity of the catalyst in carrying out certain organic conversion processes. Inactive materials serve in appropriate Way as a diluent to control sales in a given process, making products more economical Manner can be obtained without using other methods of controlling the reaction rate must be applied. Usually zeolite materials were found in naturally occurring Clays, such as bentonite or kaolin, to: improve the crush resistance of the catalyst among the technical Confined working conditions. These materials, i.e. H. Clays, oxides, etc., serve as binders for the Catalyst. It is useful to have a catalyst with good crush resistance because the catalyst in an oil refinery is often one is subjected to raw handling by which the catalyst is crushed into a powder-like material which can pose processing problems. These clay binders were used to improve the crush strength of the catalyst.
Natürlich vorkommende Tone, die mit dem kristallinen Silikat/Aluminosilikat vermischt werden können, sind beispielsweise Tone der Montmorillonit- und Kaolinfamilie, wobei diese Familien Subbentonite einschließen. Außerdem kommen die Kaoline in Frage, die in herkömmlicher Weise als Dixie McNamee-Georgia- und Floridatone bekannt sind, ferner andere Tone, in denen der Hauptmineralbestandteil aus Halloysit, Kaolinit, Dickit, Nacrit oder Anauxit besteht. Derartige Tone können in rohem Zustand, wie sie ursprünglich gewonnen worden sind, verwendet werden, sie können ferner zuerst einer Kalzinierung, einer Säurebehandlung oder einer chemischen Modifikation unterzogen werden.Naturally occurring clays that can be mixed with the crystalline silicate / aluminosilicate are for example, clays of the montmorillonite and kaolin families, these families including sub-bentonites. In addition, the kaolins conventionally called Dixie McNamee-Georgia and Floridatone come into question are known, as well as other clays in which the main mineral component of halloysite, kaolinite, Consists of dickite, nacrite or anauxite. Such clays can be obtained in the raw state as originally obtained have been used, they can also first of a calcination, an acid treatment or be subjected to chemical modification.
Zusätzlich zu den vorstehend angegebenen Materialien können die erfindungsgemäßen Materialien mit einem porösen Matrixmaterial, wie Siliziumdioxid/Aluminiumoxid, Siliziumdioxid/Magnesiumoxid, Siliziumdioxid/ Zirkonoxid, Siliziumdioxid/Thoriumoxid, Siliziumdioxid/ Berylliumoxid, Siliziumdioxid/Titanoxid sowie mit ternären Massen, wie Siliziumdioxid/Aluminiumoxid/Thoriumoxid, Siliziumdioxid/Aluminiumoxid/Zirkonoxid, Siliziumdioxid/Aluminiumoxid/Magnesiumoxid oder Siliziumdioxid/Magnesiumoxid/Zirkonoxid, vermischt werden. Die Matrix kann in Form eines Cogels vorliegen. Die relativen Mengen des feinverteilten kristallinen Aluminosilikats, welches die aluminiumreiche äußere Schale und die anorganische Oxidgelmatrix enthält, können erheblich mit dem Gehalt an kristallinem Aluminosilikat schwanken, wobei der Gehalt von ungefähr 1 bis ungefähr 90 Gew.-% variieren kann. Insbesondere dann, wenn das gemischte Material in Form von Kügelichen hergestellt wird, kann der Gehalt zwischen ungefähr 2 und ungefähr 50 Gew.-%, bezogen auf das gemischte Material, variieren.In addition to the materials specified above, the materials of the invention can with a porous matrix material, such as silicon dioxide / aluminum oxide, silicon dioxide / magnesium oxide, silicon dioxide / Zirconium oxide, silicon dioxide / thorium oxide, silicon dioxide / Beryllium oxide, silicon dioxide / titanium oxide and with ternary masses, such as silicon dioxide / aluminum oxide / thorium oxide, Silica / alumina / zirconia, silica / alumina / magnesia or silicon dioxide / magnesium oxide / zirconium oxide. The matrix can be in the form of a cogel. The relative Amounts of the finely divided crystalline aluminosilicate, which the aluminum-rich outer shell and the inorganic oxide gel matrix contains, can significantly with the content of crystalline aluminosilicate vary, the content can vary from about 1 to about 90 wt .-%. Especially if that If mixed material is produced in the form of spheres, the content can be between about 2 and about 50% by weight, based on the mixed material, vary.
Für die meisten katalytischer! Zwecke ist es vorzuziehen, daß das kristalline Silikat frei von basischen Materialien ist, die zu einer Neutralisation seiner aktiven Stellen neigen. Die herkömmlichen basischen Materialien, die in Zeolithen gefunden werden, sind Alkalimetalle, insbesondere Natrium, die in der hydrothermalen Reaktionsmischung verwendet werden. Für die meisten bekannten Anwendungszwecke, die unter Einsatz saurer Zeolithe durchgeführt werden, liegt der Alkalimetallgehalt vorzugsweise unterhalb 0,1 Gew.-% und insbesondere unterhalb 0,03 und in ganz besonders bevorzugter Weise unterhalb ungefähr 0,01 Gew.-%. .Für wenige ungewöhnliche nicht-saure Prozesse, beispielsweise für die Bildung von Benzol aus C~-Alkanen, für die ein Zeolith erforderlich ist, der im wesentlichen frei von Azidität ist, ist der Alkalimetallgehalt vorzugsweise hoch.For the most catalytic! Purposes it is preferable that the crystalline silicate is free of basic materials that neutralize its active Bodies tend. The common basic materials found in zeolites are alkali metals, especially sodium used in the hydrothermal reaction mixture. For most of the known ones Applications which are carried out using acidic zeolites, the alkali metal content is preferably below 0.1% by weight and in particular below 0.03 and very particularly preferably below about 0.01 wt%. For a few unusual non-acidic processes, for example for education of benzene from C ~ alkanes, for which a zeolite is required that is essentially free of acidity, the alkali metal content is preferably high.
Unter Einsatz eines erfindungsgemäßen Katalysators, der eine Hydrierungskomponeiite enthält, können schwere Erdölmaterialien, Rückführmaterialien sowie andere hydrocrackbare Materialien bei Temperaturen zwischen 200 und 4500C (400 und 8500F) unter Einhaltung molarer Verhältnisse von Wasserstoff zu der Kohlenwasserstoffcharge zwischen 2 und 80 hydrogecrackt werden. Der Druck schwankt zwischen 0,7 und 175 bar (10 bis 2500 psig) , während die Flüssigkeitsraumgeschwindigkeit zwischen 0,1 und 10 variiert.Using a catalyst of the invention containing a Hydrierungskomponeiite, heavy petroleum stocks, cycle stocks, and other hydrocrackbare materials at temperatures between 200 and 450 0 C can be hydrocracked (400 and 850 0 F) molar in compliance ratios of hydrogen to hydrocarbon feedstock between 2 and 80 . The pressure varies between 0.7 and 175 bar (10 to 2500 psig) while the liquid space velocity varies between 0.1 and 10.
Die kristallinen Silikat/Aluminosilikate gemäß vorliegender Erfindung können für eine katalytische Entwachsung entweder in Gegenwart oder Abwesenheit von Wasserstoff sowie bei hohen oder niedrigen Drucken eingesetzt werden . Katalytische Teilchen, welche diese Materialien enthalten, können ebenfalls zur Stabilisierung von hydrogecrackten Schmiejrölen gegenüber einer photolytisehenThe crystalline silicate / aluminosilicates of the present invention can be used for catalytic dewaxing can be used either in the presence or absence of hydrogen and at high or low pressures . Catalytic particles containing these materials can also be used to stabilize hydrocracked Schmiejrölen versus photolytisehen
Oxidation eingesetzt werden.Oxidation can be used.
Unter Einsatz des erfindungsgemäßen Katalysators für ein katalytisches Cracken können Kohlenwasserstoffcrackausgangsmaterialien bei Kontaktzeiten von 0,1 bis 10 S/ einer Temperatur zwischen ungefähr 290 und 700°C (550 und 13000F) sowie bei einem Druck zwischen ungefähr Atmosphärendruck und 100 Atmosphären gecrackt werden.Using the catalyst of the invention for a catalytic cracking hydrocarbon cracking feedstocks can be cracked at contact times of 0.1 to 10 S / a temperature between about 290 and 700 ° C (550 and 1300 0 F) and at a pressure between about atmospheric pressure and 100 atmospheres.
Unter Verwendung einer katalytisch aktiven Form eines erfindungsgemäßen Zeolith, der eine Hydrierungskomponente enthält, können Reformierungsausgangsmaterialien bei Einhaltung einer Temperatur zwischen 370 und 5400C (700 und 10000F) reformiert werden. Der Druck kann zwischen 7 und 70 bar liegen, schwankt jedoch vorzugsweise zwischen 14 und 49 bar. Die Flüssigkeitsraumgeschwindigkeit liegt im allgemeinen zwischen 0,1 und 10 und vorzugsweise zwischen 0,5 und 4 und das Molverhältnis Wasserstoff : Kohlenwasserstoff im allgemeinen zwischen 1 und 20 und vorzugsweise zwischen 4 und 12.Using a catalytically active form of a zeolite according to the invention which contains a hydrogenation component, reforming starting materials can be reformed while maintaining a temperature between 370 and 540 ° C. (700 and 1000 ° F). The pressure can be between 7 and 70 bar, but preferably fluctuates between 14 and 49 bar. The liquid space velocity is generally between 0.1 and 10 and preferably between 0.5 and 4 and the hydrogen: hydrocarbon molar ratio is generally between 1 and 20 and preferably between 4 and 12.
Der Katalysator kann auch für die Hydroisomerisation von normalen Paraffinen eingesetzt werden, wenn er mit einer Hydrierungskomponente, wie Platin, versehen ist. Die Hydroisomerisation wird bei einer Temperatur zwischen 90 und 3700C und vorzugsweise 150 und 2900C bei einer Flüssigkeitsraumgeschwindigkeit zwischen 0,1 und 2 und vorzugsweise zwischen 0,25 und 0,50 sowie unter Einsatz von Wasserstoff in einer solchen Menge durchgeführt, daß'das Wasserstoff:Kohlenwasserstoff-Molverhältnis zwischen 1:1 und 5:1 liegt. Ferner kann der Katalysator für Olefinxsomerisationsverfahren verwendet werden, wobei Temperaturen zwischen 1 und 2600C eingehalten werden.The catalyst can also be used for the hydroisomerization of normal paraffins if it is provided with a hydrogenation component such as platinum. The hydroisomerization is carried out at a temperature between 90 and 370 0 C and preferably 150 and 290 0 C at a liquid space velocity between 0.1 and 2 and preferably between 0.25 and 0.50 and using hydrogen in such an amount that the hydrogen: hydrocarbon molar ratio is between 1: 1 and 5: 1. Further, the catalyst can be used for Olefinxsomerisationsverfahren, temperatures 1-260 0 C are observed.
Die erfindungsgemäßen Katalysatoren sind besonders geeignet zur Durchführung von Olefinpolymerisationsreaktionen, bei denen das kristalline Kernsilikat niedere Alky!olefine/ wie Propen und Buten, zu längeren, geradkettigen oder leicht verzweigten Olefinen polymerisiert, während die äußere und aktivere Aluminosilikatschale die weitere Polymerisation der niederen Alkylolefine mit den längeren Ketten, die durch den Kern erzeugt werden, katalysieren kann. Das Ergebnis sind größere und vielfach verzweigte langkettige Olefine. Infolge der kontrollierbaren Tiefe der äußeren Schale können sowohl lange als auch verzweigtkettige Olefine polymerisiert werden, ohne daß sie dabei vollständig in die Porenstruktur zur Erreichung der katalytischen Stellen passen. Ferner sind die erzeugten Aluminosilikate relativ groß und leicht herzustellen und zu filtrieren. Da die meisten sauren Stellen nahe der äußeren Oberfläche sind, beschleunigen Zeolithe Reaktionen, die durch Diffusion begrenzt sind, beispielsweise die Polymerisation von großen Olefinen.The catalysts of the invention are particularly suitable for carrying out olefin polymerization reactions, in which the crystalline core silicate has lower alkyl olefins / such as propene and butene, for longer, polymerized straight-chain or slightly branched olefins, while the outer and more active aluminosilicate shell the further polymerization of the lower alkyl olefins with the longer chains caused by the Core can be generated, can catalyze. The result is larger and multi-branched long chain olefins. Due to the controllable depth of the outer shell, both long and branched chain can be used Olefins are polymerized without them being completely in the pore structure to achieve the catalytic Bodies fit. Furthermore, the aluminosilicates produced are relatively large and easy to manufacture and filter. Since most of the acidic spots are near the outer surface, zeolites accelerate Reactions that are limited by diffusion, such as the polymerization of large olefins.
Ein kristallines Silikat gemäß vorliegender Erfindung wird nach der folgenden Methode hergestellt: Es werden 2,3 g NaNO3 in 10 ml H2O aufgelöst. Dann werden 100 g einer 25 %igen Tetrapropylammoniumhydroxidlösung in einen Polyethylenbecher gegeben und die NaNO^-Lösung unter schnellem Rühren zugesetzt. Unter Rühren werden 40 g Ludox AS-30 (30 %iges Siliziumdioxid) zugegeben. Dann werden 60 g kristallines Silikatsaatmaterial zugesetzt, 'hergestellt nach der US-PS 4 061 724, worauf sich die Zugabe einer Lösung von 2,1 g Al (NO3) 3 · 9H2O in 10 ml Wasser anschließt. Der pH wird auf 12,0 mitA crystalline silicate according to the present invention is produced by the following method: 2.3 g of NaNO 3 are dissolved in 10 ml of H 2 O. Then 100 g of a 25% strength tetrapropylammonium hydroxide solution are placed in a polyethylene beaker and the NaNO ^ solution is added with rapid stirring. 40 g of Ludox AS-30 (30% strength silicon dioxide) are added with stirring. Then 60 g of crystalline silicate seed material, prepared according to US Pat. No. 4,061,724, are added, followed by the addition of a solution of 2.1 g of Al (NO 3 ) 3 .9H 2 O in 10 ml of water. The pH is increased to 12.0 with
• ·• ·
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konzentrierter HCl eingestellt. Die Reaktionsmischüng wird in eine Teflonflasche gegossen und in einen Autoklaven aus rostfreiem Stahl eingebracht, worauf der Autoklav 10 Tage bei 1000C gehalten wird. Der Autoklav wird abgekühlt und die Flasche entfernt. Das Produkt wird filtriert und mit Wasser gewaschen und über Nacht in einem Vakuumofen bei 1200C unter einem Stickstoffdruck von 250 mm getrocknet. Dann wird 8 h lang bei 4500C kalziniert. Die Produktteilchen besitzen einen kristallinen Silikatkern mit einem SiIiziumdioxid:Aluminiumoxid-Molverhältnis von mehr als 2 00:1/ der von einer Aluminiumoxid-enthaltenden äußeren Schale mit einem Siliziumdioxid:Aluminiumoxid-Molverhältnis von weniger als 100:1 umgeben ist. Die Kristallgitter-Struktur der Teilchen ist gleichmäßig.concentrated HCl adjusted. The Reaktionsmischüng is poured into a Teflon bottle and placed in a stainless steel autoclave, whereupon the autoclave is maintained for 10 days at 100 0 C. The autoclave is cooled and the bottle is removed. The product is filtered and washed with water and dried overnight in a vacuum oven at 120 ° C. under a nitrogen pressure of 250 mm. It is then calcined at 450 ° C. for 8 hours. The product particles have a crystalline silicate core with a silica: alumina molar ratio of more than 200: 1 / which is surrounded by an alumina-containing outer shell with a silica: alumina molar ratio of less than 100: 1. The crystal lattice structure of the particles is uniform.
Claims (18)
der innere Abschnitt aus einem kristallinen Silikat
mit mittlerer Porengröße besteht, das im wesentlichen
frei von Aluminium ist, und der äußere Abschnitt
Aluminiumoxid enthält.
> ■ 1. Particles of an inner section and an outer section, which is arranged as a shell around the inner section, wherein the outer section has the same crystal structure as the inner section and
the inner section made of a crystalline silicate
with medium pore size, which is essentially
is free of aluminum, and the outer section
Contains aluminum oxide.
> ■
fe (1) vermindert wird.2
fe (1) is decreased.
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