ES2296989T3 - Zeolita ssz-58. - Google Patents
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Abstract
Una zeolita que tiene una relación molar mayor de 20 aproximadamente de un óxido de un primer elemento tetravalente a un óxido de un segundo elemento tetravalente, diferente de dicho primer elemento tetravalente, un elemento trivalente, un elemento pentavalente o una mezcla de los mismos, y que presenta las líneas de difracción de rayos X de la Tabla II anterior: TABLA II SSZ-58 calcinada 2 Teta (grados)(a) d (Å/x 10-10m) Intensidad relativa 7, 1 7, 7 9, 9 10, 5 12, 1 17, 3 19, 8 21, 0 21, 9 22, 4 12, 4 11, 5 8, 93 8, 42 7, 31 5, 12 4, 48 4, 23 4, 06 3, 97 VS M M M W W M S M S (a) ñ 0, 15
Description
Zeolita SSZ-58.
La presente invención se refiere a una nueva
zeolita cristalina SSZ-58 y a un procedimiento de
preparación de SSZ-58 empleando, como agente de
plantillaje, catión
N-butil-N-ciclooctilpirrolidinio
o catión N-propilciclooctilpirrolidinio.
Debido a sus características de tamizado únicas,
así como a sus propiedades catalíticas, los tamices moleculares
cristalinos son especialmente útiles en aplicaciones tales como
conversión de hidrocarburos y secado y separación de gases. Aunque
se han descrito muchos tamices moleculares cristalinos diferentes,
sigue existiendo la necesidad de disponer de nuevas zeolitas con
propiedades deseables para la separación y secado de gases,
conversiones de hidrocarburos y conversiones químicas y para otras
aplicaciones. Las nuevas zeolitas pueden contener nuevas
arquitecturas porosas internas, proporcionando selectividades
mejoradas en tales procesos.
Los aluminosilicatos cristalinos se separan
normalmente a partir de mezclas de reacción acuosas que contienen
óxidos de metales alcalinos o de metales alcalinotérreos, sílice y
alúmina. Los borosilicatos cristalinos se preparan normalmente bajo
condiciones de reacción similares, salvo que se utiliza boro en
lugar de aluminio. Variando las condiciones de síntesis y la
composición de la mezcla de reacción, pueden formarse frecuentemente
distintas
zeolitas.
zeolitas.
La WO0109037 se refiere a la zeolita cristalina
SSZ-52 preparada empleando, como agente de
plantillaje, un catión de amonio cuaternario que comprende un anión
que no es perjudicial para la formación de la
SSZ-52. La SSZ-52 es de utilidad en
catalizadores para reacciones de conversión de hidrocarburos.
La WO0144109 se refiere a la zeolita cristalina
SSZ-50 preparada empleando, como agente de
plantillaje, un catión de amonio cuaternario que comprende un anión
que no es perjudicial para la formación de la
SSZ-50. La SSZ-50 es de utilidad en
catalizadores para reacciones de conversión de hidrocarburos.
La US6049018 se refiere a un material cristalino
poroso sintético, designado como MCM-68, a un método
y a un nuevo catión orgánico policíclico para su preparación y a su
uso en la conversión catalítica de compuestos orgánicos. El
material cristalino muestra un patrón de difracción de rayos X
distintivo y presenta una estructura cristalina única que contiene
al menos un sistema de canales, en donde cada canal viene definido
por un anillo de 12 miembros de átomos tetrahédricamente
coordenados, y, además, al menos dos sistemas de canales
independientes, cada uno de cuyos canales viene definido por un
anillo de 10 miembros de átomos tetrahédricamente coordinados, en
donde el número de canales únicos de anillos de 10 miembros es doble
del número de canales de anillos de 12
miembros.
miembros.
La presente invención está dirigida a una
familia de tamices moleculares cristalinos con propiedades únicas,
referidos aquí como "zeolita SSZ-58" o
simplemente como SSZ-58. Con preferencia, la
SSZ-58 se obtiene en su forma de silicato,
aluminosilicato, titanosilicato, vanadosilicato o borosilicato. El
término "silicato" se refiere a una zeolita que tiene una alta
relación molar de óxido de silicio con respecto a óxido de aluminio,
con preferencia una relación molar mayor de 100, incluyendo
zeolitas constituidas en su totalidad por óxido de silicio. Tal y
como aquí se emplean, el término "aluminosilicato" se refiere a
una zeolita que contiene tanto alúmina como sílice y el término
"borosilicato" se refiere a una zeolita que contiene óxidos
tanto de boro como de silicio.
De acuerdo con el aspecto más amplio de esta
invención, se proporciona también una zeolita que tiene una relación
molar mayor de 20 aproximadamente de un óxido de un primer elemento
tetravalente a un óxido de un segundo elemento tetravalente,
diferente de dicho primer elemento tetravalente, un elemento
trivalente, un elemento pentavalente o una mezcla de los mismos, y
que presenta, después de la calcinación, las líneas de difracción
de rayos X de la Tabla II.
Además, de acuerdo con el aspecto más amplio de
la invención, se proporciona una zeolita que tiene una relación
molar mayor de 20 aproximadamente de un óxido seleccionado entre
óxido de silicio, óxido de germanio y mezclas de los mismos a un
óxido seleccionado entre óxido de aluminio, óxido de galio, óxido de
hierro, óxido de boro, óxido de titanio, óxido de indio, óxido de
vanadio y mezclas de los mismos.
En una modalidad de la presente invención, se
proporciona también una zeolita que tiene una composición, tal como
se sintetiza y en estado anhidro, en términos de relaciones molares,
como sigue:
- YO_{2}/W_{c}O_{d}
- 20 - \infty
- M_{2/n}/YO_{2}
- 0,01 - 0,03
- Q/YO_{2}
- 0,02 - 0,05
en donde Y es silicio, germanio o
una mezcla de los mismos, W es aluminio, galio, hierro, boro,
titanio, indio, vanadio o mezclas de los mismos; c es 1 o 2; d es 2
cuando c es 1 (es decir, W es tetravalente) o d es 3 o 5 cuando c
es 2 (es decir, d es 3 cuando W es trivalente o 5 cuando W es
pentavalente); M es un catión de metal alcalino, un catión de metal
alcalinotérreo o mezclas de los mismos; n es la valencia de M (es
decir, 1 o 2); y Q es un catión
N-butil-N-ciclooctilpirrolidinio
o catión
N-propilciclooctilpirrolidinio.
La zeolita de la presente invención se puede
preparar por tratamiento térmico de una zeolita que tiene una
relación molar de un óxido seleccionado entre óxido de silicio,
óxido de germanio y mezclas de los mismos a un óxido seleccionado
entre óxido de aluminio, óxido de galio, óxido de hierro, óxido de
boro, óxido de titanio, óxido de indio, óxido de vanadio y mezclas
de los mismos mayor de alrededor de 20 a una temperatura de
alrededor de 200 a 800ºC. La presente invención incluye también esta
zeolita así preparada que se encuentra predominantemente en la
forma hidrógeno, cuya forma hidrógeno se prepara por intercambio
iónico con un ácido o con una solución de una sal amónica seguido
por una segunda calcinación.
También se proporciona de acuerdo con la
presente invención un método de preparación de la zeolita descrita
anteriormente, comprendiendo dicho método poner en contacto, bajo
condiciones de cristalización, fuentes de dichos óxidos y un agente
de plantillaje que comprende un catión
N-butil-N-ciclooctilpirrolidinio
o catión N-propilciclooctilpirrolidinio.
La presente invención proporciona un
procedimiento para convertir hidrocarburos que comprende poner en
contacto una alimentación hidrocarbonácea, en condiciones de
conversión de hidrocarburos, con un catalizador que comprende la
zeolita de esta invención. La zeolita puede estar predominantemente
en la forma hidrógeno. También puede estar sustancialmente libre de
acidez.
Por otro lado, la presente invención proporciona
un procedimiento de hidrocracking que comprende poner en contacto
una alimentación hidrocarbonada, en condiciones de hidrocracking,
con un catalizador que comprende la zeolita de esta invención, con
preferencia predominantemente en la forma hidrógeno.
Esta invención incluye también un procedimiento
de desparafinado que comprende poner en contacto una alimentación
hidrocarbonada, bajo condiciones de desparafinado, con un
catalizador que comprende la zeolita de esta invención, con
preferencia predominantemente en la forma hidrógeno.
La presente invención también incluye un proceso
para mejorar el índice de viscosidad de un producto desparafinado
de alimentaciones hidrocarbonadas céreas, que comprende poner en
contacto la alimentación hidrocarbonada cérea, bajo condiciones de
desparafinado por isomerización, con un catalizador que comprende la
zeolita de esta invención, con preferencia predominantemente en la
forma hidrógeno.
La presente invención incluye además un proceso
para la producción de un aceite lubricante C_{20+} a partir de
una alimentación olefínica C_{20+}, que comprende isomerizar dicha
alimentación olefínica, bajo condiciones de isomerización, sobre un
catalizador que comprende al menos un metal del Grupo VIII y la
zeolita de esta invención. La zeolita puede encontrarse
predominantemente en la forma hidrógeno.
De acuerdo con esta invención, también se
proporciona un proceso para desparafinar catalíticamente un material
de alimentación de aceite hidrocarbonato que hierve por encima de
alrededor de 177ºC (350ºF) y que contiene hidrocarburos de cadena
lineal y de cadena ligeramente ramificada, que comprende poner en
contacto dicho material de alimentación de aceite hidrocarbonado en
presencia de gas hidrógeno añadido, a una presión de hidrógeno de
alrededor de 0,103-20,7 MPa
(15-3.000 psi) con un catalizador que comprende al
menos un metal del Grupo VIII y la zeolita de esta invención, con
preferencia predominantemente en la forma hidrógeno. El catalizador
puede ser un catalizador estratificado que comprende una primera
capa que comprende al menos un metal del Grupo VIII y la zeolita de
esta invención, y una segunda capa que comprende una zeolita de
aluminosilicato que es más selectiva en cuanto a su forma que la
zeolita de dicha primera capa.
También se incluye en la presente invención un
proceso para preparar un aceite lubricante que comprende el
hidrocracking en una zona de hidrocracking de un material de
alimentación hidrocarbonado para obtener un efluente que comprende
un aceite hidrocraqueado, y desparafinar catalíticamente dicho
efluente que comprende aceite hidrocraqueado a una temperatura de
al menos 204ºC (400ºC) aproximadamente y a una presión de alrededor
de 0,103 a 20,7 MPa manométricos (15 a 3.000 psig) en presencia de
gas hidrógeno añadido, con un catalizador que comprende al menos un
metal del Grupo VIII y la zeolita de esta invención. La zeolita
puede estar predominantemente en la forma hidrógeno.
Se incluye además en esta invención un proceso
para el desparafinado por isomerización de un rafinato, que
comprende poner en contacto dicho rafinato en presencia de hidrógeno
añadido con un catalizador que comprende al menos un metal del
Grupo VIII y la zeolita de esta invención. El rafinato puede ser un
lubricante de petróleo residual, y la zeolita puede estar
predominantemente en la forma hidrógeno.
Igualmente, en la presente invención queda
incluido un procedimiento para aumentar el octano de una
alimentación hidrocarbonada para producir un producto que tiene una
mayor contenido en aromáticos, que comprende poner en contacto una
alimentación hidrocarbonada que incluye hidrocarburos normales y
ligeramente ramificados que tienen un intervalo de ebullición por
encima de alrededor de 40ºC y por debajo de alrededor de 200ºC, bajo
condiciones de conversión de aromáticos, con un catalizador que
comprende la zeolita de esta invención preparada sustancialmente
libre de acidez por neutralización de dicha zeolita con un metal
básico. Esta invención proporciona también dicho procedimiento en
donde la zeolita contiene un componente de un metal de Grupo
VIII.
La presente invención proporciona también un
procedimiento de cracking catalítico que comprende poner en contacto
una alimentación hidrocarbonada en una zona de reacción bajo
condiciones de cracking catalítico en ausencia de hidrógeno añadido
con un catalizador que comprende la zeolita de esta invención, con
preferencia predominantemente en forma de hidrógeno. Igualmente, en
la presente invención se incluye un procedimiento de cracking
catalítico en donde el catalizador comprende adicionalmente un
componente de cracking cristalino de poros grandes.
Esta invención proporciona además un
procedimiento de isomerización para isomerizar hidrocarburos C4 a
C7, que comprende poner en contacto una alimentación que incluye
hidrocarburos C4 a C7 normales y ligeramente ramificados, bajo
condiciones de isomerización, con un catalizador que incluye la
zeolita de esta invención, con preferencia predominantemente en la
forma hidrógeno. La zeolita puede ser impregnada con al menos un
metal del Grupo VIII, preferentemente platino. El catalizador puede
ser calcinado en una mezcla de vapor de agua/aire a una temperatura
elevada después de la impregnación del metal del Grupo VIII.
Esta invención proporciona también un
procedimiento para alquilar un hidrocarburo aromático que comprende
poner en contacto, bajo condiciones de alquilación, al menos un
exceso molar de un hidrocarburo aromático con una olefina C2 a C20,
bajo condiciones de al menos una fase líquida parcial y en presencia
de un catalizador que comprende la zeolita de esta invención, con
preferencia predominantemente en la forma hidrógeno. La olefina
puede ser una olefina C_{2} a C_{4} y el hidrocarburo aromático
y la olefina pueden estar presentes en una relación molar de
alrededor de 4:1 a 20:1, respectivamente. El hidrocarburo aromático
se puede seleccionar del grupo consistente en benceno, tolueno,
etilbenceno, xileno, naftaleno, derivados de naftaleno,
dimetilnaftaleno o mezclas de los mismos.
Esta invención proporciona además un
procedimiento para la transalquilación de un hidrocarburo aromático
que comprende poner en contacto, bajo condiciones de
transalquilación, un hidrocarburo aromático con un hidrocarburo
polialquil-aromático, bajo condiciones de al menos
una fase líquida parcial y en presencia de un catalizador que
comprende la zeolita de esta invención, con preferencia
predominantemente en la forma hidrógeno. El hidrocarburo aromático
y el hidrocarburo polialquil-aromático pueden estar
presentes en una relación molar de alrededor de 1:1 a 25:1,
respectivamente.
El hidrocarburo aromático se puede seleccionar
del grupo consistente en benceno, tolueno, etilbenceno, xileno o
mezclas de los mismos, y el hidrocarburo
polialquil-aromático puede ser un
dialquilbenceno.
La presente invención proporciona también un
procedimiento para convertir parafinas a aromáticos que comprende
poner en contacto las parafinas, bajo condiciones que causan la
conversión de parafinas a aromáticos, con un catalizador que
comprende la zeolita de esta invención, con preferencia
predominantemente en la forma hidrógeno, comprendiendo dicho
catalizador galio, zinc o un compuesto de galio o zinc.
De acuerdo con esta invención se proporciona
también un proceso para isomerizar olefinas, que comprende poner en
contacto dicha olefina, bajo condiciones que causan la isomerización
de al olefina, con un catalizador que comprende la zeolita de esta
invención.
De acuerdo con esta invención, se proporciona
además un procedimiento para isomerizar una alimentación de
isomerización que comprende una corriente C_{8} aromática de
isómeros de xileno o mezclas de isómeros de xileno y etilbenceno,
en donde se obtiene una relación de orto-, meta- y
para-xilenos muy próxima al equilibrio,
comprendiendo dicho procedimiento poner en contacto dicha
alimentación, bajo condiciones de isomerización, con un catalizador
que comprende la zeolita de esta invención.
La presente invención proporciona también un
procedimiento para oligomerizar olefinas que comprende poner en
contacto una alimentación olefínica, bajo condiciones de
oligomerización, con un catalizador que comprende la zeolita de
esta invención.
Esta invención proporciona también un
procedimiento para convertir alcoholes inferiores y otros
hidrocarburos oxigenados que comprende poner en contacto dicho
alcohol inferior u otro hidrocarburo oxigenado con un catalizador
que comprende la zeolita de esta invención, bajo condiciones que
produzcan productos líquidos.
Además, de acuerdo con la presente invención, se
proporciona un proceso para la producción de hidrocarburos de mayor
peso molecular a partir de hidrocarburos de menor peso molecular,
que comprende las etapas de:
(a) introducir en una zona de reacción un gas
que contiene hidrocarburos de menor peso molecular y poner en
contacto dicho gas en dicha zona, bajo condiciones de síntesis de
hidrocarburos C_{2+}, con el catalizador y un metal o compuesto
metálico capaz de convertir el hidrocarburo de menor peso molecular
a un hidrocarburo de mayor peso molecular; y
(b) extraer de dicha zona de reacción una
corriente que contiene hidrocarburos de mayor peso molecular.
De acuerdo con esta invención, se proporciona un
proceso para la reducción de óxidos de hidrógeno contenidos en una
corriente gaseosa en presencia de oxígeno, en donde dicho proceso
comprende poner en contacto la corriente gaseosa con la zeolita de
esta invención. La zeolita puede contener un metal o iones metálicos
(tales como cobalto, cobre o mezclas de los mismos) capaces de
catalizar la reducción de los óxidos de nitrógeno, y se puede
efectuar en presencia de un exceso estequiométrico de oxígeno. En
una modalidad preferida, la corriente gaseosa es la corriente de
escape de un motor de combustión interna.
La presente invención comprende una familia de
zeolitas cristalinas de poros grandes, designada aquí como
"zeolita SSZ-58" o simplemente
"SSZ-58". Tal y como aquí se emplea, la
expresión "poros grandes" significa que la zeolita tiene un
diámetro de tamaño medio de poro mayor de alrededor de 6,5 Angstroms
(6,5 x 10^{-10} m), con preferencia de 7 a 8 Angstroms
aproximadamente (7 x 10^{-10} m a 8 x 10^{-10} m).
En la preparación de las zeolitas
SSZ-58, como plantilla de cristalización se emplea
un catión
N-butil-N-ciclooctilpirrolidinio
o catión N-propilciclooctilpirrolidinio. En
general, la SSZ-58 se prepara poniendo en contacto
una fuente activa de uno o más óxidos seleccionados del grupo
consistente en óxidos de elementos monovalentes, óxidos de
elementos divalentes, óxidos de elementos trivalentes y óxidos de
elementos tetravalentes con el agente de plantillaje.
La SSZ-58 se prepara a partir de
una mezcla de reacción que tiene la composición mostrada en la
siguiente Tabla A.
\vskip1.000000\baselineskip
en donde Y, W, Q, M y n se definen
como anteriormente, y a es 1 o 2, y b es 2 cuando a es 1 (es decir,
W es tetravalente) y b es 3 cuando a es 2 (es decir, W es
trivalente).
En la práctica, la SSZ-58 se
prepara mediante un procedimiento que comprende:
- (a)
- preparar una solución acuosa que contiene fuentes de al menos un óxido capaz de formar un tamiz molecular cristalino y un catión N-butil-N-ciclooctilpirrolidinio o catión N-propilciclooctilpirrolidinio que tiene un contraión aniónico que no es perjudicial para la formación de SSZ-58;
- (b)
- mantener la solución acuosa bajo condiciones suficientes para formar cristales de SSZ-58; y
- (c)
- recuperar los cristales de SSZ-58.
En consecuencia, la SSZ-58 puede
comprender el material cristalino y el agente de plantillaje en
combinación con óxidos metálicos y no metálicos enlazados en
coordinación tetraédrica a través de átomos de oxígeno compartidos,
para formar una estructura cristalina reticulada tridimensional. Los
óxidos metálicos y no metálicos comprenden uno o una combinación de
óxidos de un primero o primeros elementos tetravalentes y uno o una
combinación de un segundo o segundos elementos tetravalentes,
diferentes del primero o primeros elementos tetravalentes, un
elemento o elementos trivalentes, un elemento o elementos
pentavalente o una mezcla de los mismos. El primero o primeros
elementos tetravalentes se eligen preferentemente del grupo
consistente en silicio, germanio y combinaciones de los mismos. Más
preferentemente, el primer elemento tetravalente es silicio. El
segundo elemento tetravalente (que es diferente del primer elemento
tetravalente), elemento trivalente y elemento pentavalente se
eligen preferentemente del grupo consistente en aluminio, galio,
hierro, boro, titanio, indio, vanadio y combinaciones de los
mismos. Más preferentemente, el segundo elemento trivalente o
tetravalente es aluminio o boro.
Fuentes típicas de óxido de aluminio para la
mezcla de reacción incluyen aluminatos, alúmina, coloides de
aluminio, óxido de aluminio revestido sobre sol de sílice, geles de
alúmina hidratada tal como Al(OH)_{3} y compuestos
de aluminio tales como AlCl_{3} y
Al_{2}(SO_{4})_{3}. Fuentes típicas de óxido de
silicio incluyen silicatos, hidrogel de sílice, ácido silícico,
sílice ahumada, sílice coloidal, ortosilicatos de tetraalquilo e
hidróxidos de sílice. El boro, así como el galio, germanio, titanio,
indio, vanadio e hierro, se pueden añadir en formas
correspondientes a sus contrapartidas de aluminio y silicio.
Un reactivo de zeolita de origen puede
proporcionar una fuente de aluminio o boro. En la mayoría de los
casos, la zeolita de origen proporciona también una fuente de
sílice. La zeolita de origen, en su forma desaluminada o
desboronada, se puede emplear también como fuente de sílice, con
silicio adicional incorporado usando, por ejemplo, las fuentes
convencionales antes indicadas. El uso de un reactivo de zeolita de
origen como fuente de alúmina para el presente procedimiento se
describe de forma más completa en la Patente US No. 5.225.179
concedida el 6 de julio a Nakagawa y titulada "Method of Making
Molecular Sieves".
Habitualmente, en la mezcla de reacción se
emplea un hidróxido de metal alcalino y/o un hidróxido de metal
alcalinotérreo, tal como el hidróxido de sodio, potasio, litio,
cesio, rubidio, calcio y magnesio; sin embargo, este componente se
puede omitir en tanto en cuanto se mantenga la basicidad
equivalente. El agente de plantillaje se puede emplear para
proporcionar ión hidróxido. Así, puede ser beneficioso intercambiar
iónicamente, por ejemplo, el haluro por ión hidróxido, reduciendo o
eliminando con ello la cantidad requerida de hidróxido de metal
alcalino. El catión de metal alcalino o el catión de metal
alcalinotérreo pueden ser parte del material de óxido cristalino
tal como se sintetiza, con el fin de compensar en el mismo las
cargas electrónicas de valencia.
La mezcla de reacción se mantiene a una
temperatura elevada hasta que se forman los cristales de la zeolita
SSZ-58. La cristalización hidrotérmica se efectúa
normalmente bajo presión autógena, a una temperatura comprendida
entre 100 y 200ºC, con preferencia entre 135 y 180ºC. El período de
cristalización es habitualmente superior a un día y con preferencia
de 3 a 20 días aproximadamente.
Preferentemente, la zeolita se prepara usando
una agitación suave.
Durante la etapa de cristalización hidrotérmica,
los cristales de SSZ-58 se pueden dejar nuclear de
manera espontánea en la mezcla de reacción. El uso de cristales de
SSZ-58 como material de nucleación puede ser
conveniente a la hora de disminuir el tiempo necesario para que
ocurra la cristalización completa. Además, la nucleación puede
conducir a una mayor pureza del producto obtenido al promover la
nucleación y/o formación de SSZ-58 respecto a
cualesquiera fases indeseadas. Cuando se emplean como agentes de
nucleación, los cristales de SSZ-58 se añaden en
una cantidad comprendida entre 0,1 y 10% del peso de sílice usada en
la mezcla de reacción.
Una vez formados los cristales de zeolita, el
producto sólido se separa de la mezcla de reacción mediante
técnicas de separación mecánicas convencionales, tal como
filtración. Los cristales son lavados con agua y luego secados, por
ejemplo a 90-150ºC durante 8-24
horas, para obtener así los cristales de zeolita
SSZ-58 tal y como son sintetizados. La etapa de
secado se puede efectuar a presión atmosférica o bajo vacío.
La SSZ-58, tal como se prepara,
presenta una relación molar de un óxido seleccionado entre óxido de
silicio, óxido de germanio y mezclas de los mismos a un óxido
seleccionado entre óxido de aluminio, óxido de galio, óxido de
hierro, óxido de boro, óxido de titanio, óxido de indio, óxido de
vanadio y mezclas de los mismos mayor de alrededor de 20; y tiene,
después de la calcinación, las líneas de difracción de rayos X de la
Tabla II siguiente. La SSZ-58 tiene además una
composición, tal como se sintetiza (es decir, antes de separar el
agente de plantillaje de la zeolita) y en estado anhidro, en
términos de relaciones molares, como la mostrada en la siguiente
Tabla B.
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en donde Y, W, c, d, M y Q se
definen como
anteriormente.
\vskip1.000000\baselineskip
La SSZ-58 se puede preparar
esencialmente libre de aluminio, es decir, teniendo una relación
molar de sílice a alúmina de \infty. Un método para aumentar la
relación molar de sílice a alúmina consiste en utilizar
tratamientos convencionales de lixiviación ácida o de quelación. Sin
embargo, la SSZ-58 esencialmente libre de aluminio
se puede sintetizar directamente empleando fuentes de silicio
esencialmente libres de aluminio como el principal componente de
óxido metálico tetraédrico, en el caso de que también esté presente
boro. La SSZ-58 se puede preparar también
directamente como un aluminosilicato o un borosilicato.
Se pueden obtener también relaciones de sílice a
alúmina más bajas empleando métodos que introducen aluminio en la
red cristalina. Por ejemplo, la inserción de aluminio puede
producirse por tratamiento térmico de la zeolita en combinación con
un ligante de alúmina o fuente disuelta de alúmina. Dichos
procedimiento se describen en la Patente US 4.559.315, concedida el
17 de diciembre de 1985 a Chang, et al.
Se cree que la SSZ-58 está
constituida por una nueva estructura de red cristalina o topología
que se caracteriza por su patrón de difracción de rayos X. Las
zeolitas SSZ-58, tal como se sintetizan, tienen una
estructura cristalina cuyo patrón de difracción en polvo de rayos X
exhibe las líneas características mostradas en la Tabla I y que con
ello se diferencia de otras zeolitas conocidas.
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La siguiente tabla IA muestra las líneas de
difracción en polvo de rayos X para la SSZ-58 tal
como es sintetizada incluyendo las intensidades relativas
reales
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\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
(Tabla pasa a página
siguiente)
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Después de la calcinación, las zeolitas
SSZ-58 tienen una estructura cristalina cuyos
patrones de difracción en polvo de rayos X incluyen las líneas
características mostradas en la Tabla II:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
La siguiente tabla IIA muestra las líneas de
difracción en polvo de rayos X para la SSZ-58
calcinada incluyendo las intensidades relativas reales
Los modelos de difracción en polvo de rayos X
fueron determinados mediante técnicas standard. La radiación fue
K-alfa/doblete de cobre. Las alturas de los picos y
las posiciones, como una función de 2\theta en donde \theta es
el ángulo de Bragg, fueron leídas a partir de las intensidades
relativas de los picos, y se puede calcular d, es decir, la
separación interplanar en Angstroms correspondiente a las líneas
registradas.
La variación en las mediciones del ángulo de
dispersión (2-teta), debida a error en el
instrumento y a diferencias entre muestras individuales, se estima
en +/- 0,20 grados.
El patrón de difracción de rayos X de la tabla I
es representativo de las zeolitas SSZ-58 "tal como
son sintetizadas" o "tal como son preparadas". Pueden
surgir pequeñas variaciones en el patrón de difracción a partir de
variaciones en la relación molar de sílice a alúmina o de sílice a
boro de la muestra particular como consecuencia de cambios en las
constantes de la red cristalina. Además, los cristales
suficientemente pequeños afectarán a la forma e intensidad de los
picos, conduciendo ello a un importante ensanchamiento de los
picos.
En la tabla II se muestran picos representativos
del patrón de difracción de rayos X de la SSZ-58
calcinada. La calcinación puede traducirse también en cambios en
las intensidades de los picos en comparación con modelos del
material "tal como se prepara", así como en cambios pequeños en
el patrón de difracción. La zeolita producida mediante intercambio
del metal u otros cationes presentes en la zeolita con otros
diversos cationes, (tales como H^{+} o NH_{4}^{+})
proporciona esencialmente el mismo patrón de difracción, aunque de
nuevo pueden surgir pequeños cambios en la separación interplanar y
variaciones en las intensidades relativas de los picos.
Independientemente de estas pequeñas perturbaciones, la red
cristalina básica permanece inalterada por estos tratamientos.
La SSZ-58 cristalina se puede
emplear tal como se sintetiza, pero preferentemente es tratada
térmicamente (calcinada). Normalmente, es conveniente separar el
catión de metal alcalino por intercambio iónico y reemplazar al
menos parte del mismo con hidrógeno, amonio o cualquier ion metálico
deseado. La zeolita puede ser lixiviada con agentes quelantes, por
ejemplo EDTA o soluciones ácidas diluidas, para aumentar la relación
molar de sílice a alúmina. La zeolita puede ser tratada también con
vapor de agua; el tratamiento con vapor de agua ayuda a estabilizar
la red cristalina contra el ataque con ácidos.
La zeolita se puede usar en combinación íntima
con componentes de hidrogenación, tales como tungsteno, vanadio
molibdeno, renio, níquel cobalto, cromo, manganeso o un metal noble,
tal como paladio o platino, para aquellas aplicaciones en donde se
desee una función de
hidrogenación-deshidrogenación.
También se pueden introducir metales en la
zeolita reemplazando algunos de los cationes de la zeolita con
cationes metálicos por medio de técnicas convencionales de
intercambio iónico (véase, por ejemplo, Patentes US Nos. 3.140.249
concedida el 7 de Julio de 1961 a Plank, et al.; 3.140.251
concedida el 7 de Julio de 1964 a Plank, et al.; y 3.140.253
concedida el 7 de Julio de 1964 a Plank, et al.). Cationes de
reemplazamiento típicos pueden incluir cationes metálicos, por
ejemplo, metales de tierras raras, metales de Grupo IA del Grupo
IIA y de Grupo VIII, así como sus mezclas. Entre los cationes
metálicos de reemplazamiento, se prefieren particularmente los
cationes de metales tales como tierras raras, Mn, Ca, Mg, Zn, Cd,
Pt, Pd, Ni, Co, Ti, Al, Sn y Fe.
Los componentes hidrógeno, amonio y metal pueden
ser intercambiados iónicamente en la SSZ-58. La
zeolita puede ser también impregnada con los metales, o bien los
metales se pueden mezclar física e íntimamente con la zeolita
usando métodos standard conocidos en la técnica.
Las técnicas habituales de intercambio iónico
comprenden poner en contacto la zeolita sintética con una solución
que contiene una sal del catión o cationes de reemplazamiento
deseados. Aunque se puede emplear una amplia variedad de sales, se
prefieren en particular los cloruros y otros haluros, acetatos,
nitratos y sulfatos. La zeolita se calcina normalmente antes del
procedimiento de intercambio iónico para separar la materia orgánica
presente en los canales y sobre la superficie, puesto que esto se
traduce en un intercambio iónico más eficaz. Técnicas
representativas de intercambio iónico se describen en una amplia
variedad de patentes, incluyendo Patentes US Nos. 3.140.249
concedida el 7 julio, 1964 a Plank et al.; 3.140.251
concedida el 7 julio, 1964 a Plank et al.; y 3.140.253
concedida el 7 julio, 1964 a Plank et al.
Después del contacto con la solución de sal del
catión de reemplazamiento deseado, la zeolita se lava normalmente
con agua y se seca a temperaturas que van desde 65ºC a 200ºC
aproximadamente. Después del lavado, la zeolita puede ser calcinada
en aire o en un gas inerte a temperaturas que van desde 200ºC a
800ºC aproximadamente durante periodos de tiempo comprendidos entre
1 y 48 horas o más, para producir un producto catalíticamente
activo especialmente útil en procesos de conversión de
hidrocarburos.
Independientemente de los cationes presentes en
la forma sintetizada de SSZ-58, la disposición
espacial de los átomos que forman la red cristalina básica de la
zeolita permanece esencialmente inalterada.
La SSZ-58 se puede conformar en
una amplia variedad de formas físicas. En términos generales, la
zeolita puede estar en forma de un polvo, un gránulo o un producto
moldeado, tal como un extruido que tiene un tamaño de partícula
suficiente para pasar a través de un tamiz de malla 2 (Tyler) y
quedar retenido en un tamiz de malla 400 (Tyler). En los casos en
donde el catalizador es moldeado, tal como por extrusión con un
ligante orgánico, el aluminosilicato puede ser extruido antes del
secado, o puede ser secado o parcialmente secado y luego
extruido.
La SSZ-58 se puede combinar, en
forma de materiales compuestos, con otros materiales resistentes a
las temperaturas y otras condiciones usadas en procesos de
conversión orgánicos. Dichos materiales de matriz incluyen
materiales activos e inactivos y zeolitas de origen sintético o
natural así como materiales inorgánicos tales como arcillas, sílice
y óxidos metálicos. Ejemplos de tales materiales y del modo en el
cual se pueden utilizar se describen en la Patente US No.
4.910.006, concedida el 20 de Mayo de 1990 a Zones et al., y
en la Patente US No. 5.316.753, concedida el 31 de Mayo de 1994 a
Nakagawa.
Las zeolitas SSZ-58 son útiles
en reacciones de conversión de hidrocarburos. Las reacciones de
conversión de hidrocarburos son procesos químicos y catalíticos en
donde compuestos conteniendo carbono se cambian a diferentes
compuestos conteniendo carbono. Ejemplos de reacciones de conversión
de hidrocarburos en donde cabe esperar que las
SSZ-58 sean útiles incluyen: cracking catalítico,
hidrocracking, desparafinado, alquilación y reacciones de formación
de olefinas y compuestos aromáticos. Igualmente, cabe esperar que
los catalizadores sean útiles en otras reacciones de refino de
petróleo y de conversión de hidrocarburos, tales como isomerización
de n-parafinas y naftenos, polimerización y
oligomerización de compuestos olefínicos o acetilénicos tales como
isobutileno y buteno-1, reformado, isomerización de
aromáticos polialquil-sustituidos (por ejemplo,
m-xileno) y desproporcionamiento de aromáticos (por
ejemplo, tolueno) para proporcionar mezclas de benceno, xilenos y
metilbencenos superiores y reacciones de oxidación. También quedan
incluidas las reacciones de transposición para preparar diversos
derivados de naftaleno, y formación de hidrocarburos de mayor peso
molecular a partir de hidrocarburos de menor peso molecular. Los
catalizadores SSZ-58 pueden tener una alta
selectividad y, bajo condiciones de conversión de hidrocarburos,
pueden proporcionar un alto porcentaje de productos deseados con
respecto a los productos totales.
Las zeolitas SSZ-58 se pueden
emplear en el procesado de materiales de alimentación
hidrocarbonados. Las alimentaciones hidrocarbonadas contienen
compuestos carbonados y pueden proceder de muchas fuentes
diferentes, tales como fracciones de petróleo virgen, fracciones de
petróleo de reciclo, aceite de esquistos, carbón licuado, aceite de
arena impregnada con alquitrán, parafinas sintéticas NAO, materiales
de alimentación de plásticos reciclados y, en general, pueden
consistir en cualquier alimentación que contenga carbono y que sea
susceptible a reacciones catalíticas zeolíticas. En función del
tipo de procesado que haya de experimentar la alimentación
hidrocarbonada, la alimentación puede contener metal o estar libre
de metales, pudiendo tener también altos o bajos contenidos en
impurezas de nitrógeno o azufre. Podrá apreciarse, sin embargo, que
en general el procesado será más eficaz (y el catalizador más
activo) cuanto más bajo sea el contenido en metal, nitrógeno y
azufre del material de alimentación.
La conversión de alimentaciones hidrocarbonadas
puede tener lugar de cualquier modo conveniente, por ejemplo, en
reactores de lecho fluidificado, lecho móvil o lecho fijo,
dependiendo de los tipos de proceso deseados. La formulación de las
partículas de catalizador variará en función del proceso de
conversión y método de operación.
Otras reacciones que pueden ser efectuadas
usando el catalizador de esta invención conteniendo un metal, por
ejemplo, un metal de Grupo VIII, tal como platino, incluyen
reacciones de hidrogenación-deshidrogenación,
denitrogenación y desulfuración.
La siguiente tabla indica condiciones de
reacción típicas que pueden ser usadas cuando se emplean los
catalizadores comprendiendo SSZ-58 en las
reacciones de conversión de hidrocarburos de esta invención. Las
condiciones preferidas se indican entre paréntesis.
A continuación se ofrecen otras condiciones y
parámetros de reacción.
Usando un catalizador que comprende
SSZ-58, con preferencia predominantemente en la
forma hidrógeno y un promotor de la hidrogenación, se pueden
hidrocraquear materiales de alimentación residuales pesados del
petróleo, materiales cíclicos y otros materiales de carga a
hidrocraquear usando las condiciones del proceso y componente
catalíticos que se describen en las referidas Patente US No.
4.910.006 y Patente US No. 5.316.753.
Los catalizadores de hidrocracking contienen una
cantidad eficaz de al menos un componente de hidrogenación del tipo
normalmente usado en catalizadores de hidrocracking. El componente
de hidrogenación se elige generalmente del grupo de catalizadores
de hidrogenación consistentes en uno o más metales del Grupo VIB y
del Grupo VIII, incluyendo las sales, complejos y soluciones que
contienen tales metales. El catalizador de hidrogenación se elige
preferentemente del grupo de metales, sales y complejos de los
mismos de grupo consistente en al menos uno de platino, paladio,
rodio, iridio, rutenio y mezclas de los mismos o del grupo
consistente en al menos uno de níquel, molibdeno, cobalto,
tungsteno, titanio, cromo y mezclas de los mimos. La referencia al
metal o metales catalíticamente activos ha de entenderse que incluye
dicho metal o metales en estado elemental y en alguna otra forma
tal como un óxido, sulfuro, haluro, carboxilato y similares. El
catalizador de hidrogenación está presente en una cantidad eficaz
para proporcionar la función de hidrogenación del catalizador de
hidrocracking y preferentemente en la gama de 0,05 a 25% en
peso.
La SSZ-58, con preferencia
predominantemente en la forma hidrógeno, se puede emplear para
desparafinar alimentaciones hidrocarbonadas separando
selectivamente parafinas de cadena lineal. Habitualmente, se mejora
en índice de viscosidad del producto desparafinado (en comparación
con la alimentación parafinada) cuando la alimentación parafinada
se pone en contacto con SSZ-58 bajo condiciones de
desparafinado por isomerización.
Las condiciones de desparafinado catalítico
dependen en gran medida de la alimentación usada y del punto de
fluidez crítica deseado. Preferentemente está presente hidrógeno en
la zona de reacción durante el proceso de desparafinado catalítico.
La relación de hidrógeno a alimentación está comprendida
habitualmente entre aprox. 0,089 y 5,34 SCM (metros cúbicos
normales/litro) (entre 500 y aprox. 30.000 SCF/bbl (pies cúbicos
normales por barril), con preferencia entre aprox. 0,178 y 3,56
SCM/litro (entre 1.000 y aprox. 20.000 SCF/bbl). En general, el
hidrógeno se separará del producto y se reciclará a la zona de
reacción. Los materiales de alimentación típicos incluyen gasóleo
ligero, gasóleos pesados y crudos reducidos que hierven por encima
de alrededor de 177ºC (350ºF).
Un proceso de desparafinado típico es el
desparafinado catalítico de un material de alimentación de aceite
hidrocarbonado que hierve por encima de alrededor de 177ºC (350ºF) y
que contiene hidrocarburos de cadena lineal y de cadena ligeramente
ramificada, mediante contacto del material de alimentación de aceite
hidrocarbonado, en presencia de gas hidrógeno añadido, a una
presión de hidrógeno de alrededor de =,103-20,7 MPa
(15-3000 psi) con un catalizador que comprende
SSZ-58 y al menos un metal del Grupo VIII.
El catalizador de hidrodesparafinado
SSZ-58 puede contener opcionalmente un componente de
hidrogenación del tipo normalmente usado en catalizadores de
desparafinado. Véase las referidas Patente US No. 4.910.006 y
Patente US No. 5.316.753 respecto a ejemplos de estos componentes
de hidrogenación.
El componente de hidrogenación está presente en
una cantidad eficaz para proporcionar un catalizador eficiente de
hidrodesparafinado e hidroisomerización, con preferencia en la gama
de alrededor de 0,05 a 5% en peso. El catalizador puede ser usado
de tal manera que aumente el isodesparafinado a costa de las
reacciones de cracking.
La alimentación puede ser hidrocraqueada,
seguido por desparafinado. Este tipo de proceso en dos etapas y las
condiciones típicas de hidrocracking se describen en la Patente US
No. 4.921.594, concedida el 1 de Mayo de 1990 a Miller.
La SSZ-58 se puede emplear
también como catalizador de desparafinado en forma de un catalizador
estratificado. Es decir, el catalizador comprende una primera capa
que contiene zeolita SSZ-58 y al menos un metal del
Grupo VIII, y una segunda capa que comprende una zeolita de
aluminosilicato que es más selectiva en cuanto a la forma que la
zeolita SSZ-58. El uso de catalizadores
estratificados se describe en la Patente US. No. 5.149.421,
concedida el 22 de Septiembre de 1992 a Miller. El estratificado
puede incluir también un lecho de SSZ-58
estratificado con un componente no zeolítico diseñado para el
hidrocracking o para el hidroacabado.
La SSZ-58 se puede emplear
también para desparafinar refinados, incluyendo lubricantes de
petróleo residual, bajo condiciones como las descritas en la
Patente US No. 4.181.598 concedida el 1 de Enero de 1980 a Gillespie
et al.
Suele ser conveniente utilizar una hidrogenación
suave (referida a veces como hidroacabado) para producir productos
desparafinados más estables. La etapa de hidroacabado se puede
realizar bien antes o bien después de la etapa de desparafinado y
con preferencia después. El hidroacabado se efectúa normalmente a
temperaturas del orden de alrededor de 190 a 340ºC, a presiones de
alrededor de 2,76 a 20,7 MPa manométricos (400 psig a aprox. 3000
psig) a velocidades espaciales (LHSV) comprendidas entre 0,1 y 20
aproximadamente y con una velocidad de reciclo de hidrógeno de
alrededor de 0,071 a 0,27 SCM/litro (400 a 1500 SCF/bbl). El
catalizador de hidrogenación usado ha de ser lo suficientemente
activo no solo para hidrogenar las olefinas, diolefinas y cuerpos
de color que puedan estar presentes, sino también para reducir el
contenido en aromáticos. Catalizadores de hidrogenación adecuados
son los descritos en la Patente US No. 4.921.594, concedida el 1 de
Mayo de 1990 a Miller. La etapa de hidroacabado resulta beneficiosa
para la preparación de un producto aceptablemente estable (por
ejemplo, un aceite lubricante) dado que los productos desparafinados
preparados a partir de materiales hidrocraqueados tienden a ser
inestables en aire y a la luz y tienden a formar lodos de manera
espontánea y rápida.
Usando SSZ-58 se puede preparar
aceite lubricante. Por ejemplo, se puede preparar un aceite
lubricante C_{20+} por isomerización de una alimentación de
olefinas C_{20+} sobre un catalizador que comprende
SSZ-58 en la forma hidrógeno y al menos un metal
del Grupo VIII. Alternativamente, el aceite lubricante se puede
preparar mediante hidrocracking en una zona de hidrocracking de un
material de alimentación hidrocarbonado, para obtener un efluente
que comprende un aceite hidrocraqueado, y mediante desparafinado
catalítico del efluente a una temperatura de por lo menos 204ºC
(400ºF) aproximadamente y a una presión de alrededor de 0,103 a 20,7
MPa (alrededor de 15 a 3000 psig) en presencia de gas hidrógeno
añadido, con un catalizador que comprende SSZ-58 en
la forma hidrógeno y al menos un metal del Grupo VIII.
La SSZ-58 se puede usar para
convertir naftas ligeras de destilación directa y mezclas similares
a mezclas altamente aromáticas. Así, los hidrocarburos normales y
de cadena ligeramente ramificada, que tienen preferentemente una
gama de ebullición por encima de alrededor de 40ºC y por debajo de
alrededor de 200ºC, se pueden convertir a productos que tienen un
contenido importante en aromáticos de mayor índice de octano,
poniendo en contacto la alimentación hidrocarbonada con un
catalizador que comprende SSZ-58. También es posible
convertir alimentaciones más pesadas a BTX o derivados naftalénicos
de valor usando catalizadores que contienen
SSZ-58.
El catalizador de la conversión contiene
preferentemente un compuesto de un metal de Grupo VIII para que
tenga así la suficiente actividad para su uso comercial. Por la
expresión "compuesto de un metal de Grupo VIII" tal y como
aquí se emplea, se quiere dar a entender el propio metal o un
compuesto del mismo. Se pueden usar metales nobles del Grupo VIII y
sus compuestos, platino, paladio e iridio o combinaciones de los
mismos. También se puede emplear renio o estaño o una mezcla de
ambos en combinación con el compuesto del metal del Grupo VIII y
preferentemente un compuesto de metal noble. El metal más preferido
es el platino. La cantidad de metal del Grupo VIII presente en el
catalizador de la conversión deberá encontrarse dentro del intervalo
normal de uso en los catalizadores de reformado, del orden de
aproximadamente 0,05 a 2% en peso, con preferencia de 0,2 a 0,8% en
peso.
Para la producción selectiva de aromáticos en
cantidades útiles resulta crítico que el catalizador de la
conversión esté sustancialmente libre de acidez, por ejemplo,
mediante neutralización de la zeolita con un compuesto de metal
básico, por ejemplo de un metal alcalino. Los métodos para hacer que
el catalizador esté libre de acidez son ya conocidos en la técnica.
Véase las referidas Patente US 4.910.006 y Patente US No. 5.316.753
respecto a una descripción de tales métodos.
Los metales alcalinos preferidos son sodio,
potasio, rubidio y cesio. La propia zeolita puede estar
sustancialmente libre de acidez únicamente a relaciones molares de
sílice:alúmina muy altas.
Los materiales de cracking hidrocarbonados
pueden ser craqueados catalíticamente en ausencia de hidrógeno
usando SSZ-58, con preferencia predominantemente en
la forma hidrógeno.
Cuando se emplea SSZ-58 como
catalizador de cracking catalítico, en ausencia de hidrógeno, el
catalizador puede ser usado en combinación con los catalizadores de
cracking tradicionales, por ejemplo, cualquier aluminosilicato
usado hasta ahora como componente en catalizadores de cracking.
Normalmente, se trata de aluminosilicatos cristalinos de tamaño
grande de poros. Ejemplos de estos catalizadores de cracking
tradicionales se describen en las referidas Patente US No.
4.910.006 y Patente US 5.316.753. Cuando se emplea un componente de
catalizador de cracking tradicional (TC) la relación en peso
relativa del TC a la SSZ-58 está comprendida
generalmente entre alrededor de 1:10 y 500:1, convenientemente
entre alrededor de 1:10 y 200:1, con preferencia entre alrededor de
1:2 y 50:1 y más preferentemente entre alrededor de 1:1 y 20:1. La
nueva zeolita y/o el componente de cracking tradicional se pueden
además intercambiar iónicamente con iones de tierras raras para
modificar la selectividad.
Los catalizadores de cracking se emplean
normalmente con un componente de matriz de óxido inorgánico.
Respecto a ejemplos de tales componentes de matriz véase las
referidas Patente US No. 4.910.006 y Patente US 5.316.753.
El presente catalizador es altamente activo y
altamente selectivo para la isomerización de hidrocarburos C_{4}
a C_{7}. La actividad significa que el catalizador puede operar a
temperaturas relativamente bajas lo cual favorece
termodinámicamente a las parafinas altamente ramificadas. Por tanto,
el catalizador puede producir un producto de alto octano. La alta
selectividad significa que se puede conseguir un rendimiento de
líquido relativamente alto cuando el catalizador trabaja a un alto
octano.
El presente proceso comprende poner en contacto
el catalizador de isomerización, es decir, un catalizador que
comprende SSZ-58 en la forma hidrógeno, con una
alimentación hidrocarbonada bajo condiciones de isomerización. La
alimentación es con preferencia una fracción directa ligera, que
hierve dentro del intervalo de -1ºC a 121ºC (30ºF a 250ºF) y con
preferencia de 16ºC a 93ºC (60ºF a 200ºF). Preferentemente, la
alimentación hidrocarbonada para el proceso comprende una cantidad
sustancial de hidrocarburos normales y ligeramente ramificados
C_{4} a C_{7} de bajo octano, más preferentemente hidrocarburos
C_{5} y C_{6}.
Es preferible realizar la reacción de
isomerización en presencia de hidrógeno. Con preferencia, se añade
hidrógeno para proporcionar una relación hidrógeno:hidrocarburo
(H_{2}/HC) comprendida entre 0,5 y 10 H_{2}/HC, más
preferentemente entre 1 y 8 H_{2}/HC. Véase las referidas Patente
US No. 4.910.006 y Patente US 5.316.753 respecto a una exposición
adicional de las condiciones del proceso de isomerización.
En el presente proceso se prefiere especialmente
una alimentación de bajo contenido en azufre. La alimentación
contiene preferentemente menos de 10 ppm, más particularmente menos
de 1 ppm y muy especialmente menos de 0,1 ppm de azufre. En el caso
de una alimentación que no tenga ya un bajo contenido en azufre, se
pueden alcanzar niveles aceptables por hidrogenación de la
alimentación en una zona de presaturación con un catalizador de
hidrogenación que es resistente al envenenamiento por azufre. Véanse
las referidas Patente US No. 4.910.006 y Patente US 5.316.753
respecto a una exposición adicional de este proceso de
hidrodesulfuración.
Es preferible limitar el nivel de nitrógeno y el
contenido en agua de la alimentación. Para los expertos en la
materia son ya conocidos los catalizadores y procesos que son
adecuados para estos fines.
Después de un período de operación, el
catalizador puede llegar a desactivarse por azufre o coque. Véanse
las referidas Patente US No. 4.910.006 y Patente US 5.316.753
respecto a una exposición adicional de los métodos para eliminar
este azufre y este coque y para regenerar el catalizador.
El catalizador para la conversión contiene
preferentemente un compuesto de un metal del Grupo VIII para que
disponga así de una actividad suficiente para su uso comercial. Por
la expresión "compuesto del Grupo VIII" tal y como aquí se
emplea se quiere representar el propio metal o un compuesto del
mismo. Se pueden usar metales nobles del Grupo VIII y sus
compuestos, platino, paladio o iridio o combinaciones de los
anteriores. También se pueden usar renio y estaño en combinación
con el metal noble. El metal más preferido es platino. La cantidad
de metal del Grupo VIII presente en el catalizador de conversión
deberá estar dentro del intervalo normal de uso en los
catalizadores de isomerización, del orden de alrededor de 0,05 a 2%
en peso, con preferencia de 0,2 a 0,8% en peso.
La SSZ-58 se puede emplear en un
proceso para la alquilación o transalquilación de un hidrocarburo
aromático. El proceso comprende poner en contacto el hidrocarburo
aromático con un agente de alquilación de olefinas C_{2} a
C_{16} o un agente de transalquilación de hidrocarburo
polialquil-aromático, bajo condiciones de al menos
fase líquida parcial y en presencia de un catalizador que comprende
SSZ-58.
La SSZ-58 se puede emplear
también para separar benceno de gasolina por alquilación del benceno
como se ha descrito anteriormente y posterior separación del
producto alquilado de la gasolina.
Para una actividad catalítica elevada, la
zeolita SSZ-58 deberá encontrarse predominantemente
en su forma de ion hidrógeno. Es preferible que, después de la
calcinación, al menos el 80% de los puntos catiónicos estén
ocupados por iones hidrógeno y/o iones de tierras raras.
Ejemplos de materiales de alimentación de
hidrocarburos aromáticos adecuados que pueden ser alquilados o
transalquilados por el proceso de la invención incluyen compuestos
aromáticos tales como benceno, tolueno y xileno. El hidrocarburo
aromático preferido es el benceno. Pueden darse ocasiones en donde
sean convenientes los derivados de naftaleno. También se pueden
usar mezclas de hidrocarburos aromáticos.
Las olefinas adecuadas para la alquilación del
hidrocarburo aromático son aquellas que contienen de 2 a 20, con
preferencia 2 a 4, átomos de carbono, tales como etileno, propileno,
buteno-1,
trans-buteno-2 y
cis-buteno-2 o mezclas de las
mismas. Pueden darse casos en donde sean convenientes los pentenos.
Las olefinas preferidas son etileno y propileno. También se pueden
usar alfa-olefinas de cadena más larga.
Cuando se desee la transalquilación, el agente
de transalquilación es un hidrocarburo
polialquil-aromático que contiene 2 o más grupos
alquilo cada uno de los cuales puede tener de 2 a 4 átomos de
carbono aproximadamente. Por ejemplo, hidrocarburos
polialquil-aromáticos adecuados incluyen
hidrocarburos di-, tri- y
tetra-alquil-aromáticos, tales como
dietilbenceno, trietilbenceno, dietilmetilbenceno (dietiltolueno),
diisopropilbenceno, diisopropiltolueno, dibutilbenceno y similares.
Los hidrocarburos polialquil-aromáticos preferidos
son los dialquilbencenos. Un hidrocarburo
polialquil-aromático particularmente preferido es el
diisopropilbenceno.
Cuando la alquilación es el proceso a realizar,
las condiciones de reacción son como sigue. La alimentación
hidrocarbonada aromática deberá estar presente en un exceso
estequiométrico. Es preferible que la relación molar de aromáticos
a olefinas sea mayor de 4:1 para evitar un ensuciamiento rápido del
catalizador. La temperatura de reacción puede ser de 38ºC a 316ºC
(100ºF a 600ºF), con preferencia de 121ºC a 232ºC (250ºF a 450ºF).
La presión de reacción deberá ser suficiente para mantener al menos
una fase líquida parcial con el fin de retardar el ensuciamiento
del catalizador. Esta presión es normalmente de 0,345 a 6,89 MPa
manométricos (50 psig a 1000 psig) dependiendo del material de
alimentación y de la temperatura de reacción. El tiempo de contacto
puede oscilar entre 10 segundos y 10 horas, pero normalmente es de 5
minutos a 1 hora. La velocidad espacial horaria en peso (WHSV), en
términos de gramos (libras) de hidrocarburo aromático y olefina por
gramo (libra) de catalizador por hora, se encuentra generalmente
dentro del intervalo de alrededor de 0,5 a 50.
Cuando la transalquilación es el proceso
realizado, la proporción molar de hidrocarburo aromático será en
general de alrededor de 1:1 a 25:1, preferentemente de alrededor de
2:1 a 20:1. La temperatura de reacción puede ser de alrededor de
38ºC a 316ºC (100ºF a 600ºF), pero con preferencia es de alrededor
de 121ºC a 232ºC (250ºF a 450ºF). La presión de reacción deberá ser
suficiente para mantener al menos una fase líquida parcial, siendo
normalmente del orden 0,345 a 6,89 MPa manométricos (50 psig a 1000
psig) con preferencia de 2,07 a 4,14 MPa kPa manométricos (300 psig
a 600 psig). La velocidad espacial horaria en peso será del orden de
alrededor de 0,1 a 10. Tales procesos se describen en la Patente US
No. 5.082.990 concedida en 21 de Enero de 1992 a Hsieh, et
al.
La SSZ-58 se puede emplear para
convertir parafinas gaseosas ligeras C_{2}-C_{6}
a hidrocarburos de mayor peso molecular, incluyendo compuestos
aromáticos. Con preferencia, la zeolita contendrá un metal u óxido
metálico catalítico en donde dicho metal se elige entre metales del
Grupo IB, IIB, VIII y IIIA de la Tabla Periódica. Con preferencia,
el metal es galio, niobio, indio o zinc en una cantidad de alrededor
de 0,05 a 5% en peso.
La SSZ-58 puede ser también útil
en un proceso de isomerización de uno o más isómeros de xileno en
una alimentación aromática C_{8}, para obtener orto-, meta- y
para-xileno en una relación próxima al valor en
equilibrio. En particular, la isomerización de xilenos se emplea en
combinación con un proceso separado para preparar
para-xileno. Por ejemplo, una porción del
para-xileno en una corriente de aromáticos C_{8}
mezclados se puede recuperar por cristalización y centrifugado. El
licor madre del cristalizador se hace reaccionar entonces, bajo
condiciones de isomerización, para restablecer los orto-, meta- y
para-xilenos a una relación próxima al equilibrio.
Al mismo tiempo, parte de etilbenceno del licor madre se convierte a
xilenos o a productos que pueden ser fácilmente separados por
filtración. El isomerado se mezcla con alimentación nueva y la
corriente combinada se destila para separar subproductos pesados y
ligeros. La corriente de aromáticos C_{8} resultante se envía
entonces al cristalizador para repetir el ciclo.
Opcionalmente, la isomerización en fase vapor se
efectúa en presencia de 3-30 moles de hidrógeno por
mol de alquilbenceno (por ejemplo, etilbenceno). Si se emplea
hidrógeno, el catalizador deberá comprender alrededor de 0,1 a 2%
en peso de un componente de hidrogenación/deshidrogenación
seleccionado entre componente de metales del Grupo VIII (de la
Tabla Periódica), en especial platino o níquel. Por la expresión
"componente de un metal de Grupo VIII" se quiere dar a
entender los metales y sus compuestos tales como óxidos y
sulfuros.
Opcionalmente, la alimentación de isomerización
puede contener de 10 a 90% en peso de un diluyente tal como
tolueno, trimetilbenceno, naftenos o parafinas.
Cabe esperar que la SSZ-58 se
pueda emplear también para oligomerizar olefinas de cadena lineal y
ramificada que tienen de 2 a 21 aproximadamente y con preferencia
2-5 átomos de carbono. Los oligómeros, que son los
productos del proceso, son olefinas que van desde medias a pesadas y
que son útiles tanto para combustibles, es decir gasolina o
aditivos para gasolina, y como productos químicos.
El proceso de oligomerización comprende poner en
contacto el material de alimentación olefínico en fase gaseosa o
líquida con un catalizador que comprende SSZ-58.
La zeolita puede tener los cationes originales
asociados con la misma reemplazados por una amplia variedad de
otros cationes según técnicas ya bien conocidas. Cationes típicos
incluirán hidrógeno, amonio y cationes metálicos incluyendo mezclas
de los mismos. Entre los cationes metálicos de reemplazamiento, se
da una preferencia particular a los cationes de metales tales como
metales de tierras raras, manganeso, calcio, así como metales del
Grupo II de la Tabla Periódica, por ejemplo, zinc, y del Grupo VIII
de la Tabla Periódica, por ejemplo níquel. Uno de los requisitos
primordiales es que la zeolita tenga una actividad de aromatización
claramente baja, es decir, una actividad en donde la cantidad de
aromáticos producidos no sea mayor del 20% en peso aproximadamente.
Esto se consigue usando una zeolita con una actividad ácida
controlada [valor alfa] del orden de alrededor de 0,1 a 120, con
preferencia de alrededor de 0,1 a 100, tal como se mide por su
capacidad para craquear n-hexano.
Los valores alfa son definidos por un ensayo
standard conocido en la técnica, por ejemplo, como se indica en la
Patente US No. 3.960.978 concedida el 1 de junio de 1976 a Givens,
et al. Si se requiere, dichas zeolitas se pueden obtener
mediante tratamiento con vapor de agua, mediante el uso en un
proceso de conversión o por cualquier otro método adecuado que
estime conveniente el experto en la materia.
La SSZ-58 se puede emplear para
condensar alcoholes alifáticos inferiores que tienen de 1 a 10
átomos de carbono a un producto hidrocarbonado con un punto de
ebullición de las gasolinas y que comprende hidrocarburos alifáticos
y aromáticos mezclado. El proceso descrito en la Patente US No.
3.894.107 concedida el 8 de Julio de 1975 a Butter et al.,
ofrece las condiciones usadas en este proceso.
El catalizador puede estar en la forma hidrógeno
o puede haber sido intercambiado o impregnado con una base para
contener amonio o un componente de catión metálico, preferentemente
en el intervalo de alrededor de 0,05 a 5% en peso. Los cationes
metálicos que pueden estar presentes incluyen cualquiera de los
metales de los Grupos I a VIII de la Tabla Periódica. Sin embargo,
en el caso de metales del Grupo IA, el contenido en cationes no
deberá ser en ningún caso tan grande que inactive eficazmente el
catalizador ni el intercambio deberá ser tal que elimine toda la
acidez. Pueden existir otros procesos que implican el tratamiento de
sustratos oxigenados en donde se desea un catalizador básico.
Se pueden formar hidrocarburos de mayor peso
molecular a partir de hidrocarburos de menor peso molecular poniendo
en contacto el hidrocarburo de menor peso molecular con un
catalizador que comprende SSZ-58 y un metal o
compuesto metálico capaz de convertir el hidrocarburo de menor peso
molecular a un hidrocarburo de mayor peso molecular. Ejemplos de
dichas reacciones incluyen la conversión de metano a hidrocarburos
C_{2+} tal como etileno o benceno o ambos. Ejemplos de metales y
compuestos metálicos adecuados incluyen metales de lantánidos y/o
actínidos o compuestos metálicos.
Estas reacciones, los metales o compuestos
metálicos empleados y las condiciones bajo las cuales se pueden
llevar a cabo se describen las Patentes US No. 4.734.537 concedida
el 29 marzo, 1988 a Devries et al.; 4.939.311 concedida el 3
julio, 1990 a Washecheck et al.; 4,962,261, concedida el
Ocaber 9, 1990 a Abrevaya et al.; 5,095,161, concedida el 10
Marzo, 1992 a Abrevaya et al.; 5,105,044, concedida el 14
Abril, 1992 a Han et al.; 5,105,046, concedida el 14 Abril,
1992 a Washecheck; 5,238,898, concedida el 24 Agosto, 1993 a Han
et al.; 5,321,185, concedida el 14 Junio, 1994 a van der
Vaart; y 5,336,825, concedida el 9 Agosto, 1994 a Choudhary et
al.
La SSZ-58 se puede emplear para
la reducción catalítica de los óxidos de nitrógeno en una corriente
gaseosa. Habitualmente, la corriente gaseosa contiene también
oxígeno, con frecuencia un exceso estequiométrico del mismo. Así
mismo, la SSZ-58 puede contener un metal o iones
metálicos dentro o sobre la misma, los cuales con capaces de
catalizar la reducción de los óxidos de nitrógeno. Ejemplos de tales
metales o iones metálicos incluyen cobre, cobalto y mezclas de los
mismos.
Un ejemplo de dicho proceso para la reducción
catalítica de óxidos de nitrógeno, en presencia de una zeolita, se
describe en la Patente US No. 4.297.328, concedida el 27 de Octubre
de 1981 a Ritscher et al. En esta referencia, el proceso
catalítico consiste en la combustión de monóxido de carbono e
hidrocarburos y la reducción catalítica de los óxidos de nitrógeno
contenidos en una corriente gaseosa, tal como los gases de escape de
un motor de combustión interna. La zeolita usada es intercambiada
con iones metálicos, dopada o cargada lo suficiente como para
proporcionar una cantidad eficaz de metal cobre o iones cobre
catalíticos dentro o sobre la zeolita. Además, el proceso se
efectúa en un exceso de oxidante, por ejemplo, oxígeno.
Los siguientes ejemplos demuestran pero no
limitan la presente invención. Los agentes de plantillaje indicados
en la siguiente tabla C se utilizan en estos ejemplos.
El anión (X^{-}) asociado con el catión puede
ser cualquier anión que no resulte perjudicial para la formación de
la zeolita. Aniones representativos incluyen halógeno, por ejemplo
fluoruro, cloruro, bromuro y yoduro, hidróxido, acetato, sulfato,
tetrafluorborato, carboxilato y similares. El hidróxido es anión
sumamente preferido.
Un matraz de 3 cuellos y de 3.000 ml se cargó
con 75 g (1,05 moles) de pirrolidina, 51 g de ciclooctanona (0,4
moles) y 80 ml de hexano anhidro. A la solución resultante se
añadieron 80 g (0,8 moles) de sulfato de magnesio anhidro y la
mezcla se agitó mecánicamente y se calentó a reflujo (la reacción
fue controlada por análisis NMR) durante 108 horas. La mezcla de
reacción se filtró a través de un embudo de vidrio fritado. El
filtrado se concentró a presión reducida en un evaporador rotativo
para proporcionar 0,5 g de una solución oleosa clara (tintada de
amarillo). Los espectros ^{1}H-NMR y
^{13}C-NMR fueron aceptables para el producto
deseado, 1-(1-pirrolino)cicloocteno. La
saturación del 1-(1-pirrolino)cicloocteno
para proporcionar N-ciclooctilpirrolidina se llevó
a cabo en un rendimiento del 98% por hidrogenación catalítica en
etanol a una presión de 0,379 MPa (55 psi) de gas hidrógeno en
presencia de 10% Pd sobre carbón activo.
A una solución de 60 g (0,33 moles) de
N-ciclooctilpirrolidina en 600 ml de metanol
anhidro, se añadieron 150 g (0,825 moles) de yoduro de butilo. La
mezcla de reacción se sometió a reflujo mientras se agitaba durante
4 días. Se añadieron entonces un equivalente más de yoduro de butilo
y un equivalente (33 g, 0,33 moles) de bicarbonato potásico y la
mezcla se agitó a la temperatura de reflujo durante 36 horas más. La
mezcla de reacción se concentró bajo presión reducida en un
evaporador rotativo para proporcionar un material sólido de color
blanquecino. Los sólidos se enjuagaron varias veces con cloroformo y
se filtraron después de cada enjuagado. Todos los enjuagados con
cloroformo se combinaron y concentraron para proporcionar un polvo
blanco cuyos datos NMR eran aceptables para la sal de yoduro de
amonio cuaternario deseada. La reacción proporcionó 109 g
(rendimiento 90%) de yoduro de
N-butil-N-ciclooctilpirrolidinio.
La sal yoduro fue purificada por recristalización disolviendo
completamente la sal yoduro en acetona y precipitando entonces por
adición de éter etílico a la solución de acetona. Este
procedimiento proporcionó 98 g de polvo blanco con espectros ^{1}H
y ^{13}C-NMR muy limpios.
La sal yoduro de
N-butil-N-ciclooctilpirrolidinio
(95 g, 0,26 moles) se disolvió en 300 ml de agua en una botella de
plástico de 1.000 ml. A la solución se añadieron 300 g de Resina de
Intercambio Iónico Ion Exchange Resin OH (BIO RAD®
AG1-X8) y la mezcla se agitó a temperatura ambiente
durante la noche. La mezcla se filtró y los sólidos fueron
enjuagados con 250 ml más de agua. La mezcla original se filtró y
los enjuagados se combinaron y se trató una pequeña cantidad con
0,1 N HCl para indicar la presencia de 0,24 moles de hidróxido (0,24
moles de hidróxido de
N-butil-N-ciclooctilpirrolidinio)
en la solución.
El procedimiento de síntesis descrito
anteriormente se muestra a continuación.
De manera similar a la descrita en el ejemplo 1,
se puede preparar catión
N-propil-ciclooctilpirrolidinio
(plantilla B).
\vskip1.000000\baselineskip
Un matraz de Teflón de 23 ml de cargó con 6,9 g
de solución acuosa 0,435 M de hidróxido de
N-butil-N-ciclooctilpirrolidinio
(3 mmol, plantilla A), 1,2 g de solución acuosa 1 M de NaOH (1,2
mmol NaOH) y 3,9 g de agua desionizada. A la mezcla resultante se
añadieron 0,06 g de borato sódico decahidratado (0,157 mmol de
borato sódico decahidratado, alrededor de 0,315 mmol
B_{2}O_{3}) y se agitó hasta lograr la disolución completa. A
continuación se añadieron a la solución 0,9 g de SiO_{2} ahumado
Cabosil-M-5 (alrededor de 14,7 mmol
de SiO_{2}) y la mezcla se agitó a fondo. El gel resultante se
tapó y se colocó en un reactor de acero Parr y se calentó en un
horno a 160ºC mientras se giraba a 43 rpm. La reacción fue
controlada comprobando el pH del gel y observando la formación de
cristales empleando Microscopía de Barrido Electrónico (SEM) a
intervalos de 6 días. La reacción se terminó después de calentar
durante 12 días en las condiciones descritas anteriormente. Una vez
finalizada la cristalización, el gel de partida se convirtió en una
mezcla que comprende una capa líquida clara con sólidos (polvo) que
había sedimentado en el fondo. La mezcla se filtró a través de un
embudo fritado. Los sólidos recogidos fueron lavados a fondo con
agua y luego enjuagados con acetona (10 ml) para separar cualquier
residuo orgánico. Los sólidos se dejaron secar al aire durante la
noche y luego se secaron en horno a 120ºC durante 1 hora. La
reacción proporcionó 0,78 g de un polvo muy fino. La SEM mostró la
presencia de sólo una fase cristalina. El análisis por rayos X del
polvo indicó que el material era SSZ-58.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplos
3-16
Se repitió la síntesis del ejemplo 2 con las
mismas cantidades de NaOH, agua y
Cab-O-Sil M5 mientras se variaba la
cantidad de. la relación molar Na_{2}B_{4}O_{7} 10H_{2}O. La
relación molar SiO_{2}/OH fue de 3,5, la relación molar
H_{2}O/SiO_{2} fue de 45 y las relaciones molares
SiO_{2}/B_{2}O_{3} y SiO_{2}/Na fueron como las indicadas
en la siguiente tabla. Las reacciones fueron efectuadas a 160ºC y 43
rpm.
Un matraz revestido con Teflón de 23 ml se cargó
con 5,2 g de solución acuosa 0,435 M de hidróxido de
N-butil-N-ciclooctilpirrolidinio
(2,25 mmol de plantilla A), 1,5 g de solución acuosa 1 M de NaOH
(1,5 mmol de NaOH) y 0,75 g de agua desionizada. A la solución
resultante se añadieron, de forma consecutiva, 0,25 g de zeolita Y
sódica (Union Carbide LZ-Y52:
SiO_{2}/Al_{2}O_{3} = 5) y 0,80 g de SiO_{2} ahumado Cabosil
M-5 (alrededor de 13 mmol de SiO_{2}). La mezcla
resultante se agitó a fondo y el gel resultante se tapó y se colocó
en un reactor de acero de bombo Parr y se calentó en un horno a
160ºC mientras se hacía girar a 43 rpm. La reacción fue controlada
comprobando el pH del gel y observando la formación de cristales
empleando SEM a intervalos de seis días. La reacción se completó
después de calentar en las condiciones descritas anteriormente
durante 6 días. La mezcla de reacción finalizada aparecía como un
líquido incoloro con un sólido blanco fino sedimentado en el fondo
del matraz revestido de Teflón. La mezcla se filtró a través de un
embudo de vidrio fritado y los sólidos blancos obtenidos se lavaron
abundantemente con agua y luego se enjuagaron con una pequeña
cantidad de acetona y se dejaron secar al aire durante la noche.
Los sólidos fueron secados adicionalmente en un horno a 120ºC
durante 1 hora. La reacción proporcionó 0,81 g de
SSZ-58.
Ejemplos
18-32
Se repitió la síntesis del ejemplo 17 empleando
LZ-Y52 como fuente de aluminio y
Cab-O-Sil M5 como fuente de
SiO_{2}. La relación molar SiO_{2}/OH fue de 8,7, la relación
molar H_{2}O/SiO_{2} fue de 28 y las relaciones molares
SiO_{2}/Al_{2}O_{3} y SiO_{2}/Na fueron como las indicadas
en la siguiente tabla. Las reacciones se efectuaron a 160ºC y 43
rpm.
Un matraz revestido de Teflón y de 23 ml se
cargó con 6,9 g de solución acuosa 0,435 M de hidróxido de
N-butil-N-ciclooctilpirrolidinio
(3 mmol de plantilla A), 1,2 g de solución acuosa 1 M de NaOH (1,2
mmol de NaOH) y 3,9 g de agua desionizada. A la solución resultante
se añadieron 0,9 g de SiO_{2} ahumado Cabosil M-5
(alrededor de 14,7 mmol de SiO_{2}) y la mezcla se agitó a fondo.
La mezcla resultante se agitó a fondo y el gel resultante se tapó y
se colocó en un reactor de acero de bombo Parr y se calentó en un
horno a 160ºC mientras se giraba a 43 rpm. La reacción fue
controlada comprobando el pH del gel y observando la formación de
cristales empleando SEM en intervalos de 6 días. La reacción se
completó después de calentar en las condiciones descritas
anteriormente durante 18 días la mezcla de reacción finalizada
aparecía como un líquido incoloro con sólidos (polvo) sedimentados
en el fondo del matraz revestido de Teflón. La mezcla se filtró a
través de un embudo de vidrio fritado. Los sólidos recogidos fueron
lavados a fondo con agua y luego enjuagados con acetona (10 ml) para
separar cualquier residuo orgánico. Los sólidos se dejaron secar al
aire durante la noche y luego se secaron en un horno a 120º C
durante 1 hora. La reacción proporcionó 0,73 g de
SSZ-58 pura.
Un matraz revestido de Teflón y de 23 ml se
carga con 6,9 g de solución acuosa 0,435 M de hidróxido de
N-butil-N-ciclooctilpirrolidinio
(3 mmol de plantilla, 1,2 g de solución acuosa 1 M de NaOH (1,2
mmol de NaOH) y 3,9 g de agua desionizada. A esta mezcla se añaden
0,06 g de borato sódico decahidratado (0,157 mmol de
Na_{2}B_{4}O_{7}.10H_{2}O; \sim 0,315 mmol
B_{2}O_{3}) y se agita hasta la disolución completa. Se añaden
entonces 0,9 g de CABOSIL-M-5
(\sim 14,7 mmol SiO_{2}) y 0,04 g de SSZ-58 (el
producto del ejemplo 1) a la solución y la mezcla se agita a fondo.
El gel resultante se tapa y se coloca en un reactor de acero de
bombo Parr y se calienta en un horno a 160ºC mientras se gira a 43
rpm. La reacción se controla comprobando el pH del gel y observando
la formación de cristales empleando Microscopía de Barrido
Electrónico (SEM). La reacción se completa después de calentar
durante 5 días en las condiciones descritas anteriormente. Una vez
finalizada la cristalización, el gel de reacción de partida se
convierte en una mezcla que comprende una capa líquida clara con
sólidos (polvo) sedimentados en el fondo. La mezcla se filtra a
través de un embudo de vidrio fritado. Los sólidos recogidos se
lavan a fondo con agua y luego se enjuagan con acetona (10 ml) para
separar cualquier residuo orgánico. Los sólidos se dejan secar al
aire durante la noche y luego se secan en un horno a 120ºC durante 1
hora. La reacción proporciona 0,85 g de un polvo muy fino. La SEM
muestra la presencia de solo una fase cristalina. El patrón del
rayos X del polvo es idéntico al patrón XRD del producto del ejemplo
1.
El material del Ejemplo 2 se calcinó de la
siguiente manera. Se calentó un lecho fino de material en un horno
de mufla desde temperatura ambiente a 120ºC a una velocidad de 1ºC
por minuto y se mantuvo a 120ºC durante 3 horas. La temperatura se
subió entonces gradualmente hasta 540ºC a la misma velocidad y se
mantuvo a esa temperatura durante 5 horas, tras lo cual se
incrementó a 594ºC y se mantuvo en ese valor durante otras 5 horas.
Se pasó una mezcla 50/50 de aire y nitrógeno por la zeolita a una
velocidad de 566 l/min (20 pies cúbicos normales por minuto)
durante el calentamiento. El producto tenía los datos de difracción
de rayos X indicados en la Tabla IIA anterior.
Se efectuó el intercambio iónico del material
SSZ-58 calcinado (preparado en el Ejemplo 35) usando
NH_{4}NO_{3} para convertir la zeolita desde su forma Na^{+}
a la forma NH_{4}^{+} y, finalmente, a la forma H^{+}.
Normalmente, se enlechó en agua la misma masa de NH_{4}NO_{3}
que de zeolita en una relación de 25-50:1 de agua a
zeolita. La solución de intercambio se calentó a 95ºC durante 2
horas y luego se filtró. Este procedimiento puede ser repetido
hasta tres veces. Después del intercambio final, la zeolita se lavó
varias veces con agua y se secó. Esta forma NH_{4}^{+} de
SSZ-58 se puede convertir entonces a la forma
H^{+} por calcinación (como se describe en el Ejemplo 35) a
540ºC.
La forma hidrógeno de la zeolita del Ejemplo 7
(después del tratamiento según los Ejemplos 34 y 35) fue pelletizada
a 13790-20684 kN/m^{2} (2-3
KPSI), triturada y tamizada a 0,422.0,853 mm (20-40)
y luego se calcinaron >0,50 gramos a unos 540ºC en aire durante
4 horas y se enfrió en un desecador. Se cargaron 0,50 g en un tubo
de acero inoxidable de 3/8 pulgadas (9,5 mm) con alundum en ambos
lados del lecho de zeolita. Se utilizó un horno Lindburg para
calentar el tubo reactor. Se introdujo helio en el reactor a una
velocidad de 10 cc/minuto y a presión atmosférica. El reactor se
calentó a unos 315ºC y se introdujo una alimentación 50/50 (p/p) de
n-hexano y 3-metilpentano en el
reactor a una velocidad de 8 \mul/min. El suministro de la
alimentación se efectuó por medio de una bomba Brownlee. El
muestreo directo a un cromatógrafo de gases comenzó después de 10
minutos de introducir la alimentación. El valor del Indice de
Constreñimiento se calculó a partir de los datos cromatográficos de
gases usando métodos conocidos en la técnica y resultó ser de 0,57.
A 315ºC y 10 minutos en línea de trabajo, la conversión de la
alimentación fue de 37%.
Puede verse que la SSZ-58 tiene
una actividad muy alta en el cracking, indicativo ello de sitios
fuertemente ácidos. El bajo valor del índice de constreñimiento y
el grado de ensuciamiento de SSZ-58 son típicos de
una zeolita de poros grandes. Además, el bajo grado de
ensuciamiento indica que este catalizador tiene una buena
estabilidad.
El producto del ejemplo 17 se trató como en los
ejemplos 34 y 35. A continuación, una muestra se suspendió en agua
y el pH de la suspensión espesa así obtenida se ajustó a un pH de
\sim10 con hidróxido amónico diluido. A la suspensión espesa se
añadió una solución de
Pd(NH_{3})_{4}(NO_{3})_{2} a una
concentración que proporcionó 0,5% en peso de Pd con respecto al
peso en seco de la muestra de zeolita. Esta suspensión espesa se
dejó en reposo a temperatura ambiente durante 72 horas. La
suspensión espesa se filtró a través de una frita de vidrio, se
lavó con agua desionizada y se secó a 120ºC durante 2 horas. El
catalizador se calcinó entonces lentamente hasta 482ºC (900ºF) en
aire y se mantuvo allí durante 3 horas.
El catalizador calcinado fue pelletizado en una
prensa Carver y triturado para proporcionar partículas con un
intervalo de tamaño de malla de 0,422-0,853 mm
(malla 20/40). Se colocaron 0,5 g del catalizador en un reactor
tubular de 6,35 mm (1/4 pulgadas) de diámetro exterior en una
micro-unidad para la hidroconversión de
n-hexadecano. La tabla III proporciona las
condiciones usadas en el experimento y los datos de los productos
para el ensayo de hidrocracking sobre n-hexadecano.
A continuación, el catalizador fue ensayado con
n-hexadecano, se valoró empleando una solución de
butil-amina en hexano. La temperatura se aumentó y
la conversión y datos de los productos se evaluaron de nuevo bajo
condiciones ya valoradas. Los resultados indicados en la tabla III
demuestran que la SSZ-58 es eficaz como un
catalizador de hidrocracking.
El producto del ejemplo 2 se trata como en los
ejemplos 34 y 35. Se somete luego a un análisis del área superficial
y del volumen de microporos empleando N_{2} como adsorbato y por
medio del método BET. El área BET es de 326 m^{2}/g. El área
superficial externa de la zeolita es de 88 m^{2}/g y el volumen de
microporos es de 0,11 ml/g.
Usando un procedimiento similar al del ejemplo
2, se prepara SSZ-58 empleando un catión
N-propil-ciclooctilpirrolidinio
(plantilla B) como agente de plantillaje.
Claims (74)
1. Una zeolita que tiene una relación molar
mayor de 20 aproximadamente de un óxido de un primer elemento
tetravalente a un óxido de un segundo elemento tetravalente,
diferente de dicho primer elemento tetravalente, un elemento
trivalente, un elemento pentavalente o una mezcla de los mismos, y
que presenta las líneas de difracción de rayos X de la Tabla II
anterior:
\vskip1.000000\baselineskip
TABLA II
\vskip1.000000\baselineskip
2. Una zeolita según la reivindicación 1, que
tiene una relación molar mayor de 20 aproximadamente de un óxido
seleccionado entre óxido de silicio, óxido de germanio y mezclas de
los mismos a un óxido seleccionado entre óxido de aluminio, óxido
de galio, óxido de hierro, óxido de boro, óxido de titanio, óxido de
indio, óxido de vanadio y mezclas de los mismos.
3. Una zeolita según la reivindicación 2, en
donde los óxidos comprenden óxido de silicio y óxido de
aluminio.
4. Una zeolita según la reivindicación 2, en
donde los óxidos comprenden óxido de silicio y óxido de boro.
5. Una zeolita según la reivindicación 1, en
donde dicha zeolita está predominantemente en la forma
hidrógeno.
6. Una zeolita según la reivindicación 1, en
donde dicha zeolita está sustancialmente libre de acidez.
7. Una zeolita según la reivindicación 1 o 2,
que tiene una composición, tal como es sintetizada y en estado
anhidro, en términos de las siguientes relaciones molares:
- YO_{2}/W_{c}O_{d}
- > 20
- M_{2/n}/YO_{2}
- 0,01 - 0,03
- Q/YO_{2}
- 0,02 - 0,05
en donde Y es silicio, germanio o
una mezcla de los mismos, W es aluminio, galio, hierro, boro,
titanio, indio, vanadio o mezclas de los mismos; c es 1 o 2; d es 2
cuando c es 1 o d es 3 o 5 cuando c es 2; M es un catión de metal
alcalino, un catión de metal alcalinotérreo o mezclas de los mismos;
n es la valencia de M; y Q es un catión
N-butil-N-ciclooctilpirrolidinio
o un catión
N-propilciclooctilpirrolidinio.
8. Una zeolita según la reivindicación 7, en
donde W es aluminio e Y es silicio.
9. Una zeolita según la reivindicación 7, en
donde W es boro e Y es silicio.
10. Una zeolita según la reivindicación 7, en
donde Q es un catión de
N-butil-N-ciclooctilpirrolidinio.
11. Una zeolita según la reivindicación 7, en
donde Q es un catión
N-propilciclooctilpirrolidinio.
12. Un método de preparación de la zeolita según
la reivindicación 1 o 2, que comprende poner en contacto, bajo
condiciones de cristalización, fuentes de dichos óxidos y un agente
de plantillaje que comprende un catión
N-butil-N-ciclooctilpirrolidinio
o catión N-propilciclooctilpirrolidinio.
13. Un método según la reivindicación 12, en
donde el primer elemento tetravalente se elige del grupo consistente
en silicio, germanio y combinaciones de los mismos.
14. Un método según la reivindicación 12, en
donde el segundo elemento tetravalente se elige del grupo
consistente en aluminio, galio, hierro, boro, titanio, indio,
vanadio y combinaciones de los mismos.
15. Un método según la reivindicación 14, en
donde el segundo elemento tetravalente o elemento trivalente se
elige del grupo consistente en aluminio, boro, titanio y
combinaciones de los mismos.
16. Un método según la reivindicación 15, en
donde el primer elemento tetravalente es silicio.
17. Un método según la reivindicación 12, en
donde el agente de plantillaje es un catión
N-butil-N-ciclooctilpirrolidinio.
18. Un método según la reivindicación 12, en
donde el agente de plantillaje es un catión
N-propilciclooctilpirrolidinio.
19. Un procedimiento para convertir
hidrocarburos, que comprende poner en contacto una alimentación
hidrocarbonada, bajo condiciones de conversión de hidrocarburos,
con un catalizador que comprende la zeolita de la reivindicación 1
o 2.
20. Un procedimiento según la reivindicación 19,
en donde la zeolita está predominantemente en la forma
hidrógeno.
21. Un procedimiento según la reivindicación 19,
en donde la zeolita está sustancialmente libre de acidez.
22. Un procedimiento según la reivindicación 19,
en donde el procedimiento es un procedimiento de hidrocracking que
comprende poner en contacto el catalizador con un material de
alimentación hidrocarbonado bajo condiciones de hidrocracking.
23. Un procedimiento según la reivindicación 22,
en donde la zeolita está predominantemente en la forma
hidrógeno.
24. Un procedimiento según la reivindicación 19,
en donde el procedimiento es un procedimiento de desparafinado que
comprende poner en contacto el catalizador con un material de
alimentación hidrocarbonado bajo condiciones de desparafinado.
25. Un procedimiento según la reivindicación 24,
en donde la zeolita está predominantemente en la forma
hidrógeno.
26. Un procedimiento según la reivindicación 19,
en donde el procedimiento es un procedimiento para mejorar el
índice de viscosidad de un producto desparafinado de alimentaciones
hidrocarbonadas céreas, que comprende poner en contacto el
catalizador con una alimentación hidrocarbonada cérea bajo
condiciones de desparafinado por isomerización.
27. Un procedimiento según la reivindicación 26,
en donde la zeolita está predominantemente en la forma
hidrógeno.
28. Un procedimiento según la reivindicación 19,
en donde el procedimiento es un procedimiento para producir un
aceite lubricante C_{20+} a partir de una alimentación olefínica
C_{20+}, que comprende isomerizar dicha alimentación olefínica
bajo condiciones de isomerización sobre el catalizador.
29. Un procedimiento según la reivindicación 28,
en donde la zeolita está predominantemente en la forma
hidrógeno.
30. Un procedimiento según la reivindicación 28,
en donde el catalizador comprende además al menos un metal del
Grupo VIII.
31. Un procedimiento según la reivindicación 19,
en donde el procedimiento es un procedimiento para el desparafinado
catalítico de un material de alimentación de aceite hidrocarbonado
que hierve por encima de alrededor de 177ºC (350ºF) y que contiene
hidrocarburos de cadena lineal y de cadena ligeramente ramificada,
que comprende poner en contacto dicho material de alimentación de
aceite hidrocarbonado en presencia de gas hidrógeno añadido a una
presión de hidrógeno de alrededor de 0,103-20,7 MPa
(15-3.000 psi) bajo condiciones de desparafinado
con el catalizador.
32. Un procedimiento según la reivindicación 31,
en donde la zeolita está predominantemente en la forma
hidrógeno.
\newpage
33. Un procedimiento según la reivindicación 31,
en donde el catalizador comprende además al menos un metal del
Grupo VIII.
34. Un procedimiento según la reivindicación 31,
en donde dicho catalizador comprende un catalizador estratificado
que comprende una primera capa que incluye la zeolita y al menos un
metal del Grupo VIII, y una segunda capa que incluye una zeolita de
aluminosilicato que es más selectiva en cuanto a forma que la
zeolita de dicha primera capa.
35. Un procedimiento según la reivindicación 19,
en donde el procedimiento es un procedimiento para preparar un
aceite lubricante, que comprende:
hidrocraquear en una zona de hidrocracking un
material de alimentación hidrocarbonado para obtener un efluente
que comprende un aceite hidrocraqueado; y
desparafinar catalíticamente dicho efluente que
comprende aceite hidrocraqueado a una temperatura de al menos
alrededor de 204ºC (400ºF) y a una presión de alrededor de 0,103 MPa
manométricos (15 psig) a 20,7 MPa manométricos (3.000 psig) en
presencia de gas hidrógeno añadido con el catalizador.
36. Un procedimiento según la reivindicación 35,
en donde la zeolita está predominantemente en la forma
hidrógeno.
37. Un procedimiento según la reivindicación 35,
en donde el catalizador comprende además al menos un metal del
Grupo VIII.
38. Un procedimiento según la reivindicación 19,
en donde el procedimiento es un procedimiento para desparafinar por
isomerización un rafinato, que comprende poner en contacto dicho
rafinato, en presencia de hidrógeno añadido, bajo condiciones de
desparafinado por isomerización, con el catalizador.
39. Un procedimiento según la reivindicación 38,
en donde la zeolita está predominantemente en la forma
hidrógeno.
40. Un procedimiento según la reivindicación 38,
en donde el catalizador comprende además al menos un metal del
Grupo VIII.
41. Un procedimiento según la reivindicación 38,
en donde el rafinato es lubricante de petróleo residual.
42. Un procedimiento según la reivindicación 19,
en donde el procedimiento es un procedimiento para aumentar el
octano de un material de alimentación hidrocarbonado, para producir
un producto que tiene un mayor contenido en aromáticos, que
comprende poner en contacto un material de alimentación
hidrocarbonado que incluye hidrocarburos normales y ligeramente
ramificados y que tiene un intervalo de ebullición por encima de
alrededor de 40ºC y menor de alrededor de 200ºC, bajo condiciones
de conversión de aromáticos, con el catalizador.
43. Un procedimiento según la reivindicación 42,
en donde la zeolita está sustancialmente libre de ácido.
44. Un procedimiento según la reivindicación 42,
en donde la zeolita contiene un componente metálico del Grupo
VIII.
45. Un procedimiento según la reivindicación 19,
en donde el procedimiento es un procedimiento de cracking
catalítico, que comprende poner en contacto un material de
alimentación hidrocarbonado, en una zona de reacción bajo
condiciones de cracking catalítico, en ausencia de hidrógeno
añadido, con el catalizador.
46. Un procedimiento según la reivindicación 45,
en donde la zeolita está predominantemente en la forma
hidrógeno.
47. Un procedimiento según la reivindicación 45,
en donde el catalizador comprende además un componente de cracking
cristalino de poros grandes.
48. Un procedimiento según la reivindicación 19,
en donde el procedimiento es un procedimiento de isomerización para
isomerizar hidrocarburos C_{4} a C_{7}, que comprende poner en
contacto una alimentación que tiene hidrocarburos C_{4} a C_{7}
normales y ligeramente ramificados, bajo condiciones de
isomerización, con el catalizador.
49. Un procedimiento según la reivindicación 48,
en donde la zeolita está predominantemente en la forma
hidrógeno.
50. Un procedimiento según la reivindicación 48,
en donde la zeolita ha sido impregnada con al menos un metal del
Grupo VIII.
51. Un procedimiento según la reivindicación 48,
en donde el catalizador ha sido calcinado en una mezcla de vapor de
agua/aire a una temperatura elevada después de la impregnación del
metal del Grupo VIII.
52. Un procedimiento según la reivindicación 50,
en donde el metal del Grupo VIII es platino.
53. Un procedimiento según la reivindicación 19,
en donde el procedimiento es un procedimiento para alquilar un
hidrocarburo aromático, que comprende poner en contacto, bajo
condiciones de alquilación, al menos un exceso molar de un
hidrocarburo aromático con una olefina C_{2} a C_{20}, bajo
condiciones al menos parcialmente en fase líquida y en presencia
del catalizador.
54. Un procedimiento según la reivindicación 53,
en donde la zeolita está predominantemente en la forma
hidrógeno.
55. Un procedimiento según la reivindicación 53,
en donde la olefina es una olefina C_{2} a C_{4}.
56. Un procedimiento según la reivindicación 55,
en donde el hidrocarburo aromático y la olefina están presentes en
una relación molar de alrededor de 4:1 a 20:1, respectivamente.
57. Un procedimiento según la reivindicación 55,
en donde el hidrocarburo aromático se elige del grupo consistente
en benceno, tolueno, etilbenceno, xileno, naftaleno, derivados de
naftaleno, dimetilnaftaleno o mezclas de los mismos.
58. Un procedimiento según la reivindicación 19,
en donde el procedimiento es un procedimiento para la
transalquilación de un hidrocarburo aromático, que comprende poner
en contacto, bajo condiciones de transalquilación, un hidrocarburo
aromático con un hidrocarburo polialquil-aromático,
bajo condiciones en fase al menos parcialmente líquida y en
presencia del catalizador.
59. Un procedimiento según la reivindicación 58,
en donde la zeolita está predominantemente en la forma
hidrógeno.
60. Un procedimiento según la reivindicación 58,
en donde el hidrocarburo aromático y el hidrocarburo
polialquil-aromático están presentes en una
relación molar de alrededor de 1:1 a 25:1, respectivamente.
61. Un procedimiento según la reivindicación 58,
en donde el hidrocarburo aromático se elige del grupo consistente
en benceno, tolueno, etilbenceno, xileno o mezclas de los
mismos.
62. Un procedimiento según la reivindicación 58,
en donde el hidrocarburo poliaquil-aromático es un
dialquilbenceno.
63. Un procedimiento según la reivindicación 19,
en donde el procedimiento es un procedimiento para convertir
parafinas a aromáticos, que comprende poner en contacto las
parafinas, bajo condiciones que causan la conversión de parafinas a
aromáticos, con un catalizador que comprende la zeolita y galio,
zinc o un compuesto de galio o zinc.
64. Un procedimiento según la reivindicación 19,
en donde el procedimiento es un procedimiento para isomerizar
olefinas, que comprende poner en contacto dicha olefina, bajo
condiciones que causan la isomerización de la olefina, con el
catalizador.
65. Un procedimiento según la reivindicación 19,
en donde el procedimiento es un procedimiento para isomerizar una
alimentación de isomerización que comprende una corriente aromática
C_{8} de isómeros de xileno o mezclas de isómeros de xileno y
etilbenceno, en donde se obtiene una relación muy cercana al
equilibrio de orto-, meta- y para-xilenos,
comprendiendo dicho procedimiento poner en contacto dicha
alimentación, bajo condiciones de isomerización, con el
catalizador.
66. Un procedimiento según la reivindicación 19,
en donde el procedimiento es un procedimiento para oligomerizar
olefinas, que comprende poner en contacto una alimentación
olefínica, bajo condiciones de oligomerización, con el
catalizador.
67. Un procedimiento para convertir alcoholes
inferiores y otros hidrocarburos oxigenados, que comprende poner en
contacto dicho alcohol inferior u otro hidrocarburo oxigenado, bajo
condiciones que producen productos líquidos, con un catalizador que
comprende una zeolita según la reivindicación 1 o 2.
68. Un procedimiento según la reivindicación 19,
en donde el procedimiento es un procedimiento para la producción de
hidrocarburos de mayor peso molecular a partir de hidrocarburos de
menor peso molecular, que comprende las etapas de:
(a) introducir en una zona de reacción un gas
que contiene hidrocarburos de menor peso molecular y poner en
contacto dicho gas en dicha zona, bajo condiciones de síntesis de
hidrocarburos C_{20+}, con el catalizador y un metal o compuesto
metálico capaz de convertir el hidrocarburo de menor peso molecular
a un hidrocarburo de mayor peso molecular; y
(b) extraer de dicha zona de reacción una
corriente que contiene hidrocarburos de mayor peso molecular.
69. Un procedimiento según la reivindicación 68,
en donde el metal o compuesto metálico comprende un metal o
compuesto metálico de los lantánidos o actínidos.
70. Un procedimiento según la reivindicación 68,
en donde el hidrocarburo de menor peso molecular es metano.
71. Un procedimiento para la reducción de óxidos
de nitrógeno contenidos en una corriente gaseosa, en presencia de
oxígeno, en donde dicho procedimiento comprende poner en contacto la
corriente gaseosa con una zeolita según la reivindicación 1 o
2.
72. Un procedimiento según la reivindicación 71,
en donde dicha zeolita contiene un metal o iones metálicos capaces
de catalizar la reducción de los óxidos de nitrógeno.
73. Un procedimiento según la reivindicación 72,
en donde el metal es cobre, cobalto o mezclas de los mismos.
74. Un procedimiento según la reivindicación 72,
en donde la corriente gaseosa es la corriente de escape de un motor
de combustión interna.
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