JP2001517152A - 配向酸化モリブデンから調製される、改良されたオキシ炭化モリブデンをベースとする触媒とその獲得方法 - Google Patents

配向酸化モリブデンから調製される、改良されたオキシ炭化モリブデンをベースとする触媒とその獲得方法

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Abstract

(57)【要約】 昇華縮合によって得られる、優先方向に配向した単結晶の小板を本来有する構造をもつ酸化モリブデンMoO3から調製されることを特徴とする、5m2/gを超える比表面積と、改善された触媒活性とりわけ比速度をもつ、改良されたオキシ炭化モリブデンをベースとする触媒、およびその獲得方法。

Description

【発明の詳細な説明】 配向酸化モリブデンから調製される、改良されたオキシ炭化モリブデンをベー スとする触媒とその獲得方法 発明の分野 本発明は、化学または石油化学反応のための、比表面積の大きい金属オキシ炭 化物をベースとする触媒、その調製方法およびその使用に関するものである。こ の触媒は特に、石油製品の精錬および変化、とりわけ、飽和炭化水素の異性化、 環式および芳香族炭化水素の水素添加や開環に適し、改善された触媒特性、特に 比速度を示す。 技術の現状 フランス特許2666520および2712587によって、炭素原子が4か ら20を超える線形炭化水素の異性化、および水素添加の触媒反応、そして、自 身の反応性混合物による前駆体酸化物(MoO3)の活性化直接処理で得られる 、オキシ炭化モリブデンをベースとする触媒による芳香族化合物の開環が知られ ている。 オキシ炭化Moをベースとする触媒は、転化率が高いときでも常に、特に高い 選択性を示すので、大きな利点を有することを述べておく。さらに、それはPt をベースとする従来の触媒よりも、はるかに安価であり、毒に対しても敏感でな い。 しかしながら、オキシ炭化Moの触媒石油化学反応において、触媒1gあたり と1秒あたりによって変化した製品のモルで表された反応の比速度はまだ不十分 である。 参考までに、この速度がゼオライトの担体上でPtをベースとする従来の触媒 について150であるとき、標準的に調製されたオキシ炭化Moについては一般 的に約50である。 したがって、発明者らは自らに、石油化学反応における、触媒の重量単位に帰 する比速度を上げることに特に努め、このタイプの触媒の触媒活性を改善すると いう問題を課した。 発明の説明 本発明の第1の態様は、優先配向をもつ小板を本来有する構造をもつ酸化モリ ブデンMoO3から調製されることを特徴とする比表面積の大きい、改良された オキシ炭化モリブデンである。 より有効なオキシ炭化物を得るためにもっとも好都合なMoO3の配向平面は 方向(001)へ優先的に展開する平面(010)である。 前記小板は、一般的に、優先方向に向かって少なくとも1μmの長さを有する ;それらが10000μmに達する、あるいはそれを超えることがあるのは注目 に値する。小板の厚さは、通常、少なくとも0.1μmであり、その幅は少なく とも0.5μmである;後者は6000μmに達することがある。小板は、通常 、単結晶タイプであり、多少凝集している。 このオキシ炭化物のBET比表面積は、5m2/gを超え、通常20m2/gを 超え、90m2/gに達することさえあり、当初の配向MoO3のそれよりはるか に上回る。 微細構造のどんな特性がそれを特徴づけ、観察された意外な結果を得ることを 可能にするのかを知るのは困難である。しかしながら、好ましくない還元の副産 物と見なされ得る酸化物MoO2が、通常、多結晶のMoO3から得られるオキシ 炭化物には含まれるが、それには多量に欠いていることに注目することができる 。 本発明の別の態様は、多結晶の通常の酸化モリブデン、または選択によってモ リブデンの化合物(例えば、7モリブデン酸アンモニウム)から開始し、それを 酸化物に変化させ、前記酸化モリブデンを、500と800℃の間に含まれる温 度で少なくとも5時間、酸化ガス雰囲気下の室で、昇華−縮合によって熱処理し て配向された再結晶化した酸化物を得て、それはついで炭化水素と水素との混合 物の流れの下で処理され、改良されたオキシ炭化モリブデンを与えることを特徴 とする、比表面積の大きい、改良されたオキシ炭化モリブデンの獲得方法である 。 昇華−縮合過程は、通常、静的雰囲気の下、または、乾燥したあるいは湿った 酸化ガスの流れの下で、低い速度で行われ、前記ガスは空気でもありえる。この ように、測定可能な物質の移転なしに、酸化モリブデンの再結晶化がその場で行 われる。 支えられた触媒を得るために、当初の酸化物または前駆体を、酸化物に対して 不活性な材料とともに混合する、またはその上に置くことができ、この材料は改 良されたオキシ炭化物の触媒に対して担体の役目を果たす。この材料は、通常、 耐火物であり、例えばアルミナであるが、好ましくは、純粋なまたはドーピング されたSiCのような比表面積の大きい炭化物である。 得られた再結晶化された酸化物は、優先方向を有する伸長した形の単結晶の小 板を主にもつ配向構造の酸化物である。 再結晶化された酸化物からのオキシ炭化物の調製は、上記に引用された特許に 記載されている方法によって行われる。 本発明の別の態様は、大きい転化率を持つ高い選択性を得るために、とりわけ 炭化水素の、そのなかでも芳香族化合物の、異性化あるいは水素添加を目的とす る石油化学反応における、配向MoO3から調製された比表面積の大きい、改良 されたこのオキシ炭化モリブデンの触媒としての使用である。 本発明によるこのような触媒は、通常の多結晶のオキシ炭化モリブデンと比較 して明らかに改善された活性を示す。特にその比速度は、多結晶MoO3から得 られるMoOCのそれの10倍近くに達することがある;つまり、同じ反応につ いて、必要な触媒の量が10分の1未満である。比速度も、ゼオライト上でPt をベースとする通常の触媒で得られるそれより、少なくとも4倍である。 MoOC特有の選択性または転化率の特徴(高い転化率でのPtのそれをはる かに超える選択性)は変化していない。 本発明による触媒は、すでに述べられたように、例えば比表面積の大きいSi Cの担体上に支えられる、あるいはそのまま(つまりばらばらで)調製されるこ とが可能である。 発明の詳細な説明 異性化反応のための、非常に活性で選択性のある改良されたオキシ炭化Moを ベースとする触媒の獲得を可能にする、適切な方位を有する、酸化物の相、その ままあるいは支えられたMoO3の様々な調製方法は、以下に記載される。 第1の調製方法は、好ましくは650と750℃の間に含まれる温度で、5か ら240時間の間中、そのままの多結晶MoO3粉末を、空気の弱い流れの下で 加熱することから成る。使用される酸化モリブデンは、前駆体塩(7モリブデン 酸塩)、あるいは酸化させた金属粉末または金属小板によって替えられることが できる。この処理の後、酸化モリブデンは所望の優先方向をもつ粉末または小板 の形をとる。空気の流れは、酸素を含むその他すべてのガスに替えることができ る。一般的に低い速度のガスの流れは、乾燥したガスの形で使用される、または 水蒸気を含むことができる。合成は、空気の静的雰囲気、あるいは酸素と不活性 ガスとの混合物の下でも、実現される。 第2の調製方法は、多結晶MoO3粉末だけではなくて、多結晶MoO3とSi Cの粒子との緊密な混合物を加熱することから成る。処理は第1の調整方法に記 載のものと同一である。結果として生じた生成物は、優先配向小板MoO3によ って覆いつくされているSiC粒子から成る。 第3の調製方法は、SiCをベースとする担体を、モリブデン塩を含む溶液、 例えば7モリブデン塩酸溶液に含浸させることから成る。担体は、ついで、 上げられ、追加的に24時間の間、この温度に保たれる。使用される気体混合物 は最初の2つの方法で用いられるものと同一である。 単位質量あたりまたは支えられた、優先方向を示す酸化モリブデンの調製の一 般的条件は、以下のとおりである: −使用される酸化ガスは、通常、空気であるが、純粋な、または不活性ガスによ って多少希釈された酸素とすることができる。酸素を希釈しすぎることは不要で あり、好ましくは、酸素を少なくとも10%含む気体を使用する。気体混合物は 、すでに述べられたように、無水のまたは水蒸気を含む形で使用されることがで きる; −処理温度は500℃と800℃の間に含まれなければならない。500℃未満 の温度では、処理が有効となるためには、重大な障害となる時間を要さなければ ならず、一方で、800℃を超える温度は生成物の過大な蒸発を招くことが示さ れた; −処理時間は5時間を超える;それは、通常、処理が湿った空気において行われ るときは24と72時間の間に含まれ、乾燥した空気においては48と120時 間の間に含まれる。しかし、触媒の能力が処理時間とともに向上するとき、さら に長くなることも可能である。 湿った空気における処理によって、配向酸素への変化速度が高まり、乾燥した 空気におけるよりも、より多くの量の再結晶化した酸化物を得ることができる。 実施例1 本実施例は、まず本発明による配向したそのままの酸化モリブデン(MoO3 )の第1の方法による、次に、n−ヘプタンの異性化触媒のための、そのままの 改良されたオキシ炭化モリブデンの獲得を説明する。 配向酸化物は次の方法によって調製された:質量1000mgの多結晶MoO3 を、管状炉の内部にあるクォーツの管内に導入した。乾燥した空気の流れ(1 0cm3min-1)によって全体を吹き流した。炉の温度は、20℃min-1の 速度で室温から680℃に上がった。温度は、100時間の間、保持された。炉 の温度を、次に、同様に空気の流れの下で、室温に下げた。室温で、獲得された 、配向したまたは単結晶の酸化物MoO3を炉から引き出し、その後本発明によ る改良されたオキシ炭化物に変化するようにグローブ・ボックス内に保存した。 ついで、乾燥した空気において得られた、配向されたそのままの酸化物の一部 の使用および増熱が、以下の条件において実現された: 質量12mgの、上記で調製された配向酸化モリブデン(小板の形)を、2層 のシリカウールの間のステンレス鋼製管状反応器内に導入した。反応器を(純度 99.95%を超える)水素の流れの下、室温で30分間、大気圧で、排水した 。次に、システムの圧力は水素の流れの下、6バールに上げられ、反応温度は3 50℃である。一旦その温度と圧力に達すると、オキシ炭化モリブデンを得るた めに、混合物内のH2とn−ヘプタンのモル比が30となるよう、水素の流れの 中にn−ヘプタンを注入した。 ついで、n−ヘプタンのリフォーミングの際に得られた触媒能力は、改良され たオキシ炭化Moの触媒の、場合によっては起こり得る経時劣化を算定するため に、時間とともに上げられた。得られた結果と得られた反応生成物の詳細は、表 1に示されている。 他方、図1は、異性体n−ヘプタン(i−C7)の、前記n−C7の転化に応じ た選択性を%で示す。 表1において、操作の開始から経過した時間は、列の頭に示されている。行は 順に次のものを示す: −システムの総転化率(異性化、あるいは分解によって変化したn−ヘプタンの 分子の%) −比速度:触媒1gあたりで1秒あたり変化した当初の炭化水素の分子数 −異性体C7の総選択性(変化した分子の全体に対する異性化された分子の%) −異性体C7の収率(異性化における選択性、および転化の生成物、%) −得られた異性体の全体にもたらされた異性化された化学種のパーセンテージ( C7の異性体、%): DMPen = 2,2−ジメチルペンタン+2,3−ジメチルペ ンタン+2,4−ジメチルペンタン 2MHex = 2−メチルヘキサン 3MHex = 3−メチルヘキサン 3EPent = 3−エチルペンタン 環式 = メチルシクロヘキサン+トルエン −得られた分解生成物の全体にもたらされた、得られた分解化学種のパーセンテ ージ(分解の生成物、%) BET比表面積は80m2/gである。 表1 乾燥した空気において配向したそのままのMoO3から調製された、そのままの 改良されたオキシ炭化Mo上のn−ヘプタンの異性化 表1を検討することによって以下のコメントを行うことができる: 1.反応の1時間目の間に変化したn−ヘプタンの分子数は非常に少ない。およ そ2時間後、350℃のn−ヘプタンおよび水素の流れの下、触媒は活性に なり始め、このことはその表面の大きな改良をあらわすものである。この活 性化は、多結晶酸化モリブデンの場合のように、反応性混合物(n−ヘプタ ン/水素)との反応による、配向酸化モリブデンの、改良された反応性オキ シ炭化物への還元および増熱に対応する。 2.C7の異性体は、反応の始めから非常に大きく、95%を超えたままである 。形成される異性体生成物は、単分岐の(2−メチルヘキサンおよび3−メ チルヘキサン)および2分岐の(ジメチルペンタン)分子から主に形成され るが、一方、環式分子は非常に少ない量で(<1%)形成される。 図1を検討することで、n−C7の異性体の選択性は、反応の転化がいかなる ものであろうと、非常に高いままである。 実施例2 本実施例は、まず、SiCをベースとする担体上に支えられた、第3の方法に よる、本発明による配向した酸化Moの、次に、n−ヘプタンの異性化触媒のた めの、前記SiC上に支えられた、改良されたオキシ炭化モリブデンの獲得を説 明する。 BET比表面積19m2/gのSiC粒子を7モリブデン酸アンモニウムの水 溶液で含浸し、ついで、7モリブデン酸塩を酸化物MoO3に分解するために、 セラミック製のバーク内に置かれた、多結晶MoO3で含浸されて得られたS iC粒子を管状炉内にあるクォーツの管内に導入した。乾燥した空気の流れによ って、全体を流量20cm3min-1で吹き流した。温度の上昇および組み立て の残りは実施例1で使用されたものと同一である。用いられた温度は700℃で あった。システムはこの温度で72時間の間、保持された。炉の温度を、ついで 、同様に乾燥した空気の流れの下、室温に下げた。室温では、生成物、この場合 、SiC上に支えられた、配向したまたは単結晶のMoO3を、炉から引き出し 、本発明による改良されたオキシ炭化物にその後変化するようにグローブ・ボッ ク ス内に保存した。 ついで、増熱と、それに続く乾燥した空気において得られた配向し支えられた 酸化物の使用が前述のように実現された。 流れの下での時間に応じて、触媒上で得られた比速度および異性体C7の選択 性は表2に示されている。反応生成物の分布に関する詳細もまた、この表に表さ れている。 表2 乾燥した空気において配向したSiC上に支えられたMoO3から調製されたS iC上に支えられた、改良されたオキシ炭化Mo上のn−ヘプタンの異性化 このようなSiC上に支えられたオキシ炭化物は、より大きな堅固さ(磨耗耐性 、機械的強さ…)、より良い使用条件(反応器の打栓がない…)そしてより良い 使 用収率(処理される製品に対して少ない使用量)の利点を提供する。 実施例3 本実施例は、湿った酸化雰囲気において得られた中間配向酸化物を使用して、 本発明による、改良されたそのままのオキシ炭化モリブデンによって得られた結 果を説明する。そのために、乾燥した空気の流れの代わりに30cm3/min (体積で)で水蒸気が3%の湿った空気の流れにして実施例1の方法を用いた; 配向酸化物は、48時間の処理の後に得られ、ついで、オキシ炭化物に変化し 、次に、実施例1におけるように、n−ヘプタンの異性化に使用された。 結果は、表3に示されている: 表3 湿った空気において配向したそのままのMoO3から調製された、そのままの改 良されたオキシ炭化Mo上のn−ヘプタンの異性化 比速度は、酸化Moが乾燥した空気において製錬されるときのそれ未満ではある が、常に高いことがわかる。それに対して、前記配向酸化物の製錬には、はるか に少ない時間が要される。 実施例4 本実施例において、実施例1の乾燥した空気において配向したばらばらの前駆体 MoO3から調製され、n−ヘプタンと水素の6バールで350℃での混合物の 下で活性化された、改良されたそのままのオキシ酸化物をベースとする触媒で得 られた比速度と、同じ条件において活性化された、先行技術のそのままの多結晶 MoO3から調製された触媒で得られた速度を比較した。 2つの触媒で得られた、比速度および異性体C7の選択性と、反応生成物の詳 細は表4に示されている。 表4 乾燥した空気において配向したMoO3から、および多結晶MoO3から調製され た、そのままの改良されたオキシ炭化Mo上のn−ヘプタンの異性化 この表を検討することによって、以下の結論を引き出すことができる: 1.本発明による配向MoO3から調製された、改良されたオキシ炭化モリブデ ン上で得られたn−ヘプタンの異性化反応の比速度は、多結晶MoO3から 調製された同じ活性相上で得られたそれをはるかに超える(53.10-7モ ルg-1-1に代わって608) 2.反応生成物(異性体および分解されたもの)の分布は、2つの触媒の間でほ とんど同一である。このことは、形成された活性相が化学的に同一性質、つ まり、オキシ炭化モリブデンであることを示す。 実施例5 実施例4と同じタイプの比較(改良されたオキシ炭化物/先行技術オキシ炭化 物)が行われた。 支えられた、湿った空気において(実施例3でのように)改良された酸化Mo から得られた、SiC上に支えられた、改良されたオキシ炭化Moの場合と、同 じSiC上に支えられた、多結晶MoO3から得られたオキシ炭化物の場合の比 速度を比較した。 活性化およびn−ヘプタンの異性化の操作条件は、実施例4のそれと同じであ る。 結果は表5に示されている。 表5 湿った空気において配向したMoO3から、およびSiC上に支えられた多結晶 MoO3から調製された、支えられたオキシ炭化Mo上のn−ヘプタンの異性化ここでもまた、支えられた、改良されたオキシ炭化物で得られた比速度が、多結 晶MoO3から得られたオキシ酸化物のそれに対して、はるかに増加しているこ とがわかる。 実施例6 本実施例は、本発明による、改良されたそのままのオキシ炭化モリブデンの、 水素添加およびベンゼンの開環反応における使用を説明する。 本実施例において、改良されたオキシ炭化物の触媒は、実施例1で乾燥した空 気において合成された配向MoO3(小板の形)から得られ、水素添加およびベ ンゼンの開環反応において使用される。反応温度および作業の圧力はそれぞれ、 350℃と60バールである。得られた結果は、表6にまとめられている。触媒 は最初に6バールでn−ヘプタン/水素の混合物(実施例3を参照)の下で活性 化され、60バールでベンゼン/水素の混合物の下に置かれる。 表6 乾燥した空気において、そしてn−ヘプタン/水素(実施例3を参照)の下での 活性化の後、配向したMoO3から調製された、そのままの改良されたオキシ炭 化Mo上でのベンゼンの水素添加 2つの点が強調されるべきである: −常に97%を超える、6個の炭素原子をもつ生成物における非常に高い選択性 −意味のある、12%周辺の分解なしの開環率;この値は、このように困難な反 応にしては例外的に高く、ベンゼンが、開環するのにもっとも困難な芳香族であ ることから、この触媒が、石油精製における、芳香族の開環反応に使用されうる と考えさせるものである。
【手続補正書】特許法第184条の8第1項 【提出日】平成11年4月16日(1999.4.16) 【補正内容】 請求の範囲 1.優先方向に配向した単結晶の小板を本来有する構造をもつ、酸化モリブデン MoO3から調製され、前記酸化物はついで、炭化水素と水素との混合物の流れ の下で処理され、少なくとも80m2/gの比表面積をもつことを特徴とする、 改良されたオキシ炭化モリブデンをベースとする触媒。 2.オキシ炭化物が担体上に支えられ、前記担体が好ましくは大きなBET比表 面積を有することを特徴とする、請求項1に記載の触媒。 3.担体が、純粋なまたはドーピングした炭化ケイ素であることを特徴とする、 請求項2に記載の触媒。 4.通常の多結晶の酸化モリブデン、または任意の、酸化物に変化させる前駆体 モリブデン化合物に基づき、前記酸化モリブデンを500と800℃の間に含ま れる温度で、少なくとも5時間の間酸化ガス雰囲気下の室内で昇華−縮合によっ て熱処理し、配向した再結晶化した酸化物を得て、後者はついで、改良されたオ キシ炭化モリブデンを与えるために、炭化水素と水素との混合物の流れの下で処 理されることを特徴とする、改良されたオキシ炭化モリブデンをベースとする触 媒の獲得方法。 5.多結晶酸化モリブデンまたは酸化物の前駆体モリブデン化合物が、熱処理の 前に、担体と混合される、またはその上に置かれることができることを特徴とす る、請求項4に記載の方法。 6.酸化ガスの雰囲気が低い速度の流れまたは静的雰囲気であることを特徴とす る、請求項4または5に記載の方法。 7.酸化ガスが乾燥したまたは湿った空気であることを特徴とする、請求項4か ら6のいずれか1つに記載の方法。 8.請求項1から3の、または請求項4から7の方法で得られる配向オキシ炭化 モリブデンをベースとする触媒の石油化学反応の触媒作用における使用。 9.石油化学反応が異性化、線形および環式炭化水素の水素添加、または芳香族 の開環であることを特徴とする、請求項8に記載の使用。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C07C 9/14 C07C 9/14 (72)発明者 デルポルト,パスカル フランス共和国,エフ―67000 ストラス ブール,リュ ドスロ,5 (72)発明者 デル ギャロ,パスカル フランス共和国,エフ―67410 ドリュッ センアイム,リュ デュ ラン,14

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.優先方向に配向した単結晶の小板を本来有する構造をもつ、酸化モリブデン MoO3から調製されることを特徴とする、改良されたオキシ炭化モリブデンを ベースとする触媒。 2.少なくとも5m2/gのBET比表面積を有することを特徴とする、請求項 1に記載の触媒。 3.オキシ炭化物が担体上に支えられ、前記担体が好ましくは大きなBET比表 面積を有することを特徴とする、請求項1または2に記載の触媒。 4.担体が、純粋なまたはドーピングした炭化ケイ素であることを特徴とする、 請求項3に記載の触媒。 5.通常の多結晶の酸化モリブデン、または任意の、酸化物に変化させる前駆体 モリブデン化合物に基づき、前記酸化モリブデンを500と800℃の間に含ま れる温度で、少なくとも5時間の間酸化ガス雰囲気下の室内で昇華−縮合によっ て熱処理し、配向した再結晶化した酸化物を得て、後者はついで、改良されたオ キシ炭化モリブデンを与えるために、炭化水素と水素との混合物の流れの下で処 理されることを特徴とする、改良されたオキシ炭化モリブデンをベースとする触 媒の獲得方法。 6.多結晶酸化モリブデンまたは酸化物の前駆体モリブデン化合物が、熱処理の 前に、担体と混合される、またはその上に置かれることができることを特徴とす る、請求項5に記載の方法。 7.酸化ガスの雰囲気が低い速度の流れまたは静的雰囲気であることを特徴とす る、請求項5または6に記載の方法。 8.酸化ガスが乾燥したまたは湿った空気であることを特徴とする、請求項5か ら7のいずれか1つに記載の方法。 9.請求項1から4の、または請求項5から8の方法で得られる配向オキシ炭化 モリブデンをベースとする触媒の石油化学反応の触媒作用における使用。 10.石油化学反応が異性化、線形および環式炭化水素の水素添加、または芳香 族の開環であることを特徴とする、請求項9に記載の使用。
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