JP2003534898A - 新規なアルキル化触媒及びアルキル化におけるその使用 - Google Patents
新規なアルキル化触媒及びアルキル化におけるその使用Info
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Abstract
Description
用に関する。
な炭化水素とオレフィンとの反応を意味する。本発明の範囲を限定することなく
、飽和炭化水素、一般的には分岐した飽和炭化水素のオレフィンでのアルキル化
により、より高い分子量を有する高度に分岐した飽和炭化水素を得ることを考察
することにより、更に本発明を説明する。この反応は、2〜6個の炭素原子を含
有するオレフィンでのイソブタンのアルキル化を通して高オクタン価を有しかつ
ガソリン範囲内で沸騰するアルキレートを得ることを可能にするので、関心の対
象である。減圧軽油及び大気圧残留物のようなより重質の石油留分をクラッキン
グすることにより得られるガソリンと異なり、アルキル化で得られたガソリンは
、硫黄及び窒素のような汚染物質を本質的に含まず、従って清浄燃焼特性を有す
る。高オクタン価により表される、その高いアンチノック特性は、鉛のような環
境的に有害なアンチノック化合物を添加する必要性を減じる。また、ナフサを改
質することにより又はより重質の石油留分をクラッキングすることにより得られ
るガソリンとは異なり、アルキレートは、芳香族類又はオレフィン類をあるとし
ても少ししか含まず、それは環境的に言えば、更なる利点である。
、硫酸及びフッ化水素のような液体酸触媒の使用がなされている。斯かる触媒の
使用は、広範囲の問題を伴う。例えば、硫酸及びフッ化水素は高度に腐食性であ
り、その結果、使用される装置は高い品質要求を満たさねばならない。得られた
燃料における腐食性の高い物質の存在は好ましくないので、残存する酸はアルキ
レートから除去されねばならない。また、遂行されねばならない相分離の故に、
プロセスは複雑であり、従って高価である。その上、フッ化水素のような毒性物
質が放出される危険が常に存在する。
用である。即ち、WO9823560号は、飽和炭化水素のアルキル化において
、Yゼオライトのようなゼオライト、及び第VIII族貴金属、例えば、白金又
はパラジウムのような水素化機能及び任意的なアルミナのようなマトリックス物
質を含有する触媒の使用を記載する。この触媒の性能は満足すべきものであるが
、これら触媒の触媒活性、選択性及び安定性の更なる増加についての必要性が未
だ存在する。
媒孔の容積と(ii)触媒粒子の比長(specific length)との
間の比率が0.01〜0.90ml/(g*mm)の範囲であり、(b)触媒の
総孔容積が少なくとも0.20ml/gであり、かつ(c)40〜8000nm
の範囲の直径を有する触媒孔の容積が0.30ml/gより下であるような触媒
特性を選択することにより、性能が更に改善され得ることが見出された。
ル化においての使用に好適な触媒において、(i)40〜8000nmの範囲の
直径を有する触媒孔の容積と(ii)触媒粒子の比長との比率が0.01〜0.
90ml/(g*mm)の範囲であり、かつ該触媒は少なくとも0.20ml/
gの総孔容積を有し,且つ40〜8000nmの範囲の直径を有する触媒孔の容
積が0.30ml/gより下である触媒に関する。下記において、40〜800
0の範囲の直径を有する孔は、「マクロポア」と称され、これらの孔の孔容積は
「マクロポア容積」と表現される。
の比として定義される。幾何学容積及び幾何学表面の測定は、当業者にとって知
られており、例えば、DE2354558に記載されるように遂行されうる。比
長は、触媒粒子の直径とは異なることに注意を要する。例えば、円筒状触媒粒子
については、粒径は、比長より(粒子の直径及び長さに依存して)4から6倍大
きい。更に、例えば、球の直径は比長より6倍大きい。
g*mm)の範囲のマクロポア容積と比長との比を有することが必須である。更
に上記したように、本発明の触媒にとって、少なくとも0.20ml/gの総孔
容積を有し、及びマクロポア容積が0.30ml/gより下であることが必須で
ある。下記の(比較)実施例に示されているように、もしマクロポア容積と比長
との比及び/又は総孔容積がこれらの範囲外であるならば、炭化水素供給原料の
アルキル化においてその触媒は、有意に貧弱な性能を示す。
上であり、より好ましくは0.30ml/(g*mm)より上であり、いっそう
より好ましくは0.40ml/(gmm)より上であり、並びに好ましくは0.
80ml/(g*mm)より下である。更に、触媒は、少なくとも0.23ml
/gの孔容積を有することが好ましく、最も好ましくは少なくとも0.25ml
/gである。
も0.16mm、最も好ましくは少なくとも0.20mmの比長を有する。比長
の上限は、好ましくは2.0mm、より好ましくは1.0mm及び最も好ましく
は0.6mmにある。
、polylobes)、例えば、トリ‐及びクアドロローブを含む種々の形状
を有することができる。好ましくは、本触媒粒子は、少なくとも0.5mm、よ
り好ましくは少なくとも0.8mm及び最も好ましくは少なくとも1.0mmの
平均粒径を有する。平均粒径の上限は、好ましくは10.0mm、より好ましく
は5.0mm、いっそうより好ましくは3.0mmにある。
は0.08〜0.30ml/g、いっそうより好ましくは0.08〜0.25m
l/gである。
イトの例は、YゼオライトたとえばH-Yゼオライト及びUSYゼオライト、ゼ
オライトベータ、MCM-22及びMCM-36である。好ましくは、ゼオライト
は、24.34〜24.72オングストロームの範囲の単位格子寸法を有するY
ゼオライトである。より好ましくは、ゼオライトは24.40〜24.61オン
グストロームの単位格子寸法を有し且つ7〜18の範囲のシリカ:アルミナモル
比を有するYゼオライトであり、最も好ましくは、ゼオライトは24.24〜2
4.58オングストロームの単位格子寸法を有し且つ7.85〜13.75の範
囲のシリカ:アルミナモル比を有するYゼオライトである。
、第VIII族貴金属を包含する。第VIII貴金属は、好ましくは、金属とし
て計算して且つ固体酸の重量を基準にして0.01〜2wt%、より好ましくは
0.1〜1wt%の量で触媒中に含まれる。好ましくは、第VIII族貴金属は
、パラジウム及び/又は白金を包含する。
ス物質の例は、アルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニア、クレー及びこれらの
混合物である。アルミナを含むマトリックス物質が、一般には好ましい。
の総重量を基準にして、2〜98wt%の固体酸及び98〜2wt%のマトリッ
クス物質を含む。より好ましくは、本触媒は、本触媒に含まれる固体酸及びマト
リックス物質の総重量を基準にして、10〜90wt%の固体酸及び90〜10
wt%のマトリックス物質を含む。いっそう更に好ましくは、本触媒は、本触媒
に含まれる固体酸及びマトリックス物質の総重量を基準にして、20〜80wt
%の固体酸及び80〜20wt%のマトリックス物質、最も好ましくは50〜8
0wt%の固体酸及び20〜50wt%のマトリックス物質を含む。
硫酸化酸化物、たとえばジルコニウム、チタン又はスズの硫酸化酸化物、ジルコ
ニウム、モリブデン、タングステン、リン等の混合酸化物、塩化アルミニウム酸
化物又はクレーを含むことができる。
ら本質的になる。より好ましくは、本触媒は、ゼオライト、第VIII族貴金属
及びマトリックス物質から本質的になる。本触媒が希土類金属及び/又は第VI
II族非貴金属を含まないことが更に好ましい。従って、最も好ましくは、本発
明の触媒は、第VIII族貴金属化合物、ゼオライト及びマトリックスから本質
的になり、ここで、 (i)ゼオライトは、アルミニウムのような第III族元素及び/又は珪素のよ
うな第IV族元素の酸化的化合物(酸化物及び水酸化物)、及び任意的にナトリ
ウムのような第I族元素、及び/又はカルシウムのような第II族元素及び/又
はリンのような第V族元素の酸化的化合物、及び任意的に追加のアンモニウム及
び/又は水から本質的になり、かつ (ii)マトリックスは、珪素、アルミニウム、チタン、ジルコニウム、第II
族金属又はこれらの混合物の酸化的化合物の群から選択される。
は、 (i)固体酸成分を、任意的にマトリックス物質と混合した後に、たとえば押し
出して成形して粒子を形成し、 (ii)生じた粒子をか焼し、そして (iii)例えば、粒子を水素化金属成分の溶液で含浸することにより及び/又
は(競合的)イオン交換により、か焼された粒子に水素化機能を組み入れる 連続工程を含む。
組み入れ、 (ii)得た物質をたとえば押出して成形して、粒子を形成し、そして (iii)生じた粒子をか焼する、 連続工程を含むプロセスにより調製され得る。
、これらの供給原料のアルキル化における本発明の触媒の使用に関する。上記し
たように、これは、本発明の触媒の存在下で飽和炭化水素をオレフィン又はオレ
フィン前駆体と反応させて、より高い分子量を有する高度に分岐した飽和炭化水
素を与えることを含む。
な分岐した飽和炭化水素である。例としては、イソブタン、イソペンタン、イソ
へキサン又はこれらの混合物が挙げられ、イソブタンが最も好ましい。アルキル
化プロセスに使用されるオレフィンは、一般に、2〜10個の炭素原子、好まし
くは2〜6個の炭素原子、更により好ましくは3〜5個の炭素原子及び最も好ま
しくは4個の炭素原子を有する。最も好ましくは、本アルキル化プロセスは、イ
ソブタンのブテンでのアルキル化からなる。
リープロセス及び固定床プロセスを含む任意の好適な形式で適用される。本プロ
セスは多数の床及び/又は反応器において遂行されることができ、それぞれが別
々のオレフィン添加を伴う。そのような場合においては、本発明のプロセスは、
それぞれの別個の床又は反応器において遂行され得る。
60号において開示されたようなアルキル化プロセスが適用される。本プロセス
において適用されるプロセス条件は、次の表において要約される。
ル化プロセスの間に適用される。より詳細には、本触媒は、好ましくは、本アル
キル化プロセスの間において、脂肪族化合物及び水素を含有する供給物と接触さ
れることによる再生工程に間欠的に付され、ここで、該再生は、本触媒の活性サ
イクルの好ましくは90%以下、より好ましくは60%以下、いっそうより好ま
しくは20%以下及び最も好ましくは10%以下のときに遂行される。本触媒の
活性サイクルは、アルキル化剤の供給の開始時から、触媒含有反応器区域の入口
と比較してアルキル化剤の20%が転化されないで触媒含有反応器区域を去る(
分子内の異性化を計算に入れず)時点までの時間と定義される。任意的に、本プ
ロセスにおいては、本触媒は、周期的に気相における水素での高温再生に付され
ることが出来る。高温再生は、好ましくは、少なくとも150℃、より好ましく
は175℃〜600℃及び最も好ましくは200℃〜400℃の温度において遂
行される。 この再生手順の詳細については、WO9823560号、特に4頁
5〜9行及び19頁13行から13頁2行が参照される。
率(反応において転化された原料中のオレフィンの量)、高いC5+アルキレー
ト収率(生産されたC5+アルキレートの重量を消費されたオレフィンの全重量
で割ったもの)及び高オクタン価を結果し、同時に、望まれないC9+副生成物
の量は制限されることが出来、そして従って触媒の安定性がその結果改良され得
る。これらのパラメーターに関する詳細については、WO9823560号が参
照される。
equation)に基づいて水銀侵入により決定された。
イン/cmと見なされる)、θは接触角(140°と見なされる)である。本測
定において、圧力は、測定が3.6〜8,000nmの範囲の直径を有する孔を
カバーするような範囲に亘り変動された。
クル反応器は、38.6gの触媒押出物及びカーボランダム粒子(60メッシュ
)の1:1容積/容積混合物を充填された。反応管の中心に、直径6mmの熱電
対が配置された。反応器は、30分間、窒素で(100Nl/時間)フラッシュ
された。次に系は、高められた圧力において漏出について試験され、その後に圧
力が21バールに上昇され、窒素が水素で置換された(100Nl/時間)。反
応器の温度は、その後、1℃/分の速度で200℃まで上昇させられた。200
℃において1時間後、温度は、1℃/分の速度で400℃まで上昇させられた。4
00℃において1時間後、反応器温度は、下記の実施例において示される反応温
度まで下げられた。
ラム/時間の速度で反応器に供給された。イソブタンの約95〜98%が反応器
にフィードバックされた。約2〜5%が分析用に排出された。系内の一定の液体
量を確保するような量のイソブタンが、反応器に供給された。系が安定化したと
き、下記の実施例において示されるようなシス‐2‐ブテン‐WHSV(本触媒
試料中のゼオライト重量に基づいて計算された)を与えるような量のシス‐2‐
ブテンが、系に添加された。系中の液体の全流速は、約4,000g/時間に維
持された。反応器供給物中におけるイソブタン:シス‐2‐ブテンの重量比(反
応器にフィードバックされた未反応の物質は考慮されない)は、下記の実施例で
示される。反応器中の圧力は21バールに達した。反応の各1時間後に、5分間
のイソブタンでの洗浄、引き続きイソブタン中の1モル%のH2溶液との接触を
通して50分間の再生が行われ、それから更に5分間イソブテンで洗浄されるこ
とにより、本触媒は再生された(全体の洗浄及び再生時間は1時間)。この洗浄
工程の後、アルキル化は、再び開始された。洗浄工程及び再生工程の間における
プロセス条件は、反応工程の間のプロセス条件と同一である。
の性能は、オレフィン転化率、リサーチオクタン価(RON)、C5+アルキレ
ート収率及び望ましくないC9+副生成物(2,2,5‐トリメチルへキサンを
除く)の、C5+アルキレートに基づいて計算される重量パーセンテージにより
特徴付けられた。RONは、総C9+(2,2,5‐トリメチルへキサンを除く
)のRON寄与が90の代わりに84であると推定されたことを除き、WO98
23560号の13及び14頁に記載されたように決定された。C5+アルキレ
ート収率は、消費されたオレフィンの総重量で生成されたC5+アルキレートの
重量を割ったものとして定義される。
ブタン対シス‐2‐ブテンの重量比(反応器にフィードバックされる未反応物を
考慮しない)は20であった。反応温度は、70℃であった。シス‐2‐ブテン
‐WHSVは、0.21h-1であった。本触媒は、次の特性を有していた: 触媒組成: 固体酸:USYゼオライト 固体酸量:70wt%(固体酸及びマトリックスの総重量基準) 水素化金属:白金 水素化金属量:0.34% マトリックス:アルミナ マトリックス量:30wt%(固体酸及びマトリックスの総重量基準) 触媒形状:円筒状押出物 孔/粒子特性: マクロポア容積:0.17ml/g 比長:0.22mm(平均直径:1.0mm、平均長さ:4mm) マクロポア容積/比長:0.77ml/(g*mm) 総孔容積:0.36ml/g
0.64ml/(g*mm)のマクロポア容積と比長との比を有していた(マク
ロポア容積:0.14ml/g、比長:0.22mm(平均直径:1.0mm、
平均長さ:4mm))。その総孔容積は0.35ml/gであった。反応供給物
におけるイソブタン:シス-2-ブテンの重量比(反応器にフィードバックされた
未反応物は考慮しない)は、19であった。反応温度は、70℃であった。シス
-2-ブテン-WHSVは、0.21h-1であった。更なる試験条件は、実施例1
において記載されたとおりである。触媒性能は、下記の表で示される。
0.41ml/(g*mm)のマクロポア容積と比長との比を有していた(マク
ロポア容積:0.09ml/g、比長:0.22mm(平均直径:1.0mm、
平均長さ:4mm))。その総孔容積は0.27ml/gであった。反応供給物
におけるイソブタン:シス-2-ブテンの重量比(反応器にフィードバックされた
未反応物は考慮しない)は、19であった。反応温度は、70℃であった。シス
-2-ブテン-WHSVは、0.21h-1であった。更なる試験条件は、実施例1
において記載されたとおりである。触媒性能は、下記の表で示される。
0.49ml/(g*mm)のマクロポア容積と比レングスとの比を有していた
(マクロポア容積:0.17ml/g、比長:0.35mm(平均直径:1.7
mm、平均長さ:4mm))。その総孔容積は0.38ml/gであった。反応
供給物におけるイソブタン:シス-2-ブテンの重量比(反応器にフィードバック
された未反応物は考慮しない)は、26であった。反応温度は、80℃であった
。シス-2-ブテン-WHSVは、0.19h−1であった。更なる試験条件は、
実施例1において記載されたとおりである。触媒性能は、下記の表で示される。
0.95ml/(g*mm)のマクロポア容積と比長との比を有し(マクロポア
容積:0.21ml/g、比長:0.22mm(平均直径:1.0mm、平均長
さ:4mm))、これは本特許請求の範囲外にある。その総孔容積は0.50m
l/gであった。反応供給物におけるイソブタン:シス-2-ブテンの重量比(反
応器にフィードバックされた未反応物は考慮しない)は、30であった。反応温
度は、70℃であった。シス-2-ブテン-WHSVは、0.21h-1であった。
更なる試験条件は、実施例1において記載されたとおりである。触媒性能は、下
記の表で示される。
0.18ml/(g*mm)のマクロポア容積と比長との比を有する(マクロポ
ア容積:0.04ml/g、比長:0.22mm(平均直径:1.0mm、平均
長さ:4mm))。その総孔容積は0.19ml/gであった。反応供給物にお
けるイソブタン:シス-2-ブテンの重量比(反応器にフィードバックされた未反
応物は考慮しない)は、27であった。反応温度は、80℃であった。シス-2-
ブテン-WHSVは、0.19h-1であった。更なる試験条件は、実施例1にお
いて記載されたとおりである。定常状態に到達できなかったので、触媒性能は6
0時間後に測定された。結果は、下記の表で示される。
る。より詳細には、C5+アルキレート収率は、本発明に従う触媒の対応する収
率よりも有意に低く、一方、望ましくないC9+の重量パーセンテージは、実施
例1〜4の触媒の対応する値より有意に上である。
試験された下での条件よりもより良い触媒性能をもたらすべき条件において試験
されたという事実にも拘らず、観察されたことが注目されるべきである。より詳
細には、比較実施例A及びBにおけるイソブタンとシス‐2‐ブテンとの重量比
は、実施例1〜4におけるよりも高い。より高い重量比は反応器中におけるより
少ないオレフィン量を示し、従って、望ましくないC9+生成物を結果する、 形成されたアルキレートと反応できる過剰なオレフィンの危険性の少なさを意味
する。
Claims (12)
- 【請求項1】 水素化機能及び固体酸を含む触媒粒子を含む、炭化水素のア
ルキル化においての使用に好適な触媒において、(i)40〜8000nmの範
囲の直径を有する触媒孔の容積と(ii)触媒粒子の比長との比率が0.01〜
0.90ml/(g*mm)の範囲であり、かつ該触媒は少なくとも0.20m
l/gの総孔容積を有し,且つ40〜8000nmの範囲の直径を有する触媒孔
の容積が0.30ml/gより下である触媒。 - 【請求項2】(i)40から8000nmの範囲の直径を有する触媒孔の容
積と(ii)触媒粒子の比長との比率が少なくとも0.20ml/(g*mm)
である特許請求の範囲第1項に記載の触媒。 - 【請求項3】該触媒が少なくとも0.23ml/gの総孔容積を有する特許
請求の範囲第1又は第2項に記載の触媒。 - 【請求項4】該水素化機能が第VIII族貴金属から本質的になる特許請求
範囲第1〜3項のいずれか一つに記載の触媒。 - 【請求項5】該固体酸が24.34〜24.72オングストロ−ムの範囲の
単位格子寸法を有するYゼオライトである特許請求範囲第1〜4項のいずれか一
つに記載の触媒。 - 【請求項6】該固体酸が24.40〜24.61オングストロ−ムの範囲の
単位格子寸法を有するYゼオライトである特許請求範囲第5項に記載の触媒。 - 【請求項7】該固体酸が24.45〜24.58オングストロ−ムの範囲の
単位格子寸法を有するYゼオライトである特許請求範囲第6項に記載の触媒。 - 【請求項8】該触媒が追加的にマトリックス物質を含む特許請求範囲第1〜
7項のいずれか一つに記載の触媒。 - 【請求項9】該マトリックス物質がアルミナを含む特許請求範囲第8項に記
載の触媒。 - 【請求項10】該触媒が希土類金属及び第VIII族非貴金属を含まない特
許請求範囲第1〜9項のいずれか一つに記載の触媒。 - 【請求項11】炭化水素のアルキル化のために特許請求範囲第1〜10項の
いずれか一つに記載の触媒を使用する方法。 - 【請求項12】飽和炭化水素のアルキル化のために特許請求範囲第1〜10
項のいずれか一つに記載の触媒を使用する方法。
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