JP2014518831A - M41s族モレキュラーシーブの合成およびその使用 - Google Patents

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Abstract

M41S族モレキュラーシーブを生成するためのプロセスが記載される。プロセスは、フルード数が少なくとも1である混合器を備える反応器で、前記モレキュラーシーブを形成できる合成混合物を調製する工程を含み、前記合成混合物は少なくとも20質量%の固形成分を含有する。前記混合器で混合物を撹拌しながら、合成混合物を反応器で加熱し、水および前記モレキュラーシーブ材料の結晶を含む生成混合物を生成する。その後、該反応器の生成混合物から少なくとも一部の水を除去し、該反応器内の該生成混合物の水分含有量を少なくとも5質量%ほど低減する。
【選択図】図2

Description

(優先権の主張)
本出願は、2011年4月15日に出願された米国仮特許出願第61/475,687号、および、2011年6月24日に出願された欧州特許出願第11171341.8号の利益および優先権を主張するものである。
この開示は、M41S族モレキュラーシーブの合成方法、および、たとえば、結果として得られるモレキュラーシーブを、潤滑油水素化仕上げの触媒として使用することに関する。
多孔質無機固体は、産業分野で触媒および分離媒体として大変有用であることが見い出されてきた。これらの微細構造の開口部によって、分子が、触媒および吸着活性を高めるこれらの材料の比較的大きな表面領域へアクセスできる。分類の根拠としてこれらの微細構造の詳細を使用して、今日使用されている多孔質材料を3つの広いカテゴリーに分類できる。これらの分類は、非晶質および準結晶性材料、結晶性モレキュラーシーブ、および、改質(modified)層状材料である。これらの材料の微細構造の詳細な差異は、材料の触媒および吸着動作の重要な差異になっているばかりではなく、それらを特徴づけるために使用される多様な観測可能な特性の差異ともなっており、該特性の差異には、それらの表面領域、細孔のサイズ、および、それらのサイズの変動、X−線回折パターンの有無および該パターンの詳細、および、それらの微細構造を透過電子顕微鏡法および電子線回折法によって調査した場合の材料の外観などがある。
メソポーラスモレキュラーシーブのM41S族は、J.Amer.Chem.Soc.,J.S.Beckら,1992,Vol.114,Issue 27,pp.10834−10843に記載される。M41S族モレキュラーシーブのメンバーには、MCM−41、MCM−48およびMCM−50が挙げられる。このクラスのメンバーであるMCM−41の調製は、米国特許第5、098、684号に記載される。MCM−41は、約13オングストロームよりも大きいセル直径を持つ細孔が一次元に配列された六方晶構造によって特徴付けられる。MCM−48は立方対称であり、たとえば米国特許第5、198、203号に記載される。MCM−50は層状またはラメラ構造であり、米国特許第5、246、689号に記載される。
M41S族メソポーラスモレキュラーシーブは、適切な酸化物源を含む含水反応混合物(合成混合物)から調製されることがよくある。所望の構造およびチャンネルサイズを持つM41S族メソポーラスモレキュラーシーブの生成に影響を与える目的で、界面活性剤(単数または複数)などの有機物質も、一般に合成混合物に含まれる。合成混合物の成分がお互いに適切に混合されると、合成混合物はオートクレーブで適切な結晶化条件になる。該条件には、撹拌させる可能性があるが、合成混合物を加熱して温度を上昇させることを通常は含む。結晶化の完了後に、典型的には、母液および他の残留合成混合物成分を除去するために、結晶を濾過し、次いで結晶を水で洗浄することによって、結晶性生成物が合成混合物の残留物から回収される。次に、特にモレキュラーシーブの細孔を別途塞ぐ可能性があるすべての有機物質を除去するために、通常は、結晶を乾燥し、および、例えば540℃で、高温焼成させる。
M41S族メソポーラスモレキュラーシーブを合成するプロセスは、高価な有機界面活性剤を使用する。さらに、結晶化、濾過、および洗浄過程で発生する廃水を含む界面活性剤を処理するために、莫大なコストが必要となる。従って、使用される水および生成される廃水の両方の量を低減させる、より効率的で費用効率が高いM41S族モレキュラーシーブ製造プロセスに対する需要がある。この開示は、強力な混合器を持つ反応器を使用して、固形成分含有量が高い混合物を形成することによって、M41S族モレキュラーシーブを製造するプロセスを提供する。プロセスには、モレキュラーシーブ生成物の結晶化または洗浄の後で、焼成前に、反応混合物を濾過することが要求されない。したがって、該プロセスによって、コストの削減、結晶化時間の短縮、および、高収率という利点と、モレキュラーシーブ製造中に生成される廃水を最小にすることを結びつけられる。
米国特許出願第60/899,785号は、メソポーラスモレキュラーシーブ組成物を合成する方法に関し、ここでは反応混合物の溶媒または溶媒混合物の少なくとも一部には、以前の合成バッチで生成されたメソポーラスモレキュラーシーブを処理した廃水、例えば、母液(単数または複数)、洗浄液(単数または複数)、清浄液(単数または複数)、および、それらのいずれかの組み合わせが含まれる。
米国特許出願公開第2010/0280290号は、合成混合物を使用して固形成分含有量が高いM41S材料を形成し、および、合成で形成される母液などの廃水を含む界面活性剤(単数または複数)を低減する方法ばかりではなく、該合成での濾過および/または洗浄工程(単数または複数)を最適化または除去する方法に関する。
国際公開第WO2009/055215号は、精製工程(濾過および/または洗浄)無しで回収できる高固体混合物(20%から50質量%)からM41S材料を形成することを教示する。結晶化は、静的、または、撹拌された条件で実施できる(段落0083)が、M41S結晶化に強力な混合器を使用することは開示または示唆されていない。
米国特許第6,664,352号のFredriksenは、触媒および触媒材料と機械的に流動状態にある多孔質微粒子支持体を混合することによって、メタロセン触媒を調製することを教示する。プロセスは、水平軸逆回転連動(interlocking)混合パドルを持つ混合器を使用し、ここでパドルは共通混合ゾーンを通じて異なる回転軸、しかし好ましくは平行回転軸にある。混合器のフルード数は、1.05から2.2であり得る。モレキュラーシーブの結晶化にこの混合器を使用することは示唆も開示もされていない。
米国特許第6,521,585号のYamashitaらは、洗浄剤中に安定して形成される結晶性アルカリ金属珪酸塩顆粒の生成を開示する。温度制御可能な撹拌混合器は、フルード数1から12で結晶性アルカリ金属珪酸塩と洗浄剤との混合を実行し、顆粒の粒度分布を制御する。混合器は、撹拌シャフトに撹拌羽根車を持つ、水平、円筒状混合容器を持つ。
スラリー、ペースト、プラスチック本体を混合するためには多様な混合器が有用であることが、「Principles of Ceramics Processing,」Second Edition,James S. Reed,John Wiley&Sons,Inc.,1995,pp.347−354に記載されている。
一態様では、本発明はモレキュラーシーブ材料を生成するプロセスに属し、該モレキュラーシーブ材料は単位格子面間隔(d−spacing)が約18オングストロームよりも大きい位置で、相対強度100の少なくとも一つのピークがあるX−線回折パターンを有し、かつ、ベンゼン吸着能は、50トールおよび25℃で、100グラム無水結晶当たり約15グラムベンゼンよりも大きく、前記プロセスは以下の工程を含む。
(a)少なくとも水と;二価元素W、三価元素X、四価元素Yおよび五価元素Zからなる群から選択される少なくとも1つの酸化物の供給源と;アルカリまたはアルカリ土類金属Mの供給源と;化学式R1234+(式中、Qは窒素またはリンであり、R1、R2、R3およびR4の少なくとも1つは、6から約36炭素原子のアリール、6から約36炭素原子のアルキル基、および、これらの組み合わせからなる群から選択され、R1、R2、R3およびR4の残りは、水素、1から5炭素原子のアルキル基、および、これらの組み合わせからなる群から選択される)を有する有機指向剤(R)と;をフルード数が少なくとも1である混合器を備える反応器で混合し、前記モレキュラーシーブ材料を形成することが可能な合成混合物を調製する工程であって、前記合成混合物の固形成分含有量は少なくとも20質量%である工程;
(b)前記混合器で混合物を撹拌しながら、反応器の合成混合物を加熱し、水および前記モレキュラーシーブ材料の結晶を含む生成混合物を生成する工程;次いで、
(c)反応器の生成混合物から少なくとも一部の水を除去し、反応器内部の生成混合物の水分含有量を少なくとも5質量%低減させる工程を含む。
都合良くは、前記合成混合物の固形成分含有量は約20質量%から約50質量%である。
一実施形態では、合成混合物の組成は、モル比で、以下の範囲である。
23/YO2 0から0.5
23/(YO2+Z25) 0から100
23/(YO2+WO+Z25) 0から100
2O/(X23+YO2+WO+Z25) 2から10
OH-/YO2 0から10
2/eO/(X23+YO2+WO+Z25) 0から10
2/fO/(X23+YO2+WO+Z25) 0.01から2
別の実施形態では、合成混合物の組成は、モル比で、以下の範囲である。
23/YO2 0から0.5
2O/(X23+YO2) 2から10
OH-/YO2 0.1から10
2/eO/(X23+YO2) 0.1から10
2/fO/(X23+YO2) 0.01から2
都合良くは、(c)において、生成混合物への加熱および/または減圧の適用によって、生成混合物から水を除去する。
都合良くは、除去工程(c)間に、生成混合物は混合器で撹拌される。
都合良くは、プロセスは、
(d)押し出し成形可能な混合物を生成するために、反応器または分離混合器で、前記部分的に乾燥した混合物を追加の微粒子材料と混合する工程をさらに含む。
都合良くは、前記追加の微粒子材料は、バインダーまたはマトリックス材料などの触媒形成要素である。
都合良くは、プロセスは、
(e)前記押し出し成形可能な生成混合物を、成形された触媒本体に押し出し成形する工程をさらに含む。
都合良くは、プロセスは、
(f)成形された触媒本体を焼成する工程;および
(g)焼成触媒本体をイオン交換させ、本体のアルカリまたはアルカリ土類金属Mのレベルを低減させる工程をさらに含む。
都合良くは、成形された本体を、媒体を含む貴金属と接触させ、および、その後空気中で焼成させて貴金属が含浸された触媒を形成し、例えば、貴金属は、白金、パラジウム、イリジウムおよび、それらの混合物から選択される。好ましくは、貴金属は、白金を含み、および、さらに一層好ましくは白金およびパラジウムの組み合わせを含む。
一実施形態では、反応器の容量は少なくとも5リッター、たとえば少なくとも20リッター、例としては少なくとも200リッターである。
一実施形態では、混合器は、水平方向から10°以下の傾きの軸の周りを回転可能なシャフトに配置された少なくとも一つのブレードを含む。
さらなる態様では、本発明は、潤滑剤ベースストックを水素化仕上げするプロセスに属し、該ベースストックを、水素化仕上げ条件下で、本明細書に記載のプロセスによってされるモレキュラーシーブ材料を含む触媒と接触させる工程を含む。
実施例の合成プロセスで使用される、上部に排出開口部がある5ガロンの市販のパイロットスケール水平方向プラウせん断混合器/乾燥器/反応器を示す。 実施例の合成プロセスで使用される、上部に排出開口部がある5ガロンの市販のパイロットスケール水平方向プラウせん断混合器/乾燥器/反応器を示す。 実施例1の焼成したままのMCM−41材料のX−線回折(XRD)パターンである。 実施例2で合成されたPtMCM−41触媒および従来の方法を使用して生成された同一の触媒を使用して、脱ろうされた潤滑油のベースストックを水素化仕上げする場合のストリームの時間に対する、総芳香族含有量のグラフである。
この開示は、メソポーラスモレキュラーシーブのM41S族を合成するための新規なプロセスを提供する。これらの材料はJ.Amer.Chem.Soc.,J.S.Beckら,1992,Vol.114,Issue 27,pp.10834−10843に記載され、並びに、単位格子面間隔(d−spacing)が約18オングストロームよりも大きい位置で、相対強度100の少なくとも一つのピークを持つX−線回折パターンによって特徴付けられ、および、ベンゼン吸着能が50トールおよび25℃で100グラム無水結晶当たり約15グラムベンゼンよりも大きいことで特徴付けられる。M41S族モレキュラーシーブのメンバーには、MCM−41、MCM−48およびMCM−50が挙げられる。
本発明のプロセスはM41S材料の合成のボトルネックを解消するともに、強力な混合器/反応器で固形成分含有量が高い結晶形成物を反応および生成することによって、および、結晶化された生成物を部分的にだけ乾燥させた後に、アルミナ等の無機酸化物バインダーを含むM41S結晶化生成物の押し出し成形を可能にすることによって、合成によって生成される廃水を低減する。この新しい高固体結晶化手順によって、従来の低(5質量%未満の固体含有量)から中(約15質量%未満の固体含有量)固体含有量結晶化方法に比べて、いくつかの利点が提供される。当該利点には、合成で生成される母液の量を低減させ、そして、濾過および/または洗浄の工程を最小限にする又はなくして合成プロセスを著しく単純化する(これは合成で生成される廃水量をさらに低減させる)ことによって、界面活性剤を含む廃水の生成を著しく低減させることが含まれる。この開示による高固体結晶形成を使用することによって、合成で生成される廃水量を少なくとも50%低減できる。
本発明のプロセスでは、少なくとも1、たとえば1から12、例としては2から10のフルード数で動作できる強力な混合器を備える同一の反応器で撹拌されて、少なくとも20質量%と固形成分含有量が高い含水合成混合物が生成されて、結晶化する。このプロセスでは、高速混合器の羽根車のフルード数は、液体媒体の中を移動する羽根車の抵抗を測定するために使用される。この観点では、直径(d)メートルの羽根車を持ち、および、毎秒回転数Nで回転する混合器のフルード数(Fr)は、以下の式で決定される。
Fr=N2d/g
ここで、gは重力の加速度である(9.81m/s2)。都合良くは、本発明のプロセスで採用される反応器は、強力な混合器の羽根車が、水平方向から10°以下で傾いている軸の周りに回転可能なシャフトに取り付けられるように構成される。典型的には、反応器の長さと直径の比は、0.75よりも大きく、たとえば1.0よりも大きく、1.5よりも大きいなどであり、および、容量は少なくとも5リッター、たとえば少なくとも20リッター、例としては少なくとも200リッターである。
本発明のプロセスに使用される合成混合物は、少なくとも以下の成分を反応器に添加することによって生成され、その成分は:水と;二価元素W、三価元素X、四価元素Yおよび五価元素Zからなる群から選択される少なくとも1つの酸化物の供給源と;、アルカリまたはアルカリ土類金属Mの供給源と;化学式R1234+(式中、Qは窒素またはリンであり、R1、R2、R3およびR4の少なくとも1つは、6から約36炭素原子のアリール、6から約36炭素原子のアルキル基、および、これらの組み合わせからなる群から選択され、R1、R2、R3およびR4の残りは、水素、1から5炭素原子のアルキル基、かつ、これらの組み合わせからなる群から選択される)である有機指向剤(R)である。反応器の内容物は強力な混合器を使用して、所望の固形成分含有量を有する均質なスラリーが生成されるまで混合される。典型的に、混合は約20℃から約50℃の温度で約30分から約2時間実施される。
一般に、合成混合物の固形成分含有量は、少なくとも20質量%、たとえば約20質量%から約50質量%、好ましくは少なくとも25質量%、たとえば約25質量%から約45質量%、および、最も好ましくは少なくとも30質量%、たとえば約30質量%から約40質量%である。本明細書で使用する場合、用語「固形成分含有量」は、合成混合物の総重量に対する四価元素酸化物および三価元素酸化物の質量パーセンテージによって決定され(ただし種(seed)を除く)、かつ、以下のように計算される。
Figure 2014518831
典型的に、反応混合物の見かけ粘度は、少なくとも105MPa秒、たとえば約106MPa秒から約109MPa秒である。
合成混合物に含まれ得る二価元素「W」の適切な酸化物の例には、二価の第一列遷移金属、例えば、マンガン、コバルト、鉄、および/またはマグネシウムの酸化物が挙げられる。
合成混合物に含まれ得る三価元素「X」の適切な酸化物の例には、アルミニウム、ホウ素、鉄、および/またはガリウム、特にアルミニウムの酸化物が挙げられる。アルミナの適切な供給源には、ベーマイト、ギブサイト、および、擬ベーマイトなどの水和アルミニウム酸化物、アルミン酸ナトリウム、並びに、硝酸アルミニウムなどの酸素含有アルミニウム塩が挙げられる。
合成混合物に含まれ得る四価元素「Y」の適切な酸化物の例には、シリコン、ゲルマニウム、およびスズの酸化物が挙げられ、シリコンの酸化物が好ましい。シリコン酸化物の適切な供給源には、コロイドシリカ、沈降シリカ、ケイ酸カリウム、ケイ酸ナトリウム、および、ヒュームドシリカが挙げられる。好ましいシリカの供給源には、少なくとも約30質量%の固体シリカを含む供給源、例えば、商標名Aerosil、UltrasilすなわちSipernat(約90質量%シリカを含有する沈降、スプレー乾燥シリカ)であるEvonik Degussaによって販売されるシリカ、および、商標名Ludox(Grace Davisonから入手可能)すなわちHiSil(約87質量%シリカを含有する沈降水和SiO2、PPG Industriesから入手可能)で販売されるシリカが挙げられる。
合成混合物に含まれ得る五価元素「Z」の適切な酸化物の例には、リンの酸化物が挙げられる。
適切なアルカリまたはアルカ土類金属「M」の例には、ナトリウム、カリウム、および、カルシウムが挙げられ、ナトリウムが好ましい。金属Mは、一般に合成混合物中に水酸化物として存在する。
適切な指向剤「R」には、セチルトリメチルアンモニウム、セチルトリメチルホスホニウム、オクタデシルトリメチルアンモニウム、オクタデシルトリメチルホスホニウム、ベンジルトリメチルアンモニウム、セチルピリジニウム、デシルトリメチルアンモニウム、ジメチルジドデシルアンモニウム化合物、および、それらの少なくとも1つを含む化合物が挙げられる。好ましくは、第4級アンモニウムまたはホスホニウムイオンは、対応する水酸化物、ハロゲン化物、またはケイ酸塩から得られる。
上記の第4級アンモニウムまたはホスホニウム指向剤Rとともに、添加有機物が合成混合物に存在してもよい。一実施形態では、添加有機物は、上記指向剤の化学式の第4級アンモニウムまたはホスホニウムイオンであってもよく、式中、R1、R2、R3、およびR4は、水素および1から5炭素原子のアルキル基からそれぞれ独立して選択される。
典型的に、本発明のプロセスで使用される合成混合物の組成は、モル比で、以下の範囲内である。
23/YO2 0から0.5
23/(YO2+Z25) 0から100
23/(YO2+WO+Z25) 0から100
2O/(X23+YO2+WO+Z25) 2から10
OH-/YO2 0から10
2/eO/(X23+YO2+WO+Z25) 0から10
2/fO/(X23+YO2+WO+Z25) 0.01から2
ここでeおよびfは、それぞれMおよびRの価数である。
一般に、本発明のプロセスで生成されるM41S材料はケイ酸塩またはアルミノケイ酸塩であり、この場合には合成混合物の組成は、モル比で、以下の範囲であった。
Figure 2014518831
ここでeは金属Mの価数である。
合成混合物の形成が完了すると、反応器の混合物の温度は所望の結晶化温度、一般に約25℃から約200℃の範囲、たとえば約100℃から約160℃にまで上げられ、この温度で約0時間から約200時間、たとえば約4時間から約48時間維持される。結晶化プロセス中は、合成混合物は強力な混合器で連続的に撹拌される。さらに、反応器は、結晶化プロセス中は、該プロセス中に反応器の圧力が自発的に上昇するように、正常に密閉される。
結晶化プロセスの生成物は、MCM−41などの所望のメソポーラスモレキュラーシーブを含む含水スラリーである。通常、生成混合物は、反応器から除去されて、母液を除去するための濾過後に、モレキュラーシーブ結晶は洗浄され、乾燥されるものである。しかしながら、本発明のプロセスでは、結晶化が完了すると、反応器から混合物を除去する前に、反応器を開放し、生成混合物から少なくとも一部の水を除去する。これは、一般に強力な混合器で混合物を活性し続けながら、混合物の加熱および/または反応器の圧力を低減させることによって達成される。混合物の水分含有量が、少なくとも5質量%、たとえば少なくとも10質量%、例としては約10質量%から約20質量%低減されるまで、一般に水の除去が続けられる。過剰な水を除去することによって、部分的に乾燥したモレキュラーシーブ結晶を反応器から回収することができ、次いで、有機指向剤を除去するために、最初に濾過または洗浄工程を実施しないで焼成することができる。典型的に、部分的に乾燥したモレキュラーシーブ結晶は、約15質量%から約25質量%の水および約40%から45%の界面活性剤を含む。
または、結晶化が完了し、反応器の混合物を部分的に乾燥させた時に、追加の微粒子材料を反応器に添加し、次いで、強力な混合器を採用して追加の微粒子材料を、結晶性モレキュラーシーブと、乾燥プロセス後に残留する母液と混ぜることも望ましい。たとえば、追加の微粒子材料は、バインダーまたはマトリックス材料などの触媒形成要素であり得て、この場合には追加の微粒子材料を添加後に反応器から回収される生成混合物は、成形された触媒本体として押し出し成形できる。有機指向剤を除去するために焼成した後に、成形された本体を、有機変換反応の触媒として直接使用できる。
さらに代替例として、結晶化および部分乾燥後であって、成形触媒本体として押し出し成形し、有機指向剤を除去するために焼成する前に、生成混合物を反応器から除去し、分離混合器でバインダーまたはマトリックス材料などの追加の微粒子材料と混合できる。
どちらの場合にも、有機指向剤を除去するための焼成後に、触媒中に存在するアルカリまたはアルカリ土類金属Mのレベルを低減するために、触媒本体をイオン交換することができる。一般に、イオン交換はアンモニウムカチオンと実施され、その後モレキュラーシーブをアンモニウムから水素形態へ変換するために焼成する。
さらに、ここで結果として得られる触媒を潤滑油水素化仕上げに使用するために、触媒に貴金属を含有することが望ましい場合があり、該貴金属は、白金、パラジウム、イリジウムおよび前述の金属の混合物、好ましくは少なくとも白金、および、一層好ましくは、白金およびパラジウムの組み合わせから選択された貴金属などである。成形された触媒本体に、化合物を含む貴金属を含浸またはイオン交換させ、一般にその後に空気中で焼成することによって、これが達成される。
水素化仕上げは、一般に、先行する脱ろう工程を経た潤滑油原料で実施される。水素化仕上げは、脱ろう生成物中のいずれかの残留ヘテロ原子および着色体を除去するだけではなく、いずれかの潤滑油範囲のオレフィンおよび残留芳香族を飽和させる、マイルドな水素化処理形態である。脱ろう後の水素化仕上げは、通常、脱ろう工程にカスケードして実施される。一般に、水素化仕上げは、約150℃から350℃、好ましくは180℃から250℃の温度で実施される。全圧は、典型的に、2859から20786kPa(約400から3000psig)、液時空間速度は典型的に0.1から5時間-1、好ましくは0.5から3時間-1および、水素処理ガス比は44.5から1780m3/m3(250から10、000scf/B)である。
本発明は、以下の非限定的な実施例および添付図面を参照してより詳細に説明される。
実施例では、合成されたままの材料のXRD回折パターンは、2θ範囲が2度から40度の銅Kα線を使用してBruker D4X−線粉末回折計で記録された。
SEM画像は、HITACHI S4800電界放射型走査電子顕微鏡(SEM)によって得られる。
BET表面領域は、350℃の空気中で前処理されたサンプルで、Micromeritics TriSar3000V6.05A(Micromeritics Corporation、Norcross、ジョージア州)を使用して測定された。
実施例で採用される反応器は図1および図2に示され、および、5ガロンの市販のパイロットスケール水平方向プラウせん断混合器/乾燥器、Littleford,Day,Inc.of Florence,ケンタッキー州,USAから入手可能なM/DVT−22 Lab混合器を含む。反応器は、長さ約10インチ(25.4cm)、直径約12インチ(30cm)および長さと直径の比が0.83である水平シリンダーを含む。反応器は、投入開口部を備える上部、および、排出開口部を備える底部を有し、反応器の動作中はその両方が密封される。水平方向に露出された回転可能なシャフトが反応器の中に取り付けられ、それらは図2に示すように、4つの内部熱伝達プラウブレードを支持する。各プラウブレードは、V字形状であるので、各プラウブレードは回転すると、反応混合物を別々のストリームに分割し、および、持ち上げ、および、ブレードの両側で分割されたストリームを回転させ、その結果、高粘度スラリーであっても効率よく混合できる。容器は、被覆し、および、密封して加圧でき、並びに、温水または蒸気で加熱できる。容器は、乾燥プロセスで生成される容器からの排気ガスを凝縮して除去する凝縮器を備えることができる。
(実施例1)
3203gのテトラエチルアンモニウム水酸化物(TEAOH)35%溶液、405gのアルミン酸ナトリウム45%溶液、Dow Corning 62減泡剤(antifoamant)から調製された15gの希釈消泡剤溶液、5651gのARQUAD12/37溶液、および、3677gのSipernatシリカから約27質量%の固体を含有する混合物を調製した。混合物の成分を、図1に示される混合器/乾燥器へ、開口部が設けられた上部から直接投入し、約20分間110rpmで回転する混合器で混合した。混合物のモル組成を以下に示す。
SiO2/Al23 約50/1
2O/SiO2 約7.2
TEAOH/界面活性剤 約1
SiO2/界面活性剤 約5.8
反応器を密封し、混合物を240°F(116℃)で、24時間20rpmで撹拌して反応させた。次に1ガロンの結果として生じる高粘度スラリー生成物を排出し、あとで使用するために5−ガロンペール容器に貯蔵した。次に、スラリーの水分含有量を低減させるために排出バルブを開けて反応器から水を放出させ、固形成分含有量が33.2%の部分的に乾燥した生成物を生成した。
部分的に乾燥した合成されたままの材料は、図3に示すように、MCM−41トポロジーの典型的な純粋相を示した。合成されたままの材料のSEMによれば、材料は小さな結晶の塊で構成されることが示された。焼成、洗浄生成物の表面領域は約950m2/gであった。これらの結果に基づいて、マイルドな撹拌によるこの反応器で、約27質量%の高固体含有合成混合物から高品質のMCM−41生成物を調製できたことが示された。未洗浄の、部分的に乾燥した生成物は、約10〜15質量%の可溶性シリカを含むと推定された。
(実施例2)
それぞれ95/5、90/10、および80/20の比である3つのMCM−41/アルミナ触媒を、未洗浄の部分的に乾燥した生成物の3つのサンプルおよびVersal300アルミナ(UOPから入手可能)を混合し、1/16インチ(1.6mm)円筒状押し出し成型物に形成して調製した。調製された押し出し成型物を、使用前に250°F(121℃)で乾燥させた。次に、乾燥した押し出し成型物を、空気中で1000°F(538℃)で4時間焼成させた。最終的な触媒は約620m2/gの広い表面領域を示し、かつ、Na含有量が約1質量%であった。次に焼成押し出し成型物を室温と140°F(60℃)で硝酸アンモニウム溶液とイオン交換して水素形態に変換し、その後250°F(121℃)で乾燥させ、1000°F(538℃)で6時間焼成させた。結果として生じる処理された押し出し成型物のNaレベルは非常に低かった。95/5サンプル(交換前の1.06質量%)では0.18質量%、90/10サンプル(交換前の1.02質量%)では0.15質量%、および80/20サンプル(交換前の0.914質量%)では0.13質量%であった。
3つの焼成交換された押し出し成形サンプルは、次に0.3質量%白金および0.9質量%パラジウムで共含浸させ、120℃で乾燥させた。次に触媒を空気中304℃で最終焼成させて、白金およびパラジウム化合物を分解させた。結果として生じる触媒のベンゼン水素化活性指数(Benzene Hydrogenation Activity Index)は、以下のように決定された。
最初にそれぞれの触媒を水素中で1時間選択された温度(120〜350℃)で還元させた。触媒を反応温度に冷却し、供給物(ベンゼンおよび水素)を触媒に通過させた。ベンゼン水素化の割合を50、75、100および125℃で測定した。データはゼロ次アレニウスであり、100℃での1時間当たり金属1モル当たりの生成物モルの速度定数が記録される。
最終触媒の特性を以下に要約する。
Figure 2014518831
(実施例3)
硫黄含有量を約200ppmに低減するために、前もって水素処理された600N脱ろう油を水素化仕上げするために実施例2の90/10サンプルが評価された。約5ccの触媒を、80から120メッシュで約3ccの上向流マイクロ反応器に装填し、均一な液体流を確保するために触媒を添加した。窒素および水素で圧力試験後、触媒を窒素中260℃で約3時間乾燥させ、室温に冷却し、水素中約260℃で8時間活性化し、150℃に冷却した。機械に投入し、かつ、動作条件を2.0LHSV、6995kPa(1000psig)、および、約450NM3/M3(2500scf/B)に調節した。反応器温度を275℃に上昇させ、次いで、約7から10日間一定に保持した。水素純度は100%でかつ、ガスを再循環させなかった。
芳香族、硫黄、水素および窒素含有量によって規定される生成物の品質は毎日観察された。芳香族はUV吸収(ミリモル/kg)によって測定され、本発明で開示された90/10サンプルと、より多くの廃水を生成する従来のプロセスで製造された触媒を含む比較MCM−41とで、ストリーム時間に対してプロットした。従来のプロセスは、アルミナで押し出し成形する前に、洗浄/濾過工程を採用するだけではなく、完全乾燥工程を採用し、処理能力が低い。図4に示すように、本発明の開示に従って調製された触媒による約40から170時間にわたる総芳香族生成物は、従来のプロセスで製造された比較触媒のそれと実質的に同一であった。
本発明は、特定の実施形態を参照して記載され説明されるが、当業者であれば、必ずしも明細書に説明されていない変形形態が本発明に役立つことを理解するであろう。このため、真の本発明の範囲を決定する目的には、添付の特許請求の範囲だけが参照されるべきである。
本発明は、特定の実施形態を参照して記載され説明されるが、当業者であれば、必ずしも明細書に説明されていない変形形態が本発明に役立つことを理解するであろう。このため、真の本発明の範囲を決定する目的には、添付の特許請求の範囲だけが参照されるべきである。
次に、本発明の態様を示す。
1. 単位格子面間隔(d−spacing)が約18オングストロームよりも大きい位置で、相対強度100の少なくとも一つのピークを持つX−線回折パターンを有し、かつ、ベンゼン吸着能が50トールおよび25℃で、100グラム無水結晶当たり約15グラムベンゼンよりも大きいモレキュラーシーブ材料を生成するプロセスであって、
(a)少なくとも水と;二価元素W、三価元素X、四価元素Yおよび五価元素Zからなる群から選択される少なくとも1つの酸化物の供給源と;アルカリまたはアルカリ土類金属Mの供給源と;化学式R 1 2 3 4 + (式中、Qは窒素またはリンであり、R 1 、R 2 、R 3 およびR 4 の少なくとも1つは、6から約36炭素原子のアリール、6から約36炭素原子のアルキル基、および、これらの組み合わせからなる群から選択され、R 1 、R 2 、R 3 およびR 4 の残りは、水素、1から5炭素原子のアルキル基、および、これらの組み合わせからなる群から選択される)を有する有機指向剤(R)と;をフルード数が少なくとも1である混合器を備える反応器で混合し、前記モレキュラーシーブ材料を形成することが可能な合成混合物を調製する工程であって、
前記合成混合物の固形成分含有量は少なくとも20質量%である工程;
(b)前記混合器で前記混合物を撹拌しながら、前記反応器の前記合成混合物を加熱し、水および前記モレキュラーシーブ材料の結晶を含む生成混合物を生成する工程;次いで、
(c)前記反応器の前記生成混合物から少なくとも一部の水を除去し、前記反応器内部の前記生成混合物の水分含有量を少なくとも5質量%低減させる工程;を含むプロセス。
2. 前記合成混合物の組成は、モル比で、以下の範囲:
2 3 /YO 2 0から0.5
2 3 /(YO 2 +Z 2 5 ) 0から100
2 3 /(YO 2 +WO+Z 2 5 ) 0から100
2 O/(X 2 3 +YO 2 +WO+Z 2 5 ) 2から10
OH - /YO 2 0から10
2/e O/(X 2 3 +YO 2 +WO+Z 2 5 ) 0から10
2/f O/(X 2 3 +YO 2 +WO+Z 2 5 ) 0.01から2
(eおよびfは、それぞれMおよびRの価数である)である、上記1に記載のプロセス。
3. 前記合成混合物の組成は、モル比で、以下の範囲:
2 3 /YO 2 0から0.5
2 O/(X 2 3 +YO 2 ) 2から10
OH - /YO 2 0.1から10
2/e O/(X 2 3 +YO 2 ) 0.1から10
2/f O/(X 2 3 +YO 2 ) 0.01から2
(eおよびfは、それぞれMおよびRの価数である)である、上記1に記載のプロセス。
4. 前記反応器は少なくとも5リッターの容量を有する、上記1に記載のプロセス。
5. 前記混合器は、水平方向から10°以下の傾きの軸の周りを回転可能なシャフトに配置された少なくとも一つのブレードを含む、上記1に記載のプロセス。
6. 工程(c)において、前記生成混合物への加熱および/または減圧により前記生成混合物から水を除去する、上記1に記載のプロセス。
7. 前記除去工程(c)の間に、前記生成混合物は前記混合器で撹拌される、上記1に記載のプロセス。
8. さらに、
(d)前記反応器または分離混合器で、前記部分的に乾燥した混合物を追加の微粒子材料と混合し、押し出し成形可能な混合物を生成する工程を含む、上記1に記載のプロセス。
9. 前記追加の微粒子材料は触媒形成要素である、上記8に記載のプロセス。
10. 前記追加の微粒子材料はバインダーまたはマトリックス材料である、上記8に記載のプロセス。
11. さらに、
(e)前記押し出し成形可能な混合物を、成形された触媒本体に押し出し成形する工程を含む、上記8に記載のプロセス。
12. さらに、
(f)前記成形された触媒本体を焼成する工程と、
(g)前記焼成された触媒本体をイオン交換させ、前記本体のアルカリまたはアルカリ土類金属Mのレベルを低減する工程を含む、上記11に記載のプロセス。
13. さらに、
(f)少なくとも1つの貴金属化合物と前記触媒本体を混合する工程を含む、上記11に記載のプロセス。
14. 前記貴金属は白金、パラジウム、イリジウムおよび、それらの混合物から選択される、上記13に記載のプロセス。
15. 潤滑剤ベースストックを水素化仕上げするプロセスであって、水素化仕上げ条件下で、前記ベースストックを上記1のプロセスで生成されたモレキュラーシーブ材料を含む触媒に接触させる工程を含むプロセス。

Claims (15)

  1. 単位格子面間隔(d−spacing)が約18オングストロームよりも大きい位置で、相対強度100の少なくとも一つのピークを持つX−線回折パターンを有し、かつ、ベンゼン吸着能が50トールおよび25℃で、100グラム無水結晶当たり約15グラムベンゼンよりも大きいモレキュラーシーブ材料を生成するプロセスであって、
    (a)少なくとも水と;二価元素W、三価元素X、四価元素Yおよび五価元素Zからなる群から選択される少なくとも1つの酸化物の供給源と;アルカリまたはアルカリ土類金属Mの供給源と;化学式R1234+(式中、Qは窒素またはリンであり、R1、R2、R3およびR4の少なくとも1つは、6から約36炭素原子のアリール、6から約36炭素原子のアルキル基、および、これらの組み合わせからなる群から選択され、R1、R2、R3およびR4の残りは、水素、1から5炭素原子のアルキル基、および、これらの組み合わせからなる群から選択される)を有する有機指向剤(R)と;をフルード数が少なくとも1である混合器を備える反応器で混合し、前記モレキュラーシーブ材料を形成することが可能な合成混合物を調製する工程であって、
    前記合成混合物の固形成分含有量は少なくとも20質量%である工程;
    (b)前記混合器で前記混合物を撹拌しながら、前記反応器の前記合成混合物を加熱し、水および前記モレキュラーシーブ材料の結晶を含む生成混合物を生成する工程;次いで、
    (c)前記反応器の前記生成混合物から少なくとも一部の水を除去し、前記反応器内部の前記生成混合物の水分含有量を少なくとも5質量%低減させる工程;
    を含むプロセス。
  2. 前記合成混合物の組成は、モル比で、以下の範囲:
    23/YO2 0から0.5
    23/(YO2+Z25) 0から100
    23/(YO2+WO+Z25) 0から100
    2O/(X23+YO2+WO+Z25) 2から10
    OH-/YO2 0から10
    2/eO/(X23+YO2+WO+Z25) 0から10
    2/fO/(X23+YO2+WO+Z25) 0.01から2
    (eおよびfは、それぞれMおよびRの価数である)である、請求項1に記載のプロセス。
  3. 前記合成混合物の組成は、モル比で、以下の範囲:
    23/YO2 0から0.5
    2O/(X23+YO2) 2から10
    OH-/YO2 0.1から10
    2/eO/(X23+YO2) 0.1から10
    2/fO/(X23+YO2) 0.01から2
    (eおよびfは、それぞれMおよびRの価数である)である、請求項1に記載のプロセス。
  4. 前記反応器は少なくとも5リッターの容量を有する、請求項1に記載のプロセス。
  5. 前記混合器は、水平方向から10°以下の傾きの軸の周りを回転可能なシャフトに配置された少なくとも一つのブレードを含む、請求項1に記載のプロセス。
  6. 工程(c)において、前記生成混合物への加熱および/または減圧により前記生成混合物から水を除去する、請求項1に記載のプロセス。
  7. 前記除去工程(c)の間に、前記生成混合物は前記混合器で撹拌される、請求項1に記載のプロセス。
  8. さらに、
    (d)前記反応器または分離混合器で、前記部分的に乾燥した混合物を追加の微粒子材料と混合し、押し出し成形可能な混合物を生成する工程を含む、請求項1に記載のプロセス。
  9. 前記追加の微粒子材料は触媒形成要素である、請求項8に記載のプロセス。
  10. 前記追加の微粒子材料はバインダーまたはマトリックス材料である、請求項8に記載のプロセス。
  11. さらに、
    (e)前記押し出し成形可能な混合物を、成形された触媒本体に押し出し成形する工程を含む、請求項8に記載のプロセス。
  12. さらに、
    (f)前記成形された触媒本体を焼成する工程と、
    (g)前記焼成された触媒本体をイオン交換させ、前記本体のアルカリまたはアルカリ土類金属Mのレベルを低減する工程を含む、請求項11に記載のプロセス。
  13. さらに、
    (f)少なくとも1つの貴金属化合物と前記触媒本体を混合する工程を含む、請求項11に記載のプロセス。
  14. 前記貴金属は白金、パラジウム、イリジウムおよび、それらの混合物から選択される、請求項13に記載のプロセス。
  15. 潤滑剤ベースストックを水素化仕上げするプロセスであって、水素化仕上げ条件下で、前記ベースストックを請求項1のプロセスで生成されたモレキュラーシーブ材料を含む触媒に接触させる工程を含むプロセス。
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