JP2014531390A - 改善されたmcm−56製造 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2011年9月16日に出願された米国特許出願第61/535,632号、及び、2011年11月10日に出願された欧州出願第11188529.9号の優先権を主張し、これらの開示は、それらの全体が、参照により本明細書に組み込まれる。
本発明は、高品質の多孔質結晶性MCM−56材料を製造するための改善された方法、改善された方法によって製造されるMCM−56材料、それを含む触媒組成物、及び、炭化水素化合物の触媒的変換のための方法におけるそれらの使用に関する。
エチルベンゼン及びクメンは、それぞれ、スチレンモノマーの製造及びフェノールとアセトンの同時製造のために工業的に用いられる、価値のある汎用化学品である。エチルベンゼンは、数多くの異なる化学プロセスによって製造され得るが、商業的にかなり成功している1つの方法は、固体の酸性ZSM−5ゼオライト触媒の存在の下での、エチレンを用いるベンゼンの気相アルキル化である。このようなエチルベンゼン製造方法の例は、米国特許第3,751,504号(Keown)、米国特許第4,547,605号(Kresge)、及び米国特許第4,016,218号(Haag)に記載されている。
液相プロセスは、それらの気相相当プロセスより低い温度で操業され、そのため、副生成物の収率がより低くなる傾向があるので、最近では、エチルベンゼンをベンゼン及びエチレンから製造するための液相プロセスに関心が向けられている。例えば、米国特許第4,891,458号(Innes)は、ゼオライトベータを用いる、エチルベンゼンの液相合成を記載し、他方、米国特許第5,334,795号(Chu)は、エチルベンゼンの液相合成におけるMCM−22の使用を記載している。
本明細書で用いられる場合、用語「MCM−22族材料」(又は、「MCM−22族の材料」、又は、「MCM−22族のモレキュラーシーブ」)は、次の1つ又は複数を含む。
(i)共通の第一級(first degree)結晶構成要素単位格子からなるモレキュラーシーブ、この単位格子は、MWW骨格トポロジーを有する。(単位格子は、三次元空間にタイリングされた(tiled)場合に、結晶構造を記述する、原子の空間配置である。このような結晶構造は、"Atlas of Zeolite Framework Types", Fifth edition, 2001に論じられており、その全内容は参考として組み込まれる);
(ii)このようなMWW骨格トポロジー単位格子の二次元タイリングであり、1つの単位格子の厚さ、好ましくは1つの単位格子のc軸の厚さの単層を形作る、共通の第二級構成要素からなるモレキュラーシーブ;
(iii)1つ以上の単位格子の厚さの層である、共通の第二級構成要素からなるモレキュラーシーブ、ここで、2つ以上の単位格子の厚さの層は、1つの単位格子の厚さの少なくとも2つの単層を、スタッキング、パッキング、又は結合することにより作られる。このような第二級構成要素のスタッキングは、規則的な様式、不規則な様式、無秩序な様式、又はこれらの任意の組合せであってよい;及び
(iv)MWW骨格トポロジーを有する単位格子の任意の規則的又は無秩序な二次元的又は三次元的組合せによって作られるモレキュラーシーブ。
MWWトポロジーのものであるとIZA−SCによって指示されるゼオライト材料は、10及び12環の両方の存在により生じる2つの細孔系を有する多層材料である。前記の「Atlas of Zeolite Framework Types」は、この同じトポロジーを有するとして、5つの異なる名称の材料を分類する:MCM−22、ERB−1、ITQ−1、ITQ−2、PSH−3、及びSSZ−25。
MCM−56及びその合成は、米国特許第5,362,697号(Fung)及び米国特許第5,827,491号(Emerson)に記載されている。米国特許第5,453,554号(Cheng)は、短鎖(1〜5個の炭素原子)アルキル化剤による芳香族化合物のアルキル化における触媒として、MCM−56の使用を開示している。米国特許第5,453,554号の図6及び7に開示されているように、MCM−56は、そのゼオライト様等価物のMCM−22より活性なアルキル化触媒であるので、MCM−56は、特に液相条件下の、エチルベンゼン及びクメンの製造で、MCM−22を凌ぐ潜在的利点を示す。米国特許第5,362,697号、米国特許第5,827,491号、及び米国特許第5,453,554号の全開示は、参照により本明細書に組み込まれる。
多孔質結晶性MCM−56材料を合成するための改善された方法は、
a)アルカリ金属又はアルカリ土類金属(M)(例えばナトリウム又はカリウム)の陽イオン、3価の元素X(例えばアルミニウム)の酸化物、4価の元素Y(例えばケイ素)の酸化物(好ましくは少なくとも30重量%の固体YO2を含む)の供給源、ゼオライト種結晶(好ましくはMCM−56種結晶)、及び水を含む第1の反応混合物を調製するステップであって、前記第1の反応混合物が、次の範囲:
YO2/X2O3=5〜35、例えば、15〜20;
H2O/YO2=10〜70、例えば、15〜20;
OH-/YO2=0.05〜0.20、例えば、0.1〜0.15;
M/YO2=0.05〜3.0、例えば、0.11〜0.15
内で好ましくは選択される、酸化物のモル比による組成を有し、さらに、前記第1の反応混合物が、ゼオライト種結晶を、第1の反応混合物の重量に対して、0.05重量%以上、又は0.10重量%以上、又は0.50重量%以上、又は1.0重量%以上で、5重量%以下、例えば、1重量%以上〜3重量%以下の量で含む、ステップ;
b)ステップa)の反応混合物に、構造規定剤R、例えば、ヘキサメチレンイミン(HMI)を加えて、前記構造規定剤Rを、モル比で、次の範囲:R/YO2=0.08〜0.3、例えば、0.1〜0.2内で含む第2の反応混合物を生成するステップ;
c)ステップb)の第2の反応混合物を、好ましくは約40〜約250rpm、より好ましくは約40〜約100rpmの撹拌速度で、約90℃〜約175℃、好ましくは約90℃〜160℃未満、例えば、より好ましくは約125℃〜約175℃の温度、90時間未満、好ましくは40時間未満、例えば、より好ましくは約20〜約75時間の時間の条件下で結晶化させて、前記MCM−56材料の結晶を含む、結果としての混合物を生成するステップ;及び
d)前記MCM−56材料の前記結晶の少なくとも一部を、ステップc)の前記結果としての混合物から分離し、回収して、合成後無処理MCM−56材料を生成するステップを含み、前記合成後無処理MCM−56材料の結晶は、下の表1に示されるX線回折パターンによって特徴付けられる。
本発明は、また、改善された方法によって製造されるMCM−56、及びそれを含む触媒組成物にも関する。本発明は、また、本発明によって製造されるMCM−56を含む触媒を用いる炭化水素変換方法にも関する。このような1つの方法は、アルキル化できる芳香族化合物、特にベンゼンの液相又は部分的液相アルキル化による、モノアルキル化芳香族化合物、特にエチルベンゼン及びクメンの製造を含む。別のこのような方法は、オレフィンからのオリゴマーの製造を含む。
a)アルカリ金属又はアルカリ土類金属(M)(例えばナトリウム又はカリウム)の陽イオン、3価の元素X(例えばアルミニウム)の酸化物、4価の元素Y(例えばケイ素)の酸化物(好ましくは少なくとも30重量%の固体YO2を含む)の供給源、ゼオライト種結晶(好ましくはMCM−56種結晶)、及び水を含む第1の反応混合物を調製するステップであって、前記第1の反応混合物が、次の範囲:
YO2/X2O3=5〜35、例えば、15〜20;
H2O/YO2=10〜70、例えば、15〜20;
OH-/YO2=0.05〜0.20、例えば、0.1〜0.15;
M/YO2=0.05〜3.0、例えば、0.11〜0.15
内で好ましくは選択される、酸化物のモル比による組成を有し、さらに、前記第1の反応混合物が、ゼオライト種結晶を、第1反応混合物の重量に対して、0.05重量%以上、又は0.10重量%以上、又は0.50重量%以上、又は1.0重量%以上で、5重量%以下、例えば、1以上〜3重量%以下の量で含む、ステップ;
b)ステップa)の反応混合物に、構造規定剤R、例えば、好ましくはヘキサメチレンイミン(HMI)を加えて、前記構造規定剤Rを、モル比で、次の範囲:R/YO2=0.08〜0.3、例えば、0.1〜0.2内で含む第2の反応混合物を生成するステップ;
c)ステップb)の第2の反応混合物を、約40〜約250rpm、好ましくは約40〜約100rpmの撹拌速度で、約90℃〜約175℃、好ましくは約90℃〜160℃未満、例えば約125℃〜約175℃の温度、及び90時間未満、好ましくは40時間未満、例えば約20〜約75時間の時間の条件下で結晶化させて、前記MCM−56材料の結晶と、X線回折によって確認して、前記第2の反応混合物における前記MCM−56結晶の全重量に対して、10重量%以下、例えば約5重量%以下の非MCM−56不純物結晶(例えば、結晶性MCM−22族材料(下で定義される)(例えばMCM−49材料)、若しくはフェリエライト、ケニアイト又はこれらの混合物)とを含む、結果としての混合物を生成するステップ;及び
d)前記MCM−56材料の結晶の少なくとも一部を、ステップc)の結果としての混合物から分離し、回収して、合成後無処理MCM−56材料を生成するステップを含み、前記合成後無処理MCM−56材料の結晶は、上の表1に示されるX線回折パターンによって特徴付けられる。
本発明の改善された方法において、YO2の供給源は、固体YO2を、例えば、少なくとも約30重量%の固体YO2を含んでいなければならない。YO2がシリカである場合、少なくとも約30重量%の固体シリカを含むシリカ供給源、例えば、今はSipernatとして知られているUltrasil(約90重量%のシリカを含む、沈降、噴霧乾燥シリカ)又はHiSil(約87重量%のシリカ、約6重量%の遊離H2O、及び約4.5重量%の結合水和H2Oを含み、約0.02μmの粒径を有する、沈降、水和シリカ)の使用は、必要とされる合成条件下での、上の第2の反応混合物からの、結晶性MCM−56の生成に有利である。したがって、好ましくは、YO2(例えばシリカ)の供給源は、少なくとも約30重量%の固体YO2(例えばシリカ)を、より好ましくは少なくとも約40重量%の固体YO2(例えばシリカ)を含む。
反応混合物の成分は、2つ以上の供給源から供給され得ることが指摘される。反応混合物は、バッチとしてか、又は連続的かのいずれかで調製され得る。
本発明の方法における第2の反応混合物のステップc)の結晶化は、好ましくは、適切な反応器容器、例えば、ポリプロピレン容器、又はテフロン(登録商標)でライニングされた若しくはステンレス鋼のオートクレーブにおいて、撹拌条件下で実施される。しかし、静的な条件下で結晶化が行われることは、本発明の範囲内である。
本発明によって製造されるMCM−56材料を含む触媒は、化学反応における変換を実施するために用いることができ、触媒の存在下に、少なくとも部分的に液相である条件下で、アルキル化できる芳香族化合物をアルキル化剤に接触させるステップを含む、所望のモノアルキル化芳香族化合物の選択的製造方法において特に有用である。したがって、本発明の別の態様は、アルキル化触媒の存在下に、アルキル化条件下で、ベンゼンをアルキル化剤と反応させるステップを含む、モノアルキルベンゼンの選択的製造方法において用いられる、本発明の改善された方法によって製造される高品質MCM−56を含む改善されたアルキル化触媒である。本発明の触媒を、アルキル化できる芳香族化合物のアルキル化を実施するために用いる場合、アルキル化剤は、1〜5個の炭素原子を有するアルキル化脂肪族基を含み得る。アルキル化剤は、例えば、エチレン又はプロピレンであってよく、このような場合におけるアルキル化できる芳香族化合物は、適切には、ベンゼンであり得る。
本発明においてアルキル化され得る、置換芳香族化合物は、芳香族核に直接結合した少なくとも1個の水素原子を有していなければならない。芳香族環は、アルキル、アリール、アルカリール、アルコキシ、アリールオキシ、シクロアルキル、ハロゲン化物、及び/又はアルキル化反応を妨げない他の基の1つ又は複数により、置換されていてもよい。
適切な芳香族化合物には、ベンゼン、ナフタレン、アントラセン、ナフタセン、ペリレン、コロネン、及びフェナントレンが含まれ、ベンゼンが好ましい。
適切なアルキル置換芳香族化合物には、トルエン、キシレン、イソプロピルベンゼン、n−プロピルベンゼン、α−メチルナフタレン、エチルベンゼン、メシチレン、ズレン、シメン、ブチルベンゼン、プソイドクメン、o−ジエチルベンゼン、m−ジエチルベンゼン、p−ジエチルベンゼン、イソアミルベンゼン、イソへキシルベンゼン、ペンタエチルベンゼン、ペンタメチルベンゼン;1,2,3,4−テトラエチルベンゼン;1,2,3,5−テトラメチルベンゼン;1,2,4−トリエチルベンゼン;1,2,3−トリメチルベンゼン、m−ブチルトルエン;p−ブチルトルエン;3,5−ジエチルトルエン;o−エチルトルエン;p−エチルトルエン;m−ピロピルトルエン;4−エチル−m−キシレン;ジメチルナフタレン;エチルナフタレン;2,3−ジメチルアントラセン;9−エチルアントラセン;2−メチルアントラセン;o−メチルアントラセン;9,10−ジメチルフェナントレン;及び3−メチル−フェナントレンが含まれる。より高分子量のアルキル芳香族化合物もまた、出発材料として用いることができ、それらには、オレフィンオリゴマーによる芳香族炭化水素のアルキル化によって製造されるもののような芳香族炭化水素が含まれる。このような生成物は、当技術分野において、しばしばアルキレートと呼ばれ、それらには、へキシルベンゼン、ノニルベンゼン、ドデシルベンゼン、ペンタデシルベンゼン、ヘキシルトルエン、ノニルトルエン、ドデシルトルエン、ペンタデシルトルエンなどが含まれる。非常に多くの場合、アルキレートは、芳香族核に付着したアルキル基が、約C6−約C12の大きさで様々である高沸点画分として得られる。クメン又はエチルベンゼンが所望の生成物である場合、本発明の方法は、許容されるほど少ない、キシレンのような副生成物を生じる。このような場合に生成されるキシレンは、約500ppm未満であり得る。
本発明の触媒を用いるアルキル化プロセスは、反応物、すなわち、アルキル化できる芳香族化合物及びアルキル化剤が、効果的なアルキル化条件下で、例えば触媒組成物の固定床を含むフロー反応器のような、適切な反応ゾーンにおいて、触媒に接触させられるように、実施され得る。このような条件は、約0〜約500℃、好ましくは約10〜260℃の温度、約0.2〜約250気圧、好ましくは約1〜約55気圧の圧力、約0.1:1〜約50:1、好ましくは約0.5:1〜約10:1のアルキル化できる芳香族化合物とアルキル化剤のモル比、及び約0.1〜500hr-1、好ましくは約0.5〜約100hr-1の、アルキル化剤に基づくフィード毎時重量空間速度(WHSV)を含む。
ベンゼンが、エチレンによりアルキル化されてエチルベンゼンを生成する場合、アルキル化反応は、約150〜約300℃、より好ましくは約170〜約260℃の温度;約204気圧まで、より好ましくは約20気圧〜約55気圧の圧力;約0.1〜約20hr-1、より好ましくは約0.5〜約6hr-1の、エチレンアルキル化剤に基づく毎時重量空間速度(WHSV);及び、モルで約0.5:1〜約100:1、好ましくはモルで約0.5:1〜約30:1、より好ましくはモルで約1:1〜約10:1の、アルキル化反応器におけるベンゼンとエチレンの比を含む条件下で、液相で好ましくは実施される。
本発明の触媒は、様々な形態で使用され得る。触媒の特定の用途では、結晶性モレキュラーシーブ成分の平均粒径は、約0.05〜約200μm、例えば、20〜200μmであり得る。
アルキル化の触媒として用いられる場合、アルキル化反応器流出物は、過剰の芳香族フィード、モノアルキル化生成物、ポリアルキル化生成物、及び様々な不純物を含む。芳香族フィードは、蒸留によって回収され、アルキル化反応器に再循環される。通常、ループから未反応不純物を排除するために、再循環流から、僅かな抜取り(bleed)が行われる。蒸留ボトムは、モノアルキル化生成物を、ポリアルキル化生成物及び他の重質分から分離するために、さらに蒸留され得る。
ゼオライトベータは、米国特許第3,308,069号に開示されている。ゼオライトY及びモルデナイトは天然に産するが、それらの合成体、例えば、超安定(Ultrastable)Y(USY)(これは、米国特許第3,449,070号に開示されている)、希土類交換(Rare−earth exchanged)Y(REY)(これは、米国特許第4,415,438号に開示されている)、及びTEA−モルデナイト(すなわち、テトラエチルアンモニウム構造規定剤を含む反応混合物から調製される合成モルデナイト)(これは、米国特許第3,766,093号及び米国特許第3,894,104号に開示されている)の1つでもまた使用され得る。しかし、トランスアルキル化触媒に用いられるTEA−モルデナイトの場合、言及された特許に記載されている特定の合成方式は、1μmを超え、通常5〜10μmの大きさを有する主として大きい結晶からなるモルデナイト生成物の生成をもたらす。得られるTEA−モルデナイトが0.5μm未満の平均の結晶の大きさを有するように、合成を制御すると、液相での芳香族トランスアルキル化で著しく向上した活性を有するトランスアルキル化触媒が得られることが見出された。
本発明の触媒、又はその結晶性モレキュラーシーブ成分は、追加の機能付与物、例えば、VI族(例えば、Cr及びMo)、VII族(例えば、Mn及びRe)又はVIII族(例えば、Co、Ni、Pd及びPt)の金属、又はリンを含むことも含まないこともある。
16部の水及び1部の45%アルミン酸ナトリウム溶液(22% Al2O3、19.5% Na2O)を、オートクレーブ反応器に投入した。この溶液を、周囲温度で1〜24時間、60rpmで撹拌した。次いで、3.14部のSiO2(Ultrasil−VN3PM−改質、今はSipernat 320Cとして知られ、Evoniks(以前は、Degussa)から入手可能)及び0.02部のMCM−56の種(乾燥ケーキ)を加えて、第1の反応混合物を生成した。反応器を密封し、加圧試験をした。次いで、0.53部のヘキサメチレンイミン(HMI、100%有機物)を反応器に投入して、第2の反応混合物を生成した。第2の反応混合物を、周囲温度で48時間未満、50rpmで撹拌した。次に、反応器を、50rpmで、151℃まで加熱し、内容物を放置し28時間結晶化させて、結果としての混合物を生成した。結果としての混合物は、MCM−56と、X線回折によって確認して10重量%未満の不純物とを含んでいた。反応器を127℃まで冷却し、有機物を、HMI/水の共沸混合物により除去した、すなわち、捕集容器に「フラッシング」した。フラッシングされた溶媒(「凝縮物」)は、次のバッチのための新鮮な追加のHMIと合わせることによる再循環のために、捕集した。反応器を冷却し、生成物を外に出した。結晶化の程度は、BET表面積によって確認した。この例1の配合の詳細及び結果は、下の表4及び5に報告されている。
16部の水、1部の45%アルミン酸ナトリウム溶液(22% Al2O3、19.5% Na2O)、3.13部のSiO2(Ultrasil−VN3PM−改質)、0.02部のMCM−56の種、及び0.53部のヘキサメチレンイミン(HMI、100%有機物)を、オートクレーブ反応器に投入した。反応器を密封し、加圧試験をした。得られる溶液を、周囲温度で48時間未満、250rpmで撹拌した。次に、オートクレーブを、250pmで、151℃まで加熱し、内容物を放置して72時間反応させた。その時点で、X線回折により、生成物がアモルファスであることを確認した。反応器を127℃まで冷却し、有機物を、HMI/水の共沸混合物により除去した、すなわち、捕集容器に「フラッシング」した。反応器を冷却し、生成物を外に出した。結晶化の欠如は、BET表面積によって確認した。この例1.1の配合の詳細及び結果は、下の表4及び5に報告されている。
16部の水、1部の45%アルミン酸ナトリウム溶液(22% Al2O3、19.5% Na2O)、3.14部のSiO2(Ultrasil−VN3PM−改質)、及び0.02部のMCM−56の種(乾燥ケーキ)を、オートクレーブ反応器に投入して、第1の反応混合物を生成し、次いで、0.53部のヘキサメチレンイミン(HMI、100%有機物)を反応器に投入して、第2の反応混合物を生成した。反応器を密封し、加圧試験をした。第2の反応混合物を、周囲温度で48時間未満、250rpmで撹拌した。反応器を、250pmで、151℃まで加熱し、内容物を放置して72時間結晶化させて、結果としての混合物を生成した。結果としての混合物は、MCM−56と、X線回折によって確認して10重量%未満の不純物とを含んでいた。反応器を127℃まで冷却し、有機物を、HMI/水の共沸混合物により除去した、すなわち、捕集容器に「フラッシング」した。反応器を冷却し、生成物を外に出した。いくつかの結晶について、結晶化の程度を、BET表面積によって確認した。この例1.2の配合の詳細及び結果は、下の表4及び5に報告されている。
16部の水、及び1部の45%アルミン酸ナトリウム溶液(22% Al2O3、19.5% Na2O)を、オートクレーブ反応器に投入した。溶液を、周囲温度で1〜24時間、60rpmで撹拌した。3.14部のSiO2(Ultrasil−VN3PM−改質)、及び0.02部のMCM−56の種(乾燥ケーキ)を加えて、第1の反応混合物を生成した。反応器を密封し、加圧試験をした。次いで、0.53部のヘキサメチレンイミン(HMI、100%有機物)を反応器に投入して、第2の反応混合物を生成した。第2の反応混合物を、周囲温度で48時間未満、50rpmで撹拌した。反応器を密封し、50pmで、141.5℃まで加熱し、内容物を放置して36時間、結晶化させて、結果としての混合物を生成した。結果としての混合物は、MCM−56と、X線回折によって確認して10重量%未満の不純物とを含んでいた。反応器を127℃まで冷却し、有機物を、HMI/水の共沸混合物により除去した、すなわち、捕集容器に「フラッシング」した。フラッシングされた溶媒(「凝縮物」)は、次のバッチのための新鮮な追加のHMIと合わせることによる再循環のために、捕集した。反応器を冷却し、生成物を外に出した。結晶化の程度を、BET表面積によって確認した。この例2の配合の詳細及び結果は、下の表4及び5に報告されている。
オートクレーブ反応器において、前のMCM−56の結晶化で反応器内に残された合成後無処理の状態の約0.02部のMCM−56の種に、0.72部の水、及び1部の5%USALCO(アルミン酸ナトリウム溶液(受け取ったままの状態の溶液を、元の22%のAl2O3及び19.5%のNa2Oから、2.9%のAl2O3及び1.8%のNa2Oであるように、追加の水により希釈))を加えた。溶液を周囲温度で1〜24時間、60rpmで撹拌した。次いで、0.31部のSiO2(Ultrasil−VN3PM−改質)を加えて、第1の反応混合物を生成した。反応器を密封し、加圧試験をした。次いで、0.53部のヘキサメチレンイミン(HMI、100%有機物)を反応器に投入して、第2の反応混合物を生成した。第2の反応混合物を、周囲温度で48時間未満、60rpmで撹拌した。反応器を密封し、60pmで、148.5℃まで加熱し、内容物を放置して36時間結晶化させて、結果としての混合物を生成した。結果としての混合物は、X線回折によって確認して、MCM−56及び10重量%未満の不純物を含んでいた。反応器を127℃まで冷却し、有機物を、HMI/水の共沸混合物により除去した、すなわち、捕集容器に「フラッシング」した。フラッシングされた溶媒(「凝縮物」)は、次のバッチのための新鮮な追加のHMIと合わせることによる再循環のために、捕集した。反応器を冷却し、生成物を外に出した。結晶化の程度を、BET表面積によって確認した。この例3の配合の詳細及び結果は、下の表4及び5に報告されている。
オートクレーブ反応器において、0.702部の水に、USALCOから入手できる5%アルミン酸ナトリウム(受け取ったままの状態の溶液を、元の22%のAl2O3及び19.5%のNa2Oから、2.9%のAl2O3及び1.8%のNa2Oであるように、追加の水により希釈)を1部、加えた。溶液を、周囲温度で1〜24時間、60rpmで撹拌した。次いで、0.31部のSiO2(Ultrasil−VN3PM−改質)を加えて、第1の反応混合物を生成したが、種結晶なしであった。反応器を密封し、加圧試験をした。次いで、0.53部のヘキサメチレンイミン(HMI、100%有機物)を、反応器に投入して、第2の反応混合物を生成した。第2の反応混合物を、周囲温度で48時間未満、60rpmで撹拌した。反応器を密封し、60pmで、148.5℃まで加熱し、内容物を放置して61時間結晶化させた。MCM−56をX線回折によって確認した。反応器を127℃まで冷却し、有機物を、HMI/水の共沸混合物により除去した、すなわち、捕集容器に「フラッシング」した。フラッシングされた溶媒(「凝縮物」)は、次のバッチのための新鮮な追加のHMIと合わせることによる再循環のために、捕集した。反応器を冷却し、生成物を外に出した。結晶化の程度を、BET表面積によって確認した。この例3.1の配合の詳細及び結果は、下の表4及び5に報告されている。
オートクレーブ反応器において、前のMCM−56の結晶化で反応器内に残された合成後無処理の状態の約0.02部のMCM−56の種に、0.72部の水、及び1部の5%USALCO(受け取ったままの状態の溶液を、元の22%のAl2O3及び19.5%のNa2Oから、2.9%のAl2O3及び1.8%のNa2Oであるように、追加の水により希釈)を加えた。溶液を周囲温度で1〜24時間、60rpmで撹拌した。次いで、0.32部のSiO2(Ultrasil−VN3PM−改質)を加えて、第1の反応混合物を生成した。反応器を密封し、加圧試験をした。次いで、0.17部のヘキサメチレンイミン(HMI、100%有機物)を反応器に投入して、第2の反応混合物を生成した。第2の反応混合物を、周囲温度で48時間未満、60rpmで撹拌した。反応器を密封し、60pmで、141.5℃まで加熱し、内容物を放置して33時間結晶化させ、その時点で、完全な結晶化に進まない結果としての混合物のために、結晶化を停止した。反応器を127℃まで冷却し、有機物を、HMI/水の共沸混合物により除去した、すなわち、捕集容器に「フラッシング」した。反応器を冷却し、生成物を外に出した。結晶化の不十分さは、BET表面積によって確認した。この例4の配合の詳細及び結果は、下の表4及び5に報告されている。
1部の5%USALCO(受け取ったままの状態の溶液を、元の22%のAl2O3及び19.5%のNa2Oから、2.9%のAl2O3及び1.8%のNa2Oであるように、追加の水により希釈)、及び0.72部の水を、オートクレーブ反応器に投入した。次いで、0.32部のSiO2(Ultrasil−VN3PM−改質)を加えた。反応器を密封し、加圧試験をした。溶液を、周囲温度で1〜24時間、60rpmで撹拌した。次いで、0.17部のヘキサメチレンイミン(HMI、100%有機物)を、反応器に投入して、第2の反応混合物を生成した。第2の反応混合物を、周囲温度で48時間未満、60rpmで撹拌した。反応器を密封し、60pmで、141.5℃まで加熱し、内容物を放置して69時間結晶化させた。その時点で、MCM−56への結晶化を、X線回折によって確認し、反応器を127℃まで冷却し、有機物を、HMI/水の共沸混合物により除去した、すなわち、捕集容器に「フラッシング」した。反応器を冷却し、生成物を外に出した。結晶化の程度は、BET表面積によって確認した。この例4.1の配合の詳細及び結果は、下の表4及び5に報告されている。
16部の水、及び1部の45%アルミン酸ナトリウム溶液(22% Al2O3、19.5% Na2O)を、オートクレーブ反応器に投入した。溶液を、周囲温度で1〜24時間、250rpmで撹拌した。次いで、3.43部のSiO2(Ultrasil−VN3PM)を反応器に加えた。反応器を密封し、加圧試験をした。次いで、0.53部のヘキサメチレンイミン(HMI、100%有機物)を反応器に投入して、第2の反応混合物を生成した。第2の反応混合物を、周囲温度で48時間未満、60rpmで撹拌した。反応器を密封し、60pmで、148.5℃まで加熱し、内容物を放置して56時間結晶化させた。その時点で、MCM−56への結晶化を、X線回折によって確認し、反応器を127℃まで冷却し、有機物を、HMI/水の共沸混合物により除去した、すなわち、捕集容器に「フラッシング」した。反応器を冷却し、生成物を外に出した。結晶化の程度は、BET表面積によって確認した。この例5の配合の詳細及び結果は、下の表4及び5に報告されている。
本発明の改善された方法によって製造されるMCM−56を含む触媒を配合するために、例1から回収されたMCM−56生成物の60部(100%固体ベース)を、40部(100%固体ベース)のUOP Versal 300(商標)擬ベーマイトアルミナと組み合わせた。組み合わせた乾燥粉末を、実験室規模のLancaster Mullerに入れ、30分間混合した。押出可能なペーストを生成するように、十分な水を混合の間に添加した。押出可能なペーストを、2インチの実験室用Bonnot押出機を用い、1/20インチの4葉型(quadrulobe)押出物に成形した。押出物は、121℃のオーブン内で、一晩乾燥した。乾燥した押出物を、1分当たり2.4℃の速度で、538℃まで加熱し、窒素流の下で、3時間保った。次いで、押出物を、周囲温度まで冷却し、飽和空気で、一晩加湿した。加湿した押出物を、1グラムの触媒当たり、5ミリリットルの1N硝酸アンモニウムにより、1時間、交換した。硝酸アンモニウム交換を、新鮮な硝酸アンモニウムで繰り返した。次いで、アンモニウム交換した押出物を、1体積の押出物当たり、5体積の脱イオン水で洗って、残留硝酸塩を除去した。洗った押出物を、121℃のオーブン内で、一晩乾燥した。次に、押出物を、窒素/空気混合物中で、次の条件で焼成した。押出物を、周囲温度から426℃まで、1%O2/99%N2混合物中、1時間当たり28℃の加熱速度で、昇温し、426℃に3時間保った。次いで、1時間当たり28℃の速度で、温度を482℃まで上げ、482℃でさらに3時間保った。482℃で、O2を、段階的に、7.6%O2まで増やした。押出物を、482℃で、7.6%O2/92.4%N2の流れに、さらに3時間保った。次に、温度を、1時間当たり28℃の速度で、534℃まで上げた。O2のパーセンテージを、徐々に、12.6%O2まで増やし、押出物を、534℃で、12.6%O2中に12時間保った。次いで、押出物を、室温まで冷却した。
さらなる3つの触媒を、例6におけるように配合したが、但し、1つは、60重量%のMCM−56及び40重量%のアルミナを含み(例7)、別の1つは、80重量%のMCM−56及び20重量%のアルミナを含み(例8)、別の1つは、20重量%のMCM−56及び80重量%のアルミナを含んでいた(例9)。これらの3つの例において製造された、MCM−56を含む触媒は、BET表面積、ICPにより求められるナトリウム濃度、及び特許文献で一般に知られているアルファ試験活性(ヘキサンクラッキング)を測定することによって特徴付けた。
例6、7、8及び9の触媒をさらに試験するために、0.5グラムの押出物触媒を、12グラムの石英チップと共に、ワイヤメッシュスクリーンのバスケットに投入した。バスケット及び内容物を、236℃のオーブン内で、一晩(約16時間)乾燥した。次いで、バスケットを300ccのParrオートクレーブに投入した。オートクレーブを密閉し、窒素流により空気のないようにパージした。オートクレーブを159℃まで加熱し、100sccmの窒素で2時間パージした。オートクレーブの撹拌機を500rpmに設定した。次に、156.1グラムのベンゼンをオートクレーブに移し、500rpm撹拌速度で、1時間、温度を125℃に設定した。1時間後、75ccのHoke移送容器を用い、28.1グラムのプロピレンをオートクレーブに移した。一定のヘッド圧力を、窒素ブランケットを用い、オートクレーブで維持した。液体生成物試料を、30、60、90、120及び180分で採取した。液体試料は、Agilent 5890 GCで分析した。GCのデータは、二次反応速度モデルにフィッティングした。3時間の反応時間(time−on−stream)でのジイソプロピルベンゼン(DiPB)とクメン、及びトリイソプロピルベンゼン(TriPB)とクメンの比と共に、ベンゼン及びプロピレンの変換の二次反応速度定数を計算した。これは各触媒で繰り返された。
Claims (25)
- a)アルカリ金属又はアルカリ土類金属(M)陽イオン、3価の元素Xの酸化物、4価の元素Yの酸化物の供給源、ゼオライト種結晶、及び水を含む第1の反応混合物を調製するステップであって、前記第1の反応混合物が、次の範囲:
YO2/X2O3=5〜35;
H2O/YO2=10〜70;
OH-/YO2=0.05〜0.20;
M/YO2=0.05〜3.0
内の酸化物のモル比による組成を有し、さらに、前記第1の反応混合物が、ゼオライト種結晶を、前記第1の反応混合物の重量に対して、0.05重量%以上〜5重量%以下の量で含む、ステップ;
b)ステップa)の反応混合物に、構造規定剤Rを加えて、前記構造規定剤Rを、モル比で、次の範囲:R/YO2=0.08〜0.3内で含む第2の反応混合物を生成するステップ;
c)ステップb)の前記第2の反応混合物を、約90℃〜約175℃の温度、及び90時間未満の時間の条件下で結晶化させて、MCM−56材料の結晶と、X線回折によって確認して、前記第2の反応混合物における前記MCM−56結晶の全重量に対して、10重量%未満の非MCM−56不純物結晶とを含む、結果としての混合物を生成するステップ;及び
d)前記MCM−56材料の前記結晶の少なくとも一部を、ステップc)の前記結果としての混合物から分離し、回収するステップ
を含み、前記MCM−56材料の前記結晶が、表1に示されるX線回折パターンを有する、
合成多孔質結晶性MCM−56材料の製造方法。
- 前記第1の反応混合物における前記ゼオライト種結晶の前記量が、第1の反応混合物の重量に対して、0.10重量%以上〜3重量%以下、又は0.50重量%以上〜3重量%以下である、請求項1に記載の方法。
- 前記構造規定剤Rが、シクロペンチルアミン、シクロヘキシルアミン、シクロヘプチルアミン、ヘキサメチレンイミン(HMI)、ヘプタメチレンイミン、ホモピペラジン、及びこれらの組合せからなる群から選択される、請求項1又は2のいずれかに記載の方法。
- 前記構造規定剤Rが、ヘキサメチレンイミン(HMI)を含み、Xがアルミニウムを含み、Yがケイ素を含む、請求項1から3までのいずれか1項に記載の方法。
- ステップc)の前記結果としての混合物が、X線回折によって確認して、前記第2の反応混合物における前記MCM−56結晶の全重量に対して、約5重量%以下の非MCM−56不純物結晶を含む、請求項1から4までのいずれか1項に記載の方法。
- 前記第1の反応混合物が、次の範囲:
YO2/X2O3=15〜20;
H2O/YO2=15〜20;
OH-/YO2=0.1〜0.15;
M/YO2=0.11〜0.15
内の酸化物のモル比による組成を有し、さらに、前記第1の反応混合物が、ゼオライト種結晶を、前記第1の反応混合物の重量に対して、1重量%以上〜3重量%以下の量で含み;
ステップb)が、前記第1の反応混合物に前記構造規定剤Rとして(HMI)を加えて、モル比でHMI/YO2=0.1〜0.2の範囲内のHMIを含む第2の反応混合物を生成することを含む、
請求項1から5までのいずれか1項に記載の方法。 - 結晶化ステップc)の前記条件が、前記第2の反応混合物を、40時間未満結晶化させることを含む、請求項1から6までのいずれか1項に記載の方法。
- 結晶化ステップc)の前記条件が、約20〜約75時間にわたる約125℃〜約175℃の温度を含む、請求項1から7までのいずれか1項に記載の方法。
- ステップb)の前記第2の反応混合物が、前記第2の反応混合物の重量に対して、30重量%未満の固体含有量を有する、請求項1から8までのいずれか1項に記載の方法。
- 前記ゼオライト種結晶が、MCM−22族材料のX線回折パターンを示す、請求項1から9までのいずれか1項に記載の方法。
- 前記ゼオライト種結晶が、表1に記載された、前記MCM−56結晶の前記X線回折パターンを示す、請求項1から10までのいずれか1項に記載の方法。
- ステップb)の前記第2の反応混合物が、結晶化ステップc)の前に、約0.5〜約48時間、約25〜約75℃の温度でエージングされる、請求項1から11までのいずれか1項に記載の方法。
- 前記非MCM−56不純物結晶が、MCM−22、MCM−49、ITQ−1、ITQ−2、PSH−3、SSZ−25、ERB−1、UZM−8及びUZM−8HS、並びにこれらの混合物からなる群から選択される非MCM−56材料から選択される、請求項1から13までのいずれか1項に記載の方法。
- 前記非MCM−56不純物結晶が、フェリエライト、ケニアイト及びこれらの混合物からなる群から選択される、請求項1から14までのいずれか1項に記載の方法。
- 請求項1に記載のステップd)によるMCM−56の前記結晶を含む触媒組成物。
- 請求項13に記載の前記熱処理焼成MCM−56結晶を含む触媒組成物。
- 約370℃〜約925℃の温度で、1分〜約20時間の時間、加熱することによって熱処理され、クレー、シリカ、金属酸化物及びこれらの混合物からなる群から選択されるバインダーをさらに含む、請求項16に記載の触媒組成物。
- クレー、シリカ、金属酸化物及びこれらの混合物からなる群から選択されるバインダーをさらに含む、請求項16から18までのいずれか1項に記載の触媒組成物。
- 炭化水素化合物を含む供給原料を変換生成物に変換するための方法であって、前記供給原料を炭化水素化合物変換条件で請求項16に記載の前記触媒組成物に接触させることを含む、方法。
- 前記供給原料がオレフィンを含み、前記変換生成物がオリゴマー化オレフィンを含み、前記炭化水素化合物変換条件が、約0℃〜約1000℃の温度、約0.1〜約1000気圧の圧力、及び約0.01〜500hr-1のフィード毎時重量空間速度(WHSV)を含む、請求項20に記載の方法。
- 前記供給原料がアルキル化できる芳香族化合物と、オレフィン、アルコール、アルデヒド、ハロゲン化アルキル及びこれらの組合せからなる群から選択されるアルキル化剤とを含み、前記炭化水素化合物変換条件が、約0℃〜約500℃の温度、約0.2〜約250気圧の圧力、約0.1:1〜約50:1のアルキル化できる芳香族化合物とアルキル化剤とのモル比、及び約0.01〜500hr-1の前記アルキル化剤に基づくフィード毎時重量空間速度(WHSV)を含む、請求項20に記載の方法。
- 前記アルキル化できる芳香族化合物が、ベンゼンであり、前記アルキル化剤が、エチレン、プロピレン及びこれらの組合せからなる群から選択されるオレフィンである、請求項22に記載の方法。
- 前記オレフィンがエチレンであり、前記変換生成物がエチルベンゼンを含み、前記炭化水素化合物変換条件が、約150℃〜約300℃の温度、約20〜約55気圧の圧力、約0.1〜約20hr-1の前記エチレンアルキル化剤に基づく毎時重量空間速度(WHSV)、及びモルで約0.5:1〜約100:1の、アルキル化反応器におけるベンゼンとエチレンの比を含む、請求項21に記載の方法。
- 前記オレフィンがプロピレンであり、前記変換生成物がクメンを含み、前記炭化水素化合物変換条件が、約250℃までの温度、約250気圧以下の圧力、約0.1hr-1〜約250hr-1のプロピレンアルキル化剤に基づく毎時重量空間速度(WHSV)、及びモルで約0.5:1〜約100:1の、アルキル化反応器におけるベンゼンとプロピレンの比を含む、請求項21に記載の方法。
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