JP2015534939A - Mseフレームワーク型モレキュラーシーブの合成 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、MCM−68などのMSEフレームワーク型結晶性モレキュラーシーブの合成、および有機変換プロセスにおけるそれらの使用に関する。
MCM−68は、1つの12員環チャネル系および2つの10員環チャネル系を含む独特の3次元チャネル構造を有する単結晶相モレキュラーシーブ材料であり、そのチャネル構造において各系のチャネルは、他の系のチャネルに垂直に延長しており、そしてチャネル構造において12環チャネルは一般に真っ直ぐであり、10環チャネルは曲がりくねっている(正弦波形である)。MCM−68のフレームワーク構造は、Structure Commission of the International Zeolite AssociationによってコードMSEが割り当てられている。
一態様において、本発明は、MSEフレームワーク型の結晶性モレキュラーシーブの合成方法であって、水の供給源と、ケイ素、スズ、チタン、バナジウムおよびゲルマニウムの少なくとも1つから選択される4価元素Yの酸化物の供給源と、任意の3価元素Xの供給源(アルミニウム、ホウ素、ガリウム、鉄およびクロムの少なくとも1つから選択されるものなど)と、アルカリもしくはアルカリ土類金属Mの供給源と、テトラエチルアンモニウムカチオンQ1の供給源とを含む反応混合物を結晶化させる工程を含む方法に関する。
の1つまたは両方を有する第2の有機カチオンQ2の供給源をさらに含むことができる。存在する場合、Q2は、いくつかの実施形態において、上記6員環構造を有し、R1〜R4基の少なくとも3つは水素であり、R5およびR6基の少なくとも1つはメチルおよび/またはエチル基であり、好ましくはAは、>N−R15基であり、R15は、シクロヘキシル基、フェニル基、またはそれらのC1〜C5アルキル置換誘導体である。そのような実施形態において、Q1:Q2のモル比は、約1:5〜約99:1の範囲であることができる。
テトラエチルアンモニウムカチオンを構造指向剤(の1つ)として使用する、MCM−68などのMSEフレームワークタ型結晶性モレキュラーシーブの合成方法が本明細書に記載される。芳香族アルキル化およびトランスアルキル化反応において、ならびに炭化水素原料の接触分解においてなどの有機変換反応での触媒としての、得られたMSEフレームワーク型結晶性モレキュラーシーブの焼成形態の使用も本明細書に記載される。
約75トル、約90℃でのn−ヘキサン吸着 − 約10.8重量%
約75トル、約30℃でのベンゼン吸着 − 約18.8重量%
約60トル、約120℃での2,2−ジメチルブタン吸着 − 約11.0重量%
約2トル、約100℃でのメシチレン吸着 − 約3.3重量%
を示すことができる。
の1つまたは両方を有する第2の構造指向剤カチオン(集合的にQ2)が存在してもよい。
(a)約10℃〜約250℃の温度、約0psig〜約500psig(約3.5MPag)の圧力、約0.5時間−1〜約100時間−1の総重量空間速度(WHSV)、および約0.1〜約50の芳香族化合物/オレフィンモル比の1つまたはそれ以上を任意に含む反応条件で、気相または液相での短鎖(C2〜C6)オレフィンによる芳香族化合物のアルキル化、例えば、それぞれエチルベンゼンもしくはクメンを製造するためのベンゼンによるエチレンまたはプロピレンのアルキル化;
(b)約250℃〜約500℃の温度、約0psig〜約500psig(約3.5MPag)の圧力、約0.5時間−1〜約50時間−1の総WHSV、および約1〜約50の芳香族化合物/オレフィンモル比の1つまたはそれ以上を任意に含む反応条件で、気相または液相での長鎖(C10〜C20)オレフィンによる芳香族化合物のアルキル化;
(c)約100℃〜約500℃の温度、約1psig(約7kPag)〜約500psig(約3.5MPag)の圧力、および約1時間−1〜約10,000時間−1のWHSVの1つまたはそれ以上を任意に含む反応条件で、気相または液相での芳香族化合物のトランスアルキル化、例えば、それぞれエチルベンゼンおよび/またはクメンを製造するためのポリエチルベンゼンおよび/またはポリイソプロピルベンゼンとベンゼンとのトランスアルキル化;
(d)約200℃〜約760℃の温度、約1気圧(約0psig)〜約60気圧(約5.9MPag)の圧力、約0.1時間−1〜約20時間−1のWHSV、および0(添加水素なし)〜約50の水素/炭化水素モル比の1つまたはそれ以上を任意に含む反応条件で、アルキル芳香族化合物の不均化、例えば、キシレンを製造するためのトルエンの不均化;
(e)約200℃〜約760℃の温度、約1気圧(約0psig)〜約60気圧(約5.9MPag)の圧力、約0.1時間−1〜約20時間−1のWHSV、および0(添加水素なし)〜約50の水素対炭化水素モル比の1つまたはそれ以上を任意に含む反応条件で、アルキル芳香族化合物の脱アルキル化、例えば、エチルベンゼンの脱エチル化;
(f)約200℃〜約540℃の温度、約100kPaa〜約7MPaaの圧力、約0.1時間−1〜約50時間−1のWHSV、および0(添加水素なし)〜約10の水素/炭化水素モル比の1つまたはそれ以上を任意に含む反応条件で、キシレンなどのアルキル芳香族化合物の異性化;
(g)約260℃〜約375℃の温度、約0psig〜約1000psig(約6.9MPag)の圧力、約0.5時間−1〜約10時間−1のWHSV、および0(添加水素なし)〜約10の水素/炭化水素モル比の1つまたはそれ以上を任意に含む反応条件で、例えば、アルキル芳香族化合物および軽質ガスを形成するためのパラフィンと芳香族化合物との反応;
(h)約200℃〜約315℃の温度、約100psig(約690kPag)〜約1000psig(約6.9MPag)の圧力、約0.5時間−1〜約10時間−1のWHSV、および約0.5〜約10の水素対炭化水素モル比の1つまたはそれ以上を任意に含む反応条件で、分枝パラフィンを提供するためのパラフィン異性化;
(i)約−20℃〜約350℃の温度、約0psig〜約700psig(約4.9MPag)の圧力、および約0.02時間−1〜約10時間−1の総オレフィンWHSVの1つまたはそれ以上を任意に含む反応条件で、オレフィンによるイソブタンなどのイソ−パラフィンのアルキル化;
(j)約200℃〜約450℃の温度、約0psig〜約1000psig(約6.9MPag)の圧力、約0.2時間−1〜約10時間−1のWHSV、および約0.5〜約10の水素/炭化水素モル比の1つまたはそれ以上を任意に含む反応条件で、パラフィン供給物の脱ロウ;
(k)約300℃〜約700℃の温度、約0.1気圧(約10kPag)〜約30気圧(約3MPag)の圧力、および約0.1時間−1〜約20時間−1のWHSVの1つまたはそれ以上を任意に含む反応条件で、炭化水素の分解;
(l)約250℃〜約750℃の温度、約30kPa〜約300kPaのオレフィン分圧、および約0.5時間−1〜約500時間−1のWHSVの1つまたはそれ以上を任意に含む反応条件で、オレフィンの異性化;ならびに
(m)動力車でのコールド・スタート排出物用の炭化水素トラップ(例えば、前触媒コンバーター吸着剤)
を挙げることができる。
MSEフレームワーク型の結晶性モレキュラーシーブの合成方法であって、水の供給源と、ケイ素、スズ、チタン、バナジウムおよびゲルマニウムの少なくとも1つから選択される4価元素Yの酸化物の供給源と、任意の3価元素Xの供給源と、アルカリもしくはアルカリ土類金属Mの供給源と、テトラエチルアンモニウムカチオンQ1の供給源とを含む反応混合物を結晶化させる工程を含む方法。
上記反応混合物が、アルミニウム、ホウ素、ガリウム、鉄およびクロムの少なくとも1つから選択される3価元素Xの酸化物の供給源を含む、実施形態1の方法。
4価元素Yがケイ素を含み、3価元素Xがアルミニウムを含み、アルカリまたはアルカリ土類金属Mがカリウムを含む、実施形態1または2の方法。
アルカリまたはアルカリ土類金属Mがナトリウムを実質的に含まない、実施形態1〜3のいずれか1つの方法。
上記反応混合物中のテトラエチルアンモニウムカチオンQ1および/または全SDAカチオン(存在する場合、Q1およびQ2)/4価元素Yの酸化物の全モル比が、約0.01〜約1、例えば、約0.03〜0.7であること;
上記反応混合物中の4価元素Yの酸化物/3価元素Xの酸化物、一般にYO2/X2O3のモル比が、約4〜約200、例えば、約8〜約120であること;
上記反応混合物中の水/4価元素Yの酸化物のモル比が、約5〜約200、例えば、約10〜約100であること;
上記反応混合物中のヒドロキシル基濃度/4価元素Yの酸化物のモル比が、約0.05〜約1.5、例えば、約0.6〜約1.2であること;
上記反応混合物中のアルカリまたはアルカリ土類金属M/4価元素Yの酸化物のモル比が、約0.05〜約2、例えば、約0.30〜約1.1であること;および
上記反応混合物中の種(又はシード)/4価元素Yの酸化物の重量比が、約0.001〜約0.3、例えば、約0.01〜約0.2であるような量でMSEフレームワーク型のモレキュラーシーブの種(シード)が存在すること
のうち1つまたはそれ以上が満たされる、実施形態1〜4のいずれか1つの方法。
反応混合物が、以下の2つの一般構造:
の1つまたは両方を有する第2の有機カチオンQ2の供給源をさらに含む、実施形態1〜5のいずれか1つの方法。
MSEフレームワーク型の結晶性モレキュラーシーブ、例えば、MCM−68モレキュラーシーブであって、その細孔構造内にテトラエチルアンモニウムカチオンQ1を含むモレキュラーシーブ。
前記細孔構造内で、以下の2つの一般構造:
の1つまたは両方を有する第2の有機カチオンQ2をさらに含む、実施形態7の結晶性モレキュラーシーブ。
R1〜R4基またはR7〜R10基の少なくとも3つが水素であり、かつR5およびR6基の少なくとも1つ、またはR11およびR12基の少なくとも1つがメチルおよび/またはエチル基である、実施形態6の方法または実施形態8の結晶性モレキュラーシーブ。
Aが、>N−R15基であり、R15が、シクロヘキシル基、フェニル基またはそれらのC1〜C5アルキル置換誘導体である、実施形態9の方法または結晶性モレキュラーシーブ。
テトラエチルアンモニウムカチオンQ1および第2の有機カチオンQ2が、約1:5〜約99:1のモル比で反応混合物中に存在する、実施形態10の方法または結晶性モレキュラーシーブ。
実施例1において、約1.89グラムのテトラエチルアンモニウムヒドロキシド(TEAOH)溶液(水中約35重量%)を、鋼Parr オートクレーブ用の約23mL Teflon(商標)インサート内で約4.70グラムの脱イオン水に添加した。この溶液に、約0.48グラムの水酸化カリウムペレット(水中約88重量%のKOH)を添加し、混合して溶解させた。次いで、約0.03グラムのAlcoa(商標)C−31アルミナ三水和物を溶液と混合し、そして約2.25グラムのLudox(商標)AS−40シリカ(水中約40重量%のコロイド状シリカ)も添加した。約0.04グラムのMCM−68種(N,N−ジメチル−N'−シクロヘキシルピペラジニウムヒドロキシドSDAを使用して製造される結晶に由来する)を懸濁液に添加した。次いで、Teflon(商標)ライナーで鋼オートクレーブを被覆し、密封した。次いで、約1日間、タンブル条件(約30rpm)下で約160℃のオーブン内のスピットにオートクレーブを配置した。固体生成物の検査後、粉末XRD(図1)は、少数のギブサイト相を有する主要MCM−68パターンを示すように見えた。この製法では、約39のSi/Al比、約0.8のOH−/Si比(TEAOH/Si≒0.5;KOH/Si≒0.3)、約0.3のK/Si比、約0.5のSDA/Si比、約27の水対Si比および約0.04の種/Si質量比が示された。
比較例5において、約0.29グラムの水酸化カリウムペレット(水中約88重量%のKOH)および約0.30グラムの硝酸カリウム(KNO3)を、鋼Parr オートクレーブ用の約23mL Teflon(商標)インサート内で約4.72グラムの脱イオン水に溶解した。この溶液に、約1.89グラムのテトラエチルアンモニウムヒドロキシド(TEAOH)溶液(水中約35重量%)を添加した。次いで、約0.47グラムの水酸化アルミニウム(Al(OH)3乾燥ゲル)を手で溶液中に混合した。次いで、約2.25グラムのLudox(商標)AS−40シリカ(水中約40重量%のコロイド状シリカ)および約0.40グラムのMCM−68種(N,N−ジメチル−N'−シクロヘキシルピペラジニウムヒドロキシドSDAを使用して製造される結晶に由来する)を懸濁液に添加した。次いで、Teflon(商標)ライナーで鋼オートクレーブを被覆し、密封した。次いで、約2日間、タンブル条件(約30rpm)下で約160℃のオーブン内のスピットにオートクレーブを配置した。固体生成物の検査後、粉末XRDは、ZSM−5生成物を示すように見えた。
比較例7〜8において、約1.89gの35%テトラエチルアンモニウムヒドロキシド(TEAOH)溶液(水中約35重量%)、約0.49グラムの水酸化カリウムペレット(水中約88重量%のKOH)および約4.7グラムの脱イオン水を、鋼Parr オートクレーブ用のそれぞれ2つの約23mL Teflon(商標)インサート内で一緒に混合し、溶液を生成した。次いで、約0.047グラムの水酸化アルミニウム(Al(OH)3乾燥ゲル)および約2.25グラムのLudox(商標)AS−40シリカ(水中約40重量%のコロイド状シリカ)を各溶液に添加した。次いで、それぞれ、Teflon(商標)ライナーで鋼オートクレーブを被覆し、密封した。次いで、約2日間(比較例7)および約4日間(比較例8)、タンブル条件(約30rpm)下で約160℃のオーブン内のスピットにオートクレーブを配置した。
Claims (11)
- MSEフレームワーク型の結晶性モレキュラーシーブの合成方法であって、水の供給源と、ケイ素、スズ、チタン、バナジウムおよびゲルマニウムの少なくとも1つから選択される4価元素Yの酸化物の供給源と、任意の3価元素Xの供給源と、アルカリもしくはアルカリ土類金属Mの供給源と、テトラエチルアンモニウムカチオンQ1の供給源とを含む反応混合物を結晶化させる工程を含む方法。
- 前記反応混合物が、アルミニウム、ホウ素、ガリウム、鉄およびクロムの少なくとも1つから選択される3価元素Xの酸化物の供給源を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記4価元素Yがケイ素を含み、前記3価元素Xがアルミニウムを含み、前記アルカリまたはアルカリ土類金属Mがカリウムを含む、請求項1または2に記載の方法。
- 前記アルカリまたはアルカリ土類金属Mがナトリウムを実質的に含まない、請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。
- 前記反応混合物中のテトラエチルアンモニウムカチオンQ1および/または全SDAカチオン(存在する場合、Q1およびQ2)/4価元素Yの酸化物の全モル比が、約0.01〜約1、例えば、約0.03〜0.7であること;前記反応混合物中の4価元素Yの酸化物/3価元素Xの酸化物、一般にYO2/X2O3のモル比が、約4〜約200、例えば、約8〜約120であること;前記反応混合物中の水/4価元素Yの酸化物のモル比が、約5〜約200、例えば、約10〜約100であること;前記反応混合物中のヒドロキシル基濃度/4価元素Yの酸化物のモル比が、約0.05〜約1.5、例えば、約0.6〜約1.2であること;前記反応混合物中のアルカリまたはアルカリ土類金属M/4価元素Yの酸化物のモル比が、約0.05〜約2、例えば、約0.30〜約1.1であること;前記反応混合物中の種/4価元素Yの酸化物の重量比が、約0.001〜約0.3、例えば、約0.01〜約0.2であるような量でMSEフレームワーク型モレキュラーシーブの種が存在することのうち1つまたはそれ以上が満たされる、請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法。
- 前記反応混合物が、以下の2つの一般構造:
の1つまたは両方を有する第2の有機カチオンQ2の供給源をさらに含む、請求項1〜5のいずれか一項に記載の方法。 - MSEフレームワーク型の結晶性モレキュラーシーブ、例えば、MCM−68モレキュラーシーブであって、その細孔構造内にテトラエチルアンモニウムカチオンQ1を含むモレキュラーシーブ。
- 前記細孔構造内で、以下の2つの一般構造:
の1つまたは両方を有する第2の有機カチオンQ2をさらに含む、請求項7に記載の結晶性モレキュラーシーブ。 - 前記R1〜R4基または前記R7〜R10基の少なくとも3つが水素であり、かつ前記R5およびR6基の少なくとも1つ、または前記R11およびR12基の少なくとも1つがメチルおよび/またはエチル基である、請求項6に記載の方法または請求項8に記載の結晶性モレキュラーシーブ。
- Aが、>N−R15基であり、R15が、シクロヘキシル基、フェニル基またはそれらのC1〜C5アルキル置換誘導体である、請求項9に記載の方法または結晶性モレキュラーシーブ。
- 前記テトラエチルアンモニウムカチオンQ1および前記第2の有機カチオンQ2が、約1:5〜約99:1のモル比で前記反応混合物中に存在する、請求項9または10に記載の方法または結晶性モレキュラーシーブ。
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