JP2017530927A - モノイソプロパノールアミンを用いたシリコアルミノホスフェート−34モレキュラーシーブの合成方法 - Google Patents
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Abstract
Description
[0001]
本出願は、その開示が参照することにより本明細書に組み込まれる、2014年8月22日出願の米国特許仮出願第62/040538号の出願日の利益を主張する。
[0002]
本発明は、シリコアルミノホスフェート−34(SAPO−34)モレキュラーシーブに関し、より具体的にはモノイソプロパノールアミンを用いたSAPO−34モレキュラーシーブの合成方法に関する。
シリコアルミノホスフェート(SAPO)は、PO2 +、AlO2 −及びSiO2四面体単位による微多孔質結晶格子構造を有する物質であり、その合成した形状における無水形としての必須の実験的化学組成は次のように表すことができる。
式中、「R」は、結晶内細孔組織中に存在する少なくとも一種の有機構造指向剤を表し、「m」は、(SixAlyPz)O21モル当たりに存在する「R」のモル数を表し、そして「x」、「y」、及び「z」はそれぞれ、酸化物部分に存在するケイ素、アルミニウム、及びリンのモル分率を表す。
低級オレフィンは従来より、天然ガス液又は石油系ナフサの熱分解によって、及び/又は石油系原料の流動接触分解(FCC)によって、炭化水素原料によって製造されている。低級オレフィン、特にエチレン及びプロピレンの需要増大により、新たな経路が広く検討された。モレキュラーシーブ上での、メタノールのようなアルコールの低級オレフィンへの接触転換は、エチレン及びプロピレンを製造するための最も有望な新たな経路の一つである。この点は、石炭由来の合成ガス、メタン又はバイオマスからメタノールを生産可能である故、特にそう言える。
微多孔質の微結晶SAPOモレキュラーシーブを用いた、メタノール(及び他の低級アルコール)の低級オレフィンへの接触転換について、Kaiserが述べている(米国特許第4,499,327号)。SAPOモレキュラーシーブの結晶構造、ケイ素含有量及び分布、並びに結晶の粒径は、低級オレフィンへの選択的接触転換を最大化するためのSAPOモレキュラーシーブの重要点として挙げられる。
SAPOには多くの異なる構造があり、それらは異なる格子タイプによって表される。これらのSAPOとしては、SAPO−5、SAPO−11、SAPO−18、SAPO−34、SAPO−35、SAPO−41、及びSAPO−56が挙げられる。これらの構造のうち、格子タイプCHA(Atlas of Zeolite Framework Types,2007,6th Edition,page 96に記載)によって表されるSAPOは、メタノールからオレフィンへの(MTO)反応について選択的であることが知られている(Kaiser、米国特許第4,499,327号)。特にSAPO−34、すなわち、約10×6.7Aの構造内に約4Aに開いた細孔及び円筒状ケージを有するCHA格子タイプのものは、MTO反応に対して選択性が高い。しかし、SAPO−5又はSAPO−11のような別のSAPOがSAPO−34と共に存在すると、望ましくない生成物を生じがちとなる(Stud.Surf.Sci.CataL.,61,429頁(1991))。それ故、MTO反応のためには、高い構造的純度を有するSAPO−34モレキュラーシーブを製造することが非常に重要である。
更に、ケイ素の含有量が低く、かつ均等に分布しているSAPO−34モレキュラーシーブは、MTO反応において低級オレフィンに対する選択性を最大化するため重要である(Microporous and Mesoporous Materials,29,117〜126(1999);Microporous and Mesoporous Materials 53,97〜108頁(2002))。SAPO−34モレキュラーシーブの小型の結晶は、望ましくないコーク形成を減らすため、及び触媒の寿命を改善するため重要である(Microporous and Mesoporous Materials 29,191〜203(1999))。更に、構造指向剤の引火性、沸点、毒性及び量などの特徴、並びに合成中に回収される固形SAPOの濾過性及び収率は、SAPO−34モレキュラーシーブの工業的製造にとって重要な実用的意義を有している。
SAPO合成の間、テンプレートとも呼ばれる構造指向剤を、特定タイプの格子構造の形成を指向するために通常用いる。しかし、SAPOの最終的な結晶構造への構造指向剤の効果は多様である。Lokらは、米国特許第4,440,871号にて、様々な構造指向剤及び合成条件と関連付けてSAPO−34モレキュラーシーブの合成を(他のSAPO構造と共に)述べている。特定の構造指向剤がSAPO−34の形成を指向又は開始する一方、その合成の間にSAPO−5のような別の結晶構造もまた形成される。
更に、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド(TEAOH)、ジエチルアミン(DEA)、トリエチルアミン(TEA)又はモルホリンのような、現在ではSAPO−34の生産について、より特異的と知られている構造指向剤は、別の実用的意義も有している。例えば、Juan Tanらは、TEAを用いてSAPO−34の小粒径結晶を工業生産可能であることを開示している(Microporous and Mesoporous Materials,53 97〜108,2002)。しかし、TEAは揮発性であり、有毒であり、かつ比較的有害であり、それ故、SAPO−34の工業的製造において環境にやさしい代替物を使用することがより望ましい。
米国特許第4,677,243号では、構造指向剤としてテトラエチルアンモニウムヒドロキシド(TEAOH)を用いたSAPO−34の合成方法を開示している。そして、TEAOHは高価な化成品でもあり、SAPO−34の工業的製造においてそれを実用的に用いるには制限がある。
米国特許出願公開第2012/0203046(A1)号ではまた、二種の構造指向剤、TEAOH及びDEAを用いたSAPO−34の合成方法を開示している。しかし、結晶化したSAPO−34を含むスラリーから分離された固形生成物の構造的純度に関して実験データが開示されていない。更に、DEAは揮発性であり有毒であり、かつ比較的有害であり、それ故、SAPO−34の工業的製造における使用は困難である。
アルカノールアミン(アミノアルコールとも称される)は、沸点が高く、引火点が高く、そして比較的毒性が低いことから、望ましい構造指向剤である。しかし、開示されている、構造指向剤としてアルカノールアミンを用いる合成方法は、SAPO−34を製造するものではないか、あるいは構造的純度が低い若しくは低収率のSAPO−34を製造するか又はアルカノールアミンテンプレートを多く使用してSAPO−34を製造する。例えば、ChaeらはN,N−ジエタノールアミンを用いてSAPO−5、すなわちAFIタイプの構造のものを得ることを開示している。(Journal of Nanoscience and Nanotechnology,10,195〜202(2010))米国特許第4,310,440号では、トリエタノールアミン、N,N−ジメチルエタノールアミン、N,N−ジエチルエタノールアミン、N−メチルジエタノールアミン、及びN−メチルエタノールアミンを構造指向剤として用いてAlPO−5、すなわち、SAPO−5の類縁体を調製することを記載している。しかし、SAPO−34の合成について記載がない。
米国特許第6,767,858号では、N−メチルエタノールアミンを構造指向剤として用いて170℃の温度で20時間から14日間にわたり、SAPO−34収率4.2%となるSAPO−34の合成方法を開示している。合成用のフッ素源としてHPF6を添加する場合、そのSAPO−34収率は27.1%まで上がる。
PCT国際公開第2014/089736号には、ジイソプロパノールアミン(DiPA)をテンプレート剤として用いてSAPO−34を合成することが記載されている。ジイソプロパノールアミンのアルミナに対するモル比(D−PA/AI2O3)は5以上である。テンプレート剤の使用量が多いと工業的製造において経済的ではない。
PCT国際公開第2014/089738A1号には、N−メチルジエタノールアミンをテンプレート剤として用いたSAPO−34の合成方法が記載されている。PCT国際公開第2014/089740A1号には、ジグリコールアミンをテンプレート剤として用いたSAPO−34の合成方法が記載されている。しかし、最終生成物の構造的純度又は収率については開示されていない。
欧州特許出願第0993,867号では、ジエタノールアミンを用いて200℃で60時間にわたり、SAPO−34を調製可能であると開示している。しかし、純度、収率又は物理的性質について開示されていない。この特許出願ではまた、異なる量のジエタノールアミンを用いるだけで、同じ組成物かつ同じ方法によりSAPO−5を生産することを開示している点にも触れておく。また、SAPO−5の構造的純度又は収率について詳細を述べていない。
したがって、本発明の一例は、モノイソプロパノールアミンを構造指向剤として用いたシリコアルミノホスフェート−34(SAPO−34)モレキュラーシーブの合成方法である。
本方法は、先ず、モノイソプロパノールアミンを含むスラリーを形成することを含む。スラリーは、リン源、アルミニウム源、及びケイ素源を含んでいてよい。次いで、スラリーを熟成して熟成スラリーを形成する。最後に、SAPO−34モレキュラーシーブを含むSAPOモレキュラーシーブの結晶化が、水熱条件下において、この熟成スラリーから誘発される。
本発明の他の例は、無水形として、mR:(Six・Aly *Pz)O2と表される化学組成を有するSAPO−34モレキュラーシーブであり、式中、mは0.01から0.3の範囲であり、xは0.01から0.3の範囲であり、yは0.3から0.6の範囲であり、かつzは0.3から0.6の範囲である。
本発明は、本発明の実施形態に関して記載される。本発明の説明全般について、図1から図3を参照するものとする。図面を参照する場合、示された全体を通じて、同じ要素は同じ参照番号によって表される。
図1は、本発明の一実施形態にかかるシリコアルミノホスフェート−34(SAPO−34)モレキュラーシーブの合成方法を示す。本方法は、先ず、モノイソプロパノールアミンを含むスラリーを形成することを含む。スラリーは、リン源、アルミニウム源、及びケイ素源を含んでいてよい。次いで、スラリーを熟成して熟成スラリーを形成する。最後に、SAPO−34モレキュラーシーブを含むSAPOモレキュラーシーブの結晶化が、この熟成スラリーから誘発される。
好適なリン源の非限定的な例としては、アルミニウム含有リン組成物も挙げることが可能であり、リン酸、リン酸トリエチルなどの有機リン酸エステル、リン酸アンモニウム、リン酸テトラエチルアンモニウムなどのリン酸塩、並びにAlPO4などの結晶質若しくは非晶質のアルミノリン酸塩、リン酸塩、又はそれらのいずれかの組み合わせが挙げられる。好ましいリン源はリン酸である。
好適なアルミニウム源の非限定的な例としては、アルミニウムアルコキシドなどの有機アルミニウム化合物、並びにリン酸アルミニウム、水酸化アルミニウム、アルミン酸ナトリウム、ベーマイト、擬ベーマイト、ギブサイト、及び三塩化アルミニウムのような無機アルミニウム源、又はそれらのいずれかの組み合わせが挙げられる。好ましいアルミニウム源は擬ベーマイトである。
好適なケイ素源の非限定的な例としては、ケイ酸ナトリウムのようなアルカリケイ酸塩、フュームドシリカ、例えばオルトケイ酸テトラメチル(TMOS)及びオルトケイ酸テトラエチル(TEOS)といったオルトケイ酸テトラアルキルなどの有機ケイ素化合物、コロイダルシリカ若しくはその水性懸濁液、及びケイ酸、又はそれらのいずれかの組み合わせが挙げられる。好ましいケイ素源はコロイダルシリカである。
図1に示すように、この合成方法は形成ステップ100を含む。形成ステップ100において、モノイソプロパノールアミンを含むスラリーが形成される。スラリーは、リン源、アルミニウム源、及びケイ素源を含んでいてよい。スラリーは更に、モノイソプロパノールアミン以外の一種以上の他の構造指向剤を含んでいてもよい。一実施形態において、スラリー中へ添加する様々な成分の量は、次の式、すなわち、aR*bSiO2 *Al2O3・cP2O 5・dH2O(式1)にて示されるモル比に従って決定され、式中、Rはモノイソプロパノールアミン単独又はモノイソプロパノールアミンと他の構造指向剤との混合物であり、aは有機構造指向剤(複数可)のAl2O3に対するモル比であって0.1〜4.0の範囲で変化し、bはSiO2のAl2O3に対するモル比であって0.02〜2.0の範囲で変化し、cはP2O5のAl2O3に対するモル比であって0.2〜2.0の範囲で変化し、そしてdはH2OのAl2O3に対するモル比であって10から100の範囲で変化する。モノイソプロパノールアミンを他の有機構造指向剤と組み合わせる場合、全有機構造指向剤に対するモノイソプロパノールアミンのモル分率は1%〜99%の範囲であってよい。一実施形態において、モノイソプロパノールアミンのAl2O3に対するモル比は、約0.1〜約3.0の範囲であってよい。
形成ステップ100にて、この出発成分を添加する順序は変更可能であり、この出発成分を添加する速度は1分当たり5g以上が可能である。一実施形態において、先ずリン源及び水を組み合わせることによってリン酸溶液を形成し、これにアルミニウム源を導入することによって、スラリーは形成される。次に、アルミニウム源を導入した後、ケイ素源をリン酸溶液中へ導入する。最後に、ケイ素源の導入後、モノイソプロパノールアミンをリン酸溶液中へ導入し、スラリーを形成する。出発成分を添加する間及びその後、スラリーを任意の方法にて混合又は撹拌可能である。10℃から100℃の範囲の温度で、成分の混合が可能である。
別の実施形態では、スラリーは、先ずリン源及び水を組み合わせることによってリン酸溶液を形成し、これにアルミニウム源を導入することによって、形成される。次に、アルミニウム源の導入後、ケイ素源をリン酸溶液中に導入する。最後に、ケイ素源の導入後、モノイソプロパノールアミンと共に一種以上の他の有機構造指向剤をリン酸溶液中に導入し、スラリーを形成する。モノイソプロパノールアミン及び他の有機構造指向剤は、単独で、又はモノイソプロパノールアミン及び他の有機構造指向剤を含む予混合テンプレート混合物若しくは混合溶液の形態でアルミニウム、リン及びケイ素を含有するスラリーに添加することが可能である。
好適な他の有機構造指向剤の非限定的な例としては、テトラアルキルアンモニウム化合物及びアミンが挙げられ、塩及びそれらの窒素に置換アルキル基が結合しているもの、例えばテトラメチルアンモニウム化合物、テトラエチルアンモニウム化合物、テトラプロピルアンモニウム化合物、及びテトラブチルアンモニウム化合物、シクロヘキシルアミン、モルホリン、プロピルアミン、ジ−n−プロピルアミン(DPA)、トリプロピルアミン、ジエチルアミン(DEA)、トリエチルアミン(TEA)、エタノールアミン、N,N−ジエタノールアミン、N,N−ジエチルエタノールアミン、ジイソプロパノールアミン、トリイソプロパノールアミン、N,N−ジメチルエタノールアミン、N−メチルエタノールアミン、N−メチルジエタノールアミン、トリエタノールアミン、メタノールアミン、ジメタノールアミン、トリメタノールアミン、ピペリジン、シクロヘキシルアミン、2−メチルピリジン、N,N−ジメチルベンジルアミン、ジシクロヘキシルアミン、コリン、N,N’−ジメチルピペラジン、N’,N’,N,N−テトラメチル−(1,6)ヘキサンジアミン、N−メチルピペリジン、3−メチル−ピペリジン、N−メチルシクロヘキシルアミン、3−メチルピリジン、4−メチルピリジン、キヌクリジン、ジ−n−ブチルアミン、ネオペンチルアミン、ジ−n−ペンチルアミン、イソプロピルアミン、ジイソプロピルアミン、t−ブチルアミン、エチレンジアミン、ピロリジン、2−イミダゾリドン及びジグリコールアミンが挙げられる。好ましい他の構造指向剤は、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド、モルホリン、ジエチルアミン及びトリエチルアミンである。
形成ステップ100が完了した後、本発明の方法は熟成ステップ102へ続く。
熟成ステップ102において、スラリーを熟成する。約10℃から約170℃の範囲の、好ましくは約20℃から約150℃の範囲の温度で、0.5時間より長い任意の時間にわたって、好ましくは約0.5時間から約72時間で、より好ましくは1時間から30時間で、スラリーを熟成することが可能である。スラリーを熟成する又は熟成を補助する他の方法としては、機械的撹拌及び/又は粉砕及び/又は超音波処理が挙げられる。
特定の理論に束縛されるものではないが、形成ステップ100及び熟成ステップ102では、ケイ素源、アルミニウム源及びリン源は、元の形態からそれぞれ解離し、各解離種が再配列することでAl−O−P−O結合及び/又はSi−O−Al−O−P−O結合を形成するものと考えられる。このステップでは、SAPO−34結晶相はX線回折により検出されない。
熟成ステップ102が完了した後、本発明の方法は結晶化誘発ステップ114へ続く。
結晶化誘発ステップ114では、熟成スラリーから、SAPO−34モレキュラーシーブを含むSAPOモレキュラーシーブの結晶化が誘発される。本発明の一実施形態において、二ステップの加熱手順により、すなわち、第一の加熱ステップ104、及び第二の加熱若しくは結晶化ステップ106により、結晶化が誘発される。
第一の加熱ステップ104では、スラリーを高温で更に熟成させ、スラリー全体を通じて結晶核前駆体、核及び/又は微結晶の形成と混合を確実に行う。一実施形態において、熟成スラリーを、初めに約50℃から約170℃の、好ましくは約80℃から約150℃の範囲にある第一の温度まで加熱し、そして次に、約0.5時間から約24時間の、好ましくは約1時間から約10時間の範囲の時間にわたって、その第一の温度に保持する。この第一の加熱ステップ104を介した追加熟成が均一な結晶の形成を誘発するものと考えられる。第一の加熱ステップ104が完了した後、本発明の方法は結晶化ステップ106へ続く。
結晶化ステップ106では、スラリーを第二の温度まで更に加熱し、一定時間にわたって、その第二の温度に保持する。一実施形態において、スラリーを約150℃から約250℃の、好ましくは約170℃から約220℃の範囲にある第二の温度まで更に加熱し、そして次に、約1時間から約100時間、好ましくは約5時間から約72時間の範囲の時間にわたって、その第二の温度に保持する。一般に、この第二の温度は、第一の加熱ステップ104での第一の温度より高くしなければならない。
特定の理論に束縛されるものではないが、結晶化ステップ106では、非晶質相及び/又は他の前駆相がSAPO−34構造へ転移して、結晶があるサイズまで成長すると考えられる。一実施形態において、SAPO−34結晶の平均直径は10μm未満であり、SAPO−34結晶のケイ素比は約0.01〜約0.3まで、好ましくは約0.03〜約0.2の範囲である。
結晶化誘発ステップ114の他の実施形態は、単一加熱ステップの手順を含んでもよく、その場合、熟成スラリーを結晶化ステップ106における第二の温度と同じ温度まで加熱するが、加熱速度は1分当たり20℃以下である。一実施形態において、熟成スラリーを、約150℃から約250℃の、好ましくは約170℃から約220℃の範囲内の温度まで加熱し、そして次に、約1時間から約100時間の、好ましくは約5時間から72時間の範囲内の時間にわたって、このスラリーを前述の温度に保持する。結晶化誘発ステップ120が完了した後、本発明の方法は分離ステップ108へ続く。
分離ステップ108において、SAPO−34モレキュラーシーブを含むSAPOモレキュラーシーブを、この生成物スラリーから回収する。分離ステップ108は、このSAPO固形分の生成物スラリーからの分離、及びこのSAPO固形分の洗浄を含み得る。分離機器の非限定的な例としては、濾布又は濾紙を用いる真空濾過、濾過ベルト、フィルタプレス、遠心分離機及び/又はメンブランフィルタが挙げられる。分離ステップ108は、10〜100℃、好ましくは室温〜70℃の範囲の温度で行ってよい。一実施形態において、固形SAPOモレキュラーシーブは、濾過ベルト、フィルタプレス及びメンブランフィルタ等のフィルタによって及び/又は遠心分離器によって濾過ステップで分離されてもよい。次に、分離した固形のSAPOモレキュラーシーブを水で洗浄する。洗浄は、前記分離機器を用い、10〜100℃まで、好ましくは室温〜70℃の範囲の洗浄水温度で行ってよい。洗浄の目的は、回収したSAPO固形分から残留化合物及び/又は塩を除去することである。洗浄ステップの数、並びに洗浄水の量及びpHを調整することにより、回収したSAPO固形分からいずれかの不純物を確かに除くようにする。例えば、ケイ酸ナトリウムをケイ素前駆体として用いる場合、洗浄水又は硫酸アンモニウム、塩化アンモニウム及びリン酸アンモニウムなどのアンモニウム塩溶液を酸性化することにより、回収したSAPO固形分から残留ナトリウム不純物を除くのに有利にすることが可能である。分離ステップ108の後、固形のSAPOモレキュラーシーブを集める。固形のSAPOモレキュラーシーブ中の含水率を、80重量%未満、好ましくは60重量%未満とすることが可能である。分離ステップ108が完了した後、本発明の方法は乾燥ステップ110へ続く。
乾燥ステップ110において、SAPO−34モレキュラーシーブを含むSAPOモレキュラーシーブを、流動性粉体となるまで乾燥する。一実施形態において、静置式乾燥機、気流乾燥機、及び/又は回転式乾燥機内にて、50℃から250℃の、好ましくは80℃から150℃の範囲の温度で、大気圧条件又は空気のような気流の下で、SAPO−34モレキュラーシーブを含むSAPOモレキュラーシーブを乾燥する。乾燥ステップ110後のSAPOモレキュラーシーブの含水率を、20重量%未満、好ましくは10重量%未満とすることが可能である。
乾燥ステップ110が完了した後、SAPO−34モレキュラーシーブは無水形としてmR:(Six>>Aly・Pz)O2と記述される化学組成を有することができ、式中、mは0.02から0.2の範囲であり、xは0.01から0.3の範囲であり、yは0.3から0.6の範囲であり、かつzは0.3から0.6の範囲である。乾燥ステップ110が完了した後、本発明の方法は焼成ステップ112へ続く。
焼成ステップ112において、SAPO−34モレキュラーシーブを含むSAPOモレキュラーシーブを焼成し、残留有機構造指向剤(複数可)を除去する又は焼き切る。静置式の炉、移動床式の炉及び/又は回転炉にて、350℃から950℃の範囲の温度で、大気圧条件若しくは空気、酸素又は窒素のような気流の下で、SAPO−34モレキュラーシーブを含むSAPOモレキュラーシーブを、焼成可能である。空気が好ましい。焼成した固形生成物中における残留有機構造指向剤(複数可)から残った全炭素分が5%以下、好ましくは1%以下となり得るような手法にて焼成条件を調整する。焼成した固形生成物の全重量損失を、850℃で5時間の場合、15%以下、好ましくは10%以下とすることが可能である。
分離ステップ108、乾燥ステップ110及び/又は焼成ステップ112からの、SAPO−34モレキュラーシーブを含むSAPOモレキュラーシーブを、マトリックス物質及び接着剤のような配合剤と更に組み合わせて、触媒粒子を得ることが可能である。一実施形態において、触媒粒子を生産するため用いるSAPOモレキュラーシーブは、第1族から遷移金属元素のような第14族の一種以上の金属元素を含む。形成ステップ100又は熟成ステップ102において、スラリーへ、金属塩又は/及び水酸化物のような金属含有化合物を加えることにより、金属元素を導入することが可能である。他の実施形態において、結晶化ステップ106の後、物理的混合、イオン交換及び/又は含浸により金属含有化合物をSAPOモレキュラーシーブ中に導入してもよい。
これらの触媒粒子の粒子径を、反応器運転のタイプにより、10ミクロンから5ミリメートルの範囲とすることが可能である。例えば流動床反応器の場合、平均粒子径は10〜150ミクロン、好ましくは50〜100ミクロンが好適である。固定床での運転の場合、平均粒子径は1mm〜5mm、好ましくは1.5〜3mmが好適である。
本発明の触媒粒子中、SAPO−34モレキュラーシーブを含むSAPOモレキュラーシーブの絶乾重量パーセントを、20%から90%とすることが可能である。このマトリックス物質は、好ましくはカオリンのようなクレイから選択され、触媒粒子中での重量パーセントは20%から90%の範囲である。マトリックス物質は、一種であっても又は二種以上の物質の組み合わせであってもよい。一般的には、マトリックス物質はフィルタの役割を果たし、コストダウン並びに/又は前述の触媒粒子を通じての反応物質及び生成物の拡散制御に寄与する。
接着剤(binding agents)はアルミニウム系又はケイ素系接着剤を含んでもよい。接着剤の非限定的な例としては、硝酸アルミニウム、塩化アルミニウム、アルミニウムクロロヒドロール、硫酸アルミニウム、リン酸アルミニウム、解膠したアルミナ、解膠した水酸化アルミニウム、アルミナゾル、シリカゾル、及びそれらのいずれかの組み合わせが挙げられ、触媒粒子中での重量パーセントは5%から30%の範囲である。接着剤は、本発明におけるSAPO−34のような触媒活性成分を、クレイのようなマトリックス物質と接着し、望ましい強度を有する形を持った粒子を得るために用いられる。
SAPO−34モレキュラーシーブを含むSAPOモレキュラーシーブ及びこれらの配合剤は、機械的摩砕によっても、又はよらずとも混合可能であり、次にこの混合物は、望ましいサイズと形の粒子へ転換され、その次は、200℃から950℃の範囲の温度での、1時間から10時間の範囲の時間にわたる、大気圧条件又は空気のような気流の下での焼成ステップへ続く。一実施形態において、この混合物を噴霧乾燥して平均寸法が10μmから200μmの、好ましくは50μmから100μmの範囲の球状粒子を得る。
この配合された触媒は、低級酸素化物を低級オレフィンへ転換するのに用いることが可能である。低級酸素化物原料としては、アルコール、アルデヒド、ケトン、エーテル又はそれらの混合物、より好ましくは炭素原子数1〜6の低級アルコール及びエーテルが挙げられる。本出願にて開示したような高い構造的純度のSAPO−34を用いると、Kaiserが述べたメタノールのオレフィンへの転換(MTO)には特に有利である(米国特許第4,499,327号)。
以下、本発明について、実施例を参照しより詳細に述べる。但し、本発明の範囲は以下の実施例に限定されない。
[0052]
構造は、X線回折装置(PANalydcal製PRO MPD)により、Cuターゲットを用いλ=1.54.4において電圧量45kV及び電流量40mAで測定する。全てのXRD測定用試料は、分離ステップ108より120℃にて5時間の合成中に得た固形生成物5グラムを乾燥して調製する。XRD測定に必要な場合、乾燥した固形生成物を更に砕いて粉末とする。結晶の粒径をSEMにて測定し、その際、試料の二つの領域を無作為に選択し、様々な倍率で撮像する。40個の、すなわち、選択された領域それぞれにて20個、のSAPO−34結晶の平均粒径を求める。Si/(Si+Al+P)のモル比は、誘導結合プラズマ法で分析したSiO2の重量%、Al2O3の重量%及びP2O5の重量%から算出する。
[0053]
5.2gの85%リン酸(3/4PO4)及び15.7gのH2Oを合わせ、希釈したH3PO4溶液を得た。次に、3.0gのアルミナCatapal(登録商標)Bを、前述の希釈したH3PO4溶液へ撹拌しつつ添加し、均質な混合液を得た。Catapal(著作権)Bの添加が完了した後、2.7gのLudox(登録商標)AS−30(30重量% SiO2)を、この混合液中へ、混合液が均質となるまで撹拌しつつ添加した。最後に、Ludox(登録商標)AS−30の添加が完了した後、3.4gのモノイソプロパノールアミン(MiPA)を撹拌しつつ添加し、スラリーを得た。このスラリーを室温で約24時間更に撹拌し、熟成スラリーを得た。初期ゲルの組成は次の通りであった。
2.0MiPA:0.6SiO2:1.0Al2O3:1.0P2O5:50H2O
ゲルをテフロン(登録商標)ライナー付きステンレス鋼製オートクレーブに移し入れ、120℃の温度まで加熱し、120℃で5時間維持した後、更に200℃の温度まで加熱し、その200℃の温度で60時間、自発性圧力下に置いた。得られた固形生成物を遠心分離し、洗浄、乾燥、そして焼成した。乾燥した生成物における主要なXRDピークを表1に示すが、これはSAPO−34構造を示唆している。最終生成物は無水形として次の組成を有することが分かった。
Si0.15Al0.48P0.37O2
[0055]
より少量のLudox As−30を使用して初期ゲルを作製したこと以外は実施例1と同様にして合成した。初期ゲルの組成は次の通りであった。
2.0MiPA:0.2SiO 2:1.0Al2O3:1.0P2O5:50H2O
結晶化後、得られた生成物は表1の記載と同様のXRD特性を示した。最終生成物は無水形として次の組成を有することが分かった。Sio.04Alo.4gPo.4sO2
[0057]
11S.1gの85%リン酸(H3PO4)及び238.7gのH2Oを合わせ、希釈したH3PO4溶液を得た。次に、68.2gのアルミナCatapal(登録商標)l3を、前述の希釈したH3PO4溶液へ撹拌しつつ添加し、均質な混合液を得た。Catapal(登録商標)Bの添加が完了した後、61.9gのLudox(登録商標)AS−30コロイダルシリカ(30重量% SiO2)を、この混合液中へ、混合液が均質となるまで撹拌しつつ添加した。最後に、Ludox(登録商標)AS−30の添加が完了した後、69.7.1gのMiPA及び43.4gの35%テトラエチルアルミニウムヒドリド(TEAOH)を含む予混合溶液を撹拌しつつ添加し、スラリーを得た。このスラリーを室温で約24時間更に撹拌し、熟成スラリーを得た。初期ゲルのモル比は次の通りであった。
L8MiPA:0.2TEAOH:0.6SiO 2:1.0Al2O3:1.0P2O5:40H2O
前述の熟成スラリーを、1Lのオートクレーブへ少なくとも100rpmの速度で撹拌しつつ移した。この熟成スラリー混合物を初めに150℃の温度まで加熱し、その150℃の温度で2時間、自発性圧力下に置いた。次に、熟成スラリー混合物を、190℃の温度まで更に加熱し、その190℃の温度で16時間、自発性圧力下に置いた。得られた固形生成物を遠心分離し、洗浄、乾燥、そして焼成した。図2A及び図2Bは、得られた固形生成物の代表的なX線回折(XRD)パターン及びSEM画像をそれぞれ表す。乾燥した生成物における主要なXRDピークを表2に示すが、これはSAPO−34構造を示唆している。最終生成物の無水形としての組成は次の通りである。Si0.18Al0.46P0.35O2
[0059]
初期ゲル組成物が相違すること以外は実施例3と同様にして合成した。初期ゲルの組成は次の通りであった。
1.6MiPA:0.4TEAOH:0.2SiO2:1.0Al2O3:1.0P2O5:40H2O
[0060]
結晶化後、得られた生成物は表2の記載と同様のXRD特性を示した。最終生成物は無水形として次の組成を示した。Si0.08Al0.50P0.42O2
[0061]
5.8gの85%リン酸(H3PO4)及び10.3gのH2Oを合わせ、希釈したH3PO4溶液を得た。次に、3.3gのアルミナCatapal(登録商標)Bを、前述の希釈したH3PO4溶液へ撹拌しつつ添加し、均質な混合液を得た。Catapal(登録商標)Bの添加が完了した後、1.0gのLudox(登録商標)AS−30コロイダルシリカ(30重量% SiO2)を、この混合液中へ、混合液が均質となるまで撹拌しつつ添加した。最後に、Ludox(登録商標)AS−30の添加が完了した後、1.1gのMiPA、2.1gのジエタノールアミン(DEtA)及び6.3gの35% TEAOH溶液の混合物を撹拌しつつ添加し、スラリーを得た。このスラリーを室温で約24時間更に撹拌し、熟成スラリーを得た。初期ゲルのモル比は次の通りであった。
0.6MiPA:0.8DEtA:0.6TEAOH:0.2SiO 2:1.0Al2O3:1.0P2O5:40H 2O
ゲルをテフロンライナー付きステンレス鋼製オートクレーブに移し入れ、120℃の温度まで加熱し、120℃で5時間維持した後、更に200℃の温度まで加熱し、その200℃の温度で60時間、自発性圧力下に置いた。得られた固形生成物を遠心分離し、洗浄、乾燥、そして焼成した。結晶化後、得られた生成物は表2の記載と同様のXRD特性を示した。
[0063]
118.9gの85%リン酸(H3PO4)及び268.6gのH2Oを合わせ、希釈したH3PO4溶液を得た。次に、68.6gのアルミナCatapal(登録商標)Bを、前述の希釈したH3PO4溶液へ撹拌しつつ添加し、均質な混合液を得た。Catapal(登録商標)Bの添加が完了した後、62.3gのLudox(登録商標)AS−30コロイダルシリカ(30重量% SiO2)を、この混合液中へ、混合液が均質となるまで撹拌しつつ添加した。最後に、Ludox(登録商標)AS−30の添加が完了した後、54.5gのMiPA及び27.1gモルホリンの混合物を撹拌しつつ添加し、スラリーを得た。このスラリーを室温で約24時間更に撹拌し、熟成スラリーを得た。初期ゲルのモル比は次の通りであった。
1.4MiPA:0.6モルホリン:0.6SiO 2:1.0Al2O3:1.0P2O5:40H2O
ゲルをテフロンライナー付きステンレス鋼製オートクレーブに移し入れ、150℃の温度まで加熱し、150℃で2時間維持した後、更に190℃の温度まで加熱し、その190℃の温度で16時間、自発性圧力下に置いた。得られた固形生成物を遠心分離し、洗浄、乾燥、そして焼成した。乾燥した生成物は、XRD測定によりSAPO−34構造であることが分かった。最終生成物の無水形としての組成は次の通りである。Si0.i8Al0.47P0.35O2
[0065]
5.8gの85%リン酸(H3PO4)及び9.9gのH2Oを合わせ、希釈したH3PO4溶液を得た。次に、3.3gのアルミナCatapal(登録商標)Bを、前述の希釈したH3PO4溶液へ撹拌しつつ添加し、均質な混合液を得た。Catapal(登録商標)Bの添加が完了した後、1.0gのLudox(登録商標)AS−30コロイダルシリカ(30重量% SiO2)を、この混合液中へ、混合液が均質となるまで撹拌しつつ添加した。最後に、Ludox(登録商標)AS−30の添加が完了した後、3.0gのMiPA及び6.3gのTEAOH溶液を含む予混合溶液を撹拌しつつ添加し、スラリーを得た。最後に、0.6gの40% HPF6溶液を前記スラリーに添加した。このスラリーを室温で約24時間更に撹拌し、熟成スラリーを得た。初期ゲルのモル比は次の通りであった。
1.6MiPA:0.6TEAOH:0.2SiO 2:1.0Al2O3:1.0P2O5:0.07HPF6:40H2O
ゲルをテフロンライナー付きステンレス鋼製オートクレーブに移し入れ、120℃の温度まで加熱し、120℃で5時間維持した後、更に200℃の温度まで加熱し、その200℃の温度で30時間、自発性圧力下に置いた。得られた固形生成物を遠心分離し、洗浄、乾燥、そして焼成した。焼成した生成物は、XRD測定によりSAPO−34構造であることが分かった。焼成生成物の無水形としての組成は次の通りである。Si0.06Al0.51P0.43O2
[0067]
イソプロパノールアミン(MiPA)の代わりにジエタノールアミン(DEtA)をテンプレートとして使用して初期ゲルを作製したこと以外は実施例1と同様にして合成した。初期ゲルの組成は次の通りであった。
2.0DEtA:0.6SiO 2:1.0Al2O3:1.0P2O5:50H2O
結晶化後、得られた生成物は、2θ 7.52°、19.82°、21.03°及び22.46°において主要なXRDピークを示し、生成物が主にSAPO−5であることを示唆していた。
[0069]
イソプロパノールアミン(MiPA)の代わりにジイソプロパノールアミン(DiPA)をテンプレートとして使用して初期ゲルを作製したこと以外は実施例1と同様にして合成した。初期ゲルの組成は次の通りであった。
2.0DiPA:0.6SiO2:1.0Al2O3:1.0P2O5:50H2O
結晶化後、得られた生成物は、主要XRDピークが2θ=8.16°及び21.13°にあり、SAPO−34、SAPO−5及び未確認不純物相の混合物であることが分かった。得られた固形生成物のXRDパターンを図3に示す。
[0071]
イソプロパノールアミン(MiPA)の代わりにジエタノールアミン(DEtA)をテンプレートとして使用して初期ゲルを作製したこと以外は実施例3と同様にして合成した。初期ゲルの組成は次の通りであった。
1.6DEtA:0.4TEAOH:0.6SiO2:1.0Al2O3:1.0P2O5:40H2O
結晶化後、得られた生成物は、XRD測定により、SAPO−34及びSAPO−5の混合物であることが分かった。
Claims (20)
- シリコアルミノホスフェート−34(SAPO−34)モレキュラーシーブの合成方法であって、
モノイソプロパノールアミンを含むスラリーを形成することと、
前記スラリーを熟成して熟成スラリーを形成することと、
前記熟成スラリーから、SAPO−34モレキュラーシーブを含むシリコアルミノホスフェートモレキュラーシーブの結晶化を誘発することと、
を含む、方法。 - 前記スラリーが、リン源、アルミニウム源、及びケイ素源を更に含む、請求項1に記載の方法。
- 前記モノイソプロパノールアミンのAl2O3に対するモル比が、約0.1〜約3の範囲である、請求項2に記載の方法。
- 前記スラリーが、一種以上の他の構造指向剤を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記他の構造指向剤が、テトラエチルアンモニウムヒドロキシド、モルホリン、ジエチルアミン、及びトリエチルアミンからなる群から選択される、請求項4に記載の方法。
- 前記他の有機構造指向剤が、テトラエチルアンモニウムヒドロキシドである、請求項4に記載の方法。
- 前記スラリーを形成することが、
前記リン源と水を合わせてリン溶液を形成することと、
前記リン溶液に前記アルミニウム源を導入することと、
前記アルミニウム源の導入後に、前記リン溶液に前記ケイ素源を導入することと、
前記ケイ素源の導入後に、前記リン溶液にモノイソプロパノールアミンを導入することと、を含む、請求項2に記載の方法。 - 前記スラリーを形成することが、
前記リン源と水を合わせてリン溶液を形成することと、
前記リン溶液に前記アルミニウム源を導入することと、
前記アルミニウム源の導入後に、前記リン溶液に前記ケイ素源を導入することと、
前記ケイ素源の導入後に、前記リン溶液にモノイソプロパノールアミン及び一種以上の他の構造指向剤を導入することと、を含む、請求項4に記載の方法。 - 前記スラリーを熟成することが、前記スラリーを約10℃から約170℃の範囲内の温度で、約0.5時間から約72時間の範囲内の時間にわたって熟成させることによって実施される、請求項1に記載の方法。
- 前記スラリーを熟成することが、前記スラリーを約20℃から約150℃の範囲内の温度で、約1時間から約30時間の範囲内の時間にわたって熟成させることによって実施される、請求項1に記載の方法。
- 前記結晶化誘発ステップが、
前記熟成スラリーを、約50℃から約170℃の範囲内の第一の温度まで最初に加熱し、そして次に、約0.5時間から約24時間の範囲内の時間にわたって、前記スラリーを前記第一の温度に保持することと、
前記熟成スラリーを、約150℃から約250℃の範囲内の第二の温度まで更に加熱し、そして次に、前記スラリーを約1時間から約100時間の範囲内の時間にわたって前記第二の温度に保持することと、
を含む、請求項1に記載の方法。 - 前記結晶化誘発ステップが、
前記熟成スラリーを、約80℃から約150℃の範囲内の第一の温度まで最初に加熱し、そして次に、約1時間から約10時間の範囲内の時間にわたって、前記混合物を前記第一の温度に保持することと、
前記熟成スラリーを、約170℃から約220℃の範囲内の第二の温度まで更に加熱し、そして次に、前記スラリーを約5時間から約72時間の範囲内の時間にわたって前記第二の温度に保持することと、
を含む、請求項1に記載の方法。 - 前記結晶化誘発ステップが、
前記熟成スラリーを、約150℃から約250℃の範囲内の温度まで加熱し、そして次に、前記スラリーを約1時間から約100時間の範囲内の時間にわたって前記温度に保持すること、を含む、請求項1に記載の方法。 - 前記結晶化誘発ステップが、
前記熟成スラリーを、約170℃から約220℃の範囲内の温度まで加熱し、そして次に、前記スラリーを約5時間から約72時間の範囲内の時間にわたって前記温度に保持すること、を含む、請求項1に記載の方法。 - 前記シリコアルミノホスフェートモレキュラーシーブが約0.01〜約0.3のケイ素比を有する、請求項1に記載の方法。
- 前記シリコアルミノホスフェートモレキュラーシーブが約0.03〜約0.2のケイ素比を有する、請求項1に記載の方法。
- 前記SAPO−34モレキュラーシーブの平均直径が10μmより小さい、請求項1に記載の方法。
- 請求項1に記載のSAPO−34モレキュラーシーブを含む、メタノールのオレフィンへの転換用の触媒粒子。
- 請求項16に記載のSAPO−34モレキュラーシーブを含む、メタノールのオレフィンへの転換用の触媒粒子。
- オレフィンを製造するためのプロセスであって、前記プロセスが、請求項19に記載の触媒粒子存在下でメタノールをオレフィンへ転換することを含む、プロセス。
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