JP2019529084A - 改良された活性および安定性を有する酸性芳香族化触媒 - Google Patents
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Abstract
Description
本明細書において使用される用語をより明確に定義するために、以下の定義が提供される。別段の指示がない限り、以下の定義が本開示に適用される。ある用語が本開示において用いられるが、本明細書において具体的に定義されていない場合、適用される定義が、本明細書に適用されるいずれか他の開示もしくは定義と矛盾しない限り、またはその定義が適用されるいずれの請求項も不明瞭または不可能にしない限り、IUPAC Compendium of Chemical Terminology、2nd Ed(1997)からの定義が適用され得る。参照により本明細書に組み込まれるいずれかの文書によって提供される任意の定義または使用が、本明細書において提供される定義または使用と矛盾する限りにおいて、本明細書において提供される定義または使用が優先する。
高塩素含有量を有する担持触媒、そのような担持触媒を製造するための方法、および芳香族化または改質プロセスにおけるこれらの触媒の使用が本明細書に開示される。有益には、低塩素含有量を有する従来の芳香族化触媒と比較して、本明細書に記載の高塩素含有量担持触媒は、意外にも改善された触媒活性および安定性、ならびにより低いファウリング速度を有する。
本明細書に開示される態様と一致するのは、結合ゼオライト基材と、約0.3重量%〜約3重量%の遷移金属、約1.8重量%〜約4重量%の塩素、および約0.4重量%〜約1.5重量%のフッ素とを含む(またはそれらから本質的になる、またはそれらからなる)担持触媒である。これらの重量百分率は、担持触媒の総重量を基準としている。担持触媒は、約580°F〜約800°Fの範囲の温度プログラム還元(TPR)曲線上のピーク還元温度によって特徴付けられ得る。一般に、本明細書に開示される触媒のいずれかの特徴(例えば、とりわけ、結合ゼオライト基材、遷移金属および遷移金属含有量、塩素含有量、フッ素含有量、ならびにTPR曲線の特徴)は、本明細書に独立に記載されており、これらの特徴は、開示される担持触媒をさらに説明するために任意の組み合わせで組み合わせることができる。
担持芳香族化触媒等の担持触媒を製造するための種々の方法が開示され、記載される。担持触媒を製造するためのそのような方法の1つは、(a)結合ゼオライト基材に遷移金属前駆体、塩素前駆体、およびフッ素前駆体を含浸させて含浸ゼオライト基材を形成することと、(b)含浸ゼオライト基材を乾燥し、次いで焼成して担持触媒を製造することと、を含み得る(またはそれらから本質的になり得る、またはそれらからなり得る)。担持触媒は、担持触媒の総重量を基準として、約0.3重量%〜約3重量%の遷移金属、約1.8重量%〜約4重量%の塩素、および約0.4重量%〜約1.5重量%のフッ素を含み得る。さらに、担持触媒は、約580°F〜約800°Fの範囲の温度プログラム還元(TPR)曲線上のピーク還元温度によって特徴付けられ得る。
炭化水素を改質するための種々のプロセスもまた、本明細書に包含される。そのような改質プロセスの1つは、反応器系において改質条件下で炭化水素供給物を担持芳香族化触媒と接触させて芳香族生成物を製造することを含み得る(またはそれらから本質的になり得る、またはそれらからなり得る)。改質プロセスで使用される担持芳香族化触媒は、本明細書に開示される任意の担持触媒(すなわち、本明細書に開示される任意の高塩素含有量担持触媒)であり得る、かつ/または、本明細書に開示される担持触媒を製造するための任意の方法によって製造され得る。
実施例1の出発材料として、約17重量%のシリカ結合剤からなる標準結合KL型ゼオライト基材を使用した。塩化白金テトラアンモニウム(Pt(NH3)4Cl2xH2O)、塩化アンモニウム、およびフッ化アンモニウムを含む水溶液と接触させることによるインシピエントウェットネス法を用いて、結合ゼオライト基材にPt、ClおよびFを含浸させた。次いで、含浸基材を95℃で乾燥し、900°Fで焼成して担持芳香族化触媒を形成した。
実施例2では、実施例1に記載されるように担持触媒を製造し、Cl含有量の範囲は0.7重量%〜3.1重量%であった。これらの担持触媒を2つの標準的な担持触媒と比較した:大規模対照(0.98重量%のPt、0.85重量%のCl、および0.71重量%のFを有する)および実験室対照(1.01重量%のPt、0.87重量%のCl、および0.61重量%のFを有する)。大規模対照および実験室対照は、ほぼ同一の担持触媒であり、大規模対照は、触媒製造業者に典型的な大規模機器で製造された歴史的対照触媒であり、研究室対照は、実験室触媒と同じ時期に同じ機器を使用して実験室で作製された対照触媒である。
実施例3では、実施例1に記載されるように担持触媒を製造し、Cl含有量は0.75重量%、1.1重量%、2.2重量%、2.7重量%、および3.1重量%であった。これらの担持触媒を2つの標準的な芳香族化触媒である大規模対照および実験室対照と比較した。
実施例4では、実施例1に記載されるように担持触媒を製造し、Cl含有量は1.1重量%、2.2重量%、2.7重量%、および3.1重量%であった。図7は、約0.9重量%のCl(大規模対照)、1.1重量%のCl、2.2重量%のCl、2.7重量%のCl、および3.1重量%のClを含む担持触媒の温度プログラム還元(TPR)のプロットである。
実施例5では、実施例1に記載されるように担持触媒を製造し、Cl含有量は2.7重量%であった。この触媒を、長期活性および安定性性能、ならびに触媒ファウリング速度について、大規模対照触媒(0.85重量%Cl)に対して評価した。この2500時間試験では、80ccの担持触媒を窒素中10モル%の水素中で還元し、次いで脂肪族炭化水素および分子状水素の供給流を65psigの圧力、2:1の水素:炭化水素比、およびLHSV=1.6時間−1で触媒を含む1インチ反応器に導入し、経時的な触媒性能データを得た。芳香族の全収率は、前述のように温度を調節して所望の収率を維持することによって2500時間の運転にわたって83.5重量%に維持した。
実施例6では、実施例1に記載されるように担持触媒を製造し、Cl含有量は2.7重量%であった。この触媒を大規模対照触媒に対して評価した。これらの触媒を、100%H2を用いて950°Fで1時間、制御された還元ステップに供し、還元ステップの後に残るClの量を決定した。表IIIは、その結果を要約する。F含有量は比較的不変であるが、Cl含有量およびN含有量は、驚くべきことに、還元(または活性化)ステップの前に、担持芳香族化触媒中に存在するそれぞれの量から有意に減少する。
実施例7では、実施例1に記載されるように担持触媒を製造し、Pt含有量は約1重量%、Cl含有量は2.5重量%であった。表IVは、高塩素含有量触媒および大規模対照触媒の触媒特性を要約する。これらの触媒の白金含有量、白金分散度、表面積、およびF含有量は実質的に同じであり、一方ClおよびN含有量は高塩素含有量触媒(2.5重量%Cl)が有意に高かった。図9は、2.5重量%のClを含む担持触媒の温度プログラム還元(TPR)のプロットである。ピーク温度は約668°Fであり、2番目に大きいピークの温度は約490°Fであった。これらの温度は、実施例4で評価された高塩素含有量触媒と一致する(表IIおよび図7参照)。
態様1 担持触媒を製造する方法であって、
(a)結合ゼオライト基材に遷移金属前駆体、塩素前駆体、およびフッ素前駆体を含浸させて含浸ゼオライト基材を形成することと、
(b)含浸ゼオライト基材を乾燥し、次いで焼成して担持触媒を製造することと、を含み、担持触媒は、担持触媒の総重量を基準として、
約0.3重量%〜約3重量%の遷移金属、
約1.8重量%〜約4重量%の塩素、および
約0.4重量%〜約1.5重量%のフッ素を含み、
担持触媒は、約580°F〜約800°Fの範囲の温度プログラム還元曲線上のピーク還元温度によって特徴付けられる、方法。
ゼオライトを結合剤と組み合わせて混合物を形成し、該混合物を押し出して押出物を形成することと、
該押出物を乾燥および焼成して焼成基材を形成することと、
該焼成基材を洗浄、乾燥、および焼成して結合ゼオライト基材を形成することと、を含むプロセスによって製造される、態様1に記載の方法。
結合ゼオライト基材と、
担持触媒の総重量を基準として、約0.3重量%〜約3重量%の遷移金属、
約1.8重量%〜約4重量%の塩素、および
約0.4重量%〜約1.5重量%のフッ素と、を含み、
担持触媒は、約580°F〜約800°Fの範囲の温度プログラム還元曲線上のピーク還元温度によって特徴付けられる、担持触媒。
K/L型ゼオライトをシリカゾルと組み合わせて混合物を形成し、該混合物を押し出して押出物を形成することと、
該押出物を乾燥および焼成して焼成基材を形成することと、
該焼成基材を洗浄、乾燥、および焼成して結合ゼオライト基材を形成することと、を含むプロセスによって製造される、態様22に記載の触媒または方法。
Claims (70)
- 担持触媒であって、
結合ゼオライト基材と、
担持触媒の総重量を基準として、約0.3重量%〜約3重量%の遷移金属、
約1.8重量%〜約4重量%の塩素、および
約0.4重量%〜約1.5重量%のフッ素、を含み、
前記担持触媒は、約580°F〜約800°Fの範囲の温度プログラム還元(TPR)曲線上のピーク還元温度によって特徴付けられる、担持触媒。 - 前記担持触媒は、約2重量%〜約3.8重量%の塩素を含む、請求項1に記載の触媒。
- 前記担持触媒は、約0.5重量%〜約1.3重量%のフッ素を含む、請求項1または2に記載の触媒。
- 前記結合ゼオライト基材は、ゼオライトおよび結合剤を含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載の触媒。
- 前記担持触媒は、前記担持触媒の総重量を基準として、約5重量%〜約30重量%の結合剤を含む、請求項4に記載の触媒。
- 前記結合剤は、無機固体酸化物、粘土、またはそれらの組み合わせを含む、請求項4または5に記載の触媒。
- 前記結合剤は、アルミナ、シリカ、マグネシア、ボリア、チタニア、ジルコニア、それらの混合酸化物、またはそれらの混合物を含む、請求項4または5に記載の触媒。
- 前記結合剤は、シリカを含む、請求項4または5に記載の触媒。
- 前記担持触媒は、結合L型ゼオライトを含む、請求項1〜8のいずれか一項に記載の触媒。
- 前記担持触媒は、結合バリウムイオン交換L型ゼオライトを含む、請求項1〜9のいずれか一項に記載の触媒。
- 前記担持触媒は、結合K/L型ゼオライトを含む、請求項1〜9のいずれか一項に記載の触媒。
- 前記担持触媒は、シリカ結合K/L型ゼオライトを含む、請求項1〜9のいずれか一項に記載の触媒。
- 前記結合ゼオライト基材は、
K/L型ゼオライトをシリカゾルと組み合わせて混合物を形成することと、
前記混合物を押し出して押出物を形成することと、
前記押出物を乾燥および焼成して焼成基材を形成することと、
前記焼成基材を洗浄、乾燥、および焼成して前記結合ゼオライト基材を形成することと、を含むプロセスによって製造される、請求項1〜9のいずれか一項に記載の触媒。 - 前記担持触媒は、約0.5重量%〜約2重量%の前記遷移金属を含む、請求項1〜13のいずれか一項に記載の触媒。
- 前記遷移金属は、白金を含む、請求項1〜14のいずれか一項に記載の触媒。
- 前記担持触媒は、約0.7重量%〜約1.5重量%の白金を含む、請求項1〜15のいずれか一項に記載の触媒。
- 前記担持触媒は、約600°F〜約720°Fの範囲のTPR曲線上のピーク還元温度によって特徴付けられる、請求項1〜16のいずれか一項に記載の触媒。
- 前記担持触媒は、より低い温度ピークおよびより高い温度ピークを含むTPR曲線によって特徴付けられ、より高い温度ピークはより低い温度ピークよりも高さが大きい、請求項1〜17のいずれか一項に記載の触媒。
- 前記担持触媒は、約1.5:1〜約8:1の塩素:フッ素の重量比を含む、請求項1〜18のいずれか一項に記載の触媒。
- 前記担持触媒は、同じ触媒調製条件下で、0.3重量%〜1.5重量%の塩素を有する触媒のものと実質的に同じ白金分散度を有する、請求項1〜19のいずれか一項に記載の触媒。
- 前記担持触媒は、同じ触媒調製条件下で、0.3重量%〜1.5重量%の塩素を有する触媒のものと実質的に同じ表面積を有する、請求項1〜20のいずれか一項に記載の触媒。
- 前記担持触媒は、同じ触媒調製条件下で、0.3重量%〜1.5重量%の塩素を有する触媒のものよりも多い総窒素含有量を有する、請求項1〜21のいずれか一項に記載の触媒。
- 前記担持触媒は、約920°F〜約940°Fの範囲の反応後期温度(TEOR)によって特徴付けられる、請求項1〜22のいずれか一項に記載の触媒。
- 前記担持触媒は、同じ触媒調製条件および芳香族化反応条件下で、0.3重量%〜1.5重量%の塩素を有する触媒のものよりも低いTEORによって特徴付けられる、請求項1〜23のいずれか一項に記載の触媒。
- 前記担持触媒は、約915°F〜約935°Fの範囲の反応初期温度(TSOR)よって特徴付けられる、請求項1〜24のいずれか一項に記載の触媒。
- 前記担持触媒は、同じ触媒調製条件および芳香族化反応条件下で、0.3重量%〜1.5重量%の塩素を有する触媒のものよりも低いTSORによって特徴付けられる、請求項1〜25のいずれか一項に記載の触媒。
- 前記担持触媒は、約0.12°F/分未満のファウリング速度によって特徴付けられる、請求項1〜26のいずれか一項に記載の触媒。
- 前記担持触媒は、同じ触媒調製条件および芳香族化反応条件下で、0.3重量%〜1.5重量%の塩素を有する触媒のものよりも低いファウリング速度によって特徴付けられる、請求項1〜27のいずれか一項に記載の触媒。
- 前記担持触媒は、同じ触媒調製条件および芳香族化反応条件下で、0.3重量%〜1.5重量%の塩素を有する触媒のものと実質的に同じ芳香族選択性によって特徴付けられる、請求項1〜28のいずれか一項に記載の触媒。
- 反応器系において改質条件下で炭化水素供給物を担持芳香族化触媒と接触させて芳香族生成物を製造することを含む改質プロセスであって、前記担持芳香族化触媒は、請求項1〜29のいずれか一項に記載の担持触媒である、改質プロセス。
- 前記炭化水素供給物は、C6−C9アルカンおよび/またはシクロアルカンを含む、請求項30に記載のプロセス。
- 担持触媒を製造する方法であって、
(a)結合ゼオライト基材に遷移金属前駆体、塩素前駆体、およびフッ素前駆体を含浸させて含浸ゼオライト基材を形成することと、
(b)前記含浸ゼオライト基材を乾燥し、次いで焼成して前記担持触媒を製造することと、を含み、前記担持触媒は、前記担持触媒の総重量を基準として、
約0.3重量%〜約3重量%の遷移金属、
約1.8重量%〜約4重量%の塩素、および
約0.4重量%〜約1.5重量%のフッ素を含み、
前記担持触媒は、約580°F〜約800°Fの範囲の温度プログラム還元曲線上のピーク還元温度によって特徴付けられる、方法。 - 前記結合ゼオライト基材は、
ゼオライトを結合剤と組み合わせて混合物を形成することと、
前記混合物を押し出して押出物を形成することと、
前記押出物を乾燥および焼成して焼成基材を形成することと、
前記焼成基材を洗浄、乾燥、および焼成して前記結合ゼオライト基材を形成することと、を含むプロセスによって製造される、請求項32に記載の方法。 - 前記含浸ゼオライト基材を乾燥し、次いで焼成することは、大気圧または準大気圧で約50℃〜約200℃の範囲の乾燥温度を含む、請求項32または33に記載の方法。
- 前記含浸ゼオライト基材を乾燥し、次いで焼成することは、約200℃〜約500℃の範囲のピーク焼成温度、および窒素、酸素、空気、またはそれらの任意の組み合わせを含む焼成ガス流を含む、請求項32〜34のいずれか一項に記載の方法。
- 前記結合ゼオライト基材に前記遷移金属前駆体を含浸させることは、前記結合ゼオライト基材を前記遷移金属前駆体と混合することを含む、請求項32〜35のいずれか一項に記載の方法。
- 前記結合ゼオライト基材に前記塩素前駆体および前記フッ素前駆体を含浸させることは、前記結合ゼオライト基材を前記塩素前駆体および前記フッ素前駆体と混合することを含む、請求項32〜36のいずれか一項に記載の方法。
- 前記結合ゼオライト基材に前記遷移金属前駆体、前記塩素前駆体、および前記フッ素前駆体を含浸させることは、前記結合ゼオライト基材を、前記遷移金属前駆体、前記塩素前駆体、および前記フッ素前駆体を含む水溶液と混合することを含む、請求項32〜35のいずれか一項に記載の方法。
- 前記担持触媒は、約2重量%〜約3.8重量%の塩素を含む、請求項32〜38のいずれか一項に記載の方法。
- 前記担持触媒は、約0.5重量%〜約1.3重量%のフッ素を含む、請求項32〜39のいずれか一項に記載の方法。
- 前記担持触媒は、前記担持触媒の総重量を基準として、約5重量%〜約30重量%の前記結合剤を含む、請求項33から40のいずれか一項に記載の方法。
- 前記結合剤は、無機固体酸化物、粘土、またはそれらの組み合わせを含む、請求項33〜41のいずれか一項に記載の方法。
- 前記結合剤は、アルミナ、シリカ、マグネシア、ボリア、チタニア、ジルコニア、それらの混合酸化物、またはそれらの混合物を含む、請求項33〜41のいずれか一項に記載の方法。
- 前記結合剤は、シリカを含む、請求項33〜41のいずれか一項に記載の方法。
- 前記担持触媒は、結合バリウムイオン交換L型ゼオライトを含む、請求項32〜44のいずれか一項に記載の方法。
- 前記担持触媒は、結合K/L型ゼオライトを含む、請求項32〜44のいずれか一項に記載の方法。
- 前記担持触媒は、シリカ結合K/L型ゼオライトを含む、請求項32〜44のいずれか一項に記載の方法。
- 前記担持触媒は、約0.5重量%〜約2重量%の遷移金属を含む、請求項32〜47のいずれか一項に記載の方法。
- 前記遷移金属は、白金を含む、請求項32〜48のいずれか一項に記載の方法。
- 前記担持触媒は、約0.7重量%〜約1.5重量%の白金を含む、請求項32〜49のいずれか一項に記載の方法。
- 前記担持触媒は、約600°F〜約720°Fの範囲のTPR曲線上のピーク還元温度によって特徴付けられる、請求項32〜50のいずれか一項に記載の方法。
- 前記担持触媒は、より低い温度ピークおよびより高い温度ピークを含むTPR曲線によって特徴付けられ、より高い温度ピークはより低い温度ピークよりも高さが大きい、請求項32〜51のいずれか一項に記載の方法。
- 前記担持触媒は、約1.5:1〜約8:1の塩素:フッ素の重量比を含む、請求項32〜52のいずれか一項に記載の方法。
- 前記担持触媒は、同じ触媒調製条件下で、0.3重量%〜1.5重量%の塩素を有する触媒のものと実質的に同じ白金分散度を有する、請求項32〜53のいずれか一項に記載の方法。
- 前記担持触媒は、同じ触媒調製条件下で、0.3重量%〜1.5重量%の塩素を有する触媒のものと実質的に同じ表面積を有する、請求項32〜54のいずれか一項に記載の方法。
- 前記担持触媒は、同じ触媒調製条件下で、0.3重量%〜1.5重量%の塩素を有する触媒のものよりも多い総窒素含有量を有する、請求項32〜55のいずれか一項に記載の方法。
- 前記担持触媒は、約920°F〜約940°Fの範囲の反応後期温度(TEOR)によって特徴付けられる、請求項32〜56のいずれか一項に記載の方法。
- 前記担持触媒は、同じ触媒調製条件および芳香族化反応条件下で、0.3重量%〜1.5重量%の塩素を有する触媒のものよりも低いTEORによって特徴付けられる、請求項32〜57のいずれか一項に記載の方法。
- 前記担持触媒は、約915°F〜約935°Fの範囲の反応初期温度(TSOR)よって特徴付けられる、請求項32〜58のいずれか一項に記載の方法。
- 前記担持触媒は、同じ触媒調製条件および芳香族化反応条件下で、0.3重量%〜1.5重量%の塩素を有する触媒のものよりも低いTSORによって特徴付けられる、請求項32〜59のいずれか一項に記載の方法。
- 前記担持触媒は、約0.12°F/分未満のファウリング速度によって特徴付けられる、請求項32〜60のいずれか一項に記載の方法。
- 前記担持触媒は、同じ触媒調製条件および芳香族化反応条件下で、0.3重量%〜1.5重量%の塩素を有する触媒のものよりも低いファウリング速度によって特徴付けられる、請求項32〜61のいずれか一項に記載の方法。
- 前記担持触媒は、同じ触媒調製条件および芳香族化反応条件下で、0.3重量%〜1.5重量%の塩素を有する触媒のものと実質的に同じ芳香族選択性によって特徴付けられる、請求項32〜62のいずれか一項に記載の方法。
- 請求項32〜63のいずれか一項に記載の方法によって得られる、担持触媒。
- 前記含浸ゼオライト基材の乾燥および焼成後に還元ステップをさらに含み、前記還元ステップは、前記担持触媒を還元ガス流と接触させて活性化された触媒を製造することを含む、請求項32〜63のいずれか一項に記載の方法。
- 前記還元ステップは、約100℃〜約700℃の範囲の還元温度で行われる、請求項65に記載の方法。
- 前記活性化された触媒は、前記活性化された触媒の総重量を基準として、約0.2重量%〜約1.3重量%の塩素を含む、請求項65または66に記載の方法。
- 請求項65〜67のいずれか一項に記載の方法によって得られる、活性化された触媒。
- 反応器系において改質条件下で炭化水素供給物を請求項64に記載の担持触媒または請求項68に記載の活性化された触媒と接触させて芳香族生成物を製造することを含む、改質プロセス。
- 前記炭化水素供給物は、C6−C9アルカンおよび/またはシクロアルカンを含む、請求項69に記載のプロセス。
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