JP2553143B2 - ゼオライトlの合成 - Google Patents

ゼオライトlの合成

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JP2553143B2 JP63100037A JP10003788A JP2553143B2 JP 2553143 B2 JP2553143 B2 JP 2553143B2 JP 63100037 A JP63100037 A JP 63100037A JP 10003788 A JP10003788 A JP 10003788A JP 2553143 B2 JP2553143 B2 JP 2553143B2
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    • C01B33/2892Zeolitic silicoaluminates with a tridimensional crystalline structure possessing molecular sieve properties; Isomorphous compounds wherein a part of the aluminium ore of the silicon present may be replaced by other elements such as gallium, germanium, phosphorus; Preparation of zeolitic molecular sieves from molecular sieves of another type or from preformed reacting mixtures containing an element or a compound occluded in the pores of the network, e.g. an oxide already present in the starting reaction mixture
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は高度結晶性ゼオライトL、その製造及び触媒
作用、特に芳香族化のための触媒作用に於ける使用に関
する。特に、本発明はアルカンの脱水素環化に於て長寿
命を与える触媒ベースを与える円筒形形態を有するゼオ
ライトLに関する。
ゼオライトLはかなり以前から知られており、芳香族
化反応に於ける触媒としてのゼオライトLの使用も文献
に記載されている。
GB−A−2116450号はL族のゼオライト、少なくとも
1種のVIII族金属及びバリウム、ストロンチウム、カル
シウムから選ばれるアルカリ土類金属を含むゼオライト
触媒を記載している。この触媒は改質、非環式炭化水素
の脱水素環化、アルキルシクロペンタンの脱水素異性化
及びトルエンの脱アルキルのために用いられる。かかる
触媒を用いる方法はGB−A−2114150号及びGB−A−214
2648号に記載されている。EP−A−0219354号は、芳香
族化のような炭化水素転化に於ける触媒ベースとしての
使用のために特に有効な、特徴的な形態及び(又は)大
きさ及び(又は)陽イオン含量及び(又は)シリカ/ア
ルミナ比を有する改良ゼオライトLを記載している。こ
れは、ゼオライトLのための合成ゲル中へマグネシウ
ム、カルシウム、バリウム、マンガン、クロム、コバル
ト、ニッケル又は亜鉛の少量を導入することによって製
造される。
今回、合成ゲル中への銅の導入が低アルカリ度に於て
かつ通常他のゼオライト種の生成に有利な条件下に於て
ゼオライトLの製造を可能にすることが発見された。そ
の上、触媒性能に於て利益を示した特別な形を有する小
微結晶を得ることができる。
本発明は、水、アルミニウム源及び銅源を含み、下記
モル比(酸化物として示された): (M1 2O+CuO)/SiO2 0.18〜0.36 H2O/(M1 2O+CuO) 25〜90 SiO2/Al2O3 5〜15 M1 2O/(M1 2O+CuO) 0.9〜0.9999 (ここでM1はアルカリ金属である) 以内に入る組成を有するアルカリ性反応混合物を少なく
とも75℃、好ましくは100℃〜250℃、より好ましくは12
0℃〜225℃の温度に加熱して本発明のゼオライトLを生
成させるゼオライトLの製造方法を提供する。
本発明の反応混合物すなわち合成ゲルには5つの主成
分があり、かくして一般に アルミニウム 珪素 アルカリ金属、好ましくはカリウム 銅 水 があり、本発明の所望のゼオライトLを得ようとすれ
ば、これらの成分の相対的比率及び選ばれる反応条件が
重要である。ゲル組成のある程度末端部に於けるゼオラ
イトL製造に於てはゼオライトWが汚染物質として生成
される傾向がある。生成物のゼオライトW含量を最少に
することが有利である。生成物のゼオライトW含量は生
成物のX線回折図形で監視することができる。
かくして、もう1つの面に於て、本発明は、水、アル
カリ金属源、珪素源、アルミニウム源及び銅源を含む反
応混合物を少なくとも75℃の温度に加熱して所望のゼオ
ライトLを生成させ、かつ反応混合物が生成した生成物
の不在下では実質的な量のゼオライトWを含むであろう
ような混合物であり、かつ銅の存在がゼオライトWによ
る汚染の減少をもたらすゼオライトLの製造法を提供す
る。生成物中のゼオライトWの濃度は反応混合物の他の
成分にも依存するが、極めて少量(ある系では数ppmぐ
らいの低い量さえも)の銅がゼオライトWの抑制に有効
であるという驚くべきことが発見された。
もう1つの面に於て、本発明は、ゲル組成及び(又
は)撹拌のような結晶化条件がその他の点ではゼオライ
トWの生成を許し、かつゲル中にゼオライトW抑制量の
銅を導入することを含む、結晶化ゲルからのゼオライト
Lの製造に於けるゼオライトW生成抑制方法を提供す
る。ゼオライトW抑制量は上で示したように驚くほど少
量であり、かつ銅は生成物のより小さい微結晶サイズを
もたらす傾向があるので、より小さい微結晶が望ましく
ないならば、ゼオライトWを抑制する濃度を越えて銅量
を増すことは望ましくないであろう。最良の結果は、極
めて低いが零ではない量の銅で得られることがわかっ
た。
アルカリ金属M1は非常に好ましくはカリウム(K)で
あるが、カリウムと他のアルカリ金属、例えばナトリウ
ムとの混合物であってもよい。本発明のもう1つの驚く
べき特徴は、付加的な金属の存在下に於てはゼオライト
L生成物中に有意な量のゼオライトWを生成させること
なく、カリウムの他のアルカリ金属でのより大きい程度
の置換が可能であるということである。EP−A−009647
9号はカリウム以外のアルカリ金属の好ましい最大量は
全アルカリ含量の30モル%であることを示している。本
発明者らは、他のアルカリ金属のこの濃度に於て、かつ
より大きい濃度に於てさえも、銅の存在によってゼオラ
イトWを生成する傾向がほぼ完全に抑制されることを発
見した。
かくして、本発明の好ましいゼオライトは下記の好ま
しい範囲内で得られる。
(M1 2O+CuO)/SiO2 0.18〜0.26 H2O/(M1 2O+CuO) 50〜90 SiO2/Al2O3 6〜12 M1 2O/(M1 2O+CuO) 0.950〜0.9999 ここでM1はM1はカリウム又はカリウムと第2アルカリ
金属M2との混合物であり、K2O/(K2O+M2 2O)=0.5〜1
である。銅の量は極めて低くてよく、反応混合物の僅か
数ppmでよいが、それでもゼオライトL生成促進に有効
であり、より小さいかつ(又は)より円筒形のゼオライ
トL粒子の生成及び(又は)ゼオライトL粒子の性質の
促進及び(又は)ゼオライトL生成物の性質の促進に有
効である。かくして、もう1つの面に於て、本発明は、
結晶化前の合成ゲルへ、ゲル中の銅の量がゲルの0.1ppm
〜0.1重量%、好ましくはゲルの5ppm〜0.05重量%であ
るような量で銅源が添加されるゼオライトLの製造法を
提供する。
銅は、硝酸塩、水酸化物又は硫酸塩のような適宜の化
合物として導入することができる。
本発明のすべてのゼオライト物質の合成に於て、反応
混合物のための珪素源は一般にシリカであり、これは、
通常最も都合よくは、E.I.デュポンド ネムール社(E.
I.Dupont de Nemours and Co.)から発売されてい
るルドックス(Ludox)HS40のようなシリカのコロイド
状懸濁液の形である。コロイド状シリカゾルは汚染相を
もたらすことが少ないので好ましい。しかし、珪酸塩の
ような他の形を用いてもよい。
アルミニウム源は、反応媒質中へ導入される、例えば
予めアルカリに溶解されたAl2O3・3H2Oのようなアルミ
ナでよい。しかし、アルミニウムを金属の形で導入し、
それをアルカリに溶解することも可能である。
本発明のアルミノ珪酸塩は好ましくはカリウムを含む
反応混合物から得られる。このカリウムは好ましくは水
酸化カリウムとして導入される。
上記製造法の生成物はアルカリ金属、好ましくはカリ
ウム、及び銅を含むゼオライトの混合陽イオン形であ
る。本発明の生成物中のK2O/(K2O+CuO)のモル比は好
ましくは0.95より大きく、より好ましくは0.98より大き
い。本発明のゼオライト中の銅陽イオンの量は好ましく
はゼオライトLの0.1重量%未満であり、かつゼオライ
トLの0.05重量%未満であることができる。ゼオライト
化学にとって通常の方法での生成物のイオン交換によっ
て、他の陽イオンを導入することができる。しかし、銅
陽イオンはイオン交換によって完全には置換されること
ができず、銅陽イオンの少なくとも幾らかはゼオライト
L構造中の非交換部位にあることを示すことが本発明の
1つの驚くべき特徴である。
反応混合物の組成のための前期規定範囲内で、アルミ
ノ珪酸塩生成物の与えられた特別の形に対して酸化物比
及びアルカリ度を選ぶことができる。反応混合物中のSi
O2/Al2O3比は広範囲にわたることができるが、生成物中
のSiO2/Al2O3比は好ましくは5.4〜7.4の比較的狭い範囲
にある。反応混合物中のSiO2/Al2O3比が高ければ高い
程、生成物中のSiO2/Al2O3比が高くなる。又、アルカリ
度(OH-/SiO2)が減少すると生成した生成物中のSiO2/A
l2O3比が増加する傾向がある。反応混合物の水による希
釈、かくしてH2O/K2O比の増加も生成物中のSiO2/Al2O3
比を増加させる傾向がある。
粒径も反応混合物の組成及び用いられる原料の性質に
よって影響される。一般に、生成される粒子は0.05〜4.
0μの範囲にあるが、銅の使用は、合成ゲルの低アルカ
リ度にもかからず小粒子に有利である傾向がある。
結晶化時間は結晶化温度に関係がある。結晶化は好ま
しくは150℃の領域で行われ、この温度では結晶化時間
は24〜96時間、典型的には48〜72時間であることができ
る。より低い温度では所望の生成物の良好な収率を得る
ためによりずっと長時間を必要とする可能性があるが、
より高い温度を用いるときには24時間末端の時間が可能
である。200℃又はそれ以上の温度では8〜15時間の時
間が典型的である。
結晶化は一般に密閉オートクレーブ内で行われ、かく
して自生圧で行われる。可能であるが、より高い圧力の
使用は一般に不便である。圧力が低い程、より長い結晶
化時間を必要とする。
上記のように製造した後、ゼオライトLを通常の方法
で分離し、洗浄し、乾燥する。
生成したゼオライトL微結晶は1つの好ましい面に於
て円筒形であり、最も好ましくは微結晶の円筒曲面の軸
長(l)対全軸長(h)の比が0.9より大きく、好まし
くは1に近いかかる形の基底面を有する。完全に平坦な
基底面を有する幾何学的に完全な円筒はl=h、及びl/
h=1を有するが、基底表面上の何らかのドーム比(dom
ing)又は成長はhがlより大きいこと、及びl/hが1未
満であることを意味する。本発明者らは、今回、EP−A
−0096479号中で得られたよりもより平坦な基底面を有
するより完全な円筒がより良好な触媒性能をもつゼオラ
イトL生成物をもたらすことを発見した。
円筒形微結晶は、好ましくは少なくとも0.05μ、より
好ましくは少なくとも0.1μの平均直径(d)を有す
る。アスペクト比〔円筒形表面の軸長(l)対平均直径
(d)の比〕は好ましくは少なくとも0.5、より好まし
くは少なくとも0.75、最も好ましくは少なくとも1であ
る。
本発明の特に好ましいゼオライトLは明確な滑らかな
表面の円筒形で実質的に平坦な基底面を有し、かくして
l/h比がほぼ1であり、平均直径(d)が0.1〜0.5μ、
アスペクト比(l/d)が0.75〜5である。
好ましくは、ゼオライトLは円筒形微結晶からなり、
基底面の少なくとも80%、より好ましくは少なくとも90
%が200Å以内まで顕微鏡的に平坦であり、かくして基
底面上にらせん段階成長(spiral step growths)を
示さない。
本明細書中に於て、“円筒”又は“円筒形”という用
語は、立体幾何学で定義される円筒の形、すなわち一定
の平面曲線を切るように定直線に平行に動く直線によっ
て作られる表面と該表面を切る2つの平行平面(底面)
とによって境いされる立体を示すために用いられる。円
筒は一般に円形円筒すなわち円形断面をもつ円筒である
が、本発明に関連しては、円筒は断面が多角形、特に六
角形の性格をもつように円筒形表面の幾らか平坦化を示
すこともでき、すなわち曲線状六角形の形であり、かつ
“円筒”、“円筒形”の用語はかかる形を含むために用
いられる。
本発明のゼオライトLはゼオライトLに典型的なX線
回折図形を示し、EP−A−0096479号及びEP−A−02193
54号中で論じられたX線の線の位置及び強さの変化を受
けやすい。
本発明のゼオライトは好ましくはアルミノ珪酸塩であ
り、本明細書中ではアルミノ珪酸塩について記載される
が、他の元素置換が可能であり、例えばアルミニウムを
ガリウム、硼素、鉄及び同様な3価元素で置換すること
ができ、かつ珪素をゲルマニウム又は燐のような元素で
置換することができる。アルミノ珪酸塩は好ましくは (0.9〜1.3)M2/nO:Al2O3:xSiO2 (ここでMは原子価nの1種以上の陽イオンであり、x
は5〜7.5、好ましくは6.5〜7.5である)の組成(無水
物の形の成分酸化物のモル比によって示される)を有す
る。本発明のゼオライト物質は鋭いピークを有する明確
なX線回折図形(結合剤又は他の希釈剤が存在しない)
によって示されるように高い結晶化度を有する。
本発明のゼオライトは水和されていてもよく、典型的
にはAl2O31モルにつき0〜9モルの水を有する。以下に
示すように触媒ベースとして用いられるとき、本発明の
ゼオライトは、好ましくは先ず水を除去するために焼成
される。水性ゲルからの通常の製造に於ては、水和形を
最初に製造し、これを加熱することによって脱水するこ
とができる。
本発明で生成されるゼオライトLは芳香族化触媒用の
触媒ベースとして用いられるとき長い触媒寿命の優れた
性質を有する。
本発明によって製造されるゼオライトLは触媒ベース
として用いられることができ、触媒活性金属と組み合わ
せて広範囲の触媒反応に用いられる。本発明のゼオライ
トLは芳香族化のような低い酸部位強さが有利である触
媒用途に特に適している。
触媒活性金属は、例えばUS−A−4104320号に記載さ
れている白金のようなVIII族金属、錫又はゲルマニウ
ム、あるいはGB−A−2004764号又はBE−A−888365号
に記載されているような白金とレニウムとの組み合わせ
であることができる。後者の場合には、適当な環境のた
めに、触媒はUS−A−165276号記載のようにハロゲン、
US−A−4295959号及びUS−A−4206040号記載のように
銀、US−A−4295960及びUS−A−4231897号記載のよう
にカドミウム又はGB−A−1600927号記載のように硫黄
をも含むことができる。
本発明者らは、0.1〜6.0重量%、好ましくは0.1〜1.5
重量%の白金又はパラジウムを含む特に有利な触媒組成
物を発見したが、これが芳香族化に於て優れた結果を与
えるからである。特にアルミノ珪酸塩のカリウム形と共
に0.4〜1.2重量%の白金が特に好ましい。本発明はゼオ
ライトと触媒活性金属とを含む触媒におよぶ。
触媒が結合剤として作用するために用いられるべきで
ある条件下で実質的に不活性な1種以上の物質を本発明
の触媒中に含むことも有用であり得る。かかる結合剤は
触媒の温度、圧力及び摩擦に対する抵抗を改良する作用
もあり得る。
本発明のゼオライトLは、炭化水素供給物を適当な条
件下で上記触媒と接触させて所望の転化を起こさせる炭
化水素供給物の転化方法に用いることができる。本発明
のゼオライトLは、例えば芳香族化及び(又は)脱水素
環化及び(又は)異性化及び(又は)脱水素反応を含む
反応に有用であり得る。本発明のゼオライトLは、脂肪
族炭化水素を、370〜600℃、好ましくは430〜550℃の温
度に於て、好ましくは交換可能陽イオンMの少なくとも
90%をアルカリ金属イオンとして有する本発明のゼオラ
イトLを含み、かつ脱水素活性を有する少なくとも1種
のVIII族金属を含む触媒と接触させて、該脂肪族炭化水
素の少なくとも一部分を芳香族炭化水素へ転化させるよ
うにする脂肪族炭化水素の脱水素環化及び(又は)異性
化方法に特に有用である。
脂肪族炭化水素は直鎖又は分枝鎖非環式炭化水素、特
にヘキサンのようなパラフィンであることができるが、
ある範囲のアルカンを含み、恐らくは少量の他の炭化水
素を有するパラフィン留分のような炭化水素混合物をも
用いることができる。メチルシクロペンタンのようなシ
クロ脂肪族炭化水素も使用することができる。1つの好
ましい面に於て、芳香族炭化水素、特にベンゼンの製造
方法への供給物はヘキサンからなる。触媒反応の温度は
370〜600℃、好ましくは430〜550℃であることができ、
好ましくは常圧を越える圧力、例えば2000KPaまで、よ
り好ましくは500〜1000KPaが用いられる。芳香族炭化水
素の生成には、水素が、好ましくは10未満の水素対供給
物比で用いられる。
方法は、好ましくはその他の点ではUS−A−4104320
号、BE−A−888365号、EP−A−0040119号、EP−A−0
142351号、EP−A−0145289号又はEP−A−0142352号に
記載されている方法で行われる。
以下、本発明を、下記の実施例及び評価に於て、より
詳細に、但し例示としてのみ説明する。
比較実施例 1:ゼオライトLの製造 EP0096479号の方法に従ってゼオライトLを製造し
た。純酸化物のモル数で示される下記組成を有する合成
ゲルを製造した。
2.60K2O:Al2O3:10SiO2:16H2O このゲルを下記のようにして製造した。
水酸化アルミニウムを水酸化カリウムペレット(純度
86%のKOH)の水溶液中で煮沸することによって溶解し
て溶液Aをつくった。溶解後、水分損失を補正した。別
の溶液、溶液B、はコロイド状シリカ〔ルドックス(Lu
dox)HS40〕を水で希釈することによって調製された。
溶液AとBとを2分間混合してゲルを生成させ、ゲル
が十分に硬くなる直前にテフロン ライニング オート
クレーブへ移し、150℃に予熱し、その温度に72時間保
って結晶化を起こさせた。
生成したゼオライトLは高度に結晶性であり、典型的
なゼオライトLのX線回折(XRD)図形を有していた。
走査電子顕微鏡写真(SEM)は、生成物がもっぱら1〜
2μの平均直径、0.5〜1のアスペクト比(l/d)、0.65
〜0.85のl/h比を有する円筒形結晶でできていることを
示す。生成物中のSiO2:Al2O3比は6.3であった。
比較実施例 2〜6 カリウム含量の変化 第1表に示すように、M=Kの場合のカリウム量の変
化をも研究した。2.41モルK2O(実施例3)から2.75モ
ルK2O(実施例2)へのカリウム含量の変化は円筒形で
あるがl/h<1のゼオライトを与えた。実施例4はクラ
ム形と円筒形の中間の形態をもつゼオライトLを与え
た。すなわちl/hが1より極めてずっと小さかった。
2.15モルK2Oの低カリウム含量(実施例5)は低結晶
化度の生成物を与えた。3.4モルK2Oの高カリウム含量
(実施例6)はクラム形生成物を与えた。
実施例 1:本発明によるゼオライトLの製造 実施例1の操作を、合成ゲルへ銅を添加することによ
って変化させた。
溶液Aを KOH(37.3%KOH)ペレット 30.15g 水酸化アルミニウム(98.6%) 15.1 g 水 77.10g から調製した。水酸化アルミニウム粉末を水酸化カリウ
ム溶液中に煮沸して溶解させた。包囲温度に冷却した
後、水分損失を補正した。
溶液Bを 硝酸銅Cu(NO32:3H2O 0.6048g シリカ(ルドックスHS40) 150.25 g 水 114.63 g から調製した。硝酸銅結晶を水の一部分に溶解し、コロ
イド状シリカ溶液へ添加し、3分間混合した。
溶液Aを溶液Bへ添加し、3分間混合して合成ゲルを
均質化した。これは下記の組成(酸化物のモル数)を有
していた。
2.35K2O:0.025CuO:Al2O3:10SiO2:162H2O 結晶化は、300mlのステンレス鋼製オートクレーブ内
で、175℃に於て65時間行われた。生成物を水洗して脱
塩した。最後の洗浄からの水のpHは10.5であった。この
生成物を125℃に於て24時間乾燥した。
生成したゼオライトLは微青色色相を有し、少なくと
も少量の銅が凝離結晶相として存在することを示唆し
た。生成物は高度に結晶性のゼオライトLであり、ゼオ
ライトWによる汚染のないゼオライトLの特性X線回折
図形を示した。この微結晶は、断面が幾らか六角形の傾
向があり、平均長0.6μ、平均直径0.4μの円筒形であっ
た。
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C07C 5/393 9546−4H C07C 5/393 // C07B 61/00 300 C07B 61/00 300

Claims (13)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】反応混合物が銅源を含みかつ下記モル比
    (酸化物として示された): (M1 2O+CuO)/SiO2 0.18〜0.36 H2O/(M1 2O+CuO) 25〜90 SiO2/Al2O3 5〜15 M1 2O/(M1 2O+CuO) 0.900〜0.9999 (ここでM1はアルカリ金属である) 以内に入る組成を有することを特徴とする、水、アルカ
    リ金属源、珪素源及びアルミニウム源を含むアルカリ性
    反応混合物を少なくとも75℃の温度に加熱しゼオライト
    Lを生成させるゼオライトLの製造法。
  2. 【請求項2】反応混合物を100℃〜250℃に加熱する請求
    項1記載の製造法。
  3. 【請求項3】反応混合物を120℃〜225℃に加熱する請求
    項2記載の製造法。
  4. 【請求項4】反応混合物が銅を含みかつ反応混合物が銅
    の不在下に於て生成される生成物が実質的な量のゼオラ
    イトWを含むような混合物でありかつ銅の量がその存在
    がゼオライトWによる汚染の減少をもたらすような量で
    あることを特徴とする、水、カリウム源、珪素源、アル
    ミニウム源を含む反応混合物を少なくとも75℃の温度に
    加熱して所望のゼオライトLを生成させるゼオライトL
    の製造法。
  5. 【請求項5】反応混合物が (M1 2O+CuO)/SiO2 0.18〜0.26 H2O/(M1 2O+CuO) 50〜90 SiO2/Al2O3 6〜12 M1 2O/(M1 2O+CuO) 0.950〜0.9999 〔ここでM1はカリウムあるいはカリウムと第2のアルカ
    リ金属M2との混合物であり、後者であるときK2O/(K2O
    +M2 2O)のモル比は0.5〜1である〕 を含む請求項1〜4のいずれかに記載の製造法。
  6. 【請求項6】結晶化条件が銅の不在下ではゼオライトW
    の生成を許しかつ方法がゲル中へゼオライトW抑制量の
    銅源を導入することを含む、結晶化ゲルからのゼオライ
    トLの製造に於けるゼオライトW生成抑制方法。
  7. 【請求項7】合成ゲル中へゲルの重量に対して0.1ppm〜
    0.1重量%の銅を導入する、ゼオライトL生成用合成ゲ
    ルから製造されるゼオライトLの微結晶サイズの減少方
    法。
  8. 【請求項8】銅の量がゲルの重量に対して5ppm〜0.05重
    量%である請求項7記載の方法。
  9. 【請求項9】静的合成に於てゼオライトLの生成能力の
    ある反応混合物中へゼオライトW抑制量の銅を導入しか
    つ含銅反応混合物を撹拌しながら少なくとも75℃の温度
    に加熱してゼオライトLを生成させるゼオライトLの撹
    拌合成。
  10. 【請求項10】ゼオライトL構造中の非交換可能部位に
    銅を含むゼオライトL。
  11. 【請求項11】0.1重量%未満の量で銅陽イオンを含む
    ゼオライトL。
  12. 【請求項12】K2O/(K2O+CuO)のモル比が0.95より大
    きい含銅ゼオライトL。
  13. 【請求項13】請求項10〜12のいずれかに記載されたゼ
    オライトLと触媒活性金属とを含む触媒。
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