JP3394248B2 - ゼオライトl - Google Patents
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Description
このゼオライトは種々の有機反応、特に炭化水素変換反
応、に対する優れた触媒基体であり、使用後に再生する
ことができる。
られており、米国特許第3,216,789号には特徴的なX線
回折パターンを有する下記の式のアルミノケイ酸塩とし
て記載されている: 0.9−1.3M2/n0:Al2O3:5.2−6.9SiO2:yH2O (式中、Mは原子価nのイオン交換可能なカチオンであ
り、yは0〜9である)。
素変換反応における触媒基体として特に有用なゼオライ
トLが記載されている。このゼオライトは、平均直径が
0.1ミクロン以上、好ましくは0.5ミクロン以上で、アス
ペクト比(円柱の長さの直径に対する比)が0.5以上の
円柱形の微結晶(クリスタライト)からなる。ゼオライ
トの得られるゲルは、2.4〜3.0モルのK2O、0.6〜1.3モ
ルのAl2O3、8〜12モルのSiO2及び120〜240モルのH2O、
という割合の成分からなる。特に好ましいゲルは以下の
組成を有する: 2.62K2O:Al2O3:10SiO2:160H2O ゼオライトLのカリウム形(以後、本明細書中ではゼ
オライトKLと記す)は、欧州特許公開第323892号に記載
の通り、セシウムをさらに含んでいてもよい。
ム、レニウム又はイリジウムのような1種類又はそれ以
上の金属(特に白金)を担持させて所望の触媒を調製す
る。
み触媒を再生することのできる新規形状のゼオライトKL
が捜し求められている。ゼオライト結晶中の欠陥並びに
一方向に比較的長いゼオライト孔路に起因して、白金の
利用性に劣り、触媒活性保持に劣り、しかも望ましくな
い二次反応が起こるという問題がある。このようなゼオ
ライトの性質を改良するためには、ゼオライトの孔路長
を1ミクロンよりもかなり短くしなければならないが、
一方ではゼオライト結晶の表面積をできる限り大きい儘
にしておかねばならず、しかも結晶は形の整った(即
ち、有意の結晶欠陥のない)ものでなければならない。
平らな円柱の形で作ることができれば具現化される。本
発明は、必要な性質を兼ね備えた結晶からなるゼオライ
トを供する。本発明は、また、このようなゼオライトを
製造するための方法も供する。
直径比が0.2未満であり、しかも実質的に平らな底面(b
asal plane)を有する円柱形の結晶からなるKL型ゼオラ
イトを供する。
の品質の指標であり、結晶の長さが短いと孔路の蛇行が
少なくなる。
おり、好ましくは実質的に真円形の円柱形で底面は円柱
の軸と垂直である。
り、直径が比較的大きくて長さが短い。結晶の「長さ」
とは、直径を含む底面に対して垂直な結晶外縁の寸法で
ある。長さは、通常は0.1〜0.6ミクロン、好ましくは0.
1〜0.3ミクロンであり、直径は一般には0.3〜1.5ミクロ
ン、好ましくは0.4〜1.0ミクロンである。長さ/直径比
が0.2〜0.5のときの結晶の形を本明細書中では「ホッケ
ーパック」と呼ぶ。この比が0.2未満のときの形を本明
細書中では「コイン」と呼ぶ。
的大きな直径の利点を有しているが、直径が大きいと触
媒基体として用いた場合に選択性及び/又は収率が向上
する。触媒が活性状態に保たれている間の平均時間、即
ち、触媒の再生を要するまでのプロセスのランレングス
(連続運転期間の長さ)は、本形状のゼオライトの方が
孔路長と結晶サイズの大きな従前のゼオライトLよりも
長い。もう一つの利点は、本発明の結晶が合成マグマか
ら容易に回収できることである。
は、結晶の形が整っていて結晶欠陥が十分に少ないこと
の指標である。平らであることの一つの尺度は高さ:長
さの比であり、ここで高さとは長さと同じ方向の最長寸
法である。従って、仮に底面に段差もしくは段丘があれ
ば、結晶の最長寸法(即ち高さ)は長さの寸法よりも大
きくなるであろう。結晶の高さ:長さの比はできるだけ
1に近くすべきであるが、1.2までの比であれば許容で
きる。
あり、以後本明細書中ではアルミノケイ酸塩という用語
で記載するが、他の元素で置換することも可能であり、
例えばアルミニウムをガリウム、ホウ素、鉄並びに同様
の三価元素で置換してもよく、ケイ素をゲルマニウム又
はリンのような元素で置換してもよい。
オン源、K2O源、SiO2源及びアルミナ源を含んでなる。
二価カチオンは、ニッケル、マグネシウム、カルシウ
ム、バリウム、コバルト、マンガン、亜鉛、銅又はスズ
のカチオンである。ゼオライト合成用混合物中に導入す
る場合、マグネシウム並びにバリウムがそれぞれ特に効
果的であることが判明した。最初の結果は、コバルト含
有ゼオライトがマグネシウム又はバリウム含有ゼオライ
トに匹敵することを示していた。
結晶の形状が得られるように調節することができる。好
ましくは、合成用混合物はK2O/SiO2のモル比が0.20〜0.
35、より好ましくは0.24〜0.30、となるような原料を含
んでいなければならない。
160、より好ましくは20〜40となり、H2O/K2Oのモル比が
45〜70、より好ましくは50〜65となるような原料を含む
べきである。
れらの比は互いに依存する。例えばSiO2/Al2O3比を高く
すると、必要なアルカリ度を得るためにK2O/SiO2比も高
くする必要がある。
チオン、mモルのK2O源、nモルのSiO2源及びpモルのA
l2O3源からなる混合物を結晶化して得られる生成物であ
り、ここで、m:nは0.2〜0.35であり、n:pは15〜160であ
り、q:mは45〜70である。より好ましくは、m:nは0.24〜
0.30であり、n:pは20〜40であり、q:mは50〜65である。
/10SiO2/160H2O及び適当な量の二価カチオンなどであ
る。
大する傾向があり、不純物であるゼオライトWが生成す
る傾向も高まる。H2Oの割合を高めた場合にもこの傾向
がみられる。
が大きくなり、望ましくない無定形副生物が生成する傾
向も高まる。カリウムの割合を高くすると、結晶がでこ
ぼこした底面を有する傾向が強くなって、高さ/長さの
比が大きくなる。
と、平らな底面及び低l/d比の小さな結晶の形成が促進
され、ゼオライトWやエリオナイトのような結晶性不純
物の生成量が低減される。
は、その特定のカチオンに依存する。しかしながら、一
般には合成用ゲルの重量に基づいて250ppm以下で用いら
れる。バリウムは250ppm以下の量で用いることができる
が、優れた効果はもっと少量(例えば100ppm)で用いた
ときにみられる。他方、ホッケーパック形の結晶を得る
ためにはマグネシウムは約10ppmの量で存在していれば
よい。シリカ源は例えばマグネシウムなどを不純物とし
て含んでいてもよいが、このようなシリカを用いても、
マグネシウムその他のカチオンを独立した原料から合成
用混合物に添加したときのような優れた効果は得られな
いことが判明した。
成する結晶の形状に影響を与える。温度を下げると核発
生が多くなり、孔路長が短くてより小さな結晶が得られ
るので望ましい。しかし、結晶の底面がでこぼこした半
球状となって、結晶が平らな円柱形ではなく二枚貝様の
形状になる傾向も有している。従って、結晶化温度は、
適度に小さな結晶が得られる一方で所望の結晶形状が維
持されるように選ばなくてはならない。所望の形状の結
晶を得るのに用いられる典型的な温度は150〜200℃であ
る。
の長さ、直径及び形状などの所要寸法が得られるように
調節しなければならない。上記並びに実施例において詳
述する割合及び量は指標として挙げたものである。
術を単に適用することによって調製することができる。
例えば、アルミナ源及びK2O源の水溶液にシリカ源及び
二価カチオン源を混合してゲルを作り、このゲルを加熱
してゼオライト結晶を生成させることができる。一般に
は、ゲルを結晶生成に十分な時間150〜200℃に加熱す
る。この時間は通常60〜172時間、一般には60〜160時
間、好ましくは60〜150時間である。一般的には、温度
を下げると、同じ合成用混合物で同程度の結晶化度に達
するのに必要な時間が長くなる。
液又はE.I.Dupont de Nemours & Co.社から「Ludox」
という商品名で市販されているようなシリカの水性コロ
イドなどが挙げられる。コロイダルゾルを用いると不純
物相が減少するので、コロイダルゾルが好ましい。ただ
し、その他のもの(例えばケイ酸塩)を使用してもよ
い。二価カチオン源は粉末又は溶液(例えばアルカリ土
類金属の水酸化物の水溶液など)として供することがで
きる。
でもよく、例えば予めアルカリ中に溶解させておいたAl
2O3・3H2Oなどでよい。アルカリ中に溶解されたアルミ
ニウム金属の形で合成用混合物中にアルミナ源を導入す
ることも可能である。
物に導入する。
を撹拌すると核発生が多くなり、結晶の生成速度が速ま
ると共に小さな結晶の形成が促進される。ただし、これ
には、望ましくない不純物であるゼオライトWの生成も
促進するという欠点がある。本発明に従って二価金属カ
チオンを導入すると、晶出の際に合成用混合物を撹拌す
ることができるようになり、しかもゼオライトWの生成
が抑制される。
一般にはAl2O31モル当り0から9モルの水を含んでい
る。触媒基体として用いる場合は、本発明のゼオライト
は好ましくは最初に焼成して水を除去する。水性ゲルか
らの通常の調製法においては、まず水和形を調製して、
これを加熱によって脱水する。
カリウム形である。ゼオライト化学において周知の手法
で生成物をイオン交換することによって、NaやHのよう
な他のカチオンをカリウムの代りに導入することができ
る。
(例えば押出物に成形することによって)機械的強度を
向上させることもできる。
芳香族化)を促進するような金属をゼオライトに含浸又
は「担持」させることによって作ることができる。かか
る金属は好ましくは白金又は白金と少なくとも1種類の
他の金属(スズ、ゲルマニウム、レニウム又はイリジウ
ムなど)との混合物である。ゼオライト上に担持させる
金属の総量は一般にはゼオライトの重量を基準にして0.
4〜0.8重量%、好ましくは約0.6重量%である。担持は
当業者に公知の方法で行うことができる。
晶の走査電子顕微鏡写真(SEM)である。
ト結晶のSEMである。
晶のSEMである。
は大規模合成で製造した「ホッケーパック」形ゼオライ
ト結晶のSEMである。
性を示す。
る). アルミン酸カリウム溶液: KOHペレット(純度86.8%) 34.30 Al(OH)3(純度98.6%) 7.91 H2O 50.10 濯ぎ用の水 25.00 ケイ酸塩溶液: コロイダルシリカ(Ludox HS−40*) 150.26 Ba(OH)2・8H2O結晶 0.0999 H2O 50.01 濯ぎ用の水 64.47 * Ludox HS−40はDupont社のコロイダルシリカである。
を室温まで冷却し、重量損失を補正した。
ーカーを濯いだ水と共にLudoxに加えた。得られた溶液
を5分間撹拌した。次に、濯ぎ用の水を含めたアルミン
酸溶液を加え、全体をさらに3分間混合した。
る。323.10gの合成用混合物を300mlのステンレス製オー
トクレーブに移した。オートクレーブをオーブン中に入
れて170℃に加熱し、この温度に96時間維持した。
浄し、150℃で一晩乾燥した。回収された生成物の重量
は25.1gであった。
M)及びトルエン吸着測定(TGA)で分析して下記の結果
を得た。
0.6 例2:(比較例): 二価カチオンを添加せずに合成 同一の合成用混合物を例1と同様に調製した。ただ
し、この場合は用いた合成用混合物にBaを全く加えなか
った。合成用混合物は170℃で96時間結晶化させた。生
成物をKRD及びSEMで分析して下記の結果を得た。
粒子を含んでいてエリオナイト様結晶相が混入してい
た。
を示していた。KL型結晶は低l/d比を有していたが、結
晶は比較的大きく、底面には段丘があって段階的な結晶
成長をしたことを示している。
は得られなかったことが分かる。
し、この場合は9ppmのMg2+(合成用混合物の重量を基準
にして)を種晶として合成用混合物に加えた。Mg2+源は
Mg(NO3)2・6H2Oであった。合成用混合物は170℃で96
時間結晶化させた。得られた生成物をXRD、SEM及びTGA
で分析して下記の結果を得た。
きの効果を示す。合成用混合物を以下のモル組成: 3.00K2O/0.0064BaO/0.50Al2O3/10SiO2/160H2O としたことを除いては、例1と同様に調製した。
生成物をXRD、SEM及びTGAで分析して下記の結果を得
た。
は得られなかった。
ては、例1と同様に調製した。
96時間で得られた生成物は低いXRD結晶度(標準試料に
対して53%)を有しており、無定形ゲル粒子を含んでい
た。144時間で得られた生成物は依然として低いXRD結晶
度(標準試料に対して67%)を有しており、エリオナイ
ト様結晶相を僅かに含んでいた。144時間生成物は顕微
鏡的に平坦な底面をもつ偏平KL結晶からなるものであっ
た。粒度分布は相当広くなった。
化させてさらに複数の例を実施した。表1に各種ゼオラ
イトの合成法の詳細を示し、表2に得られた生成物の特
徴の詳細を示す。例11〜例13及び例15が本発明の実施例
である。
2+を使用)の結晶の走査電子顕微鏡写真である。図1Bは
例3で調製したゼオライト(カチオンとしてMg2+を使
用)の結晶の走査電子顕微鏡写真である。図1A及び図1B
の倍率は40000倍である。
したゼオライトの結晶の走査電子顕微鏡写真である。図
2Aの倍率は10000倍である。図2Bの倍率は40000倍であ
る。図2A及び図2Bを図1A及び図1Bと比較すると、例2の
結晶の方が格段に大きく、しかも平らな底面を有しては
いないことが分かる。
の無定形粒子による混入を示すものである。
微鏡写真である。図3Bは例5で調製したゼオライトの結
晶の走査電子顕微鏡写真である。K2O含有量を増やした
例4の結晶は平らでなく、底面に段丘があるのが分か
る。図3A及び図3Bの倍率は40000倍である。
ルの加熱速度を遅くしても(大規模製造の特色である)
所望の形状及び寸法の結晶が旨く製造できることを示
す。
えられる) (A) KOH(純度87.7%) 1878.06 Al(OH)3(純度99.3%) 433.07 H2O 3154±5 濯ぎ用の水 420.0 (B) Ludox HS−40 8250±5 Mg(NO3)2・6H2O 2.0484 H2O 1799.67 H2O 4640±5 濯ぎ用の水 420.0 溶液A: 6パイレックス瓶の中で還流しながら沸騰水で成分
を溶解し、その溶液を室温まで冷却した。
レン製フラスコ中で、Ludoxを4640gの水で稀釈して、こ
の溶液をオートクレーブ中に流し込んだ。このプロピレ
ン製フラスコを420gの水で濯いで、濯いだ水をオートク
レーブに加えた。次に、上記Mg溶液を、オートクレーブ
中の稀釈Ludox溶液に流し込んで、全体を5分間混合し
た。
くて均質なゲルが得られた。
レーブの中心が170℃に達するまでにおよそ13時間かか
った。オートクレーブを93時間170℃に保った。
を採取し、随伴群(satellite batch)としてオーブン
中で別途結晶化させた。
pH12まで洗浄し、126℃で6時間及び150℃で16時間乾燥
した。回収された生成物の重量は200gであった。
ら、主群の結晶度が標準試料の95%であり、随伴群の結
晶度が標準試料の96%であるという結果を得た。
リオナイトを不純物として含んでいた。
ライト結晶の走査電子顕微鏡写真を示す。図4A及び図4B
は随伴群である。図4C及び図4Dは25オートクレーブ中
で晶出させた群である。図4A及び図4Cは倍率20000倍の
もので、図4B及び図4Dは倍率40000倍のものである。ど
ちらの群も平坦な底面をもつホッケーパック形の結晶を
与えることが分かる。
有効性を対照ゼオライトKLのそれと比較した。対照ゼオ
ライトKLは欧州特許公開第96479号の方法で調製したゼ
オライトKLである。これまでの例と同様の技術を用いて
下記のゼオライトを調製し、公知技術を用いて呼称0.6
重量%の白金を担持した。
10%のメチルシクロペンタンからなる供給原料を、上記
の個々のゼオライト触媒の存在下において、温度510℃
及び全圧135psig(930kPa)の条件に170時間曝した。H2
/供給原料の比は4であった。
の関係を示す。図5Bに3種類の触媒についての選択性と
時間との関係を示す。極めて平らな円柱状(ホッケーパ
ック)結晶がより良好な収率と選択性を与えることが分
かる。データの回帰分析を行って下記の結果を得た。
これは、触媒が38%以上のベンゼン収率をもたらすまで
の時間の指標である。TAYが高いと、再生を要するまで
に触媒が機能する時間が長い。
い選択性及び収率を与え、しかもKL型の対照触媒に比べ
てサイクルの長さを格段に増大させることが分かる。
Claims (14)
- 【請求項1】結晶が円柱形で、0.6ミクロン以下の平均
長さ及び0.2未満の平均長さ:直径比を有し、かつ実質
的に平らな底面を有している、ゼオライトL。 - 【請求項2】請求項1記載のゼオライトにおいて、結晶
の平均高さ:長さ比が1〜1.2であるゼオライト。 - 【請求項3】請求項2記載のゼオライトにおいて、平均
高さ:長さ比が1であるゼオライト。 - 【請求項4】請求項1乃至請求項3のいずれか1項記載
のゼオライトにおいて、該ゼオライトがqモルの水、二
価カチオン、mモルのK2O源、nモルのSiO2源及びpモ
ルのAl2O3源(ただし、m:nは0.2〜0.35であり、n:pは15
〜160であり、q:mは45〜70である)からなる混合物の結
晶化生成物であるゼオライト。 - 【請求項5】請求項4記載のゼオライトにおいて、m:n
が0.24〜0.30で、n:pが20〜40で、q:mが50〜65であるゼ
オライト。 - 【請求項6】請求項4又は請求項5記載のゼオライトに
おいて、二価カチオンがニッケル、マグネシウム、カル
シウム、バリウム、コバルト、マンガン、亜鉛、銅又は
スズであるゼオライト。 - 【請求項7】請求項6記載のゼオライトにおいて、前記
カチオンがマグネシウム又はバリウムであるゼオライ
ト。 - 【請求項8】請求項4乃至請求項7のいずれか1項記載
のゼオライトを製造する方法にして、シリカ及び二価カ
チオンの水溶液をアルミナ及びKOHの水溶液と混合し、
混合物を加熱して所望のゼオライトを晶出させることを
含む方法。 - 【請求項9】請求項8記載の方法において、前記混合物
を150〜200℃に加熱する方法。 - 【請求項10】請求項9記載の方法において、前記混合
物を60〜160時間加熱する方法。 - 【請求項11】請求項1乃至請求項7のいずれか1項記
載のゼオライトに芳香族化助触媒金属を含浸させたもの
からなる触媒。 - 【請求項12】請求項11記載の触媒において、前記金属
が白金及び白金と少なくとも1種類の他の金属との混合
物からなる群から選択される触媒。 - 【請求項13】請求項12記載の触媒において、前記他の
金属がスズ、ゲルマニウム、イリジウム及びレニウムか
らなる群から選択される触媒。 - 【請求項14】請求項11乃至請求項13のいずれか1項記
載の触媒において、前記助触媒金属がゼオライトの重量
を基準にして0.4〜0.8重量%の量で存在する触媒。
Applications Claiming Priority (3)
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