JP4637172B2 - 環状パラフィンの選択的開環のための触媒及びその触媒を使用するための方法 - Google Patents

環状パラフィンの選択的開環のための触媒及びその触媒を使用するための方法 Download PDF

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Description

本発明は、VIII族金属成分、モレキュラーシーブ、耐火性酸化物、及び状況に応じて改質剤から構成される環状パラフィンの選択的開環のための触媒に関連する。また本発明は、上記触媒を用いた選択的開環のためのプロセスにも関連する。
重要な化合物の製造のために、種々の反応においてオレフィンが用いられる。それに応じて、オレフィンに対する需要はいっそう増大し、従って、新しい工程あるいは既存の工程における効率の向上化が求められている。軽質オレフィンの調製に用いられる主要な工程の一つとして、ナフサ水蒸気分解がある。水蒸気分解の効率性は、ナフサの供給の特定の組成によって左右されることが知られている。特に、ナフテンを非環式パラフィン、例えばn−パラフィンに変換することによって、水蒸気分解器からのオレフィン生成が著しく向上することが示されている。従って、改良型の開環触媒の必要性がある。
改良型開環触媒は、環境に優しい製品や高性能清浄燃料への高まる需要のためにも必要である。この場合、ナフテン環は開環され、代わる代わる異性化が可能な非環式パラフィンをつくりだす。これらの異性化パラフィンは、その対応するナフテンよりも特徴が改善されている。
改質ガソリンの提供には、パラフィンの増量も必要となる。改質ガソリンは、蒸気圧が低く、蒸留終点が低く、酸素含有物の含有量が高く、そしてオレフィン、ベンゼン、芳香族化合物の含有量が低く、従来の製品とは異なる。
従来、ガソリン中のベンゼン含有量の減少は、軽質及び重質ナフサ間のカットポイントを変更することによって対処されてきたが、この場合より多くの潜在的ベンゼン形成要素が、改質反応にではなく異性化反応へと誘導されてしまう。異性化反応においてベンゼンは形成されず、この場合ベンゼンはC6ナフテンに転化し、そしてC6ナフテンはシクロヘキサン及びメチルシクロペンタンの平衡混合物へと異性化され、あるいは開環を通じてパラフィンに転化する。こうしたC6環状体はパラフィンに比べて触媒部位に優先的に吸着され、従って上記環状体はパラフィンの異性化のための触媒活性に大きな影響を及ぼすと考えられている。それ故に精製装置は、原料環状体の上昇濃度を処理する軽質ナフサ異性化装置の性能を維持する問題を伴う。
開環に有効な触媒が知られており、これは米国特許第5,463,155号明細書に記載された耐火性無機酸化物上に分散した高塩化物白金成分を含んでいる。米国特許第5,811,624号明細書には、炭化物、窒化物、酸炭化物、酸窒化物、及び酸炭窒化物からなる群より選択された遷移金属触媒から構成される5及び6員環の選択的開環のための触媒が開示されている。上記遷移金属は、周期律表のIVA、VA、VIA族から選ばれる金属によって構成された群から選択される。米国特許第6,235,962号明細書には、アルミナから成る担体、スカンジウム、イットリウム、及びランタンから成る群より選択される金属改質剤、及び白金、パラジウム、ロジウム、レニウム、イリジウム、ルテニウム、及びコバルトから成る群より選択される少なくとも1つの触媒活性金属によって構成される開環のための触媒が開示されている。米国特許第5,382,730号明細書には、触媒がゼオライトYあるいはゼオライトベータなどのアルミノシリケートゼオライト及び水素化成分によって構成された、炭化水素の開環及び異性化のための工程が開示されている。米国特許第5,345,026号明細書には、触媒が水素化−脱水素化成分及びVIB族金属のオキシアニオンによって変性したIVB族金属酸化物から成る酸性固体成分によって構成された、環状炭化水素を非環状パラフィン炭化水素に転換するための工程が開示されている。米国特許第3,617,511号明細書には、ハロゲン促進耐火性酸化物上のロジウムあるいはルテニウムによって構成された、環状炭化水素をパラフィンに転換するための触媒が開示されている。米国特許第6,241,876号明細書には、フォージャサイト構造を有し、アルファ酸性度が1未満である大孔径結晶性モレキュラーシーブ成分及びVIII族貴金属によって構成される開環触媒が開示されている。米国特許公開公報第2002/43481号には、アルカリ金属及びアルカリ土類金属の内の少なくとも1つを含む耐火性無機酸化物基材上のイリジウム、白金、ロジウム及びルテニウムから選択される少なくとも1つのVIII族金属によって構成されるナフタレン開環のための触媒が開示されている。最後に、米国特許公開公報第2002/40175号には、イリジウム、白金、パラジウム、ロジウム、ルテニウム及びそれらの組み合わせから選択されるVIII族金属によって構成されるナフテン開環触媒が開示されている。上記金属は、IB、IIB及びIVA族金属の内の少なくとも1つによって構成される基材上に担持される。
本発明の課題は、環状パラフィンの開環あるいは裂環に有効な触媒の提供、及びその触媒を使用するための方法を提供する。
本発明は、第1に、VIII族(IUPAC族8−10)金属成分、改質剤成分、モレキュラーシーブ及び耐火性無機酸化物を含んでいることを特徴とする環状パラフィンを開環するための触媒、又は、触媒金属成分、モレキュラーブ及び耐火性無機酸化物を含む環状パラフィンを開環するための触媒であって、上記モレキュラーシーブがMAPSOs、SAPOs、UZM−4、UZM−4M、UZM−5、UZM−5HS、UZM−5P、UZM−6、UZM−8、UZM−8HS、UZM−15、UZM−15HS、UZM−16、UZM−16HS及びそれらの混合物から成る群より選択されることを特徴とする触媒である。また、第2に、環状パラフィンから非環状パラフィンを生成する方法であって、該方法は、環状パラフィンを含む供給流を開環条件下で触媒と接触させて、環状パラフィンの少なくとも一部を非環状パラフィンに変換する工程を含み、この触媒は、前記の触媒を含んでいることを特徴とする方法である。
本発明によると、環状パラフィンの開環あるいは裂環に有効な触媒が調製され、この触媒を用いると、環状パラフィンから非環状パラフィンが効率良く得られる。
本発明の1つの態様は、ナフテン環の開環あるいは裂環に有効な触媒に関する。本発明の触媒は、VIII族金属成分、任意の改質剤成分、モレキュラーシーブ及び耐火性無機酸化物から成る。本発明に用いられるモレキュラーシーブは、8、10あるいは12環細孔を有し、中酸性に対して弱い種類のもののいずれかである。モレキュラーシーブの酸性度は、いくつかの技術の内の1つによって決定される。1つの方法においてヘプタンを解裂、つまりヘプタン解裂試験を行い、モレキュラーシーブ能を測定する。上記解裂試験においては、試験するモレキュラーシーブの試料(250mg)をマイクロリアクタに設置し、上記触媒を、流動水素を用いて200℃で30分間乾燥させる。続いて上記試料は、流動水素内で500℃で1時間加熱することによって還元する。450℃まで温度を下げた後、ヘプタンを0℃で飽和した水素ガスから成る供給流を上記試料上に流し込む。450〜550℃の温度下で20分間保持した後、ガスクロマトグラフを用いて流出物ガスのオンライン分析を行う。弱酸性モレキュラーシーブは、20%以下、好ましくは10%以下のヘプタン転換能を有し、一方中酸性モレキュラーシーブは、40%以下、好ましくは30%以下の解裂能を有する。もう1つの試験方法は、アンモニア昇温脱離法又はNH3−TPDである。この試験は基本的に、モレキュラーシーブ試料をアンモニアに接触させ、続いて200〜500℃の温度範囲で脱離させたアンモニアの分量を測定する手順を含む。この試験手順の詳細については、本件に参照として組み込まれている米国特許第4,894,142号明細書に記載されている。中酸性モレキュラーシーブは、200〜500℃の温度範囲で1g当たり総計0.4mmol未満のNH3を脱着し、一方弱酸性モレキュラーシーブは、200〜500℃の温度範囲で1g当たり総計0.2mmol未満のNH3を脱着する。最後に、酸性度はピリジンの赤外吸収(IR)によって測定される。弱酸性〜中酸性のモレキュラーシーブの具体例としては、MAPSOs、SAPOs、UZM−4、UZM−4M、UZM−5、UZM−5P、UZM−5HS、UZM−6、UZM−8、UZM−8HS、UZM−15、UZM−15HS、UZM−16、UZM−16HS及びこれらの混合物が挙げられるが、これらに限定はされない。MAPSOモレキュラーシーブは、米国特許第4,758,419号明細書に開示されている。好ましいMAPSOは、MAPSO−31である。SAPOモレキュラーシーブは米国特許第4,440,871号明細書に開示されている。好ましいSAPOsはSAPO−11、SAPO−34及びSM−3(米国特許第4,943,424号)である。UZM−4は米国特許第6,419,895号明細書に記載されており、一方UZM−5、UZM−5P 及びUZM−6は米国特許第6,388,157号明細書に記載されている。その他のUZMモレキュラーシーブは以下の米国特許出願に記載されている。
Figure 0004637172
さらに、UZM表示で示される全てのモレキュラーシーブは、全体としてUZMゼオライトと称される。より完全な理解のため、上述の特許出願の明細書中に記載されたUZMゼオライトの簡略な説明を以下に記す。
全てのUZMゼオライトは、少なくともAlO2及びSiO2四面体単位の微細孔質結晶性構造を有している。UZM−8、UZM−15及びUZM−16は、合成時点、無水換算で以下の実験式によって表される組成を有する。
Figure 0004637172
Mは、アルカリ及びアルカリ土類金属から成る群より選択される少なくとも1つの交換性カチオンである。“m”は、M対(Al+E)のモル比、“n”はMの加重平均原子価である。Rは以下のように定義される:
1)UZM−8:Rは、第4級アンモニウムカチオン、ジ第4級アンモニウムカチオン、プロトン化アミン、プロトン化ジアミン、プロトン化アルカノールアミン及び第4級化アルカノールアンモニウムカチオンから成る群より選択される少なくとも1つの有機アンモニウムカチオンである。“r”はR対(Al+E)のモル比である。
2)UZM−15:Rは、少なくとも2つの炭素原子を有する少なくとも1つの有機基から成る少なくとも1つの第1の第4級有機アンモニウムカチオン、また必要に応じ、第4級アンモニウムカチオン、プロトン化アミン、プロトン化ジアミン、プロトン化アルカノールアミン、ジ第4級アンモニウムカチオン、第4級化アルカノールアミン及びそれらの混合物から成る群より選択された第2の有機アンモニウムカチオンである。“r”はR対(Al+E)のモル比である;そして
3)UZM−16:Rは、ベンジルトリメチルアンモニウム(BzTMA)カチオンあるいは、BzTMAと第4級アンモニウムカチオン、プロトン化アミン、プロトン化ジアミン、プロトン化アルカノールアミン、ジ第4級アンモニウムカチオン、第4級化アルカノールアミン及びそれらの混合物から成る群より選択される少なくとも1つの有機アンモニウムカチオンとの組み合わせである。“r”はR対(Al+E)のモル比である。
Eは、Ga、Fe、In、Cr、B及びそれらの混合物から成る群より選択される成分である。その他の変数は以下のように定義される;“p”はRの加重平均原子価、“x”はEのモル分率、“y”はSi対(Al+E)のモル比、そして“z”はO対(Al+E)のモル比である。“m”、“n”、“r”、“p”、“x”、“y”及び“z”の値を表Aに示す。
Figure 0004637172
またこれらのゼオライトは、表B(UZM−8)、表C(UZM−15)及び表D(UZM−16)に示される少なくともdスペース及び相対強度を有するX線回折パターンによっても特徴付けられる。
Figure 0004637172
Figure 0004637172
Figure 0004637172
UZM−8、UZM−15及びUZM−16ゼオライトは、R、アルミニウム、シリコンそして必要に応じてM及びEの反応性供給源を結合することによって調製した反応混合物の水熱合成反応によって調製される。アルミニウムの供給源としては、アルミニウムアルコキシド、沈殿アルミナ、アルミニウム金属、アルミン酸ナトリウム、アルミン酸有機アンモニウム、アルミニウム塩及びアルミナゾル等が挙げられるが、これらに限定はされない。アルミニウムアルコキシドの具体例としては、アルミニウムオルトsec−ブトキシド及びアルミニウムオルトイソプロポキシド等が挙げられるが、これらに限定はされない。シリカの供給源としては、テトラエチルオルトシリケート、コロイダルシリカ、沈殿シリカ、アルカリシリケート、有機アンモニウムシリケート等が挙げられるが、これらに限定はされない。有機アンモニウムアルミノシリケート溶液から成る特別な試薬は、Al、Si、及びRの同時供給源としての機能も果たす。E成分の供給源としては、ホウ酸アルカリ、ホウ酸、沈殿オキシ水酸化ガリウム、硫酸ガリウム、硫酸第2鉄、塩化第2鉄、硝酸クロム及び塩化インジウム等が挙げられるが、これらに限定はされない。M金属の供給源としては、ハライド塩、硝酸塩、酢酸塩、及びアルカリ又はアルカリ土類金属それぞれの水酸化物が挙げられる。Rは、有機アンモニウムカチオン又はアミンとして導入が可能である。Rが第4級アンモニウムカチオンあるいは第4級化アルカノールアンモニウムカチオンである場合は、供給源としては水酸化物、塩化物、臭化物、ヨウ化物、フッ化化合物等が挙げられるが、これらに限定はされない。具体例としては、水酸化DEDMA、水酸化ETMA、水酸化テトラメチルアンモニウム、水酸化テトラエチルアンモニウム、臭化ヘキサメトニウム、水酸化テトラプロピルアンモニウム、水酸化メチルトリエチルアンモニウム、塩化テトラメチルアンモニウム、水酸化プロピルエチルジメチルアンモニウム(PEDMAOH)、水酸化トリメチルプロピルアンモニウム、水酸化トリメチルブチルアンモニウム(TMBAOH)、水酸化N,N,N,N’,N’,N’−ヘキサメチル−1,4−ブタンジアンモニウム(DQ4)及び塩化コリン等が挙げられるが、これらに限定はされない。Rの供給源は、その後加水分解して有機アンモニウムカチオンを形成する中性アミン、ジアミン及びアルカノールアミンであってもよい。具体例としては、トリエタノールアミン、トリエチルアミン及びN,N,N’,N’−テトラメチル−1,6−ヘキサンジアミンがある。Rの好適な供給源としては、ETMAOH、DEDMAOH及びHM(OH)2等が挙げられるがこれらに限定はされない。
特殊な例においては、アルミノシリケート原液の形態の試薬が用いられる。これらの溶液は、一つ又は複数の水酸化有機アンモニウム、及び通常保存され、試薬として用いられる澄明な均一水溶液を形成するシリコン及びアルミニウムの供給源によって構成される。上記試薬は、シリコン及びアルミニウムの別々の供給源から直接得られたゼオライト反応混合物中に通常現れないアルミノシリケート種を含む。上記試薬は通常、アルカリフリーかあるいはシリコン、アルミニウム及び水酸化有機アンモニウム供給源からの不純物レベルのアルカリを含む。これらの溶液の内の1つ又は複数がゼオライト合成に用いられる。EによってAlを置換する場合においては、対応するメタロシリケート溶液を合成に用いることも可能である。
上に示すように、全てのRカチオンが上記3つのUZM構造を提供できるわけではない。従ってUZM−15の調製には、例えばDEDMA、ETMA、TMBA、DQ4及びPEDMAなど、少なくとも2つの炭素原子を持つ少なくとも1つの有機基を有する少なくとも1つの第1有機アンモニウムカチオン、及び必要に応じて(上記第1有機アンモニウムカチオンに加えて)第2有機アンモニウム化合物を必要とする。UZM−16の調製には、ベンジルトリメチルアンモニウム(BzTMA)あるいはBzTMAと上述の少なくとも1つの有機アンモニウムカチオンとの組み合わせを必要とする。
所望の成分の反応源を含有する反応混合物を、酸化物のモル比の観点から以下の式で示す:
Figure 0004637172
一般的かつ好適な反応条件下におけるUZM−8、15及び16の変数の値を表Eに示す。反応混合物を、密閉した反応容器中、自生圧力下での一定の条件下において反応させる。
Figure 0004637172
結晶化が完了した後、ろ過処理あるいは遠心分離などの方法によって不均質混合物から固形生成物を分離し、脱イオン水で洗浄し、続いて最高100℃までの周辺温度下の空気中で乾燥させる。
合成された時点で、ゼオライトは交換性又は電荷平衡カチオンをその細孔内に幾分か含んでいる。これらの交換性カチオンはその他のカチオンと交換され、あるいは有機カチオンの場合は、制御条件下で加熱することによって除去される。イオン交換には、ゼオライトを、交換条件において所望のカチオン(モル過剰で)を含む溶液と接触させる処理が含まれる。交換条件としては、15℃〜100℃の温度、そして20分〜50時間の時間とが含まれる。焼成の条件としては、300℃〜600℃の温度で2〜24時間の焼成が含まれる。
アンモニウム型のゼオライトを提供する有機カチオン除去のための特別な処理は、アンモニア焼成である。アンモニア雰囲気にて焼成することによって、有機カチオンは、推定上、アンモニアによって中和されアンモニウムカチオンを形成するプロトン形態になるまで分解される。その結果生じたアンモニウム型のゼオライトはさらにイオン交換され、その他のいずれかの所望の形態となる。アンモニア焼成の条件としては、10分〜5時間の間、250℃〜600℃の温度下で、より好ましくは250℃〜450℃の温度下のアンモニア雰囲気中で行われる処理が含まれる。必要に応じて上記処理は、上記アンモニア雰囲気中の総合時間が5時間を超えないように、この温度範囲内で複数の段階に分けて実行される。500℃を超える場合は、上記処理はより短く、30分未満、より好ましくは5〜10分のオーダーでとり行われる。500℃以上の温度で焼成時間を延長すると、所望のアンモニウムイオン交換に伴って、意図せぬ脱アルミニウム化作用を引き起こし、そして殆どの有機アンモニウムテンプレートは低温度下で容易に分解してしまうため、焼成が不必要に荒くなってしまう。
UZM−4M、UZM−5HS、UZM−8HS、UZM−15HS及びUZM−16HSゼオライトは、種々の多くの技術によってそれらのそれぞれの親ゼオライトから調製され、また以下の実験式によって表される:
Figure 0004637172
式(2)において、E及び“x”は上に述べたのと同じ定義にて用いられるが、但しUZM−4M及びUZM−5HSにおいては“x”は0〜0.5の範囲で変化する。Mlは、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属、アンモニウムイオン、水素イオン及びそれらの混合物から成る群より選択される少なくとも1つの交換性カチオンである。aはMl対(Al+E)のモル比、nはMlの加重平均原子価、y’はSi対(Al+E)のモル比、そしてz”はO対(Al+E)のモル比である。ゼオライトのための変数の値を以下の表Fに示す。
Figure 0004637172
y’の値は、表Fにてほぼ純粋なシリカに指定されている特定の値よりも大きい。ほぼ純粋なシリカ、とは殆ど全てのアルミニウム及び/又はE金属が骨格より除去されたということを意味する。全てのアルミニウム及び/又はE金属を除去するのは事実上不可能であることはよく知られている。数に関して、y’が少なくとも3,000、好ましくは10,000、そして最も好ましくは20,000の値を有している場合、ゼオライトはほぼ純粋なシリカである。従ってy’の値の範囲は、3、5、6.5又は7〜3,000までの範囲、好ましくは10より大きい値から3,000までの範囲;3、5、6.5又は7から10,000までの範囲、好ましくは10より大きい値から10,000までの範囲、そして3、5、6.5又は7から20,000までの範囲、好ましくは10より大きい値から20,000までの範囲である。
ゼオライトUZM−4M、UZM−5HS、UZM−8HS、UZM−15HS及びUZM−16HSは、さらに表G、H、I、J及びKにそれぞれに示される少なくともdスペース及び相対強度を有するX線回折パターンによって特徴付けられる。
Figure 0004637172
Figure 0004637172
Figure 0004637172
Figure 0004637172
Figure 0004637172
UZM−4M、UZM−5HS、UZM−8HS、15HS及び16HSは、アルミニウムを除去し、必要に応じ上記構造にシリコンを挿入することによって調製され、これによってSi/Al比を高め、ゼオライトの酸性度及びイオン交換特性を修正する。これらの処理には、a)フルオロケイ酸溶液又は懸濁液との接触処理;b)その後に酸抽出又はイオン交換が続く焼成又は蒸気処理;c)酸抽出又はd)これらの処理をいずれかの順序で組み合わせた処理が含まれる。
フルオロケイ酸処理は従来知られている技術であり、ゼオライトをフルオロケイ酸塩で処理する工程を含んだ米国特許第4,711,770号を引用する米国特許第6,200,463号明細書中に記載されている。両特許ともその全体が参照として組み込まれている。この処理の一般的条件として、ゼオライトを、20℃〜90℃の温度下でフッ化ケイ酸アンモニウム(AFS)などのフルオロケイ酸塩を含む溶液に接触させる処理がある。
酸抽出を行う際に用いられる酸には、鉱酸、カルボン酸及びそれらの混合物などが含まれる。これらの例として、硫酸、硝酸、エチレンジアミン四酢酸(EDTA)、クエン酸、シュウ酸等が含まれる。用いられる酸の濃度は決定的に重要な意味合いは持たないが、1重量%〜80重量%酸、好ましくは5重量%〜40重量%酸の範囲であると都合がよい。酸抽出の条件には、10分〜24時間、10℃〜100℃の温度下の条件も含まれる。一旦酸で処理されると、処理済のUZMゼオライトをろ過処理などの方法で分離し、脱イオン水で洗浄し、最高100℃までの周辺温度下で乾燥させる。
酸抽出より得られる脱アルミニウムの効果の程度は、出発UZMのカチオン型、そして抽出が行われる際の酸濃度、時間及び温度によって決まる。例えば、出発UZMゼオライトに有機カチオンが含まれている場合、脱アルミニウムの効果の程度は、有機カチオンが除去されたUZMゼオライトと比較すると僅かである。これは、もし脱アルミニウムの作用がUZMゼオライトの表面でのみ生ずるよう意図される場合には好適である。上述のように、有機カチオン除去のための好適な方法としては、焼成、アンモニア焼成、蒸気処理及びイオン交換が含まれる。焼成、アンモニア焼成及びイオン交換の条件は上記に示したとおりである。蒸気処理の条件としては、10分〜48時間、1%〜100%の蒸気で400℃〜850℃の温度下で、好ましくは1〜2時間、5〜50%の蒸気濃度で500℃〜600℃の温度下での条件が含まれる。
なお強調すべきこととして、焼成及び蒸気の両処理は有機カチオンを除去するのみならず、ゼオライトを脱アルミニウム化する作用も併せ持つ。従って脱アルミニウム化のための代替的実施の形態には:酸抽出が後に続く焼成処理、及び酸抽出が後に続く蒸気処理が含まれる。また脱アルミニウム化のための更なる実施の形態には、出発UZMゼオライトを焼成又は蒸気処理し、その後にイオン交換が続く処理が含まれる。勿論、酸抽出をイオン交換と同時、その前又はその後に行うことも可能である。
イオン交換の条件は前記に同じ、つまり15℃〜100℃の温度及び20分〜50時間の時間である。イオン交換は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属、水素イオン、アンモニウムイオン及びそれらの混合物から構成される群より選択されるカチオン(Ml’)から成る溶液を用いて行われる。このイオン交換を行うことによって、Mlカチオンは第2の又は異なるMl’カチオンと交換される。好適な実施の形態において、蒸気処理又は焼成工程の後、UZM組成物をアンモニウム塩から成るイオン交換溶液と接触させる。アンモニウム塩の例として、硝酸アンモニウム、塩化アンモニウム、臭化アンモニウム、酢酸アンモニウムなどが挙げられるが、これらに限定はされない。溶液を含んだアンモニウムイオンは、必要に応じて硝酸、塩酸、硫酸及びそれらの混合物などの鉱酸を含む。上記鉱酸の濃度は、H+対NH4 +比を0〜1とするのに必要なだけの量である。このアンモニウムイオン交換は、蒸気及び/又は焼成処理の後、細孔内に存在するデブリーの除去のために寄与する。
これまで述べたことからも明らかなように、有効な工程条件に関して、脱アルミニウム工程を通じてゼオライトの結晶構造の完全性がほぼ維持され、またゼオライトがその元の結晶化度の少なくとも50%、好ましくは少なくとも70%、より好ましくは少なくとも90%に維持されることが望ましい。出発物質の結晶化度に対する生成物の結晶化度を評価する簡便な方法は、それらの各X線粉末回折パターンのdスペースの相対強度を比較することである。上記の条件を前提とした任意の装置において出発物質のピーク強度の合計を標準として用い、続いて生成物の対応するピーク強度と比較する。例えばモレキュラーシーブ生成物のピークの高さの合計が出発ゼオライトのピーク強度の合計値の85%である場合は、85%の結晶化度が維持されたことになる。実際には、この目的のためのピークの一部のみ、例えば最高ピークの5又は6を利用するのが一般的である。結晶化度維持のその他の目安は、表面領域及び吸着能である。これらの試験は、置換金属が著しく変化、例えば試料によるX線吸収が増加する場合、又はピークが脱アルミニウム工程において実質的に変化する場合に好適である。
上述の脱アルミニウム処理のいずれかを経過した後、UZMゼオライトは通常乾燥させられ、以下に示すように用いられる。上記改質UZMゼオライトの性質は、1つ又は複数の追加処理によってさらに改質が可能である。これらの処理には蒸気処理、焼成処理、イオン交換が含まれ、個別に又はいずれかの組み合わせで行うことができる。これらの組み合わせのいくつかの例を以下に示す(これらに限定はされない):
蒸気処理 → 焼成処理 → イオン交換;
焼成処理 → 蒸気処理 → イオン交換;
イオン交換 → 焼成処理 → 蒸気処理;
イオン交換 → 蒸気処理 → 焼成処理;
蒸気処理 → 焼成処理;
必ずしもその結果が等しくなるとは限らないが、上述の脱アルミニウム処理をいずれかの順序で組み合わせ、本発明のゼオライトを生成することもできる。なお強調すべきこととして、処理の特定の順序、例えばAFS、酸抽出、蒸気処理、焼成処理、その他を必要な回数繰り返し、所望の性質を得ることも可能である。勿論、1つの処理を繰り返しその他の処理を繰り返さない、例えば蒸気処理又は焼成処理を行う前にAFSを2回以上繰り返すということも可能である。最後に、処理の順序及び/又は反復は、最終的なUZM−4M、UZM−5HS、UZM−8HS、15HS又は16HS組成物の性質を決定する。
ゼオライト出発物質の比率又はここで用いられるゼオライト生成物の吸着能等を特定する際、特に明記しない限りゼオライトの『無水状態』を意味する。ここで『無水状態』という用語は、物理吸着及び化学吸着水の両方を実質的に有していないゼオライトを指す用語として用いられる。
本発明の触媒の第2成分は、元素周期表のVIII族(IUPAC指定の第8、9及び10族)の金属から、好ましくは貴金属から選択される触媒金属成分である。貴金属の群は、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、白金、イリジウム及びオスミウムである。好適な触媒金属は、白金、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、イリジウム及びその混合物である。
触媒金属成分は、モレキュラーシーブか又は耐火性無機酸化物成分のいずれかの上に沈殿する。用いられる無機酸化物は従来よく知られているもののうちのいずれかであり、アルミナ、シリカ/アルミナ、シリカ、チタニア、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、クレイ及びジルコニア等が含まれるが、これらに限定はされない。混乱を避けるため強調するが、シリカ/アルミナという用語はシリカとアルミナの物理的混合を指すのではなく、共ゲル化又は共沈した酸性及び非晶質体を意味する。上記用語は従来よく知られた用語−例えば米国特許第3,909,450号、米国特許第3,274,124号及び米国特許第4,988,659号各明細書参照−である。用いられるアルミナには、ガンマアルミナ、シータアルミナ、デルタ及びアルファアルミナが含まれる。
上記触媒金属成分を、噴射含浸法又は気化含浸法などの従来よく知られた手段によってゼオライト又は無機酸化物のいずれかの上に沈殿させる。噴射又は気化含浸の両方法において、所望の金属の分解性化合物を含んだ溶液を用いる。分解性とは、加熱に際して上記化合物が分解し、触媒金属又は触媒金属酸化物が生成される、ということを意味する。使用可能な分解性化合物の非限定的な例として、塩化白金酸、パラジウム酸、塩化イリジウム酸、三塩化ロジウム、四塩化ルテニウム、三塩化オスミウム、塩化鉄、塩化コバルト、塩化ニッケル、硝酸鉄、硝酸コバルト、硝酸ニッケル、硝酸ロジウム、塩化白金酸アンモニウム、 白金四塩化水和物、塩化パラジウム、硝酸パラジウム、塩化テトラアンミン白金及び塩化テトラアンミンパラジウム(II)が含まれる。溶液を調製するために用いられる溶媒としては、アルコール、ジメチルホルムアミド(DMF)、ジメチルスルホキシド(DMSO)、テトラヒドロフラン(THF)及びアミンなどの有機溶媒、例えばピリジンを使用することも可能であるが、通常、水が用いられる。
噴射含浸処理には、溶液を少量採取しそれを担体(ゼオライト又は酸化物)上に吹き付ける処理が含まれる。この際担体は流動している。吹き付け処理が終了したら、湿った担体は乾燥又は仕上げ工程のための他の装置に移送される。
気化含浸の特定の1つの方法として、スチームジャケット回転乾燥器の使用が挙げられる。この方法において、担体は乾燥器内に配置された含浸液に浸され、乾燥器の回転動作によって回転させられる。回転する担体と接触した溶液の蒸発気体は、蒸気を乾燥器ジャケットに当てることによって迅速に処理される。続いて上記含浸した担体は60℃〜300℃の温度下で乾燥させられ、そして300℃〜850℃の温度で30分〜8時間焼成され、焼成触媒を生成する。
モレキュラーシーブが担体である場合は、触媒金属成分をイオン交換によってその上に沈殿させることも可能である。イオン交換は、モレキュラーシーブを20℃〜100℃の温度下、5分〜6時間の時間を含むイオン交換条件下で、所望の金属の化合物を含んだ溶液と接触させることによって行われる。
触媒金属成分が耐火性無機酸化物成分上に沈殿する場合には、触媒は別個の粒子によって構成される。1つの形態として、上記2つの粒子(耐火性酸化物及びゼオライト粒子)の緩い混合物があり、あるいは上記粒子は混合され、続いて円筒形、ペレット形、錠剤形、球形、不整形粒子等の成形体に形成される。こうした成形体を調製する方法は従来よく知られている。触媒金属がモレキュラーシーブ上に沈殿する場合には、無機酸化物が結合剤として機能し、結果生じる混合物は上記のいずれかの形状に形成される。
その他のもう1つの実施の形態において、最初にモレキュラーシーブ及び無機酸化物が混合され、成形体に形成され、続いて触媒金属を上記の手段のいずれかによって上記形成した複合体上に沈殿させる。この場合、上記触媒金属は、無機酸化物及びゼオライト担体の両方の上に沈殿していると考えられる。触媒金属がどのように、またどこに沈殿しているかにかかわらず、触媒金属は最終触媒中に、金属の割合で表すと上記触媒の0.01〜10重量%存在している。また強調すべきこととして、金属成分も、元素状態(ゼロ価)で、又は酸化物として上記触媒上に存在している。
また上記触媒は、触媒金属の活性を改質する改質剤も含む。上記改質剤は、チタン、ニオブ、希土類元素、錫、レニウム、亜鉛、ゲルマニウム及びその混合物から成る群より選択される。好適な希土類元素は、セリウム、イッテルビウム、ランタン、ジスプロシウム及びそれらの混合物である。上記改質剤成分は、触媒金属のための上記技術と同じ技術によって沈殿させられる。さらに上記改質剤は、必ずしもその結果が同じになるとは限らないが、上記触媒金属よりも前に、また後に、あるいは同時に担体上に沈殿させられる。改質剤は触媒金属と共に沈殿させるのが好ましい。改質剤の分量は大幅に変化するが、通常、元素として触媒の0.1〜50重量%、好ましくは1〜10重量%の範囲内である。
上述の触媒は、環状パラフィンが開環、又は開裂されて非環状パラフィンとなる工程に用いられる。上記開環工程に用いられる供給原料は、C5−C6脂肪族環、つまりナフテン環から構成されるものの内のいずれかである。ナフサ供給原料は、その含有する芳香族、ナフテン及びパラフィン成分の量が著しく変化する。供給源に応じて、供給原料は15%〜55%のナフテン類を含有する。ナフサ供給原料の1つの例は、17重量%の芳香族化合物、44重量%のナフテン類及び39重量%のパラフィン類を含んでいることがわかった。
上記供給原料流は、200℃〜600℃の温度、20,684kPagまで、望ましくは1379kPag〜13790kPagまでの大気圧、0.1〜30hr-1、望ましくは2〜10hr-1の液空間速度、そして0.1〜30、望ましくは1〜10のH2/HC(炭化水素)比、を含んだ開環条件で上記触媒と接触させられる。
以下の実施例は本発明の説明のために示されるのであって、添付請求項に記される本発明の一般的かつ広範な範囲に過度の制限を加えることを意図するものではない。
アルミニウム金属をHClに溶解させることによってアルミナゾルが調製された。Al−solの内容物822.4gの内、含まれているAl(A123として)105.32g及び94gのClを、60℃の温度下で12時間かけてNbCl52.91gと調合した。これにヘキサメチレン・テトラミン(HMT)302.1g及び水15.4gを加えた。生成した混合物の液滴が形成され、熱油塔に滴下させ、ここでゲル状球体が形成された。続いて上記球体を140℃の温度下で1.5時間熟成させ、0.25%のNH3溶液20リットルで95℃の温度下で2時間かけて洗浄し、100℃の温度下で16時間乾燥させ、そして3%の蒸気と共に空気中で550℃の温度下で2時間焼成した。
回転含浸装置内で、上記球体50ccに塩化白金酸(CPA)(Pt濃度は28.08mg Pt/ccであった)8.89cc及びHCl(37%)2gを含む水溶液50ccを含浸させた。過剰な溶液を100℃で蒸発させ、続いて触媒を空気流(3600cc/分)及び1.0MのHCl(45cc/分)中で、525℃の温度下で30分間焼成した。最後に、上記焼成した触媒を3000cc/分のH2で、500℃の温度下で1時間かけて還元した。上記触媒を分析することによって、上記触媒が0.93重量%のPt及び0.49重量%のNbを含んでいることが示された。この触媒を触媒Aと同定した。
内容物中、アルミナ766.2gをHNO3(70%)27gと混合させ、続いてTiO271.4g及び水563.9gを追加し、30分間かけて混合して、ドウを形成した。上記ドウを0.073”ダイプレートを通じて押し出し、そして押出物を550℃の温度下で2時間かけて焼成した。
回転蒸発器内で、上記押出物72.26gをHCl(37%)4.92ml及びCPA12.8mlを含んだ水溶液100mlと混合させた。溶液を蒸発させ、得られた触媒を焼成し、続いて実施例1と同様に還元した。触媒を分析することによって、上記触媒が0.49重量%のPtを含んでいることが示された。この触媒を触媒Bと同定した。
回転蒸発器内で、ガンマアルミナ押出物148.24gに、CPA26.03ml、La(NO331.60g及びHCl(44%)9.99mlを含んだ水溶液200mlを含浸させた。湿潤粉体を乾燥し、焼成し、実施例1に記載されているのと同様に還元した。得られた触媒を分析することによって、上記触媒が0.5重量%のPt及び0.32重量%のLaを含んでいることが示された。この触媒を触媒Cと同定した。
回転蒸発器内で、ガンマアルミナ押出物148.24gに、CPA26.68ml、NbCl51.11g及びHCl(44%)9.99mlを含んだ水溶液200mlを含浸させた。湿潤押出物を乾燥し、焼成し、そして実施例1に記載されているのと同様に還元した。得られた触媒を分析することによって、上記触媒が0.48重量%のPt及び0.16重量%のNbを含んでいることが示された。この触媒を触媒Dと同定した。
回転蒸発器内で、シータアルミナ油滴下球体63.63gに、CPA11.45ml、YbCl3.6H2Oを0.62g及びHCl(44%)4.29mlを含んだ水溶液100mlを含浸させた。湿潤球体を乾燥し、焼成し、そして実施例1に記載されているのと同様に還元した。得られた触媒を分析することによって、上記触媒が0.49重量%のPt及び0.46重量%のYbを含んでいることが示された。この触媒を触媒Eと同定した。
回転蒸発器内で、ガンマアルミナ押出物148.24gに、CPA26.68ml、HCl(44%)9.99mlを含んだ水溶液200mlを含浸させた。上記湿潤押出物を乾燥し、焼成し、そして実施例1に記載されているのと同様に還元した。上記触媒を分析することによって、上記触媒が0.52重量%のPtを含んでいることが示された。この触媒を触媒Fと同定した。
回転蒸発器内で、ガンマアルミナ押出物148.28gに、CPA26.68ml、YbCl3.6H2O1.45g及びHCl(44%)9.99mlを含んだ水溶液200mlを含浸させた。湿潤押出物を乾燥し、焼成し、そして実施例1に記載されているのと同様に還元した。得られた触媒を分析することによって、上記触媒が0.51重量%のPt及び0.40重量%のYbを含んでいることが示された。この触媒を触媒Gと同定した。
回転蒸発器内で、シータアルミナ油滴下球体95.73gに、CPA17.41ml、HCl(44%)6.52mlを含んだ水溶液150mlを含浸させた。湿潤球体を乾燥し、焼成し、そして実施例1に記載されているのと同様に還元した。得られた触媒を分析することによって、上記触媒が0.50重量%のPtを含んでいることが示された。この触媒を触媒Hと同定した。
回転蒸発器内で、アルミナ押出物148.24gに、CPA200ml、Dy(NO331.62g及びHCl(44%)9.99mlを含んだ水溶液を含浸させた。湿潤押出物を乾燥し、焼成し、そして実施例1に記載されているのと同様に還元した。得られた触媒を分析することによって、上記触媒が0.50重量%のPt及び0.39重量%のDyを含んでいることが示された。この触媒を触媒Iと同定した。
触媒B〜Iのメチルシクロペンタン開環活性及び選択性が以下のように試験された。上記触媒を、250〜450umメッシュの粒子35mgをマイクロリアクタ内に配置することによって試験し、乾燥したフッ化水素を用いて45cm3/分で、450℃の温度で4時間かけて前処理をした。続いて試料を、キャリアガスとしての水素内の2.7%がメチルシクロペンタンである供給原料を用いて、200℃〜350℃の温度下、0.5〜6hr-1の重量時空間速度(w2/sv)で試験した。350℃の温度下、0.5hr-1の重量時空間速度での試験結果を表1に示す。
Figure 0004637172
実施例10に示した結果は、Nb、Ti、及びYbなどの改質剤が、白金の開環に対する活性及び選択性の両方を向上させることを示している。
触媒A、B及びHの試料を、UZM−16の試料と混合し(70%UZM−16/30%触媒)、そしてそのメチルシクロヘキサンの開環活性及び選択性について以下のように試験を行った。Incollog800HTMチューブリアクタ内に、A、B又はHの40〜60メッシュ粉砕押出物を2.0g及びUZM−16を1.0g配置した。上記リアクタを、赤外線炉を用いて加熱した。デッドボリュームを最小化し、供給原料を予備加熱するために、触媒床に先立って不活性スペーサを配置した。上記供給原料は、加熱混合室内で水素キャリアガス(純度:>99%)と混合され、続いて1.5hr-1の重量時空間速度で触媒床を通じて流下するメチルシクロヘキサン(純度:98%)から構成されていた。260〜400℃の温度下、5516kPag(800psig)の圧力下で測定を行った。上記リアクタ流出物をオンラインガスクロマトグラフによって分析した。その結果を表2に示す。
Figure 0004637172
アルミニウム トリ−sec−ブトキシド(95%)46.32gを、水酸化ジエチルジメチルアンモニウム(20%)626.31gに加え、強く撹拌して溶解させた。この混合物に、沈降シリカ、UltrasilTMVNSP3(85% SiO2)142.5gを、続けて撹拌しながら加えた。セパレートビーカー内で、TMACl(97%)21.47g及び5.22gのNaClを、58.18gの脱イオン水中に溶解させた。続いてこの溶液を、前の反応混合物に加えた。生成した混合物を20分間かけて均質化し、続いて最終的な反応混合物を、1つの0.6Lステンレス鋼撹拌オートクレーブを含む複数のオートクレーブに分配した。上記0.6Lオートクレーブを加熱し、150℃の温度で120時間維持した。その後、遠心分離によって固体を回収し、脱イオン水によって洗浄し、95℃で乾燥させた。
0.6L反応から分離した生成物は、ゼオライト指定UZM−15の特性線と一致するX線回折パターンを示した。続いてUZM−15(60g)の試料を1.57MのHCl溶液120mlと混合させ、95℃の温度で1時間かけて加熱し、有機テンプレートの大部分を除去した。次に、上記懸濁液をまだ熱い状態のままろ過し、脱イオン水500mlで洗浄した。上記ろ過ケーキを一夜通して空気乾燥させ、上述のようにHClで処理し、脱イオン水の2つの500ml部分を用いて洗浄し、95℃で乾燥させた。
CondeaSBTMアルミナ19.1gと20%HNO329.0gとをまず混練することによって、70重量%ゼオライト(UZM−15)及び30%のアルミナの押出物を調製した。続いてHCl抽出UZM−15(37.0g)、ソルカフロック(1.5g)押出助剤及び追加脱イオン水を解膠アルミナに加え、一貫性のある生地が得られるまで継続して混練した。次に上記生地を0.16cmのダイ孔を有するダイプレートを通じて押し出してグリーン押出物を形成し、続いてまずN2にて、次に空気中で500℃の温度下で2時間かけて活性化した。この触媒を試料Jと同定した。
Al(Osec−Bu)3(95+%)35.2gをBzTMAOH(40%)927.5gに加えることによって、アルミノシリケート反応混合物を調製し、続いて20分間撹拌しながら、コロイダルシリカ(LUDOXTM AS−40、40%SiO2)416.5gをゆっくり追加した。次に、上記生成した混合物をオートクレーブにて125℃の温度下で120時間かけて反応させた。上記固形生成物を回収、洗浄した。UZM−16のものと一致するX線パターンを示した。続いて上記粉末を500℃の温度下で焼成し、次にNH4NO3交換し、ろ過し、脱イオン水で洗浄し、90℃で乾燥した。実施例12に記載される手順と同様の手順で70重量%のUZM−16及び30重量%のA123から成る触媒を調製した。この触媒を試料Kと同定した。
以下の手順でアルミノシリケート反応混合物を調製した。Al(Osec−Bu)3(97%)804.4gを、DEDMAOH(20%aq)7330gに強く撹拌しながら加えた。この混合物に、沈降シリカ(UltrasilTM VN SP3、89%SiO2)2530gを継続して撹拌しながら加えた。脱イオン水3115g中にNaOH127gを含む溶液を調製し、前の混合物に加え、30分間かけて均質化させた。上記生成した混合物をオートクレーブ内で150℃の温度下で185時間かけて反応させた。上記固形生成物をろ過処理によって回収し、脱イオン水で洗浄し、95℃で乾燥させた。上記生成物を、粉末X線回折分析によってUZM−8と同定した。上記ゼオライトはまずNH4NO3交換されてナトリウムを除去し、続いて実施例12に記載された手順と同様の手順によって調製し、70重量%UZM−8及び30重量%Al23の触媒となった。この触媒を試料Lと同定した。
以下の手順でアルミノシリケート反応混合物を調製した。Al(Osec−Bu)3(97%)66.51gを、DEDMAOH(20% aq)918.29gに強く撹拌しながら加えた。この混合物に、沈降シリカ(UltrasilTM VN SP3、89%SiO2)208.95gを継続して撹拌しながら加えた。脱イオン水169.05g中にNa2SO437.2gを含む溶液を調製し、前の混合物に加え、10分間かけて均質化させた。UZM−8シードの1.7g部分を上記混合物に加え、追加的に20分間混合した。この最終反応混合物の1077.3g部分を2Lテフロン(登録商標)ラインオートクレーブに移した。上記オートクレーブを150℃の温度下のオーブンに配置し、上記混合物を静止した状態で10日間反応させた。上記固形生成物をろ過処理によって回収し、脱イオン水で洗浄し、そして95℃で乾燥させた。上記生成物を、粉末X線回折分析によってUZM−8と同定した。上記ゼオライトはまずNH4NO3交換されてナトリウムを除去し、続いて実施例12に記載された手順と同様の手順によって調製し、70重量%UZM−8及び30重量%Al23の触媒となった。この触媒を試料Mと同定した。
容器内で、アルミナ219.3gとHNO3(70%)12.9gとを混合し、この解膠混合物に、アルミナ109.6g、SM−3モレキュラーシーブ(米国特許第4,943,424号に基づいて調製した)84.3g、メタセル(methacel:メチルセルロース)A4M1.5g及び水197.4gを加えた。生成した生地を35分間かけて混合し、続いて0.16cmのダイを通じて押し出した。上記押出物を300℃の温度下で1時間かけて乾燥させ、次に流動する空気中で550℃の温度下で2時間かけて乾燥させた。この触媒を試料Nと同定した。
実施例5の手順を通じてSAPO−11及びアルミナを含んだ触媒を調製した。上記SAPO−11は、米国特許第4,440,871号に基づいて調製した。この触媒を試料Oと同定した。
回転蒸発器内で、各試料より8.35gを採取し、塩化白金酸(28.08mg Pt/ml)2.97cc及びHCl(37%)0.569mlを含んだ溶液15mlに接触させることによって、試料J〜Oに白金を分散させた。上記溶液を100℃で含浸させ、上記含浸基剤を525℃の温度下で、流動空気(3600cc/min)及びHCl(45cc/min)中で30分間焼成した。上記焼成した触媒を、500℃の温度下で1時間かけて流動水素H2(3000cc/min)中で還元した。最終的な触媒における白金の量は1重量%であることがわかった。上記触媒はそれぞれ同定した触媒J〜Oであった。
触媒J〜Oのメチルシクロヘキサン開環活性及び選択性について以下のように試験した。IncolloyTMチューブリアクタ内に、各試料の40〜60メッシュの粉砕押出物3gを配置した。赤外炉を用いて上記リアクタを加熱した。デッドボリュームを最小化し、供給原料を予備加熱するために、触媒床に先立って不活性スペーサを配置した。上記供給原料は、加熱混合室内で水素キャリアガス(純度:>99%)と混合され、続いて5hr-1の重量時空間速度で触媒床を通じて流下するメチルシクロヘキサン(純度:>98%)から構成されていた。いろいろな温度下で、5516kPa(800psi)の圧力下で測定を行った。上記リアクタ流出物をオンラインガスクロマトグラフによって分析した。その結果を表3に示す。
Figure 0004637172

Claims (7)

  1. VIII族(IUPAC族8−10)金属成分、
    チタン、ニオブ、希土類元素、錫、レニウム、亜鉛、ゲルマニウム及びそれらの混合物から成る群より選択される改質剤成分、
    UZM−4、UZM−4M、UZM−5、UZM−5HS、UZM−5P、UZM−6、UZM−8、UZM−8HS、UZM−15、UZM−15HS、UZM−16、UZM−16HS及びそれらの混合物から成る群より選択されるモレキュラーシーブ、
    及び耐火性無機酸化物、
    を含んでいることを特徴とする環状パラフィンを開環するための触媒。
  2. VIII族金属が、白金、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、イリジウム及びそれらの混合物から成る群より選択されることを特徴とする請求項1記載の触媒。
  3. 耐火性無機酸化物が、アルミナ、シリカ、シリカ/アルミナ、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、クレイ、ジルコニア及びそれらの混合物から成る群より選択されることを特徴とする請求項1記載の触媒。
  4. 希土類元素が、セリウム、イッテルビウム、ランタン、ジスプロシウム及びそれらの混合物から成る群より選択されることを特徴とする請求項記載の触媒。
  5. モレキュラーシーブが、8、10又は12の環細孔を有し、また弱から中程度の酸性度を有する群より選択されることを特徴とする請求項1記載の触媒。
  6. 環状パラフィンから非環状パラフィンを生成する方法であって、該方法は、環状パラフィンを含む供給流を開環条件下で触媒と接触させて、環状パラフィンの少なくとも一部を非環状パラフィンに変換する工程を含み、前記触媒が、請求項1〜のいずれか1項に記載の触媒を含んでいることを特徴とする方法。
  7. 開環条件が、200℃〜600℃の温度、20,684kPagまでの大気圧、及び0.1〜30hr-1の液時間空間速度を含むことを特徴とする請求項記載の方法。
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