JPH01122919A - ゼオライトの二段合成方法 - Google Patents

ゼオライトの二段合成方法

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JPH01122919A
JPH01122919A JP63215322A JP21532288A JPH01122919A JP H01122919 A JPH01122919 A JP H01122919A JP 63215322 A JP63215322 A JP 63215322A JP 21532288 A JP21532288 A JP 21532288A JP H01122919 A JPH01122919 A JP H01122919A
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zeolite
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silica
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ポーチエン チユウ
Wayne Kirker Garry
ゲリー ウエイン キルカー
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ドナルド ジヨセフ クロツク
Pooru Makuuiriamuzu Jiyon
ジヨン ポール マクウイリアムズ
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、合成が促進され、再現性が向上し、生成物が
高い純度、小さな、均一な結晶サイズを有し、改善され
た触媒活性と安定性が得られる、温度をプログラム制御
したゼオライトの改良された合成法に関する。
〈従来の技術及び発明が解決すべ1!課題〉天然、合成
を問わずゼオライト物質はさまざまの種類の炭化水素転
化反応に対して触媒特性を有していることが、これ迄に
示されている。かなりのゼオライト物質は、X線回折で
決定されるような明確な結晶構造を有しており、その中
に多数の小さなキャビティーがあり、それが多数の更に
小さい孔路又は細孔で相互連結されている規則正しい、
多孔質の、結晶性アルミノシリケートである。特定され
たゼオライト物質についてはこれらのキャビティーと細
孔の大きさがきまっている。(均一でおる)これら細孔
の寸法はする寸法の分子を吸着して受入れる一方、より
大きな寸法の分子を排斥するようになっているので、こ
れらの物質は1モレキユラーシーブ(分子篩)”として
知られるようになり、これらの性質を利用してさまざま
の方法で利用されている。
天然、合成を問わすか\るモレキュラーシープにはさま
ざまのカチオンを含有している結晶性アルミノシリケー
トがある。これらのアルミノシリケートは酸素原子を共
有することによって四面体が架橋し、その結果アルミニ
ウムと珪素原子の合計対酸素原子の比が1:2である、
SiO4とAlO4の強固な三次元骨格構造として記述
できる。アルミニウムを含有する四面体の原子価はカチ
オン例えばアルカリ金属又はアルカリ土類金属の結晶内
混在によってバランスされている。このバランスした原
子価は、アルミニウム対多数のカチオン例えばCa% 
、 Sr/2 、Na、K又はLlの数の比が1に等し
いという式で表わすことができる。常法のイオン交換法
を利用しである種類のカチオンを全部でも一部分でも他
の種類のカチオンに交換することが可能である。か\る
カチオン交換を利用して、カチオンを適切に、選択する
と所定のアルミノシリケートの性質の変更が可能となっ
ている。脱水前は四面体間の空間は水の分子で占められ
ている。
先行技術では例えば若干を例示しても、ゼオライ)A(
米国特許第4884243号)、ゼオライトX(同第4
882.244号)、ゼオライトY(同第3,130,
007号)、ゼオライ)ZK−5(同第3,247,1
95号)、ゼオライ)ZK−4(同第3,314,75
2号)、セオラ4トZSM−5(同第3,702,88
6号)、ゼオライトZSM−1H2O/SiO同第3,
709,797号)及びゼオライ)ZSM−12(同第
3,832,449号)のように多種多様なゼオライト
が合成されている。
用語”ゼオライト”はシリカ及びアルミナを含有する物
質を含有するが、シリカ及びアルミナは全部又は一部分
他の酸化物で置換できることを理解されたい。より特に
はGeO2は当業者周知の5iO1置換体であシ、一方
B、 03、Cr2O3、Fe103、及びGal’0
3は当業者周知のA1.03置換物でおる。従って用語
“ゼオライト′″は本明細書中では珪素原子だけ、場合
によっては珪素とアルミニウム原子をその結晶格子構造
中に含有している物質だけでは無く、か\る珪素及び/
又はアルミニウムについての適当な置換原子を含有する
物質を指すものとする。勿論か\る置換は必ずしも全体
では無い。他方、用語“アルミノシリケートゼオライト
″は本明細書中で、その結晶格子構造が本質上珪素及び
アルミニウム原子から成るゼオライト物質を示すものと
する。
本発明は特に、必要成分として有機指向剤及びアルカリ
金属カチオン、シリカ及びアルミナの語源から成る水性
反応混合物を創製し、規定された範囲内の結晶化湿度に
混合物を加熱することによってその合成が都合良く達成
される、それらのゼオライト例えばアルミノシリケート
又は類似物質に関する。
例えば結晶性シリケートZSM−23、及びピロリジン
指向剤を含有する反応混合物からの従来のその製造法は
米国特許第4,076.842号で教示されている。結
晶性シリケートZSM−35及びピロリジン又はエチレ
ンジアミン指向剤を含有する反応混合物からのその従来
の製法は米国特許第4,088,706号に教示されて
いる。
米国特許第4,341,748号は例えばエタノール;
ZSM−5又はZSM−11種:エタノール及び種;エ
タノール及び水酸化アンモニウム;及びエタノール、水
酸化アンモニウムと種を含有した反応混合物からのZS
M−5又はZSM−11の合成を示している。
く課題を解決する手段〉 本発明によれば、結晶性ゼオライトの合成方法に於て、
窒素を含む有機指向剤及びシリカ、アルミナ及びアルカ
リ金属カチオンの語源を含有する結晶性ゼオライト合成
用の水性反応混合物を形成し、結晶の核生成が起こる迄
該混合物を82乃至127℃に保持し、且つその後、該
ゼオライトの結晶化が終る迄、133乃至177℃に該
混合物を保持することを特徴とする結晶性ゼオライトの
合成方法が提供される。好ましい態様では反応混合物は
、酸化物のモル比で示して次の範囲: Si 02/ All 03  :  6 200H2
O/ S t 02   :  2 250OH’7S
iO2   :  0.001−0.5M”/Stow
    :  0.001−0.5R/ Sing  
   :  0.1−1.2〔但しMはアルカリ金属を
表わしており、lt有機指向剤を表わしており、そして
OH−はアルカリの無機源からの分のみを計算するもの
とする〕の組成を有する。有機指向剤として該反応混合
物の2乃至60重量%を構成する1−6個の炭素原子の
アルコール又はジオールを更に含んでいても良い。
核生成が起って後、反応混合物は好ましくは結晶化が終
る迄、143乃至160℃に保持する。反応混合物が0
.01乃至10重量−の該ゼオライトの種をさらに含有
していると合成が促進される。ある好ましいゼオライト
の合成では窒素を含む指向剤はピロリジンであシ、そし
である場合にはシリカ及びアルミナの源を珪酸ナトリウ
ム、硫酸アルミニウム及び水から水性ゲルを形成し、該
ゼオライトの種をゲルと混合し、生成混合物を洗浄して
ナトリウムを除去し、且つf過し、そして次に洗浄した
混合物を噴霧乾燥する。
場合によってはその後、噴霧乾燥した混合物をアンモニ
ウム交換して、次にか焼してアンモニウムカチオンを分
解する。別の方法ではシリカの源を、硫酸の添加に依り
珪酸ナトリウム水溶液からシリカを沈降させ、沈降した
シリカを水と硝酸アンモニウム水溶液で洗ってナトリウ
ムを除去して製造し得る。
ゼオライ)ZSM−23の合成に対しては反応混合物は
組成: 広義 好適 最適 5iOv′A1103 : 20−20040−150
40−120H2O/SiO2: 5−200 5−5
0 1O−40oH−/sto、 : 0.001−0
.30.001−0.20.001−0.15K”/S
iO,: 0.001−0.30.001−0.30.
001−0.25R/SiO,: 0.1−1 0.2
−0.8 0.2−0.8を有し、結晶の核生成が起こ
る迄11反応混合物を104乃至121℃に保持する。
好ましくは該窒素を含む有機指向剤の存在させ得るアル
コール又はジオールに対するモル比は10:1乃至1:
5、好ましくは3:1乃至1:3である。
ゼオライ)28M35の合成に対しては、反応混合物は
次の組成を有する: 広  義     好  適 SiO2/Al2O3: 8.8−200 12−60
H,o/5to2: 2..05−2505−125O
H7sto、 : 0.05−0.5 0.07−0.
49Na”/SiO2:  0.05−0.5  0.
07−0.49R/5iOz : 0.11.2 0.
2−0.9窒素を含む指向剤はエチレンジアミンであっ
て、そして(使用する時は)アルコール又はジオールは
エタノール又はエチレングリコールとなシ得る。
結晶の核生成が起こる迄に反応混合物を保持する時間は
、6乃至96時間、好ましくは24乃至48時間である
。核生成後、結晶化のために、混合物を保持する時間は
24乃至300時間、好ましくは24乃至100時間で
ある。
本発明は又、上述の方法で合成したゼオライトラアルミ
ナ結合剤と複合し、複合体をか焼してその中の有機物質
(即ち指向剤又はその残渣)を分解し、か焼した複合体
をアンモニウム交換し、交換しだ複合体をか焼してアン
モニウムイオンを分解することを特徴とする、有機化合
物転化用の触媒の製造方法も包含している。好ましくは
得られた複合体を少なくとも300℃で、少なくとも1
時間、101乃至2500 k Paの圧力で5−10
0%スチームで処理する。
これらのゼオライト、又はそれらより成る触媒は有機化
合物の転化、特に炭化水素の転化例えばエチレンを用い
るベンゼンのアルキル化又はエチルベンゼンの脱アルキ
ル化に使用できる。
核生成は種レベルより大きい結晶の存在のX線検知で確
認される。133乃至177℃の操作の好ましい時間の
終結時には結晶化が本質上完了している。
本発明の一態様はゼオライトの晶子サイズ(晶子の大き
さ)の減少を伴なうものである。それ以外を等しくする
と、より小さな晶子サイズのゼオライトはより大きな触
媒の初期活性を有する傾向があシ、かつ接触プロセス中
、特にコークによる細孔の閉塞に関し、活性をより長期
間保持し続ける傾向がある。晶子サイズのゼオライト活
性に対する影響は一方向性で相互交差しない孔路系を有
する中程度の細孔サイズのゼオライト例えばZSM−2
3の場合に格別顕著であります。本発明の態様によれば
、アルコール及び/又はジオールが減少した晶子サイズ
のゼオライトの製造を可能にするために反応混合物に使
用されている。
OH−の量は有機塩基からの分を考慮せず、アルカリの
無機源からの分のみを合計する。OH−/5in2及び
M”/SiO2の値に添加する反応混合物成分を意図的
に変えることによって事実上ゼロに近付けることができ
る。殆んどの場合、反応混合物は少なくとも0.01w
tチ、好ましくは少なくとも0゜1wtチ、そしてより
好ましくは約1wtチ乃至約10 wt Toの種結晶
を含有し、そして約10wt’%乃至約98wt%の、
好ましくは約30wt%乃至約90wt%の固体より成
る。本発明に従って60よυ小のSiOシ’Al2O3
モル比を有する反応混合物からゼオライ) Z S M
 −23を合成することができる。
本発明によって合成できるゼオライトは、米国特許第3
.702,886:  3,709,979;  3,
832,449;4.556,477;  4,076
.842:  4,086,186;4.016,24
5;4,397,827;及び4.640.849の各
最中でX線回折によってそれぞれ規定されているZSM
−5、ZSM−11、ZSM−12、ZSM−22、Z
SM−23、ZSM−34、ZSM−35、ZSM−4
8及びZSM−50が包含される。
合成したばかシのZSM−23は、酸化物のモル比を用
いて示し、かつ無水の状態で次の組成を通常示す;(0
,040,08)N : (0−0,15) KzO:
 (0,5−40) AbOs :(100)SiO鵞 但しNは窒素含有指向剤からのNである。
それは次のX線回折データで規定される:表  1 11.2 ± 0.23             M
lo、1 ± 0.20             W
7.87 ± 0.15             W
5.59 ± 0.10             W
      ’5.44 ± o、io       
      w4.90 ± 0.10       
      W4.53 ± 0.1OS &90 ± Q、Q8             VS
3.72 ± o、os             v
s3.62 ± 0.07             
VS3.54 ± 0.07            
 M3.44 ± 0.07            
 S3.36 ± 0.07            
 W3.16 ± 0.07            
 W3.05 ± 0.06            
 WZ99 ± 0.06             
W285 ±0.06            WZ5
4 ± 0.05             M2.4
7  ± 0.05             Wlo
  ± 0.05             W2.3
4 ± o、os            w従来法で
合成したZSM−23の結晶サイズは約1乃至約2μm
である、一方本発明で合成したものは約0.2乃至約0
.5μmの均一な狭いサイズ範囲、通常は約0.2μm
である。
合成したばかシのZSM−35は酸化物のモル比を用い
て示して、無水の状態で次の組!y、を通常示し;(0
,3−45) R,0: (0−0,8) M、O: 
A1.O卑:)8SiOz但しRは有機窒素含有カチオ
ンで6D、Mはアルカリ金属カチオンである、そして特
徴的な粉末X線回折パターンで規定される。
好筐しい合成された形態では、このゼオライトは酸化物
のモル比を用いて示して、無水の状態で次のような式を
有している: (0,4−45)R,O: (0−0,6)M、O:A
1.O,: x Sin。
但しRはエチレンジアミン又はピロリジンから誘導され
た有機の窒素含有カチオンであり、Mはアルカリ金属特
にはナトリウムでアシ、そしてXは8より大で約50迄
である。
合成のZSM−35ゼオライトは表2に示す顕著なライ
ンを実質上示すX線回折パターンを有している明確な他
と区別できる結晶構造を有している。
7.10 ± 0.15            M6
.98 ± 0.14             M6
.64 ± 0.14             M5
.78±0.12            W5.68
 ± 0.12            W4.97 
± 0.10             W4.58±
 0.09            W3.99±o、
os            s3.94 ±0.08
M−8 3,85±0.08            M3.7
8±o、os            s3.74 ±
 o、os            w3.66 ±0
.07            M3.54± 0.0
7            VS3.48± 0.07
            VS3.39 ± 0.07
             W3.32±0.07  
          W−M3.14±0.06   
         W−M190 ± 0.06   
         W2.85 ± 0.06    
        W2.71±0.05       
    W2.65±0.05           
 W2.62 ±0.05            W
158 ±o、os            w2.5
4±0.05            W248 ±o
、os            w表1及び2のX線回
折データは銅に一α照射線を用い、グ:)ファイト回折
ビームモノクロメータとシンチレーションカウンタを備
えたPh1lips  回折装置で蒐集した。回折デー
タは0604°の20(θはブラッグ角)のステップ走
査と、各ステップで4秒のカウンティング時間で記録し
た。格子面間隔dはオングストローム(A) (=0.
1 nm )で計算し、バックグラウンド以上のライン
の相対強度I/I。
(Ioti最強のラインの強度の1/100である)は
プロフィールフィチングルーチン(又は2次微分アルゴ
リズム)を用いて導いた。強度はLorentz  及
び分極作用を補正していない。相対強度は略字vS=極
めて強い(60−100)、S=強い(4o−60)、
M=中位(20−40)、及びW=弱い(0−20)を
用いて示し、VSO上の方をvvSとした。この試料に
ついて示した回折データで単一のラインで示されている
ものが、ある条件例えば晶子のすィズの差又は極めて高
度な実験的分解能又は結晶学的変化の下では、分解され
た又は部分的に分離したラインとして表われる可能性の
ある多重のラインであることもあることを理解されたい
。典型的には結晶学的変化には構造の形態に変化を与え
ない、単位セルパラメータの僅かな変化及び/又は結晶
対称性の変化がある。これらの僅かの影響は、相対強度
の変化も含めて、カチオン含量、骨格組成、細孔充填の
性質と度合い、及び熱及び/又は水熱履歴の変化の結果
として起こり得る。
上記の特定反応混合物+I11成は適切な成分を供給で
きる物質を利用して製造できる。か\る組成物には、別
個のアルミニウム源が望まれる時にはアルミン酸塩又は
アルミナがある。コストを節約し且つ高い反応混合物の
固体包含を可能にする珪素の好ましい源には無定形の沈
降シリカ、又は乾燥又はか焼しておらず3wt%以下の
ナトリウム含量のシリカアルミナがある。か\る源はゼ
オライトZSM−23の合成に特に有用である。反応混
合物で利用される各成分が1廿又は2押以上の必祭反応
物から供給でき、そして如何なる順序でも混合できるこ
とを理解されたい。反応混合物はバッチ式でも連続式で
も訓製できる。
他の珪素源、例えば乾燥又はか焼したシリカ沈降物、固
体シリカ又はかyb例えば約3wt%以上のす) IJ
ウムを有するシリカはZSM−23以外のゼオライトの
合成に有効である。例えば固体シリカ例えばUltas
il  (沈降、噴霧乾燥シリカ)又はHiSil(約
6wt%の遊離H20と約4.5wt%の水利結合H2
0を含有し、究極の粒子サイズが約0.02μmである
沈降、水和SiO2)が必要とされる温度プログラム制
御条件下で上記の反応混合物から結晶構造例えばZSM
−5又はZSM−35の合成に好ましい珪素の酸化物源
である。珪酸ナトリウムを使用すると、ZSM、−23
は本明細書中で有効とされている核生成用の低い温度の
範囲では核生成を起さないっ無定形シリカ沈降物は可溶
性シリカ源の溶液から製造できる。好ましくは溶液は9
乃至12のpH範囲の水溶液である。シリカの源は可溶
性珪酸塩のいずれでも良く、好ましくは珪酸ナトリウム
である。シリカ前駆体は溶液相からの連続沈降で形成さ
れる。従って、沈降は沈降の開始と、該沈降の持続から
成る。
可溶性シリカ源の溶液の組成の変化は沈降剤の導入によ
って起こる。−態様では沈降剤は醗の源である。従って
沈降剤は酸溶液であっても良い。この溶液の酸は鉱酸例
えばH,So、、)101.HNO3等のいずれでも良
く、本質上O乃至約6のpH範囲を有する。従ってシリ
カ前駆体の沈降は珪酸塩の塩基性溶液の酸中和で実施で
きる。
シリカは他のゼオライト骨格元素例えばアルミニウムの
源無しで沈降できる。この方法で沈降剤とシリカ源の溶
液の両方を意図的に添加したアルミナ又はアルミナ源の
無いものにし得る。即ちこの態様では、シリカ沈降反応
混合物にはアルミニウムを意図して添加しない;然しア
ルミニウムはどこにでもあって、か\る物質の少量での
存在は反応物の前駆体中の不純物か反応容器から抽出さ
れた不純物によるのであろう。アルミナの源を添加しな
い時は、シリカ前駆体沈降物中のアルミナの量は約0.
5wt%以下、一般に0.2wt%以下であろう。アル
ミナの源を添加するとシリカ前駆体沈降物中のアルミナ
のih約約5wt%色なる。
シリカ沈降は、アルミニウム、ガリウム、インジウム、
硼素、鉄及びクロムを含めた他のゼオライト骨格元素の
可溶性源の共存下で共沈できる。これらの他のゼオライ
ト骨格成分の可溶性源は例えは硝酸塩となり得る。共沈
生成物は無定形、例えば無定形シリカ−アルミナ、シリ
カーボリア又はシリカーガリアであろう。
無定形シリカ前駆体の連続的沈降は、シリカ源溶液及び
沈降剤の反応帯への、シリカ源の沈降剤に対するモル比
を実質上一定に保持しての導入から成る。例えば沈降剤
とシリカ源を同時に反応帯に導入する。
シリカ前駆体の連続沈降は二つの結果を生じる。第一に
シリカゲル形成が少なくとも実質上無くなり、第二に沈
降したシリカ前駆体の粒子サイズが、シリカゲル形成が
可能なシリカ粒子サイズ金上廻る。沈降したシリカ前駆
体は微球形の凝集した固体から成る。これらの粒子の懸
濁体は本発明の次のゼオライト合成反応混合物の高い固
体含量、約10−40%又はそれ以上の固体含量でさえ
も、低い粘度を示す。沈降したシリカ前駆体の粒子サイ
ズは1−500μmの範囲であるが、平均サイズは50
−100μmである。
シリカ前駆体の沈降に影響する他の条件には、時間、p
H及び温度がある。沈降混合物の温度は80乃至300
下(約27乃至150℃)の範囲をとり得る。シリカ源
溶液と沈降剤との接触時間は約6乃至11のpHに保っ
て約10分乃至数時間の範囲をとシ得る。一般にシリカ
前駆体は例えば濾過によって単離し、そして洗浄及び/
又はイオン交換によって可溶性汚染物質を除去する操作
をする。この段階は固体固化工程と考え得るっ 混合指向剤中で任意的に用いるアルコール又はジオール
は直鎖又は枝分れアルキル(又はアルキレン)として1
乃至6個の炭素原子を有している。代表的なアルコール
又はジオールにはメタノール、エタノール、プロパツー
ル、インプロパツール、エチレングリコール、1.2−
プロピレンクリコール、1.3−プロピレングリコール
又はその混合物がある。アルコール又はジオールの量は
全合成混合物重量の約2乃至60チ、例えば約2乃至約
10%、より狭くは全合成混合物重量の約2乃至約4チ
である。結晶化反応混合物へのアルコール又はジオール
の添加は単独でも、製造すべきゼオライトの種結晶の添
加と組合わせても行なうことができる。
ここに開示されたゼオライトの描初のカチオン、例えば
アルカリ金属は、少なくとも部分的に他のカチオン例え
ば水素、水素イオン前駆体、及び/又は周期律表の第1
IA族、IIIA族、IVA族、jB族、IIB族、I
IIB族、TVB族、VfB族及び/又は第■族の金属
とイオン交換に依り、置換できる。指向剤から誘導され
た有機カチオンにか焼によって水素イオンに分解されよ
う。
触媒的に活性な形のゼオライトには水素、稀土類、アル
ミニウム、周期律表の第■族及び第■族の金属及びマン
ガンのカチオンが包含されていよう。
ゼオライトはさまざまの有機化合物、例えば炭化水素の
転化反応に触媒として使用でき、特に分解、水素化分解
、脱ろう、ワックス異性化及び芳香族化合物アルキル化
例えばエチレンを用いたベンゼンのアルキル化によるエ
チルベンゼン合成に特に有用である。
本明細書記載の方法で製造したゼオライトは合成したま
まの型、アルカリ金属型及び水素型でも別の一価又は多
価カチオン型でも使用できる。これらゼオライトは水素
化成分例えばタングステン、バナジウム、モリブデン、
レニウム、ニッケル、コバルト、クロム、マンガン又f
d水素化−脱水素能を必要とする時は貴金属例えば白金
又はパラジウムと緊密に組合わせても使用できる。か\
る成分は組成物中に交換して入れることも、その中に含
浸すること又はそれと物理的に緊密に混合することもで
きる。か\る成分は一例として白金の例を示すと、ゼオ
ライトを白金金属含有イオンで処理してゼオライトの中
又は上に含浸できる。この目的に対する適切な白金化合
物には塩化白金酸、塩化白金、白金アミン錯体を含有す
るさまざまの化合物がある。
2種以上の金属の組合わせ及び2徨以上の導入方法の組
合わせも使用できる。
触媒はさまざまの粒子サイズに形成できる。−収約に言
って、粒子は粉末、顆粒又は成型品例えば2メツシユ(
タイラー)篩を充分通過し、400メツシユ(タイラー
)篩に留るのに充分な粒子サイズを有する押出品、に成
形できる。例えば押出によって触媒を成形する時には、
乾燥前に結晶性物質を押出成型することも、乾燥又は部
分乾燥してから押出し成型することもできる。
多くの触媒の場合、ゼオライトをある有機転化プロセス
で使用される温度及び他の諸条件に耐える別の物質と複
合するのが望ましい。か\るマトリックス物質には活性
及び不活性物質及び合成又は天然産ゼオライト並びに無
機物質例えば粘土、シリカ及び/又は金属酸化物例えば
アルミナがある。後者はシリカ及び金属酸化物の混合物
を包含する天然産のもの又はゲル状沈殿、ゾル又はゲル
の形でも良い。
ゼオライトと組合わせた活性物質の使用は、かなりの有
機転化プロセスで転化率及び/又は選択率を向上させ得
る。
不活性物質は稀釈剤として適切に作用して所定プロセス
の転化率を制御し、その結果、反応速度を制御する他の
手段を用いずに生成物を経済的且つ規則的に得ることが
できる。
多くの場合、結晶性シリケート物質は天然産粘土例えば
ベントナイト及びカオリンに包含させられている。これ
らの物質即ち粘土、酸化物等は部分的には触媒用結合剤
の役割を果す。製油所では触媒がしばしば手荒く取扱わ
れて触媒が粉末状物質に崩壊する傾向があり、この粉末
状物質がプロセス上の問題を起すことがあるので、触媒
に良好な破砕強度を与えるのが望ましい。適切なマトリ
ックス物質と比率は本発明の出願人の米国特許第183
4449号に開示されている。
本発明の特定の態様によれば、合成したま\の形のゼオ
ライ)t−アルミナ結合剤と組合わせて、アルミナ結合
ゼオライトを水素型に変換し、触媒の安定性を増加させ
□るに充分な条件下でアルミナ結合ゼオライトをスチー
ム処理することに依り、ゼオライトの安定性が増加する
。米国特許第4.663,492;4,594,146
;4.52λ929;及び4.429,176号はか\
るゼオライト触媒のスチーム安定化用条件を記載してい
る。スチーム安定化工程は少なくとも300℃(例えば
300°−650℃)の温度で、少なくとも1時間(例
えば1−200時間)、101−2,500kPaの圧
力でアルミナ結合ゼオライトを5−100%スチームと
接触させることより成る。よ#)特には触媒を315−
500℃、常圧で2−25時間、75−100%スチー
ムでスチーム処理すると良い。上述の米国特許に記載さ
れ九スチーム安定化処理に依れば、触媒のスチーム処理
は触媒のアルファー活性を先ず増大させて最高のアルフ
ァー活性を有するスチーム処理触媒をつくり出す充分条
件下で行なわれる。然しスチーム処理はこの時点では中
止しない。
スチーム処理を続けて、最高のアルファー活性がスチー
ム処理しない触媒のアルファー活性と実質上同一のそし
てスチーム処理しない触媒の当初のアルファー活性の7
5%以上のアルファー活性へと引続き減少する。
アルファー試験は、標準触媒と比較したその触媒の相対
的接触分解活性指標である。アルファー値は(単位時間
当シの、単位容積の触媒当りのn−ヘキサン転化速度)
の相対速度定数である。それは高活性シリカ−アルミナ
分解触媒の活性をα=1として基準にとっており、さら
に1スーパーアクティブ・クリスタリン・アルミノ−シ
リケート・ハイドロカーボン・クラッキング・キャタリ
スッ”ビー・ピー・ワイン及びジエー・エヌ・マイエル
、ジャーナルーオプ・キャタリシス、第4巻、第527
−529頁(1965年8月) [@5uperact
ive Crystalline AI’umino−
8ilicate HydrocarbOH Crac
king CatalystsM%by P、 B、 
Weisz and J、N、 Miale、 Jou
rnal ofCatalysis、Vol、4.pp
、527−529(Auqust1965))  と題
する編集者への通信文書でさらに規定されている。
本発明に従って合成されたゼオライトは重質油留分を低
いろう含量を有する接触腕ろう油にする接触腕ろう又は
水素化腕ろうで;ろう分の多い送入原料から脱ろう油生
成物を与える異性化脱ろうで;潤滑油基油から減少した
ろう含量の接触水素化脱ろう潤滑油基油を与える接触水
素化脱ろうで;そして異性化、アルキル化、不均化又は
トランスアルキル化によって芳香族化合物の他の芳香族
化合物への転化で、以下に詳述するように有用である。
一般にこれらのプロセスの転化条件には、約100℃乃
至約800℃の温度、約0.1気圧(バール)乃至約2
00気圧(203バール)の圧力、約0.08hr−”
乃至約2000 hr−1の重量空間速度又は約0.5
hr−”乃至約100 hr””の液空間速度及び0(
水素添加無し)乃至約100の水素/送入原料炭化水素
化合物モル比が包含されている。
炭化水素の低分子量炭化水素への分解は約230℃乃至
約800℃の温度、約0.1気圧(バール)乃至約35
気圧(35,5バール)、約0.1hr−” 乃至約2
00 hr−’の重量空間速度又は約0.6hr””乃
至約10 hr−’の液空間速度及び0乃至約100の
水素/送入原料炭化水素化合物モル比で実施できる。
接触プロセスの送入原料が脱ろう用の重質油留分から成
る時は、好ましい転化温度は約230℃乃至約500℃
である。送入原料が脱ろう用の潤滑油基油から成る時は
、好ましい転化温度は約230℃乃至約500℃であっ
て、約0乃至約100の水素/潤滑油基油モル比を有す
る。か\る送入原料の異性化脱ろう用には、好ましい条
件に約250”F(121℃)乃至約500″F(26
0℃)の温度、約500psig(35,5バール)乃
至約1500 psig(104,5バール)の圧力、
及び約0.2hr−”乃至約5.0hr−1の液空間速
度が含まれている。
転化すべき送入原料芳香族化合物には、単独の又は混合
物の、ベンゼン及び4個以下のメチル及び/又はエチル
置換体を有する7乃至12個の炭素原子?持つ単環アル
キル置換ベンゼンがある。か\る送入原料化合物の非限
定的例にはベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベン
ゼン、メシチレン(1,3,5−)リメチルベンゼン)
、デュレン(1゜2.4□5−テトラメチルベンゼン)
、プソイドキュメン(1゜2.4−トリメチルベンゼン
)とその混合物がある。
アルキル化については他の反応物様が存在させ得る。ア
ルキル化剤にはオレフィン例えばエチレン、プロピレン
及びドデシレン、ホルムアルデヒド、そのアルキル部分
が1乃至24個の炭素原子を持つハロゲン化アルキル、
アルコール及びエーテルがある。少なくとも1個の反応
性アルキル基ヲ1する多数のそれ以外の非環式化合物が
アルキル化剤として利用できる。
芳香族化合物転化プロセスの生成物には所望の転化反応
に応じ次送入原料化合物と異なったアルキル置換ベンゼ
ン化合物が包含されている。次のリストは非限定的な例
を示す: ベンゼン      エチレン    エチルベンゼン
トルエン      メタノール   キシレン異性体
例えば9 : 73 :18          例え
ば23:57:20のパラ:メタニオ        
  のパラ:メタニオつた組合わせ トルエン              ベンゼン及ヒキ
シレン ン トルエン      プロピレン   キュメン異性体
芳香族化合物転化プロセスの機構は、異性化、アルキル
化、脱アルキル化、トランスアルキル化及び特にトルエ
ンの不均化であろう。
一般に、芳香族転化プロセスは約150℃乃至約760
℃の温度、約0.1気圧(バール)乃至約200気圧(
203バール)の圧力、約0.1hr−”乃至約200
 hr−”の重量空間速度及び0(添加水素無し)乃至
約100の水素/送入原料炭化水素化合物モル比で行な
われる。
か\る芳香族化合物転化プロセスには;約150℃乃至
約600℃の温度、約0.1気圧乃至約70気圧の圧力
、約0.1hr””乃至約200 hr−”の重量空間
速度及び約0乃至約100の水素/炭化水素モル比を含
めた反応条件でのキシレン送入原料のp−キシレンに富
む生成物への異性化;約200℃乃至約760℃の温度
、約常圧乃至約65気圧(65,9バール)の圧力及び
約0.1hr””乃至約20 hr−”の重量空間速度
を含めた反応条件でのトルエンのベンゼンとキシレンか
ら成る生成物への不均化;約150℃乃至約650℃の
温度、約常圧乃至約200気圧の圧力、約2hr””乃
至約2000 hr−”の重量空間速度及び約1/1乃
至約動の送入原料芳香族炭化水素/アルキル化剤モル比
を含めた反応条件での、芳香族炭化水素例えばベンゼン
及びアルキルベンゼンの、アルキル化剤例えばオレフィ
ン、ホルムアルデヒド、ハロゲン化アルキル及びアルコ
ールの存在下でのアルキル化;及び約200℃乃至約7
60℃の温度、約常圧乃至約200気圧の圧力、約10
 hr−1乃至約1000hr−’の重量空間速度及び
約1/1乃至約16/1の送入原料芳香族炭化水素/ポ
リアルキル芳香族炭化水素モル比を含めた反応条件での
ポリアルキル芳香族炭化水素共存下での芳香族炭化水素
のトランスアルキル化がある。
本発明の方法で合成したゼオライトが触媒として使用で
きる他の特定された炭化水素転化反応は、エチルベンゼ
ンの脱アルキル化である。か\るプロセスはC8芳香族
(即ちエチルベンゼン+3種のキシレン異性体)からの
p−キシレンの製造と分離で興味あるものである。か\
る脱アルキル用の適切な条件には、少なくとも700下
の、例えば700下(371℃)乃至1000下(53
8℃)の、より特には700−800″F(371−4
21℃)の反応温度が含まれる。例えば約600下(3
16℃)のより低い温度ではエチルベンゼンは脱アルキ
ル化よりネ均化を起こす傾向がある。エチルベンゼン脱
アルキル化反応生成物は(1)ベンゼン、及び(2)エ
チレン及び/又はエタン、である。
水素をエチルベンゼンと共に反応中に導入した時にエチ
レンよりもエタンを生成し易い傾向がある。脱アルキル
化反応は、低い圧力例えば常圧で添加水素無しで又高い
圧力で水素の存在下例えばオクタファイニング(0ct
af ining)条件で起こシ得る。後者の場合、触
媒を水素化/脱水素反応について活性を有する金属、例
えばニッケル又は白金、と組合わせて使用し得る。エチ
ルベンゼン脱アルキル化反応は一種又は二種以上のキシ
レン異性体が存在していても、存在していなくても起こ
シ得る。
本発明の特質とその実施方法をさらに完全に説明するた
めに以下の例を示す。
例 1 (比較例) 652のピロリジンと659のエチレングリコールから
成る130fiの混合有機指向剤を、30fのAlz(
SOa)s・14H20,40fの88%KOH溶液及
び900りの水を含む溶液に加えた。得られた溶液を、
珪酸す) +7ウムを硫酸で中和したに沈降物を水と硝
酸アンモニウムで洗ってナトリウムを除去して製造した
395Fのアンモニウム型の無定形シリカ前駆体(46
%固体)に加えた。
10f量のZSM−23種結晶を次に上記混合物を加え
、この合成用の反応混合物を形成した。反応混合物はモ
ル比で; Si Ox/Al、os =  60 Hgo/ si os   =  20OH−/ S 
i Oz   =  0.1K”/ S i Ox  
 =  0.2R/SIO!   =  0.62 (但しRは混合有機物である)の組成と13wt%の固
体金tを有していた。水酸化物濃度は無機源からのみを
計算する。
反応混合物を次にオートクレーブ中で13′2..2℃
に直接加熱し、その温度で攪拌して結晶化させた。16
8時間後、生成した結晶を濾過に依り残りの液体と分離
し、水洗して121℃で1晩乾燥した。
分析により得られた結晶がZSM−23であることが立
証された。この例のZSM−23’を次にアルミナと混
合し、65重量部のZSM−23と35重量部のアルミ
ナの混合物を形成した。充分の水を生成した混合物に加
えて1.6+w+(”716インチ)の押出品に押出成
型した。押出品を窒素中538℃で3時間か焼し、次に
1.ON硝酸アンモニウム水溶液と交換させた。交換し
た押出品を次に空気中、538℃で3時間か焼した。
例 2 (比較例) 659のピロリジン及び652のエチレングリコールよ
り成る1302量の混合有機指向剤を、30りのAlH
2O/SiO804)!・14H20,50fの88%
KOH溶液及び720fの水を含む溶液に加えた。生成
溶液を、珪酸ナトリウムを硫酸で中和し、沈降物を水と
硝酸アンモニウムで洗浄してナトリウムを除去して製造
した6501のアンモニウム型の無定形シリカ前駆体(
39,7%固体)に加えた。
102量のZSM−23種結晶を次に上記混合物に加え
て本例の合成用反応混合物を形成した。反応混合物はモ
ル比で: S i Ox/ Ah Os  =  82HIO/ 
Si Ox   =  150H7SiO鵞  =0.
1 K+/SiO2   =  0.2 R/ 5ift    =  0.46(但しRは混合
有機物である)の組成と17vrt%の固体含量を有し
ていた。水酸化物濃度は無機源からのみを計算する。
反応混合物をオートクレーブ中で143.5℃に直接加
熱し、その温度で攪拌して結晶させた。144時間後、
得られた結晶を濾過に依り、残シの液体から分離し、水
洗して121℃で1晩乾燥した。
分析に依り得られた結晶がZSM−23であることが立
証された。
この例のZSM−23’e次にアルミナと混合して、6
5重量部のZSM−23と35重量部のアルミナの混合
物を形成した。生成混合物に充分水を加えて1゜6℃m
 (1/16インチ)の押出品に押出成型した。押出品
を窒素中538℃で3時間か焼し、次に1.ON硝酸ア
ンモニウム水溶液と交換させた。交換した押出品を空気
中538℃で3時間か焼した。
例3 シリカの源(Ultrasil )、アルミナの源(硫
酸アルミニウム)、及びピロリジン及び水を混合してモ
ル比で=St (h/ Al2O2=  14.0H2
0/SiO鵞     =27.10H−/SiO鵞 
 =0.1 N!L+/SiO!=   αI N / All Os   =  16.5の組成を有
する水性反応混合物を形成した。
混合物を核生成が起こる迄、104.5℃で250℃戸
で攪拌しつつ24時間保持した、その後、温度を143
.5℃に上昇させて、その値に48時間保持し結晶化を
起させた。
例1と同様にゼオライト生放物を分離、洗浄、乾燥し、
105%の結晶化度のZSM−35であることが判明し
た。
結晶は主としてはi0.IX0.5X1.02mの均一
な直交小板の形態で分析値(wt%)は: 810、     69.3 Al2O28,7 Na           1.7 N            1.71 C6,33 灰分      85.9 であった。
例4 本発明の改良点を示すために、例1と同一の反応混合物
を攪拌オートクレーブ中で先ず121℃に加熱し、ZS
M−23の核生成が起こる間、24時間その温度に保持
し穴。
オートクレーブ温度を結晶化を完了するために次に14
3.5℃に上昇した。143.5℃の結晶化温度での2
60時間の後、例1と同じく生成した結晶を分離、洗浄
及び乾燥した。
得られた結晶は約0.2μmの均一な結晶サイズを有す
るZSM−23であることが分析で立証された。
例5 例1.2及び4の触媒生成物の試料を別々に、順番に固
定床反応器に充填した。それらは各々、380”/hr
のベンゼンと160”/hrのエチレン(エチレンベー
スで4 hr−’のWH8V)(重量空間速度〕から成
る送入原料と399℃、300psig(2L7バール
)で接触させた。24時間のオンスドリーム後、各触媒
上で次の結果が得られ九:例1  23  0.07 
  0.0008 0.0008例2  22   0
.00   0.003  0.008例4  81 
  0.14   0.0   0.0006例4で合
成された物質のすぐれた性能は例5の結果から明らかで
ある。例4の触媒は81wt%のエチレンを転化したが
、一方例1及び例2の触媒は23及び22wt%しか転
化しなかつ次。エチレンでのベンゼンのアルキル化では
所望のエチルベンゼンが主要生成物であるが、少量のジ
ー及び多分トリーエチルベンゼンがエチルベンゼンと同
時に常に生じ、その量はベンゼンのエチルベンゼンの転
化率に左右される。生成したポリエチルベンゼンはアル
キル化帯に再循環して、そこでベンゼンでトランスアル
キル化されて更にエチルベンゼンを生成することができ
る。別の方法ではポリエチルベンゼンを別の反応器でベ
ンゼンを用いてトランスアルキル化できる。従ってポリ
エチルベンゼンの形状はアルキル化剤、エチレンの究極
的損失にならぬ。
他方、エチルベンゼン及びポリエチルベンゼン以外のア
ルキル化反応中に生じる芳香族化合物、例えばキシレン
類は一般に副生物と呼ばれ、エチレンの不可逆的な損失
を生じ、生成物精製上の難点を惹起する。0−キシレン
の生成は、(1)その比較的低い市場価値と、(2)常
法によるエチルベンゼンから00−キシレンの分離の困
難さ、から特に望ましくない。
本発明の結晶性物質の使用は例5のアルキル化反応での
0−キシレンの生成を最小にする。か\る使用は全キシ
レン副生物も最小にして、必要なプロセスのメークアッ
プ比を最小にする。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、結晶性ゼオライトの合成方法に於て、窒素を含む有
    機指向剤及びシリカ、アルミナ及びアルカリ金属カチオ
    ンの諸源を含有する結晶性ゼオライト合成用の水性反応
    混合物を形成し、結晶の核生成が起こる迄該混合物を8
    2乃至127℃に保持し、且つその後、133乃至17
    7℃に該混合物を保持し該ゼオライトの結晶化を行なう
    ことを特徴とする結晶性ゼオライトの合成方法。 2、該反応混合物が酸化物のモル比で示して次の組成:
    SiO_2/Al_2O_3:6−200 H_2O/SiO_2:2−250 OH^−/SiO_2:0.001−0.5M^+/S
    iO_2:0.001−0.5 R/SiO_2:0.1−1.2 〔但しMはアルカリ金属を表わしており、Rは有機指向
    剤を表わしており、そしてOH^−はアルカリの無機源
    からだけの分を計算するものとする〕を有する請求項1
    記載の方法。 3、該反応混合物が該混合物の2乃至60重量%を占め
    る1−6個の炭素原子のアルコール又はジオールをも含
    んでいる請求項1又は2記載の方法。 4、核生成後、反応混合物を結晶化が終る迄143乃至
    160℃に保持する請求項1乃至3のいずれか1項に記
    載の方法。 5、該反応混合物が0.01乃至10重量%の該ゼオラ
    イトの種を更に含んでいる請求項1乃至4のいずれか1
    項に記載の方法。 6、該窒素を含む指向剤がピロリジンである請求項1乃
    至5のいずれか1項に記載の方法。 7、シリカ及びアルミナの該源を、珪酸ナトリウム、硫
    酸アルミニウム及び水から水性ゲルを形成し、該ゼオラ
    イトの種をゲルと混合し、得られた混合物を洗浄してナ
    トリウムを除去し、且つろ過し、そして次に洗浄した混
    合物を噴霧乾燥して製造する請求項5又は6に記載の方
    法。 8、噴霧乾燥した混合物をアンモニウム交換し、次にか
    焼してアンモニウムカチオンを分解する請求項7記載の
    方法。 9、該シリカの源を、硫酸の添加に依り珪酸ナトリウム
    水溶液からシリカを沈降させ、且つ沈降シリカを水及び
    硝酸アンモニウム水溶液で洗浄しナトリウムを除去して
    製造する請求項1乃至6のいずれか1項に記載の方法。 10、該反応混合物が組成: SiO_2/Al_2O_3:20−200H_2O/
    SiO_2:5−200 OH^−/SiO_2:0.001−0.3K^*/S
    iO_2:0.001−0.3 R/SiO_2:0.1−1 を有し、且つ結晶化させるゼオライトがZSM−23で
    ある請求項1乃至9のいずれか1項に記載の方法。 11、該組成が: SiO_2/Al_2O_3:40−150H_2O/
    SiO_2:5−50 OH^−/SiO_2:0.001−0.2K^+/S
    iO^2:0.001−0.3 R/SiO_2:0.2−0.8 である請求項10記載の方法。 12、該組成物が: SiO_2/Al_2O_3:40−120H_2O/
    SiO_2:10−40 OH^−/SiO_2:0.001−0.15K^+/
    SiO_2:0.001−0.25R/SiO_2:0
    .2−0.8 である請求項10又は11記載の方法。 13、結晶の核生成が起こる迄、該反応混合物を104
    乃至121℃に保持する請求項10乃至12のいずれか
    1項に記載の方法。 14、該窒素を含む有機指向剤の該アルコール又はジオ
    ールに対するモル比が10:1乃至1:5である請求項
    3乃至13のいずれか1項に記載の方法。 15、該比が3:1乃至1:3である請求項14記載の
    方法。 16、該反応混合物が組成: SiO_2/Al_2O_3:8.8−200H_2O
    /SiO_2:2.05−250OH^−/SiO_2
    :0.05−0.5 Na^+/SiO_2:0.05−0.5 R/SiO_2:0.1−1.2 を有し、且つ結晶化させるゼオライトがZSM−35で
    ある請求項1乃至9のいずれか1項に記載の方法。 17、該組成が: SiO_2/Al_2O_3:12−60 H_2O/SiO_2:5−125 OH^−/SiO_2:0.07−0.49Na^+/
    SiO_2:0.07−0.49R/SiO_2:0.
    2−0.9 である請求項16記載の方法。 18、該窒素を含む指向剤がエチレンジアミンである請
    求項16又は17記載の方法。 19、該アルコール又はジオールがエタノール又はエチ
    レングリコールである請求項3乃至18のいずれか1項
    に記載の方法。 20、結晶の核生成が起こる迄、該混合物を保持してお
    く時間が6乃至96時間である請求項1乃至19のいず
    れか1項に記載の方法。 21、結晶の核生成が起こる迄、該混合物を保持してお
    く時間が24乃至48時間である請求項1乃至20のい
    ずれか1項に記載の方法。 22、核生成後、結晶化のために該混合物を保持してお
    く時間が24乃至300時間である請求項1乃至21の
    いずれか1項に記載の方法。 23、核生成後、結晶化のために該混合物を保持してお
    く時間が24乃至100時間である請求項1乃至22の
    いずれか1項に記載の方法。 24、請求項1乃至23のいずれか1項に記載の方法で
    合成したゼオライトをアルミナ結合剤と複合し、複合体
    をか焼してその中の有機物を分解し、か焼した複合体を
    アンモニウム交換し、且つ交換した複合体をか焼してア
    ンモニウムイオンを分解することを特徴とする触媒の製
    造方法。 25、生成複合体を少なくとも300℃で、少なくとも
    1時間、101乃至2500kPaの圧力で、5−10
    0%のスチームで処理する請求項24記載の方法。 26、請求項1乃至23記載の方法で合成したゼオライ
    トより成る触媒の有機化合物転化プロセスでの使用。 27、触媒を請求項24又は26記載の方法で調製する
    請求項26記載の使用。 28、転化プロセスがエチレンを用いるベンゼンのアル
    キル化である請求項26又は27記載の使用。 29、転化プロセスがエチルベンゼンの脱アルキル化で
    ある請求項26又は27記載の使用。
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