JPH03277692A - 高オクタン価ガソリン基材の製造方法 - Google Patents

高オクタン価ガソリン基材の製造方法

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JPH03277692A
JPH03277692A JP2413348A JP41334890A JPH03277692A JP H03277692 A JPH03277692 A JP H03277692A JP 2413348 A JP2413348 A JP 2413348A JP 41334890 A JP41334890 A JP 41334890A JP H03277692 A JPH03277692 A JP H03277692A
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功 鈴木
Kazuo Hirabayashi
平林 一男
Tadami Kondo
忠美 近藤
Hiroaki Nishijima
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  • Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)
  • Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)

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】
[0001]
【技術分野】
本発明は、軽質炭化水素を原料とし、これから芳香族炭
化水素を主成分とする高オクタン価ガソリン基材を製造
する方法に関するものである。 [0002]
【従来技術及びその問題点】
従来、オクタン価の高いガソリンを得る目的には、白金
アルミナ系触媒による直留ナフサの接触改質が商業的に
広く採用されている。この接触改質における原料ナフサ
は、自動車用ガソリン製造を目的とする場合には、沸点
70〜180℃の留分が、またBTX製造を目的とする
場合には、60〜150℃の留分がそれぞれ用いられて
いる。しかし、この接触改質法では、原料炭化水素の炭
素数の減少とともに芳香族への転化割合が著しく低下す
るため、炭素数2〜7のパラフィン及び/又はオレフィ
ンを主成分とする軽質炭化水素より高オクタン価ガソリ
ンを製造することは困難である。このため、現状では、
この軽質炭化水素の用途(石油化学用原料、都市ガス製
造用原料等に限られている。それ故、この軽質炭化水素
からの高オクタン価ガソリンの製造は、軽質炭化水素の
付加価値の増大、ガソリン消費量の増大への対応のため
注目されている技術である。 [0003] 軽質炭化水素を原料とする高オクタン価ガソリン基材の
製造に関連する技術としては、軽質炭化水素を結晶性シ
リケート、特にZSM−5及びZSM−5型C結晶性シ
リケートと接触させる方法が種々知られている。例えば
、特開昭59−98020号公報によれば、組成式3N
a O: 9 (C3H7) 4NOH: 0.33G
a  0 ・25Si○ °450HOで表わされる結
晶質ケイ酸ガリウムの焼惑23°     2°   
 2 物をアンモニウムイオン交換後仮焼して触媒として用い
、n−ブタンとプロパンをそれぞれ芳香族化処理する方
法が具体的に示されている。しかしながら、こC従来法
では、軽質炭化水素からの高オクタン価ガソリン基材収
率が低く、工業閉には未だ満足すべきものではなかった
。 [0004]
【発明の課題】
本発明は、軽質炭化水素を原料とする高オクタン価ガソ
リン基材の製造において、前記従来技術に比較し、高め
られた高オクタン価ガソリン基材収率を与える方法を提
供することをその課題とする。 [0005]
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、炭素数2〜7のパラフィン及び/又は
オレフィンを主成分として含む軽質炭化水素よりリサー
チ法オクタン価95以上の高オクタン価ガソリン基材を
製造するに際し、該軽質炭化水素を、温度350〜65
0℃、水素分圧2. 5kg/cm以下の条件で、SiC2及びGao4四面
体で骨格が構成され、かつMxO(Mはアルカリ金属又
はアルカリ土類金属を表わし、Xは、Mがアルカリ金属
の場合は2であり、Mがアルカリ土類金属の場合は2で
ある)とGa2O3と(7)(−ル比が0.5〜2.5
及びS l 02とG a 203のモル比が18〜1
50の範囲にある結晶性ガロシリケートの水素型ガロシ
リケートと接触させることを特徴とする高オクタン価ガ
ソリン基材の製造方法が提供さ−れる。 [0006] 本明細書でいう高オクタン価ガソリン基材とは、リサー
チ法オクタン価95以上であり、炭素数6〜10の芳香
族を多量に含むものである。この高オクタン価ガソリン
は、自動車用燃料あるいは、芳香族製造用として使用し
うるものである。また、本明細書でいう高オクタン価ガ
ソリン製造原料となる軽質炭化水素とは炭素数2〜7の
パラフィン及び/又はオレフィンを主成分として含むも
のであり、炭素数5〜7のパラフィンを主成分とするナ
フサ留分中の沸点100℃以下の軽質留分等がその代表
例となる。 [0007] 本発明で用いる結晶性ガロシリケートは、水熱合成によ
るゲル結晶化やシリケートゼオライト結晶の格子骨格中
にガリウムを挿入する方法で得ることができる。ゲル結
晶化法は、目的とする量のガリウムを含有させて結晶性
ガロシリケートを調製できるので簡便な方法である。ゲ
ル結晶化法による結晶性ガロシリケートは、シリケート
合成のために必要な成分の他に、必須成分としてガリア
源を含む水性混合物を水熱合成条件に保持することによ
り得ることができる。例えば、シリカ源としては、ケイ
酸ソーダ、ケイ酸カリウム等のケイ酸塩、コロイド状シ
リカ、シリカ粉末等を用いることができる。また、ガリ
ア源としては、硝酸ガリウム、塩化ガリウム等のガリウ
ム塩や酸化ガリウム等を用いることができる。目的とす
る結晶性ガロシリケートの成長を速めるとともに純度を
良くし、良質の製品を得るために有機添加物も使用でき
る。有機添加物としては、テトラプロピルアンモニウム
塩、テトラブチルアンモニウム塩、トリプロピルメチル
アンモニウム塩等の第4級アンモニウム塩、プロピルア
ミン、ブチルアミン、アニリン、ジプロピルアミン、ジ
ブチルアミン、モルホリン等のアミン、エタノールアミ
ン、ジグリコールアミン、ジェタノールアミン等のアミ
ノアルコール、エタノール、プロピルアルコール、エチ
レングリコール、ピナコール等のアルコールの他、有機
酸、エーテル、ケトン、アミノ酸、エステル、チオアル
コールあるいは、チオエーテルを用いることができる。 さらに、水熱合成条件下で、上記の有機添加物を生成す
るような化合物を使用することもできる。アルカリ金属
源、アルカリ土類金属源としては、ナトリウム、カリウ
ム等のアルカリ金属、マグネシウム、カルシウム等のア
ルカリ土類金属の各水酸化物、ハロゲン化物、硫酸塩、
硝酸塩、炭酸塩等を用いることができる。原料中には、
上記の化合物の他に、pH調整剤として、硫酸、硝酸等
の鉱酸を含んでもよい。上記の各々の原料となる一種以
上の化合物を含む水性原料混合物は、50〜300℃、
好ましくは、100〜250℃の自己圧下で、1時間〜
7日程度、好ましくは、1〜5日間保持することにより
結晶操作を行う。また、この生成物は、必要に応じ、慣
用の変性化処理を施すことができる。従って、本明細書
でいう結晶性ガロシリケートは、前記水熱合成によって
製造されたものの他、その変性化処理によって得られる
各種の変性物をも包含するものである。 [0008] MASNMR(Magic  Angle  Spin
ning  NuclearMagnetic  Re
5onance)分析により、結晶性シリケートの結晶
構造中に存在する元素及びその組成について有益な情報
を直接あるいは間接的に得ることができる。例えば、ア
ルミノシリケートにおいては、アニオン性骨格構造中の
四面体配位のA1についての情報が27AI−NMRに
より得られる。また、構造中の(S i○)四面体に隣
接する4個の四面体(T 04 : T =A l 、
  S 1)に関する情報が295i−NMRにより得
られる。本明細書中に示すガロシリケートにおいても、
71Ga−NMRにより骨格構造中の四面体配位のAl
、Gaの29  ・ 存在が示され、 Sl−NMR分析の情報から結晶構造
中のSiO/Ga2O3モル比が推算された。 [0009] 結晶性ガロシリケートの化学的特性の1つとして酸性質
が挙げられる。一般に酸量はアンモニア、ピリジン等の
塩基性物質を用いた昇温脱離や吸着熱測定等により測定
することができる。ガロシリケートでは、合成に使用し
たガリウムの量にみあう酸量が測定されており、ガリウ
ムが結晶構造中のアニオン性骨格構造中にあることが示
される。 [0010] 本発明で用いる結晶性ガロシリケートは、一般的に、骨
格構造中に0.6〜1o、o重量%のガリウムを含有し
、S iO/ G a 203のモル比18〜150で
2 あるが、その組成が、500℃以上の焼成物の酸化物の
モル比で表わして、次式で示されるものが好ましい。ま
た、本発明で用いる結晶性ガロシリケートは、その製造
原料由来のアルミナを不純物として微量含む場合がある
が、このような微量のアルミナの存在は特に問題とされ
ない。一般には、31021モル当り0゜001モル程
度までのアルミナの存在は許容される。 [0011] aMXO・GaO・bSiO2・CH2O3 [0012] 前記組成式中、Mはアルカリ金属又はアルカリ土類金属
を表わし、Xは、Mがアルカリ金属のときは1、Mがア
ルカリ土類金属のときは0.5である。また、a−Cは
次の数値を示す。 [0013] a:o、5〜2.5、好ましくは0.6〜2.00b:
18〜150、好ましくは20〜1400c:1〜10
0、好ましくは1〜50゜[0014] 特に有用なシリケートはMFIタイプ及び/又はMEL
タイプである。MFIタイプ、MELタイプシリケート
は、「The  5tructure  Comm1s
sion  of  the  Internatio
nal  ZeoliteAssociation」に
より公表された種類の公知ゼオライト構造型に属するも
のである[At1as  of  Zeolite  
5tructure  Types、by  W、M、
Meiyer  and  D、H,01son (1
978):Distributed  by  Po1
ycrystal  Book  5ervice、P
ittsburgh、PA、 USA、l。 [0015] 水熱合成で得られるガロシリケートは、通常、ナトリウ
ムやカリウム等のアルカリ金属および/またはマグネシ
ウム、カルシウム等のアルカリ土類金属を含んでいるが
、本発明においては、触媒とするために、水素型ガロシ
リケートに変換させる。このための方法としては、例え
ば、塩化アンモニウムや硝酸アンモニウム等のアンモニ
ウム塩を含む水溶液中でイオン交換し、アンモニウム型
とした後に、350〜650℃に焼成する。また、水素
処理及び/又は水蒸気処理はガロシリケート触媒の芳香
族化活性の維持に効果がある。ま本発明で用いるガロシ
リケートは種々の形態で用いることができ、粉末状の他
、アルミナ、シリカ等のバインダーを加えて、押出し成
形や、スプレードライ、打錠成形等の方法で、粒状板状
、ペレット状等の各種成形体とすることができる。前記
水素型ガロシリケートを得るための処理は、粉末状のも
のに対して適用し得る他、このような成形体に対して適
用することもできる。 [0016] 本発明で用いる水素型ガロシリケートは、軽質炭化水素
を原料とした高オクタン価ガソリン基材製造用触媒とし
て極めてすぐれた触媒活性を有する。 [0017] 本発明により高オクタン価ガソリン基材を製造するには
、軽質炭化水素を、温度350〜650℃、水素分圧5
kg/cm2以下の条件で、水素型ガロシリケートに接
触させる。この場合、触媒として用いる水素型ガロシリ
ケートは、補助成分として金属成分を担持させて用いる
ことができる。この場合、担持金属としては、触媒活性
を向上させるものとして、マグネシウム、カルシウム、
ストロンチウム、バリウム、ランタン、セリウム、チタ
ン、バナジウム、クロム、モリブデン、タングステン、
マンガン、レニウム、鉄、ルテニウム、コバルト、ロジ
ウム、イリジウム、ニッケル、パラジウム、白金、銅、
銀、亜鉛、アルミニウム、インジウム、ゲルマニウム、
スズ、鉛、リン、アンチモン、ビスマス、セレン等が挙
げられる。これらの金属は、単独の他、2種以上を組合
わせて用いることもでき、その担持量は金属換算で0.
1〜10重量%である。金属の担持方法としては、イオ
ン交換法、含浸法等の公知の技術を用いることができる
。また、本発明で触媒として用いる水素型ガロシリケー
トには、反応に際してのコークの堆積の抑制を目的とし
て、マグネシウム、カルシウム、ランタン及びセリウム
、ルテニウム、イリジウム中から選ばれる1種以上の金
属を担持させることができ、その担持量は、金属換算で
0.01〜5重量%である。 [0018] 前記本発明の軽質炭化水素の転化方法における反応温度
は、反応物である軽質炭化水素の組成と高オクタン価ガ
ソリン基材の収率等を考慮して定められるが、350〜
650℃が好ましい範囲である。反応温度を低くするこ
とは、メタン、エタン等の軽質ガスの副生を抑えるもの
の、高オクタン価ガソリン基材の収率を減少させる。ま
た、高温では高オクタン価ガソリン基材の収率を高める
ことができるが、コーク等による触媒の活性低下を促進
し、触媒の再生頻度を増加させることとなる。軽質炭化
水素がn−パラフィンを主成分とする場合には、450
〜650℃、イソ−パラフィンを主成分とする場合には
、400〜600℃、オレフィンを主成分とする場合に
は、350〜550℃がさらに好ましい温度範囲となる
。 [0019] また、前記転化方法においては、大気圧下でも十分な高
オクタン価ガソリンの収率が得られるため、特に高圧は
必要としない。しかし、反応物がエタン、プロパン等の
軽質ガスを多量に含む場合や、副生ずる水素あるいはプ
ロパン、ブタンをLPGとして使用することを考慮すれ
ば、20kg/cm2程度までの加圧は経済的に有利で
ある。軽質炭化水素が高オクタン価ガソリン基材へ転化
する際には、脱水素を含む反応が進行するので、反応条
件下では水素を添加しなくとも反応にみあう水素分圧を
有することとなる。意図的な水素の添加は、コークの堆
積を抑制し、再生頻度を減らす利点があるが、高オクタ
ン価ガソリン基材の収率は水素分圧の増加により急激に
低下するため必ずしも有利ではない。それ故、水素分圧
は5kg/cm2以下に抑えることが好ましい。 [0020] 本発明の軽質炭化水素転化方法で実施される反応様式と
しては、固定床、移動床あるいは流動床のいずれの形態
も使用可能である。反応物流量は、固定床の場合、ガス
空間速度(1/hr)で100〜10000、好ましく
は100〜2000である。反応様式として固定床以外
のものを使用するにあたっても、接触時間は固定床と同
様の値となるように考慮すればよい。 [0021]
【効果】
本発明で用いる水素型ガロシリケートは、従来のアルミ
ノシリケートに比較して、軽質炭化水素の高オクタン価
ガソリン基材への転化反応に対し、すぐれた触媒活性を
示す。 [0022]
【実施例】
次に本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。 [0023]
【実施例1】 (ガロシリケートの製造) 213.3gの珪酸ナトリウム(Jケイ酸ソーダ3号、
28〜30wt%Si○ 9〜10wt%N a 20
、残部水、日本化学工業(株)製)および278゜2ゝ 4gの水からなる溶液(I)  4.6gのGa(No
3)3・9H20,13,6gのテトラプロピルアンモ
ニウムブロマイド、22.9gのH2S04(97wt
%)  81.6gのNaC1および372.0gの水
からなる溶液(II)をそれぞれ調製した。 [0024] 次いで、上記溶剤(I)の中に溶液(II)を室温で撹
拌しながら徐々に入れ、その混合物をミキサーにて5分
間攪拌した。攪拌後、混合物をステンレス製オートクレ
ーブに入れ、180℃にて88時間、自己圧力下、結晶
化操作を行った。 [0025] その後とり出し、生成物を吸引濾過し、約11の水で5
回洗浄、濾過を繰り返した。濾別した面形物を120℃
で3時間乾燥し、さらに550℃、空気雰囲気下で3時
間焼成し、ガロシリケートを得た。生成物は、MFI構
造をもつことがX線回折により判明した。またこのガロ
シリケー) (Ga−3)のモル組成は次の通りである
。 80、4SiO°1. OGa O′0.9Na O:
9.0H202°     23゛     2 また、前記と同様にして、後記衣1に示す組成のガロシ
リケートを調製した[0026]
【実施例2】 (触媒の調製) 実施例1で得たガロシリケートのそれぞれに、バインダ
ーとしてのアルミナパウダー(Cataloid  A
P、触媒化成工業(株)製)と水とを加えて押出成形し
、120℃で3時間乾燥後、550℃で3時間空気雰囲
気下で焼成した。 次いで、各成形物1グラム当り5mlの2.2規定硝酸
アンモニウム水溶液を加え、100℃、2時間イオン交
換した。この操作を4回繰り返した後、120℃で3時
間乾燥し、NH4型とした。 さらに550℃、空気雰囲気下にて3時間焼成すること
により、表1に示した水素型のガロシリケート触媒H−
[Ga−1〕〜H[Ga−9)をそれぞれ得た[002
7] また、比較のために、表5に示すモル組成を有する7種
の結晶性アルミノシリケート(All〜Al−7)を用
い、前記と同様にして水素型のアルミノシリケート (
H−[’Al−1〕〜H−(AI−7))を得た。 これらのガロシリケート及びアルミノシリケートは、X
線回折分析によりMF工構造タイプであった。 [0028]
【表1】 *シリケートの製造原料から不純物として導入された。 [0029]
【実施例3】 前記の水素型のガロシリケート触媒を用い、流通式反応
装置を用いてn−ヘキサンの転化反応を行った。この場
合の反応条件としては、温度:538’C1圧力ニ1a
tm、水素分圧:0.7kg/cm2以下、LH3V 
(1/hr): 2、触媒量:3ml  (16〜24
メツシユパス) 反応時間:1時間を採用した。 得られた反応生成物は、装置に直結されたガスクロマト
グラフを用いて分析した。 また比較のために、水素型アルミノシリケートを触媒と
して用いた以外は前記と同様にして実験を行った。ガロ
シリケート及びアルミノシリケート触媒に関する反応実
験データを表2及び表3に示す。 [0030]
【表2】 1触媒 l H−(Ga−1) l H−(Ga−2) l H
−(Ga−3) l H−(Ga−4) l H−(G
a−5) !1転化率(%) 00 99.8 00 99.8 84.2 1芳香族収率 1 1  (Cwt%)I 63.8 67.7 64.2 63.6 32.8 1触媒 l H−(Ga−6) l H−(Ga−7) l H
−(Ga−8) l )I−(Ga−9) 11転化率
(%) 89.1 71.6 72.8 75.8 ! 1芳香族収率 1 1  (Cwt%)1 34.7 16.7 17.0 19.7 ? [0031]
【表3】 1触媒 l H−(AI−1) l H−(Al−2) l H
−(Al−3) l H−(Al−4) l H−(A
I−5) 11転化率(%) 00 00 00 00 00 1芳香族収率 1 1  (Cwt%)1 55.3 50.9 ■ 44.4 40.1 38.2 1触媒 l H−(Al−6) l H−(AI−7) 11転
化率(%)  1 92.7 1 40.5 11芳香
族収率 1 17.1  l   2.4  l(Cw
t%)1    1     I[0032] 実施例4 実施例2で示した水素型のガロシリケートH−(Ga−
3)を触媒として用い表4に示す組成のナフサを用いて
反応試、験を行った。この場合、反応条件としては、温
度:538℃、圧カニ3kg/Cm2G、水素分圧:1
kg/cm2以下液空時速度(1/hr):1、共存ガ
ス:N2(流量: l0NI/hr) 、触媒量:20
ccを採用した。 また、比較のために、水素型のアルミノシリケートH−
〔Al−1〕を触媒として用いて、同様にして反応実験
を行った。 [0033] 前記反応実験の結果、本発明触媒では、反応開始後40
時間での芳香族収率50wt%の結果が得られたのに対
し、比較触媒では、芳香族収率39wt%が得られな。 [0034]
【表4】 − 1 1 1 成分 1 (重量 %) 1 I I
【 1 n−ブタン 1 8, ○ I 1 I 1 2 シクロペンタン 1 2. 0 1 1 I ■ 1 イソーベンタン 1 17. O 1 1 1 ■ 1 n−ペンタン I 25. O ■ 1 1 1 1 ベンゼン 1 4. O J 1 ■ ■ 1 メチルシクロペンタン 1 1. 0 1 ■ = ■ 1 シクロヘキサン 1 1. 0 薯 1 ■ I 1 2,3−ジメチルブタン 1 2. O I 1 ! 1 ■ 2−メチルペンタン 2 12. 5 1 1 ! ■ ■ 3−メチルペンタン 1 7, 5 1 1 翼 1 1 n−ヘキサン 1 17. O 1 1 l l 1 その他 ■ 3. O ■ 畷 1 1 【図面の簡単な説明】
【図1】 アルミノシリケート (曲線1. 3)及びガロシリケート (曲線2. 4) を用い た反応結果を示すグラフである。
【書類名】
図面
【図1】

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】炭素数2〜7のパラフィン及び/又はオレ
    フィンを主成分として含む軽質炭化水素よりリサーチ法
    オクタン価95以上の高オクタン価ガソリン基材を製造
    するに際し、該軽質炭化水素を、温度350〜650℃
    、水素分圧5kg/cm^2以下の条件で、SiO_4
    及びGaO_4四面体で骨格が構成され、かつMxO(
    Mはアルカリ金属又はアルカリ土類金属を表わし、xは
    、Mがアルカリ金属の場合は2であり、Mがアルカリ土
    類金属の場合は1である)とGa_2O_3とのモル比
    が0.5〜2.5及びSiO_2とGa_2O_3のモ
    ル比が18〜150の範囲にある結晶性ガロシリケート
    の水素型ガロシリートと接触させることを特徴とする高
    オクタン価ガソリン基材の製造方法。
  2. 【請求項2】該軽質炭化水素が、炭素数5〜7のパラフ
    ィン及び/又はオレフィンを50重量%以上含む請求項
    1の方法。
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US9656232B2 (en) 2010-03-26 2017-05-23 Chiyoda Corporation Method for producing aromatic hydrocarbons and aromatic hydrocarbon production plant

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