JPH05200311A - ナフサのクラッキング方法 - Google Patents

ナフサのクラッキング方法

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JPH05200311A
JPH05200311A JP4162560A JP16256092A JPH05200311A JP H05200311 A JPH05200311 A JP H05200311A JP 4162560 A JP4162560 A JP 4162560A JP 16256092 A JP16256092 A JP 16256092A JP H05200311 A JPH05200311 A JP H05200311A
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mol
crystalline phase
product
mixture
diffraction pattern
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JP4162560A
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Quang Ngoc Le
クァン・ノゴック・リー
Robert T Thomson
ロバート・トーマス・トムソン
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Mobil Oil Corp
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 焼成後、X線回折パターンの少なくとも一つ
のピークが18Åより大きいd間隔を示し、6.7kPa及
び25℃で物質100gあたり15g以上のベンゼン吸
収能を有する無機質、多孔質、非層状の結晶相物質を含
んでなる触媒を使用してナフサをクラッキングする。 【効果】 ナフサのクラッキングにおいて、C5オレフ
ィン類の収率を選択的に向上する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の技術分野】本発明は、石油ナフサの接触分解
に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】ガソリ
ンに対する従来の鉛添加物に代わるオクタン価向上剤と
してのアルキル−3級アルキル−エーテル類を合成する
方法について、かなりの開発がなされてきている。メチ
ル−3級アルキル−エーテル、特にメチル−3級ブチル
エーテル(MTBE)と3級アミルメチルエーテル(TA
ME)を製造するエーテル化工程はかなりの研究の対象
となっている。炭化水素のクラッキングにより得られた
イソブチレン(イソブテン)および他のイソアルケン類
(分枝オレフィン類)が、メタノール、エタノール、イ
ソプロパノール及び他の低級脂肪族の1級及び2級アル
コール類と酸触媒を使用した反応で3級エーテルを生成
するということは公知である。メタノールは、その広い
有用性と低コスト性のため、最も重要なC1-C4酸素化
物の供給原料とみなされている。
【0003】ナフサのリホーミングはC6+パラフィン類
とナフテン類を芳香族に転化するもので、今日の精油戦
略上で主要な高オクタンガソリン源である。しかし、環
境上の拘束のため、芳香族に富む改質ガソリンを高オク
タンのエーテル類やアルキレート類に置換することが強
く望まれている。ナフサのクラッキングは実行可能なC
3-C5のオレフィン類源やイソパラフィン類源を供給す
るものの一つであるが、この方法には価値の小さな副生
物である大量の軽質ガス(C1-C2)及び直鎖C3-C5パラ
フィン類を生成するという大きな欠点が存在する。それ
故、C3-C5のオレフィン類及びイソパラフィン類の収
率を最大限にするナフサのクラッキング方法の開発が強
く望まれている。
【0004】
【課題を解決するための手段】驚くべきことに、199
1年8月8日公開の国際特許出願第91/11390号
に記載のある種のメソポーラス結晶性物質が、中間孔ゼ
オライトのZSM−5やMCM−22等の従来のゼオラ
イトのナフサクラッキング触媒よりも、ナフサクラッキ
ングによるC5-オレフィン類を優れた選択性をもって生
成することを発見した。従って、本発明は、焼成後にX
線回折パターンの少なくとも一つのピークが約18Åよ
り大きいd間隔を示し、6.7kPa(50トール(torr))及
び25℃で、物質100gあたり15g以上のベンゼン
の吸収能を有する無機質、多孔質、非層状の結晶相物質
を含んでなる触媒に供給原料を接触させることによるパ
ラフィン系ナフサ供給原料のクラッキング方法である。
この結晶相物質は、少なくとも約13Åの直径の均一な
大きさの孔の六角形配列を有し、そして焼成後、約18
Åを越えるd100値で示される六方晶電子回折パターンを
示すことが好ましい。触媒の酸クラッキング活動度(ア
ルファ値)は15未満が好ましい。
【0005】本発明の方法に使用する触媒は、無機質、
多孔質、非層状の結晶相物質で、焼成した状態で、約1
8Åのd間隔(銅のK-α放射線の2θが4.909゜)よ
り大きな位置に少なくとも一つのピークがあるX線回折
パターンを示す。更に本発明の焼成した結晶相非層状物
質は、約10Åのd間隔(銅のK-α放射線の2θが8.
842゜)より大きな位置に少なくとも2つのピークが
あり、このうちの少なくとも一つのピークは18Åのd
間隔よりも大きな位置にあり、そして10Åのd間隔よ
り小さな位置には最強ピークの約20%よりも大きな相
対強度のピークがないという特徴を有することが好まし
い。更にまた、本発明の焼成物質のX線回折パターン
は、10Åのd間隔より小さい位置に、最強ピークの約
10%よりも大きな相対強度のピークがないことが好ま
しい。
【0006】X線回折のデータは、θ-θ結晶構造、銅
のK-α放射線、及びエネルギー分散型X線検出器を使
用するシンターグ・ピー・エー・ディー・エックス(Sc
intagPAD X)自動回折装置で集めた。エネルギー分
散型X線検出器を使用すると、入射ビーム及び回折ビー
ム用のモノクロメーターを使用する必要がなくなる。入
射X線及び回折X線の両方のビームをダブルスリットの
入射及び回折コリメーション系でコリメーションする。
使用したスリットのサイズは、X線管源から始めて、そ
れぞれ0.5、1.0、0.3、そして0.2mmであった。
異なるスリット系によるとピーク強度が異なる。本発明
の物質で最大の孔径を有するものには、透過した入射X
線ビームから低角度のピークを分解するためにより平行
性の高い入射X線ビームが必要である。
【0007】回折データは2θを0.04度ずつ10秒
毎の計数時間で段階的にスキャンして記録した(θはブ
ラッグ(Bragg)角)。層間間隔dはÅ単位で計算し、バ
ックグラウンドを差し引いたラインの相対強度I/I
0(I0は最強ラインの100分の1の強度)はプロファイ
ル・フィッティング・ルーチン(profile fitting routi
ne)を使用して導いた。強度は、ローレンツ効果及び分
極効果のための補正をしていない。相対強度は次の記号
で表わす。 VS 非常に強い (75〜100) S 強 (50〜74) M 中 (25〜49) W 弱 (0〜24)
【0008】シングルラインとして掲載してある回折デ
ータは、実験用の高分解能や結晶学上の交換等のような
特定の条件において分解できるように見えるか又は部分
的に分解できるラインである多くの重なりあったライン
からなると解すべきである。一般に、結晶学上の変化は
構造上の実質的な変化を伴わずに、ユニットセルパラメ
ーターの軽度の変化及び/又は結晶の対称性の変化を含
む。相対強度の変化を含むこれらの軽度の効果は、含有
するカチオン、骨格構造、孔の充填の状態及び程度、熱
及び/又は水熱履歴、そして粒子のサイズ/形の影響、
構造の不規則性、又はX線回折の従来技術として知られ
るその他の要因によるピークの幅/形状の変動の結果と
しても生じうる。
【0009】本発明の方法に使用する物質は、6.7kPa
(50トール)及び25℃で結晶100gあたり約15g
以上の平衡ベンゼン吸収能を有することを特徴とする。
この物質の特徴である平衡ベンゼン吸収能は付随する不
純物による孔の封鎖がないことに基づいて測定する。例
えば、吸収試験は含有する孔封鎖不純物と水を通常の方
法で除去した結晶相物質について行う。水は、例えば熱
処理等の脱水方法で除去することができる。孔を封鎖す
る例えばシリカ等の無機非晶質物質や有機物は酸や塩基
或いは他の化学試薬で除去することができるので、本発
明の結晶に不有益な影響を及ぼさずに砕石物を除去する
ことができる。
【0010】平衡ベンゼン吸収能は、本発明の物質を、
例えば450〜700℃、一般には540℃で少なくと
も1時間、脱水又は焼成し、必要ならば孔封鎖不純物を
除去するための他の処理をした後、25℃及び50トー
ルでベンゼンを平衡に達するまで接触させて測定する。
次いで、吸収したベンゼンを以下に述べるようにして測
定する。
【0011】本発明の方法に使用した物質は一般にメソ
ポーラスであり、これは13〜200Å、更に通常は1
5〜100Åの範囲の大きさの一様な孔を意味する。好
ましい態様において、物質は開口部の内径が13〜20
0Åである大きな溝(channel)が六角形配列をとるよう
に見える。この構造は、透過電子顕微鏡や電子回折によ
り見ることができる。すなわち、適切な配置をした物質
の標本の電子顕微鏡写真は六方晶配列の大きな溝を示
し、これに対応する電子回折パターンはほぼ六方晶配置
の回折極大を与える。電子回折パターンのd100間隔は
六方晶格子のhk0投射の隣接するスポット間の距離であ
り、電子顕微鏡写真における溝間の繰返し距離a0と式
100=a03/2の関係がある。この電子回折パターン
で観察されるd100間隔は、X線回折パターンにおける
低角度のピーク(18Åより大きいd間隔)のd間隔に相
当するものである。これまでに得られた物質で最も整っ
た調整をしたものは、電子回折パターンにおいて20〜
40個の明瞭なスポットが観察された。このパターン
は、六方晶hk0部分集合が100、110、200、2
10等の独特の回折とその対照の関係にある反射で示す
ことができる。
【0012】本発明に使用した無機質、非層状のメソポ
ーラス結晶物質は、 Mn/q(Wa Xb Yc Zd Oh) [式中、Wは例えばマンガン、コバルト及び鉄及び/又
はマグネシウム、好ましくはコバルト等の遷移金属第1
列の二価の元素であり、Xはアルミニウム、ホウ素、鉄
及び/又はガリウム、好ましくはアルミニウム等の三価
の元素であり、Yはケイ素及び/又はゲルマニウム、好
ましくはケイ素等の四価の元素であり、Zはリン等の五
価の元素であり、Mは例えば、アンモニウム、IA族、II
A族及びVIIB族のイオンで通常はハロゲン、ナトリウム
及び/又はフッ素イオン等の一又はそれ以上のイオンで
あり、nは酸化物として表わされるMを除いた成分の電
荷であり、qはMの重み付けモル平均原子荷であり、n
/qはMのモル数又はモル分率、a、b、c及びdはそ
れぞれW、X、Y及びZのモル分率、hは1〜2.5の
値、そして、(a+b+c+d)=1である。]なる組成を
有する。
【0013】この結晶性物質の好ましい態様では、(a
+b+c)がdより大きく、そしてh=2である。他の
態様では、a=0及びd=0でh=2である。合成型に
おいて本発明に使用した物質は、無水物を基にして、経
験的に、 rRMn/q(Wa Xb Yc Zd Oh ) [式中、RはイオンとしてMに含まれない全有機物、r
はRの係数、すなわち、Rのモル数又はモル分率であ
る。]で表わせる組成を有する。MとRの成分は結晶化
の際にそれらが存在する結果として物質に取り込まれて
おり、容易に除去することができ、又はMについては従
来の後結晶化法により交換することができる。
【0014】結晶性物質は、ケイ酸塩骨格の中に、A
l、Ga、B又はFeのような三価の元素を四面体構造で
組み込むことにより、ブレンステッド酸の活性サイトを
備えて合成されたメタロシリケートである。この型のア
ルミノシリケート物質は熱的に及び化学的に安定で、酸
触媒作用に適した性質であるが、メソポーラス構造であ
ることの利益は種々の酸性度の一又はそれ以上の四面体
種を有する高ケイ素質物質又は結晶性メタロシリケート
を使用することによって利用することができる。アルミ
ノシリケートに加えて、ガロシリケート、フェロシリケ
ート及びボロシリケート物質も使用することができる。
マトリックスをケイ素の類似物質であるゲルマニウムで
形成することもできるが、これは高価につき一般にメタ
ロシリケートより良いことはない。
【0015】更に、結晶性物質は、シリカ/アルミナ比
が5/1〜1000/1で、ブレンステッド酸活動度が
15以下であるアルミノシリケートであることが最も好
ましい。酸活動度は、酸クラッキング活動度又は温度で
プログラムされた脱着などのアンモニア吸収能により測
定できる。
【0016】本発明の方法に使用した結晶性物質の合成
については、本出願人の国際特許出願WO91/113
90号に詳細に記載している。特に、上式で定義する組
成を有する物質は、酸化物のモル比が次の範囲の組成を
有する反応混合物から調製することができる。 反応成分 実用範囲 好ましい範囲23/YO2 0〜0.5 0.001〜0.5 X23/(YO2+Z25) 0.1〜100 0.1〜20 X23/(YO2+WO+Z25) 0.1〜100 0.1〜20 溶媒/ (YO2+WO+Z25+X23) 1〜1500 5〜1000 OH-/YO2 0〜10 0〜5 (M2/eO+R2/fO)/ (YO2+WO+Z25+X23) 0.01〜20 0.05〜5 M2/eO/ (YO2+WO+Z25+X23) 0〜10 0〜5 R2/fO/ (YO2+WO+Z25+X23) 1〜2.0 0.03〜1.0 [式中、eとfはそれぞれMとRの重み付き平均原子価
であり、溶媒はC1〜C6アルコール若しくはジオール、
又は水がより好ましく、Rは式R1234+で示さ
れるを有する有機誘導剤からなり、R1、R2、R3及び
4の少なくとも一つは例えば-C613、-C1021、-
1633及び-C1837等の炭素数6〜36のアリール
基又はアルキル基であり、R1、R2、R3及びR4の残り
は水素及び炭素数1〜5のアルキル基から選ばれてな
る。] 上記のアンモニウムイオンやホスホニウムイオンが誘導
された化合物は、例えば、水酸化物、ハロゲン化物、ケ
イ酸塩又はその混合物である。
【0017】一又はそれ以上の結晶構造の合成を誘導す
るものとして知られる他の同様の試剤と比較すると、上
記の誘導剤の特別の効果は、所望する超大孔径物質の核
を形成し、成長させるテンプレートとして機能する点に
あると信じられている。この誘導剤としては、セチルト
リメチルアンモニウム、セチルトリメチルホスホニウ
ム、オクタデシルトリメチルホスホニウム、ベンジルト
リメチルアンモニウム、セチルピリジニウム、ミリスチ
ルトリメチルアンモニウム、デシルトリメチルアンモニ
ウム、ドデシルトリメチルアンモニウム及びジメチルジ
ドデシルアンモニウム等の化合物があるが、これに限定
されるものではない。
【0018】反応混合物中に存在する全有機性Rは、上
記の誘導剤の式のアンモニウムイオンやホスホニウムイ
オンの型の付加的有機誘導剤を含んでなるが、各R1
2、R3及びR4は水素及び炭素数1〜5のアルキル基
(2つのアルキル基間が連結して環状化合物を形成して
もよい)から選ばれることが好ましい。付加的有機誘導
剤の例には、テトラメチルアンモニウム、テトラエチル
アンモニウム、テトラプロピルアンモニウム、テトラブ
チルアンモニウム及びピロリジニウム化合物等がある。
最初に述べた有機誘導剤と付加的有機誘導剤のモル比
は、100/1〜0.01/1の範囲である。付加的有
機誘導剤が存在する場合、反応混合物中のR2/fO/(Y
2+WO+Z25+X23)のモル比は0.1〜2.0で
あることが好ましく、0.12〜1.0が最も好ましい。
【0019】更に、最終的な結晶相物質の孔径を変化さ
せるために、反応混合物中の全有機性Rは上記有機誘導
剤に加えて有機補助剤を含むことができる。この有機補
助剤は、(1) 炭素数5〜20のアミン類と芳香族炭化
水素及びそれらのハロゲン置換物とC1-C14アルキル置
換誘導体、(2) 炭素数5〜20のアミン類と環状及び
多環状脂肪族炭化水素及びそれらのハロゲン置換物とC
1-C14アルキル置換誘導体、(3) 炭素数3〜16のア
ミン類と直鎖状及び分枝状脂肪族炭化水素及びそのハロ
ゲン置換誘導体、から選ばれる。
【0020】この有機補助剤において、ハロゲン置換基
には臭素が好ましい。C1-C14アルキル置換基は、例え
ば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル
基、ブチル基、ペンチル基及びそれらの組合せ等の直鎖
又は分枝状脂肪族である。この有機補助剤には、例えば
p−キシレン、トリメチルベンゼン、トリエチルベンゼ
ン及びトリイソプロピルベンゼンを含む。反応混合物中
に有機補助剤を含む際に、有機補助剤/YO2のモル比
は0.05〜20、好ましくは0.1〜10であり、有機
補助剤/有機誘導剤のモル比は0.02〜100、好ま
しくは0.05〜35である。
【0021】合成法においてケイ素源を使用する場合に
は、例えば4級アンモニウムシリケートのような有機シ
リケートを少なくとも部分的に使用することが好まし
い。この例としてテトラメチルアンモニウムシリケート
とテトラエチルオルソシリケート等があるが、これに限
らない。上記の反応混合物に予想することができるW、
X、Y及びZの種々の組合せの例に、 W X Y Z − Al Si − − Al − P − Al Si P Co Al − P Co Al Si P − − Si − があり、ここでWはMg、又はMn、Co及びFe等の二価
の遷移金属第一列から選ばれた元素であり、XはB、G
a又はFeであり、YはGeである組合せを含むが、これ
に限定されない。
【0022】本発明の結晶物質を製造するために、必要
な結晶を形成するまでの間、一般には5分間から14日
間、更に好ましくは1〜300時間、上述の反応混合物
を温度25〜250℃、好ましくは50〜175℃及び
好ましくはpH9〜14に維持する。本発明の結晶性物
質がアルミノシリケートである場合に、合成法は次のス
テップを含むと便利に行える。 (1) 有機誘導剤(R)を溶媒又は溶媒混合物と、溶媒/
2/fOのモル比が50〜800、好ましくは50〜5
00で混合する。この混合物が合成法の「第1テンプレ
ート」をなす。 (2) ステップ(1)の第1テンプレート混合物にシリカ
及びアルミナをR2/fO/(SiO2+Al23)の比が0.
01〜2.0の範囲で添加する。 (3) ステップ(2)で得られた混合物を20〜40℃
で、好ましくは5分間から3時間攪拌する。 (4) 混合物を、攪拌しながら又は攪拌せずに、好まし
くは20〜50℃に好ましくは10分間から24時間お
く。 (5) ステップ(4)からの生成物を50〜150℃で、
好ましくは1〜72時間で結晶化させる。
【0023】本法に使用する場合に、発明の結晶性組成
物に、有機転化処理に使用する温度及びその他の条件に
対して耐性を有する他の物質を混合することが望まし
い。そのような物質には、活性及び不活性物質及び合成
による又は天然に産出したゼオライト、並びにクレーや
シリカ、及び/又はアルミナ、チタニア及び/又はジル
コニアのような金属酸化物等の非有機物質がある。後者
は、シリカと金属酸化物の混合物を含有する天然産出品
であっても、ゼラチン状沈殿又はゲルであってもよい。
【0024】新しい結晶に複合させる物質、すなわち、
新しい結晶を合成する際に混合したり存在する物質は活
性で、これを使用すると、特定の有機転化工程において
触媒の転化及び/又は選択性を変化させる傾向がある。
不活性な物質は与えられた工程の転化量を制御する希釈
剤として適切に作用するので、他の反応速度を制御する
手段を使用することなく生成物を経済的にかつ規則的に
得ることができる。この物質には、例えばベントナイト
及びカオリン等の天然産のクレイを混合して、商業的な
操作条件での触媒の圧潰強さを向上させることができ
る。かかる物質、すなわち、クレー、酸化物等は触媒の
バインダーとして機能する。商業的な使用では触媒が破
壊されて粉末状物質になることを防止するのが望ましい
ので、良好な圧潰強さを有する触媒を供給するのは望ま
しいことである。クレーバインダーは、通常、触媒の圧
潰強さを向上させるためだけに使用する。
【0025】新しい結晶に配合することができる天然産
クレーは、サブベントナイト及び主鉱物成分がハロサイ
ト、カオリナイト、デイカイト(dickite)、ナクライト
又はアノーキサイト(anauxite)である通常ディキシー
(Dixie)クレー、マクナミー(McNamee)クレー、ジョ
ージアクレー及びフロリダクレー等として知られるカオ
リンを含むモンモリロナイト及びカオリン族を含む。こ
のようなクレーは、採掘した原料状態で、又は最初に焼
成、酸処理若しくは化学的変性をして使用することがで
きる。
【0026】新しい結晶は、前述の物質に加えて、シリ
カ−アルミナ、シリカ−マグネシア、シリカ−ジルコニ
ア、シリカ−トリア、シリカ−ベリリア、シリカ−チタ
ニア並びにシリカ−アルミナ−トリア、シリカ−アルミ
ナ−ジルコニア、シリカ−アルミナ−マグネシア及びシ
リカ−マグネシア−ジルコニア等のような三元組成物等
の多孔質マトリックス物質と配合することができる。
【0027】前述のマトリックス物質は、結合した触媒
成分の押出しを促進するために、少なくとも一部がコロ
イド状であるように供給することができる。細く分割し
た結晶物質と無機酸化物マトリックスの相対的割合は、
結晶含量が1〜90重量%の範囲で、特に複合物をビー
ズ状に調製する場合には複合物の2〜80重量%の範囲
で広く変化させることができる。
【0028】本発明の方法に使用するナフサ供給原料
は、通常の沸点の範囲が60〜175℃であるC6-C12
炭化水素を含んでなることが好ましい。一般にナフサ供
給原料は、精油所で原油を蒸留して製造する。典型的な
直留ナフサ供給原料は、通常、C7-C12の直鎖及び分枝
状アルカンを少なくとも15重量%(好ましくは20〜
50重量%)、C6+環状脂肪族炭化水素(すなわちナフ
テン)を少なくとも15重量%(好ましくは20〜50
重量%)及び芳香族を1〜40重量%(好ましくは20
重量%未満)含む。本発明の方法では、直留ナフサに加
えて、ハイドロクラッキングを経たFCC分解ナフサ、
ハイドロクラッキングしたナフサ、コークナフサ、ビス
ブレーキングナフサ及び改良抽出ラフィネート(Udex
法)、及びそれらの混合物を含む種々の炭化水素を含有
する供給原料を利用することができる。その他の適当な
供給原料は、キュー・レー(Q.Le)等による米国特許
第4,969,987号に開示されている。
【0029】本法に使用するクラッキング条件は、全圧
が約500kPaまで、反応温度が400〜650℃、好
ましくは175kPa以下の圧力及び450〜540℃の
温度を含んでおり、クラッキング反応により、直留ナフ
サ供給原料を基準にして分枝C4-C5脂肪族を10重量
%増加し、C2-軽質脂肪族ガスを10重量%減少して製
造する。過酷なクラッキング反応は、活性な触媒をベー
スにして、重量空間速度を1〜50、好ましくは1〜1
0、及び接触時間を10秒以下、好ましくは1〜2秒に
維持して行う。クラッキングの工程には、固定床、移動
床、稠密流動床の触媒反応装置を適用することができる
が、微細な触媒粒子を速い流動床で循環させる垂直なラ
イザー反応器を使用することが好ましい。
【0030】パラフィン系ナフサを高オクタン価燃料に
品質を向上させる多段階工程において、最初のクラッキ
ング段階は、新鮮なパラフィン系石油ナフサ供給原料流
(通常の沸点が約65〜175度)を上述の新しいクラ
ッキング触媒を備えた第一の流動床に約0.5〜10秒
間接触させて、イソブテン、イソアミレン類、イソブタ
ン及びイソペンタン類を含む全C4-C5分枝脂肪族炭化
水素を少なくとも5重量%製造し、そしてクラッキング
流出液からC4-C53級アルケン類が豊富な軽質オレフ
ィン系留分を分離することを含んでなる。C4-C5イソ
アルケン留分からの3級オレフィン類は低級アルカノー
ルとの接触反応でエーテル化を受けて3級アルキルエー
テル生成物をつくる。クラッキング流出液からイソブタ
ンとイソペンタン類を回収し、更に、このイソブタンと
イソペンタンを非3級オレフィンとのアルキル化等によ
って高オクタン価燃料成分に転化するのは有利なことで
ある。
【0031】本発明の本質とこれを実施する方法を更に
充分に説明するために、以下の実施例を挙げる。実施例
において提示する収着のデータは、水、シクロヘキサ
ン、ベンゼン及び/又はn−ヘキサンに対する収着能の
比較のためのものであり、これらは以下のようにして測
定した平衡吸着値である。秤量した吸着剤のサンプルを
約540℃で少なくとも約1時間焼成し、必要ならば孔
封鎖物質を除去した後、吸着室内で所望の純粋な吸着蒸
気相に接触させる。約540℃で焼成した後の吸着剤の
重量を基準にした吸着剤の重量の増加を、サンプルの吸
着能として、吸着剤100g当たりのg数で計算した。
本発明の組成物は、6.7kPa(50トール)及び25℃
で、約15g/100g以上、特に17.5g/100
g以上、更には20g/100g以上の平衡ベンゼン吸
着容量を示す。
【0032】平衡吸着値を測定する好ましい方法は、1
mm以下まで減圧した吸着室内で所望の純粋な吸着蒸気相
を、25℃で、水蒸気は1.6kPa(12トール)、n−ヘ
キサン又はシクロヘキサン蒸気は5.3kPa(40トー
ル)、ベンゼン蒸気は6.7kPaの条件で、接触させるも
のである。吸着期間中は、マノスタットで吸着蒸気の導
入を制御して、圧力を一定(変動幅約0.5mm以内)に
保つ。吸着蒸気が結晶性物質に吸収されるにつれて圧力
が減少し、それによりマノスタットのバルブが開いて吸
着蒸気を流入させ、吸着室内を上記の制御圧力に復帰さ
せる。
【0033】ベンゼンの吸着データを測定する別の方法
は、コンピュータ制御式990/951デュポン(duPon
t)TGAシステム等の適当な熱重量分析装置によるもの
がある。吸着剤サンプルは、例えば、ヘリウム気流中で
恒量になるまで約350℃又は500℃に加熱して、脱
水(物理的吸着水を除去)する。サンプルが有機誘導剤
を含有する等の合成型である場合には、前記の350℃
又は500℃での処理の代わりに、空気中で約540℃
で焼成して恒量になるまで維持する。ベンゼン吸着等温
線は、25℃で純粋なヘリウム気流中にベンゼン飽和ヘ
リウム気流をを適当な割合で混合して所望のベンゼン分
圧をつくって測定する。吸着等温線のプロットからベン
ゼンの6.7kPa(50トール)の吸着値を取る。
【0034】
【実施例】実施例において、パーセント表示は特に断ら
ない限り重量%である。 実施例1 塩化N,N,N−トリメチル−1−ヘキサデカンアミニウ
ム29重量%溶液を水酸基−ハロゲン交換樹脂に接触さ
せて調製した水酸化セチルトリメチルアンモニウム(C
TMA)溶液100gを、テトラメチルアンモニウム(T
MA)シリケート(ケイ素10%)水溶液100gに攪拌
しながら混合した。遊離水約6重量%と水和結合水4.
5重量%を含み、最終粒子径が約0.02μmの沈澱シリ
カであるハイシル25gを添加した。得られた混合物を
ポリプロピレンの瓶に詰め、95℃の蒸気箱に一晩入れ
た。混合物の組成はAl231モルに対して、Na2Oが
2.7モル、SiO2が392モル、(CTMA)2Oが3
5.7モル、(TMA)2Oが61.7モル、H2Oが623
1モルであった。
【0035】得られた固体生成物を濾過して回収し、空
気中室温で乾燥した。次いで生成物を540℃で、窒素
中で1時間、次いで空気中で6時間焼成した。焼成生成
物は、表面積が475m2/gで、平衡吸着能(g/100
g)が、H2O8.3、シクロヘキサン22.9、n−ヘキ
サン18.2、ベンゼン21.5であった。この実施例の
サンプルは、d間隔37.8±2.0Åに非常に強い相対
強度線、21.6±1.0及び19.2±1.0Åに弱い線
を含むことで特徴付けることができる。透過電子顕微鏡
(TEM)が約39Åのd100値で均一な孔の六角形配列
の像と六方晶の電子回折パターンを示すことにより、本
実施例生成物中に超大孔物質が存在することが証明され
た。
【0036】実施例2 実施例1と同様に調製した水酸化セチルトリメチルアン
モニウム溶液100gを水酸化テトラメチルアンモニウ
ム(TMA)25%水溶液100gに攪拌しながら混合し
た。遊離水約6重量%と水和結合水4.5重量%を含
み、最終粒子径が約0.02μmの沈澱シリカであるハイ
シル25gを添加した。得られた混合物を150℃の静
置型オートクレーブ中に一晩入れた。混合物の組成はA
l231モルに対して、Na2Oが2.7モル、SiO2が2
91モル、(CTMA)2Oが35.7モル、(TMA)2
が102モル、H2Oが6120モルであった。得られ
た固体生成物を濾過して回収し、空気中室温で乾燥し
た。次いで生成物を540℃で、窒素中で1時間、次い
で空気中で6時間焼成した。焼成生成物は、表面積が9
93m2/gで、平衡吸着容量(g/100g)が、H2O7.
1、シクロヘキサン47.2、n−ヘキサン36.2、ベ
ンゼン49.5であった。
【0037】この実施例の焼成生成物のX線回折パター
ンは、d間隔39.3±2.0Åに非常に強い相対強度
線、22.2±1.0及び19.4±1.0Åに弱い線を含
むことに特徴がある。透過電子顕微鏡が超大孔物質の存
在を示した。次に上記生成物の一部を790℃(145
0°F)の100%水蒸気に2時間接触させた。水蒸気
処理した物質の表面積は440m2/gであると測定さ
れ、苛酷な水蒸気処理後も45%が残っていることを示
した。本実施例の焼成生成物の他の一部を680℃(1
250°F)の100%水蒸気に2時間接触させた。こ
の物質の表面積は718m2/gであると測定され、この
ような条件の水蒸気処理後も72%が残っていることを
示した。
【0038】実施例3 水、実施例1と同様に調製した水酸化セチルトリメチル
アンモニウム溶液、硫酸アルミニウム、ハイシル及び臭
化テトラプロピルアンモニウム(TPA)35%水溶液を
混合して、組成がAl231モルに対して、Na2Oが0.
65モル、SiO2が65モル、(CTMA)2Oが8.8モ
ル、(TPA)2Oが1.22モル、H2Oが1336モル
である混合物を調製した。得られた混合物をポリプロピ
レンの瓶に詰め、95℃の蒸気箱に192時間入れた。
次に試料を室温まで冷却し、これに実施例1と同様に調
製した水酸化セチルトリメチルアンモニウム溶液1部と
水酸化テトラメチルアンモニウム25重量%溶液2部、
合計で混合物の3部を混ぜ合わせた。次にこの混合物を
ポリプロピレンの瓶に入れ、95℃の蒸気箱に一晩入れ
た。この混合物の組成はAl231モルに対して、Na2
Oが0.65モル、SiO2が65モル、(CTMA)2Oが
15モル、(TPA)2Oが1.22モル、(TMA)2Oが
1.22モル、H2Oが2927モルであった。
【0039】得られた固体生成物を濾過して回収し、空
気中室温で乾燥した。次に、生成物を540℃で、窒素
中で1時間、次いで空気中で6時間焼成した。焼成生成
物は、表面積が1085m2/gで、平衡吸着容量(g/1
00g)が、H2O11.5、シクロヘキサン50以上、n
−ヘキサン39.8、ベンゼン62であった。この実施
例の焼成生成物のX線回折パターンは、d間隔38.2
±2.0Åに非常に強い相対強度線、22.2±1.0及
び19.4±1.0Åに弱い線を含むことを特徴とする。
透過電子顕微鏡が超大孔物質の存在を示した。
【0040】実施例4 実施例1と同様に調製した水酸化セチルトリメチルアン
モニウム溶液100gを、キャタパル・アルミナ((Cat
apal alumina)、アルファ-アルミナ一水和物、74%ア
ルミナ)2g及びテトラメチルアンモニウム(TMA)シ
リケート(10%シリカ)水溶液100gに攪拌しながら
混合した。遊離水約6重量%と水和結合水4.5重量%
を含み、最終粒子径が約0.02μmの沈澱水和シリカで
あるハイシル25gを添加した。得られた混合物を15
0℃の静置型オートクレーブ中に48時間入れた。混合
物の組成はAl231モルに対して、Na2Oが0.23モ
ル、SiO2が33.2モル、(CTMA)2Oが6.1モ
ル、(TMA)2Oが5.2モル、H2Oが780モルであ
った。
【0041】得られた固体生成物を濾過して回収し、空
気中室温で乾燥した。次いで生成物を540℃で、窒素
中で1時間、次いで空気中で6時間焼成した。焼成生成
物は、表面積が1043m2/gで、平衡吸着容量(g/1
00g)が、H2O6.3、シクロヘキサン50以上、n−
ヘキサン49.1、ベンゼン66.7であった。この実施
例の焼成生成物のX線回折パターンは、d間隔40.8
±2.0Åに非常に強い相対強度線、23.1±1.0及
び20.1±1.0Åに弱い線を含むことを特徴とする。
透過電子顕微鏡が超大孔物質の存在を示した。
【0042】実施例5 リン酸(85%)77g、キャタパル・アルミナ(74%
アルミナ)及びピロリジン(Pyr)24gに水260gを
撹拌しながら混合した。この第1の混合物を撹拌型オー
トクレーブに入れ、150℃で6日間加熱した。これを
濾過、水洗して空気中で乾燥した。この生成物50gを
水200g及び実施例1と同様に調製した水酸化セチル
トリメチルアンモニウム溶液200gと共にスラリー化
した。次いで、テトラエチルアンモニウムシリケート
(10%シリカ)水溶液400gを加えて第2の混合物を
形成し、これをポリプロピレンの瓶に入れ、95℃の蒸
気箱中に一晩置いた。第1の混合物の組成は、P25
1.0モル、(Pyr)2Oが0.51モル、H2Oが47.2
モルであった。
【0043】得られた固体生成物を濾過して回収し、空
気中室温で乾燥した。次いで生成物,を540℃で、窒
素中で1時間、次いで空気中で6時間焼成した。焼成生
成物は、表面積が707m2/gで、平衡吸着容量(g/1
00g)が、H2O33.2、シクロヘキサン19.7、n
−ヘキサン20.1、ベンゼン23.3であった。この実
施例の焼成生成物のX線回折パターンは、d間隔25.
4±1.5Åに非常に強い相対強度線を含むことを特徴
とする。透過電子顕微鏡が超大孔物質の存在を示した。
【0044】実施例6 NaAlO2(Al2343.5%、Na2O30%)1.35
gを水45.2gに溶解した溶液を、NaOH17.3
g、コロイダルシリカ(40%、ルドックス(Ludox)H
S-40)125.3g及び水酸化テトラエチルアンモニ
ウム(TEA)40%水溶液42.6gと混合した。一晩
撹拌した後、混合物を95℃の蒸気箱内で7日間加熱し
た。濾過して、この溶液151gを実施例1と同様に調
製した水酸化セチルトリメチルアンモニウム溶液31g
と混合し、95℃の蒸気箱中に13日間貯蔵した。混合
物の相対的モル組成は、Al23が0.25モル、Na2
が10モル、SiO2が36モル、(CTMA)2Oが0.9
5モル、(TMA)2Oが2.5モル、H2Oが445モル
であった。
【0045】得られた固体生成物を濾過して回収し、水
とエタノールで洗浄した。次に、生成物を540℃に
て、窒素中で1時間、次いで空気中で6時間焼成した。
焼成生成物の組成は、Naを0.14重量%、SiO2を6
8.5重量%、Al23を5.1重量%含んでおり、ベン
ゼンの平衡吸着能が、58.6g/100gであること
が明らかになった。この実施例の焼成生成物のX線回折
パターンは、d間隔31.4±1.5Åに非常に強い相対
強度線を含むことを特徴とする。透過電子顕微鏡が生成
物中に超大孔物質を含むことを示した。
【0046】実施例7 水100gに臭化ミリスチルトリメチルアンモニウム
(C14TMABr)16gを含有する溶液中にアルミン酸
ナトリウム4.15gを徐々に添加した。次いで、これ
に、テトラメチルアンモニウムシリケート(10%シリ
カ)100g、ハイシル25g及び水酸化テトラメチル
アンモニウム(25%水溶液)14.2gを添加した。こ
の混合物を120℃のオートクレーブ中で24時間撹拌
しながら結晶化させた。
【0047】生成物を濾過し水洗して風乾した。100
0℃での元素分析により、生成物はSiO253.3重量
%、Al233.2重量%、炭素15.0重量%、窒素1.
88重量%、ナトリウム0.11重量%及び灰分53.5
重量%を含むことが分かった。540℃にて窒素中で1
時間及び空気中で6時間焼成したこの物質のX線回折パ
ターンは、d間隔35.3±2.0Åに非常に強い相対強
度線、20.4±1.0及び17.7±1.0Åに弱い線を
有する。透過電子顕微鏡は超大孔物質の存在を示した。
室温において1規定硝酸アンモニウムで交換して焼成し
水洗した生成物は、表面積が827m2/gで、平衡吸着
能(g/100g)が、H2O30.8、シクロヘキサン33.
0、n−ヘキサン27.9、ベンゼン40.7であること
が分かった。
【0048】実施例8 水480gで希釈した水酸化ドデシルトリメチルアンモ
ニウム(C12TMAOH、50%)184gを含有する溶
液中にアルミン酸ナトリウム8.3gを徐々に添加し
た。次いでこの混合物に、ウルトラシル50gとテトラ
メチルアンモニウムシリケート(10%シリカ)200g
及び水酸化テトラメチルアンモニウム(25%水溶液)2
6.38gを添加した。この混合物を100℃のオート
クレーブ中で24時間撹拌しながら結晶化させた。
【0049】生成物を濾過し水洗し風乾した。540℃
にて窒素中で1時間及び空気中で6時間焼成したこの物
質のX線回折パターンは、d間隔30.4±1.5Åに非
常に強い相対強度線、17.7±1.0及び15.3±1.
0Åに弱い線を有する。透過電子顕微鏡は超大孔物質の
存在を示した。室温において1規定硝酸アンモニウムで
交換して焼成し水洗した生成物は、表面積が1078m2
/gであり、無水吸着体の平衡吸着能(g/100g)は、
2O32.6、シクロヘキサン38.1、n−ヘキサン
33.3、ベンゼン42.9であることが分かった。
【0050】実施例9 NaAlO2(Al2O43.5%、Na2O30%)4.9g
を水37.5gに溶かした水溶液を水酸化テトラエチル
アンモニウム40%水溶液46.3cc及びコロイド状シ
リカ(ルドックスHS−40)96gと混合した。この
ゲルを0.5時間激しく攪拌し、実施例1と同様にして
調製した同量(150ml)の水酸化セチルトリメチルア
ンモニウム溶液混合して100℃で168時間反応させ
た。混合物の組成はAl231モルに対して、Na2Oが
1.1モル、SiO2が30.6モル、(TEA)2Oが3.0
モル、(CTMA)2Oが3.25モル、H2Oが609モ
ルであった。
【0051】得られた固体生成物を濾過して回収し、水
洗した後、540℃にて空気中で16時間焼成した。焼
成生成物は、表面積が1352m2/gであり、平衡吸着
能が(g/100g)H2O23.6、シクロヘキサン50以
上、n−ヘキサン49、ベンゼン67.5であることが
判った。この焼成生成物のX線回折パターンは、d間隔
38.5±2.0Åに非常に強い相対強度線、20.3±
1.0Åに弱い線を有する。透過電子顕微鏡は超大孔物
質の存在を示した。
【0052】実施例10 実施例1と同様に調製した水酸化セチルトリメチルアン
モニウム溶液200gをアルミン酸ナトリウム4.15
g及びテトラメチルアンモニウムシリケート水溶液(1
0%シリカ)100gと混合して攪拌した。遊離水約6
重量%と水和結合水4.5重量%を含み、最終粒子径が
約0.02μmの沈澱水和シリカであるハイシル25gを
添加した。得られた混合物を150℃の静置型オートク
レーブ中に24時間置いた。混合物の組成はAl23
モルに対して、Na2Oが1.25モル、SiO2が27.8
モル、(CTMA)2Oが5.1モル、(TMA)2Oが4.4
0モル、H2Oが650モルであった。
【0053】得られた固体生成物を濾過して回収し、室
温の空気中で乾燥した。次いで生成物を540℃で、窒
素中で1時間、次に空気中で6時間焼成した。透過電子
顕微鏡は超大孔物質の存在を示した。この実施例の焼成
生成物のX線回折パターンは、d間隔44.2±2.0Å
に非常に強い相対強度線、25.2±1.5及び22.0
±1.0Åに弱い線を含むことを特徴とする。焼成生成
物は、表面積が932m2/gで、平衡吸着能(g/100
g)が、H2O39.3、シクロヘキサン46.6、n−ヘ
キサン37.5、ベンゼン50であることが判った。本
実施例の生成物を次に1規定硝酸アンモニウム(NH4
NO3)溶液で交換し、540℃の空気中で10時間焼成
した。
【0054】実施例11 実施例1と同様に調製した水酸化セチルトリメチルアン
モニウム溶液200gをアルミン酸ナトリウム4.15
g及びテトラメチルアンモニウムシリケート水溶液(1
0%シリカ)100gと混合して攪拌した。遊離水約6
重量%と水和結合水4.5重量%を含み、最終粒子径が
約0.02μmの沈澱水和シリカであるハイシル25gを
添加した。得られた混合物を100℃の蒸気箱中に48
時間置いた。混合物の組成はAl231モルに対して、
Na2Oが1.25モル、SiO2が27.8モル、(CTM
A)2Oが5.1モル、(TMA)2Oが4.4モル、H2Oが
650モルであった。
【0055】得られた固体生成物を濾過して回収し、室
温の空気中で乾燥した。次いで生成物を540℃で、窒
素中で1時間、次に空気中で6時間焼成した。焼成生成
物は、平衡吸着能(g/100g)が、H2O35.2、シク
ロヘキサン50以上、n−ヘキサン40.8、ベンゼン
53.5であることが判った。この実施例の焼成生成物
のX線回折パターンは、d間隔39.1±2.0Åに非常
に強い相対強度線、22.4±1.0及び19.4±1.0
Åに弱い線を含むことを特徴とする。透過電子顕微鏡は
本件の超大孔物質を含むことを示した。次に本実施例の
生成物を1規定硝酸アンモニウム溶液で交換し、540
℃の空気中で10時間焼成した。
【0056】実施例12 塩化セチルトリメチルアンモニウム29%水溶液125
g、水200g、アルミン酸ナトリウム3gを水50g
に溶解したもの、PQコーポレーションから入手可能な
沈澱シリカであるウルトラシル65g、及びNaOH2
1gを50gの水に溶解させたものの混合物を完全に1
50℃、168時間で結晶化させた。反応混合物の相対
モル組成は、Al231モルに対して、(CTMA)2Oが
0.10モル、H2Oが21.89モル、NaAlO2が0.
036モル、NaOHが0.53モルであった。
【0057】固体生成物を濾過して回収し水洗し、室温
で16時間乾燥して、540℃の空気中で10時間焼成
した。焼成生成物は、表面積が840m2/gで、平衡吸
着能(g/100g)が、H2O15.2、シクロヘキサン4
2.0、n−ヘキサン26.5、ベンゼン62であること
が判った。この実施例の焼成生成物のX線回折パターン
は、d間隔40.5±2.0Åに非常に強い相対強度線を
含むことを特徴とする。透過電子顕微鏡は超大孔物質の
存在を示した。
【0058】実施例13 本実施例の第一のテンプレート混合物をつくるために、
溶媒/R2/fOのモル比が155であるようにした水酸
化ドデシルトリメチルアンモニウム50%、イソプロパ
ノール36%、水14%の溶液92gに、水240gを
添加した。この混合物のH2O/R2/fOのモル比は14
9で、IPA/R2/fOのモル比は6であった。この第
一の型混合物にアルミン酸ナトリウム4.15g、ハイ
シル25g、テトラメチルアンモニウムシリケート水溶
液(SiO2が10%) 及び水溶液テトラメチルアンモニ
ウム25%水溶液13.2gを添加した。この混合物の
2/fO/(SiO2+Al23)は0.28であった。
【0059】この混合物を25℃で1時間攪拌した。次
いで得られた混合物を100℃のオートクレーブ中に入
れ、100rpmで24時間攪拌した。オートクレーブ内
の混合物の相対モル組成は、SiO21モルに対して、N
a2Oが0.05モル、Al23が0.036モル、(C12
MA)2Oが0.18モル、(TMA)2Oが0.12モル、
2Oが36.0モル、IPAが1.0モルであった。得
られた固体生成物を濾過して回収し水洗し、室温の空気
中で乾燥した。次に、生成物を540℃にて、窒素中で
1時間、次いで空気中で6時間焼成した。焼成生成物
は、表面積が1223m2/gで、平衡吸着能(g/100
g)が、H2O25.5、シクロヘキサン41.1、n−ヘ
キサン35.1、ベンゼン51であることが判った。こ
の実施例の焼成生成物のX線回折パターンは、d間隔3
0.8±1.5Åに非常に強い相対強度線、17.9±1.
0及び15.5±1.0Åに弱い線を含むことを特徴とす
る。透過電子顕微鏡は本件の超大孔物質を含むことを示
した。
【0060】実施例14 実施例1と同様に調製した水酸化セチルトリメチルアン
モニウム溶液80gにアルミン酸ナトリウム1.65g
を添加した。この混合物をアルミン酸ナトリウムが溶解
するまで室温で攪拌した。この溶液にテトラメチルアン
モニウムシリケート水溶液(SiO2が10重量%)40
g、ハイシル10g、水200g及び1,3,5-トリメ
チルベンゼン(メシチレン)70gを添加した。得られた
混合物を室温で数分間攪拌した。次いで、このゲルを6
00ccのオートクレーブに入れ、150rpmで攪拌しな
がら105℃で68時間加熱した。混合物の組成はAl2
31モルに対して、Na2Oが1.25モル、SiO2が2
7.8モル、(CTMA)2Oが5.1モル、(TMA)2Oが
2.24モル、H2Oが2256モル、1,3,5-トリメ
チルベンゼンが80.53モルであった。
【0061】得られた生成物を濾過し、温かい(60〜
70℃)蒸留水とアセトンで数回洗浄した。最終生成物
を窒素/空気混合気中で538℃まで焼成した後、空気
中に約10時間置いた。焼成生成物は表面積が915m2
/gで、ベンゼンの平衡吸着能(g/100g)が25以上
であることが判った。アルゴンの物理収着データは、ア
ルゴンの吸収が0.95cc/gであり、孔径が78Å(ド
リモア−ヒール法(Dollimore-Heal Method、実施例
16(b)参照)を中心として、70から105Å以上に
まで及ぶことを示している。この実施例の焼成生成物の
X線回折パターンは、放出された入射X線ビームからの
強度が通常観測されるX線回折の低い角度領域に高い散
乱強度のみを有することを特徴とすることができる。し
かし、透過電子顕微鏡は、本実施例の生成物が電子回折
パターンで観察されるように異なるd100値のいくつか
の物質を含むことを示した。これらの物質は、d間隔約
85Åからd間隔約110Åまでの間のd100値を有す
ることが判明した。
【0062】実施例15 実施例1と同様に調製した水酸化セチルトリメチルアン
モニウム溶液80gにアルミン酸ナトリウム1.65g
を添加した。この混合物をアルミン酸ナトリウムが溶解
するまで室温で攪拌した。この溶液にテトラメチルアン
モニウムシリケート水溶液(SiO2が10重量%)40
g、ハイシル10g及び1,3,5-トリメチルベンゼン
(メシチレン)18gを添加した。得られた混合物を室温
で数分間攪拌した。次いで、このゲルを300ccのオー
トクレーブに入れ、150rpmで攪拌しながら105℃
で4時間加熱した。混合物の組成はAl231モルに対
して、Na2Oが1.25モル、SiO2が27.8モル、
(CTMA)2Oが5.1モル、(TMA)2Oが2.24モ
ル、H2Oが650モル、1,3,5-トリメチルベンゼン
が19.9モルであった。
【0063】得られた生成物を濾過し、温かい(60〜
70℃)蒸留水とアセトンで数回洗浄した。最終生成物
を窒素/空気混合気中で538℃まで焼成した後、空気
中に約8時間置いた。焼成生成物は表面積が975m2
gで、ベンゼンの平衡吸着能(g/100g)が40以上で
あることが判った。アルゴンの物理収着データは、アル
ゴンの吸収が0.97cc/gであり、P/P0=0.65
で発生するピークで孔径が63Å(ドリモア−ヒール法)
であることを示している。この実施例の焼成生成物のX
線回折パターンは、d間隔63±5Åに非常に強い相対
強度線、d間隔36.4±2.0、31.3±1.5及び2
3.8±1.0Åに弱い線を含むことを特徴とする。透過
電子顕微鏡は本件の超大孔物質を含むことを示した。
【0064】実施例16(a) 直径60Åまでの孔構造のアルゴン物理収着。本発明の
生成物の直径が60μmまでの孔について直径を決定す
るために、実施例1から13までの生成物の試料0.2
gをガラス性の試験管に入れ、米国特許第4,762,0
10号に記載の物理収着装置に装着した。
【0065】試料は、含有する水分を除去するために、
真空中で300℃まで3時間加熱した。その後、試験管
を液体アルゴンに浸して87°Kまで冷却した。次い
で、米国特許第4,762,010号のコラム20に記載
のように、供給量を計量した気体アルゴンを徐々に試料
に対して入れる。入れたアルゴンの量と試料上の気体空
間に残存するアルゴンの量とから吸収したアルゴンの量
が計算できる。この計算のために、理想気体法則と測定
した試料体積を使用した(S.J.グレッグ(Gregg)等、
「アドソープション、サーフェス・エリア・ポーラシテ
ィ(Adosorption,Surface Area and Porosity)、第
2版、アカデミック出版(Academic Press)、1982
年)。平衡圧力と等温式を測定する温度における吸着物
質の蒸気圧P0との比をとることによって得られる相対
圧力を使用することが通常行われている。十分少量ずつ
のアルゴンを各ステップで入れて、相対圧力範囲が0〜
0.6の範囲で168個のデータ点を設ける。十分詳細
な等温式を作成するためには、少なくとも100個の点
が必要である。
【0066】等温式の変曲点は、実施例4の試料を使用
した場合にはほぼP/P0=O.4であるが、孔構造(sys
tem)の充填を示す。P/P0の項のステップの位置が吸
収の起こっている孔の大きさを表しているのに対して、
ステップのサイズは吸収量を示す。大きな孔は、より高
いP/P0の領域で充填される。等温式におけるステッ
プの位置をよりよく設定するために、log(P/P0)を
導出する。更に、log(P/P0)の吸収ピークの位置を
物質のÅ単位の孔直径に変換する軸上の物理的スケール
を与える。この変換は、 式:log(P/P0)=K/(d−0.38)[S4/3(L−
D/2)3−S10/9(L−D/2)9−S4/3(D/2)3
+S10/9(D/2)9] [式中、dはナノメートル単位の孔径、K=32.1
7、S=0.2446、L=d+0.19、そしてD=
0.57である。]を用いて行う。
【0067】この式は、ホーヴァス(Horvase)及びカワ
ゾエ(Kawazoe)の方法(G.ホーヴァス等、ジャーナル
・オブ・ケミカル・エンジニアリング・オブ・ジャパン
(J.Chem. Eng. Japan)、第16巻(6)、1983年第
470ページ)より導くことができる。この式を実行す
るために必要な定数は、ALPO−5の測定した等温式
とその既知の孔径から決定する。この方法は、特に直径
が60Åまでの孔を有する微細孔物質に有用である。こ
の方法の実施例1〜13の試料についての結果を、次の
表にした。実施例8、11及び13の試料には二つの分
離したピークがあり、生成物中に二つの別々の超大径孔
相が存在するためであると考えられる。実施例 孔直径(Å) 1 32.2 2 35.4 3 42.5 4 39.6 5 16.9 6 27.3 7 28.3 8 22.8、30.8 9 36.8 10 36.1 11 35.0、42.1 12 40.0 13 22.4、30.4
【0068】実施例16(b) 直径約60Å以上の孔構造のアルゴン物理吸収。60Å
以上の直径の孔構造においては、ケルビン式を適用する
ことができる。これは通常、 ln(P/P0)=−2Vσcosθ/rkRT [式中、σは表面張力であり、vは被吸収物(アルゴン
ガス)のモル体積、θは接触角(通常は特別な理由のた
めに0とする)、Rは気体定数、Tは絶対温度、r
毛管の半径、P/P0は相対圧力(物理吸着等温式から)
である。]
【0069】ケルビン式は、孔機構における吸着を毛管
凝縮現象として取り扱い、吸着が起こる圧力を表面張力
と被吸着体(ここではアルゴン)の接触角とにより孔直径
に関連させている。ケルビン式が基にする原理は、直径
が5から100ナノメートルの範囲の孔において確かで
ある。この範囲以下では細孔に真の毛管凝集が起こらな
いので、式がもはや物理的現実性を反映せず、また、こ
の範囲以上では式の対数の性質が孔径を決定するための
十分な正確さを妨げる。孔サイズを測定するためにしば
しば選ばれるケルビン式の特別の適用は、ドリモアとヒ
ールの「ジェイ・アプライド・ケム(D. Dollimore a
nd G. R. Heal、J. Applied Chem.)、14巻、1
08頁、1964年」によって報告されている。この方
法はケルビン式が適切に適用できない孔壁部の吸着体の
表面層の効果を修正し、従って孔直径のより正確な測定
を可能とする。ドリモアとヒールの方法は脱着等温式に
適用するために導出されたものであるが、単にデータを
逆に入れることにより吸着等温式にも同様に適用するこ
とができる。実施例14と15の生成物については、ア
ルゴンの物理吸着データの測定を下記のようにドリモア
とヒールの方法で行った。
【0070】実施例17 石油ナフサの接触分解を、35及び42.1Åの孔を有
する六方晶の結晶性アルミノシリケートである実施例1
1の生成物を含有する触媒を用いて行った。触媒は、実
施例11で合成した物質65%とAl2335%とを練
り合わせてペレット化して調整した。得られた粒子を窒
素中430℃で3時間、次いで空気中540℃で6時間
焼成し、そして水酸化アンモニウムを添加してpHを8
に維持した1規定硝酸アンモニウム溶液で2回交換し
た。アンモニウム交換した生成物を脱水し、120℃で
乾燥した後、空気中540℃で3時間焼成した。
【0071】ゼオライト65%を含有し、押出してなる
標準的H−ZSM−5/Al23触媒も比較のために評
価した。実験は、固定床の恒温筒状反応器で、6時間-1
の重量空間速度で行った。触媒を窒素中で約540℃(1
000°F)に加熱し、この温度で445kPa(50psig)
の圧力を18時間維持した。反応を開始するために、ア
ラブ・ライトC6-180℃直留ナフサを6WHSVで反
応器に充填した。ナフサ供給原料の組成は、 全C5- 1.5重量% 直鎖パラフィン類C6-C11 26.3重量% イソパラフィン類C6-C11 31.3重量% ナフテン類C6-C11 25.7重量% 芳香族類C6-C11 14.3重量% 全C12+ 0.9重量%
【0072】窒素の流速は、接触時間をほぼ1秒に維持
するように制御した。液体は反応器に連続して30分間
供給し、その後供給原料を回収する前に30分間窒素を
パージした。転化値は、供給原料の50%以下の部分転
化で生成したC5生成物の量を基準にした。結果を表Aに
示す。 表A 本発明品 ZSM−5 転化率(重量%) 45 43 選択性(重量%) C1-C2(パラフィン) 5 6 C2= 4 11 C3=-C5=(全量) 74 54 nC3-nC5 6 23 iC4-iC5 11 6 ナフサクラッキングを検討した結果を表Aに示すが、本
発明の触媒は比較例の中間径ZSM−5よりもC3-C5
オレフィン類の選択性が高いことを示す。望ましくない
生成物(軽質ガス+直鎖パラフィン類)の全収量は、実
施例11の生成物よりもZSM−5からが非常に高かっ
た。
【0073】ナフサ原料中のシクロパラフィン類のクラ
ッキングに対する本発明の触媒の選択性は、表Bに示す
ような通常の液体留分の組成の変化によって表すことが
できる。 表B 供給原料 本発明品 ZSM−5 C6-C9ナフテン転化率(重量%) − 57 20 C6-C9パラフィン転化率(重量%) − 36 63 PONA転化率(重量%) 全C5- 3.8 2.4 3.9 ナフテン類C6-C9 12.2 7.8 16.3 他のパラフィン類C6-C9 52.9 49.7 32.4 オレフィン類C6-C9 0.1 0.5 12.1 全芳香族類 16.2 28.5 14.4 脂肪族C10+ 14.8 11.1 20.9
【0074】表Bに掲げる結果は、本発明の触媒が比較
用の中間孔酸性ZSM−5よりもシクロパラフィン類の
転化についての選択性がより高いことを示している。本
触媒から生成した液体留分中の比較的少量の芳香族の増
加は、シクロパラフィンの除去が主にクラッキング反応
で行われることを示しており、一方ZSM−5は他のパ
ラフィン類をかなり大量に除去するように見える。
【0075】上記実施例のオレフィン性C5生成物は、
酸触媒上でメタノールとの反応でエーテル化して、オク
タン価向上剤であるMTBE及びTAME生成する。ク
ラッキング留出液からのイソブタン及びイソペンタン類
は、第1段階の留出液又はエステル化単位操作での未反
応通過分から回収することができる。このC4-C5イソ
アルカン類は、プロペンやブテンと通常のアルキル化を
行うことにより高オクタン価燃料成分にグレードアップ
することができる。イソアルカン類は、脱水素化して相
当するイソアルケン類にすることもできるし、また主要
な(1級)イソアルケン生成物とエーテル化して3級アル
キルエーテルをつくることもできる。本発明の方法は、
望ましくない直鎖C3-C5アルカン類の収量を減らし、
そして通常のHFアルキル化や相当するイソアルケン類
への脱水素化を行うことにより更に高オクタン価燃料成
分にグレードアップすることができるイソブタンやイソ
ペンタン類の収量を実質的に増加させることを特徴とす
るものである。
フロントページの続き (72)発明者 ロバート・トーマス・トムソン アメリカ合衆国08648ニュージャージー州 ローレンスビル、クリークサイド・コート 9233番

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 焼成後、X線回折パターンの少なくとも
    一つのピークが約18Åより大きいd間隔を示し、6.
    7kPa(50トール)及び25℃で物質100gあたり1
    5g以上のベンゼンの吸収能を有する無機質、多孔質、
    非層状の結晶相物質を含んでなる触媒に供給原料を接触
    させることによるパラフィン系ナフサ供給原料のクラッ
    キング方法。
  2. 【請求項2】 該結晶相物質が、少なくとも直径約13
    Åの均一な大きさの穴の六角形配列を有し、焼成後は約
    18Å以上のd100値で示される六方晶の電子回折パタ
    ーンを示す請求項1に記載の方法。
  3. 【請求項3】 該結晶相物質が20〜100Åの断面寸
    法の均一な大きさの孔を有してなる請求項1又は2に記
    載の方法。
  4. 【請求項4】 該結晶相が、 式:Mn/q(Wa Xb Yc Zd Oh) [式中、Mは一又はそれ以上のイオン、nは酸化物とし
    て表されるMを除いた成分の電荷、qはMの重み付けモ
    ル平均原子価、n/qはMのモル数又はモル分率、Wは
    一又はそれ以上の二価の元素、Xは一又はそれ以上の三
    価の元素、Yは一又はそれ以上の四価の元素、Zは一又
    はそれ以上の五価の元素であり、a、b、c及びdはそ
    れぞれW、X、Y及びZのモル分率、hは1〜2.5の
    値、そして(a+b+c+d)=1である。]で表される
    請求項1から3のいずれかに記載の方法。
  5. 【請求項5】 (a+b+c)の合計がdより大きく、
    h=2である請求項4に記載の方法。
  6. 【請求項6】 Xがアルミニウム、ホウ素、ガリウム又
    は鉄であり、Yがケイ素又はゲルマニウムである請求項
    4又は5に記載の方法。
  7. 【請求項7】 a及びdが0で、h=2である請求項6
    に記載の方法。
  8. 【請求項8】 接触を、温度が400〜650℃、圧力
    が500kPaまで、及び重量空間速度が触媒を基準にし
    て1〜50の条件で行う請求項1〜7のいずれかに記載
    の方法。
  9. 【請求項9】 接触時間が10秒未満である請求項1〜
    8のいずれかに記載の方法。
  10. 【請求項10】 ナフサ供給原料の沸点範囲が65〜1
    75℃である請求項1〜9のいずれかに記載の方法。
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