JPH06509352A - 炭化水素の転換方法 - Google Patents

炭化水素の転換方法

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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】 炭化水素の転換方法 本発明はゼオライト触媒を用いる炭化水素の転換方法および使用したゼオライト 触媒の再生方法に関する。
欧州公開特許第EP−A−247802号は、ゼオライトTheta−1および ZSM−23が02−〇1oオレフィン性供給原料の再構成に触媒として使用で きることを開示している。線状オレフィンに富むこの供給原料は、分枝状オレフ ィンを豊富にした生成物に転換される。ゼオライトTheta−1はまた、Nu −10,ZSM−22,KZ−2およびl5I−1としても知られており、そし てその分類上の用語はTONである。
欧州公開特許第EP−A−65400号は、ゼオライトNu−10を、メタノー ルのオレフィンへの転換およびアルキルベンゼンのアルキル化に使用できること を開示している。
本発明者らの欧州英国出願第913101846号は、TON−型ゼオライドを 越える1 20よりも大なるモル比て、メタノール、ホルムアルデヒドおよび/ またはツメチルエーテルと共にCおよび/′またはC4オレフィンを含有する供 給原料を通過することからなるオレフィンの製造方法を開示している。
米国特許第4579993号は、触媒が蒸気および酸−抽出の両者で処理されて なる、ゼオライト触媒を使用するメタノールのオレフィンへの転換方法を開示し ている。好ましい触媒はzSM−5である。
米国特許第4658075号は、蒸気、次いでアルミニウム化合物と接触させ、 次いて水性酸溶液と接触させて処理する、結晶性ゼオライトを使用する芳香化合 物の転換方法を開示している。
本発明者らは現在、それらの1次元構造に基ついて急速に不活性化し得るゼオラ イトを蒸気/′酸処理法を用いて活性化することができること、および炭化水素 転換工程におけるこれらの使用が驚異的に高い転換値と、時間が原因の転換値の ロスが殆どない結果もたらすことを見出している。
従って、本発明は、フィードがゼオライト触媒と接触して生成物を生成し、前記 ゼオライトはもう一つの10−または12−員チヤンネルと交差しない1〇−ま たは12−員チヤンネルを包含する骨格構造を有しており、且つゼオライトが蒸 気と接触する第1工程およびゼオライトが酸と接触する次工程からなる工程によ り処理される炭化水素フィードの転換方法を提供するものである。
本発明の方法は好適には、オレフィン含有フィードの転換および好適にはフィー ドのそれとは異なるオレフィンである炭化水素の製造を指向している。好ましい 転換反応は、線状オレフィンの分枝状オレフィンへの転換、オレフィンにより芳 香族化合物をアルキル化してアルキルベンゼンを生成すること、オレフィンの2 量重合化および/またはオリゴ重合化およびメタノール、ホルムアルデヒドおよ び/または高級オレフィンを生成するためのジメチルエーテルとオレフィンとの 反応である。
特に好ましい方法は、C3および/またはC1オレフィンがメタノール、ホルム アルデヒドおよび/またはジメチルエーテルと反応して高級オレフィンを生成す ることである。オレフィンとメタノール、ホルムアルデヒドおよび/またはジメ チルエーテルのモル比は、好ましくは1.20から100 : 1よりも大であ り、一層好ましくは110から101、特に1:1から5・1である。反応は好 ましくは、200℃を越える温度、好ましくは250から600℃にて実施され 、そして減圧、大気圧または高められた圧力において実施することができる。圧 力は反応室の総圧力である。好適には、10〜10000絶対KPa、好ましく は50〜1000絶対KPaの圧力が用いられる。供給原料は、希釈剤、例えば 水、蒸気アルカンまたは不活性ガスを用いてまたは用いずに反応室に供給される 。本方法による生成物は、イソブチンおよびメチルブテンに富む分枝状オレフィ ン性炭化水素を包含している。少量の副生物、例えばメタン、エタン、エジンお よび線状のオレフィンもまた存在する。
さらに特に好ましい方法は、C−C、好ましくは04〜C6線状オレフィンの分 枝状オレフィンへの転換である。反応は、好ましくは200〜550℃、特に3 00〜550℃の範囲の温度で実施される。供給原料は、好ましくはガスまたは 反応条件下不活性ガス、例えば窒素または01〜C10アルカンで希釈される。
希釈剤が存在する場合、好ましくは総混合フィードの少なくとも30%V/v1 好ましくは30〜80%v / vの量で存在する。反応は好ましくは、50か ら1000KPa、特に100から300KPaの圧力で実施される。
本発明で用いられるゼオライトとしては、TON (The ta−L Nu− 10、ZSM−22、KZ−2、Is l−1) 、MTT (ZSM−23、 EU−13、rSI−4、KZ−1) 、ZSM−48、FER(FU−9、N u−23,131−6、ZSM−35) お、J、びEUO(EU−1、TPZ −3、ZSM−50)で、これらの全てがもう一つの10−または12−員チヤ ンネルと交差しない1〇−員チヤンネルを含有しているものおよびもう一つの1 0−または12−員チヤンネルと交差しない12−員チヤンネルを含有するMT W (ZSM−12、CZH−5、Theta−3、TPZ−12)およびMO R(モルデン沸石)が挙げられる。これらの構造は、例えばチャンネルがもう一 つの10−員チヤンネルと交差している1〇−員チヤンネルを含有するMF I  (ZSM−5)のそれと対照的である。TONの使用が好ましい。
ゼオライトの構造についての情報は、1992年、バターワース発行、ゼオライ トvol、2.No、15.1992年6月、メイヤー WMおよびオルセン  DH著、アトラス オブ ゼオライト ストラフチャー タイプスで与えられる 。これら公知のゼオライト構造型の全てを、発行された文字手段により用意する こ七ができる。典型的に一般的な方法は、例えばスタデイズ イン サーフェイ ス サイエンス アンド 力タリシスvo1.33.エルセピア−11987年 、P A ジャフブスおよびJA マルテンス著“シンセシス オブハイーンリ カ アルミノノリケート ゼオライトおよび1974年、D Wブレツク、シラ ン ライレイ著“ゼオライト モレキュラー シーブス°で与えられる。
合成直後の合成ゼオライトは、用いる正確な合成法によるが、水素、アルミニウ ム、アルカリ金属、有機窒素陽イオンまたはこれらの任意の組合わせである陽イ オンを含有している。処理工程によって処理されたゼオライトは水素型である。
水素型は、有機物含有ゼオライトの場合、か焼により有機物を除去し、次いで酸 溶液を用いるアンモニウムイオン交換またはプロトン交換もしくは両者の組合わ せにより達成される。有機窒素含有化合物の欠如において合成されたゼオライト の場合に、水素型は、所望により直接アンモニウムイオン交換、次いでか焼また は酸溶液を用いるプロトン交換もしくは両者の組合わせにより調製することがで きる。処理すべきゼオライトが水素型でない場合、処理工程の第2工程、酸によ る処理は勿論プロトンをゼオライトに導入する。
触媒としての使用のために、ゼオライトは、所望により好適な結合材で結合され る。結合材は、好適には慣用のアルミナ、シリカ、粘土または燐酸アルミノ結合 材またはこれら結合材の組合わせの一つである。本発明方法で用いるゼオライト は、2段階の処理工程で処理される。処理工程は触媒調製におけるいずれの所望 の点においてもゼオライトに適用することができ、それは例えば粉末の形で、押 し出し成型物の形で、または結合された形でゼオライトに適用することができる 。処理方法は、特に触媒の長期稼働を改善するのに有用である。
好ましくは、ゼオライト処理工程の第1工程は、100から800℃、特に40 0から600℃の範囲の温度で実施される。蒸気分圧は100%でよく、または 所望により他のガス、例えば蒸気を窒素または空気のような希釈剤と混合させて 存在させてもよい。総圧力は重要ではなく、大気圧が便利であるが、しかし他の 圧力を、例えば所望により、10〜10000KPaの範囲で用いることができ る。
ゼオライトを酸と接触させる次工程は、好ましくは希釈水性酸を使用して実施す る。ゼオライトの処理に使用する酸は鉱酸でよい。好ましい酸は硝酸、塩酸また は硫酸である。酸の強度は、好適には0.01モル、好ましくは0.05〜10 モルである。酸との接触は、好ましくは5〜200℃、特に80〜120℃の範 囲の温度で、好適には0.1〜10時間、好ましくは0,5〜2時間の間に行わ れる。酸処理に続いて、ゼオライトは好ましくは触媒として使用される前に水で 洗浄し、乾燥しモしてか焼する。
本発明の一層の観点によれば、ゼオライトが蒸気と接触する第1工程およびゼオ ライトが酸と接触する次工程からなり、前記ゼオライトは構造型TON、ZSM −48、FER,EUOおよびMTWから選択されるゼオライトの処理方法を提 供している。
本発明の特殊な利点は、高い初期転換率を達成する能力および時間が原因の転換 ロスが従来技術の方法よりも一層緩和であることである。
次の実施例を参照することにより本発明をさらに説明する。
鋳型剤としてアンモニアを用いてTheta−1を合成した。アルミン酸ナトリ ウム(30gSex、BDH,40wt%Al2O3,30wt%Na2Oおよ び3〇wt%H20)および水酸化ナト盲片ム(15,6g ex、BDH)を 蒸留水(240g)に溶解した。
アンモニア溶液(1400g、25%NH3含有SG O,90)を緩やかに混 合しながら添加した。40wt96シリカを含有した、Ludox AS40( e x、デュポン)の商標で販売されているシリカゲル1200gを15分かけ て、均一ヒドロゲルを維持するように攪拌しながら添加した。ヒドロゲルのモル 組成は、 2.89Na20:175NH3:L、0AI203:68SiO2:この混合 物は、次いで5リツトル パール オートクレーブに詰め、そして機械的な攪拌 操作で混合する一方、自源的な圧力下、175℃で25時間結晶化した。結晶化 期間の最後に、オートクレーブを冷却し、そして生成物を濾過、洗浄そして10 0℃にて、エアオープン中で乾燥した。ゼオライト生成物をX線パウダー回折で 試験し、高結晶性のTheta−1であることを確認した。
このようにして得られたNa およびNH4イオンの両者を含有するTheta −1を、硝酸アンモニウム水溶液(1・10のIMゼオライト対対液液重量比) と共に1時間混合することにより直接イオン交換を行い、Na イオンを除去し た。ゼオライトを濾過、洗浄し、そしてイオン交換処理を繰り返した。次いでア ンモニウム型のゼオライトを100℃で乾燥し、そして空気中550℃にて1夜 か焼して、それを水素型に転換した。ゼオライト生成物のX線回折パターンを下 記表1に示す。
表 1:実施例1の生成物のX線回折 ±20%の強度変化 り面間隔における相当する変化により±0.2°の2theta位における変化 除外されたImaxの10%以下のピークカッパー アルファー波長、1.54 060X線回折メーター フィリップス PW 1820100スリツツ 17 4°、0.2°、1/4゜2 Thetaスキャン 2’−32゜ステップ ス キャン 0.025’ 時間 4秒 実施例2 触媒蒸気処理および酸処理 実施例1で調製されたのと同様のH−型のゼオライトを、10トンの圧力で加圧 して錠剤とし、それらを顆粒に粉砕し、そしてこれらのものを順に600ミクロ ン通過、250ミクロン不通過の篩で篩別した。顆粒を管状反応器(600mm lD)に入れて550℃に加熱した。それが触媒顆粒と接触する前に、水が蒸気 に転換する大きな予備加熱ゾーンがあった。蒸留水と窒素は、各々30g/時間 および60m1/分の割合で、予備加熱ゾーンを通って触媒を通過した。
550℃の反応器温度で2時間後、水流が停止し、触媒は常温に冷却された。蒸 気処理された触媒を、還流するIM水性硝駿で1時間処理し、濾過、次いで蒸留 水で洗浄した。この酸処理操作を2度繰り返した。得られたゼオライト粉末を、 次いで乾燥し、次に空気中550℃で12時間か焼した。
実施例2および実施例1(比較)で調製されたのと同様のゼオライト粉末を、1 0トンの圧力で加圧し、錠剤にした。これら錠剤を粉砕し、600ミクロン通過 、250ミクロン不通過の篩で顆粒に篩別した。触媒顆粒(4,2g)10CC を、同軸熱電対ウェルを有する管状反応器に入れ、メタノール/ブテンフィード の転換について試験した。結果を表2および3に示す。これらの表に使用した用 語は次のように定義される。
WH3V =を時間当たりの触媒重量当たりで供給されたメタノールおよび炭化 水素の重量である、1時間当たりスペース速度重量オーブン温度=フィード導入 前の反応器の温度ベッド温度 =生成物収集時における反応器の温度HO3=流 動時間 フィード% =モル フィード組成 MeOH=メタノール 転換 士各フィードの炭素モル転換% 選択性 =[(各成分の炭素モル収量)/(総炭素モル転換) ] X100表 3に提示されたデータは、本発明方法により処理されなかった比較触媒が、反応 の初めに高い転換を示すが、転換は急速に減少することを示している。空気中、 580℃で12時間加熱することによる触媒の再生後、転換は新鮮な触媒による よりも低下し、そして再び活性が急速に減少する。さらに一層の再生は転換に一 層のロスをもたらす。
比較に関していえば、表2に提示したデータは、本発明方法で処理した触媒が、 特に再生後、初期の転換を改善することおよび時間が原因の転換のロスが非常に 少ないことを示している。再生は、触媒活性の回復に一層成功しており、そして 21時間の流動後、ブテン転換は未処理触媒を使用して得られたそれのほぼ2倍 実施例2で調製されたのと同様の触媒H−Theta−1、オーツ:4度400 ℃、WH3V8.Oh−’、圧力3バール、実施例1で調製されたのと同様の触 媒H−Theta−1、*−ブン温[400℃、VH3V8.Oh−’、圧力3 バール、アルミン酸ナトリウム(0,74kg、ex BDH,40wt%Al 2O3,30wt%Na Oおよび3 Q w t%H2o)および水酸化カリ ウム(0,82kg)を脱イオン水(52,54k g)に溶解した。ジェタノ ールアミン(9゜70kg)、次いでシリカゲル(Ludox AS40.26 .30kg)を絶えず攪拌しながら15分かけて添加し、モル組成の均一なヒド ロゲルを与えた:L 2Na O+2.5K O:32DEA:1.0AI20 3:60S io : 1308H20(DEAはジェタノールアミンである) 。
混合物を25ガロン オートクレーブに入れ、そして175℃で25時間結晶化 させた。オートクレーブを常温に冷却し、内容物を濾過し、脱イオン水で洗浄し そして100℃で乾燥した。
その粉末をX線回折で試験し、高結晶性Theta−1ゼオライトであることを 確認した。
約2.5kgのゼオライトをトレーに拡げて、深さ4インチのベッドとし、空気 中580℃で24時間か焼した。ゼオライトを、1当量/dm3硝酸アンモニウ ム溶液(1リットル10.1kgゼオライト)と接触させ、且つ常温で16時間 混合することによりイオン交換を行った。ゼオライトを濾過し、脱イオン水で洗 浄しそしてイオン交換処理をさらに2度繰り返した。最後のイオン交換処理は7 0時間続けた。洗浄した乾燥イオン交換ゼオライトを、上述のように550℃で 24時間か焼した。
ゼオライトを、”)fymod Excelsior PKXI’の商標で販売 され且つイングリシュ チャイナ クレイズにより供給されている商業的に入手 可能なシリカ/アルミナ材と混合し、そしてその混合物を押し出して、ゼオライ ト含量が82重量%の押し出し成型物を得た。
実施例4で調製された触媒押し出し成型物10gを、次のように本発明に基づい て蒸気処理し、そして酸処理した。
押し出し成型物を、管状反応器(60mmID)に入れ、550℃で加熱した。
それが触媒と接触する前に、水が蒸気に転換する大きな予備加熱ゾーンがあった 。
蒸留水と窒素を、各々30g/時間および60m1/分の割合で触媒を通過させ た。2時間後、水流を停止し、触媒を常温に冷却させた。触媒は、次いで1当量 /リツトル硝酸(触媒10g/酸溶液200m1)で1時間還流させた。押し出 し成型物を濾過し、蒸留水で洗浄し、そして前述のようにさらに2度還流させた 。
最後に、触媒を550℃で16時間か焼した。
実施例4(比較)および5で調製された押し出し成型物を、フィード中のn−ブ テンの構造単量化について試験して、同軸熱電対ウェル(2mmOD)を有する 固定ベッド管状反応器(12mmID)中でイソブチンを製造した。フィードは 下記の組成であった。
成分 wt% イソブタン 12.78 n−ブタン 25.97 t−ブテン−23,77 1−ブテン 48.90 イソブチン 0.78 C−ブテン−27,07 n−ペンテン 0.07 ヘキセン 0.60 オクテン 0.06 反応圧力および温度は、各々2絶対バールおよび500℃であった。触媒の容量 は5mlであり、その重量は2.02gであった。1時間当たり触媒1gを通過 するフィードの重量ダラムは、38〜42に固定されていた。本発明(実施例4 )に基づいて処理されなかった比較触媒を試験した時、23. 5. 47.  5および53.5時間の流動後に、総生成物中のイソブチンの水準は、各々16 .7’wt%、14.0wt%および14.3wt%であった。これらの時にイ ソブチン(選択性)に転換された転換線状ブテンの割合は、各々?4.4wt% 、78゜5wt%および81.5wt%であった。
対照的に、本発明に基づく触媒(実施例5)を、24.5および49,5時間の 流動後に試験した時、総生成物中のイソブチンの水準は、各々19.5wt%お よび19.7wt%であった。これらの時にイソブチン(選択性)に転換された 転換線状ブテンの割合は、各々73.8wt%および83.2wt%であった。
実施例7 1回分のゼオライトTheta−1の水素型が、実施例1に記載のようにして調 製され、そして実施例2に記載のようにして蒸気および酸処理された。ゼオライ トを、再度10トンの圧力で加圧して錠剤とし、顆粒に粉砕し、そして600ミ クロン通過、250ミクロン不通過の篩で篩別した。顆粒を、フィード中のロー ブテンの構造的な単量化について試験して、同軸熱電対ウェル(2mmOD)を 有する固定ベッド管状反応器(12mmID)中でイソブチンを製造した。フィ ードは下記の組成であった。
縁分 リ イソブタン 11.59 n−ブタン 24.39 t−ブテン−27,28 1−ブテン 48. 44 イソブチン 0.81 C−ブテン−27,23 n−ペンテン 0.09 ヘキセン 0.05 オクテン 0.12 反応圧力および温度は、各々2絶対バールおよび500℃であった。触媒の容量 は5mlであり、その重量は1.83gであった。1時間当たり触媒1gを通過 するフィードの重量ダラムは、45〜47に固定された。77時間の流動後、触 媒は10〜20%空気含有窒素中で、580’C148時間、次いで追加の12 時間、空気中で再生した。窒素は触媒を通過し、そして温度は500’Cに減少 した。触媒を再度、前述のようにして同じフィードを使用し且つ同じ条件で試験 した。1時間当たり1gの触媒を通過したフィードの重量ダラムは、42〜44 に固定された。24.5および48.0時間の流動後、総生成物中のイソブチン の水準は、各々20.6wt%および18.2wt%であった。イソブチン(選 択性)に転換した転換線状ブテンの比率は、各々?2.4wt%および8o、3 wt%であった。73時間の流動後、前述のようにして触媒を再生し、試験を行 なった。24,0および48.0時間の流動後、総生成物中のイソブチンの水準 は、各々20.6wt%および18.2wt%であった。イソブチン(選択性) に転換した転換線状ブテンの割合は、各々74.1wt%および81.0wt% であった。
フロントベージの続き (51) Int、 C1,’ 識別記号 庁内整理番号C10G 35109 5 6958−4H//C07B 61100 300 (72)発明者 キッド、ディピッド アーサーイギリス国、ジーニー139エ イチピー、ハンプシャー、フリート、ウェストバリーアベニュー 11 I

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.フィードがゼオライト触媒と接触して生成物を生成し、前記ゼオライトはも う一つの10−または12−員チャンネルと交差しない10−または12−員チ ャンネルを包含する骨格構造を有しており、且つゼオライトが蒸気と接触する第 1工程およびゼオライトが酸と接触する次工程からなる工程により処理されるこ とを特徴とする炭化水素フィードの転換方法。
  2. 2.炭化水素フィードが少なくとも1つのオレフィンからなる請求の範囲1に記 載の方法。
  3. 3.生成物が少なくとも1つのオレフィンからなり、前記オレフィンはフィード の炭化水素と異なっている請求の範囲1または2に記載の方法。
  4. 4.ゼオライトが次の構造型:TON、MTT、ZSM−48、FER、EUO 、MTWおよびMORから選択される前記請求の範囲のいずれかに記載の方法。
  5. 5.ゼオライトがTON−型構造のものである請求の範囲4に記載の方法。
  6. 6.ゼオライトが水素型である前記請求の範囲のいずれかに記載の方法。
  7. 7.ゼオライト処理工程の前記第1工程が、100〜800℃の範囲の温度で実 施され、そして前記第2工程が、5〜200℃の範囲の温度で実施される前記請 求の範囲のいずれかに記載の方法。
  8. 8.ゼオライト処理工程の前記第2工程が、希釈鉱酸を用いて実施される前記請 求の範囲のいずれかに記載の方法。
  9. 9.フィードがC3および/またはC4オレフィン性フィードおよびメタノール からなり、ホルムアルデヒドおよび/またはジメチルエーテルが少なくとも1つ の高級オレフィン性炭化水素へと転換される前記請求の範囲のいずれかに記載の 方法。
  10. 10.C4からC10のC4オレフィン性フィードを分枝状オレフィンに転換す る請求の範囲1〜8のいずれかに記載の方法。
  11. 11.ゼオライトが蒸気と接触する第1工程およびゼオライトが酸と接触する次 工程からなり、前記ゼオライトは構造型TON、ZSM−48、FER、EUO およびMTWから選択されるゼオライトの処理方法。
  12. 12.ゼオライトがTON−型構造のものである請求の範囲11に記載の処理方 法。
  13. 13.ゼオライトが水素型である請求の範囲11または12に記載の処理方法。
  14. 14.前記第1工程が、100〜800℃の範囲の温度で実施され、そして前記 第2工程が、5〜200℃の範囲の温度で実施される請求の範囲11〜13のい ずれかに記載の処理方法。
  15. 15.酸が希釈鉱酸である請求の範囲11〜14のいずれかに記載の処理方法。
  16. 16.ゼオライトが蒸気と接触する第1工程およびゼオライトが酸と接触する次 の第2工程からなり、前記ゼオライトはもう一つの10−または12−員チャン ネルと交差しない10−または12−員チャンネルを包含する骨格構造を有して おり、炭化水素フィードが異なる炭化水素からなる生成物に転換することからな る工程により処理されるゼオライトの使用。
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