JPH067680A - Mfi型ゼオライト系触媒及びその調製・利用方法 - Google Patents
Mfi型ゼオライト系触媒及びその調製・利用方法Info
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- JPH067680A JPH067680A JP5076523A JP7652393A JPH067680A JP H067680 A JPH067680 A JP H067680A JP 5076523 A JP5076523 A JP 5076523A JP 7652393 A JP7652393 A JP 7652393A JP H067680 A JPH067680 A JP H067680A
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- C01B39/02—Crystalline aluminosilicate zeolites; Isomorphous compounds thereof; Direct preparation thereof; Preparation thereof starting from a reaction mixture containing a crystalline zeolite of another type, or from preformed reactants; After-treatment thereof
- C01B39/36—Pentasil type, e.g. types ZSM-5, ZSM-8 or ZSM-11
Abstract
換能の高いゼオライト系物質を提供する。 【構成】 MFI型結晶構造を有するゼオライト物質の
シリカ/アルミナ比は26より小さく、有機原型反応剤
を使用したりシード添加を行ったりせずにこのようなゼ
オライト物質を熱水的に調製する。二酸化ケイ素源、ア
ルカリ金属水酸化物、アルミニウム源及び水の混合物を
生成することによって結晶構造を得る。これらの反応物
の組成は、SiO2/Al2O3比14から22、OH-/
SiO2比0.05から0.08、M2O/SiO2比
0.08から0.11、H2O/SiO2比14から22
(いずれもモル比)であり、Mはアルカリ金属であり、
160〜180℃の温度で40〜80時間かけて混合物
と反応させる。この物質は、すぐれた分解能を有し、ガ
ソリンオクタンに対する選択性も向上している。
Description
イト系物質とその調製・利用方法に関し、特に、シリカ
/アルミナ比が小さく、有機原型の使用すなわちシード
添加を行わずに調製できる上、すぐれた分解活性及びガ
ソリンや軽留分などに対して高い選択性を示すゼオライ
ト物質に関する。
ケイ酸塩であり、その酸化物モル組成は以下のような一
般化学式によって示される。
オンMの価数、Yは通常2以上であるSiO2/Al2O
3モル比、Xは0より大きいH2O/Al2O3のモル比で
ある。
素原子と中央のケイ素原子とを有するSiO4四面体
と、頂点の4つの酸素原子と中央のアルミニウム原子と
を有するAlO4四面体とからなる。SiO4四面体とA
lO4四面体とは、酸素原子を共有して三次元結合して
いる。アルミニウム原子は3価なのでAlO4は負に荷
電する。この負電荷は陽イオンM+nによって相殺され、
電気的に中和状態となる。四面体の連結方法の相違によ
り、細孔径及び細孔形状の異なる三次元網目構造が得ら
れる。このように形成された細孔径は2〜10オングス
トローム以上であるが、AlO4四面体と結合している
金属陽イオンと違う大きさの金属陽イオンとを置換する
ことで、細孔径の大きさを変えることができる。
ゼオライトのようなモルデナイトフレイムワーク イン
ヴァーテッド(Mordenite Framewor
kInverted;MFI)型ゼオライトは、精製工
程において広く利用されている。これらのゼオライト
は、キシレンの異性化、ベンゾールのアルカリ化、メタ
ノールをガソリンやオレフィンに変える処理など、反応
によっては極めて例外的な触媒活性を示す。
アルカリ金属陽イオンと窒素含有有機化合物とを固有の
有機アルカリアンモニウムイオンとして使用する。ZS
M−5やZSM−11のような周知のゼオライトを調製
する際には、大量のアミンすなわち有機アンモニウム塩
及び特定の反応物質を使用してこれらの物質の腐食作用
を維持して処分しやすくする必要があり、このようなゼ
オライトの合成には費用がかかる。また、これらのゼオ
ライトを触媒や吸着剤として利用するためにはゼオライ
トの細孔や連通した空隙内の有機物質を除去しなければ
ならず、有機物を除去するためのプロセスを加えなけれ
ばならない。
用せずにゼオライトを調製できればそれに越したことは
ないのである。
国特許第4,257,885号には、ケイ酸原料にコロ
イドケイ酸を使用して有機陽イオンなしで調製したゼオ
ライトが開示されている。結晶化を行っている間、結晶
核生成剤すなわち「種」を添加して十分な純度の生成物
をかなりの収率で生成する。ここに開示されている方法
によって得られるゼオライト系物質のシリカ/アルミナ
モル比は10〜100である。
562,055号は、ZSM−5に類似のゼオライトを
調製する方法について開示している。ここに開示の方法
によれば、高純度でシリカ/アルミナ比の大きいZSM
−5に類似のゼオライトを提供できる。しかしながら、
このゼオライトを調製するためには、アルカリ金属の水
酸化物及び/またはアルカリ金属ケイ酸塩の水溶液中で
粒状非晶質アルミノケイ酸塩の均質相化合物を調製しな
ければならない。
た欧州特許第94693B1号は、有機原型を使用せず
にZSM−5ゼオライトを調製する方法を開示してい
る。シード添加を行うことにより、所望の結晶構造の形
成を促進する。
物質はいずれもシリカ/アルミナ比が大きい。しかしな
がら、シリカ/アルミナ比は小さいほどよいことが分か
っている。シリカ/アルミナ比を小さくすることで活性
部位の密度は高くなり、結果として転化率も高くなる。
シリカ/アルミナ比を小さくするとイオン交換能は向上
する。多孔性吸着モレキュラーシーブ系物質を使用する
場合には、このようなイオン交換能の向上は理想的であ
る。また、シリカ/アルミナ比を小さくすることで、所
望の形状選択性を有するゼオライト構造を得る際の助け
になるものと思われる。
法は、ZSM−5に類似の物質を生成するためにシード
添加や長時間にわたる結晶化、均質開始物質などの好ま
しくないステップを含む。
O3・YSiO2・ZH2Oを有する高純度ゼオライトを
提供することにある。ここで、Mはアルカリ金属カチオ
ン、Xはアルカリ金属カチオン/Al2O3モル比、Yは
SiO2/Al2O3モル比、ZはH2O/Al2O3モル比
である。さらに、Yは他の一般的なZSM−5物質やZ
SM−11物質の場合よりも小さい。
加、均質開始溶液などを使用せずにMFI型ゼオライト
を調製する方法を提供することにある。
く、オレフィンに対する選択性を向上させたゼオライト
系触媒を提供することにある。
の高いゼオライト系物質を提供することにある。
の説明から明らかになろう。
のゼオライト系物質とその調製・利用方法に関し、特
に、シリカ/アルミナ比が小さく、有機原型の使用すな
わちシード添加を行わずに調製できる上、すぐれた分解
活性及びガソリンや軽質留分などに対して高い選択性を
示すゼオライト物質に関する。
ような一般化学式によって表される組成を有する。
した少なくとも1種類のカチオン、Xはアルカリカチオ
ン酸化物/アルミナモル比で0.9から1.2の間にあ
り、Yはシリカ/アルミナモル比で16から26の間に
あり、ZはH2O/アルミナモル比で0.4から1.5
の間にある。本発明によるゼオライト系物質は、回折
角、格子距離(d−空間)及び相対強度について以下の
表1に簡単に示すX線回折パターンを特徴とする。
るための方法は、水酸化ナトリウム溶液中においてモル
濃度0.7から1.3Mのアルカリ金属アルミン酸塩水
溶液を生成するステップと、この水溶液をコロイドケイ
酸と混合して、成分モル比が、SiO2/Al2O3:1
4から22、OH-/SiO2:0.05から0.08、
M2O/SiO2:0.08から0.11、H2O/Si
O2:14から22、であるゲル生成物を生成するステ
ップと、例えば自己加熱圧力下で最低48時間かけてゲ
ル生成物を160〜180℃まで加熱するなどの方法
で、ゲル生成物を熱水結晶化するステップと、組成物を
濾過して結晶性アルミノケイ酸塩を得るステップと、ア
ルミノケイ酸塩を乾燥させるステップと、を含む。
らに周知のイオン交換法によって陽子形態に転化する。
た方法では、有機原型やシード添加、均質開始物質など
を使用せずに、シリカ/アルミナ比は小さく、すぐれた
分解能力を有し、オレフィンに対する選択性を向上させ
た高イオン交換能を有するゼオライト系物質を提供す
る。
うな酸化物モル比で表される組成を有する。
群から選択した少なくとも1種類のカチオンであり、好
ましくはI群のアルカリ金属から選択したカチオンであ
る。Xはアルカリカチオン酸化物/アルミナモル比で
0.9から1.2の間にある。Yはシリカ/アルミナモ
ル比で16から26の間にあり、好ましくは10であ
る。ZはH2O/アルミナモル比で0.4から2.0の
間にある。以下、このような本発明によるゼオライト系
物質をST−5またはST−5ゼオライトと呼ぶ。
法において有効に利用することができる。この組成は、
カタリスティック社(Katalistik)シグマ4
00(Sigma 400)などの塩基触媒への添加剤
として有用である。(シグマ400の組成については以
下の表6に示す。)上述したようなゼオライト系物質を
触媒などへの添加剤として使用することで、一般的な原
料からのガソリンや所望の分留物の収率を増加させるこ
とができる。このような利用法については以下の例7に
おいて示す。
うな手順で調製する。
ン酸塩水溶液を生成する。この水溶液のアルカリ性水酸
化物のモル濃度は0.7から1.3Mの範囲内にあると
好ましく、さらに好ましくは0.74から1.2Mとす
る。この水溶液とコロイドケイ酸とを混合し、OH-/
SiO2のモル比が0.05から0.08であるゲル生
成物を生成する。例3において後述するように、この比
率は適当な結晶構造を得るための限界値である。モル比
0.05より小さいと無定形質を生じ、逆に0.08よ
り大きいとモルデナイトが形成される。この比率は好ま
しくは0.055から0.065とし、理想的には0.
06とする。ゲル生成物の最終組成は、SiO2/Al2
O3:14から22、OH-/SiO2:0.05から
0.08、M2O/SiO2:0.08から0.11、H
2O/SiO2:14から22、のようになる。
結晶化方法は、まず自己加熱圧力下で最低48時間、好
ましくは最低55時間、最も好ましくは55〜94時間
かけてゲルを160〜180℃、好ましくは165〜1
72℃まで加熱し、所望の熱水結晶化組成を生成するス
テップを含むと好ましい。この組成をさらに濾過して結
晶性アルミノケイ酸塩を得る。その後、アルミノケイ酸
塩を乾燥させる。
得られたアルミノケイ酸塩を当業者間で周知のイオン交
換法によって陽子形態に転化する。
プロモータとして利用すると、耐熱水失活性が向上する
ことも分かっている。例5において後述するように、熱
水失活は触媒再生の際に起こる。
を明らかにする。
トは以下のように調製する。
%)0.68g溶液にアルミン酸塩ナトリウム(45.
3重量%Al2O3、29.5重量%Na2O、25.6
重量%H2O)3.6gを添加してアルミン酸塩水溶液
を生成した。水49mlにデュポン(Dupont)社
から販売されているコロイドケイ酸LUDOX AS−
40(登録商標)50g(40% SiO2)を溶解し
た中にアルミン酸塩水溶液を添加した。この時、ゲル生
成物を生成するために連続して撹拌しながら添加した。
このようにして生成したゲル生成物の組成モル比は、S
iO2/Al2O 2=21、H2O/SiO2=17、OH-
/SiO2=0.05、Na2O/SiO2=0.08で
ある。
て300mlスチール反応器内でゲル生成物を熱水結晶
化した。この結果得られた生成物を母液から分離して洗
浄し、120℃で一晩乾燥させた。最終粉末物質は、上
述した表1に示すようなX線回折図形を特徴とする。合
成したST−5ゼオライトの化学的組成を原子吸光分析
によって測定すると、 Si 30.0重量%、 Al 3.3重量%、 Na 2.8重量% であった。
であるので、シリカ/アルミナ比は17.6となる。
8.8というSi/Alモル比は、MFI型ゼオライト
としては極めて低い(通常、この種のゼオライトではS
i/Alモル比は12〜80である)。
RMN分光を行った。IR分光分析を行うために、ST
−5物質を例2において示すようなタブレット形に転化
した。陽子形態すなわち酸性形態で1:200(wt/
wt)の比率でゼオライトST−5とKBr粉末とを混
合してKBrタブレットを生成した。このタブレットを
加熱し、10-5トールの真空圧力下、400℃で3時間
保持した。シリカ/アルミナ比が23であるインターキ
ャット(INTERCAT)社製の工業用ゼオライトH
ZSM−5でこれと同様のタブレットを生成し、熱処理
を行った。室温でパーキンエルマーモデルFTIR−1
750から得られるスペクトルを記録した。添付の図面
はヒドロキシル領域におけるゼオライトST−5と工業
用HZSM−5とを比較して示している。ST−5のス
ペクトルはHZSM−5のスペクトルと類似している。
しかしながら、ST−5物質の場合は3.550から
3.700cm-1の間に2つの低解像帯域が観察された
ことに注意されたい。これらの帯域は、ゼオライト骨格
におけるAl−O−Si−Oフラグメントの含有量が多
いために生じる高ヒドロキシル相互作用を証明するもの
である。−Al−OH−Si−Oのようなブリッジヒド
ロキシルは隣接するシラノール基−Si−OHとの間で
相互に作用するので、ST−5はアルミニウム骨格が密
になる。
ルミナ比を測定するために、例1において生成した合成
ST−5のRMN分光を実行した。RMN−MASスペ
クトルは29Si核について59.63MHzの周波数
を使用してBruker MSL−300で行った。5
mm酸化ジルコニウムロータにサンプルをおき、3〜4
khzで回転させる。RMN分光によって測定したシリ
カ/アルミナモル比は11.7であった。この結果か
ら、ST−5のシリカ/アルミナ比は極めて低いことが
分かる。一般的な化学分析によって測定した総シリカ/
アルミナ比8.8と比較してみると、ゼオライトを本発
明によって調製すると格子内にはアルミニウムは存在し
ないことは明らかである。このゼオライト骨格外にある
アルミニウムによってゼオライト活性は増加する。
て生成したST−5ゼオライトのサンプルを陽子形態に
転化する。ST−5ゼオライトサンプルを液/固関係1
8ml/grの0.1M NH4 NO3 溶液を使用し
50℃で4時間かけて2度にわたって処理すなわち交換
した。交換後のゼオライトを洗浄して濾過し、120℃
で4時間かけて乾燥させた。さらに、すべてのアルミニ
ウムが分解するまでゼオライトを480℃の温度で一晩
放置した。焼成後、酸形態のST−5ゼオライトの化学
的組成を原子吸光分析によって測定した。この結果、組
成は、 Si 29.0重量%、 Al 2.8重量%、 Na 0.4重量% であることが分かった。
SiO2モル比の影響を示す。サンプルは、上述の例1
と類似の以下のような方法で調製した。OH-/SiO2
比は、SiO2、アルミン酸塩ナトリウム、水の量は一
定に保ったままでNaOHの比率を変化させることによ
って調節した。様々なOH/SiO2比を有する5つの
サンプルを調製し、結果として得られたゼオライトをX
線回折によって同定した。このようにして測定した構造
特性を以下の表2に示す。
は本発明によるゼオライト生成物の所望の結晶構造を得
るための限界値である。
物に及ぼす影響について示す。例1において上述した方
法で、モル組成が、SiO2/Al2O3=16、OH-/
SiO2=0.06、Na2O/SiO2=0.09、H2
O/SiO2=15、であるゲル生成物を調製し、選択
した温度で48時間かけて結晶化を行った。この結果を
以下の表3に示す。
ィン分解能を示す他の例を挙げる。例1に示す方法によ
って調製したゼオライトST−5サンプルを使用して様
々な分解反応を行い、例2のように陽子形態に転化し
た。インターキャット(Intercat)製ZCAT
(登録商標)、エンゲルハールト(Engelhard
t)製Z100(登録商標)、ダビソン(Daviso
n)製O(登録商標)などの工業用ZSM−5型オクタ
ンプロモータも同様に試験した。2種類の原料を供給
し、このうち一方はn−ヘキサンで他方はn−ヘプタン
である。反応条件はt=380℃、p=1atm、気体
流量(N2)=200cc/分、パラフィン流量=0.
67cc/分とした。転化後の留分について、オレフィ
ン総産生量(C3+iso−C4+C4、すなわちアルキ
ル化電位電荷(APC))及びコークス副産物の重量パ
ーセントを測定した。この結果を以下の表4にまとめて
おく。
ン分解用の他の工業触媒と似たようなAPCを有する
が、コークス産生量は極めて少ないということが分か
る。低コークス産生量は接触分解においては極めて有益
である。これはST−5材料の予期していなかった特性
である。また、ST−5ゼオライトは酸性度が高いた
め、活性担体を使用しなくても高分解能を得ることがで
きる。これはST−5ゼオライトのn−ヘキサン転化値
が大きいことからも明らかである。ZCATは活性基質
を有するためST−5ゼオライトと同様のn−ヘキサン
転化能を有するが、コークスも産生されやすい。他の工
業用オクタンプロモータ(Z100、O)はコークス産
生の可能性は低いが、n−ヘキサン分解法に適用した場
合の転化率も低い。
i/Al=9.5mol/mol)を使用して調製した
オクタンプロモータに及ぶ影響をインターキャット(I
NTERCAT)製HZSM−5(Si/Al=23m
ol/mol)などの周知のケイ質ゼオライトを使用し
て調製したオクタンプロモータの場合と比較して示す。
熱水失活は通常接触分解プロセスにおける触媒再生ステ
ップにおいて発生する。
ンプルを調製し、例2において説明したような陽子形態
に転化した。このサンプルを固定層石英反応器内で蒸気
10%を含む空気を使用して680℃で1時間かけて処
理した。n−ヘプタンの原料をN2 流速200cc/分
で、流速0.67cc/分、300℃で同じ反応器に供
給した。インターキャット(INTERCAT)製HZ
SM−5ゼオライトを同じ条件で処理し、同じように試
験した。転化率、APC、コークス産生量の3項目につ
いて測定を行った。この結果を以下の表5にまとめてお
く。
なり、有価APC生成物収率も高くなる。本発明による
ゼオライト物質は、HZSM−5などの周知の産生物と
比較して比較的高い耐熱水失活性を有することも明らか
である。
る添加剤として使用した場合の作用を示す。
s)製シグマ400(Sigma400)のサンプルを
塩基触媒として使用する。この触媒の組成は以下の表6
に示す通りである。
かけてこの触媒を熱水失活させた。これは触媒の平衡状
態を示すために行ったものである。
混合物は失活させた触媒と工業用HZSM−5(Si/
Alモル比23)2重量%とを含む。第2の混合物は第
1の混合物の場合と同一の失活させた触媒と、例2に示
す方法に基づいて生成した酸形態でのST−5を2重量
%とからなる。ASTM D−3907−87及びMA
Tに基づく試験を行った。この結果を以下の表7に示
す。同表において、HZSM−5組成を示す列を「A」
とし、ST−5についての結果を示す列を「B」とす
る。
するとHZSM−5を使用した場合よりも多量のC5−
220℃(ガソリン)生成物を得ることができる。ま
た、ST−5組成によって気体のオレフィン生成物(C
3,C4)の産生量も増加している。
なくを他の形態にしたり他の方法で実行したりすること
もできる。本実施例は単なる一例にすぎず、これに限定
されるものではないことは理解できよう。添付の特許請
求の範囲によって示される本発明の趣旨及びこれと等価
な意味内容の範囲に含まれるあらゆる変形も本発明の範
囲に包含されるものである。
シード添加などのステップを行わずに高純度かつ分解特
性が良く、オレフィンに対する選択性も高いゼオライト
系触媒を提供できる。
ゼオライト(HZSM−5)とをIRスペクトルについ
て比較したグラフ図である。
Claims (13)
- 【請求項1】 酸化物のモル比について以下の化学式1
によって表される組成を有するMFI型ゼオライト系物
質であって、 【化1】 Mは元素の周期系のI群から選択した少なくとも1種類
のカチオン、Xはアルカリ性カチオン酸化物/アルミナ
モル比で0.9から1.2の間にあり、Yはシリカ/ア
ルミナモル比で16から26の間にあり、Zは水/アル
ミナモル比で0.4から2.0の間にあり、前記ゼオラ
イト系物質は表1に示すようなd−空間を特徴とするM
FI型ゼオライト系物質。 - 【請求項2】 Mは元素の周期系のI群から選択した少
なくとも1種類のカチオンであることを特徴とする請求
項1記載のゼオライト系物質。 - 【請求項3】 Yは20より小さいことを特徴とする請
求項1記載のゼオライト系物質。 - 【請求項4】 熱水失活させた触媒を供給するステップ
と、 酸化物のモル比について以下の化学式2によって表され
る組成を有するゼオライト系物質であって、 【化2】 Mは元素の周期系のI群から選択した少なくとも1種類
のカチオン、Xはアルカリカチオン酸化物/アルミナモ
ル比で0.9から1.2の間にあり、Yはシリカ/アル
ミナモル比で16から26の間にあり、Zは水/アルミ
ナモル比で0.4から2.0の間にあり、表1に示すよ
うなd−空間を特徴とする前記ゼオライト系物質を供給
するステップと、 約2重量%のゼオライト系物質組成を有する触媒とゼオ
ライト系物質との機械的混合物を生成するステップと、
を含むことを特徴とする使用済流動接触分解用触媒の再
生方法。 - 【請求項5】 (1)アルカリ金属アルミン酸塩水溶液
を塩基溶液中に生成するステップと、 (2)前記水溶液とコロイドゲルとを混合し、化合物の
モル比が、 SiO2/Al2O3:14から22、 OH-/SiO2:0.05から0.08、 M2O/SiO2:0.08から0.11、 H2O/SiO2:14から22、 であるようなゲル生成物を生成するステップと、 (3)前記ゲル生成物を熱水結晶化するステップと、 (4)前記ゲル生成物を濾過して結晶性アルミノケイ酸
塩を得るステップと、 (5)前記アルミノケイ酸塩を乾燥させるステップと、
を含むことを特徴とするゼオライト系物質調製方法。 - 【請求項6】 前記塩基溶液は水酸化ナトリウム水溶液
であり、前記水溶液のアルカリ金属水酸化物のモル濃度
は0.7から1.3Mであることを特徴とする請求項5
記載のゼオライト系物質調製方法。 - 【請求項7】 前記熱水結晶化を160〜180℃、自
己加熱下で少なくとも48時間かけて行い、前記乾燥を
80〜120℃の温度で行うことを特徴とする請求項6
記載のゼオライト系物質調製方法。 - 【請求項8】 前記熱水結晶化を165〜172℃の温
度で行うことを特徴とする請求項7記載のゼオライト系
物質調製方法。 - 【請求項9】 前記熱水結晶化を少なくとも55時間か
けて行うことを特徴とする請求項7記載のゼオライト系
物質調製方法。 - 【請求項10】 前記熱水結晶化を少なくとも55〜9
4時間かけて行うことを特徴とする請求項7記載のゼオ
ライト系物質調製方法。 - 【請求項11】 イオン交換によって前記アルミノケイ
酸塩を陽子形態に転化するステップを含むことを特徴と
する請求項5記載のゼオライト系物質調製方法。 - 【請求項12】 前記ゲル生成物におけるOH-/Si
O2の前記モル比は、0.055〜0.065であるこ
とを特徴とする請求項5記載のゼオライト系物質調製方
法。 - 【請求項13】 前記ゲル生成物におけるOH-/Si
O2の前記モル比は、0.06であることを特徴とする
請求項5記載のゼオライト系物質調製方法。
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