JPH07507485A - 低酸性の耐火性酸化物で結合された触媒 - Google Patents
低酸性の耐火性酸化物で結合された触媒Info
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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】
低酸性の耐火性酸化物で結合された触媒本発明は、低酸性の耐火性酸化物バイン
ダー(例えば、チタニア、ジルコニア、および/またはシリカ等のバインダー)
を含んだ、機械的に安定なモレキュラー7一ブ触媒組成物を製造する方法に関す
る。
本発明の触媒はかなりの物理的強度を有し、装入や輸送時の摩耗作用や崩壊作用
に耐える。これらの触媒は、流体圧力の降下や重ね合わせた触媒の重さによる触
媒床への負荷に容易に耐える。これらの触媒はさらに、優れた内部凝集力をもっ
ており、したがって触媒粒子の崩壊を起こすことなく焼成や再生が可能となる。
本発明において触媒成分どして使用するためのモレキュラーシーブとしては、ゼ
オライト、アルミノホスフェート、/リコアルミノホスフェート(silico
−aluminophosphates) 、層状材料、ピラー状一層状材料、
および他の触媒活性結晶質材料などがある。
本明細書にて使用している“ゼオライト”とは、ケイ素原子と酸素原子を主要成
分として含有した多孔質結晶質ソリケートの種類を表している。他の骨格成分(
framework colIlponents)は、通常は約14モル%以下
、そしてしばしば約4%以下で存在する。これらの成分としては、アルミニウム
、ガリウム、鉄、ホウ素、およびこれらの組み合わせ物などがある。結晶質のア
ルミノンリケードが、特によ(知られている種類のゼオライトを形成する。
種々の用途(触媒用も非触媒用も含めて)向けの高い強度をもったモレキュラー
シーブ含有材料を得る1つの方法が押出である、ということはよく知られている
とおりである。ある種のモレキュラーシーブ(例えばアルミノシリケートゼオラ
イト)は、種々の有機転化プロセスのための触媒として長い間使用されている。
−Sにはモレキュラーシーブは、機械的安定性を付与するために、マトリックス
材料すなわちバインダー材料と配合される。最も普通に使用されるマトリックス
材料はアルミナおよび/またはクレーを含んでいる。これらの材料は、多くの用
途に対して優れた物理的強度をもった押出物を押出・供給するのがかなり容易だ
からである。
低酸性の耐火性酸化物(例えばチタニア、ノルコニア、およびシリカ等)が望ま
しいマトリックス材料であること、またこれらの酸化物がある種の触媒反応に対
してはアルミナを凌ぐ利点を有する、ということがわかってきた。これに関して
、米国特許第4.013.732号はノリ力をマトリックスとしたZSM−5に
ついて、また米国特許第3.843.741号と第3.702.886号は、Z
SM−5をシリカマトリックスとともに使用することについて開示している。
米国特許第4.582.815号は、公知のシリカ結合材料の圧潰強さに比較し
て改良された圧潰強さを有するとされているソリ力高含意固体を製造する方法を
開示している。該方法は、シリカ高含量固体〔好ましくは、シリカとゼオライト
(例えば、ZSM−4(オメガ)、ZSM 5.ZSM 11.ZSM−12,
ZSM−23,ZSM−35,ZSM−48,ベータ、X、 Y、L、 フェリ
エライト(ferrierite) 、モルデナイト(mordcnite)
、ダチアルダイト(dachiardite) 。
クリノプチロライト(cHnoptilolite) 、オフレタイト(off
retite) 、 xリオナイト(erjonite) 、ダメリナイト(g
melinite) 、およびチャバザイト(chabazite)等)との混
合物〕と水および押出助剤としてのアルカリ金属塩基(例えば水酸化ナトリウム
)もしくは塩基性塩(例えばアルカリ金属の炭酸塩、ホウ酸塩、リン酸塩、およ
びケイ酸塩等)とをミキシングする工程、混練する工程、押出する工程、および
押出物を乾燥する工程を含む。」1記ゼオライト等のケイ質材料の表面のシラノ
ール基の水素をアルカリ金属で置き換えると、ケイ質材料の圧潰強さが改良され
ると考えられている。こうして得られる押出物は、優れた圧潰強さと酸による処
理に耐えるだけの十分な保全性を有し、したがって押出物に対しスチーム処理を
施したり、酸抽出を行ったり、あるいは焼成したりすることができるとされてい
る。押出助剤のアルカリ金属が押出物中に捕捉されるのを避けるために、アルカ
リ金属は通常、IMa度の硝酸アンモニウムに希硝酸を加えて得られる溶液を使
用した酸性条件下での交換によって除去される。
米国特許第4.582.815号に記載の方法にしたがって製造されたシリカ結
合ゼオライト触媒は、水素添加分解、異性化、水素化、脱水素、重合、リフォー
ミング、接触分解、および接触水素添加分解等の炭化水素転化に対して有用であ
るとされている。
米国特許第5.053.374号は、低酸性の耐火性酸化物で結合されたゼオラ
イト触媒を製造する他の方法を開示している。該方法は、ゼオライト、水、およ
び低酸性バインダー(少なくとも一部はコロイド形態)を含んだ実質的に均質な
混合物を供給することを含む。本混合物は、アルカリ金属塩基および/またはア
ルカリ金属の塩基性塩を含有していない。本混合物を押し出し、乾燥し、そして
焼成して触媒とする。
優れた機械的安定性と低いバインダー酸性(ある種の有機化合物の転化反応に対
する触媒として特に有用である)を有する、低酸性の耐火性酸化物により結合さ
れたモレキュラーシーブを製造する方法が見いだされ、このとき前記方法は、(
a) モレキュラーシーブ材料、分散剤、低酸性の耐火性酸化物(“MO,”)
バインダー材料、ならびにヒドロキシ架橋および/またはアルコキシ架橋のメタ
ロポリ? −(metallopoly+*er)を含んだ、加工可能な素材(
for+++able mass)(例えば押出可能な素材)を与えるための実
質的に均質な混合物を供給する工程(b) 工程(a)から得られる加工可能な
(例えば押出可能な)素材を加工する(例えば押出する)工程;および
(C) 工程(b)から得られる加工された生成物(例えば押出物)を焼成す工
程(a)の加工可能な素材は、アルカリ金属塩基および/またはアルカリ金属の
塩拭性塩、硝酸および/または他の無機酸を実質的に含まず、耐火性酸化物バイ
ンダー材料がコロイド形態で存在することを必要としない。
焼成工程(C)を行うまえに、工程(b)の生成物を、例えば少な(とも65℃
(例えば65〜約260℃)の温度で、工程(b)の生成物を乾燥させるに足る
時間(例えば約5分)にわたって乾燥してもよい(ベルトドライヤーを使用した
ときには、少な(とも約1時間)。焼成工程(C)は、空気中または不活性ガス
中で、例えば約260〜815℃の範囲の温度にて、例えば約1〜48時間また
はそれ以上にわたって行われる。
焼成された生成物(例えば押出物)に対しては、他の処理操作(例えば、塩基交
換、脱アルミ化、スチーム処理、および触媒活性金属の含浸)を施すことができ
、これら操作の詳細は当業界によ(知られている。
加工工程(b)はタブレット形成やペレット形成を含んでもよいが、押出が好ま
しい。本発明において使用される押出プロセスは、スクリュー押出機を使用する
のが好ましい。このようなスクリュー押出機は、オーガー押出機またはオーガ一
式押出機(auger−type extruder)としても知られている。
スクリュー押出機は押出ブレス(extrusion press)とは異なる
(この押出ブレスも本発明の方法に対して有用である)。押出ブレスまたはラム
押出機においては、押出可能材料の素材が、機械的に又は油圧により作動される
プランジャーまたはピストンによって強制的にダイに通される。
押出ブレスの設計構造により、極めて大きな圧縮力を生成させることができる。
したがって、押出ブレスの大きな圧縮力を使用することによって、低い圧縮力の
下では押出可能ではない素材から押出物を形成させることができる。しかしなが
ら、押出ブレスのもつ他の固有の特徴から、押出が連続的な仕方では行えないと
いう欠点がつきまとう。押出可能な素材は、一度に1バツチだけダイに通すこと
ができ、ピストンまたはプランジャーはバッチ間にダイから抜き取られる。
押出ブレスとは異なり、好ましいスクリュー押出機は連続的な仕方で操作するこ
とができる。スクリュー押出機においては、供給材料は、ターニングスクリュー
またはオーガーによって供給ポイントからダイに移送される。供給材料は、押出
可能な素材として導入されるか、あるいはスクリューからのミキシング作用によ
り押出機内で押出可能な素材に転化される。スクリュー押出機の1つの例は2”
(5oa)ボンノット押出機(Bonnot extruder)である。し
かしながら、押出ブレスにおける押出とは異なり、スクリュー押出機では高い圧
力を生成させることができない。したがって、スクリュー押出機では、連続操作
によってより速い速度で押出物を形成することができるけれども、このようなス
クリュー押出機は、使用できる供給材料が押出ブレスの場合より制限される。す
なわち、高い圧縮力の下でのみ押出可能な素材は、スクリュー押出機では押出で
きないのである。本発明の方法の驚くべき特徴は、スクリュー押出機によって達
成可能な限界を越えた高い圧縮力を加えることなく、低酸性の耐火性酸化物バイ
ンダー(例えば、チタニア、ジルコニア、および/またはシリカ)を使用して押
出物を形成するための手段を見いだしたことにある。
アルミナバインダーとは異なり、低酸性の耐火性酸化物バインダー(例えばチタ
ニア、ジルコニア、および/またはシリカ)は、酸触媒活性を増大させるのにモ
レキュラーシーブ(例えばゼオライト)と相互作用を起こすことはない。したが
ってモレキュラーシーブは、アルミナバインダーを使用した場合にみられるよう
なモレキュラーシーブの固有の活性を増大させることなく、本発明の方法にした
がって低酸性耐火性酸化物と結合させることができる。これとは逆に、モレキュ
ラーシーブの固有の触媒活性は、モレキュラーシーブを低酸性の耐火性酸化物(
例えばチタニア、ジルコニア、および/またはノリ力)と結合させることによっ
て実際に低下させることができる。さらに具体的に言えば、モレキュラーシーブ
の活性は、モレキュラーシーブ(例えば、ZSM−5,Y、およびベータ等)と
これらの低酸性耐火性酸化物とを結びつけることによって低下させることができ
る。この活性低下は、バインダーとモレキュラーシーブとの化学反応の結果であ
り、これによってモレキュラーシーブ骨格中のアルミナ等の高酸性酸化物が、バ
インダーからの低酸性耐火性酸化物で置き換わるようになる、と考えられている
。
たとえば、シリカ対アルミナのモル比が70以下(たとえば40以下)であるよ
うなゼオライトは、ゼオライトとシリカとを結合させることによって、そして本
混合物を高温で処理することによって、たとえば骨格ケイ素の含量が高まるよう
になる。このような仕方で処理されたゼオライトは、交換能力、ヘキサン分解(
例えば、a値により測定)、およびトルエン不均化活性がより低く、またX線回
折パターンがシフトする。
ある種の炭化水素転化反応(たとえば、ハイドロプロセシング、リフォーミング
、接触分解、および水素添加分解)ならびにオレフィンのアルコールおよび/ま
たはエーテルへの転化反応においては、アルミナ結合によるモレキュラーシーブ
より低いレベルの固有活性を有する低酸性耐火性酸化物結合によるモレキュラー
シーブ(たとえばゼオライト)を使用すると、コークスの生成が少なくなり、ま
たサイクル長さが大幅に増大する。
本発明の低酸性耐火性酸化物結合によるモレキュラーシーブ触媒は、低いpHの
溶液中でその構造上の完全性を極めてよく保持することができるので、このよう
なバインダー中に分散されたモレキュラーシーブは、酸性溶液で処理して脱アル
ミ化を果たすことができる。このことから、低酸性触媒の製造コストが低下する
。なぜなら、押出物は粉末より取り扱いが簡単だからである。
本発明の方法は、工程(a)の押出可能な素材中にヒドロキシ架橋および/また
はアルコキシ架橋のメタロポリマーが存在することを必要とする。本発明の方法
の生成物触媒は、類似の触媒製造法からの生成物より優れた特性を有する(例え
ば、コロイド状金属酸化物および/またはアルカリ金属塩基もしくはアルカリ金
属の塩基性塩を含んだ方法からの生成物と比較して)。このようなメタロポリマ
ーの例としては、アンモニウムジルコニウムカーボネート(AZC)、ジルコニ
ウムアセテート(ZA) 、ジルコニウムヒドロキシクロライド(ZH) 、ジ
ルコニウムプロピオネート(ZP)、チタンメトキシド(TM) 、チタンエト
キシド(TE)、およびこれらの混合物などがあるが、これらに限定されない。
上記のメタロポリマーは、市販されている製品である。ジルコニウム化合物はマ
グネシウム・エレクトロン社(Magnesium Elektron Ltd
、 )からバルク量にて購入することができるし、チタン化合物はいくつかのベ
ンダー〔例えば、アメリカン・トーキヨー・カセイ社(^merican To
kyo Kasei Inc、) 、フル力・ケミ−・AG (Fluka C
he+iie AG) 、及びストレム・ケミカルズ(Strew Chemi
cals) )から入手することができる。これらの種類の化合物は一般に、金
属ハロゲン化物または金属オキソバ0ゲン化物(例えばTiCIn、ZrCL、
及びZr0C]t)と水またはアルコールとを反応させ、これにより対応するヒ
ドロキシ化学種やアルコキシ化学種を生成させることによって製造される。多(
の場合、これら物質の正確な構造は明らかでないが、−OH基と一〇R基の存在
は、赤外線分析等の分光分析法によって確認することができる。
本発明の低酸性耐火性酸化物結合によるモレキュラーシーブを製造する方法は、
モレキュラーシーブ材料の種類によって限定されることはなく、一般にはすべて
のメタロシリケート、メタロホスフェート、ノリコアルミノホスフエート、層状
材料、およびピラー状一層状材料、特に、アルミノシリケート(骨格のシリカ:
アルミナ比を増大させるためにあらかじめ脱アルミ化しである場合も、そうでな
い場合も)を含む。代表的なゼオライトとしては以下のようなものがある。
ゼオライ1−βは米国再発行特許第28.341号(原特許は米国特許第3.3
08.069号)に説明されており、この触媒の詳細については該特許を参照の
こと。
ゼオライトXは米国特許第2.882.244号に説明されており、この触媒の
詳細については該特許を参照のこと。
ゼオライトしは米国特許第3.216.789号に説明されており、この触媒の
詳細については該特許を参照のこと。
ゼオライトYは米国特許第3.130.007号に説明されており、この触媒の
詳細については該特許を参照のこと。
低ナトリウム含量の超安定ゼオライ1−Y(USY)は、米国特許第3.293
.192;3、354.077+ 3.375.065; 3.402.996
; 3.449.070.及び3.595.611号に説明されており、この触
媒の詳細については該特許を参照のこと。
脱アルミ化したゼオライトYは、米国特許第3.442.795号に開示の方法
によって製造することができ、この触媒の詳細については該特許を参照のこと。
ゼオライトZSM−3は米国特許第3.415.736号に説明されており、こ
の触媒の詳細については該特許を参照のこと。
ゼオライトZSM−5は米国再発行特許第29.948号(原特許は米国特許第
3、702.886号)に説明されており、この触媒の詳細については該特許を
参照のこと。
ゼオライトZSM−11は米国特許第3,709,979号に説明されており、
この触媒の詳細については該特許を参照のこと。
ゼオライトZSM−12は米国特許第3.832.449号に説明されており、
この触媒の詳細については該特許を参照のこと。
ゼオライトZSM−20は米国特許第3.972.983号に説明されており、
この触媒の詳細については該特許を参照のこと。
ゼオライトZSM−22は米国特許第4.556.477号に説明されており、
この触媒の詳細については該特許を参照のこと。
ゼオライトZSM−23は米国特許第4.076、842号に説明されており、
この触媒の詳細については該特許を参照のこと。
ゼオライトZSM−35は米国特許第4.016.245号に説明されており、
この触媒の詳細については該特許を参照のこと。
ゼオライトZSM−50は米国特許第4.640.11129号に説明されてお
り、この触媒の詳細については該特許を参照のこと。
米国特許第4.962.239号についてはその全体を参照のこと。該特許は、
特定の種類のゼオライト(例えば、MCM−22やPSH−3)を含んだ触媒を
凌ぐエーテルを製造する方法を開示している。
MCM−41は米国特許第5.098.684号に説明されており、この触媒の
詳細については該特許を参照のこと。
考えられる他のゼオライトとしては、フユリエライト、モルデナイト、ダチアル
ダイト、クリノプチロライト、オフレタイト、エリオナイト、ダメリナイト、お
よびチャバザイト等がある。考えられる他のモレキュラーシーブとしては、例、
iLt’McM−9,VPI−5,MCM−20,8APO−11,3APO−
17゜5APO−34,8APO−37,およびMCM−41等がある。
周知のように、モレキュラーシーブ(例えばゼオライト)の識別は、それぞれの
X線回折パターンの基づいて行われる。本発明ではこのようなモレキュラーシー
ブの使用を意図しており、このときソリ力対金属酸化物のモル比は本質的に固定
されていない。モレキュラーシーブは、ノリ力対金属酸化物の特定のモル比に限
定されない。なぜならモレキュラーシーブは、実質的に金属を含有しない場合で
も開示材料と同じ結晶構造をもち、い(っかの用途に対しては有用であるが、あ
るいは好ましいことさえあるからである。ある特定のモレキュラーシーブ(例え
ばゼオライト材料)の同一性を決めるのは、X線回折の”指紋“によって識別さ
れる結晶構造である。
本発明のバインダー材料は、元素周期表の第rVA族と第1VB族の金属の低酸
性耐火性酸化物から選ぶことができる。特に有用なものは、ケイ素、ゲルマニウ
ム、チタン、およびジルコニウムの酸化物である。全酸化物の少なくとも約40
重量%、好ましくは少なくとも50重量%が、上記第■族および/または第■族
金属の酸化物のうちの1つ、またはこれらの組み合わせ物であれば、上記酸化物
相互の組み合わせ物や池の酸化物との組み合わせ物も有用である。したがって、
本発明のバインダー材料を得るのに使用することのできる酸化物混合物としては
、シリカ−アルミナ、シリカーマグネンア、ソリカージルコニア、ノリカートリ
ア、シリカ−ベリリア、シリカ−チタニア、チタニア−ジルコニア、/リカーア
ルミナートリア、ノリカーアルミナ−ジルコニア、シリカ−アルミナ−マグネシ
ア、およびノリカーマグネンアーノルコニア等がある。
工程(a)にて作製される加工可能な(例えば押出可能な)素材が、MO,固体
を基準として、少なくとも釣15重量%(通常は約1〜20重量%、好ましくは
約2〜15重量%)のヒドロキシ架橋メタロポリマー、アルコキン架橋メタロポ
リマー、またはこれらの混合物を含有する、というのが本発明の必須要件である
。
水、アルコール、ジオール、またはこれらの混合物を溶媒/分散剤として使用す
ることができる。低酸性耐火性酸化物の少なくとも一部を乾燥粒状形萼(例えば
非晶質沈降シリカ)にて加えることにより、バインダー/ゼオライト/分散剤混
合物の水分を、満足できる加工(例えば押出)が確実に得られるようなレベルに
調節することができる。本混合物の水分は60重量%を越えないのが好ましく、
好ましくは少なくとも35重量%である。アルカリ金属塩基またはアルカリ金属
の塩基性塩は混合物には加えない。
工程(a)の加工可能な素材の組成は以下の通りである(重量%表示)。
成分 有用量 通常量 好ましい量
モレキュラーシーブ 10〜9025〜8540〜80メタロポリマー本 少な
くトモ0.5 1〜20 2〜15酸化物バインダー 5〜9010〜7520
〜6゜ネル10.固体を基準として
モレキュラー/−ブ(例えばゼオライト)、メタロポリマー、溶媒(例えば水)
、およびバインダーを含んだ混合物(ベレット化、タブレット化、または押出加
工される)は、水不混和性溶媒の非存在下でこれらの成分をミキノングすること
によって得られる。この点に関して、米国特許第4.507.396号(該特許
の全開示内容を参照のこと)は、種々の成分と水不混和性溶媒とをミキシングし
て含水可塑性凝集物を形成させ、次いでこの含水可塑性凝集物がら水不混和性溶
媒を分離し、そして造形・乾燥することを開示している。本発明の方法は、米国
特許第4、507.396号の場合に必要とされるこのような水不混和性溶媒を
使用することなく行われる。
最終的に得られる触媒中の、無水物を基準としたときのモレキュラーシーブと低
酸性耐火性酸化物バインダーの相対的な割合は広い範囲で変わることができ、モ
レキュラーシーブの含量は、乾燥複合物の約1〜99重量%(例えば、約5〜8
0重量%)の範囲である。
従来技術にしたがって得られる1716インチ(1,59mm)の押出物(以後
これを代表物とする)は、バインダーがジルコニアのときは5〜25ポンド/リ
ニアインチ(0,8756〜4.3782N/mm)の圧潰強さを有し、バイン
ダーがチタニアのときは5〜25ポンド/インチ(0,8756〜4.3782
N/mm)の圧潰強さを有し、そしてバインダーがシリカのときは5〜100ポ
ンド/インチ(0,8756〜17.5127N/mm)の圧潰強さを有する。
しかしながら本発明の押出物は、バインダーがジルコニアのときは25〜200
ポンド/リニアインチ(4,3782〜35.0254N/mm)の圧潰強さを
有し、バインダーがチタニアのときは25〜200ポンド/インチ(4,378
2〜35、0254N/mm)の圧潰強さを有し、そしてバインダーがシリカの
ときは25〜200ポンド/インチ(4,3782〜35.0254N/mm)
の圧潰強さを有する。本発明の低酸性耐火性酸化物結合による押出物(100%
モレキュラーシーブではない)はさらに、高い多孔度〔すなわち約0.3〜0.
7 c c/g(水銀多孔度針(mercury porosimeter)お
よびヘリウム吸収により測定)〕を特徴とする。
本発明の触媒生成物は、触媒作用的にも非触媒作用的にも、種々のプロセスにお
いてその有用性を見いだすことができる。本発明の材料は、吸着剤として使用す
ることができる。本発明の材料はさらに、種々の有機転化反応に対する触媒とし
て使用することもできる。当業界には公知のことであるが、シリカ等の低酸性耐
火性酸化物は、モレキュラーシーブ(例えばゼオライト)とソリ力との均質混合
によりある予想外の効果がもたらされるよう、低い触媒活性を有する。低酸性耐
火性酸化物は、触媒物質(例えば、白金、パラジウム、コバルト、モリブデン、
鉄、タングステン、ニッケル、またはこれらの混合物等の水素化成分)に対する
担体として使用することができる。必要であれば、混合物の酸化物成分を安定化
させるために、pH調整を伴った混練工程時に、触媒金属を酸化物または塩の形
で低酸性耐火性酸化物に加えることもできる。さらに、低酸性耐火性酸化物結合
による生成物は、水素添加分解、異性化、水素化、脱水素、重合、リフォーミン
グ、接触分解、接触水素添加分解、およびトルエン不均化等に使用できる。した
がって本発明の押出物は、接触分解、異性化、アルキル化、リフォーミング、お
よび水素添加による転化反応(hydrogcnative conversi
on) C例えば、水素添加分解、水素化、およびハイドロファイニング(例え
ば、脱硫や脱硝)〕に対して、活性金属成分を加えても加えなくても使用するこ
とができる。接触分解条件としては通常、少な(とも315℃(一般には約40
0〜600°C)の温度、および大気圧〜約200ps ig (1480,3
kPa)の圧力が含まれる。水素添加による転化反応は、供給原料の特性や所望
の転化率に応じて種々の条件にて行うことができる。水素化は、約300〜30
00psig(約2169.8〜20785.63kPa)の圧力、および約9
0〜540°C(通常は約315〜485°C)の温度で行われる。水素は、少
な(とも約500標準ft3/バレル(8,9n、 1.1.−’) [通常は
約1000〜2000O3CF/BBL (178〜3560n、1.]、−’
))の割合で加えられる。
チタニア、ジルコニア、またはこれらの混合物をバインダーとして含んだ本発明
の触媒生成物は、オレフィンのアルコールおよび/またはエーテルへの転化に対
して特に有用である。この転化プロセスから生じるアルコールおよび/またはエ
ーテルは、例えば、ガソリン用のブレンド成分として、およびガソリン中に導入
されるメタノールに対する共溶媒として使用するのが有利である。
さらに詳細に言えば、本発明の触媒の上記のような使用に関して、個々の軽質オ
レフィンや種々の構造(好ましくはC2−7の範囲内)をもったオレフィンの混
合物の転化が可能である。したがって、このようなプロセスには、エチレン、プ
ロピレン、ブテン、ペンテン、ヘキセン、ヘプテン、これらの混合物、および池
のオレフィン類(例えば、エチレンやプロピレンを含有したガスプラント排ガス
:軽質オレフィンを含有したナフサ分解装置排ガス、ペンテン、ヘキセン、およ
びヘプテンを含有した流動床触媒分解(FCC)による軽質ガソリン:ならびに
製油所のFCCプロパン/プロピレン流れ等)の転化が含まれる。本発明のこの
プロセスは、プロピレンやプロピレン含有流れをIPAとDIPEとの混合物に
転化させるのに特に適用できる。
オレフィンと水とを反応させてアルコールを生成させる場合、この反応は水和反
応の1つとみなすことができる。しかしながら、ある種の生成物アルコールは、
オレフィン供給物と反応して同時にエーテルを生成することができる。オレフィ
ンをアルコールのみと反応させてエーテルを生成させる場合、この反応はエーテ
ル化反応の1つとみなすことができる。オレフィンを水およびアルコールと反応
させてアルコールとエーテルとの混合物を生成させる場合、こうして生じる転化
反応は水和反応・とエーテル化反応の両方を含む。さらに、アルコールからエー
テルへの化学的脱水等の他の反応も、ある程度起こる。
本発明の触媒を使用した軽質オレフィンとの反応(必要に応じて水とともに)に
適した低級アルコールとしては1〜6個の炭素原子を有するアルコールがあり、
例えばメタノール、エタノール、プロパツール、イソプロピルアルコール、n−
ブタノール、tert−ブタノール、ペンタノール類、およびヘキサノール類等
が挙げられる。
本発明の触媒を使用したオレフィン転化反応プロセスの操作条件は、周囲温度〜
約300°C(好ましくは約50〜220℃、さらに好ましくは約100〜20
0℃)の温度、少なくとも約3気圧(304k P a) (好ましくは少なく
とも約20気圧(2026,5k P a) 、さらに好ましくは少なくとも約
40気圧(4053k P a) )のトータル系圧力ニそして約0.1〜30
(好ましくは約02〜15、さらに好ましくは約0.3〜5)のトータルの水お
よび/またはアルコール対オレフィンのモル比;を含む。転化反応が主として水
和の1種であるときは、水対トークルオレフィンのモル比が約1未満という低い
値で操作するのが好ましい。供給原料の種類に対して特定の操作条件を選択する
ことにより、生成物の分布状態が影響を受ける、ということを当技術者は周知し
ている。
さらに、オレフィン転化反応プロセスに対して選択される正確な条件は、オレフ
ィン供給物の性質を考慮したものでなければならない、ということも周知のとお
りである。例えば、イソオレフィンは一般に、直鎖のオレフィンより温和なプロ
セス条件を必要とする。したがってイソブチレンCH2=CH(CH3)2の場
合では、約30〜100°Cの温度、イソブチレンを少なくとも液相に保持する
に足る圧力〔例えば約3気圧(304kPa)以上〕、約0.1〜30(好まし
くは02〜15、さらに好ましくは約03〜5)の水および/またはアルコール
対イソブチレンのモル比、ならびに約11〜25hr−1のLH3V、というプ
ロセス条件を使用するとエーテルへの良い転化率が得られる。
本発明の触媒を使用したオレフィン転化反応プロセスは、液相、気相、または気
−液醒合相の状態下で、バッチ方式または連続方式にて、撹拌タンク反応器また
は固定床流動反応器(例えば、細流床タイプ、リキッド−アップ−フロー・タイ
プ、リキッド−ダウン−フロー・タイプ、向流タイプなど)を使用して行うこと
がてきる。バッチ方式で操作するときには約20分〜約20時間の反応時間が、
また連続方式で操作するときには約0.1〜25hr−’のLH8Vが一般的に
は適切である。未反応のオレフィンを回収し、それを反応器に再循環するのが有
利である。
オレフィンの水和によるエーテルの生成をできるだけ多くしようとするときは、
アルコールとエーテルを含有した、オレフィン水和反応器からの水性生成物流出
液を分離器(例えば蒸留塔)に導入してエーテルを回収する。次いでアルコール
の希薄水溶液を別の分離器(例えば他の蒸留塔)に導入し、そこで水/アルコー
ル共沸混合物を回収する。共沸混合物のフラクションを操作方法のわかっている
従来の(または公知の)タイプの脱水反応器に供給してさらなる量のエーテルを
生成させる。このエーテルは、オレフィン水和反応器からすでに回収されている
エーテルと合わせることができる。種々の生成物流れをブレンドすることによっ
て、アルコール/エーテルの殆どすべての比が得られる。アルコールとエーテル
の混合物をカッリンブレンド用材料として使用する場合、アルコール対エーテル
比をこのように調節できることから、ある与えられたガソリン組成物に対するオ
クタン要件を満たす上で大きなフレキノビリティが得られる。規制上の点を除け
ば、アルコールとエーテルとの混合物(例えば、IPAとDIPEとの混合物)
は、それらが加えられるガソリンの最大約20重量%を構成することができる。
大きめの孔を有するゼオライト(例えば、ゼオライトYやゼオライトβ)を含ん
だ本発明の触媒を使用して、オレフィン含有供給物(IPA/DIPE混合物の
場合はプロピレン含有供給物)の水和によりアルコールとエーテル(特に、IP
A、!:DIPE)の混合物を作製する方法が特に有利である。この方法では、
フレッシュなプロパン/プロピレン含有供給物(多くの石油精製所にて容易に得
られる)とフレツシユな水が、再循環された未反応プロピレンおよびデカンタ−
からの再循環水とともに水和反応器中に導入される。反応器流出液が、反応器に
再循環されているプロパンおよび未転化プロピレンとともに分離器ユニットに通
され、再循環ループ中でのプロパンの堆積を避けるために、ガス状混合物の一部
がパージされる。分離器ユニットからの液体生成物が蒸留ユニットに導入され、
そこでIPA、DIPE、水、およびプロピレンオリゴマー(大部分はC6オレ
フィン)を含んだ共沸混合物が蒸留され、冷却後デカンタ−に導入されて、そこ
で相分離が起こる。上層は、はとんどがDIPE(例えば90重量%以上)であ
り、水は比較的少ない(例えば1重量%程度)である。下層は大部分が水であり
、ごく少量のIPAとDIPEを含有している。再循環されるデカンタ−オーバ
ーヘッドの量は、最終生成物中の水含量を制御するよう調整することができる。
蒸留ユニットのボトムフラクション(主としてIPA)をデカンタ−オーバーヘ
ッド中のDIPEと合わせて、最終的なI PA/DT PE混合物を得る。
アルコール/エーテル混合物からアルコールを分離し、これによって実質的に純
粋なエーテルを得ることが必要とされる場合、上記のような方法を実施するのが
有利である。DIPEの製造に適用された方法によれば、水和反応器中で、プロ
パン/プロピレン供給物のプロピレン成分が、大きめの孔(すなわち断面が約6
人ユニット以上)を有する本発明の触媒(例えば、ゼオライトYやゼオライトβ
等のゼオライトオレフィン水和触媒)のもとで水和を受ける。水和反応器からの
流出液が、オレフィン水和反応温度より下の温度で作動する分離器に通される。
2つの液相形管があり、水相が取り出されて、水和反応器に再循環される。炭化
水素含量の多い相は、未反応C3成分の分離を起こさせるためにより低い圧力に
フラノンングされる。フラッノングされた生成物(実質的な量のIPA生成物を
含有する)が、大気圧以下の圧力で作動される蒸留ユニットに導入されて、DI
PEのさらなる精製が行われる。IPA、DIPE、および水を含んだ共沸オー
バーヘッド生成物(少量のプロピレンオリゴマーを含有)が凝縮し、次いで反応
器供給物の水と接触される。このようにして引き起こされる相分離により、多く
とも無視しうる量のIPAと水(例えば、それぞれ約1.0重量%と0.5重量
%)を含有したDIPE生成物が得られる。残りの水相は、反応器に再循環する
ことができる。
本発明において使用されているモレキュラー/−ブのそれぞれに結合した最初の
カチオンは、当業界によく知られている方法を使用して、他の種々のカチオンで
置き換えることができる。典型的な置換カチオンとしては水素や水素前駆体があ
り、例えばアンモニウムやアルキルアンモニウム、および金属カチオンなどが挙
げられる。適切な金属カチオンとしては、希土類金属等の金属、ならびに周期表
第HA、IIIA、IVA、IB、nB、I[[B、rVB、VIB、および■
族の金属(例えば、白金やパラジウム)がある。
典型的なイオン交換技術では、選定されたモレキュラーシーブ(例えばゼオライ
ト)と所望の交換カチオンの塩とを接触させる。種々の塩が使用できるけれども
、特に好ましいのは塩化物、硝酸塩、および硫酸塩である。代表的なイオン交換
技術が、米国特許第3,140.249; 3.140.251;および3.1
40.253号を含めた種々の特許中に開示されている。
所望の交換カチオンの溶液と接触させた後、モレキュラーシーブを水で洗浄し、
約65〜315℃の温度で乾燥し、空気または他の不活性ガス中にて、約260
〜815℃の温度で約1〜48時間またはそれ以上焼成する。改良された選択性
と他の有益な特性をもつ触媒は、モレキュラーシーブを約260〜650℃(好
ましくは約・100〜540℃)の高温でスチームで処理することによって得る
ことができる。この処理は、100%スチームの雰囲気、またはスチームもしく
はアンモニアとモレキュラーシーブに対して本質的に不活性である他のガスとか
らなる雰囲気において行うことができる。類似の処理を、より低い温度と高い圧
力(例えば、約175〜375℃の温度および約10〜200気圧)にて行うこ
とができる。
必要であれば、触媒を、スチーム処理の前に、そして有機物をそのまま含有させ
た状態で試剤で処理して、アルミナを外表面から除去することができ、あるいは
空気中もしくは不活性雰囲気中で焼成して有機物を除去することができ、そして
アンモニウム形または他の所望の金属交換形にイオン交換することができる。
本発明の触媒は、ゼオライトY等のアルミノシリケートゼオライトを押し出すこ
とができ、スチーム処理することができ、酸抽出することができ、焼成すること
ができ、あるいは組み合わせを行って安定な高シリカ−アルミナY(high
silica−to−alumina Y)を得ることができるよう、酸による
処理に耐えるに足る保全性を有することが特に必要である。Yを脱アルミ化する
方法は当業界ではよく知られており、例えばrRabo、 Zeolite C
hemistry ancl Catalysis、 AC3llonogra
ph171 (1976)、 Chapter 4Jの全開示内容を参照ノコと
。
α値を調べる場合、α値は標準的な触媒と比較したときの、該触媒の接触分解活
性のおよその指示値であること、またα値は相対速度定数(単位時間当たり、触
媒1容当たりのn−ヘキサンの転化速度)を与えていることに留意しなければな
らない。相対速度定数は、αを1(速度定数= 0.016sec−’)とした
場合のシリカ−アルミナクラッキング触媒の活性を基準にしている。アルファー
テスト(^1pha Te5t)については、米国特許第3.354.078号
; rJournal of Catalysis。
Vol、4. P、527(1965)J ; rJournal of Ca
talysis、 Vol、6. P、278(1966)i ;及び
rJournal of Catalysis、 Vol、61. T’、39
5(1980)jに説明されており、詳細はこれら各文献を参照のこと。テスト
の実験条件としては、rJournal of Catalysis。
Vol、61. P、395Jに詳細に説明されているように、538℃の一定
温度および可変の流量などが含まれる。
本明細書に記載の特定の実施例(実施例7. 8. 9.および10)により本
発明が例証され、低酸性耐火性酸化物バインダーを含んだ他の触媒作製法との比
較がなされている。実施例1は、米国特許第5.144.084号に記載の触媒
作製法を使用している。実施例2と3の触媒作製法は、米国特許第4.053.
374号に記載の触媒作製法に類似している。実施例4と5は、米国特許第4.
582.815号に記載のように苛性アルカリを使用している。実施例6では、
押出を容易にするための酸を含んだ方法によって、低酸性バインダーを含む触媒
を作製している。これらの実施例を比較すると、本発明によって得られる結果が
極めて優れていることがわか実施例1
ゼオライトβのアンモニウム−テトラエチルアンモニウム形サンプルをZrO2
と混合して、65重量部のゼオライトと35重量部のジルコニアを含んだ混合物
を作製した。本frt合物に水を加えて、生成した触媒を押出物に加工できるよ
うにした。120℃で乾燥した後、触媒押出物を窒素中482°Cで2時間焼成
処理し、次いで窒素を空気で置き換えた。温度を538℃に上げ、その温度を6
時間保持することによって焼成を完了させた。
こうして得られた押出物粒子の圧潰強さは、10ポンドフインチ(1,7513
N/mm)未満であることが測定された。
実施例2
ゼオライトβのアンモニウム−テトラエチルアンモニウム形サンプルをZrO2
、NYACOL Zro2(AC) 、および20重量%のコロイドジルコニア
懸濁液(PQCorpから市販)と混合して、65重量部(100%固体基準)
のゼオライト、33重量部のZrO,、および2重量部のコロイド含んだ混合物
を作製した。本混合物に水を加えて、生成した触媒を押出物に加工できるように
した。
120℃で乾燥した後、触媒押出物を窒素気流下538℃で3時間焼成した。
こうして得られた押出物の圧潰強さは、10ポンド/インチ(1,7513N/
mm)未満であることが測定された。
実施例3
ゼオライトβのアンモニウム−テトラエチルアンモニウム形サンプルをZrO2
、NYACOL Zr(h (AC) 、および20重量%のコロイドジルコニ
ア懸濁液(pQcorpから市販)と混合して、65重】部(100%固体基準
)のゼオライト、26重量部のZrO,、および9重量部のコロイド含んだ混合
物を作製した。本混合物に水を加えて、生成した触媒を押出物に加工できるよう
にした。
120℃で乾燥した後、触媒押出物を窒素気流下538℃で3時間焼成した。
こうして得られた押出物の圧潰強さは、10ポンド/インチ(1,7513N/
mm)未満であることが測定された。
ゼオライトβのアンモニウム−テトラエチルアンモニウム形サンプルをZrO2
、NYACOL Zroz (AC) 、および50%NaOHと混合して、6
8重量部(100%固体基準)のゼオライト、27重量部のZr0z、2重量部
のコロイド、および3重量部のNaOHを含んだ混合物を作製した。本混合物に
水を加えて、生成した触媒を押出物に加工できるようにした。120℃で乾燥し
た後、触媒粒子を窒素気流下538℃で3時間熱処理した。
最終的に得られた押出物の圧潰強さは、23ポンド/インチ(4,0279N/
mm)であることが測定された。
実施例5
ゼオライトβのアンモニウム−テトラエチルアンモニウム形サンプルをZrO2
、NYACOL Zrot (AC) 、および50%NaOHと混合して、6
2重量部(100%固体基準)のゼオライト、30重量部のZrO,,2重量部
のコロイド、および6重量部のNaOHを含んだ混合物を作製した。本混合物に
水を加えて、生成した触媒を押出物に加工できるようにした。120℃で乾燥し
た後、押出物粒子を窒素気流下538℃で3時間熱処理した。
最終的に得られた押出物の圧潰強さは、27ボンド/インチ(4,7284N/
mm)であることが測定された。
実施例6
ゼオライトβのアンモニウム−テトラエチルアンモニウム形サンプルをZrO。
と混合して、65重量部のゼオライトと35重量部のZrChを含んだ混合物を
作製した。本混合物に水と0.5部の硝酸を加えて、生成した触媒を押出物に加
工できるようにした。120℃で乾燥した後、触媒押出物を窒素気流下538℃
で3時間焼成した。
押出物粒子の圧潰強さは、10ポンド/インチ(1,7513N/mm)未満で
あることが測定された。
実施例7
ゼオライトβのアンモニウム−テトラエチルアンモニウム形サンプルをZrO,
、アンモニウムジルコニウムカーボネート(AZC) 、及び20%のZrO2
を含有した水溶性のヒドロキシ架橋ジルコニウムポリマー(マグネシウム・エレ
クトロン社から市販)と混合して、70重量部のゼオライト、15重量部のZr
O2、および15重量部のAZCを含んだ混合物を作製した。本混合物に水を加
えて、生成した触媒を押出物に加工できるようにした。触媒を窒素気流下482
℃で2時間加熱し、次いで窒素を空気で置き換えた。温度を538℃に上げ、こ
の温度を6時間保持することによって焼成を完了させた。
焼成された押出物粒子の圧潰強さは、160ポンド/インチ(28,0203N
/mm)であることが測定された。
実施例8
ゼオライトβのアンモニウム−テトラエチルアンモニウム形サンプルをZrO,
、および20%のZrO,を含有したアンモニウムジルコニウムカーボネート(
AZC)と混合して、70重量部のゼオライ)・、20重量部のZrO2、及び
10重量部のAZCを含んだ混合物を作製した。本混合物に水を加えて、生成し
た触媒を押出物に加工できるようにした。本触媒を窒素中482°Cで2時間加
熱することによって活性化し、次いで窒素を空気で置き換えた。温度を538℃
に」二げ、この温度を6時間保持することによって焼成を完了させた。
焼成された押出物粒子の圧潰強さは、95ポンド/インチ(16,6371N/
mm)であることが測定された。α値は1130であることがわかった。この触
媒に対する孔径分布を下記の表に示す。
30〜50 (3X10−’〜5XIO−9) 0.02450〜80 (5X
]O−”〜8X10−9) 0.02380〜+00 (8X10−’ 〜lX
l0−’) O,Ol、3100〜+50 (IXIO−8〜1.5X]、O−
’) 0.031150〜200 (1,5X10−’〜2X10−’) 0.
036200〜300 (2XlO−’ 〜3XIO−8) 0.139300
+ (3X10−8) 0.100トータル 0.367
実施例9
ゼオライトβのアンモニウム−テトラエチルアンモニウム形サンプルをZrO,
、および20%のZrO2を含有したアンモニウムジルコニウムカーボネート(
AZC)と混合して、70重量部のゼオライト、25重量部のZrO!、及び5
重量部のAZCを含んだ混合物を作製した。本混合物に水を加えて、生成した触
媒を押出物に加工できるようにした。本触媒を窒素中482℃で2時間加熱する
ことによって活性化し、次いで窒素を空気で置き換えた。温度を538℃に上げ
、この温度を6時間保持することによって焼成を完了させた。
焼成された押出物粒子の圧潰強さは、40ボンド/インチ(7N/mm)である
ことが測定された。本触媒のα値は470であることがわかった。この触媒に対
する孔径分布を下記の表に示す。
30〜50 (3XlO−’ 〜5X10−’) 0.02350〜80 (5
X1.0−”〜8X10−’) 0.02380〜1.00 (8X10−’
〜lXl0−1′) 0.012100〜150 (IXIO−’ 〜1.5X
10−8) 0.026150〜200 (1,5X10−8−2X10−8)
0.028200〜300 (2X10−8〜3X10−’) 0.0813
00 + (3X10−’) 0.250トータル 0.444
実施例10
ZSM−5のナトリウム形サンプルを、硝酸アンモニウムの1M溶液(ゼオライ
ト1g当たり溶液5cc)を使用して2時間アンモニウム交換し、次いで水洗し
た。このようにして得られた結晶を120℃で一晩乾燥した。65重量部のNH
4−ZSM−5,31重量部のチタニア粉末(Keieria Unitane
906゜84% T i 02) 、および4重量部のアンモニウムジルコニ
ウムカーボネート(20重量%ZrCh)を含んだ物理的混合物を混練して、均
一な混合物を作製した。十分な水を加えて、押出可能なペーストにした。本混合
物をオーガー押出して1716”(1,5mm)の円柱状押出物とし、オーブン
中120℃で乾燥した。この触媒粒子を窒素雰囲気中480℃で3時間焼成し、
次いで空気中538℃で6時間焼成した。こうして得られた最終生成物の圧潰強
さは44ポンド/インチ(7,7056N/mm) 、a値は800であった。
Claims (11)
- 1.a)モレキュラーシーブ、分散剤、低酸性の耐火性酸化物バインダー材料、 およびヒドロキシ架橋のメタロポリマー、アルコキシ架橋のメタロポリマー、ま たはこれらの混合物を含んだ、加工可能な素材を与えるための実質的に均質な混 合物を供給する工程; b)工程(a)から得られる加工可能な素材を加工する工程;およびc)工程( b)から得られる加工された物品を焼成する工程;を含む、低酸性の耐火性酸化 物により結合されたモレキュラーシーブ組成物を製造する方法。
- 2.前記の低酸性耐火性酸化物バインダー材料が、少なくとも40%のシリカ、 ゲルマニア、チタニア、ジルコニア、またはこれらの組み合わせ物を含む、請求 の範囲第1項に記載の方法。
- 3.前記モレキュラーシーブ成分が中程度のサイズの孔を有するゼオライトであ る、請求の範囲第1項に記載の方法。
- 4.前記モレキュラーシーブ成分が大きめのサイズの孔を有するゼオライトであ る、請求の範囲第1項に記載の方法。
- 5.前記モレキュラーシーブ成分が、VPI−5、SAPO−11、SAPO− 17、SAPO−34、およびSAPO−37の構造を有するものからなる群か ら選ばれる、請求の範囲第1項に記載の方法。
- 6.前記モレキュラーシーブ成分がMCM−41の構造を有する、請求の範囲第 1項に記載の方法。
- 7.工程(b)の加工された物品が工程(c)の前に乾燥される、請求の範囲第 1項に記載の方法。
- 8.工程(b)の乾燥・加工された物品をイオン交換する工程をさらに含む、請 求の範囲第7項に記載の方法。
- 9.工程(b)がスクリュー押出機を使用して行われる、請求の範囲第1項に記 載の方法。
- 10.工程(c)の生成物をイオン交換、スチーム処理、酸処理、またはこれら の組み合わせによって処理する工程をさらに含む、請求の範囲第1項に記載の方 法。
- 11.前記モレキュラーシーブが、水素、水素前駆体、希土類金属、ならびに元 素周期表の第IIA,IIIA,IVA,IB,IIB,IIIB,IVB,V IB,およびVIII族の金属からなる群から選ばれるカチオンまたはカチオン の混合物で、少なくとも一部が置換されるオリジナルカチオンを有する、請求の 範囲第1項に記載の方法。
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