JPH0789715A - 珪酸金属塩触媒の製造方法 - Google Patents

珪酸金属塩触媒の製造方法

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JPH0789715A
JPH0789715A JP6090826A JP9082694A JPH0789715A JP H0789715 A JPH0789715 A JP H0789715A JP 6090826 A JP6090826 A JP 6090826A JP 9082694 A JP9082694 A JP 9082694A JP H0789715 A JPH0789715 A JP H0789715A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 イオン交換処理や含浸処理が不要で、またア
ルカリ及び/またはアルカリ土類金属を含有する反応開
始剤をも必要としない酸性触媒の製造プロセスを提供
し、これによりコストを低くする。 【構成】 少なくとも1種の非アルカリ金属と、テンプ
レーティングエージェントと、有機塩基と、の混合物の
形成工程と、珪素化合物を混合物に加えて珪酸金属塩ヒ
ドロゲルを得る形成工程と、上記ヒドロゲルを熟成して
結晶質の珪酸金属塩組成物を得る熟成工程と、上記結晶
質珪酸金属塩組成物の洗浄及び乾燥工程と、上記結晶質
珪酸金属塩組成物を焼成して珪酸金属塩触媒を得る焼成
工程と、によって珪酸金属塩を製造する。2種以上の非
アルカリ金属を選択して多作用触媒を得てもよい。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は触媒分野に関し、特に、
単一工程プロセスによるアルカリ不要な酸性珪酸金属塩
触媒の製法に関し、またアルカリが不要でさまざまな炭
化水素反応に用いられる酸性多作用珪酸金属塩触媒の製
造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】プロトン性または酸性珪酸金属塩触媒は
多くの炭化水素反応にしばしば用いられており、また、
例えば炭化水素の改質等に用いられている。
【0003】このような反応として、例えば、アルキル
化、脱アルキル化、脱水素環二量化(dehydrocyclodimer
ization)、芳香族化、トランスアルキル化、異性化、脱
水素、水素添加クラッキング(hydrogenation crackin
g)、水素添加分解、改質、環化、低重合化、重合化、脱
水及び一酸化炭素/水素混合物の炭化水素へのコンバー
ジョン等が挙げられる。
【0004】触媒や多作用触媒を得るために数多くの方
法が研究されている。ここで、多作用触媒とは、触媒に
複数の触媒作用を与える複数の活性金属を有する触媒の
ことである。
【0005】一般に、このような方法では、イオン交換
処理によって標準的なゼオライト触媒担体をプロトン性
型(protonic form)に変性する処理を行っている。
【0006】これにより、少なくとも1つの触媒活性な
金属が酸性ゼオライトに対して含浸またはイオン交換さ
れる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかし、この種の製法
では、触媒表面に活性金属があまり広がらず、従って得
られる活性は小さい。また、このようなイオン交換法は
高価である。
【0008】更に、これらの製法では、アルカリ及び/
またはアルカリ土類金属を予め含有する反応開始剤が必
要となり、更にコストがかかる。
【0009】このようなことから、本発明はイオン交換
処理や含浸処理が不要で、またアルカリ及び/またはア
ルカリ土類金属を含有する反応開始剤をも必要としない
酸性触媒の製造プロセスを提供し、これによりコストを
低くすることを主な目的とする。
【0010】また、イオン交換処理や含浸処理が不要
で、アルカリ及び/またはアルカリ土類金属を含有する
反応開始剤をも必要としない多作用触媒の製造方法を提
供し、これによりコストを低くすることをも目的とす
る。
【0011】更に、触媒活性金属の表面分散性が良好
で、これにより高い活性が得られるプロセスを提供する
ことをも目的とする。
【0012】本発明の他の目的や利点等は以下の記述に
より明らかになるであろう。
【0013】
【課題を解決するための手段及び作用】上記目的や利点
は本発明に係る方法によって容易に得られる。
【0014】本発明によれば、アルカリ金属やアルカリ
土類金属を用いず、かつイオン交換処理や含浸処理を用
いずに珪酸金属塩触媒が得られる。
【0015】本発明に係る方法は、少なくとも1種の非
アルカリ金属の酸化物、水酸化物または塩と、テンプレ
ーティングエージェント(鋳型試薬;templating agent)
と、有機塩基との混合物を形成する段階と、珪素化合物
(silicon additive)を上記混合物に加えて珪酸金属塩ヒ
ドロゲルを形成し、このヒドロゲルを加熱して結晶質珪
酸金属塩組成物を得て、この結晶質珪酸金属塩組成物の
洗浄及び乾燥を行い、この結晶質珪酸金属塩組成物を毎
分略20(℃)以下の割合で少なくとも500(℃)程度に加熱
して珪酸金属塩触媒を得る段階を有する。
【0016】本発明の好ましい実施態様においては、上
記形成段階は、少なくとも第1の非アルカリ金属と第2の
非アルカリ金属の塩、酸化物または水酸化物の水溶液ま
たは懸濁液と、テンプレーティングエージェントと有機
塩基と珪素化合物との混合液と、を混合する段階を有
し、これにより加熱段階で多作用触媒が得られる。
【0017】この際、第2の非アルカリ金属は第1の非ア
ルカリ金属とは異なるものを用いる。
【0018】本発明の更に好ましい実施態様において
は、第1の非アルカリ金属と第2の非アルカリ金属は元素
周期表の2B族、4B族、5B族、6B族、8族、3A
族から選択される。
【0019】勿論、第2の非アルカリ元素は第1の非アル
カリ元素とは異なるものでなければならない。
【0020】更に、第1の非アルカリ金属は、好ましく
はクロム、鉄、アルミニウム、ガリウム、ホウ素、亜鉛
またはこれらの混合物を用いても良く、第2の、これに
続く非アルカリ金属は、好ましくはクロム、鉄、アルミ
ニウム、ガリウム、ホウ素、チタン、ジルコニウム、バ
ナジウム、亜鉛またはこれらの混合物を用いても良い。
【0021】本発明の更にまた好ましい実施態様におい
ては、弗化水素や弗化アンモニウムのようなハロゲン化
合物を添加して、得られる触媒の特性を向上しても良
い。
【0022】以下、本発明を更に詳細に説明する。本発
明は触媒の製造方法に関し、特に数多くのプロセスに適
し、特に炭化水素の反応、例えばアルキル化、脱アルキ
ル化、脱水素環2量化、芳香族化、トランスアルキル
化、異性化、脱水素、水素添加クラッキング、水素添加
分解、改質、環化、低重合化、重合化、脱水及び一酸化
炭素/水素混合物の炭化水素へのコンバージョン等が挙
げられる。
【0023】本発明に係る方法によれば、酸性珪酸金属
塩触媒が単一工程処理により、アルカリまたはアルカリ
土類金属を用いずによって得られ、また、結晶質触媒の
イオン交換や含浸処理も不要なので、非常に低いコスト
で、触媒能に優れ、効力の高い触媒を得ることができ
る。
【0024】更に、本発明に係る触媒は、活性金属の表
面分散性が向上しているので、活性金属が有効に活用さ
れてパフォーマンスが高くなっている。
【0025】本発明に係る触媒は、好ましくは多作用触
媒としてもよい。多作用触媒とは、触媒に複数の触媒作
用を与える複数の活性金属を有する触媒のことである。
【0026】本発明によれば、珪酸金属塩触媒は少なく
とも1種の非アルカリ金属をテンプレーティングエージ
ェント及び有機塩基との混合物と混合することにより得
られる。
【0027】テンプレーティングエージェントと有機塩
基は予め混合しておいても良い。
【0028】好ましくは、この混合物は1または2以上の
成分の水溶液または懸濁液を以下に示されるように混合
することにより得られる。
【0029】本発明においては、珪酸金属塩ヒドロゲル
を形成するために珪素化合物を上記混合物に加える。
【0030】珪素化合物は例えばシリコン酸化物、水酸
化物及び塩のように、何らかの成分を有するシリコンの
うち適宜入手できるものであれば良い。
【0031】珪素化合物は、好ましくは適当に撹拌しな
がら徐々に加えて、実質的に均質な混合物が得られるよ
うにする。
【0032】その後ヒドロゲルを熟成(エージング)して
結晶質珪酸金属塩組成物を形成する。この可溶性の塩及
び有機塩基を除去するために結晶質珪酸金属塩を洗浄す
る。この洗浄は洗液が実質的に中性を示すまで行う。
【0033】洗浄された組成物は乾燥されるとともに、
少なくとも約500(℃)に加熱され、残留しているテンプ
レーティングエージェントがすべて除去される。これに
より触媒に適した酸性珪酸金属塩が得られる。
【0034】加熱段階は毎分約20(℃)以下の割合で行わ
れ、通常は毎分約5(℃)とする。
【0035】本発明に係るプロセスは勿論様々なタイプ
の触媒を得るために用いることができるが、本発明は特
にZSM-5やZSM-11のタイプの触媒の合成に関するという
点に特に留意すべきである。
【0036】上記のように得られる触媒のタイプは、後
述するように選択されるテンプレーティングエージェン
トに左右される。
【0037】このような酸性珪酸金属塩は、以下の例に
示されるように有用な触媒組成物となる。更に、このよ
うな酸性珪酸金属塩は、本発明によれば、多作用触媒を
得るために複数の活性金属によって得られる。
【0038】従来技術によれば、このような多作用触媒
を得るには、従来法によって、まずその構造内にアルカ
リカチオンを有する酸性珪酸金属塩担体を用意する。こ
れらアルカリカチオンは従来法によりイオン交換処理さ
れて活性金属に置換される。
【0039】このように得られた酸性触媒は従来法によ
り1種または2種以上の添加活性金属が含浸され、焼成に
よって最終的に多作用触媒が得られる。
【0040】従来法においては、このような触媒を得る
ためには多くの段階を要し、また製造時に必要とされる
物質によって、製造コストが非常に高くなっていると認
められる。
【0041】しかし、本発明によれば、以下のようにし
て従来の含浸処理やイオン交換処理が不要となる。
【0042】まず、触媒に用いるすべての活性金属を含
む反応体(reactants)の混合物を形成し、珪素化合物を
加えて珪酸金属塩ヒドロゲルを形成し、ヒドロゲルを熟
成して結晶質珪酸金属塩組成物を得て、結晶質珪酸金属
塩組成物の洗浄及び乾燥を行い、結晶質珪酸金属塩組成
物を毎分約20(℃)以下の割合で少なくとも約500(℃)に
加熱してテンプレーティングエージェント及びNH4
除去し、酸性多作用触媒を得る。
【0043】生成された珪酸金属塩組成物の結晶構造
は、熟成段階によってなじまされ、以下の例に示される
ような、本発明による、優れた結果を得るために重要な
構造に適合するようになる。
【0044】適当な非アルカリ金属には、アルカリ及び
アルカリ土類金属以外のどの金属を用いても良く、好ま
しくは元素周期表の2B族、4B族、5B族、6B族、
8族、3A族から選択される。
【0045】第1の金属は、好ましくはクロム、鉄、ア
ルミニウム、ガリウム、ホウ素、亜鉛またはこれらの混
合物を用いても良い。第2の金属は、チタン、ジルコニ
ウム、バナジウム、及び上記金属のいずれかか、または
これらの混合物を用いても良い。
【0046】この方法に用いられるすべての金属は、好
ましくは水溶液の形でプロセスに提供してもよい。好ま
しくは、選択された金属の塩を水中に溶解することによ
って上記水溶液を得る。
【0047】同様に、これらの金属は、水中にて所望の
金属の酸化物または水酸化物の懸濁液の形で得ることも
できる。
【0048】テンプレーティングエージェントは、好適
には第4アルキルアンモニウムまたはアルキルホスホニ
ウム塩または水酸化物、またはこれらの混合物、更に、
対応するモノアルキルアミン、ビアルキルアミン、及び
トリアルキルアミン(mono, bi and tri alkyl amines)
またはホスフィン(phosphines,phosphenes)である。
【0049】ZSM-5タイプの触媒の合成に適したエージ
ェントには、テトラプロピルアンモニウム水酸化物、ま
たはテトラプロピルアンモニウム臭化物が含まれ、ま
た、これらのエージェントのブチル置換体(butyl equiv
alents)は、ZSM-11タイプの触媒の合成に適している。
【0050】有機塩基は、通常行われているアルカリ金
属の水酸化物の添加を行うことなく、添加対象をアルカ
リ性とするように働く。
【0051】好適な有機塩基としては有機アミン、好ま
しくはR・NH2、(R)2・NHまたは(R)3・N、(Rはアルキル基
で、好ましくはメチル基またはエチル基としてもよい)
のようなアルキルアミンである。
【0052】有機塩基はアルカリイオンが存在しない結
晶質構造体に好適なpHを出現させるので、製造コスト
が低くなる。
【0053】このようにして、形成された珪酸金属塩
は、本発明によれば、単に焼成を行うだけで容易に触媒
型となり、従来は必要とされたイオン交換及び/または
含浸は不要である。
【0054】更に、本発明に係る製造方法によれば、活
性金属の分散性が高くなり、これにより触媒活性が向上
する。
【0055】本発明の他の実施例によれば、ハロゲン化
合物を水溶液または懸濁液の混合物に添加して、生成さ
れる結晶質構造体の結晶の最終的な大きさまたは形状を
左右するようにしてもよい。
【0056】好適なハロゲン化合物としては、例えば、
弗化物が挙げられ、好ましくは弗化水素または弗化アン
モニウムとしてもよい。このようなハロゲン化合物は、
好ましくはFのSiに対するモル比が約0.4〜2.0になる
に十分な量を添加するようにしてもよい。
【0057】非アルカリ金属、テンプレーティングエー
ジェント、有機塩基、及び二酸化珪素の混合物は、好ま
しくは以下のような酸化物のモル比が得られるようにす
る。
【0058】 a(SiO2):b(M23):c(R):d(A):e(H2O), ここで、珪素化合物はSiO2、Mはカチオンまたは非ア
ルカリ金属の3価のカチオンの混合物、Rは有機塩基で
あり、Aはテンプレーティングエージェントである。
本発明により、上記モル比は、理想的にはaが約0.90〜
約0.95、bが約0.01〜約0.06、cが約0.10〜約20、dが約
0.10〜約5であり、eは約20〜約2000となることが判明し
た。
【0059】SiO2(a)及び非アルカリ金属(b)の比率に
関しては、好ましくはaは約0.90〜約0.92で、bは約0.04
〜約0.06である。加えて、結合モル比(a+b)は、理想
的には約0.96となることが判明した。
【0060】このSiO2と非アルカリ金属との混合モル
比を約0.96に保つことで、望ましい結晶質構造が得ら
れ、本発明によって合成された触媒の特性が向上する。
【0061】もしも純シリコン担体(full silicium sup
port)を得ることが望ましい場合には、SiO2(a)の比率
を約0.96としてbの比率を0とする点に留意すべきであ
る。この場合、本発明に係るプロセスによれば、純シリ
コン担体が得られる。
【0062】非アルカリ金属、テンプレーティングエー
ジェント、及び有機塩基の混合物は、好適には室温で混
合される。前述したように、非アルカリ金属は好適には
塩の水溶液として、または選択された金属の酸化物もし
くは水酸化物の懸濁液の形で添加しても良い。
【0063】テンプレーティングエージェント及び有機
塩基は、好適には水溶液または懸濁液として提供してよ
い。
【0064】上記比率によって定められた適量の珪素化
合物は、ゆっくりと混合され、好ましくは実質的に均質
な混合物が得られるに十分なまでに撹拌され、所望の珪
酸金属塩ヒドロゲルが形成される。
【0065】このヒドロゲルは結晶質珪酸金属塩組成物
が得られるように熟成される。このような熟成は、好ま
しくは約80(℃)〜約225(℃)の範囲でなされ、組成物の
結晶が所望の適合性及び構成が得られるに十分な時間に
わたって行う。
【0066】このような熟成時間は、熟成工程を促進す
ると信じられる撹拌または揺転(rocking)を行う場合、
好適には少なくとも約12時間としてよく、好ましくは少
なくとも36時間とする。撹拌等を行わない静的条件下に
おいては、熟成時間は好ましくは少なくとも48時間以上
とする。
【0067】熟成段階に要する時間は、更にヒドロゲル
が熟成される際の温度に依存する。どの場合において
も、珪酸金属塩の結晶構造が得られるか、または結晶構
造に適合するように熟成を行う。
【0068】熟成工程は、上記のような工程に代えて、
ヒドロゲルを約60(℃)を上限として加熱して約1〜2時間
熟成を行う第1熟成段階と、これに続き約80(℃)〜225
(℃)において前述したようにヒドロゲルを少なくとも約
12時間熟成する第2段階とに分割してもよい。
【0069】熟成工程は、好ましくは密閉容器内にて行
うことによって熟成中にヒドロゲル内の成分が蒸発しな
いようにし、特に高温で熟成を行う場合はこのようにす
ることが好ましい。
【0070】上述したような熟成によって、MFIまたはM
ELタイプの構造(ZSM-5またはZSM-11)を有するか、また
はこれらの構造に適合した構造を有する結晶質の組成物
が得られる。この構造は、上記使用されたテンプレーテ
ィングエージェントに依存する。
【0071】このように得られた結晶質の組成物は、洗
液が実質的に中性を示すまで洗浄された後に乾燥され
る。これらは周知の処理法に従ってなされる。乾燥は約
20(℃)〜約150(℃)にて行うことが好ましい。
【0072】洗浄及び乾燥された結晶質の組成物は、そ
の後、残留しているNH4及びテンプレーティングエー
ジェントをすべて除去するために徐々に焼成温度にまで
加熱されていき、最終的に組成物は焼成されて酸性珪酸
金属塩または多作用触媒が得られる。これら酸性珪酸金
属塩または多作用触媒は、初期混合物の形成に用いられ
る金属に依存する。
【0073】この加熱段階では、好ましくは組成物の温
度を徐々に上昇させ、毎分約20(℃)以下、好ましくは毎
分約5(℃)で温度を上昇させる。この加熱によって、N
4及びテンプレーティングエージェントが除去される
と信じられ、また、焼成は少なくとも約500(℃)、好ま
しくは約500(℃)〜約800(℃)、最も好ましくは約550
(℃)で行う。
【0074】このような加熱は好ましくは酸化雰囲気、
例えば空気中で行い、これにより炭素成分(coke)を燃焼
除去する。
【0075】徐々に加熱を行うことで、珪酸金属塩組成
物の結晶質化が段階的に進行して所望の触媒が得られる
と信じられる。初期加熱によって、乾燥工程で除去しき
れない組成物中の水分が脱水され、または初期加熱工程
自体が乾燥工程となると信じられる。
【0076】脱水を終えた後に、温度が更に約320(℃)
を超えるまで上昇すると、NH4及びテンプレーティン
グエージェントが除去される。約500(℃)において、組
成物は焼成されて所望の触媒が得られる。
【0077】温度が少なくとも約500(℃)以上の焼成温
度に達っしたら、好ましくはその焼成温度を少なくとも
約6時間保持してもよい。
【0078】本発明に係る製造方法によって得られる触
媒は単一処理で得られ、この単一処理においては、従来
必要とされたイオン交換処理や含浸処理は一切必要な
い。
【0079】また、これらの触媒はアルカリまたはアル
カリ土類金属を用いずに得られ、本発明に係る製造方法
によってこのような触媒を得るために必要なコストも劇
的に低くなる。
【0080】更に、以下の実施例にも示されるように、
本発明によって得られる触媒は、従来法により得られた
触媒に比較して優れたコンバージョン性能が得られる。
【0081】このように、少なくとも1種の非アルカリ
金属と、テンプレーティングエージェントと、有機塩基
と、の混合物の形成工程と、珪素化合物を混合物に加え
て珪酸金属塩ヒドロゲルを得る形成工程と、上記ヒドロ
ゲルを熟成して結晶質の珪酸金属塩組成物を得る熟成工
程と、上記結晶質珪酸金属塩組成物の洗浄及び乾燥工程
と、上記結晶質珪酸金属塩組成物を焼成して珪酸金属塩
触媒を得る焼成工程と、によって珪酸金属塩を製造す
る。2種以上の非アルカリ金属を選択して多作用触媒を
得てもよい。
【0082】
【実施例】以下、添付図面を参照して本発明の好ましい
実施態様の詳細な説明を行う。
【0083】実施例1 この実施例では、本発明によって、MFIタイプの珪酸ガ
リウム(gallosilicate)触媒を得るために活性金属と
してガリウムを用いた酸性珪酸金属塩触媒の製造方法を
示す。
【0084】2種の溶液(A+B)を以下のように調製した。
【0085】
【化1】溶液A:2.39gのGa(NO3)3・9H2Oを40gのH
2Oに溶解した。
【0086】溶液B:9.53gのTPABrを、予め22.14gのメ
チルアミン(40%水溶液)と混合した43gのH2Oに溶解し
た。
【0087】溶液Aを溶液Bに加え、室温にて15分間撹拌
を続けた。
【0088】その後7.89gのSiO2を高速撹拌下でゆっ
くりと加えた。その結果得られた珪酸金属塩ヒドロゲル
を75mlのテフロン加工されたステンレス鋼のオートクレ
ーブ内に配置した。その容積はオートクレーブ容量の3/
4に達した。そして60(℃)で1.5時間熟成を行った。
【0089】その後にヒドロゲルをオートクレーブ内で
185(℃)の静的条件で120時間熟成して、TPA-[Ga]-ZSM-
5であると参照される結晶質MFI-タイプ珪酸ガリウム生
成物を得た。
【0090】アルカリを用いずに合成されたこのTPA-
[Ga]-ZSM-5は、その後、残留している溶解性の塩及び
有機塩基が除去されて洗液が実質的に中性を示すまで洗
浄された。
【0091】その後にTPA-[Ga]-ZSM-5を乾燥し、乾燥
空気を流通しながら550(℃)まで加熱して、550(℃)で6
時間焼成した。この際焼成雰囲気を酸化雰囲気(air)と
し、炭素成分を燃焼除去してテンプレート、アルカリカ
チオン及び炭素成分を有さないH-[Ga]-ZSM-5触媒を得
た。
【0092】このように得られたH-[Ga]-ZSM-5触媒に
性能試験を行った結果、以下のような適度な酸性度(mod
erate acidity)を有する炭化水素反応の触媒として好適
であることが判明した。
【0093】このような炭化水素反応としては、アルキ
ル化、脱アルキル化、脱水素環二量化、芳香族化、トラ
ンスアルキル化、異性化、脱水素、水素添加クラッキン
グ、水素添加分解、改質、環化、低重合化、重合化、脱
水及び一酸化炭素/水素混合物の炭化水素へのコンバー
ジョン等が挙げられる。
【0094】実施例2 この実施例では、活性金属としてガリウムとアルミニウ
ムを用いた酸性多作用触媒の製造方法を示す。
【0095】2種の溶液(A+B)を以下のように調製した。
【0096】
【化2】溶液A:1.19gのGa(NO3)3・9H2Oと1.07gの
Al(NO3)3・9H2Oをともに40gのH2Oに溶解した。
【0097】溶液B:9.53gのTPABrを、予め22.14gのメ
チルアミン(40%水溶液)と混合した43gのH2Oに溶解し
た。
【0098】溶液Aを溶液Bに加え、室温にて15分間撹拌
を続けた。
【0099】その後7.89gのSiO2を高速撹拌下でゆっ
くりと加えた。その結果得られた珪酸金属塩ヒドロゲル
をテフロン加工されたステンレス鋼のオートクレーブ内
に配置し、60(℃)で1.5時間熟成を行った。
【0100】その後にヒドロゲルをオートクレーブ内で
185(℃)にて撹拌(揺転)条件で12時間熟成して、ここにT
PA-[GaAl]-ZSM-5であると参照される結晶質MFI-タイ
プアルミノ珪酸ガリウム(gallium aluminosilicate)生
成物を得た。
【0101】このTPA-[GaAl]-ZSM-5は、その後、残留
している溶解性の塩及び有機塩基が除去されて洗液が実
質的に中性を示すまで洗浄された。
【0102】その後にTPA-[GaAl]-ZSM-5を乾燥し、乾
燥空気を流通しながら室温から550(℃)まで加熱して、5
50(℃)で6時間焼成した。この際焼成雰囲気を酸化雰囲
気(air)とし、炭素成分を燃焼除去してテンプレート、
アルカリカチオン及び炭素成分を有さないH-[GaAl]-
ZSM-5触媒を得た。
【0103】H-[GaAl]-ZSM-5触媒に性能試験を行った
結果、実施例1に示されるような適度な酸性度を有する
炭化水素反応の触媒として好適であることが判明した。
【0104】実施例3 この実施例では、MFIタイプのアルミノ珪酸クロム(chro
mium aluminosilicate)を得るために活性金属としてク
ロム及びアルミニウムを用いた多作用触媒の剛性を示
す。
【0105】2種の溶液(A+B)を以下のように調製した。
【0106】
【化3】溶液A:1.142gのCr(NO3)3・9H2Oと1.07g
のAl(NO3)3・9H2Oをともに40gのH2Oに溶解した。
【0107】溶液B:9.53gのTPABrを、予め22.14gのメ
チルアミン(40%水溶液)と混合した43gのH2Oに溶解し
た。
【0108】溶液Aを溶液Bに加え、室温にて15分間撹拌
を続けた。
【0109】その後7.89gのSiO2を高速撹拌下でゆっ
くりと加えた。その結果得られた珪酸金属塩ヒドロゲル
をテフロン加工されたステンレス鋼のオートクレーブ内
に配置した。その容積はオートクレーブ容量の3/4に達
した。そして60(℃)で1.5時間熟成を行った。
【0110】その後にヒドロゲルをオートクレーブ内で
185(℃)の静的条件で120時間熟成して結晶質MFI-タイプ
ガリウム珪酸塩生成物を得た。この生成物はTPA-[CrA
l]-ZSM-5であると参照される。
【0111】このTPA-[CrAl]-ZSM-5は、その後、残留
している溶解性の塩及び有機塩基が除去されて洗液が実
質的に中性を示すまで洗浄された。
【0112】その後にTPA-[CrAl]-ZSM-5を乾燥し、乾
燥空気を流通しながら室温から550(℃)まで加熱して、5
50(℃)で6時間焼成した。この際焼成雰囲気を酸化雰囲
気(air)とし、炭素成分を燃焼除去して多作用触媒、H-
[CrAl]-ZSM-5を得た。このH-[CrAl]-ZSM-5は、実
施例1に示されるような適度な酸性度を有する炭化水素
反応の触媒として好適であることが判明した。
【0113】このように得られた多作用触媒は、テンプ
レート、アルカリカチオン及び炭素成分を有さない。
【0114】実施例4 この実施例では、実施例2のアルミノ珪酸ガリウムH-
[GaAl]-ZSM-5触媒を従来法により得られた、ここ及び
文中でGa/H-[Al]-ZSM-5と参照されるアルミノ珪酸ガ
リウム触媒と比較した。
【0115】この従来法により得られたGa/H-[Al]-Z
SM-5は、以下に示すように合成された、従来のナトリウ
ムを含有するゼオライト、Na-[Al]-ZSM-5から得られ
た。このNa-[Al]-ZSM-5は焼成され、テンプレーティ
ングエージェントが燃焼除去される。
【0116】その後、NH4 +を含有する溶液を用いたイ
オン交換段階によってNH4[Al]-ZSM-5が得られる。更
に、焼成によって酸性またはプロトン性型のH-[Al]-Z
SM-5が得られる。この触媒は、その後、Ga3+を含有す
る溶液を用いて含浸され、Ga/H-[Al]-ZSM-5が得られ
る。これら触媒はともにGa、Al、Siの含有量が等し
くなるように製造された。
【0117】これら触媒はともにFAAS、Frame Atomic A
bsorption Spectroscopy及びNMR技術により解析されさ
れる。
【0118】下記表1にFAASによって判定された各触媒
におけるGaとSiの含有量を示す。
【0119】
【化4】 試料の化学組成(FAAS技術による) 総含有量 Ga(%) Si(%) Ga/H-[Al]-ZSM-5 1.35±0.02 35.2±0.1 H-[GaAl]-ZSM-5 1.42±0.02 34.8±0.1 NMR試験の結果、この組成物の構造中にGaが存在するこ
とが示された。
【0120】これら触媒は530(℃)、GHSV=1での
常圧におけるプロパンの芳香族化ともに触媒的な前駆物
質として用いられた。
【0121】図1に各触媒におけるコンバージョン比を
示す。この図に示されるように、本発明に係るガリウム
アルミノ珪酸塩は、従来法により得られた触媒よりも安
定性が顕著に向上していることが示される。このプロセ
スにおける各触媒の選択性も図1に示される。
【0122】図2及び図3には従来のアルミノ珪酸ガリ
ウムにおける選択性が示され、図3及び図4には本発明
に係るアルミノ珪酸ガリウムにおける選択性が示され
る。
【0123】本発明により得られた触媒におけるコンバ
ージョン特性が向上しており、触媒上における活性金属
の分散性が向上していることが、少なくともその要因の
一端を担っていると信じられる。
【0124】実施例5 この実施例ではMFIタイプのホウ珪酸(borosilicate)触
媒の合成を示す。
【0125】2つの溶液(A+B)を以下のように調製し
た。
【0126】
【化5】溶液A:3.1gのH3BO3を90gのH2Oに混合
し、8.8mlの40%HF水溶液と混合した。
【0127】溶液B:66.5gのTPABrを、予め344mlのメ
チルアミン(40%水溶液)と混合した180gのH2Oに溶解
した。
【0128】溶液Aを溶液Bに加え、室温にて15分間撹拌
を続けた。
【0129】その後30gのSiO2(57.5mlのLUDOX40)を
高速撹拌下でゆっくりと加えた。その結果得られた珪酸
金属塩ヒドロゲルを600mlのテフロン加工されたステン
レス鋼のオートクレーブ内に配置した。その容積はオー
トクレーブ容量の3/4に達した。そして60(℃)で1.5時間
熟成を行った。
【0130】その後にヒドロゲルをオートクレーブ内で
185(℃)の静的条件で120時間熟成して、結晶質MFI-タイ
プ珪酸ガリウム生成物を得た。この生成物はTPA-[B]-Z
SM-5であると参照される。
【0131】このTPA-[B]-ZSM-5は、その後、残留して
いる溶解性の塩及び有機塩基が除去されて洗液が実質的
に中性を示すまで洗浄された。
【0132】その後にTPA-[B]-ZSM-5を乾燥し、乾燥空
気を流通しながら室温から550(℃)まで加熱して、550
(℃)で6時間焼成した。この際焼成雰囲気を酸化雰囲気
(air)とし、炭素成分を燃焼除去してH-[B]-ZSM-5触媒
を得た。
【0133】この触媒は、実施例1に示される適度な酸
性度を有する炭化水素反応の触媒として好適であること
が判明した。このように得られた触媒は、テンプレー
ト、アルカリカチオン及び炭素成分を有さない。
【0134】実施例6 この実施例ではMFIタイプのホウ珪酸(borosilicate)触
媒の合成を示す。
【0135】2つの溶液(A+B)を以下のように調製し
た。
【0136】
【化6】溶液A:5.23gのZn(NO3)2を282gのH2Oに混合
した。
【0137】溶液B:66.67gのTPABrを、予め155gのメ
チルアミン(40%水溶液)と混合した300gのH2Oに溶解
した。
【0138】溶液Aを溶液Bに加え、室温にて15分間撹拌
を続けた。
【0139】その後56.4gのSiO2を高速撹拌下でゆっ
くりと加えた。その結果得られた珪酸金属塩ヒドロゲル
を1500mlのテフロン加工されたステンレス鋼のオートク
レーブ内に配置した。その容積はオートクレーブ容量の
3/4に達した。そして180(℃)で撹拌(rotation)しながら
120時間熟成して、結晶質MFI-タイプ珪酸亜鉛生成物を
得た。この生成物はTPA-[Zn]-ZSM-5であると参照され
る。
【0140】このTPA-[Zn]-ZSM-5は、その後、残留して
いる溶解性の塩及び有機塩基が除去されて洗液が実質的
に中性を示すまで洗浄された。
【0141】その後にTPA-[Zn]-ZSM-5を乾燥し、乾燥空
気を流通しながら室温から550(℃)まで加熱して、550
(℃)で6時間焼成した。この際焼成雰囲気を酸化雰囲気
(air)とし、炭素成分を燃焼除去してH-[Zn]-ZSM-5触媒
を得た。この触媒は、実施例1に示される適度な酸性度
を有する炭化水素反応の触媒として好適であることが判
明した。
【0142】このように得られた触媒は、テンプレー
ト、アルカリカチオン及び炭素成分を有さない。
【0143】実施例7 この実施例ではMFIタイプのガリウムアルミノクロム珪
酸(galloaluminochromosilicate)触媒の合成を示す。
【0144】この触媒は以下に示す実験用オートクレー
ブ内の溶液の反応によって得られた。
【0145】
【化7】溶液A:3.22gのCr(NO3)3・9H2Oを120gのH2
Oに溶解した。
【0146】溶液B:6.04gのAl(NO3)3・9H2Oと2.05g
のGa(NO3)3・9H2Oを150gのH2Oに溶解した。
【0147】溶液C:53.64gのTPABrを、予め62.35gのメ
チルアミン(40% v/v)と混合した308.1gのH2Oに溶解
した。
【0148】これら溶液は、以下のように混合された。
【0149】溶液Aを溶液Cに加え、室温にて15分間撹拌
を続け、その後に溶液Bをこの混合物に加えた。この混
合は、高速撹拌を行いながらSiO2の所望量(44.60g)を
ゆっくりと加える最終添加に先立って行った。
【0150】その結果得られた混合物を1リットルのテ
フロン加工されたオートクレーブ内に配置した。その容
積はオートクレーブ容量の3/4に達した。そして60(℃)
で1.5時間熟成した。
【0151】その後、このゲルを185(℃)で撹拌(twisti
ng)を続けながら120時間熟成して、結晶質MFI-タイプの
ガリウムアルミノクロム珪酸を得た。
【0152】この合成されたNaを有さないTPA-[GaAl
Cr]-ZSM-5は、その後、残留している溶解性の塩及び有
機塩基が除去されて洗液が実質的に中性を示すまで洗浄
され、その後に乾燥空気を流通しながら550(℃)で少な
くとも6時間焼成した。
【0153】その結果得られたCrx/H-[GaAlCry]-ZSM-
5(ただしx+y=(添加クロムの)100%)は、実質的に実
施例1に示されたものと等しく、適度な酸性度を有する
炭化水素反応の酸性2作用触媒として好適である 焼成雰囲気を酸化雰囲気(air)とした場合、そのような
処理によって、他の利点の中でも、とりわけ”金属的
な”活性相の分散性が高くなる。この例では、触媒の構
造内のCr3+の一部(Crxと参照される)が、その構造
格子からゼオライトの外表面に放出されている。
【0154】本発明は、趣旨および範囲を逸脱すること
なく種々の変形や修正が可能であることはいうまでもな
い。
【0155】従って、上記実施例は実施態様の説明にす
ぎず、請求項に記載された本発明の要旨を限定するもの
ではなく、実質的に同一とみなされる種々の手段や範囲
の変更は本発明に包含されるものである。
【0156】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば以
下のような効果が得られる。
【0157】(1)イオン交換処理や含浸処理が不要
で、またアルカリ及び/またはアルカリ土類金属を含有
する反応開始剤をも必要としないので、製造コストが低
い。
【0158】(2)触媒活性金属の表面分散性が良好
で、これにより高い活性が得られる。
【0159】(3)単に焼成を行うだけで容易に触媒型
の珪酸金属塩が得られ、従来は必要とされたイオン交換
及び/または含浸は不要となる。また、多作用触媒も容
易に得られる。
【0160】(4)従来法により得られた触媒に比較し
てコンバージョン性能に優れている。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る酸性多作用触媒と従来法に係る多
作用触媒とを、コンバージョン比とプロパンの芳香族化
の安定性とに関して比較した結果を示すグラフ。
【図2】図1の従来法に係る多作用触媒のプロパン芳香
族化における選択性を示すグラフ。
【図3】図1の従来法に係る多作用触媒のプロパン芳香
族化における選択性を示すグラフ。
【図4】図1の本発明に係る酸性多作用触媒のプロパン
芳香族化における選択性を示すグラフ。
【図5】図1の本発明に係る酸性多作用触媒のプロパン
芳香族化における選択性を示すグラフ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 レイナルド モンケ ヴェネズエラ,チュアオ,アプト.エイ− 15,レジデンシャス ファーディン ティ ウナ,カレ ラ グアイリタ (番地な し) (72)発明者 ジュゼッペ ジアネット ヴェネズエラ,コリナス デ ベロ モン テ,アプト.18−1,トーレ ビー,レジ デンシャス ファーディン ベロ モンテ (番地なし)

Claims (29)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも1種の非アルカリ金属と、テ
    ンプレーティングエージェントと、有機塩基と、の混合
    物の形成工程と、 珪素化合物を前記混合物に加えて珪酸金属塩ヒドロゲル
    を得る工程と、 前記ヒドロゲルを熟成して結晶質の珪酸金属塩組成物を
    得る熟成工程と、 前記結晶質珪酸金属塩組成物の洗浄及び乾燥工程と、 前記結晶質珪酸金属塩組成物を毎分略20(℃)以下の割
    合で少なくとも略500(℃)に加熱して酸性珪酸金属塩
    触媒を得る加熱工程と、を有することを特徴とする珪酸
    金属塩触媒の製造方法。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の金属珪酸触媒の製造方法
    において、 前記混合物の形成工程は、 少なくとも第1及び第2の互いに異なる非アルカリ金属
    と、テンプレーティングエージェントと、有機塩基と、
    の混合工程を有し、これにより前記加熱工程で酸性多作
    用触媒を得ることを特徴とする珪酸金属塩触媒の製造方
    法。
  3. 【請求項3】 請求項2記載の珪酸金属塩触媒の製造方
    法において、 前記第1の非アルカリ金属は元素周期表の2B族、4B
    族、5B族、6B族、8族、及び3A族に属する元素よ
    りなる群から選択されることを特徴とする珪酸金属塩触
    媒の製造方法。
  4. 【請求項4】 請求項3記載の珪酸金属塩触媒の製造方
    法において、 前記第1の非アルカリ金属は、クロム、鉄、アルミニウ
    ム、ガリウム、ホウ素、亜鉛及びこれらの混合物よりな
    る群から選択されることを特徴とする珪酸金属塩触媒の
    製造方法。
  5. 【請求項5】 請求項2記載の珪酸金属塩触媒の製造方
    法において、 前記第1の非アルカリ金属は元素周期表の2B族、4B
    族、5B族、6B族、8族、及び3A族に属する元素よ
    りなる群から選択されることを特徴とする珪酸金属塩触
    媒の製造方法。
  6. 【請求項6】 請求項2記載の珪酸金属塩触媒の製造方
    法において、 前記第1の非アルカリ金属は、クロム、鉄、アルミニウ
    ム、ガリウム、ホウ素、チタン、ジルコニウム、バナジ
    ウム、亜鉛またはこれらの混合物よりなる群から選択さ
    れることを特徴とする珪酸金属塩触媒の製造方法。
  7. 【請求項7】 請求項2記載の珪酸金属塩触媒の製造方
    法において、 前記テンプレーティングエージェントは、 第4アルキルアンモニウム塩、第4アルキルアンモニウ
    ム水酸化物、第4アルキルホスホニウム塩、第4アルキ
    ルホスホニウム水酸化物、アルキルアミン、アルキルホ
    スフィン、及びこれらの混合物よりなる群から選択され
    ることを特徴とする珪酸金属塩触媒の製造方法。
  8. 【請求項8】 請求項7記載の珪酸金属塩触媒の製造方
    法において、 前記テンプレーティングエージェントはテトラプロピル
    アンモニウム水酸化物であることを特徴とする珪酸金属
    塩触媒の製造方法。
  9. 【請求項9】 請求項7記載の珪酸金属塩触媒の製造方
    法において、 前記テンプレーティングエージェントはテトラプロピル
    アンモニウム臭化物であることを特徴とする珪酸金属塩
    触媒の製造方法。
  10. 【請求項10】 請求項2記載の珪酸金属塩触媒の製造
    方法において、 前記有機塩基はアルキルアミンであることを特徴とする
    珪酸金属塩触媒の製造方法。
  11. 【請求項11】 請求項10記載の珪酸金属塩触媒の製
    造方法において、 前記有機塩基は、メチル基及びエチル基よりなる群から
    選択されるアルキル基を有するアルキルアミンであるこ
    とを特徴とする珪酸金属塩触媒の製造方法。
  12. 【請求項12】 請求項1記載の珪酸金属塩触媒の製造
    方法において、 前記熟成工程にて、前記ヒドロゲルを略80〜略225
    (℃)に加熱し、前記結晶質珪酸金属塩組成物が生成され
    るに十分な時間熟成することを特徴とする珪酸金属塩触
    媒の製造方法。
  13. 【請求項13】 請求項12記載の珪酸金属塩触媒の製
    造方法において、 前記熟成工程にて、静的条件下で少なくとも48時間熟
    成を行うことを特徴とする珪酸金属塩触媒の製造方法。
  14. 【請求項14】 請求項12記載の珪酸金属塩触媒の製
    造方法において、 前記熟成工程にて、撹拌条件下で少なくとも12時間熟
    成を行うことを特徴とする珪酸金属塩触媒の製造方法。
  15. 【請求項15】 請求項1記載の珪酸金属塩触媒の製造
    方法において、 前記熟成工程は、 略60(℃)を上限として略1時間〜略2時間前記ヒドロ
    ゲルを加熱する第1熟成工程と、 略80(℃)〜略225(℃)にて前記結晶質珪酸金属塩構
    造が得られるに十分な時間にわたって熟成を行う第2熟
    成工程と、を有することを特徴とする珪酸金属塩触媒の
    製造方法。
  16. 【請求項16】 請求項1記載の珪酸金属塩触媒の製造
    方法において、 前記加熱工程で、前記結晶質珪酸金属塩組成物を略50
    0(℃)〜略800(℃)に加熱することを特徴とする珪酸
    金属塩触媒の製造方法。
  17. 【請求項17】 請求項1記載の珪酸金属塩触媒の製造
    方法において、 前記加熱工程で、前記結晶質珪酸金属塩組成物を略55
    0(℃)に加熱することを特徴とする珪酸金属塩触媒の製
    造方法。
  18. 【請求項18】 請求項1記載の珪酸金属塩触媒の製造
    方法において、 前記加熱工程によって前記テンプレーティングエージェ
    ント及びNH4を除去し、次に前記珪酸金属塩組成物を
    焼成して前記酸性珪酸金属塩触媒を得ることを特徴とす
    る珪酸金属塩触媒の製造方法。
  19. 【請求項19】 請求項2記載の珪酸金属塩触媒の製造
    方法において、 前記少なくとも第1及び第2の非アルカリ金属と、前記
    テンプレーティングエージェントと、前記有機塩基と、
    前記珪素化合物と、を混合して以下に示すモル比; a(SiO2):b(M23):c(R):d(A):e(H2O), ただし、SiO2は前記珪素化合物、Mは前記少なくとも
    第1及び第2の非アルカリ金属の3価のカチオンの混合
    物、Rは前記有機塩基、Aは前記テンプレーティングエ
    ージェントであり、aは略0.90〜略0.95、bは略0.01〜略
    0.06、cは略0.10〜略20、dは略0.10〜略5、eは略20〜略
    2000の酸化物を有する組成物を得ることを特徴とす
    る珪酸金属塩触媒の製造方法。
  20. 【請求項20】 請求項19記載の珪酸金属塩触媒の製
    造方法において、 a+bの値が略0.96であることを特徴とする珪酸金
    属塩触媒の製造方法。
  21. 【請求項21】 請求項19記載の珪酸金属塩触媒の製
    造方法において、 aは略0.90〜略0.92、bは略0.04〜略0.06であることを
    特徴とする珪酸金属塩触媒の製造方法。
  22. 【請求項22】 請求項21記載の珪酸金属塩触媒の製
    造方法において、 a+bの値が略0.96であることを特徴とする珪酸金属塩
    触媒の製造方法。
  23. 【請求項23】 請求項2記載の珪酸金属塩触媒の製造
    方法において、 前記混合物にハロゲン化合物を加えて前記多作用触媒の
    結晶のサイズ及び適合性を支配することを特徴とする珪
    酸金属塩触媒の製造方法。
  24. 【請求項24】 請求項23記載の珪酸金属塩触媒の製
    造方法において、 前記ハロゲン化合物はフッ素化合物であることを特徴と
    する珪酸金属塩触媒の製造方法。
  25. 【請求項25】 請求項24記載の珪酸金属塩触媒の製
    造方法において、 前記フッ素化合物は水素フッ化物及びアンモニアフッ化
    物よりなる群から選択されることを特徴とする珪酸金属
    塩触媒の製造方法。
  26. 【請求項26】 請求項1記載の珪酸金属塩触媒の製造
    方法において、 前記混合物の形成工程は、 少なくとも1種の非アルカリ金属の塩の水溶液と、テン
    プレーティングエージェントの水溶液と、有機塩基と、
    の混合物を形成する工程を有することを特徴とする珪酸
    金属塩触媒の製造方法。
  27. 【請求項27】 請求項1記載の珪酸金属塩触媒の製造
    方法において、 前記珪素化合物は、酸化珪素、水酸化珪素、及び珪素の
    塩よりなる群から選択されることを特徴とする珪酸塩触
    媒の製造方法。
  28. 【請求項28】 請求項1記載の珪酸金属塩触媒の製造
    方法において、 前記洗浄工程は、この洗浄工程で生じる洗液が実質的に
    中性を示すまで洗浄を行うことを特徴とする珪酸塩触媒
    の製造方法。
  29. 【請求項29】 少なくとも1種の非アルカリ金属と、
    テンプレーティングエージェントと、有機塩基と、の混
    合物の形成工程と、 珪素化合物を前記混合物に加えてヒドロゲルを形成し
    て、前記少なくとも1種の非アルカリ金属と、前記テン
    プレーティングエージェントと、前記有機塩基と、前記
    珪素化合物と、の以下に示すモル比; a(SiO2):b(M23):c(R):d(A):e(H2O), ただし、SiO2は前記珪素化合物、Mは前記少なくとも
    1種の非アルカリ金属の3価のカチオンの混合物、Rは
    前記有機塩基、Aは前記テンプレーティングエージェン
    トであり、aは略0.90〜略0.96、bは0〜略0.06、cは略0.
    10〜略20、dは略0.10〜略5、eは略20〜略2000、a+b
    の値は略0.96の酸化物を有する組成物が得られるように
    する工程と、 前記ヒドロゲルを熟成して結晶質組成物を得る工程と、 前記結晶質組成物の洗浄及び乾燥工程と、 前記結晶質組成物を毎分略20(℃)以下の割合で少なく
    とも略500(℃)に加熱して前記触媒を得る加熱及び乾
    燥工程と、を有することを特徴とする珪酸金属塩触媒の
    製造方法。
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