JPH09501867A - 変性された固体酸化物触媒およびその製造方法 - Google Patents

変性された固体酸化物触媒およびその製造方法

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Abstract

(57)【要約】 触媒は、第VIB族金属のオキシアニオンにより第IVB族金属酸化物を変性することによって生成する酸性固体生成物に担持された水素化/脱水素化成分、例えば貴金属を含んでなる。この触媒の例は、タングステートにより変性されたジルコニアに担持された白金である。この触媒は、例えば、C4〜C8パラフィンの異性化などに用いることができる。

Description

【発明の詳細な説明】 変性された固体酸化物触媒およびその製造方法 本発明は、変性された固体酸化物触媒およびその触媒の製造方法に関する。こ の触媒は、例えばC4〜C8パラフィンの異性化などに用いることができる。 パラフィン、特に軽質パラフィンの異性化は確立された精製プロセスであって 、アルキル化装置への追加のフィード原料を供給するため、或いは比較的低いオ クタン価の直鎖パラフィンをガソリンプール中に混合することのできるオクタン 価のより高い分枝異性体へ転化するために伝統的に用いられている。直鎖パラフ ィン、例えばn−ブタン、n−ペンタンおよびn−ヘキサンは対応するイソパラ フィンへ種々の異性化方法によって転化されており、その方法には種々の触媒を 使用することができる。例えば、米国特許第3,766,286号;同第3,85 2,184号;同第3,855,346号;同第3,839,489号;同第4,14 4,282号および同第4,814,544号に開示されているように、非再生性 (non-regenerable)のルイス酸およびブレンステッド酸触媒を使用することも できる。この種の工業的方法は、フィリップス・ペトロリアム・カンパニー(Ph illips Petroleum Company)(接触異性化 (Catalytic Isomerization))および シェル・デベロプメント・カンパニー(Shell Development Company)(液相異性 化 (Liquid Phase Isomerization)) を含む種々の企業によって開発されている 。 種々の工業的異性化方法において用いられるその他の種類の触媒には、多孔質 担体上の金属水素化/脱水素化成分、通常は白金を含む。この方法の1つの例は 、水素および白金触媒の存在下で異性化が行われるペネックス法(Penex Proces s)(UOP)である。イソ−ケル法(Iso-Kel process)(M.W.Kellogg)も水素の循 環と共に高価な金属触媒を使用し、ペンタファイニング (Pentafining)(アルコ /エンゲルハルト(Arco/Englehardt))およびブタマー (Butamer)(UOP)法も外 部水素循環と共に担体に担持された白金を使用する。この種の方法は、例えば、 米国特許第4,834,866号(シュミット (Schmidt))および同第4,783, 575号(シュミット)に開示されている。 モレキュラーシーブを含んでなる担体に担持される金属成分を利用する異性化 方法は、米国特許第3,842,114号(シー(Sie));同第3,836,597号 (シー);同第4,778,944号(ザーキー (Zarchy))および同第4,374 ,296号(ハーグ (Haag))に開示されている。 米国特許第4,783,575号(シュミット)および同第4,834,866号 (シュミット)に開示されているように、パラフィン異性化触媒は、改質器フィ ード原料から環状の芳香族前駆物質を除くための開環触媒としても使用され得る 。例えば、ベンゼンの生成を最小にするために、ベンゼンの前駆物質であるシク ロヘキサンを異性化して、一部だけが改質器において芳香族化された分枝パラフ ィンの混合物とすることができる。米国特許第3,631,117号には、開環お よびパラフィン異性化のための触媒として、ゼオライトに担持される周期表第VI II族金属を使用する環状炭化水素の水素化異性化(hydroisomerization)の方法 が記載されている。芳香族前駆物質、特にシクロヘキサンを開環させるためにパ ラフィン異性化を利用することは、自動車ガソリンの芳香族化合物含有率、特に ベンゼン含有率が環境的規制のために制限されるので、将来的により重要になる であろう。 本発明の1つの要旨によれば、 (i)第VIB族金属のオキシアニオン(oxyanion)によって第IVB族金属酸化物 を変性させることにより生成する酸性固体生成物、および (ii)固体生成物に付着する水素化/脱水素化成分 を含んでなる触媒が提供される。 本発明のもう1つの要旨によれば、上記の本発明の1つの要旨において提供さ れる触媒を製造する方法であって、 (a)第IVB族金属の水酸化物もしくは水和された酸化物を、第VIB族金属の オキシアニオンのソースを含んでなる水溶液に接触させて、酸素、第IVB族金属 および第VI族金属を含んでなる酸性固体生成物を生成させる工程、ならびに (b)工程(a)の固体生成物に水素化/脱水素化成分を付着させる工程 を含んでなる方法が提供される。 本発明の更にもう1つの要旨によれば、C4〜C8パラフィンフィードを異性化 する方法であって、フィードを上記の本発明の1つの要旨において提供される触 媒に接触させることを含んでなる方法が提供される。 ここで述べる触媒は、第IVB族金属の酸化物、好ましくはジルコニアまたはチ タニアを含んでなる。この第IVB族金属酸化物は、第VIB族金属のオキシアニオ ン、例えばタングステンのオキシアニオン、例えばタングステート(tungstate 、タングステン酸基)により変性される。第VIB族金属のオキシアニオンによる 第IVB族金属酸化物の変性は、この物質に酸官能性を付与する。第VIB族金属オ キシアニオン、特にタングステートによる、第IVB族金属酸化物、特にジルコニ アの変性は、米国特許第5,113,034号;日本国特開平1−288339号 およびプロシーディングズ・ナインス・インターナショナル・コングレス・オン ・キャタリシス(Proceedings 9th International Congress on Catalysis)、第 4巻、第1727〜1735頁(1988年)中のケイ・アラタ(K.Arata)お よびエム・ヒノ(M.Hino)による論文などに開示されている。 更に、水素化/脱水素化成分が、第VIB族金属のオキシアニオンによる第IVB 族金属酸化物の変性によって生成する酸性固体生成物と組み合わされる。この水 素化/脱水素化成分は、有機化合物、例えば、場合により1またはそれ以上のヘ テロ原子、例えば酸素、窒素、金属もしくは硫黄により置換されていることもあ る炭化水素への水素の付加またはそのような有機化合物からの水素の除去を触媒 する物質の能力を付与するものであり、その場合、十分な水素化または脱水素化 条件下で変性された金属酸化物に有機化合物を接触させる。 水素化/脱水素化成分の例には、第VIII族金属(例えば、Pt、Pd、Ir、 Rh、Os、Ru、Ni、CoおよびFe)、第VIA族金属(例えば、Snおよ びPb)、第VB族金属(例えば、SbおよびBi)ならびに第VIIB族金属( 例えば、Mn、TcおよびRe)の酸化物、水酸化物または遊離金属(即ち、原 子価0の状態)の形態が含まれる。触媒は好ましくは、1またはそれ以上の貴金 属(例えば、Pt、Pd、Ir、Rh、OsもしくはRu)の1またはそれ以上 の触媒形態を含むことが好ましい。そのような貴金属または非貴金属の触媒形態 の組み合わせ、例えばPtとSnの組み合わせなどを用いることもできる。水素 化 /脱水素化成分の金属の原子価状態は、例えば、この成分が酸化物または水酸化 物の形態である場合には、還元された原子価状態であることが好ましい。この金 属の還元された原子価状態は、還元剤、例えば水素が反応へのフィード中に含ま れる場合に反応の途中でその場にて達成することができる。 本発明の説明のためには、第VIB族金属のオキシアニオンにより変性された第 IVB族金属酸化物という表現は、元素分析によって、第IVB族金属、第VIB族金 属および酸素を含んでなり、別々に形成された第VIB族金属酸化物またはオキシ アニオンと混合された、別々に形成された第IVB族金属酸化物の単なる混合物よ りも更に酸性である(多くの酸性度(acidity)を有する)物質を意味すること を意図している。本発明の、第VIB族金属、例えばタングステンのオキシアニオ ンにより変性された第IVB族金属、例えばジルコニウムの酸化物は、第IVB族金 属酸化物のソースと、第VIB族金属酸化物またはオキシアニオンのソースとの間 の現実の化学的相互作用によって生じるものと考えられている。 この化学的相互作用は、Proceedings 9th International Congress on Catal ysis、第4巻、第1727〜1735頁(1988年)中のケイ・アラタおよび エム・ヒノによる前述の論文において説明されている。この論文では、スルフェ ートがある特定の金属、例えばZrの水酸化物または酸化物と反応する場合に固 体超酸が生成することが示唆されている。これらの超酸は、金属、例えばZrに 配位する二座(bidentate)スルフェートイオンの構造を有すると言われている 。この論文において、タングステートがZrの水酸化物または酸化物と反応する 場合に超酸も生成することが更に示唆されている。得られるタングステート変性 ジルコニア物質は、スルフェートおよびジルコニウムを含んでなる前述の超酸と 類似する構造を有すると理論付けられており、その場合に二座構造においてタン グステン原子が硫黄原子を置換している。 本発明の触媒がアラタおよびヒノによる前述の論文において示唆されている二 座構造を有し得ると考えられているが、第VIB族金属のオキシアニオンにより変 性された第IVB族金属酸化物に存在する触媒的活性部位(catalytically active site)の特定の構造は、まだ確認されておらず、本発明の触媒成分がいずれか の特定の構造に限定されるべきであることを意図しているのではない。 他の元素、例えばアルカリ(第IA族)またはアルカリ土類(第IIA族)化合 物は、触媒の触媒的特性を変えるために場合によって本発明の触媒に加えること ができる。そのようなアルカリまたはアルカリ土類化合物を本発明の触媒に加え ることにより、触媒の成分それ自体、例えばPtまたはWの触媒特性を、水素化 /脱水素化成分または酸成分として機能するそれらの能力の点で向上させること ができる。 本発明の触媒の第IVB族金属(例えば、Ti、ZrもしくはHf)および第VI B族金属(例えば、Cr、MoもしくはW)の化学種は、これらの化学種のいず れかの特定の原子価状態に限定されるものではない。これらの化学種は、触媒中 においてその化学種が採り得るいずれのプラスの酸化価(oxidation value)で 存在してもよい。触媒が、例えばタングステンを含んでなる場合、触媒を還元条 件に付することにより、特定の反応、例えばn−ヘキサンの異性化などを触媒す る触媒の全体としての触媒的性能を向上させることができる。 本発明の触媒を調製するために用いる第IVB族金属酸化物の適当なソースには 、そのような酸化物、例えばオキシクロリド、クロリド、ニトレートなど、特に ジルコニウムまたはチタニウムのそのようなものを生成することができる化合物 が含まれる。そのような金属のアルコキシドを第IVB族金属酸化物の前駆物質ま たはソースとして使用することもできる。そのようなアルコキシドの例には、ジ ルコニウムn−プロポキシドおよびチタニウムi−プロポキシドが含まれる。第 IVB族金属酸化物の好ましいソースは水酸化ジルコニウム、即ち、Zr(OH)4 および水和ジルコニアである。水和ジルコニアという表現は、橋架け酸素原子を 介して他のジルコニウム原子に共有結合的に結合されるジルコニウム原子、即ち 、Zr−O−Zrを有してなり、更に利用することのできる表面ヒドロキシル基 を有してなる物質を意味することを意図している。これらの利用することのでき る表面ヒドロキシル基は、第IVB族金属、例えばタングステンのアニオンのソー スと反応して本発明の酸性触媒成分を生成すると考えられている。Proceedings 9th International Congress on Catalysis、第4巻、第1727〜1735頁 (1988年)中のケイ・アラタおよびエム・ヒノによる前述の論文において示 唆されているように、100℃〜400℃の温度におけるZr(OH)4の予備焼 成によって、タングステートとより好ましく相互作用する化学種が生成する。こ の予備焼成によって、ZrOH基が縮合し、表面ヒドロキシル基を有する高分子 状のジルコニア化学種が生成すると考えられている。この高分子状の化学種を本 明細書では水和ジルコニアの形態と称する。 好ましい態様において、水和された第IVB族金属酸化物、例えば水和ジルコニ アは、第VIB族金属オキシアニオン、例えばタングステートのソースと接触する 前に水熱処理に付される。特に、水和された第IVB族金属酸化物は、7またはそ れ以上のpH値を有する水溶液において還流することが好ましい。何らかの理論 により拘束されることを望むわけではないが、水熱処理は金属酸化物の表面積を 増大させるので有利であるということが理論付けられている。おそらく、後に用 いられるタングステートのソースとのより望ましい相互作用が促進されるように 、水熱処理が水和ジルコニアの表面ヒドロキシル基を変化させるということも理 論的に可能である。 水熱条件は、少なくとも50℃、例えば少なくとも80℃、例えば少なくとも 100℃の温度を含むことがある。水熱処理は、大気圧より高い圧力にて封止さ れた容器内で行なうことができる。しかしながら処理の好ましいモードには、還 流条件下において開放された容器を用いることが含まれる。液体媒体中における 水和第IVB族金属酸化物をかき混ぜること、例えば還流する液体の作用および/ または撹拌により、液体媒体と水和酸化物との効果的な相互作用が促進される。 水和された酸化物と液体媒体との接触の時間は、少なくとも1時間、例えば少な くとも8時間であってよい。この処理のための液体媒体は、約7またはそれ以上 のpH値、例えば9またはそれ以上のpH値を有していてもよい。適当な液体媒 体には、水、(NH4 +、Na+、K+、Mg2+およびCa2+の水酸化物を含む)水 酸化物溶液、(NH4 +、Na+、K+、Mg2+およびCa2+の炭酸塩および重炭酸 塩を含む)炭酸塩および重炭酸塩溶液、ピリジンおよびその誘導体ならびにアル キル/ヒドロキシルアミンが含まれる。 第VIB族金属、好ましくはモリブデンまたはタングステンのオキシアニオンの 適当なソースには、メタタングステン酸アンモニウムまたはメタモリブデン酸ア ンモニウム、塩化タングステンまたは塩化モリブデン、タングステンカルボニル またはモリブデンカルボニル、タングステン酸またはモリブデン酸およびタング ステン酸ナトリウムまたはモリブデン酸ナトリウムが含まれるが、これらに限定 されるものではない。 本発明の触媒の水素化/脱水素化成分は、第VIII族金属、例えば白金、イリジ ウム、オスミウム、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、ニッケル、コバルト、 鉄およびこれらの二種またはそれ以上の混合物から誘導することができる。これ らの成分は、場合によって、第IVA族金属、好ましくはSnから誘導される成分 および/または第VIIB族金属、好ましくはレニウムもしくはマンガンから誘導 される成分と混合することができる。これらの成分を触媒に添加するのは、従来 技術において既知の方法、例えばイオン交換、含浸または物理的混合などにより 行うことができる。例えば、これらの金属の塩の溶液を残りの触媒成分に、それ ぞれの成分を組み合わせるのに十分な条件下において接触させることができる。 金属含有塩は水溶性であることが好ましい。そのような塩の例には、クロロ白金 酸、テトラアミン白金錯体、塩化白金、硫酸スズおよび塩化スズが含まれる。 本発明の触媒の調製は、例えば、第VIB族金属のアニオン、好ましくはタング ステートもしくはモリブデートを含む水溶液を用いて、第IVB族金属の水酸化物 または酸化物、特に水和された酸化物を含浸させ、続いて乾燥させることにより 行うことができる。得られる固体酸性生成物(solid acidic product)は続いて 、好ましくは酸化的雰囲気において、約500℃〜900℃、好ましくは700 ℃〜850℃、更に好ましくは750〜825℃の温度で焼成する。焼成時間は 48時間まで、好ましくは0.5〜24時間、更に好ましくは1.0〜10時間で あってよい。最も好ましい態様において、焼成は約800℃にて1〜3時間行な う。触媒の水素化/脱水素化成分(第VIII族金属、第VIIB族金属など)は、焼 成工程の後で、従来技術において既知の技術、例えば含浸、共含浸(coimpregna tion)、共沈澱(coprecipitation)および物理的混合などによって固体酸性生 成物に組 み合わ(または結合)される。水素化/脱水素化成分と残りの触媒成分との混合 は、以下において説明するように、これらの残りの成分をバインダーまたはマト リックス物質と組み合わせる前または後において行うこともできる。 ジルコニウムの水酸化物または水和された酸化物のソースを使用する場合、全 体としての物質に所望の酸性度を付与する理論化された化学反応を導くために、 この材料とタングステンのオキシアニオンのソースとの組み合わせを、例えば5 00℃を越える温度にて焼成することが必要である。しかしながら、ジルコニア のより反応性のソースを用いる場合には、そのように高い焼成温度は必ずしも必 要としないことも有り得る。 本発明の触媒において、第IVB族酸化物ではジルコニウム酸化物が好ましく、 第VIB族アニオンではタングステートが好ましく、そして水素化/脱水素化成分 では白金および/または白金−スズが好ましい。 定量的に言えば、本発明の触媒の元素分析により、第IVB族金属、第VIB族金 属および酸素の存在が示されるであろう。そのような分析において測定される酸 素の量は、幾つかの要因、例えば第IVB族および第VIB族金属の原子価状態、水 素化/脱水素化成分の形態、含水率などに依存することになる。従って、本発明 の触媒の組成を特徴付ける場合、存在する酸素の量はあまり有益な情報ではない 。機能的な用語を用いると、本発明の触媒中の第VIB族金属のオキシアニオンの 量は、第IVB族酸化物の酸性度を増大する量として表現することができる。この 量を本明細書では酸性度増大量と称する。本発明の触媒の元素分析を用いて、触 媒中における第IVB族金属および第VIB族金属の相対的な量を測定することがで きる。これらの量から、XO2/YO3の形式でモル比を計算することができ、こ こでXは第IVB族金属を示しており、XO2の形態であると推定され、Yは第VI B族金属を示しており、YO3の形態であると仮定されている。しかしながら、 これらの形態の酸化物、即ち、XO2およびYO3は必ずしも実際に存在している のではなく、本明細書では本発明の触媒中のXおよびYの相対的な量を単に計算 するために用いているということが理解されるであろう。本発明の触媒は、10 00まで、例えば300まで、例えば2〜100、例えば4〜30のXO2/Y O3 の形式で表される計算モル比を有することができ、ここでXは少なくとも1つの 第IVB族金属(例えばTi、ZrまたはHf)であり、Yは少なくとも1つの第 VIB族金属(例えば、Cr、MoまたはW)である。 触媒中に存在する水素化/脱水素化成分の量は、特にこの成分が貴金属である 場合、触媒の0.001〜5重量%、好ましくは0.1〜2重量%を含んでなるこ とが都合がよい。 本明細書において説明する触媒は、C4〜C8パラフィンの異性化および好まし くはn−ヘキサンの2,2−ジメチルブタンへの異性化のための触媒として用い ることができる。適当なフィードは、ノルマルおよび/または1つの分枝を有す る低オクタン価のC4〜C8炭化水素の実質量を含有する。フィードは、開環反応 を受け得るC6およびC7環状パラフィンもかなりの量で含有してよい。 本発明の異性化プロセスは、500℃以下、好ましくは90〜425℃、更に 好ましくは150〜370℃の温度、および100〜20000kPa(1〜20 0気圧)、好ましくは100〜10000kPa(1〜100気圧)、更に好まし くは500〜5000kPa(5〜50気圧)の圧力で、炭化水素フィードを液相 または気相のいずれかで、固体触媒に接触させることにより行なうことができる 。異性化プロセスは、水素の存在下または不存在下のいずれかで行うことができ 、更に好ましくは水素の存在下において行なわれる。水素:炭化水素のモル比は 、典型的には、0.01:1〜10:1、好ましくは0.5:1〜2:1の範囲で ある。 本発明の触媒とその性能を向上させる別の物質とを混合することが好ましいこ とがある。そのような物質には、活性および非活性物質ならびに合成および/ま たは天然産のゼオライト、ならびに無機物質、例えばクレイ、シリカおよび/ま たは金属酸化物などが含まれる。特に、触媒は、マトリックス材料と複合化され て触媒の最終形態を形成してもよく、そのための常套のマトリックス材料として は、例えばアルミナ、シリカ−アルミナおよびシリカが適しており、非酸性バイ ンダーとしてシリカが好ましいとされる。他のバインダー物質、例えばチタニア 、ジルコニアおよび他の金属酸化物またはクレイなどを用いることもできる。活 性 触媒とマトリックスとの複合化は、活性触媒:マトリックスが重量比で80:2 0〜20:80、例えば80:20〜50:50の範囲であってよい。複合化は 、材料を一緒に混練し、続いて押し出して所望の最終触媒粒状物にペレット化す ることを含む常套の手段によって行うことができる。 触媒は、常套の予備硫化処理、例えば硫化水素の存在下で加熱することにより 、金属成分の酸化物形態を対応する硫化物形態に転化する処理によって処理する ことができる。 本発明の異性化プロセスにおいて、n−パラフィンおよびモノメチル分枝パラ フィン成分は、一般により良好なオクタン価向上剤(octane booster)である分 枝度のより高いパラフィンに異性化される。説明のため、ピー・エイチ・エメッ ト(P.H.Emmett)編、Catalysis、第VI巻(1958年)からの純粋な炭化水 素のオクタン価の以下の表を見ると、これらの反応の重要性がわかる。 純粋な炭化水素のオクタン価 炭化水素 ブレンドリサーチ法オクタン価(単味) パラフィン: n-ヘプタン 0 2-メチルヘキサン 41 3-メチルヘキサン 56 2,2-ジメチルペンタン 89 2,3-ジメチルペンタン 87 2,2,3-トリメチルブタン 113 本発明の方法のためのフィード原料は、ノルマルおよび/またはわずかに分枝 したC5+パラフィンをかなりの量で含むフィード原料であってよい。更に、フ ィード原料は、単環式芳香族化合物および/または環状パラフィン、例えばシク ロヘキサンを含有してもよい。フィード原料中の、6またはそれ以下の炭素原子 を有する炭化水素の中で、これらの炭化水素の少なくとも1重量%、例えば少な く とも5重量%、例えば少なくとも10重量%、例えば少なくとも20重量%、例 えば少なくとも30重量%が、環状炭化水素、例えば芳香族または環状パラフィ ンであってよい。 本発明の触媒は、C4〜C8パラフィン系炭化水素を、純粋な化合物としてまた は混合物としてのいずれかで異性化するために用いることができる。精製操作に おいて、パラフィンは通常、混合物で存在しており、C4〜C8物質に加えて、こ の沸点範囲外で沸騰する炭化水素を含有することがあり、シクロパラフィンおよ び芳香族化合物が存在することもある。従って、フィードは、C4〜C8パラフィ ン、例えばブタン、ペンタン、ヘキサンを含んでなることになり、これらは製油 所ストリーム、例えば、溶媒抽出装置からのラフィネートカット(raffinate cut s)、改質器フィード原料またはエチレン分解器からの熱分解ガソリンなどの中に 存在し得る。フィードは、環状炭化水素を例えばC6+ナフサの形態で含むこと があり、金属成分が組み合わせられた触媒の存在下においてそのようなフィード 中の環状物質は開環反応を受けてパラフィンを生成し、そのパラフィンが続いて 異性化されて、分留(または分画)により環状化合物から分離され得るイソパラ フィンとなり、環状物質はなくなるまでリサイクルされる。純粋なパラフィンフ ィード(C4〜C8)に加えて、かなりのレベルのオレフィンを含有するパラフィ ン−オレフィン混合フィードを用いることもできる。 特に触媒が多孔質バインダー物質を含んでなる場合、触媒中にルイスまたはブ レンステッド酸活性を有する追加の物質を含ませることによって、より高い異性 化活性が提供され得る。この目的のために、液体および固体の酸物質の両者を用 いることができる。適当な追加の酸性物質の例には、三塩化アルミニウム、三フ ッ化ホウ素および三フッ化ホウ素の錯体、例えば水、低級アルコールまたはエス テルなどとの錯体が含まれる。添加し得る最大量は、担体物質、特にバインダー 物質の、添加された成分を収着する能力によって定まり、実験によって容易に決 定することができる。 本発明の触媒は、1段または多段触媒床において単独の異性化触媒として用い ることもできるし、他の異性化触媒と組み合わせて用いることもできる。例えば 、 米国特許第4,783,575号および同第4,834,866号に記載されている ように、フィードを、本発明の触媒を含んでなる触媒床に最初に接触させ、続い て別の触媒、例えばモルデナイトに担持させたPt、ゼオライトベータに担持さ せたPtまたは塩素化した白金−アルミナ触媒を含んでなるもう1つの触媒床に 接触させることもできる。第1触媒床の温度は、第2触媒床の温度より高くても よい。本発明の触媒を広範な開環反応を起こさせるために使用する必要がある場 合、特に最初の触媒床においては、比較的高い温度、例えば500℃もの温度お よび/または比較的高い圧力、例えば20000kPa(200気圧)もの圧力が 用いてよい。 本発明の触媒の使用を異性化反応において用いることは上記の説明で強調して きたが、この触媒が種々の有機化合物、例えば炭化水素化合物の転化プロセス、 特に2機能触媒((1)酸性機能および(2)水素化/脱水素化機能)を使用するこ とが必要なプロセスに有用であることが理解されるであろう。そのような転化プ ロセスには、100℃〜700℃の温度、10〜3000kPa(0.1〜30気圧 )の圧力、0.1〜20重量時間空間速度および0〜20の水素/炭化水素モル 比を含む反応条件での炭化水素の水素化分解;300℃〜700℃の温度、10 〜1000kPa(0.1〜10気圧)の圧力および0.1〜20の重量時間空間速 度を含む反応条件での炭化水素化合物の脱水素化;100℃〜700℃の温度、 10〜6000kPa(0.1〜60気圧)の圧力、0.5〜400の重量時間空間 速度および0〜20の水素/炭化水素モル比を含む反応条件での芳香族化合物へ のパラフィンの転化;100℃〜700℃の温度、10〜6000kPa(0.1〜 60気圧)の圧力、0.5〜400重量時間空間速度および0〜20の水素/炭 化水素モル比を含む反応条件での芳香族化合物、例えばベンゼン、トルエン、お よびキシレンへのオレフィンの転化;200℃〜500℃の温度、100〜20 000kPa(1〜200気圧)の圧力、10〜1000重量時間空間速度および 0.3/1〜20/1の芳香族炭化水素/ポリアルキル芳香族炭化水素モル比お よび0〜20の水素/炭化水素モル比を含む反応条件を用いる、ポリアルキル芳 香族炭化水素の存在下における芳香族炭化水素のアルキル交換反応;ならびに− 25 ℃〜400℃、例えば75℃〜200℃の温度、100kPa以下から34500k Pa(大気圧以下から5000psig)、例えば100〜7000kPa(1〜100 0psig)の圧力、1:2〜500:1、例えば5:1〜100:1の全パラフィ ン:全オレフィンのモル比およびオレフィン基準で0.01〜100、例えば0. 05〜5の重量時間空間速度を含む反応条件での、パラフィンからオレフィンへ の水素移動(transferring)が含まれるが、これらの例に限定されない。 本発明の触媒は、種々の水素処理反応、例えばフィード原料から例えば金属、 窒素および/または硫黄などの元素を、特にヘテロ原子の形態でそれらの元素を 含む残渣油などからの金属、窒素および/または硫黄の除去などに用いることも できる。これらの水素処理反応は、金属、窒素および/または硫黄を除去するの に十分な条件下で、十分な量の水素と共にフィード原料を本発明の触媒に接触さ せることを含んでなる。 実施例1 この実施例は、タングステート変性ジルコニア触媒の調製を説明する。ジルコ ニルクロリド(ZrOCl2・8H2O)1重量部を10M NH4OH溶液3重量 部に加えた。得られるスラリー(Zr(OH)4)を濾過し、蒸留した脱イオン水 5部で洗浄した後、140℃で8時間風乾した。得られるZr(OH)4 約7.5 重量部を、メタタングステン酸アンモニウム((NH4)661240) 1部を含む 水溶液2.2部を初期湿式法(incipient wetness、ジルコニア触媒にタングステ ートを含浸させるのに丁度十分な量のメタタングステン酸アンモニウム溶液を用 いて湿潤させる標準的な含浸法)により含浸させた。得られる物質を120℃に て2時間乾燥した後、流通空気中で800℃にて2時間焼成した。試料を触媒試 験に付する前に、流通窒素中で500℃にて1時間焼成した。この試料は、Zr O2/WO3の計算モル比が11.6であった。 実施例22PtCl6および(NH4)661240をZr(OH)4に初期湿式で同時含浸 させること(incipient wetness co-impregnation)により、白金およびタン グステート変性ジルコニア触媒を調製した。特に、Zr(OH)4 181.8重量 部に対し、(NH4)661240 24.4部およびH2PtCl6 1部を含む水溶 液54.5部を初期湿式含浸により添加した。得られる物質を続いて120℃に て2時間乾燥し、その後800℃にて2時間空気焼成した。この白金含有触媒は 、触媒試験に付する前に、流通窒素中で500℃にて1時間焼成した後、300 ℃にて約2時間、流通水素により還元した。この触媒はZrO2/WO3の計算モ ル比が11.6であり、触媒の全重量基準で100ppmのPtを含有していた。 実施例3 同時(共)含浸段階において、より多くのH2PtCl6を使用したこと以外は 、実施例2と同様の方法で触媒を調製した。この触媒はZrO2/WO3の計算モ ル比が11.6であり、触媒の全重量基準で0.2重量%のPtを含有していた。 実施例4 共含浸段階において、より多くのH2PtCl6を使用したこと以外は、実施例 2と同様の方法で触媒を調製した。この触媒はZrO2/WO3の計算モル比が1 1.6であり、触媒の全重量基準で2重量%のPtを含有していた。 実施例5〜8 n−ヘキサンの異性化において、実施例1〜4の触媒を試験した。n−ヘキサ ン異性化反応は、固定床下降流反応器(fixed-bed down-flow reactor)におい て行った。高圧ポンプを用いて、液体のn−ヘキサンを反応器に供給した。マス ・フロー・コントローラ(mass flow controller)を通して水素を装入した。ガス クロマトグラフィーにより生成物を分析した。実験は、260℃、触媒1cc当た り1時間当り1.8cc n−C6の重量時間空間速度(LHSV)、3200kPa( 450psig)およびH2/n−C6モル比1.4にて行った。 表1に示す実験結果は、触媒に少量の白金を添加することによって、所望する 高オクタン価のジメチルブタンを生成するn−ヘキサン異性化活性が大きく向上 することを示している。 以下の表中において、次に示す略語は以下の意味を有する:n−C6(n−ヘキ サン);3−MP(3−メチルペンタン);2−MP(2−メチルペンタン); 2,3−DMB(2,3−ジメチルブタン);2,2−DMB(2,2−ジメチルブタ ン);i−C5(イソペンタン);n−C5(n−ペンタン);C4−(4またはそれ以 下の炭素原子を有する炭化水素);C7+(7またはそれ以上の炭素原子を有する 炭化水素);CH(シクロヘキサン);MCP(メチルシクロペンタン);BZ(ベン ゼン);C3−(3またはそれ以下の炭素原子を有する炭化水素);i−C4(イソブ タン);n−C4(n−ブタン);およびC5+(5またはそれ以上の炭素原子を有 する炭化水素)。 実施例9および10 実施例3の触媒(Pt 0.2重量%およびZrO2/WO3の計算モル比11. 6)を、より低い温度、220℃およびより低いLHSVにて試験した。結果を 表2に示すが、異性化物(isomerate)の収率が高いことを示している。 実施例11 この実施例では、800℃空気焼成工程の後で、タングステート変性ジルコニ ア物質に白金を加えた。実施例1に記載した調製法で、Zr(OH)4 72.5重 量部を、(NH4)661240 12.2部を含む水溶液21.7部を用いて含浸し た。得られる物質を120℃にて2時間乾燥した後、空気中で800℃にて2時 間焼成した。室温まで冷却した後、もう1つの(第2回目)初期湿式含浸を行っ た:この場合には、蒸留水21.7部に溶解したH2PtCl6 1部を添加した。 触媒を120℃にて2時間乾燥し、流通空気中で350℃にて3時間焼成し、続 いて300℃にて約2時間、水素により還元した。この試料は、触媒の全重量基 準で0.5重量%のPtを含有していた。 実施例12 実施例11の白金およびタングステート変性ジルコニア触媒を、260℃、3 200kPa(450psig)、LHSV=0.6hr-1およびH2/n−C6モル比1. 4にて、n−ヘキサン異性化について試験した。結果を表3に示す。 実施例13 10M NH4OH溶液中におけるZr(O)Cl2の迅速な加水分解によって、 ジルコニウムヒドロキシド(Zr(OH)4)を合成した。続いて、スラリーを3 0分間微粉砕して濾過し、脱イオン水により洗浄し、4時間真空乾燥して、14 0℃にて8時間乾燥した。 メタタングステン酸アンモニウム(NH4)661240を用いてZr(OH)4を 含浸することによって、タングステート変性ジルコニアを調製した。得られた試 料を120℃にて2時間乾燥した後、800℃にて焼成した。物質を周囲温度に 冷却した後、H2PtCl6を用いる初期湿式法によりPtを添加した。白金含有 触媒を流通空気中で400℃にて2時間焼成し、その後、流通水素中で300℃ にて約2時間還元した。触媒は、ZrO2/WO3の計算モル比が11.6であり 、触媒の全重量基準で0.5重量%のPtを含有していた。 実施例14および15 これらの実施例により、C6環状炭化水素の開環およびn−ヘキサン異性化を 実施例13の触媒上で同時に行って得られる結果を説明する。これらの実験にお いて、表4に示す組成を有する合成フィード原料を用いた。生成物の組成および 操作条件を表5に示す。結果は、本発明の触媒が開環について高い活性で示す一 方で、高いC5+収量およびパラフィンのより高分枝度パラフィンへの高い異性 化選択性が維持されることを示している。 実施例16 この実施例では、水和ZrO2担体の調製を説明する。ジルコニルクロライド (ZrOCl2・8H2O)1重量部を、H2O 10部に溶解し、濃NH4OH(aq )を溶液のpHが〜9(9以下で9に近い値)になるまで加えた。得られるスラ リー(Zr(OH)4)を濾過し、蒸留した脱イオン水10部で洗浄した。固体を 130℃にて16時間乾燥した。 実施例17 この実施例では、実施例16で説明したジルコニア担体からのWOX/ZrO2 触媒の調製について説明する。実施例16から得られる乾燥生成物約5.6重量 部に、メタタングステン酸アンモニウム(NH4)661240 1部を含む水溶液 4.2部を初期湿式法により含浸させた。得られる物質を空気中で乾燥した後、 空気中にて825℃で3時間焼成した。 実施例18 この実施例では、実施例17において説明した、得られた生成物からのPt/ WOX/ZrO2触媒の調製および使用について説明する。H2PtCl6 8%溶 液1部に、H2O 2.5部を加えた。この混合物を続いて、実施例17からの( 130℃にて)乾燥した生成物7部の初期湿式法による含浸に使用した。続いて 、触媒を空気中で300℃にて2時間焼成した。この触媒を触媒Aと称する。触 媒の実験において、300℃および大気圧にてH2(100cc/分)による触媒 Aの還元を4時間行った。続いて装置を所望の条件にし、ヘキサンフィードを導 入した。触媒実験のデータおよび結果を表6に示す。 実施例19 この実施例では、実施例16において述べたジルコニア担体を用いるもう1つ のWOX/ZrO2触媒の調製を説明する。実施例16からの乾燥生成物約2.4 重量部に、メタタングステン酸アンモニウム1部を含有する水溶液2.6部を初 期湿式法により含浸させた。得られる物質を空気中で乾燥した後、空気中で82 5℃にて3時間焼成した。 実施例20 この実施例では、実施例19において説明した、得られた生成物からのPt/ WOX/ZrO2触媒の調製および使用について説明する。H2PtCl6 8%溶 液1部に、H2O 2.5部を添加した。続いてこの混合物を実施例19からの( 130℃にて)乾燥した生成物の7部の初期湿式法による含浸に使用した。続い て、触媒を空気中で300℃にて2時間焼成した。この触媒を触媒Bと称する。 触媒の実験において、300℃および大気圧にてH2(100cc/分)による触 媒Bの還元を18時間行った。続いて装置を所望の条件にし、ヘキサンフィード を導入した。触媒実験のデータおよび結果を表7に示す。 実施例21 この実施例では、水熱処理されたジルコニア担体の調製を説明する。実施例1 6からの濾過された湿潤ケーキ1重量部を、蒸留した脱イオン水10部と混合し 、濃NH4OH(aq)によって混合物のpHを〜9(9以下で9に近い値)に調節 した。この混合物を16時間還流させ、冷却し、濾過し、水10部で洗浄した。 この固体を130℃で16時間風乾した。 実施例22 この実施例では、実施例21において説明したジルコニア担体からのWOX/ ZrO2触媒の調製を説明する。実施例21からの乾燥生成物約5.6重量部に、 メタタングステン酸アンモニウム1部を含む水溶液4.2部を初期湿式法により 含浸させた。得られる物質を空気中で乾燥し、空気中で825℃にて3時間焼成 した。 実施例23 この実施例では、実施例22において得られた生成物からのPt/WOX/Z rO2触媒の調製および使用を説明する。H2PtCl6 8%溶液1部にH2O 2 .5部を添加した。続いて、この混合物を実施例22からの(130℃での)乾 燥生成物7部の初期湿式法による含浸に用いた。続いてこの触媒を空気中で30 0℃にて2時間焼成した。この触媒を触媒Cと称する。触媒の実験において、3 00℃および大気圧にてH2(100cc/分)による触媒Cの還元を4時間行っ た。続いて装置を所望の条件にして、ヘキサンフィードを導入した。触媒実験の データおよび結果を表8に示す。 実施例24 この実施例では、実施例21において説明したジルコニア担体を用いる、もう 1つのWOX/ZrO2触媒の調製を説明する。実施例21からの乾燥生成物約3 4重量部に、メタタングステン酸アンモニウム1部を含む水溶液2.6部を初期 湿式法により含浸させた。得られる物質を空気中で乾燥した後、空気中で825 ℃にて3時間焼成した。 実施例25 この実施例では、実施例24において説明した得られた生成物からのPt/W OX/ZrO2触媒の調製および使用を説明する。H2PtCl6 8%溶液1部に 、H2O 2.5部を加えた。続いてこの混合物を実施例24からの(130℃に おける)乾燥生成物7部の初期湿式法による含浸に使用した。続いて、触媒を空 気中で300℃にて2時間焼成した。この触媒を触媒Dと称する。触媒の実験に おいて、300℃および大気圧にてH2(100cc/分)による触媒Dの還元を 18時間行った。続いて装置を所望の条件にして、ヘキサンフィードを導入した 。触媒実験のデータおよび結果を表9に示す。 同等のH2還元時間において、塩基溶液と共に加熱される処理がなされた触媒 (触媒CおよびD)は、処理されていない触媒(触媒AおよびB)よりも種々の 温度において2,2−ジメチルブタンの異性化生成物について向上した収率を示 した。 実施例26 この実施例では、pHが〜7(7以下で7に近い値)にて、更に水熱処理され たジルコニア担体の調製を説明する。実施例16からの濾過された湿潤ケーキ1 重量部を、蒸留された脱イオン水10部と混合し、この混合物を撹拌しながら1 6時間還流させた。混合物を冷却し、濾過し、水10部で洗浄した。固体を13 0℃にて16時間風乾した。 実施例27 この実施例では、実施例26において説明したジルコニア担体からのWOX/ ZrO2触媒の調製を説明する。実施例26からの乾燥生成物約5.6重量部に、 メタタングステン酸アンモニウム1部を含む水溶液4.2部を初期湿式法により 含浸させた。得られる物質を空気中で乾燥して、空気中で825℃にて3時間焼 成した。 実施例28 この実施例では、実施例27において得られた生成物からのPt/WOX/Z rO2触媒の調製および使用を説明する。H2PtCl6 8%溶液1部にH2O 2 .5部を加えた。続いて、この混合物を、実施例27からの(130℃における )乾燥生成物7部の初期湿式法による含浸に用いた。続いて、触媒を空気中で3 00℃にて2時間焼成した。この触媒を触媒Eと称する。触媒の実験において、 300℃および大気圧にてH2(100cc/分)による触媒Eの還元を18時間 行った。続いて装置を所望の条件にして、ヘキサンフィードを導入した。触媒の データおよび結果を表10に示す。対応するH2還元時間において、pH7〜9 で水溶液と共に加熱される処理がなされた触媒(触媒C、DおよびE)は、処理 されていない触媒(触媒AおよびB)よりも、種々の温度において2,2−ジメ チルブタンの異性化生成物について向上した収率を示した。 実施例29 この実施例では、含水ジルコニア担体の調製を説明する。ジルコニルクロリド (ZrOCl2・8H2O)1重量部をH2O 10部に溶解し、溶液のpHが〜9 (9以下で9に近い値)になるまで濃NH4OH(aq)を加えた。得られるスラリ ー(Zr(OH)4)を濾過し、蒸留した脱イオン水10部で洗浄した。固体を蒸 留した脱イオン水10部と混合し、NH4OH(aq)、によって混合物のpHを〜 9(9以下で9に近い値)に調節した。この混合物を16時間還流させ、冷却し 、濾過し、水10部で洗浄した。固体を130℃で16時間風乾した。 実施例30 この実施例では、実施例29において説明したジルコニア担体からのWOX/ ZrO2触媒の調製を説明する。実施例29からの乾燥生成物約3.3重量部に、 メタタングステン酸アンモニウム1部を含む水溶液2.6部を初期湿式法により 含浸させた。得られる物質を空気中で乾燥した後、空気中で825℃にて3時間 焼成した。得られる生成物を触媒Fと称する。 実施例31 メタタングステン酸アンモニウム1.17部を使用すること以外は、触媒Fと 同様にして触媒Gを調製した。 実施例32 メタタングステン酸アンモニウム1.67部を使用すること以外は、触媒Fと 同様にして触媒Hを調製した。 実施例33−35 焼成後、H2O 2.5部および8%H2PtCl6 1部の溶液を用いて、初期湿 式法により触媒F、GおよびHにPtを含浸させた。触媒を風乾した後、空気中 で300℃にて2時間乾燥した。 実施例36および37 実施例33からの触媒Fのヘキサン異性化についての試験を行った。2つの独 立したランにおいて、フィードヘキサンに接触させる前に、新しい触媒のH2( 100cc/分)による処理を300℃にて、4時間および18時間行った。実験 の条件および接触の結果を表11に示す。 実施例38および39 実施例34からの触媒Gのヘキサン異性化についての試験を、実施例36およ び37と同様にして行った。実験条件および接触の結果を表12に示す。 実施例40および41 実施例35からの触媒Hのヘキサン異性化についての試験を行った。2つの独 立したランにおいて、フィードヘキサンに接触させる前に、新しい触媒のH2( 100cc/分)による処理を300℃にて、4時間および72時間行った。実験 の 条件および接触の結果を表13に示す。 触媒F、GおよびHについては、4時間に代えて18時間水素を用いて処理し た同じ触媒を用いた場合、一定温度において、異性化生成物の向上した収率が観 察された。触媒Hについては、72時間のH2予備処理(pretreatment)を含む 追加の実験を行った。72時間の予備処理の後でもヘキサン異性化活性が依然と して存在していたが、2,2−ジメチルブタンの収率は、一定温度において、4 時間のH2予備処理後に得られた収率よりも、著しく低かった。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI C07C 9/16 C07C 9/16 (81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE, DK,ES,FR,GB,GR,IE,IT,LU,M C,NL,PT,SE),AU,CA,JP,KR (72)発明者 ハン、スコット アメリカ合衆国 08648―1432 ニュージ ャージー、ローレンスヴィル、ヴァレリ ー・レーン 4番 (72)発明者 サンティエステバン、ホセ・ヘー アメリカ合衆国 19067―4721 ペンシル ベニア、ヤードレイ、リッチー・レーン 7番 (72)発明者 スターン、ディヴィッド・エル アメリカ合衆国 08540 ニュージャージ ー、プリンストン、ウィギンズ・ストリー ト 39番、アパートメント・ナンバー2

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.(i)第VIB族金属のオキシアニオンにより第IVB族金属酸化物を変性す ることによって生成する酸性固体生成物および (ii)固体生成物に付着する水素化/脱水素化成分 を含んでなる触媒。 2.XO2/YO3 [式中、Xは第IVB族金属であり、Yは第VIB族金属である。] で示される計算モル比が300までであり、触媒の全重量基準で0.001重量 %〜5重量%の水素化/脱水素化成分を含んでなる請求の範囲1記載の触媒。 3.モル比が2〜100であり、水素化/脱水素化成分が触媒の全重量の0. 001重量%〜5重量%である請求の範囲2記載の触媒。 4.モル比が4〜30であり、水素化/脱水素化成分が触媒の全重量の0.1 重量%〜2重量%である請求の範囲2記載の触媒。 5.水素化/脱水素化成分が白金を含んでなる請求の範囲1〜4のいずれかに 記載の触媒。 6.水素化/脱水素化成分が、貴金属に加えて、第VIII族金属、第IVA族金属 、第VB族金属および第VIIB族金属から選ばれる少なくとも1つの元素の少な くとも1つの酸化物、水酸化物または金属の形態で少なくとも1つの非貴金属を 更に含んでなる請求の範囲1〜5のいずれかに記載の触媒。 7.水素化/脱水素化成分が、スズを更に含んでなる請求の範囲6記載の触媒 。 8.第IVB族金属酸化物がジルコニアまたはチタニアを含んでなる請求の範囲 1〜7のいずれかに記載の触媒。 9.第VIB族金属オキシアニオンが、モリブデンまたはタングステンのオキシ アニオンである請求の範囲1〜8のいずれかに記載の触媒。 10.第VIB族金属のオキシアニオンのソースが、メタタングステン酸アンモ ニウム、メタモリブデン酸アンモニウム、塩化タングステン、塩化モリブデン、 タングステンカルボニル、モリブデンカルボニル、タングステン酸、タングステ ン酸ナトリウムおよびモリブデン酸ナトリウムから選ばれる請求の範囲9記載の 触媒。 11.(a)第IVB族金属の水酸化物または水和された酸化物を、第VIB族金 属のオキシアニオンのソースを含んでなる水溶液に接触させて、酸素、第IVB族 金属および第VI族金属を含んでなる酸性固体生成物を生成する工程;および続い て (b)工程(a)の固体生成物に水素化/脱水素化成分を付着させる工程 を含んでなる請求の範囲1記載の触媒を製造する方法。 12.工程(a)の固体生成物が、工程(b)の前に、500〜900℃の温 度で焼成される請求の範囲11記載の方法。 13.第IVB族金属の水和された酸化物が、工程(a)の前に、水熱処理に付 される請求の範囲11記載の方法。 14.水熱処理が、水和された酸化物と水または水酸化物の水溶液との接触を 、少なくとも7のpHおよび少なくとも80℃の温度にて行うことを含む請求の 範囲13記載の方法。 15.第IVB族金属の水酸化物または水和された酸化物が、工程(a)の前に 、100〜400℃の温度で焼成される請求の範囲11記載の方法。 16.C4〜C8パラフィンフィードを、請求の範囲1〜10のいずれかに記載 の触媒に接触させることを含んでなるC4〜C8パラフィンフィードの異性化方法 。
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