JPH11309375A - Production of solid acid catalyst and isomerization of saturated hydrocarbon - Google Patents

Production of solid acid catalyst and isomerization of saturated hydrocarbon

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JPH11309375A
JPH11309375A JP10136166A JP13616698A JPH11309375A JP H11309375 A JPH11309375 A JP H11309375A JP 10136166 A JP10136166 A JP 10136166A JP 13616698 A JP13616698 A JP 13616698A JP H11309375 A JPH11309375 A JP H11309375A
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catalyst
group
metal
saturated hydrocarbon
isomerization
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JP10136166A
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Japanese (ja)
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Shinichi Kamiyama
伸一 上山
Kazuyuki Yamamoto
和幸 山本
Kazumoto Kiso
一基 木曽
Kazuyoshi Igarashi
一義 五十嵐
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Tonen General Sekiyu KK
Japan Petroleum Energy Center JPEC
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Petroleum Energy Center PEC
General Sekiyu KK
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a solid superacid catalyst exhibiting high activity and selectivity sufficient for the isomerization of saturated hydrocarbons and stably keeping the high performances for a long term, and to provide a production method, therefor and an isomerizing method for saturated hydrocarbons by using this catalyst. SOLUTION: This solid superacid catalyst isomerizes the skeleton of a saturated hydrocarbon and which is represented by MO/SO4 <2-> /M'O2 (wherein, M is a group IIb metal such as Zn; and M' is a group IV metal such as Zr). The production method of the catalyst comprises the steps of carrying sulfuric acid or a sulfate radical-containing compound on M'(OH)4 , carrying MCl2 , M(NO3 )2 or the like on M'(OH)4 , and burning it. The isomerizing method carries out the isomerization of a 4-8C saturated hydrocarbon (for instance, from n-butane to i-butane) in the presence of the above catalyst.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は固体酸触媒の製造方
法および飽和炭化水素の異性化方法に関し、より詳しく
は、炭素原子数4ないし8の飽和炭化水素を骨格異性化
するための方法、該異性化に使用する固体酸触媒および
その製造方法に関するものである。
The present invention relates to a method for producing a solid acid catalyst and a method for isomerizing a saturated hydrocarbon, and more particularly, to a method for skeletal isomerization of a saturated hydrocarbon having 4 to 8 carbon atoms. The present invention relates to a solid acid catalyst used for isomerization and a method for producing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】現在、自動車用ガソリンにはオクタン価
向上剤として芳香族化合物やオレフィン類が含有されて
いるが、環境保護に関心が高まっている昨今、自動車の
排気ガスによる大気汚染の問題を解決するために、アル
キレート類や含酸素化合物、例えばMTBEを用いるこ
とが望まれている。アルキレート類や含酸素化合物を製
造するために有用なイソブタン等の分岐状飽和炭化水素
は一般的には、相当する直鎖状飽和炭化水素(n−アル
カン)の骨格異性化により製造されている。
2. Description of the Related Art At present, gasoline for automobiles contains aromatic compounds and olefins as octane improvers. Recently, however, attention has been paid to environmental protection. For this purpose, it is desired to use alkylates or oxygen-containing compounds, for example, MTBE. Branched saturated hydrocarbons such as isobutane useful for producing alkylates and oxygenates are generally produced by skeletal isomerization of the corresponding linear saturated hydrocarbons (n-alkanes). .

【0003】このような骨格異性化は工業的に重要な技
術であり、主として該異性化に用いられる触媒について
これまで多数の研究が行われてきた。代表的なものに、
フリーデル−クラフト型触媒(AlCl3 +HCl
等)、二元機能型触媒(MoO3/Al2 3 系,Pt
/Al2 3 系,Pt/ゼオライト系等)等が知られて
いる。しかしながら、これらの触媒は、塩素化合物を使
用する必要があるため、装置の腐食や運転操作の安全性
等の問題があり、しかも炭素−炭素結合の切断や脱水素
反応等の副反応が起こり、目的生成物の選択率が不十分
であり、さらに二元機能型触媒の場合、多くが白金を必
要としてコスト高となるという問題があった。
[0003] Such skeletal isomerization is an industrially important technique, and a large number of studies have been made mainly on catalysts used for the isomerization. In a typical one,
Friedel-Craft type catalyst (AlCl 3 + HCl
), Bifunctional catalyst (MoO 3 / Al 2 O 3 system, Pt
/ Al 2 O 3 system, Pt / zeolite system, etc.) are known. However, since these catalysts need to use chlorine compounds, they have problems such as corrosion of equipment and safety of operation, and further, side reactions such as cleavage of carbon-carbon bond and dehydrogenation occur. There is a problem that the selectivity of the target product is insufficient, and in the case of a bifunctional catalyst, platinum is required in many cases, resulting in an increase in cost.

【0004】これに対し、塩素化合物が存在しなくても
比較的温和な条件で、高いn−アルカン骨格異性化能を
有する触媒として、固体超強酸触媒が知られている(特
開昭61−68137号公報,特開昭61−68138
号公報,特開昭61−263932号公報,特開昭61
−280440号公報,特開平5−200296号公
報,特開平6−210176号公報等参照)。これら従
来の固体超強酸触媒はいずれも次式:X/SO4 2-/Y
またはSO4 2-/Y(式中、XはVIII族金属、特に
白金(Pt)を表し、そしてYはIII族またはIV族
の酸化物を表す)で表される。しかしながら、これらの
固体超強酸触媒はいずれも、活性(転化率)および選択
性が依然として十分ではなく、また寿命が比較的短く、
さらに、多くが白金を必要とするもののためコスト高で
あり、これらに代わる新規な触媒系が求められていた。
On the other hand, a solid superacid catalyst has been known as a catalyst having a high n-alkane skeletal isomerization ability under relatively mild conditions even in the absence of chlorine compounds (Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-1986). No. 68137, JP-A-61-68138
JP, JP-A-61-263932, JP-A-61-263932
-280440, JP-A-5-200296, JP-A-6-210176, etc.). All of these conventional solid superacid catalysts have the following formula: X / SO 4 2− / Y
Or SO 4 2− / Y, where X represents a Group VIII metal, especially platinum (Pt), and Y represents a Group III or Group IV oxide. However, none of these solid superacid catalysts still have sufficient activity (conversion) and selectivity, and have relatively short lifetimes.
In addition, many of them require platinum, which is costly, and a new catalyst system to replace them has been demanded.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような状
況を考慮してなされたものであり、飽和炭化水素の異性
化において十分に高い活性と選択性を示し、しかも長期
間安定な活性を保持する固体超強酸触媒およびその製法
ならびに該触媒を用いる飽和炭化水素の異性化方法の提
供を課題とする。
DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention has been made in view of such circumstances, and has a sufficiently high activity and selectivity in the isomerization of a saturated hydrocarbon, and has a long-term stable activity. An object of the present invention is to provide a solid superacid catalyst to be retained, a method for producing the same, and a method for isomerizing a saturated hydrocarbon using the catalyst.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明者は、鋭意研究の
結果、特定の金属化合物と硫酸根含有化合物との反応に
より得られる特定構造を有する固体超強酸触媒系を用い
ることにより、上記課題が解決できることを見出し、本
発明を完成させた。
Means for Solving the Problems As a result of intensive studies, the present inventors have found that the use of a solid superacid catalyst system having a specific structure obtained by a reaction between a specific metal compound and a sulfate group-containing compound has led to the problems described above. Have been found, and the present invention has been completed.

【0007】すなわち、本発明は、IV族金属の水酸化
物または酸化物からなる担体にIIb族金属またはその
化合物と硫酸根を含む化合物または硫酸根の前駆物質と
を含有させ、焼成してなることを特徴とする飽和炭化水
素を骨格異性化するための固体酸触媒に関する。本発明
はまた、次式:MO/SO4 2-/M’O2 (式中、Mは
IIb族金属を表し、そしてM’はIV族金属を表す)
で表されることを特徴とする飽和炭化水素を骨格異性化
するための固体酸触媒に関する。さらに本発明は、IV
族金属の水酸化物または酸化物を、 a)IIb族金属またはその化合物、および b)硫酸根を含む化合物または硫酸根の前駆物質 と同時に、または順次処理した(aと処理した後bと処
理するか、またはbと処理した後aと処理した)後、焼
成安定化することからなることを特徴とする飽和炭化水
素を骨格異性化するための固体酸触媒の製造方法に関す
る。また、本発明は、上記本発明の固体酸触媒の存在下
で炭素原子数4ないし8の飽和炭化水素を異性化するこ
とを特徴とする飽和炭化水素の異性化方法に関する。
[0007] That is, the present invention comprises a support comprising a hydroxide or an oxide of a Group IV metal containing a Group IIb metal or a compound thereof and a compound containing a sulfate group or a precursor of a sulfate group, followed by firing. And a solid acid catalyst for skeletal isomerization of a saturated hydrocarbon. The present invention also provides the following formula: MO / SO 4 2− / M′O 2 , wherein M represents a Group IIb metal and M ′ represents a Group IV metal.
A solid acid catalyst for skeletal isomerization of a saturated hydrocarbon, characterized by being represented by Further, the present invention relates to IV
A hydroxide or oxide of a group metal, treated simultaneously with a) a group IIb metal or a compound thereof, and b) a compound containing a sulfate group or a precursor of a sulfate group, or sequentially with (a treated with b and then treated with b) Or after treating with b and then treating with a)), and then stabilizing the calcined product. The present invention also relates to a method for isomerizing a saturated hydrocarbon, which comprises isomerizing a saturated hydrocarbon having 4 to 8 carbon atoms in the presence of the solid acid catalyst of the present invention.

【0008】本発明において、IV族金属とは周期表I
V族の金属、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)ま
たはハフニウム(Hf)のIVb族金属、ケイ素(S
i)、ゲルマニウム(Ge)、スズ(Sn)または鉛
(Pb)のIVa族金属を意味する。また、IIb族金
属とは周期表IIb族の金属であり、亜鉛(Zn)、カ
ドミウム(Cd)または水銀(Hg)である。IIb族
金属の化合物としては塩化物、硝酸塩、炭酸塩、シュウ
酸塩、水酸化物等を挙げることができる。さらに、硫酸
根を含む化合物とは、硫酸(H2 SO4 )、硫酸アンモ
ニウム〔(NH4 2 SO4 〕、硫酸水素アンモニウム
〔(NH4 )HSO4 〕等であり、そして硫酸根の前駆
物質とは、亜硫酸アンモニウム〔(NH4 2
3 〕、、塩化スルフリル(SO2 Cl2 )である。こ
れらの硫酸根を与える化合物としては硫酸、硫酸アンモ
ニウム等が好ましい。
In the present invention, the group IV metal is defined as Periodic Table I
Group V metal, titanium (Ti), zirconium (Zr) or hafnium (Hf) group IVb metal, silicon (S
i), a group IVa metal of germanium (Ge), tin (Sn) or lead (Pb). The group IIb metal is a metal belonging to group IIb of the periodic table, and is zinc (Zn), cadmium (Cd), or mercury (Hg). Examples of the compound of Group IIb metal include chlorides, nitrates, carbonates, oxalates, and hydroxides. Further, compounds containing a sulfate group include sulfuric acid (H 2 SO 4 ), ammonium sulfate [(NH 4 ) 2 SO 4 ], ammonium hydrogen sulfate [(NH 4 ) HSO 4 ], etc. Means ammonium sulfite [(NH 4 ) 2 S
O 3 ] and sulfuryl chloride (SO 2 Cl 2 ). Sulfuric acid, ammonium sulfate, and the like are preferable as the compound that provides these sulfate groups.

【0009】本発明の固体酸触媒は上記したように、次
式:MO/SO4 2-/M’O2 (式中、MはIIb族金
属を表し、そしてM’はIV族金属を表す)で表すこと
ができる。担持されるMOの担持量は0.01〜20重
量%、好ましくは0.05〜10重量%、特に好ましく
は0.1〜5重量%である。これは0.01重量%未満
では担持金属の効果が低く、触媒能としての選択性に劣
り、20重量%を越えると酸性度が低下し、転化率が低
下することによる。また、硫酸を含む化合物または硫酸
根の前駆物質は、硫酸の場合0.01〜10N、好まし
くは0.1〜5Nのもの、他の物質の場合0.01〜1
0モル濃度、好ましくは0.1〜5モル濃度のものを触
媒重量あたり1〜20倍使用することにより、本発明が
目的とする触媒が得られる。上記担持金属および硫酸根
を担体に含有させる方法としては特に限定されないが、
例えばそれぞれ所定濃度で所定容量の担持金属含有液ま
たは硫酸根付与化合物含有液を担体に含浸させるか、ま
たは流下する等を挙げることができる。上記したように
担持金属および硫酸根を含有させる順序は問わず、また
両方を含有する液を含浸または流下してもよい。
The solid acid catalyst of the present invention has the following formula: MO / SO 4 2− / M′O 2 , wherein M represents a Group IIb metal and M ′ represents a Group IV metal, as described above. ). The amount of MO to be supported is 0.01 to 20% by weight, preferably 0.05 to 10% by weight, particularly preferably 0.1 to 5% by weight. This is because if the content is less than 0.01% by weight, the effect of the supported metal is low, and the selectivity as the catalytic activity is poor. If it exceeds 20% by weight, the acidity is reduced and the conversion is reduced. The compound containing sulfuric acid or the precursor of the sulfate group is 0.01 to 10 N, preferably 0.1 to 5 N in the case of sulfuric acid, and 0.01 to 1 N in the case of another substance.
By using a catalyst having a molar concentration of 0, preferably 0.1 to 5 molar, 1 to 20 times the weight of the catalyst, the catalyst targeted by the present invention can be obtained. The method of causing the carrier to contain the supported metal and sulfate is not particularly limited,
For example, a carrier may be impregnated with a carrier-containing solution or a sulfate-containing compound-containing solution having a predetermined concentration and a predetermined volume, or may be allowed to flow down. As described above, the order in which the supported metal and the sulfate group are contained is not limited, and the liquid containing both may be impregnated or flowed down.

【0010】本発明の固体酸触媒を用いて骨格異性化さ
れる飽和炭化水素は炭素原子数4ないし8のもので、具
体的にはブタン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタンまたは
オクタンである。これら飽和炭化水素は、本発明の固体
酸触媒を用いて、直鎖状のものが分岐状のものへ、また
は分岐状のものが直鎖状のもの、もしくは炭素原子数の
同じ別の分岐状のものへ異性化され得る。
The saturated hydrocarbon to be skeletally isomerized using the solid acid catalyst of the present invention has 4 to 8 carbon atoms, specifically, butane, pentane, hexane, heptane or octane. These saturated hydrocarbons are obtained by using the solid acid catalyst of the present invention to form a linear one into a branched one, or a branched one into a straight one, or another branched one having the same number of carbon atoms. Can be isomerized to

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】本発明の固体酸触媒は、IV族金
属の水酸化物または酸化物からなる担体を、IIb族金
属またはその化合物および硫酸根を含む化合物または硫
酸根の前駆物質で処理することにより、上記担体に金属
成分および硫酸根成分を担持させた後、200〜800
℃、好ましくは550〜750℃の温度で0.5〜12
時間、好ましくは1〜5時間焼成安定化することにより
製造され得る。このようにして製造された固体酸触媒
は、反応条件下に、炭素原子数4ないし8の飽和炭化水
素を接触させることにより、相当する骨格異性体に異性
化する反応活性を有する。本発明の触媒を使用する骨格
異性化反応の適当な反応条件は、原料および反応方式に
依存する。また、反応は気相および液相のいずれにおい
ても行われ得る。反応温度は0℃〜400℃、好ましく
は室温〜250℃が適している。反応圧力は1〜100
kgf/cm2 が適している。なお、反応系に水素ガス
を添加することは必須ではないが、触媒の性能を長期間
維持するためには添加することが好ましく、例えば
2 :飽和炭化水素の容量比で1:1〜5:1程度に水
素ガスが添加されることが適当である。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The solid acid catalyst of the present invention is obtained by treating a support comprising a hydroxide or an oxide of a Group IV metal with a Group IIb metal or a compound thereof and a compound containing a sulfate or a precursor of a sulfate. After loading the metal component and the sulfate group component on the carrier,
° C, preferably 0.5 to 12 at a temperature of 550 to 750 ° C.
It can be produced by stabilizing the calcination for a period of time, preferably 1 to 5 hours. The solid acid catalyst thus produced has a reaction activity of isomerizing to a corresponding skeletal isomer by contacting a saturated hydrocarbon having 4 to 8 carbon atoms under the reaction conditions. Suitable reaction conditions for the skeletal isomerization reaction using the catalyst of the present invention depend on the raw materials and the reaction scheme. In addition, the reaction can be performed in both the gas phase and the liquid phase. The reaction temperature is suitably from 0 ° C to 400 ° C, preferably from room temperature to 250 ° C. Reaction pressure is 1-100
kgf / cm 2 is suitable. Although it is not essential to add hydrogen gas to the reaction system, it is preferable to add hydrogen gas in order to maintain the performance of the catalyst for a long period of time. For example, a H 2 : saturated hydrocarbon volume ratio of 1: 1 to 5 is preferable. : It is appropriate that hydrogen gas is added to about 1: 1.

【0012】[0012]

【実施例】次に、本発明の実施例について説明するが、
本発明はこれらに限定されるものではない。
Next, an embodiment of the present invention will be described.
The present invention is not limited to these.

【0013】実施例1 オキシ塩化ジルコニウム八水和物(ZrOCl2 ・8H
2 O)500gを純水5Lに溶解し、攪拌しながら28
%アンモニア水を約200mL滴下して添加し溶液のp
Hを8とし、生成した水酸化ジルコニウム〔Zr(O
H)4 〕の沈澱を室温で2日間熟成させた。得られた白
色沈澱を濾過し、70〜80℃の水で濾液が中性になる
まで洗浄した後、60〜110℃で2日間乾燥させた。
生成した水酸化ジルコニウム〔Zr(OH)4 〕30g
を1Nの硫酸500mLに室温で1時間含浸させ、濾別
した後、115℃で5時間乾燥させることにより、硫酸
担持水酸化ジルコニウムを得た。次いで、塩化亜鉛(Z
nCl2 )0.6gを少量の純水に溶解し、これを前工
程で得られた硫酸担持水酸化ジルコニウム30gに含浸
させ、蒸発乾固させた後、115℃で5時間乾燥させ
た。この乾燥物を600℃で3時間空気中で焼成し、亜
鉛担持硫酸根賦活タイプの固体超強酸触媒である、1重
量%ZnO/SO4 2-/ZrO2 触媒を得た。この触媒
の比表面積は113.6m2 /gであった。
[0013] Example 1 zirconium oxychloride octahydrate (ZrOCl 2 · 8H
The 2 O) 500 g was dissolved in pure water 5L, stirring 28
% Ammonia water is added dropwise about 200 mL,
H is set to 8, and the resulting zirconium hydroxide [Zr (O
H) 4 ] was aged at room temperature for 2 days. The resulting white precipitate was filtered, washed with water at 70 to 80 ° C until the filtrate became neutral, and then dried at 60 to 110 ° C for 2 days.
30 g of generated zirconium hydroxide [Zr (OH) 4 ]
Was impregnated with 500 mL of 1N sulfuric acid at room temperature for 1 hour, filtered, and dried at 115 ° C. for 5 hours to obtain sulfuric acid-supported zirconium hydroxide. Then, zinc chloride (Z
0.6 g of nCl 2 ) was dissolved in a small amount of pure water, impregnated with 30 g of sulfuric acid-supported zirconium hydroxide obtained in the previous step, evaporated to dryness, and dried at 115 ° C. for 5 hours. The dried product was calcined at 600 ° C. for 3 hours in the air to obtain a 1% by weight ZnO / SO 4 2− / ZrO 2 catalyst which is a zinc-supported sulfate activated solid superacid catalyst. The specific surface area of this catalyst was 113.6 m 2 / g.

【0014】実施例2〜5 実施例1におけるZnOの担持量1重量%に代えて、
0.1重量%(実施例2)、0.5重量%(実施例
3)、2.0重量%(実施例4)および5.0重量%
(実施例5)のものを作成したところ、それらの比表面
積は表1に示すとおりであった。
Examples 2 to 5 In place of 1% by weight of ZnO supported in Example 1,
0.1% (Example 2), 0.5% (Example 3), 2.0% (Example 4) and 5.0% by weight
When the products of Example 5 were prepared, their specific surface areas were as shown in Table 1.

【表1】 ─────────────────────────────── ZnO担持量(重量%) 比表面積(m2 /g) ─────────────────────────────── 実施例2 0.1 110.4 実施例3 0.5 115.8 実施例4 2.0 98.2 実施例5 5.0 49.7 ───────────────────────────────[Table 1] ZnO loading (% by weight) Specific surface area (m 2 / g) ─────────────────────────────── Example 2 0.1 110.4 Example 3 0.5 115.8 Implementation Example 4 2.0 98.2 Example 5 5.0 49.7

【0015】実施例6 実施例1における塩化亜鉛に代えて、硝酸亜鉛0.83
gを用いた以外は実施例1と同様の操作を行い、1重量
%ZnO/SO4 2-/ZrO2 触媒を得た。 実施例7 実施例1における塩化亜鉛に代えて、炭酸亜鉛0.82
gを用いた以外は実施例1と同様の操作を行い、1重量
%ZnO/SO4 2-/ZrO2 触媒を得た。 実施例8 実施例1における塩化亜鉛に代えて、シュウ酸亜鉛0.
68gを用いた以外は実施例1と同様の操作を行い、1
重量%ZnO/SO4 2-/ZrO2 触媒を得た。 実施例9 実施例1における塩化亜鉛に代えて、水酸化亜鉛0.4
4gを用いた以外は実施例1と同様の操作を行い、1重
量%ZnO/SO4 2-/ZrO2 触媒を得た。
Example 6 In place of zinc chloride in Example 1, zinc nitrate 0.83
except for using the g by following the procedure of Example 1, to obtain a 1 wt% ZnO / SO 4 2- / ZrO 2 catalyst. Example 7 Instead of zinc chloride in Example 1, zinc carbonate 0.82
except for using the g by following the procedure of Example 1, to obtain a 1 wt% ZnO / SO 4 2- / ZrO 2 catalyst. Example 8 In place of zinc chloride in Example 1, zinc oxalate was added.
The same operation as in Example 1 was performed except that 68 g was used, and 1
A weight% ZnO / SO 4 2− / ZrO 2 catalyst was obtained. Example 9 Instead of zinc chloride in Example 1, zinc hydroxide 0.4
The same operation as in Example 1 was performed except that 4 g was used, to obtain a 1% by weight ZnO / SO 4 2− / ZrO 2 catalyst.

【0016】実施例10 実施例1における硫酸に代えて、1モル/L硫酸アンモ
ニウムを500mL用いた以外は実施例1と同様の操作
を行い、1重量%ZnO/SO4 2-/ZrO2触媒を得
た。
Example 10 The same operation as in Example 1 was carried out except that 500 mL of 1 mol / L ammonium sulfate was used in place of sulfuric acid in Example 1, and a 1 wt% ZnO / SO 4 2− / ZrO 2 catalyst was prepared. Obtained.

【0017】試験例1 流通式反応装置において、実施例1で得られた触媒を、
ヘリウム中250℃で3時間前処理した後、下記の反応
条件でn−ブタンの異性化を行った(なお、下記の反応
条件中、WHSVとは気相反応における時間あたりの空
間速度である)。 反応条件: 温度 : 200℃ 全圧 : 1kgf/cm2 WHSV : 0.5h-1 線速度 : 300m/h H2 /n−ブタン: 3(v/v) また、比較のために、触媒として従来のSO4 2-/Zr
2 触媒(比較例1)および1.0重量%Pt/SO4
2-/ZrO2 触媒(比較例2)を用いて上記と同様の反
応条件で同様のn−ブタンの異性化反応を行った。原料
および生成物の分析にはFID−GCを用いた。上記試
験の結果を下の表2にまとめて示し、そして表3には上
記3種の触媒系の比表面積とアンモニアTPDによる酸
量をまとめて示す。
Test Example 1 In a flow-through reactor, the catalyst obtained in Example 1 was used.
After pretreatment in helium at 250 ° C. for 3 hours, n-butane isomerization was performed under the following reaction conditions (WHSV is a space velocity per hour in a gas phase reaction in the following reaction conditions). . Reaction conditions: Temperature: 200 ° C. Total pressure: 1 kgf / cm 2 WHSV: 0.5 h −1 Linear velocity: 300 m / h H 2 / n-butane: 3 (v / v) For comparison, a conventional catalyst was used. SO 4 2- / Zr
O 2 catalyst (Comparative Example 1) and 1.0 wt% Pt / SO 4
Using the 2- / ZrO 2 catalyst (Comparative Example 2), the same isomerization reaction of n-butane was performed under the same reaction conditions as above. FID-GC was used for analysis of raw materials and products. The results of the above tests are summarized in Table 2 below, and Table 3 summarizes the specific surface areas of the three catalyst systems and the amount of acid by ammonia TPD.

【0018】[0018]

【表2】 ───────────────────────────────── 触媒系 n−ブタン転化率 イソブタン選択率 イソブタン収率 (重量%) (重量%) (重量%) ───────────────────────────────── 実施例1 56.4 88.6 50.0 比較例1 31.4 89.9 28.2 比較例2 59.7 77.0 46.0 ─────────────────────────────────[Table 2] Catalyst system n-butane conversion isobutane selectivity isobutane yield (% By weight) (% by weight) (% by weight) << Example 1 56. 4 88.6 50.0 Comparative Example 1 31.4 89.9 28.2 Comparative Example 2 59.7 77.0 46.0} ──────────────

【0019】[0019]

【表3】 ──────────────────────────── 触媒系 比表面積(m2 /g) 酸量(μモル/g) ──────────────────────────── 実施例1 113.6 293 比較例1 130.0 263 比較例2 127.5 251 ────────────────────────────[Table 3] Catalyst system Specific surface area (m 2 / g) Acid amount (μmol / g) {Example 1 113.6 293 Comparative Example 1 130.0 263 Comparative Example 2 127.5 251} ───────────────────────────

【0020】上に示すように、n−ブタン転化率とイソ
ブタン選択率の序列は、それぞれ比較例2>実施例1>
比較例1、および比較例1>実施例1>比較例2であっ
た。しかし、異性化反応に最も重要である、転化率と選
択率の積で表されるイソブタンの収率は実施例1が5
0.0重量%であり、比較例1の28.2重量%および
比較例2の46.0重量%に比べ顕著に高かった。この
差は本発明の触媒が工業的に非常に有用であることを示
す。また、本発明の実施例1の触媒は従来の代表的な2
種の触媒と同程度の比表面積を有するのに対し、高い酸
量を示すことも明らかである(表3参照)。
As shown above, the order of the n-butane conversion and the isobutane selectivity are respectively shown in Comparative Example 2> Example 1>.
Comparative Example 1 and Comparative Example 1> Example 1> Comparative Example 2. However, the yield of isobutane represented by the product of the conversion and the selectivity, which is the most important for the isomerization reaction, was 5% in Example 1.
0.02 wt%, which was significantly higher than 28.2 wt% in Comparative Example 1 and 46.0 wt% in Comparative Example 2. This difference indicates that the catalyst of the present invention is very useful industrially. Further, the catalyst of Example 1 of the present invention is
It is also evident that it has a high acid content while having a specific surface area comparable to that of the species of catalyst (see Table 3).

【0021】試験例2 実施例1で得られた本発明の触媒を用いて、試験例1に
示した反応条件でn−ブタンの異性化反応を行い、n−
ブタン転化率およびイソブタン選択率の経時変化を調べ
た。結果を図1に示すが、反応開始から約1700時間
経過後も初期の活性と選択性が維持されていることがわ
かる。
Test Example 2 Using the catalyst of the present invention obtained in Example 1, an isomerization reaction of n-butane was carried out under the reaction conditions shown in Test Example 1 to obtain n-butane.
The changes over time in the butane conversion and the isobutane selectivity were examined. The results are shown in FIG. 1, which shows that the initial activity and selectivity are maintained even after about 1700 hours from the start of the reaction.

【0022】試験例3 実施例1〜5で得られた本発明の触媒を用いて、試験例
1に示した反応条件でn−ブタンの異性化反応を行い、
n−ブタン転化率およびイソブタン選択率に対する金属
担持量の影響を調べた。結果を図2に示すが、1重量%
付近の金属担持量が最も高いイソブタン収率(n−ブタ
ン転化率×イソブタン選択率)を示すことがわかる。
Test Example 3 Using the catalysts of the present invention obtained in Examples 1 to 5, n-butane isomerization was carried out under the reaction conditions shown in Test Example 1.
The effect of metal loading on n-butane conversion and isobutane selectivity was investigated. The results are shown in FIG.
It can be seen that the supported metal amount in the vicinity shows the highest isobutane yield (n-butane conversion rate x isobutane selectivity).

【0023】試験例4 実施例1における触媒の焼成温度は600℃であった
が、これを500℃、550℃、650℃、700℃、
750℃または800℃に代えて固体酸触媒を得、それ
らについて、試験例1に示した反応条件でn−ブタンの
異性化反応を行い、n−ブタン転化率およびイソブタン
選択率に対する焼成温度の影響を調べた。結果を図3に
示すが、600℃付近の焼成温度で得られた触媒が最も
高いイソブタン収率を示すことがわかる。
Test Example 4 The calcination temperature of the catalyst in Example 1 was 600 ° C., but this was changed to 500 ° C., 550 ° C., 650 ° C., 700 ° C.
The solid acid catalysts were obtained in place of 750 ° C. or 800 ° C., and they were subjected to n-butane isomerization reaction under the reaction conditions shown in Test Example 1, and the effect of calcination temperature on n-butane conversion and isobutane selectivity. Was examined. The results are shown in FIG. 3, which shows that the catalyst obtained at a calcination temperature around 600 ° C. shows the highest isobutane yield.

【0024】試験例5 試験例1における反応条件のうちWHSV、線速度また
はH2 /n−ブタン比を種々変更して、試験例1と同様
の試験を行った。結果を図4〜6に示す。これらの結果
から、WHSVは0.5h-1付近が最も高いイソブタン
収率を示し、線速度およびH2 /n−ブタン比は測定し
た全ての範囲においてほぼ同程度のいずれも優れたイソ
ブタン収率を示すことがわかる。
Test Example 5 The same test as in Test Example 1 was carried out by changing the WHSV, the linear velocity or the H 2 / n-butane ratio among the reaction conditions in Test Example 1 in various ways. The results are shown in FIGS. From these results, the WHSV showed the highest isobutane yield near 0.5 h -1 , and the linear velocity and the H 2 / n-butane ratio were almost the same in all the measured ranges. It can be seen that

【0025】試験例6 実施例1で製造した触媒は試験例2に示すとおり、長時
間にわたりその活性を維持するものであるが、これに人
為的に触媒毒を付着させた後、500℃で焼成すること
により再生させた後、その活性を試験例1の方法に従っ
て調べた。その結果を図7に示すが、100時間の試験
期間を通じて、初期の活性と選択性が維持されているこ
とがわかる。このことから、本発明の触媒は寿命が極め
て長く、かつ再生した場合もその活性は失われないこと
が判明した。
Test Example 6 As shown in Test Example 2, the catalyst produced in Example 1 maintains its activity for a long period of time. After regenerating by firing, the activity was examined according to the method of Test Example 1. The results are shown in FIG. 7, which shows that the initial activity and selectivity were maintained throughout the test period of 100 hours. This proved that the catalyst of the present invention had an extremely long life and did not lose its activity even when regenerated.

【0026】[0026]

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明の固
体酸触媒は、塩素化合物の存在を必要とすることなく、
温和な条件で高い飽和炭化水素異性化能を示すものであ
り、その異性化活性および選択性は非常に高く、しかも
それらの高い性能を長期間安定に維持する。また、本発
明の触媒は白金等の高価な金属成分を必要としないので
コストが低いばかりでなく、再生により活性が失われる
ことがないので、反復利用が可能であり、より低いコス
トで飽和炭化水素の異性化を行うことができる。また、
本発明の上記固体酸触媒は何ら難しい操作なしに極めて
容易に製造することができる。さらに、本発明の上記固
体酸触媒を用いることにより、飽和炭化水素の異性化反
応は、所望の異性化生成物をより高い収率で得ることが
できる。従って、本発明の異性化反応は、オクタン価向
上剤の製造やアルキル化剤として有用なイソパラフィ
ン、例えばイソブタン等をより高い収率で与えるもので
あり、工業的に極めて有用である。
As described in detail above, the solid acid catalyst of the present invention does not require the presence of a chlorine compound,
It exhibits high saturated hydrocarbon isomerization ability under mild conditions, has very high isomerization activity and selectivity, and maintains its high performance stably for a long period of time. Further, the catalyst of the present invention does not require an expensive metal component such as platinum, so that not only the cost is low, but also the activity is not lost by regeneration, so that the catalyst can be repeatedly used, and the saturated carbonization can be performed at lower cost. Hydrogen isomerization can be performed. Also,
The solid acid catalyst of the present invention can be produced very easily without any difficult operation. Furthermore, by using the solid acid catalyst of the present invention, the isomerization reaction of a saturated hydrocarbon can obtain a desired isomerized product in a higher yield. Therefore, the isomerization reaction of the present invention provides an isoparaffin, for example, isobutane, which is useful as an octane improver or as an alkylating agent in a higher yield, and is industrially extremely useful.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の固体酸触媒の転化率および選択率の経
時変化を示すグラフである。
FIG. 1 is a graph showing changes over time in conversion and selectivity of the solid acid catalyst of the present invention.

【図2】本発明の種々の固体酸触媒における金属担持量
が転化率および選択率に及ぼす影響を示すグラフであ
る。
FIG. 2 is a graph showing the effect of the amount of supported metal on the conversion and selectivity in various solid acid catalysts of the present invention.

【図3】本発明の固体酸触媒を製造する際の焼成温度が
転化率および選択率に及ぼす影響を示すグラフである。
FIG. 3 is a graph showing the effect of the calcination temperature on the conversion and selectivity when producing the solid acid catalyst of the present invention.

【図4】本発明の固体酸触媒の転化率および選択率に反
応条件(WHSV)が及ぼす影響を示すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing the effect of reaction conditions (WHSV) on the conversion and selectivity of the solid acid catalyst of the present invention.

【図5】本発明の固体酸触媒の転化率および選択率に反
応条件(線速度)が及ぼす影響を示すグラフである。
FIG. 5 is a graph showing the effect of reaction conditions (linear velocity) on the conversion and selectivity of the solid acid catalyst of the present invention.

【図6】本発明の固体酸触媒の転化率および選択率に反
応条件(H2 /n−ブタン比)が及ぼす影響を示すグラ
フである。
FIG. 6 is a graph showing the effect of reaction conditions (H 2 / n-butane ratio) on the conversion and selectivity of the solid acid catalyst of the present invention.

【図7】本発明の固体酸触媒を再生した後の転化率およ
び選択率の経時変化を示すグラフである。
FIG. 7 is a graph showing changes over time in conversion and selectivity after regenerating the solid acid catalyst of the present invention.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 木曽 一基 神奈川県川崎市川崎区浮島町6番1号 ゼ ネラル石油株式会社中央研究所内 (72)発明者 五十嵐 一義 神奈川県川崎市川崎区浮島町6番1号 ゼ ネラル石油株式会社中央研究所内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Kazuki Kiso 6-1 Ukishima-cho, Kawasaki-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Prefecture Inside General Research Laboratory of General Petroleum Co., Ltd. (72) Inventor Kazuyoshi Igarashi Ukishima-cho, Kawasaki-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa No. 6-1 General Research Institute of Petroleum Co., Ltd.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 IV族金属の水酸化物または酸化物から
なる担体にIIb族金属またはその化合物と硫酸根を含
む化合物または硫酸根の前駆物質とを含有させ、焼成し
てなることを特徴とする飽和炭化水素を骨格異性化する
ための固体酸触媒。
1. A carrier comprising a hydroxide or oxide of a Group IV metal, containing a Group IIb metal or a compound thereof and a compound containing a sulfate group or a precursor of a sulfate group, and calcining the mixture. A solid acid catalyst for skeletal isomerization of a saturated hydrocarbon.
【請求項2】 次式:MO/SO4 2-/M’O2 (式
中、MはIIb族金属を表し、そしてM’はIV族金属
を表す)で表されることを特徴とする飽和炭化水素を骨
格異性化するための固体酸触媒。
2. A compound represented by the following formula: MO / SO 4 2− / M′O 2 (where M represents a Group IIb metal and M ′ represents a Group IV metal). Solid acid catalyst for skeletal isomerization of saturated hydrocarbons.
【請求項3】 IV族金属の水酸化物または酸化物を、 a)IIb族金属またはその化合物、および b)硫酸根を含む化合物または硫酸根の前駆物質 と同時に、または順次処理した後、焼成安定化すること
からなることを特徴とする飽和炭化水素を骨格異性化す
るための固体酸触媒の製造方法。
3. A hydroxide or oxide of a Group IV metal, treated simultaneously with a) a Group IIb metal or a compound thereof, and b) a compound containing a sulfate group or a precursor of a sulfate group, or sequentially, followed by calcination. A method for producing a solid acid catalyst for skeletal isomerization of a saturated hydrocarbon, characterized by comprising stabilizing.
【請求項4】 請求項1または2記載の固体酸触媒の存
在下で炭素原子数4ないし8の飽和炭化水素を異性化す
ることを特徴とする飽和炭化水素の異性化方法。
4. A method for isomerizing a saturated hydrocarbon, which comprises isomerizing a saturated hydrocarbon having 4 to 8 carbon atoms in the presence of the solid acid catalyst according to claim 1 or 2.
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