JPS5940056B2 - 炭化水素の異性化およびアルキル化用固体酸触媒 - Google Patents

炭化水素の異性化およびアルキル化用固体酸触媒

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JPS5940056B2
JPS5940056B2 JP54108212A JP10821279A JPS5940056B2 JP S5940056 B2 JPS5940056 B2 JP S5940056B2 JP 54108212 A JP54108212 A JP 54108212A JP 10821279 A JP10821279 A JP 10821279A JP S5940056 B2 JPS5940056 B2 JP S5940056B2
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catalyst
alkylation
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sulfuric acid
iron
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JP54108212A
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JPS5633037A (en
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一志 荒田
誠 日野
俊昭 久光
豊 向井
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Eneos Corp
Original Assignee
Nippon Mining Co Ltd
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C2523/00Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group C07C2521/00
    • C07C2523/70Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group C07C2521/00 of the iron group metals or copper
    • C07C2523/74Iron group metals
    • C07C2523/745Iron
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C2527/00Catalysts comprising the elements or compounds of halogens, sulfur, selenium, tellurium, phosphorus or nitrogen; Catalysts comprising carbon compounds
    • C07C2527/02Sulfur, selenium or tellurium; Compounds thereof
    • C07C2527/053Sulfates or other compounds comprising the anion (SnO3n+1)2-

Landscapes

  • Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)
  • Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は炭化水素の異性化、アルキル化に著しい活性を
示す鉄含有固体酸触媒に関する。
石油精製、石油化学工業における反応としては接触分解
、接触改質、水添脱硫、異性化、脂肪族炭化水素及び芳
香族炭化水素のアルキル化、重合、脱水あるいは脱水素
反応等が代表的なものであるが、この種の反応には硫酸
、塩化アルミニウム、三塩化アンチモン、フッ化水素、
リン酸等の酸触媒が使用されている。
しかし、これら酸触媒は金属を腐食させるため高価な耐
食材料の使用あるいは耐食処理を施す必要があり、また
排ガスあるいは生成物に同伴する酸の除去のためアルカ
リ洗浄を行なわなければならないし、廃酸の処理は昨今
の環境規制の強化に伴い廃棄等も含めてきびしく規制さ
れる方向にある。また、これら触媒は反応物質と均一、
あるいは分離相を形成しても液状であるため反応後の分
離が困難である。このような状況に鑑み、従来の酸触媒
のもつ欠点がなく、更に上記酸触媒に比し活性の高い、
即ち酸強度の強い触媒の出現が望まれている。
金属酸化物あるいは金属硫酸塩等は酸性質を有すること
が知られているが、金属硫酸塩では酸強度(Ho)が−
3より強いものは見出されておらず、また金属酸化物の
場合は一元系あるいは多元系によつて異なるが、一元系
の金属酸化物では酸化強度(Ho)が−8程度のものし
か得られていない。さらに強酸触媒を得るためには2元
系以上、例えばAl2O3/ SiO2、TiO2/Z
rO2、TiO2/SiO2、TiO2/MgOのよう
な混合系にする必要があるが、この場合でも酸強度は、
濃硫酸程度(−10.6)にしかならない。又これより
更に強一’□’■、’$−■■一:1閣−、)ス、”二
”U(SbF5)、フッ化水素(HF)等の酸を担持す
る方法が採られているが、SbF5あるいはHFは揮発
性のため装置の腐食、触媒活性の低下等の問題を有して
いる。本発明者等は触媒と反応物との分離が容易で、装
置の腐食のおそれがなく、H2SO4、AIlC4、S
bCl3、HF等の強酸触媒に匹敵する強酸固体触媒を
提供すべく研究を重ねていたが、鉄の水酸化物もしくは
酸化物を硫酸水溶液で処理し、更に焼成して活性化する
ことによつて得られる触媒が濃硫酸より強い酸強度を有
する固体酸であることを見出しこの固体酸触媒がアルコ
ールの脱水反応およびイソブチルビニルエーテルの重合
に有効であることを先に提案した(CHE−M15TR
YLETTER5p、477〜480、1979)0本
発明者等は上記鉄触媒について更に研究を重ねていたが
、このたびこの触媒が炭化水素の異性化、アルキル化に
も著しい効果を奏することを見出して本発明に到達した
ものである。
即ち、本発明は、鉄の水酸化物もしくは酸化物を硫酸水
溶液にて処理し、次いで焼成して活性化することにより
得られる、炭化水素の異性化およびアルキル化に有効な
固体酸触媒に関するものである。本発明において用いら
れる鉄の水酸化物、酸化物は、鉄の2価及び3価の塩に
アルカリを添加して水酸化物の沈殿を得る法、および熱
分解による酸化物の生成等の通常用いられる方法によつ
て得ることができる。
硫酸水溶液により処理は乾燥水酸化物あるいは酸化物に
0.5〜20重量部の0.01〜5モル濃度の硫酸水溶
液を散布、流下などで接触させる方法、あるいは0.5
〜20重量倍の0.01〜5モル濃度の硫酸水溶液に乾
燥水酸化物もしくは酸化物を浸漬した後、沢過する方法
等が採用できる。硫酸水溶液にて処理した後、乾燥し、
さらに活性化処理を行うが、活性化処理は空気もしくは
窒素等のガス雰囲気中にて350〜800℃で1〜10
時間焼成することによつて行なえるが、特に焼成温度は
350〜650℃が好ましい。活性化して得られた触媒
は上記の従来の強酸触媒に比べ強い酸強度を有し、例え
ば100%硫酸(HO−10.6)よりも強い酸強度を
有するものである。尚、固体触媒に於ける酸強度は一般
に用いられている次のような方法で測定した。
測定する触媒が白色の場合は、まず触媒をベンゼン溶媒
中に浸漬し、それに、PKa値が既知の酸、塩基変換指
示薬のベンゼン溶液を添加し、触媒表面上の指示薬の酸
性色への変色を観察し、酸性色に変色するPKaの最も
小さい値を酸強度(HO)とする。尚、使用した指示薬
は次のとおりである。又、触媒に色が付いている場合は
以下の方法にて行なつた。
まr、ガスの排気及び導入ラインを有する容器(セル)
に触媒を入れ、空気を充分に排気した後、アンモニアガ
スを導入してアンモニアを触媒に吸着させる。次にこの
アンモニアガスを排気しながら昇温していき、各温度に
於ける排気されるアンモニアガスを液体窒素でトラツプ
し触媒重量当りのトラツプアンモニア量を測定し、別に
酸強度既知の触媒にて作成した検量線との対比により酸
強度(HO)を算出する。本発明で得られる固体酸触媒
は炭化水素の異性化およびアルキル化触媒として有効で
あり、その強酸性のため従来の反応条件に比べて穏和な
反応条件、例えば低温で反応させることができる。
本発明触媒が有効な反応について説明すると、異性化は
直鎖状炭化水素の異性化で、炭素数12以下の炭化水素
に応用すれば分枝状炭化水素を異性化して高オクタン価
ガソリン基材を得ることが出来、また炭素数12以上の
炭化水素に応用すればワツクス分を含む灯油、軽油、そ
の他重質留分のくもり点、流動点等の改良ができる。脂
肪族炭化水素のアルキル化反応は石油精製においてはイ
ソブタンと低級オレフインとから高オクタン価ガソリン
を得るもの、また芳香族炭化水素をアルキル化してエチ
ルベンゼン、プロピルベンゼン、ドデシルベンゼン(合
成洗剤原料)等、各種石油化学製品を製造するもの等を
含む。このように現在、石油精製、石油化学の分野で大
きな比重を占める炭化水素の異性化、アルキル化等に前
記固体酸触媒が利用できることは、反応系の触媒の取扱
い面、液状あるいはガス状酸性触媒による装置の腐食の
問題が解消できる点で工業的にも非常に有利となる。
加えて上記触媒によれば反応温度を低くんることができ
、その他、反応条件面でも穏和な条件を採用でき熱量的
にも装置材質面でも更に有利である。次に本発明触媒の
製造方法について実施例をもとに説明する。
触媒金属の鉄の原料としては、硝酸鉄、塩化鉄、硫酸鉄
等の2価及び3価の塩を利用することができる。
原料鉄塩の水溶液とアルカリとにより水酸化物をつくり
、r過、水洗後、約100℃で乾燥し、乾燥水酸化物を
得る。
次にこの乾燥水酸化物をフイルタ一上に取り、これを硫
酸処理として希硫酸で洗浄した後、乾燥する。希硫酸は
0.01〜5モル濃度のものを採用でき、希硫酸の使用
量は乾燥水酸化物1重量部に対して0.5−20倍量が
好ましい。硫酸処理の方法としては0.01〜5モルの
硫酸に乾燥水酸化物を浸漬する方法も採用できる。次に
、乾燥した硫酸処理水酸化物を空気中350〜800℃
、好ましくは350〜65『Cで1〜10時間焼成する
焼成して得られる触媒は100%硫酸の酸強度(HO)
より強い酸強度を有するものである。また固体酸の製造
方法には鉄の水酸化物を経由しないで原料鉄塩を一般に
知られている熱分解法等により鉄の酸化物とした後、前
記と同様の硫酸処理を行い焼成する方法も採用できる。
なお、以上説明した触媒製造法においては粉末あるいは
無定形の触媒として得られるが、金属水酸化物または硫
酸水溶液にて処理する前及び処理後の段階で棒状あるい
は粒状に成形することにより有形触媒とすることもでき
る。
勿論、鉄の水酸化物や酸化物をシリカやアルミナ等の担
体に担持した状態、或いはそれ以外のものを支障のない
程度含んだ状態で硫酸水溶液にて処理したものでも、同
様の効果が得られることは云うまでもない。製造例塩化
鉄1モル(1629)を0℃の水11中に攪拌しながら
徐々に加え、全量溶解させた後、攪拌を継続しながらア
ンモニア水(29%アンモニア水450dに2.251
の水を加えて希釈したもの)2.72を徐々に添加して
、水酸化鉄を生成させた。
アンモニア水全量を加えた後、さらに攪拌を継続し、そ
の後、攪拌を止め一夜静置した。生ノ成した水酸化鉄を
P過し、その後純水で十分洗浄した。得られた水酸化鉄
は100℃で24時間風乾し、約1009の乾燥物を得
た。乾燥水酸化物1009を径が約10C!!Lのロー
ド(f紙)上に広げ、別に調製した0.25モル濃度の
硫酸11を吸・引しながら10回に分けて水酸化物上に
流下し、十分に水分を除去した後、乾燥した。乾燥した
硫酸処理物を空気気流中500℃で3時間焼成した。得
られた触媒の酸強度(HO)を第1表の製造例1に示す
。さらに、その他の鉄塩についても同様]の方法で、触
媒を製造した。これを第1表の製造例2〜4に示した。
又、酸化鉄を、硫酸処理し乾燥后)焼成したものについ
ても同表の製造例5に示す。又さらに比較のため硝酸ニ
ツケルを製造例1と同様に処理したもの及び硫酸鉄、シ
リカアル5ミナを焼成したものなども、同様に製造例6
〜8に示した。実施例 1 (異性化反応) ガス状炭化水素についてはガス循環式反応器1701r
11を用い、触媒0.89、反応ガス10dとし、反応
系はヘリウムガス/反応炭化水素ガスあ 二るいは水素
ガス/反応炭化水素ガスとした。
また液状炭化水素については内容積200mtのオート
クレーブを用い、ヘリウムガス雰囲気あるいは水素ガス
雰囲気で反応を行つた。得られた生成物をガスクロマト
グラフイ一により測定し異性化の転化率を求めた。結果
を第2表に示す。実施例 (アルキル化) 300iのガラスオートクレーブを、ドライアイス−ア
セトン冷媒で−60℃に冷却した後、プロピレン20m
t(液体)及びイソプタン200m1.(液体)を投入
し、次いで触媒を入れた後反応系を密閉し撹拌しながら
徐々に加熱して、反応温度0℃に保持し、所定の時間、
反応させた。
反応後、反応物を取り出し沸点60℃以上の留分の収率
を求めた結果を第3表に示す。なお反応生成油のオクタ
ン価はガスクロマトグラフ法により求めた。実施例(芳
香族化合物のアルキル化) ビフエニル1009を200dの3つロフラニコに採り
、融点以上に加熱し、固体酸触媒を加え、プロピレンガ
スを吹き込みながらビフエニルのアルキル化反応を行つ
た。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 鉄の水酸化物もしくは酸化物を硫酸水溶液にて処理
    し、次いで焼成して活性化することにより得られる、炭
    化水素の異性化およびアルキル化用固体酸触媒。
JP54108212A 1979-08-27 1979-08-27 炭化水素の異性化およびアルキル化用固体酸触媒 Expired JPS5940056B2 (ja)

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