JPS6247809B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明はゼオライトZSM―５またはZSM―11
の合成法に関するものである。 ゼオライトZSM―５及びZSM―11及び類似の
ゼオライトβ、TEAモルデナイト及びZSM―12
は米国特許第3702886号及び第3709979号に記載さ
れているように有機カチオン、特にアルキルアン
モニウムカチオンを含有する溶液から通常結晶化
される。 有機窒素カチオン源は通常極めて高価である。
また合成したゼオライトはそこに存在するナトリ
ウムイオン等のアルカリ金属イオンをプロトンそ
の他にイオン交換する等により除去することが炭
化水素転化触媒等の最終用途に供するために不可
欠と考えられている。しかるに従来知られ合成さ
れたままのZSM―５及びZSM―11はアルカリ金
属のイオン交換性が十分でなく、イオン交換性を
高める手段である予備焼成をした後でさえ尚その
イオン交換性は十分とは言い難い。 本発明によれば、水、シリカ、アルミナ及びア
ルカリ金属源を含む混合物をゼオライトの結晶が
生成するまで反応させることを含むZSM―５又
はZSM―11を合成する方法において、前記混合
物に最終的ゼオライト生成物の0.01〜10重量％の
量のZSM―５種結晶又はZSM―11種結晶を添加
すると共に前記混合物が有機窒素カチオンテンプ
レート剤を実質上含有しないことを特徴とする有
機窒素含有率が約0.2重量％以下のZSM―５又は
ZSM―11結晶性アルミノシリケートの製造法が
提供される。本発明の方法で得られる合成したま
ま（as―synthesized）のZSM―５及びZSM―11
はテンプレート剤に由来する有機第４級アンモニ
ウムイオン等の有機第４級カチオンを結晶構造中
に実質上含有しない（有機窒素含有率が約0.2重
量％以下、好ましくは約０％）新規合成したまま
のゼオライトであり、安価にしてすぐれたイオン
交換性を示す。 本発明方法では合成系にNH₄OH、脂肪族アル
コールを共存させることが好ましいがこれは必須
ではない。 脂肪族アルコールは好ましくは炭素原子数が２
〜５個のアルコール、たとえばエタノール、プロ
パノール、ブタノール及びペンタノールである。
アルコールは直鎖のものでも枝分かれしたもので
いずれでも良い。 ZSM―５及びZSM―11種結晶は従来の方法で
製造したZSM―５及びZSM―11の予め調製した
バツチからのものでも、あるいは本発明の方法で
製造したZSM―５またはZSM―11の種結晶を使
用しても良い。さらに、同一の装置中でZSM―
５またはZSM―11ゼオライトの後続するバツチ
を調製する場合、残存するゼオライトは充分な量
の種結晶を供給することが発見された。 本発明の実施にはごく少量の種結晶が存在すれ
ば充分であり、一般に最終生成物の約0.01〜約10
重量％の量の種結晶が存在すれば充分である。好
ましい種結晶の存在量は約１〜６重量％である。 ZSM―５は従来法で製造しても、または本発
明の方法で製造しても米国特許第3702866号の表
１に記載のＸ線回析パターンの特徴を有する。
ZSM―５の組成（並びにZSM―11の組成）は酸
化物のモル比で下記の様に表わされる。 0.9±0.2M〓Ｏ：W₂O₃：XYO₂：ZH₂O 上式中Ｍはカチオンであり、ｎは前記カチオン
の原子価であり、Ｗはアルミナ及びガリウムから
成る群から選択され、Ｙはケイ素及びゲルマニウ
ムから成る群から選択され、Ｘは約５〜約3000で
あり、Ｚは０〜40である。 従来法によつて合成される好ましい形態におい
て、ゼオライトは酸化物のモル比で表わして下記
の式を有する。 0.9±0.2M〓Ｏ：Al₂O₃：XSiO₂：ZH₂O 上式中Ｍはアルカリ金属カチオン（特にナトリ
ウム）及びテトラアルキルアンモニウムカチオン
（アルキル基は好ましくは２〜５個の炭素原子を
有する）の混合物から成る群から選択される。 ZSM―５の好ましい形態において、Ｗはアル
ミニウムであり、Ｙはケイ素である。またシリ
カ／アルミナ比は好ましくは約15〜約900、さら
に好ましくは約30〜約350である。 従来技術によれば、ZSM―５は、水、水酸化
テトラプロピルアンモニウム及び酸化ナトリウ
ム、アルミニウムまたはガリウムの酸化物及びシ
リカを含有し、酸化物のモル比で表わして下記の
範囲の組成を有する溶液を調製することによつて
製造される。

【表】 前記溶液をゼオライトの結晶が生成するまで反
応条件下に保つ。しかる後、この結晶を母液から
分離して回収する。代表的反応条件は反応温度が
約75〜175℃で反応時間が約６時間から60日であ
る。さらに好ましい反応温度は約90〜150であ
り、この温度範囲での反応時間は約12時間から20
日である。 従来技術によれば、ZSM―11は（R₄X）₂O、酸
化ナトリウム、アルミニウムまたはガリウムの酸
化物、ケイ素またはゲルマニウムの酸化物及び水
を含有し、酸化物のモル比で表わして下記の範囲
の組成を有する溶液を調製することによつて製造
される。

【表】

【表】 上式中R₄Xは周期表5A族の元素の第４級化合
物のカチオンであり、Ｗはアルミニウムまたはガ
リウムであり、Ｙはケイ素またはゲルマニウムで
ある。前記混合物の溶液をゼオライトの結晶が生
成するまで保つ。結晶化は好ましくは圧力下で撹
拌器付オートクレーブまたは静止ボンベ反応器の
中で行われる。反応温度は一般に100〜200℃であ
り、よい低い温度、たとえば約100℃では結晶化
時間がより長くかかる。しかる後、結晶は母液か
ら分離され、回収される。ゼオライトは好ましく
は下記の式を有するアルミノシリケートである。 0.9±0.3M〓Ｏ：Al₂O₃：30〜350SiO₂：ZH₂O 上式中Ｍはアルカリ金属またはアルカリ土類金
属であり、Ｚは０〜40である。 本発明の方法によつて製造されるZSM―５は
従来技術によつて製造したゼオライトと同様にア
ルミノシリケートとして生成され、適当な酸化物
の元素を供給する原料を利用して製造される。こ
のような物質の例としては硫酸アルミニウム、硫
酸などの鉱酸、アルミン酸ナトリウム、アルミ
ナ、ケイ酸ナトリウム、シリカヒドロゾル、シリ
カゲル、ケイ酸、水酸化ナトリウム、並びに本発
明の改良された方法で使用される試薬がある。
ZSM―５を製造するための反応混合物中で使用
されるそれぞれの酸化物成分は１種以上の最初の
反応剤によつて供給され、いずれの順序で混合し
ても良い。たとえば、酸化ナトリウムは水酸化ナ
トリウムの水溶液またはケイ酸ナトリウムの水溶
液によつて供給される。 反応混合物は回分式または連続式のいずれの形
態で製造しても良い。ZSM―５組成物の結晶サ
イズ及び結晶化時間は使用する反応混合物の性質
に応じて変わる。 本発明の方法によつて製造されるZSM―11も
好ましくは必要な酸化物を供給する反応剤を利用
してアルミノシリケートとして製造される。すな
わち、反応混合物は酸化ナトリウム、アルミナ及
びシリカなどのアルカリ金属酸化物を生成する反
応剤を含む。 ZSM―５及びZSM―11ゼオライトはクラツキ
ング及びハイドロクラツキング触媒として、また
異性化及び脱ロウ触媒として有用である。しかし
ながら、活性及び安定性を高めるためには、最初
から存在する金属イオン（通常ナトリウム）を除
去する必要がある。ほとんどのゼオライトの最初
から存在する金属は従来のイオン交換手順、たと
えば多重交換によつて除去できる。しかしなが
ら、従来のZSM―５及びZSM―11を含むある種
のゼオライトはこの交換法では処理できず、交換
回数を増しても残存する。ゼオライトを焼成して
有機窒素カチオンを除去してナトリウムの自由度
を増すことによつて引き続いてのイオン交換によ
りナトリウムの除去が促進されることを先に見出
した。本発明の合成したままのZSM―５及び
ZSM―11は従来の合成したままのZSM―５及び
ZSM―11よりもイオン交換性にすぐれている。
代表的な交換用カチオンの例としては水素、アン
モニウム、及び金属カチオン及びこれらの混合物
がある。交換用カチオンのうちでも特に好ましい
ものは、水素、アンモニウム、希土類、マグネシ
ウム、亜鉛、カルシウム、ニツケル及びこれらの
混合物であり、これらは一般に塩の形態、好まし
くは塩化物、硝酸塩または硫酸塩として使用され
る。必ずしも必須工程ではないが、焼成工程はナ
トリウムカチオンを本発明の生成物から除去する
のに役立つ。 本発明の方法に従つて製造したゼオライトは所
望する交換用カチオンの塩の溶液と接触させた
後、水で洗浄して約150〜600〓の温度で乾燥し、
しかる後空気または他の不活性ガス中で約500〜
1500〓の温度で１〜48時間またはそれ以上加熱す
る。 必要に応じてゼオライトを800〜1800〓、好ま
しくは1000〜1500〓の高温で蒸気で処理しても良
い。この処理は部分的にまたは完全に蒸気から成
る雰囲気中で行われる。同様な処理をより低い温
度、たとえば350〜700〓で10〜200気圧の圧力下
で行つても良い。 本発明の方法で製造されるゼオライトは多孔性
母体中で使用しても良い。ゼオライトは多孔性母
体と組合わせて、分散させてまたは均一に混合し
て使用され、この場合ゼオライトの使用量は最終
的に得られる複合体の１〜95重量％、好ましくは
１〜70重量％である。 ここで「多孔性母体」という用語にはアルミノ
シリケートが組合わすことができ、分散させるこ
とができ、または均一に混合することができる有
機組成物を含み、この母体は活性でも不活性でも
良い。母体として使用される物質の多孔度は特定
の物質に固有のものでも、あるいは機械的または
化学的手段で導入したものでも良い。なかでも無
機組成物、特に珪質物質が好ましい。このうち、
粘土、化学的に処理した粘土、アルミナ、シリ
カ、シリカ―アルミナ等の無機酸化物は優秀な多
孔度、耐摩耗性及び安定性を有するので特に好ま
しい。最も好ましい母体はアルミナであり、焼成
の前にゼオライトと組合わされる。 ゼオライトを母体中に混入する技術は従来の技
術で良く、米国特許第3140253号に記載されてい
る。 下記の実施例は実質上の有機窒素を含有しない
ZSM―５結晶性アルミノシリケートが種々の方
法で製造できることを示しており、本発明の方法
を具体的に説明するものである。しかしながら、
本発明はこれらの実施例に限定されるべきもので
はないことを理解すべきである。 本発明によるZSM―５の代表的製造例を下記
に示す。得られた生成物の詳細及び性能結果を下
記の表に示す。Ｑブランドナトリウムシリケート
（28.8％SiO₂、8.9％Na₂O、62.4％H₂O）及び水を
混合して調製したナトリウムシリケート溶液に
Al₂（SO₄）₃・18H₂O、98％H₂SO₄及びH₂Oを含む
酸性アルミナ溶液を加えた。その結果得られたゲ
ルに本発明を特徴づける成分をさらに加えた。こ
のゲルを均質になるまで混合し、撹拌器付オート
クレーブの中で自己発生圧力下で350〓で24時間
結晶化させた。この結果得られた固体物質を水洗
し、230〓で乾燥した。 これらの例のいくつかを予備焼成なしでアンモ
ニウム塩でイオン交換したところ、ナトリウムは
容易に交換された。結果は下記の表に示した様に
優秀であつた。

【表】

【表】 表 ２ エタノール＋NH₄OH 例 ３ 成分 (8) Ａ Ｑブランドナトリウムシリケート 362 H₂O 478 Ｂ Al₂（SO₄）₃・18H₂O 13.1 H₂SO₄（98％） 31.9 H₂ 658 Ｃ エタノール 131 濃NH₄OH，（ml） 148 混合物のモル比 エタノール 146 NH₄OH 114 Na₂O 8.6 Al₂O₃ 1.0 SiO₂ 94.0 H₂O 3870 Na₂SO₄ 19.0 結晶化 撹拌結晶化 温度（〓） 350 時間（hrs） 21 生成物 Ｘ線分析 ZSM―５ 結晶度（％） 110 組成（重量％） Ｎ 0.044 Na 0.94 Al₂O₃ 2.41 SiO₂ 96.1 組成（モル比） N₂O 0.07 Na₂O 0.87 Al₂O₃ 1.00 SiO₂ 67.8 触媒特性 Ｍ―フオーミング・スクリーニング・テスト
（600〓，400psig，15WHSV，3/1H₂／炭化水
素） （1.5ｇ触媒―原料50/50重量比ｎ―ヘプタ
ン／ベンゼン） 触媒の型 H⁺(1) ｎ―ベプタン転化率（重量％） 76.6 ベンゼン転化率（重量％） 26.4 Ｃ^＋ _７芳香族生成物（重量％） 24.9 選択率 0.31 (1) 予備焼成なしで210〓でNH₄交換 Na＝0.01％

【表】

【表】

【表】

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 水、シリカ、アルミナ及びアルカリ金属源を
   含む混合物をゼオライトの結晶が生成するまで反
   応させることを含むZSM―５またはZSM―11を
   合成する方法において、前記混合物が最終的ゼオ
   ライト生成物の0.01〜10重量％の量の種結晶を含
   み且つ有機窒素テンプレート剤を実質上含まず、
   前記生成物の有機窒素含有率が0.2重量％以下で
   あることを特徴とするゼオライトの合成法。 ２ 反応混合物が水酸化アンモニウムを含有する
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の方
   法。 ３ 反応混合物が２〜５個の炭素原子のアルコー
   ルを含有することを特徴とする特許請求の範囲第
   ２項記載の方法。