JP4315679B2 - 改良ゼオライトおよびその使用法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本出願は2000年10月20日に出願された合衆国暫定特許出願番号60/242110号の優先権を主張し、その一部継続出願である。
【0002】
本発明は、ゼオライトに関し、特にゼオライトの生産とその使用に関する。
【0003】
【発明の背景】
ゼオライトは通常、多くの種類の触媒処置に用いられている。一般的にゼオライトは、しばしば線状アミン、線状ジアミンおよび第四級アンモニウム塩等であってこれらに限定されない(しばしば“鋳型”と示される)有機体指向剤を伴う、シリカおよびアルミナを含む反応混合物からの構造体の形成を含む処置により調製される。一つの例として、前記第四級アンモニウム塩は、水酸化テトラエチルアンモニウムであり得る。有機体指向剤は、高温で、しばしば“焼成”と示される熱処理工程により生じたゼオライトから除去することができる。形成されたゼオライト構造体の酸発生は、その後、アンモニウム変換とそれに続くさらなる焼成等であってこれらに限定されないイオン変換により引き起こされる。特定のプロセスにおいて、アンモニウム変換段階は焼成前に起こり、その結果一連の段階を簡略化する。多くの場合、焼成と示される(追加の)熱処理は、成形段階に続いて行われる。この成形段階において、ゼオライトは、例えば固定床触媒操作に用いることが可能な形状に成形される。
【0004】
現在のこの分野においては、ゼオライトの状態あるいは特徴は最終熱処理段階の影響を受けることが認識されている。しかし、有機体指向剤を除去するための熱処理において、ゼオライトの性能が、ゼオライトの材料の状態あるいは特徴の変化によって著しく影響を受けることは認識されていない。出願人は見事に、有機体指向剤を除去するための制御された熱処理あるいは焼成と、この処理期間中の570℃以下の平均温度へのゼオライトの露出とが、特定の性質および長さの酸点の形成に必要であることを発見した。これらの形成された酸点は、実施例3(“TPD”)にしたがって行われるアンモニアの温度制御脱離によって測定することができるが、炭化水素変換技術および環境低減技術等のこれらに限定されない反応において触媒性能を著しく向上させることが明らかとなった。出願人は、先行技術における発見による認識に反して、多数のこれらの部位は、“強酸点”と示され、実施例3(“TPD”)にしたがって行われるアンモニアの温度制御脱離によって測定することができるが、エチルベンゼンを生産するためのベンゼンのエチル化等のこれらに限定されない芳香族化合物アルキル化技術において有益であることを発見した。出願人はまた、前記酸点の出現に加えて、ゼオライトの十分な再構成が起こり、N2物理吸着およびまたは水銀細孔分布測定装置などの多孔性測定を用いて特徴付けることができることを発見した。現在の知識にしたがって、出願人は、上記のゼオライトの特徴付けの組合せが、触媒としての使用、特に炭化水素変換への適用における性能を最適化することにおいて望ましいと考える。上記の改善された特徴と増強された触媒性能の組合せは、酸性活性指数(AAI)によって特徴付けられると思われる。AAIは、発明の詳細な説明および請求の範囲において用いられているように、実施例3(“TPD”)にしたがって行われる温度制御脱離により測定された、300℃以下の温度でゼオライトから取り除かれたアンモニアの合計に対する300℃以上の温度でゼオライトから取り除かれたアンモニアの合計の割合である。
【0005】
出願人の結果に反して、合衆国特許第5258570号は、ゼオライトベータの触媒作用をいわゆる“強”酸点を減らすための約600℃から675℃の高温での加熱により形成されたゼオライトを活性化することにより改良することができることを示している。合衆国特許第5258570号にしたがって、従来の方法により生産されたゼオライトベータは、酸点を減らし、それによって触媒作用を増加させるために特に処理される。
【0006】
【発明の簡単な要約】
本発明の一見地にしたがって、いわゆる“強酸点”、すなわち実施例3(“TPD”)にしたがって行われる温度制御脱離により測定される部位の増加したゼオライトが提供される。特に出願人は、強酸点の増加により、触媒作用の大幅な増大が提供されることを見いだした。
【0007】
本発明のさらに別の見地において、増加したいわゆる“強酸点”と合わせて、メソ多孔性、すなわち2nmより大きく50nmより小さい大きさの微細孔の増加したゼオライトが提供される。特に出願人は、分子ふるいネットワークのゼオライトのメソ多孔性およびいわゆる“強酸点”の数の双方の増加により、触媒作用の大幅な増大が提供されることを見いだした。
【0008】
好ましくは、ゼオライトは、平均100オングストローム以上の直径を持つ微細孔を持つ。
【0009】
別の実施例において、ゼオライトは0.7cm3/g以上の体積の微細孔を持つ。
【0010】
本発明の好ましい実施例にしたがって、ゼオライトは最低1.0、好ましくは最低1.2、より好ましくは最低1.4、最も好ましくは最低1.6の酸性活性指数(AAI)を持ち、ここでAAIは、発明の詳細な説明および請求の範囲において用いられているように、実施例3(“TPD”)にしたがって行われる温度制御脱離により測定された、300℃以下の温度でゼオライトから取り除かれたアンモニアの合計に対する300℃以上の温度でゼオライトから取り除かれたアンモニアの合計の割合である。
【0011】
特に好ましい実施例において、ゼオライトは、テンプレーティング因子あるいは有機体窒素化合物を含む有機体指向剤の使用により調製される、シリカ対アルミナのモル比率が6:1あるいはそれ以上または15:1あるいはそれ以上のシリカおよびアルミナを含有するものである。ゼオライトの代表的であるがこれらに限定されない例としては、ベータ、TEA−モルデン沸石、TEA−ZSM−12、MCM−22、MCM−36、MCM−39、MCM−41、MCM−48、PSH03、ZSM−5、TPA−ZSM−5、Breck6、ZSM−12、ZSM−22、ZSM−23、ZSM−35、ZSM−48、SSZ−32その他を挙げることができる。好ましいゼオライトはゼオライトベータであるが、本発明は好ましいゼオライトに限定されない。
【0012】
本発明のさらなる見地にしたがって、出願人は、改良された触媒活性を持つゼオライトが強酸点を増加させることにより生産され得ることを見いだした。この点において、出願人は、ゼオライトを生産するための処理の間、特に有機体窒素テンプレーティング因子を除去するための処理において、そこで適用される条件が強酸点を維持するために制御されるべきであることを見いだした。この点において、強酸点は、触媒変換への適用に有益であることが証明されたこれらの部位の消失を防ぐ処理条件にすることにより維持され、そのAAI割合により特徴付けられる。これらの部位はゼオライト構造中の4面体アルミニウム部位の特殊なものとみなすことができると思われる。
【0013】
この点について、有機体窒素テンプレーティング因子の除去(一般に、最低その50%が除去され、好ましい実施例において全てが除去される)において、加熱は平均約575℃以上の温度への露出を防ぐために制御され、好ましくは加熱が平均550℃以下の温度に制御される(一般に、最低その50%が除去され、好ましい実施例において全てが除去される)。それ以上に、好ましい実施例において、加熱は制御された方法において、材料の温度を最終焼成温度まで上昇させるように制御されるべきである。この点において慎重に意味されることは、材料の温度上昇は急速ではないため、約575℃以上の温度での部分的な過熱は回避され、そして/または最小限に抑えられることである。
【0014】
さらに、テンプレーティング因子を除去するための焼成は、部分的過熱あるいはホットスポットの発生を減少させるために浅い床で行われる。あるいは、深い触媒床は、流動気体が著しく高い空搭速度のために、熱伝達率が任意の地点の触媒床温度を平均床温度から約25℃以内の差に維持できる場合に用いられ得る。また別の方法において、焼成時の過熱は、温度勾配の中間停止を適用し、あるいは酸素流量を減少/制御し、それによって有機体指向剤の燃焼による加熱を制御することによるホットスポットの制御により、最小限に抑えることができる。この分野において知られるその他の可能性は、部分的過熱あるいはホットスポットの発生を最小限に抑えるために適用され得る。
【0015】
出願人はさらに水蒸気がゼオライトの触媒作用に影響を与え得ることを見いだした。結果として、好ましい実施例においては、ゼオライトの焼成において、ゼオライトは最終焼成温度までゆっくりと加熱される。加熱は300℃に至るまで制御され、これは300℃以上の温度への露出を最小限に抑えるためであり、蒸気が発するのを防ぐために高温に達する前に水分が除去され、それにより強酸点を維持する。一つの実施例において、これは、例えば10℃/分以下、好ましくは5℃/分以下の緩やかな勾配速度を適用することにより効果を得ることができる。
【0016】
また別の実施例において、300℃での勾配の中間停止は、300℃以上の著しく高い温度への露出を最小限に抑えるために用いられ得る。
【0017】
現在のワーキングモデルは、いわゆる“強酸点”が、主に特定の型の4面体アルミニウムの消失の結果として削減されるものである。結果として、本発明の一見地にしたがって、ゼオライトの生産において、特定の型の4面体アルミニウムの量を減少させ、それにより強酸点の数を減らす処理条件は、改良された触媒作用を提供するために最小限に抑えられ、あるいは避けられるべきである。上に示したように、特定の4面体アルミニウムの消失を最小限に抑え、それによりある程度最小限の強酸点を維持するために、テンプレーティング因子が除去される条件は、長期間の約550℃以上の温度への露出を減らし、そして/あるいはなくすために制御されるべきである。加えて、好ましい実施例において、蒸気の発生は、例えばこれに限定されないが、最終焼成温度までの緩やかな加熱により避けるべきである。
【0018】
さらに、テンプレーティング因子の除去後のゼオライトの処理もまた約550℃以上の温度への露出を減らし、そして/またはなくすために制御されるべきである。例えば、イオン変換ゼオライトの変換段階および最終焼成は、緩やかな温度で起こるべきである。イオン変換は、ゼオライトのNH4−形状を形成するためのNaのNH4No3との変換を含むがこれに限定されない。加えて、ゼオライトの希望の形態あるいは形状への圧伸のための処理における有機体因子の使用もまた、最小限に抑えるか、避けるべきである。
【0019】
先行技術は、ゼオライト中の強酸点が触媒作用を増大させ、ゼオライトを生産するための処理条件が強酸点の消失を防ぐために制御されるべきであることを認識していない。先行技術において、ゼオライトの形成後の処理段階が、強酸点の数を本発明における数量以下に減少させ、前記減少が結果的に触媒作用の減少となった。
【0020】
【発明の説明】
本発明のゼオライトは、この分野において知られているその他の材料と組み合わせることができる。例えば、ゼオライトは、水素形成陽イオン変換に続いて変換された金属陽イオンであり得る。ゼオライトが水素形成陽イオン変換後に変換された金属陽イオンである場合には、ゼオライトの構成要素は好ましくは上記の多数の酸点を含む。金属陽イオンの代表的なものとしては、IIAグループ、IIIAグループ、IIIBからVIIBグループの陽イオンが挙げられる。前記金属陽イオンの使用はこの分野において知られており、前記追加の金属陽イオンの混合およびその量は、ここで教示される分野における通常の知識の範囲内であると思われる。同様に、ゼオライトは、一つあるいはそれ以上の無機酸化物基質成分と共に用いられ、これは通常、金属陽イオンが用いられた場合には金属陽イオンとの変換の間に、ゼオライトに結合する。前記基質成分は、シリカ−アルミナ、粘土、アルミナ、シリカその他等の一般的な無機酸化物である。基質は、ゾル、ヒドロゲルあるいはゲルの形状であり得る。また基質は一般的に、アルミナ、シリカあるいは従来のシリカ−アルミナ触媒等のシリカ−アルミナ成分である。基質は触媒として活性を持つか不活性であり得る。好ましい実施例において、基質と結合した場合に、ゼオライト構成要素は、上記のように多数の強酸点を持つ。
【0021】
上記のように強酸点を維持するためには、処理条件は、ゼオライトの長期間の高温への露出を避けるために制御されるべきである。
【0022】
本発明のゼオライトは、供給原料の変換に触媒として用いられ得る。ここでゼオライトは、反応帯において触媒の全体あるいは一部を形成する。供給原料は、供給原料の希望の産物への変換に有効な条件下で触媒と接触させるために、反応帯中に導入される。
【0023】
実質的には、任意の供給原料あるいは供給原料の組合せは、本発明において用いられる。前記供給原料すなわち反応成分は、周囲条件すなわち20℃および大気圧で、気体、固体あるいは液体であり得る。供給原料は有機体あるいは無機および有機成分の組合せであり得る。本反応システムは特に、好ましくは炭素および水素より成る分子および付随的に一つあるいはそれ以上のその他の成分を持つ有機体供給原料に適している。このその他の成分は好ましくは酸素、硫黄、ハロゲン、窒素、リンおよびその混合より成るグループから選択される。
【0024】
供給原料/ゼオライト触媒接触から得られた生成物は、もちろん、例えば用いられた供給原料、触媒および条件に依存する。供給原料と同様に、生成物は有機体あるいは無機および有機成分の組合せであり得る。好ましくは、望ましい生成物は有機体である。しかし、望ましい主要成分が有機体であったとしても、必要な、ゆえに望ましい反応副生成物が無機体であり得ることは注意すべきである。これは、メタノールの軽オレフィンと水への変換により例示される。有機体生成物は、好ましくは炭素および水素を含む分子を持つ。望ましい生成物は、好ましくは前記生成物がゼオライト触媒構成体の微細孔から除去あるいは脱離することができる動力学的直径を持つ。反応帯におけるゼオライト触媒の量は、例えば関連する特定の処理適用に依存して広い範囲で変化し得る。
【0025】
供給原料に加えて、希釈剤は、プロセス全体に必要であり、そしてまたは有益である場合には、供給原料と併せて用いられ得る。前記希釈剤は、供給原料ゼオライト触媒接触に先立って供給原料と混合あるいは結合し、あるいは供給原料とは別に反応帯中に導入される。前記希釈剤は好ましくは、供給原料化学変換の速度あるいはまた範囲を抑えるために働き、また温度制御を補助するために働き得る。特定の実施例において、希釈剤は好ましくは、実質的にプロセス中反応帯に継続して供給される。プロセスに用いることができる希釈剤の典型は、ヘリウム、アルゴン、窒素、一酸化炭素、二酸化炭素、水素、炭化水素およびその混合である。用いられる希釈剤の量は、もしあれば、関連する特定の適用に依存した広い範囲で変化し得る。例えば、希釈剤の量は、供給原料のモルの約0.1%あるいはそれ以下から約100倍あるいはそれ以上の範囲の量であり得る。
【0026】
プロセスが行われる変換条件は、例えば特定の供給原料および用いられる触媒、望まれる特定の生成物に依存して広く変化させることができる。本プロセスは特に、約50℃以上、より好ましくは約100℃以上の供給原料ゼオライト触媒接触温度および約大気圧から約13.7895MPaの圧力に適している。反応帯中の供給原料の滞留時間は、例えば特定の供給原料および用いられた触媒、望まれる特定の生成物に依存して、別個に選択され得る。
【0027】
好ましくは、有機体供給原料は炭化水素供給原料であり、触媒変換処理は炭化水素変換処理である。実質的に、ゼオライト触媒構成体が触媒することができる任意の炭化水素変換処理は、本発明にしたがって処理することができる。前記炭化水素変換処理の実例は、例えば芳香族およびイソパラフィン型両方についてのクラッキング、水素化分解、アルキル化、直鎖パラフィンあるいはキシレン異性化を含む異性化、重合、リフォーミング、水素化、脱水素化、トランスアルキル化、脱アルキル化、ハイドロデサイクリゼーションおよび脱水素環化を含む。
【0028】
白金あるいはパラジウム等の水素化促進剤を含有するゼオライト触媒構成体を用いて、重石油残留ストック、環状ストックおよびその他の水素化分解可能な原油等は、2から80の範囲の炭化水素に対する水素のモル比率、大気圧から200barの間の水素分圧および0.1から20、好ましくは0.5から10の液体時間空間速度(LHSV)を用いて200℃−450℃の範囲の温度で水素化分解できる。
【0029】
水素化分解に用いられるゼオライト触媒構成体はまた、約350℃−600℃の温度、1から35barの水素分圧、0.1から10の範囲のLHSV値および1から20好ましくは4から12の範囲の水素対炭化水素モル比率で炭化水素供給原料が触媒と接触するリフォーミング処理での使用に適している。
【0030】
その他の異性化反応は、リフォーミングについての上記の条件と同様の条件下で実施される。オレフィンは、好ましくは200℃−500℃の温度で異性化されるが、重パラフィン、ナフテンおよびアルキル芳香族化合物は300℃−550℃の温度で異性化される。上記の直鎖パラフィン異性化に加えて、ここで考慮される特に望ましい異性化反応は、n−ヘプテンおよびまたはn−オクテンからイソヘプテンおよびイソオクテン、メチルシクロペンテンからシクロヘキサン、メタ−キシレンおよびまたはオルト−キシレンからパラ−キシレン、1−ブテンから2−ブテンおよびまたはイソブテン、n−ヘキセンからイソヘキセン、シクロヘキセンからメチルシクロペンテンへの変換およびその他の変換を含む。好ましい陽イオン形状は、グループIIA、グループIIBおよび希土類金属の金属の多価金属化合物(硫化物等)とゼオライトベータの組合せである。
【0031】
多少の高温すなわち約350℃−550℃、好ましくは450℃−500℃および通常1から50barの範囲内の若干の低圧で、同じ触媒構成体が重直鎖パラフィンを含有する水素化異性化供給原料に用いられる。好ましくは、重パラフィン供給原料は、7−20の範囲の数の炭素を持つ直鎖パラフィンより成る。供給原料と触媒の接触時間は、通常オレフィン重合およびパラフィンクラッキング等の望まない副反応を回避するために比較的短い。0.1から10、好ましくは0.5から6.0の範囲のLHSV値が適している。
【0032】
活性化ゼオライト触媒の結晶構造およびアルカリ金属含有がまったくない形状における可能性により、アルキル芳香族化合物の変換、特にトルエン、キシレン、トリメチルベンゼン、テトラメチルベンゼンその他の触媒不均化におけるその使用は有益である。不均化処理において、異性化およびトランスアルキル化もまた起こり得る。グループVIII貴金属アジュバント単独あるいはタングステン、モリブテンおよびクロム等のグループVIB金属との結合は、好ましくは構成体全体の3から15wt.%の量で、触媒構成体中に含まれる。外来の水素は、約200℃−400℃の温度、5から150barの範囲の圧力および0.1−15の範囲のLHSV値で維持される反応帯中に存在し得るが、必要はない。
【0033】
触媒クラッキング処理は、好ましくは、主に望まれる生成物であるガソリンと共に、軽油、重ナフサ、脱れき原油残留物その他等の供給原料を使用するゼオライトベータ構成体を用いて実施される。450℃−600℃の温度条件、0.5から10のLHSV値および約大気圧から4barの圧力条件が適している。
【0034】
ベンゼン、キシレン、トルエンその他を形成するための、パラフィン系炭化水素供給原料、好ましくは6炭素原子以上を持つ直鎖パラフィンを用いる脱水素環化反応は、基本的に触媒クラッキングにおける条件と同一の反応条件を用いて実施される。これらの反応に対しては、コバルトおよびニッケル等のグループVIII非貴金属陽イオンと結合した活性化ゼオライトベータ触媒を使用することが好ましい。触媒脱アルキル化において、ここで実質的な環構造の水素化を伴わずに芳香族化合物原子核からパラフィン系側鎖を切り離すことが望まれるが、約450℃−600℃の範囲の比較的高温が、約20から70barの適度な水素分圧、触媒水素分解に対する上記の条件と同様のその他の条件で適用される。好ましい触媒は、触媒脱水素環化に関連して上に記載された型と同一の型のものである。ここで考慮される特に望ましい脱アルキル化反応は、メチルナフタレンからナフタレンおよび、トルエンおよびまたはキシレンからベンゼンへの変換を含む。アルキル芳香族化合物の脱アルキル化に用いられた場合に、温度は通常最低175℃であり、実質的な供給原料あるいは変換生成物のクラッキングが起こる温度まで、通常約370℃まで変動する。温度は好ましくは最低230℃であり、化合物が脱アルキル化を受ける臨界温度以下である。圧力条件は、少なくとも、供給される芳香族化合物を液体状態に保持するように適用される。アルキル化に対して、温度は120℃程度に低い温度であり得るが、好ましくは最低175℃である。ベンゼン、トルエンおよびキシレンのアルキル化において、好ましいアルキル化因子は、エチレンおよびプロピレン等のオレフィンから選択される。
【0035】
触媒ハイドロファイニングにおいて、第一の目的は、実質的に供給原料中の炭化水素分子に影響を与えることなく、供給原料中の有機硫黄およびまたは窒素化合物の選択的水素化分解を促進することである。この目的のために、触媒水素化分解に関する上記の条件と同じ一般的条件および、脱水素環化工程に関連して示されたものと同じ一般的性質の触媒を用いることが好ましい。供給原料は、ガソリン分留、灯油、ジェット燃料油分留、ディーゼル分留、軽油および重油、脱れき原油残留物その他を含み、そのどれもが約5wt.%以下の硫黄および約3wt.%以下の窒素を含有し得る。
【0036】
炭化水素変換プロセスは、一回分、半連続あるいは連続形成において実施され得る。処理は、単一の反応帯あるいは連続あるいは平行に配列された複数の反応帯において実施することができ、または長い管状の帯あるいは複数の前記帯において断続的にあるいは継続的に実施され得る。複数の反応帯が用いられた場合には、望まれる生成物混合体を得るために、連続した一つあるいはそれ以上の前記ゼオライトベータ触媒構成体を用いることが有効であり得る。炭化水素変換プロセスの性質のために、固定床システムよりも動的床(例えば流動床あるいは移動床)システムあるいは種々の移送床の任意のシステムでのゼオライトベータ触媒構成体の使用により、特定の処理を実施することが望ましい。前記システムは、所定の期間後ゼオライトベータ触媒構成体の任意の再生(必要な場合)を容易に提供する。再生が必要な場合、ゼオライトベータ触媒構成体は移動床として継続的に再生帯中に導入することができ、再生帯中で、例えば酸素含有大気中での酸化による炭素質の除去等により再生することができる。一部の炭化水素変換処理の好ましい方法において、ゼオライトベータ触媒構成体は、反応中に堆積した炭素堆積物を熱して除くことによる再生段階を受ける。
【0037】
本発明の好ましい実施例において、本発明のゼオライトは、例えばエチルベンゼンを生成するためのベンゼンのアルキル化等のアルキル化処理における触媒として用いられる。特に、酸点の微増の結果、触媒活性の大幅な増大となる。
【0038】
本発明のまた別の実施例において、例えばエチルベンゼンを生成するためのベンゼンのアルキル化等のアルキル化処理における触媒として用いられるゼオライトは、ベータゼオライトである。
【0039】
本発明は、以下に続く実施例についてさらに開示されるが、本発明の範囲はこれらよって限定されない。別に指示がない限り、全ての割合および比率は重量で示される。
【0040】
【発明の実施の形態】
(実施例1)
ゼオライトベータはMurrell他による特許にしたがって作成された(合衆国特許番号6004527、1999年)。噴霧乾燥シリカ(486グラム、Davison948、60μm平均粒径)は202gのAl(NO3)3.9H2Oおよび800gの蒸留水に含浸され、120℃で2時間乾燥され、5℃/分の加熱速度で、500℃で2時間か焼された。算出された材料のシリカ−アルミナ比率は30であった。
【0041】
結果として生じたシリカ−アルミナの162gは、35wt%のTEAOH(Aldrich)および続いて80gの3.76wt%NaNO3水溶液に含浸された。液体は攪拌しながらゆっくりとガラスビーカー中に加えられた。含浸された固体は、電動回転床上で回転する2リットルParrオートクレーブに移された。混合体は循環空気加熱炉中で、157℃で36時間加熱された。オートクレーブは室温まで冷却され、固体は十分な量の水で洗浄され濾過された。生成物は空気中で、120℃で乾燥された。X線回析は、生成物が113%の相対結晶化度でゼオライトベータを含有したことを示した。参考として、市販のゼオライトベータ粉末が使用された。
【0042】
次に、20グラムのベータ生成物(実験サンプル1)は、以下の工程で、空気中でか焼された:5℃/分で200℃まで、1時間継続、5℃/分で650℃まで、6時間継続、5℃/分で室温まで。別の20グラムのベータ生成物(実験サンプル2)は、以下の工程で、空気中でか焼された:5℃/分で200℃まで、1時間継続、1℃/分で500℃まで、12時間継続、10℃/分で室温まで。か焼された粉末は、室温で5日間0.1M NH4NO3溶液中でイオン変換された。
【0043】
650℃でか焼されたイオン変換サンプル(実験サンプル1)の2.50グラムは、3.0グラムのNyacolアルミナゾル(20wt%)および2.0グラムの純水と混合された。ペーストは80℃で2時間乾燥され、その後5℃/分の加熱速度で、550℃で6時間か焼された。その結果生じた生成物は80wt%のゼオライトベータを含んでいた。サンプルは研磨され、+20/−12メッシュサイズのメッシュに通され、その1.0グラムはアルキル化反応装置中に充填された。サンプルの実施例2にしたがったベンゼンからエチルベンゼンへのアルキル化における一次測定速度定数は、0.31cm3/g/sであった。
【0044】
500℃でか焼された乾燥サンプル(実験サンプル2)の3.225グラムは、4.06グラムのNyacolアルミナゾル(20wt%)および3グラムの蒸留水と混合された。ペーストは80℃で2時間乾燥され、その後以下の工程でか焼された:5℃/分で200℃まで、1時間継続、5℃/分で500℃まで、6時間継続。その結果生じた生成物は80wt%のゼオライトベータを含んでいた。サンプルは研磨され、+20/−12メッシュサイズのメッシュに通され、その0.76グラムはアルキル化反応装置中に充填された。サンプルの実施例2にしたがったベンゼンからエチルベンゼンへのアルキル化における一次測定速度定数は、0.95cm3/g/sであった。
【0045】
(実施例2)
本発明(実施例1の実験サンプル2)にしたがったゼオライト触媒、変換技術(実施例1の実験サンプル1)によりか焼されたゼオライト触媒および、特定の市販の触媒の触媒活性を試験するために用いられたアルキル化法を以下に開示する。
【0046】
ゼオライト触媒の触媒活性は、エチルベンゼン(EB)を形成するためのエチレンを用いたベンゼンアルキル化のモデル反応で評価された。
【0047】
試験反応装置は、再循環差動固定床反応装置である。試験条件は、190℃で2.06843MPaである。再循環速度は200グラム/分である。供給は、6.0グラム/分の供給速度で、ベンゼン中に溶解した0.35wtのエチレンを含む。
【0048】
触媒投入量は、12から20のメッシュ粒径で1.0000グラムである。触媒は通常、定量ポンプによる標準供給原料導入の前に、(水蒸気を除去するために)約7時間熱ベンゼンで洗浄される。試験はGC分析のために、30分毎のサンプルの供給と共に7から8時間続く。一次速度定数は、触媒活性を示すために算出される。
【0049】
(実施例3)
温度プログラム脱離(TPD)は、マイクロ反応装置/質量分析計ユニット、すなわちクオーツマイクロ反応装置と四重極質量分析計との連結(Hiden Analytical HPR−20)で実施された。
【0050】
粉末状態のサンプルの40−44mgは、クオーツマイクロ反応装置中に充填された。
【0051】
サンプルは最初に、30cc/分の流量、30℃から550℃まで、550℃持続(TPD)30分間、ヘリウム中に5.2%の酸素を含有する混合気体中で酸化された。酸化処理の後、サンプルは100℃に冷却される前に、550℃で20分間、ヘリウム中で洗浄された。
【0052】
アンモニア吸着は、27−30cc/分の流量で30分間、ヘリウム中に4−5%のアンモニアを含有する混合気体中で、100℃で実施された。
【0053】
アンモニアで処理されたサンプルは、温度脱離が始まる前に、100℃で45分間、ヘリウム中(30cc/分)で洗浄された。
【0054】
アンモニアTPDは、100℃から600℃まで30℃/分で行われた。二つの異なる脱離最大値が得られた;一つは200℃より下でありもう一方は300℃より上である。300℃以下の脱離は弱酸点に分類されるが、300℃より上の脱離は強酸点に分類される。
【0055】
質量16および質量17の両方がアンモニアに用いられた。質量17に対するシグナルはアンモニアの定量に用いられた。
【0056】
アンモニア脱離の定量化は、4−5%アンモニアを用いた質量分析計のキャリブレーションに基づいた。
【0057】
(実施例4)
表1は、TPDの結果、AAI割合および触媒活性を要約する。
【0058】
【表1】
【0059】
(実施例5)
Al核磁気共鳴スペクトルは、実施例1および2と同様に調製された一連のサンプルについて測定された。55および0ppmでの最高点は、それぞれ4面体および8面体Alの結果であり得る。先行技術に基づいて調製されたサンプルおよび本発明に基づいたサンプルに対する55ppm最高点領域(4面体Al)は、それぞれ25.3および48.4である。同様に、先行技術に基づいて調製されたサンプルおよび本発明に基づいて調製されたサンプルに対する0ppm最高点領域(8面体)は、それぞれ41.9および10.1である。前者のサンプルに対する芳香族化合物アルキル化の速度定数は、0.23cm3/gm−secであり、後者のサンプルに対する速度定数は1.71cm3/gm−secである。
【0060】
(実施例6)
実施例5のサンプルについての微細孔サイズ配分測定はまた、水銀細孔分布測定装置を用いて測定される。先行技術に基づいて得られたサンプルは、広い範囲の微細孔サイズ配分、すなわち微細孔直径で50から50,000オングストロームを持つ。本発明に基づいて得られたサンプルは、非常に狭い範囲の微細孔サイズ配分を持ち、すなわち微細孔の90%以上が、200から800オングストロームの範囲である。
【0061】
(実施例7)
実施例1に記載されたように、3.10グラムのDavison Sylopol.948シリカゲル、50ミクロン球体は、30のSi/Al割合を得るために、0.63グラムのAl(NO)3.9H2Oおよび11.5グラムの水の混合体に含浸され、恒量に至るまで空気中で、120℃で乾燥する。これらの球体の2.50グラムは、1.25グラムの35重量%水酸化テトラプロピルアンモニウム水溶液および1.25グラムの3.68重量%NaNO3水溶液に含浸され、33.6SiO2:0.56Al2O3:1TPA2O:0.22Na2O:108H2Oのモル酸化物比率を生じる。
【0062】
混合体は、10mlのテフロン(R)の挿入と共に35mlのステンレススティールオートクレーブに置かれた。158℃で25時間後、生成物のZSM−5結晶化度は、参照サンプルに対するXRDによる測定として、25.1%である。本無定形枠組み構造球体の粒子形状およびサイズは、生成物中に維持される。鋳型(あるいは有機体指向剤)は、実施例1、実験サンプル2に示された温度構成で除去される。
【0063】
(実施例8)
実施例7の方法にしたがって、モルデン沸石は、5.94SiO2:0.43Al2O3:0.09TEA2O:1Na2O:16H2Oのモル酸化物比率である溶液を用いて調製される。
【0064】
混合体は、10mlのテフロン(R)の挿入と共に35mlのステンレススティールオートクレーブに置かれた。182℃で46時間後、元の形態を維持しながら、75%のモルデン沸石結晶化度がXRDから得られた。鋳型は、実施例1、実験サンプル2に示された温度構成で除去される。
【0065】
本発明の多数の改良および変更は、上記の教示の観点において可能である。したがって、請求の範囲内において、本発明は特に示された以外で実施され得る。
Claims (19)
- 最低1.2のAAIを持つゼオライトであって、
前記ゼオライトはテトラエチルアンモニウムテンプレーティング因子の除去を含む方法により調製され、
前記方法は550℃以下の温度で前記テンプレーティング因子の除去を含み、前記テンプレーティング因子除去後の条件下で前記ゼオライトがゼオライトベータ、およびTEA−モルデン沸石から選択されることを特徴とするゼオライト。 - 前記ゼオライトがゼオライトベータであることを特徴とする請求項1記載のゼオライト。
- 前記ゼオライトがTEA−モルデン沸石であることを特徴とする請求項1記載のゼオライト。
- 前記ゼオライトが平均100オングストローム以上の微細孔直径の微細孔を持つことを特徴とする請求項1記載のゼオライト。
- シリカおよびアルミナが最低6:1のシリカ対アルミナモル比率で存在することを特徴とする請求項1記載のゼオライト。
- シリカおよびアルミナが最低15:1のシリカ対アルミナモル比率で存在することを特徴とする請求項5記載のゼオライト。
- 芳香族化合物をアルキル化するための方法であって、該方法が請求項1記載のゼオライトを含む触媒の存在下で前記アルキル化がなされることを特徴とする方法。
- 前記ゼオライトがゼオライトベータ、およびTEA−モルデン沸石より成るグループから選択されることを特徴とする請求項7記載の方法。
- 水素異性化するための方法であって、該方法が請求項1記載のゼオライトを含む触媒の存在下で前記水素異性化がなされることを特徴とする方法。
- 水素化分解するための方法であって、該方法が請求項1記載のゼオライトを含む触媒の存在下で前記水素化分解がなされることを特徴とする方法。
- 窒素酸化物を除去するための方法であって、該方法が請求項1記載のゼオライトを含む触媒の存在下で前記窒素酸化物の除去がなされることを特徴とする方法。
- 請求項7及び9乃至11のいずれかに記載の方法であって、前記ゼオライトが請求項4に記載のゼオライトであることを特徴とする方法。
- 請求項7及び9乃至11のいずれかに記載の方法であって、前記ゼオライトが請求項5に記載のゼオライトであることを特徴とする方法。
- 請求項7及び9乃至11のいずれかに記載の方法であって、前記ゼオライトが請求項6に記載のゼオライトであることを特徴とする方法。
- ゼオライトベータまたはTEA−モルデン沸石のいずれかのゼオライトを生成するための方法であって、前記方法がテトラエチルアンモニウムの除去を含み、該テトラエチルアンモニウムを550℃以下の温度で除去し、前記条件下でのテトラエチルアンモニウムの除去後、前記ゼオライトが最低1.2のAAIを持つことを含む改良であることを特徴とする方法。
- 最低50%のテトラエチルアンモニウムが除去されることを特徴とする請求項15記載の方法。
- 加熱が、平均床温度から25℃以上の床温度変化を防止するために加熱が制御されている床で行われることを特徴とする請求項16記載の方法。
- 加熱速度が10℃/分以下であることを特徴とする請求項17記載の方法。
- テトラエチルアンモニウムの除去後、前記ゼオライトが平均100オングストローム以上の微細孔直径の微細孔を持つことを特徴とする請求項15記載の方法。
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