JPS5815443B2 - 結晶性アルミノシリケ−トゼオライトの製法 - Google Patents

結晶性アルミノシリケ−トゼオライトの製法

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JPS5815443B2
JPS5815443B2 JP50114397A JP11439775A JPS5815443B2 JP S5815443 B2 JPS5815443 B2 JP S5815443B2 JP 50114397 A JP50114397 A JP 50114397A JP 11439775 A JP11439775 A JP 11439775A JP S5815443 B2 JPS5815443 B2 JP S5815443B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明はリン含有触媒の製法に関するものである。
さらに詳しくは本発明はリンを含有させたある種のゼオ
ライトから成る触媒に関するものであり、このような触
媒の影響下で独特に進行する炭化水素並びに非炭化水素
の転化法を説明するものである。
ゼオライト触媒が商業的に使用され出したのは1960
年代の初期であり、これらを東米国特許第314024
9号に記載されているように母体中に混入した、塩基交
換した形態で、クラッキング触媒として紹介された。
非常に短期間の間にこれらの触媒は、従来使用されてい
た非結晶質の触媒と実質的に完全に置き代わった。
使用されて来たゼオライトは合成ファウジャサイトであ
り、初期の頃はゼオライ)X(シリカ/アルミナ比−約
2.5)であり、後になってゼオライトY(シリカ/ア
ルミナ比−約5.0)であった。
この期間中に出された技術文献は新しい合成ゼオライト
についてた(さんあり、商業的に有用な有機物質の転化
の特性を改良することができる触媒としての使用法につ
いてもたくさんある。
石油産業が主にこれらを研究しており、これらの研究の
多くはこれらの産業の基礎である異性化、アルキル化及
び芳香族化などの転化法に関するものである。
ゼオライトを触媒として使用する初期の頃の研究では使
用目的に応じて特定のゼオライトを選択するということ
に関しては全体として不明であり、試薬及び生成物を通
すのに充分に大きな孔を有するゼオライトを使用して来
た。
しかしながら最近では触媒として使用するゼオライトを
特定するようになり、触媒が利用される反応も特定する
傾向がある。
この傾向は新しく出てくる合成ゼオライトがどのような
性質を備えているかの研究とともに発達し、その結果化
学物質の転化並びに石油精製産業に光間をもたらした。
西ドイツ公開公報第2438252号に記載されている
酸素含有脂肪族の芳香族への転化法はこの傾向の良い例
である。
本発明者はこれらの技術分野をさらに改良する触媒を発
見した。
本発明方法による有機化合物を転化する触媒はシリカ/
アルミナ比が少くとも12で、匍脚指数(constr
aint 1ndex)が1〜12である結晶性アルミ
ノシリケートゼオライトから成り、少くとも一部は水素
型をしており、少くとも0.5重量%(ゼオライトの重
量に対して)の緊密に結合したリンを含有する。
この触媒は0.5〜25重量%、通常は2〜15重量%
のリンを含有するが、用途に応じては0.78〜.4,
5重量%、好ましくは0.78〜2.5重量%で充分で
あることが発見された。
好ましくはこのゼオライトは少くとも30のシリカ/ア
ルミナ比を有し、ZSM−5類に属するもの、好ましく
はZSM−5自体が特に有用である。
しかしながら他の多くのゼオライト、たとえばゼオライ
トZSM−12及びZSM−21なども本発q−c−使
用できる。
望ましくはゼオライトはいずれの種類にせよ、触媒的に
比較的不活性な母体と複合して使用され、その重量比は
たとえば母体65重量部に対してゼオライトは35x量
部である。
用途に応じては本発明方法の触媒はゼオライト上に少く
とも0.1重量%の亜鉛を含浸させており、その亜鉛の
量は好ましくは1〜4重量%であり、一般に7リカ/ア
ルミナ比が60〜300であり、乾蝶した水素型の状態
における結晶密度が1.6g/cc以上のゼオライトを
使用するのが好ましい。
本発明は前記ゼオライトをリン含有化合物と接触させ、
その接触生成物を加熱することから成る。
このリン含有化合物はこの方法では気相または液相でも
良く、後者の場合には溶液でも良い。
好ましいリン含有化合物はオルトリン酸またはそのエス
テルの1種であるが、非常広範囲のこのような化合物、
たとえば三塩化リン、塩化ジフェニルフォスフイン、ジ
フェニル亜フォスフイン酸、亜リン酸トリメチル、また
はP2O6とアルコールとの反応生成物なども使用し得
る。
エステルまたはアルコールは好ましくはメチルである。
適当な加熱温度は150〜500℃であり、望ましくは
酸素が存在する雰囲気中で行われる。
前記接触工程と加熱工程との間にゼオライトを水蒸気に
さらすとしばしば有益である。
亜鉛含有触媒を使用する場合、ゼオライトを亜鉛含有液
と接触させてゼオライト上に亜鉛を含浸させ、しかる後
乾燥させ、最終的に少くとも0.1重量%の亜鉛をゼオ
ライト上に含浸させる。
亜鉛含有液は通常硝酸塩などの亜鉛塩の溶液である。
本発明はさらに有機化合物を前述のように製造した触媒
と転化条件のもとで接触させることによって有機化合物
を転化する方法に関するものである。
高度に望ましい生成物に転化される炭化水素原料として
はn−ヘキサンまたは軽質ナフサのようなパラフィン及
びエチレン、プロピレン及びブテンのようなオレフィン
がある。
このような転化は300〜700℃、好ましくは500
〜700℃の温度でもつとも良好に行われる。
本発明はしかしながらさらに複雑な転化法にも及ぶもの
である。
触媒と接触させると同時にアルキル化剤でオレフィンを
アルキル化させるとアルキル化は非常に効果的に行われ
、アルキル化剤がメタノール、ジメチルエーテルまたは
塩化メチルなどのメチル基を含有する場合に特に効果的
である。
このようなアルキル化は通常250〜400℃、好まし
くは少(とも300℃の温度で、重量時間空間速度を0
.5〜19にして行われ、触媒は固定床として使用し、
反応剤は気相にして行われる。
さらに別の実施態様として、芳香族炭化水素はオレフィ
ン系炭化水素、好ましくは2〜20個の炭素原子を含有
するものでアルキル化され、この実施態様の好ましい例
としてはオレフィン系炭化水素がエチレンで芳香族炭化
水素がベンゼンの場合である。
この実施態様の適当な反応条件は、温度が575〜90
0F、好ましくは600〜850Fで、圧力がO〜30
00 psig 、好ましくは25〜450psigで
、芳香族/オレフィンのモル比が1/1〜30/1であ
り、重量時間空間速度が2〜2000である。
本発明の特に有効な実施態様は、メタノール、塩化メチ
ル、臭化メチル、ジメチルエーテルまたは硫酸ジメチル
などのメチル化剤を使用してトルエンをメチル化する触
媒操作である。
このメチル化は250〜750℃、好ましくは500〜
700℃の温度で、0〜11000psiの圧力(大気
圧が好ましい)で、重量時間空間速度を1〜2000、
好ましくは5〜1500にして、メチル止剤/トルエン
のモル比を0.05〜5、好ましくは0.1〜2にして
行われる。
この反応で使用される触媒は、望ましくは、試薬と接触
させる前に、メタノール及び水の混合物に400〜65
0℃、好ましくは500℃以上の温度で少くとも1時間
(好ましくは5〜30時間)さらすことによって活性化
処理される。
この混合物の水/メタノール容積比は好ましくは2/1
〜1/2である。
シリカ/アルミナ比が少くとも約12で、制御指数が約
1〜12である結晶性アルミノシリケートゼオライトは
非常に特異的な触媒的性質を有することが最近発見され
た。
これらのゼオライトは商業的に望ましい収率で脂肪族炭
化水素を芳香族炭化水素に転化させる。
さらにこれらのゼオライトは非常に低いアルミナ含有率
(すなわちシリカ/アルミナ比が高い)を有するにもか
かわらず、シリカ/アルミナ比が30を越える場合にも
活性に富んでいる。
通常、ゼオライトの骨組中のアルミナが触媒活性に寄与
するものであることを考えると、この活性特性は意外な
事実である。
これらは高温において蒸気が存在していても長期間結晶
構造を保つ。
このように高温において蒸気が存在していれば、他のゼ
オライト、たとえばX及びA型では骨組が不可逆的に崩
解する。
さらに炭素質堆積物が生成しても通常より高い温度で燃
焼させることによって除去して活性を回復することがで
きる。
これらのゼオライトの結晶構造の重要な特徴は約5オン
グストロームより大きな孔の大きさを有し、酸素原子の
10員環の大きさの孔の窓を有するので結晶構造の自由
空間への分子の出入りを制御することができることであ
る。
これらの環は結晶性アルミノシリケートのアニオンの骨
組を形成する四面体(テトラヘドラ)の通常の配置によ
って形成されるものであり、酸素原子自体は四面体の中
心でケイ素またはアルミニウム原子と結合している。
本発明で触媒として使用され、「リン含有ゼオライト」
と称するリンを含有するゼオライトを製造するのに有用
なゼオライトはシリカ/アルミナ比が少くとも約12で
あり、制御指数が約1〜12で表わされた結晶構造の自
由空間を有する。
制御指数については下記に詳しく記す。ここで記載する
シリカ/アルミナ比は従来の分析法で測定される。
この比はゼオライト結晶め硬質のアニオンの骨組におけ
る比にできるだけ近いものとして表わし、チャンネル中
のカチオンの形態をしたものまたはバインダー中のアル
ミニウムを除外する。
本発明の触媒として使用されるリン含有ゼオライトを製
造するのにはシリカ/アルミナ比が少くとも約12のゼ
オライトが有用であるげれども、シリカ/アルミナ比が
少くとも約30より高いゼオライトを使用することが好
ましい。
このようなゼオライトは活性化後、結晶内部における吸
着能力が水に対してよりもn−ヘキサンに対して大きい
特性を有する。
すなわち疎水性となる。
この疎水性の特性が有利な点である。本発明で触媒とし
て使用されるリン含有ゼオライトの製造に有用なゼオラ
イトはn−ヘキサンを自由に吸着し、約5オングストロ
ームより大きな孔の大きさを有する。
さらにこの構造はより大きな分子が接近するのを調節制
御するものでなければならない。
このような大きな分子の出入りを側割する特性が存在す
るかどうかは結晶構造を知ることによって判断すること
が可能である。
たとえば結晶中の孔の窓だけが酸素原子の8員環かもで
きているものであれば、n−ヘキサンより大きな断面を
有する分子の接近は除外され、このようなゼオライトは
望ましいタイプのものではない。
10員環に相当する窓は好ましく、過度に孔がすぼまっ
たり、閉塞したものは効果的でなくなる。
12員環は一般に充分な制御特性を提供しないが、孔が
適当に閉塞したものは使用し得る。
ゼオライトが必要な制御特性を有するかどうかを判断す
るには結晶構造から判断するよりはむしろ、「制御指数
」を測定して判断した方が良く、制御指数は下記の手順
に従って大気圧下で等しい量のn−ヘキサン及び3−メ
チルペンタンを少量のゼオライトサンプル(約12以下
)上に連続的に通すことによって簡単に測定できる。
ペレットまたは押出し成形物の形態をしたゼオライトの
サンプルを大体粗い砂の粒子サイズに粉砕し、ガラス管
の中に入れる。
試験に入る前に、ゼオライトを1000Fで少くとも1
5分間空気の流れで処理する。
しかる後ゼオライトにヘリウムを流して温度を550T
〜950下に調節し、全体の転化率を10〜60%とす
る。
炭化水素の混合物を1液体時間空間速度(すなわち単位
時間当りの単位容積当りの炭化水素の容積を1とする)
でヘリウムで希釈しながらゼオライト上に流し、ヘリウ
ム/全炭化水素のモル比は4/1とする。
20分流した後、流出物のサンプルを採取し、ガスクロ
マトグラフで分析して2種の炭化水素のそれぞれについ
て変化しない分の量を測定する。
「制御指数」は下記の様にして算出する。
制御指数は2種の炭化水素のクラッキング比の定数の比
にほぼ相当する。
使用するのに適当なゼオライトは前述の様に約1〜12
、好ましくは約2〜70制御指数を有するものである。
ここに記載したシリカ/アルミナ比が少くとも約12で
制御指数が約1〜12であるゼオライトの例としてはゼ
オライトzSM−5(米国特許第3702886号に記
載サレテイル)、ZSM−11(米国特許第37099
79号)、ZSM−12(***公開公報第221310
9号)及びZ SM −21(フランス特許第74−1
2078号)がある。
ゼオライトは有機カチオンの存在下で製造した場合には
触媒的に不活性であるが、これは結晶内部の自由空間が
製造溶液からの有機カチオンによって占拠されるためで
ある。
これらは不活性雰囲気中で500℃でたとえば1時間加
熱し、しかる後アンモニウム塩で塩基交換し、しかる後
空気中で500℃で焼成することによって活性化される
製造溶液中に有機カチオンが存在することはゼオライト
の製造には必ずしも必要なことではないが、これらのカ
チオンが存在するとこれらの特別なゼオライトを製造す
るのに有利であるように思われる。
さらに一般にはアンモニウム塩で塩基交換し、しかる後
空気中で約500℃で約15分〜約24時間焼成するこ
とによってゼオライト触媒を活性化することが望ましい
天然のゼオライトも、塩基交換、蒸気によるアルミナ抽
出及び焼成等の種々の処理操作を組合わすことによって
本発明の触媒を製造するのに適当なゼオライトに転化で
きる。
このように処理される天然鉱物としてはフェリエル石、
ブリュウスター石、スチルバイト、ダチアルジ石、エピ
スチルバイト、輝沸石、及び斜ブチロライトなどがある
好ましいゼオライトの例としてはZ S M −5、Z
SM−11、ZSM−12、ZSM−21及びTEAモ
ルデナイトがあり、ZSM−5が特に好ましい。
本発明の触媒として使用されるリン含有ゼオライトを製
造するのに使用されるゼオライトは好ましくは乾燥した
水素の形態で結晶密度が実質上約1、697〜以上のも
のである。
これら3種の条件を満たすゼオライトがもつとも望まし
いことが発?見された。
すなわち好ましいリン含有ゼオライトは前記制御指数が
約1〜12で、シリカ/アルミナ比が少くとも約12で
、乾燥状態の結晶密度が約1.6r/cff1以上のゼ
オライトから製造される。
公知の構造の乾燥密度は、W、 M、 Me ie r
著の「Zeolite 5tructure (ゼオ
ライト構造)」ニおける記事の第11頁に記載されてい
るように1000立方オングストローム当りのケイ素及
びアルミニウム原子の数から算出される。
この文献はここにも参考として紹介されているが、19
67年にロンドンでthe 5ociety of C
hemicalI ndustryによって発行された
「Proceedingsof the Confer
ence on Mo1ecular 5ieves
jに載っている。
結晶構造が知れていない場合には、結晶の骨組の密度は
従来からの比重びんを使用する技術によって測定される
たとえば乾燥した水素型のゼオライトを結晶によって吸
着されない有機溶剤中に浸漬することによって測定され
る。
約1.6y7crit以上の結晶密度を有すると同時に
、当然のことながら結晶内部に安定な比較的少量の自由
空間を備えていなければならない。
この自由空間は触媒活性を提供する場所として重要なも
のである。
これらのゼオライトはリンを含有しているかどうかに関
係なく、最初から存在するカチオンの少(とも一部を従
来の公知の技術に従って種々の他のカチオンで置換する
ことができる。
置換用カチオンとしてはアンモニウム及び金属カチオン
及びその混合物等がある。
本発明の触媒として使用されるリン含有ゼオライトは、
最初から存在するカチオンの少くとも一部を水素で置き
換えたゼオライトから製造される。
結晶性アルミノシリケートゼオライトはその最初から存
在するカチオンの少(とも一部を一般に2つの方法で水
素によって置き換えることによって水素型に転化するこ
とができる。
その第1の方法は酸を使用して直接にイオン交換する方
法である。
適当な酸としては無機酸及び有機酸の両方がある。
使用し得る代表的な無機酸としては塩酸、次亜塩素酸、
硫酸、亜硫酸、硫化水素、硝酸、亜硝酸、次亜硝酸、リ
ン酸及び炭酸などがある。
使用し得る代表的な有機酸としては、脂肪族、芳香族ま
たは環式脂肪族のモノカルボン酸及びポリカルボン酸が
ある。
適当な酸の代表例としては酢酸、トリクロル酢酸、臭化
酢酸、クエン酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、
フェニル酢酸、ベンゼンスルホン酸及びメタンスルホン
酸がある。
水素型のゼオライトを製造する第2の方法(こちらの方
が好ましい)はまず第1に塩基交換してアンモニウムま
たは他の水素イオン先駆体を調製し、しかる(m成して
アンモニアを発生させゼオライト上に水素イオンを残す
ことから成る。
焼成は空気中で500℃で約15分〜約24時間行う。
水素イオン先駆体を製造するのに適当な化合物としては
塩化物、臭化物、ヨウ化物、重炭酸塩、硫酸歓クエン酸
塩、ホウ酸塩及びパルミチン酸塩等のアンモニウム化合
物がある。
使用し得ろさらに他のアンモニウム化合物としては水酸
化テトラメチルアンモニウム及び塩化トリメチルアンモ
ニウム等の第4級アンモニウム化合物がある。
本発明の方法で使用されるリン含有ゼオライトは前記ゼ
オライトをリン含有化合物と反応させることによって製
造される。
水素イオンと反応する共有結合成分またはイオン結合成
分を有するリン含有化合物が使用される。
適当なリン含有化合物としては、PX3、RPX2、R
2PX、R3P、R3P=0、RFe5、RP(0)(
OX)2、R2P(0)OX、RP(OX)2、ROP
(OX)2及び(RO)2POP(OR)2(Rはアル
キル基またはフェニル基であり、Xは水素、Rまたはハ
ロゲン化物である)で表わされる基の誘導体である。
これらの化合物としてはRPH2(第1)、R2PH(
第2)及びR3P(第3)フォスフイン類、たとえばブ
チルフォスフイン;R3PO(第3フオスフイン酸化物
)、たとえば酸化トリブチルフォスフイン; RP(0
)(OX)2 (第1)及びR2P(0)OX(第2)
フォスフオン酸、たとえばベンゼンフォスフオン酸;フ
ォスフオン酸のエステル、たとえばジエチルフオスフオ
ネート、(RO)2P(0)H、ジアルキルアルキルフ
オスフオネート、(RO)2P(0)R、及びアルキル
ジアルキルフオスフイネート、(RO)P(0)R2;
亜フォスフイン酸、R2POX、たとえばジエチル亜フ
ォスフイン酸、(RO>P(OX)2 (第1)、(R
O)2POX(第2)及び(RO)3P (第3)フォ
スファイト;及びこれらのエステル、たとえばモノグロ
ビルエステル、アルキルジアルキルフオスフイナイト、
(RO)PH1、及びジアルキルアルキルフオスフオナ
イト、(RO)2PRエステルがある。
フォスファイトエステルの例にはトリメチルフォスファ
イト、トリエチルフォスファイト、ジイソプロピルフォ
スファイト、ブチルフォスファイト;及びピロフォスフ
ァイト、たとえばテトラエチルピロフォスファイトがあ
る。
前述の化合物のアルキル基は1〜4個の炭素原子を有す
る。
さらに特に良好な結果はオルトリン酸H3PO4及びそ
のエステルを使用することによって得られる。
他の適当なリン含有化合物としてはハロゲン化リン、た
とえば三塩化リン、臭化リン及びヨウ化リン;アルキル
フオスフオロジクロリダイト、(RO)PCl3、ジア
ルキルフオスフオロクロリダイト、(RO)2PX 、
ジアルキルフオスフイノクロリダイト、R2PC11ア
ルキルアルキルフオスフォノクロリデート、(RO)(
R)P(0)Cl、及びジアルキルフォスフイノクロリ
デート、R2P(0)C1がある。
好ましいリン含有化合物としてはトリメチルフォスファ
イト及び三塩化リンがある。
トリメチルフォスファイトの場合、水素イオンと反応す
ることができる共有イオン成分は(CH3−03−であ
る。
三塩化リンの場合、水素イオンと反応することができる
共有またはイオン成分は(−C1)−である。
水素イオンと反応することができるリン含有化合物の成
分は最初のゼオライトの水素とも反応すると考えられて
いる。
すなわちトリメチルフォスファイトの場合、ゼオライト
上の水素はトリメチルフォスファイトの〔CH3−0−
〕−イイノの1つと反応してCH30Hを生成すると考
えられており、それによってトリメチルフォスファイト
分子の残部、すなわち がシアノ ール基を通じてゼオライトの結晶構造と化学的に結合す
ると考えられている。
同様にフオスフオネートも下記の様に変化する。
三塩化リンの場合、ゼオライト上の水素は三塩化リンの
(−C1)−イオンの一つと反応してf(C1を生成し
、それによって三塩化リン分子の残部、すなわち(−P
Cl3)十がシラノール基を通じてゼオライトの結晶構
造と化学的に結合すると考えられている。
これらのリン含有成分は遊離酸素の存在下で加熱した後
、〔PO2〕+または種種のリン無水物またはリン水酸
化物の形で存在する。
いずれにせよ、リン含有ゼオライトは高温度長期間リン
を失わないで使用できることがらリンはゼオライトの結
晶構造と化学的に結合していると考えられている。
この点については下記にさらに詳しく説明する。
さらにゼオライトにリンを含有させてもゼオライトの内
部の空間の大きさが変わらないことから、リンは結晶の
骨組の構成成分として存在するのではない、すなわちケ
イ素またはアルミニウム原子と置換されているのではな
いことがわかる。
この点についても下記にさらに詳しく説明する。
リンをゼオライトに含有させることによって触媒仁して
独特な特性を有する組成分が得られる。
たとえば、ここに記載したゼオライトは優秀な芳香族化
触媒であるが、リン含有ゼオライトはこのような芳香族
化触媒としての活性を備えていない。
脂肪族炭化水素を芳香族炭化水素に商業的に望ましい収
率で転化させる勢媒作用をリン含有ゼオライトは備えて
いない。
ゼオライトは強い酸の部分を有しており、この強い酸の
部分が芳香族化の活性を付与すると考えられている。
一方、リン含有ゼオライトはこのような強い酸の部分を
もっていない。
リン含有ゼオライトは親母体であるゼオライトそのもの
より酸の部分の数においてはむしろ多いのであるが、リ
ン含有ゼオライトの酸の部分はゼオライトそのものの酸
の部分より酸の強度が弱い。
このようにゼオライト中の強し葆を多量の比較的弱い酸
で置き換えることによってリン含有ゼオライトの独特な
触媒特性が付加されると考えられている。
ゼオライ トとリン含有化合物との反応はゼオライトを
リン含有化合物と接触させることによって行われる。
リン含有化合物が液体である場合には、リン含有化合物
を溶液にしてゼオライトと接触させても良い。
リン含有化合物の溶液を調製する場合の溶剤はリン含有
化合物及びゼオライトに対して比較的不活性なものが使
用される。
適当な溶剤としては液体脂肪族、塗体芳香族または液体
アルコールがある。
リン含有化合物がトリメチルフォスファイトまたは液体
三塩化リンの場合には、n−オクタンなどの炭化水素溶
剤が使用される。
リン含有化合物は溶剤なしで、すなわち液状リン含有化
合物それだけで使用しても良い。
リン含有化合物が気相の場合、たとえばガス状三塩化リ
ンを使用する場合には、リン含有化合物はそれだけで使
用しても良く、または空気または窒素のようなリン含有
化合物に対して比較的不活性なガス状希釈剤と混合して
使用しても良い。
ゼオライトをリン含有化合物と反応させる前に、好まし
くはゼオライトを乾燥させる。
乾燥は空気の存在下で行われる。
乾燥には温度を高めても良いが、ゼオライトの結晶構造
が壊れるような高温を使用してはいけない。
製造工程の後、実際に使用する前にリン含有触媒を加熱
することも好ましい。
この加熱は酸素の存在下、たとえば空気中で行うことが
できる。
加熱は約150℃の温度で行うことができるが、より高
い温度、すなわち約500℃までの温度で行うのが好ま
しい。
加熱は3〜5時間行われる。加熱はリン含有ゼオライト
の触媒効率を高めることが発見された。
これはおそらく加熱によって存在する酸の強度が増加す
るのではなくて酸の部分の数が増加するためであると考
えられている。
加熱温度を高めた方が触媒効率が高まる。
しかしながら加熱温度は約500℃を越えても使用でき
るが、500℃以上の温度は不必要である。
約1000℃の温度でゼオライトの結晶構造は崩壊する
リン含有ゼオライトの結晶構造に含有させるリンの量は
少くとも0.5重量%である。
この位の量のリンを使用すれば、ゼオライトの強酸の部
分の充分な量が多量の弱酸で実質的に置換される。
しかしながら、強酸の部分をさらに多量に弱酸で置換さ
せるためにはリン含有触媒のリンの量を少くとも約0.
78重量%にする必要がある。
使用するリンの量は一般に2.5〜4.5重量%までで
ある。
約4.5重量%より高い量、たとえば15〜25重量%
までのリンを使用することもできるが、このようにリン
含有量が高いと場合によっては触媒活性が低下すること
もある。
ここで「重量%」とはゼオライト100重量部に対する
リンの重量を意味する。
約0.78〜4.5重量%のリンの量はゼオライトlグ
当り約0.25〜1.45ミリ当量のリンに相当する。
前述のようにリンはリン含有ゼオライトの結晶の骨組の
成分としては存在しない。
この証拠はリンを結晶構造に含有させて変性したリン含
有ゼオライトを製造する前後においてゼオライトをX線
回折分析することによって得られた。
ゼオライトの格子面間隔はリンを含有させた前後におい
て実質的に同一である。
一方リン含有ゼオライトの格子面間隔d)、11.10
Å及び9.95Åにおける相対強度はリンに依存し、リ
ン含有ゼオライト中のリンの濃度に応じて相対強度は減
少する。
他の格子面間隔(d)における相対強度はリン含有ゼオ
ライト中のリンの存在によって影響を受けない。
ゼオライトとリン含有ゼオライトとの相違0特徴はゼオ
ライトにリンを含有させることによって生じる格子面間
隔(d)、11.10Å及び9.95Åにおける相対強
度の低下によって表われる。
リン含有化合物と反応させることによってゼオライトに
含有されるリンの量はいくつかのファクターに依存する
その1つは反応時間、すなわちゼオライトとリン含有化
合物とがお互いに接触する時間である。
反応時間が長ければ長いほど、他の全てのファクターは
同等になり、多量のリンがゼオライトに含有されるよう
になる。
他のファクターはリンをゼオライトに含有させるために
使用する反応混合物中のリン含有化合物/ゼオライトの
比である。
リン含有化合物/ゼオライトの比が高くなればなるほど
、他の全てのファクターは同等になり、多量のリンがゼ
オライトに混入される。
ゼオライトに混入されるリンの量に影響を及ぼす他のフ
ァクターは、反応温度、反応混合物中のリン含有化合物
の濃度、リン含有化合物と反応させる前にゼオライトを
乾燥させる度合、及びゼオライトとリン含有化合物との
反応の後のリン含有ゼオライトの乾燥条件がある。
リンが誘導した弱酸の濃度、すなわちリン含有ゼオライ
トの触媒活性は水蒸気と接触させることによって変わる
すなわち、水蒸気と接触させることによって弱酸の部分
の数は増加する。
この増加は、リン含有ゼオライトを触媒として実際に使
用し、その結果原料中に含まれる水蒸気が、あるいは原
料の反応中に生成する水蒸気がリン含有ゼオライトと接
触した後にも生じる。
しかしながら好ましくはリン含有ゼオライトの触媒活性
を最初から高めるために、リン含有ゼオライトを触媒と
して実際に使用する前に水蒸気と接触させた方が良い。
しかもこの水蒸気との接触はリン含有化合物と接触させ
た後加熱する前に行うのが好ましい。
リン含有ゼオライトと水蒸気との接触は適当ないずれの
方法でも行うことができる。
たとえば水蒸気のリン含有ゼオライトへの吸着は周囲の
条件で1時間真空デシケータ−中で行うことができる。
また水蒸気は、ヘリウムなどの不活性ガスを水を入れた
バブラーに通し、その水蒸気を捕捉したガスを反応管中
でリン含有ゼオライトに通すことによってリン含有ゼオ
ライト上に吸着させることもできる。
リン含有ゼオライトは亜鉛を含浸させて変性させても良
い。
リン含有ゼオライトに亜鉛を含浸させるとメタノール及
び/又はジメチルエーテル及びある種の炭化水素の転化
用触媒としての活性をかなり高める。
しかしながら一般に亜鉛を含浸させたリン含有ゼオライ
トを使用して得られる生成物の範囲はリン含有ゼオライ
トを使用して得られるものと類似している。
リン含有ゼオライトは亜鉛塩の溶液と接触させることに
よって亜鉛を含浸させることができる。
たとえばリン含有ゼオライトをリン含有ゼオライトの孔
の容積を満たすのに充分な量の亜鉛塩の溶液と接触させ
ても良く、その場合溶液中の亜鉛塩の濃度はゼオライト
の孔の容積が溶液で満たされる時にリン含有ゼオライト
が所望する量の亜鉛で含浸されるようになるように調製
される。
亜鉛塩が溶剤に対して充分に可溶性でなく、所望する量
の亜鉛がリン含有ゼオライトに含浸しない場合には、溶
液と接触させるたびごとに乾燥して溶剤を除去し、接触
工程を数回繰返しても良い。
溶剤としては比較的不活性なものが使用される。
亜鉛塩は有機塩または無機塩のいずれでも良い。
使用し得る有機塩としては酢酸塩、安息香酸塩、酪酸塩
、蟻酸塩、乳酸塩等がある。
使用し得る無機塩としては臭化物、塩素酸塩、塩化物、
ヨウ化物、硝酸塩、硫酸塩等がある。
亜鉛塩を含浸させた後、リン含有ゼオライトは前述のよ
うに加熱される。
この場合、リン含有ゼオライトを亜鉛で含浸させる場合
、亜鉛で含浸させた後の加熱は前述のような加熱で代用
することができる。
リン含有ゼオライトに含浸させる亜鉛の量は所望通りに
することができる。
いずれの量でも効果があるが少くとも約0.1重量%で
あり、約4重量%より過剰の量は通常必要でない。
これらの量は亜鉛だけの量を意味し、塩のアニオンの量
は含まない。
塩のアニオンについては、亜鉛塩を含浸させた後リン含
有ゼオライトを加熱することによって、または触媒とし
て使用している間にアニオンは除去または破壊され亜鉛
がリン含有ゼオライトの含浸物質として残る。
本発明のリン含有ゼオライトは脂肪族炭化水素の転化触
媒として効果的である。
炭化水素はオレフィンでもパラフィンでも良い。
リンを含有させないゼオライトを使用して脂肪族炭化水
素を転化すると、前述のようにかなりの量の芳香族化合
物が生成する。
一方、実質的に同じ操作条件下でリン含有ゼオライトを
使用して脂肪族炭化水素を転化すると、芳香族はほんの
わずかの量しか生成しない。
原料としてオレフィンを使用すると、その生成物は主と
して高級脂肪族化合物であり、その反応生成物は高いオ
レフィン/パラフィン比を有する。
パラフィンを原料として使用すると、その生成物は主と
してオレフィン及び他のパラフィンである。
リン含有ゼオライトを触媒として使用する脂肪族炭化水
素の転化は種々の反応条件で行うことができる。
その使用温度は約250℃〜700℃である。
原料として使用する脂肪族炭化水素が反応性に富んでい
る場合(特にオレフィンの場合)には反応温度はこの範
囲の下限に近い温度が使用され、一方原料として反応性
の低い脂肪族炭化水素を使用する場合には前述の使用温
度範囲の上限に近い温度が使用される。
たとえばプロピレンの効果的な転化は約300℃の温度
で行うことができるが、エチレンの効果的転化は少くと
も約500℃の温度を必要とする。
重量/時間/空間速度は一般に約1,5〜13.5であ
るが、脂肪族炭化水素反応剤の活性度、及び所望する生
成物の分子量及び形態に応じてはるかに高い空間速度を
使用しても良い。
圧力は所望に応じて適当に選択できる。リン含有ゼオラ
イトを触媒として使用する場合、多孔性の母体、たとえ
ばシリカ−アルミナ、シリカ−マグネシア、シリカ−ジ
ルコニア、シリカートリア、シリカ−ベリリア、シリカ
−チタニア、並びにシリカ−アルミナ−トリア、シリカ
−アルミナ−ジルコニア、シリカ−アルミナ−マグネシ
ア及びシリカ−マグネシア−ジルコニア等と複合させて
使用すると良い。
これらの母体は共ゲルの形態が良い。
細かく粉砕した変性ゼオライトと無機酸化物ゲル母体と
の相対的量比は広範囲に変えることができ、そのゼオラ
イトの含有率は複合体の重量の約1〜約99重量%、さ
らに通常は約5〜約80重量%である。
本発明の方法によってアルキル化される芳香族炭化水素
の例としてはベンゼン、ナフタリン、アントラセン及び
これらの置換誘導体、及びアルキル置換芳香族、たとえ
ばトルエン、キシレン及びこれらの同族体がある。
アルキル化剤としては2〜20個の炭素原子を有するオ
レフィン系炭化水素、たとえばエチレン、プロピレン及
びドテシレン等があり、操作条件用限定的で少くとも部
分的には行うアルキル化反応の種類に依存する。
温度、圧力、空間速度、反応剤のモル比及び不活性希釈
剤の存在などの条件が反応に重要な影響を及ぼす。
従ってこれらの条件がアルキル化生成物の分布状態及び
転化反応並び触媒の脱活性化速度に及ぼす影響の態様を
下記に詳しく記載する。
芳香族炭化水素化合物(たとえばベンゼン)をアルキル
化剤(すなわちオレフィン系炭化水素、たとえばエチレ
ン)でアルキル化させる反応はアルキル化に効果的な条
件で気相中で反応区域(たとえば触媒の固定床)の中で
接触させることによって行われ、前記触媒は前述のよう
な特徴を有し、好ましくは交換し得るカチオンのほとん
どのものが水素イオンでイオン交換されているものであ
る。
一般に結晶性アルミノシリケートゼオライトのカチオン
の50%以上、好ましくは75%以上が水素イオンで占
められている。
アルキル化される芳香族化合物及びオレフィン系炭化水
素は望ましくは適当なモル比で第1工程に供給される。
第1工程に供給される原料は加熱される。
反応が起ってオレフィン系炭化水素の約80%が消費さ
れた時、第1工程の流出物を冷却し反応熱1去し、さら
にオレフィン系炭化水素を加えて(第2工程)芳香族化
合物/オレフィン系炭化水素のモル比を第1工程で定め
た範囲内に保つ。
本発明の方法には複数個の反応工程が可能である。
一般に各工程の間で冷却するのが望ましい。
エチレンを使用してベンゼンを気相でアルキル化する場
合を考えた場合、第1工程におけるベンゼン/エチレン
のモル比は約1/1〜約30/1の範囲内である。
第1工程の原料は約大気圧〜約300 psigの範囲
の圧力で反応器の入口温度(約575下〜約900下)
まで加熱される。
好ましい入口温度は約600F〜約850Fで、好まし
い圧力は約25psig〜約450psigである。
反応工程の繰返しは全体の芳香族炭化水素(たとえばベ
ンゼン)/アルキル化剤(たとえばエチレン)のモル比
を約1/l〜約30/1、好ましくは約2.571〜約
25/1に保って行われる。
工程毎に反応が進行するに従って芳香族/アルキル化剤
のモル比は高まる。
本発明の方法では全体の供給原料の空間速度は非常に高
くすることができる。
すなわち結晶性アルミノシリケート1ポンド当りの単位
時間当りの全体の供給原料は2000ポンドまで可能で
ある。
しかしながら本発明の方法の重要なファクターはアルキ
ル化剤(たとえばエチレン)の重量時間空間速度(WH
8V)である。
それぞれのアルキル化反応工程におけるアルキル化剤の
WH8Vとしては結晶性アルミノシリケート1ポンド当
りの単位時間当りのアルキル化剤が約1〜約10ポンド
に保たれる。
アルキル化剤(たとえばエチレン)の最も望ましいWH
3Vとしては結晶性アルミノシリケート1ポンド当りの
単位時間当りのアルキル化剤(エチレン)が約2〜約8
ポンドの場合である。
エチレンのWH8Vを上記範囲内に保つと触媒の再生の
サイクルが経済的に行われる。
このアルキル化反応は固定触媒床または移動触媒床を使
用して回分式、半連続式または連続式操作として行うこ
ともできる。
好ましい実施態様としては反応前(たとえばベンゼン及
びエチレン)を触媒の移動流動床に順流としてまたは向
流として送る流動触媒床を使用することである。
使用後の流動触媒は再生区域に導かれ、そこで酸素含有
雰囲気、たとえば空気中で高温で燃焼させることによっ
てコークスを触媒から除去し、しかる後その再生した触
媒を転化区域に再循環してそこでさらにベンゼン及びエ
チレン反応剤と接触させる。
リンで変性したゼオライト触媒の再活性化は所望するア
ルキル化反応に触媒を使用した後気化したリン化合物を
その触媒床に通すことによって行われる。
たとえば一定時間使用した触媒にトルエン及ヒ塩化ジフ
ェニルフォスフインの等しい容積比のガス状混合物を約
250℃の高温で%時間以上通すことによって再生する
ことができる。
この処理の後望ましくは約550℃で約Z時間150c
c/分の空気中で加熱される。
本発明の触媒を使用して非常に効果がある芳香族のアル
キル化反応の一例はトルエンのメチル化反応であり、こ
れらの条件下でp−キシレンに対する選択性が非常に高
い。
前記触媒の存在下におけるトルエンのメチル化はトルエ
ンをメチル化剤(好ましくはメタノール)と約り50℃
〜約750℃、好ましくは約り00℃〜約700℃の温
度で接触させることによって行われる。
高い方の反応温度ではシリカ/アルミナ比が高いゼオラ
イトが好ましい。
たとえjf高温ではSiO2/Al2O3比が300以
上のZSM−5ゼオライトが非常に安定である。
反応は一般に大気圧で起こるが、圧力は大体1気圧〜1
1000pSiの間である。
メチル止剤/トルエンのモル比は一般に約0.05〜約
5.0の間である。
メチル化剤としてメタノールを使用する場合にはメタノ
ール/トルエンの適当なモル比はトルエン1モル当りメ
タノールが約0.1〜2モルである。
他のメチル化剤、たとえば塩化メチル、臭化メチル、ジ
メチルエーテル、炭酸メチル、軽質オレフィンまたはジ
メチルサルファイド等を使用する場合にはメチル止剤/
トルエンのモル比は前述の範囲内で変化する。
反応は約1〜約2000.好ましくは約5〜約1500
の重量時間空間速度を使用して適当に行われる。
反応生成物は主としてp−キシレン、するいはp−キシ
レン、0−キシレン及び比較的少量のm−キシレンの混
合物から成り、これらは水コンデンサーを通し、しかる
後カラムに有機相を通してキシレン異性体をクロマトグ
ラフ的に分離するなどして適当に分離できる。
本発明の方法は触媒の固定床または移動床を使用して回
分式、半連続式または連続式操作で行われる。
好ましい実施態様は流動床を使用することテアリ、その
場合反応剤(すなわちトルエン及びメチル化剤)は触媒
の移動流動床を順流としてまたは向流として通される。
使用後の流動触媒は再生区域に導かれ、そこで酸素含有
雰囲気(たとえば空気)中で高温で触媒を燃焼させてコ
ークスを除去し、しかる後その再生した触媒は転化区域
に循環されて再びトルエン及びメチル化剤と接触される
リン含有ゼオライト触媒の再活性化は、トルエンをp−
キシレジにメチル化するのに使用した後の触媒床に気相
のリン化合物を通すことによって行われる。
たとえば一定時間連続して使用した触媒ニトルエン及ヒ
塩化ジフェニルフォスフインの等容積比のガス状混合物
を約250℃の高温で1/2時間以上通すことによって
再生することができる。
この処理の後、望ましくは約550℃で約%時間15O
cc/分の空気中で加熱される。
トルエンのメチル化用のリン変性結晶性アルミノシリケ
ート触媒の活性化はメタノール及び水の混合物を使用し
て約り00℃〜約650℃の温度で少くとも約1時間気
相で処理することによって行われる。
好ましい処理塩度は約り00℃〜約600℃である。
好ましい処理時間は一般に約5〜約30時間、特に約1
0〜約20時間である。
使用するメタノール及び水の混合物のメタノール水の容
積比は2/1〜1/2であり、はぼ等しい容積比が特に
好ましい。
トルエン/水混合物を前記触媒上に通す重量時間空間速
度は好ましくは約5〜約15である。
前記リン変性触媒の活性化は触媒をトルエンのメチル化
反応に使用した後に行われるが、使用する前に括れ化し
ても良い。
本発明のさらに別の実施態様としてはメタノールまたは
ジメチルエーテルのような非炭化水素の転化反応に少く
とも約300℃の温度で前述の触媒を使用することであ
る。
メタノールまたはジメチルエーテルは約300℃〜70
0℃の温度で触媒と接触させる。
この温度は好ましくは少くとも約350℃である。
温度が約300℃以上に増加するに従ってメタノールま
たはジメチルエーテルの転化率は増加する。
ここで「転化」とは触媒の存在下で反応して他の化合物
を生成するメタノールまたはジメチルエーテルの重量%
を意味する。
しかしながら温度が約700℃に近づくにつれてオレフ
ィンの選択率が減少する。
ここで「選択率」とは転化したメタノールまたはジメチ
ルエーテルがオレフィンになる重量%を示す。
約750℃以上の温度は避けるべきで、このように高い
温度では触媒及びオレフィン生成物の両方に悪影響を及
ぼす。
メタノール単独またはジメチルエーテル単独で触媒と接
触させても良い。
しかしながらメタノール及びジメチルエーテルの混合物
を原料として使用しても良い。
メタノールを反応剤として単独にまたはジメチルエーテ
ルと混合して使用する場合、メタノールは触媒の存在下
で反応してまずジメチルエーテルを生成し、しかる後生
成する生成物は触媒の存在下におけるジメチルエーテル
の反応ニよって生成するものである。
さらに得られる生成物はメタノールまたはジメチルエー
テルのそれぞれとこれら自体との反応だけに依存し、メ
タノールまたはジメチルエーテルの他の反応剤は必要で
ない。
メタノールまたはジメチルエーテルの反応は好ましくは
気相において行われる。
固定床または移動床の操作が使用できる。
好ましくは固定床が使用される。
一般にメタノールまたはジメチルエーテルは1.5〜1
4.5の重量時間空間速度(WH8V)で触媒床に通さ
れる。
上記値より低いWH3Vを使用しても良い。
転化温度をいずれにしても低いWH8Vでより高い転化
率が得られる。
本発明は下記の実施例によって詳しく説明される。
例1〜7は本発明の触媒組成物の製造法及び本発明の触
媒組成物の特徴を示す。
例8〜例168は本発明により得られた触媒の使用を示
す参考例である。
例8〜15はパラフィン及びオレフィンを高級オレフィ
ン生成物に転化する場合の本発明の触媒組成物の使用を
示す。
例16〜23はオレフィンをアルキル化して原料のオレ
フィンの分子量より高い分子量のオレフィンを生成する
場合の本発明の触媒組成物の使用を示す。
例24〜40は芳香族炭化水素のアルキル化、特にベン
ゼンをエチルベンゼンに転化する場合の本発明の触媒組
成物の使用を示す。
例41〜151はトルエンをメチル化して多量のp−キ
シレンを製造する場合の本発明の触媒組成物の使用を示
す。
例152〜162はトルエンのメチル化反応に使用す
る本発明の触媒組成物をメタノール及び水の混合物で予
備処理することによって活性化する方法を示す。
例163〜168は非炭化水素、特にメタノール及びジ
メチルエーテルをオレフィンに富んだ生成物に転化する
場合の本発明の触媒組成物の使用を示す。
例1゜ この例はリン含有ゼオライトの製造例である。
結晶性アルミニウムゼオライトのいくつかを組合わせて
複合体を製造した。
これらのアルミノシリケートゼオライトのそれぞれはカ
チオンとしてナトリウムを含有するZSM、5であり、
水酸化テトラプロピルアンモニウムを使用する従来の技
術によって製造した。
前記複合体は70のシリカ/アルミナ比を有し、個々の
ゼオライト触媒は下記の範囲の組成、Na 1.1〜1
.4%、C4,22〜7.31%、NO,39〜0.6
3%、A12032.25〜2.45%、及び5i02
91.3〜95.0%を有しな。
C/N原子比は12,5〜13.5であり、Na/AI
原子比は約1.2であった。
粉末状め複合体を窒氷の流れのもとで540℃に加熱し
く加熱速度2.5℃/分)、その温度で16時間保って
水酸化テトラプロピルアンモニウムの残渣を除去した。
これをしかる後ウェーファー状にプレスし、粉砕して8
〜12メツシユのふるいにかけ、しかる後0.5 N
NH4NO3でイオン交換してNa十をNH4+で置換
した。
その結果得られるペレットを空気中で乾燥し、空気中で
500℃で3〜16時間焼成してNH4+をH+に置換
した。
この時点におけるサンプルを「活性化した酸型ゼオライ
リと呼ぶことにする。
このゼオライトのサンプル10グを、フラスコでn−オ
クタン50ccにトリメチルフォスファイト3.94c
cを溶解した溶液に加えた。
窒素を徐々に流しながらこの混合物を還流温度(約12
0’G)に72時間加熱した。
10インチのビグロー・カラムをフラスコに入れて蒸留
し、21グの液状物を90〜113℃で回収してこれを
後に分析した。
得られた固体を濾過し、それぞれ100ccのペンタン
、塩化メチレン及びペンタンで洗浄した。
これらを空気乾燥し、しかる後真空炉の中で110℃で
1晩乾燥させた。
これらを次にウェーファー状にプレスし、粉砕し、8〜
12メツシユのふるいにかけ、空気中で500℃で3時
間加熱した。
こうしてリン含有ゼオライトを得た。
別の10個のゼオライトサンプルを使用し、トリメチル
フォスファイト/ゼオライトの比及び反応時間(すなわ
ちトリメチルフォスファイトとゼオライトとの接触時間
)を変えて前記手順を繰返した。
これらのサンプルのうちの1つについては500℃では
な(て300℃で加熱した。
これらのサンプルのうちの別のサンプルについては過剰
の量のトリメチルフォスファイト(n−ヘキサン溶剤を
使用せず)を使用して処理した。
それぞれのリン含有ゼオライトの1部をX線で分析した
その結果は下記の表Iに示し、1000〜1100℃で
約0.5時間加熱した後め乾燥状態の重量から重量%を
算出した。
この加熱は乾燥状態を確保して分析するためのもので、
リンは保持されるが、結晶構造はおそらく破壊される。
比較の目的で、リン含有ゼオライトに転化する前のゼオ
ライト(サンプル1)の分析値を記載する。
サンプル6は300℃で加熱したサンプルである。
サンプル11は溶剤を加えない過剰量のトリメチルフォ
スファイト単味で処理したサンプルである。
重量損失は熱的重量損失であり、Dupontモデルの
器具を使用して標準の方法で900℃で測流した。
下記の表に示した重量損失のほとんどは水分であり、そ
れに微量の有機物(〜0.5〜2%)がガスとして失わ
れた。
例2 この例もリン含有ゼオライトの製造例である。
活性化した酸型28M−5ゼオライトをフラスコに入れ
た。
このフラスコは温飽戦パージ用窒素ガス供給装置、還流
コンデンサー、滴下ろうと、及びフラスコの頂部から導
かれている窒素の排出ライン上に取付けた塩化カルシウ
ムを入れたびんを備えている。
窒素をフラスコに流して水分を除去しながらこのゼオラ
イトを230〜240℃に約2時間加熱した。
しかる後ゼオライトを冷却させ、滴下ろうとから三塩化
リン5−0ccをゼオライトに加えた。
ゼオライトの表面は直ちに明かるい黄オレンジ色に変わ
った。
このゼオライト及び三塩化リンのスラリーを20時間注
意深く還流した。
冷却後、リン含有ゼオライトを1別し、クロロホルム1
50ccで洗浄し、真空炉中で110℃で乾燥した。
これをしかる後中央部が加熱器で囲まれた石英管に入れ
、130〜140℃に加熱した。
30〜50℃で水で飽和した窒素を石英管に20時間流
した。
この工程で塩化水素が発生した。しかル後リン含有ゼオ
ライトを乾燥した窒素中で150℃で加熱した。
このゼオライトを分析したところ2.95重量%のリン
を含有することがわかった。
例3 この例もリン含有ゼオライトの製造例である。
活性化した酸型28M−5ゼオライト7グを中央部に加
熱器を備え付けた石英管に入れた。
このゼオライトを乾燥した窒素中で500℃で1.5時
間加熱して水分を除去した。
300℃に冷却した後、三塩化リンの蒸気44gを3時
間にわたってゼオライト中に通した。
キャリアガスとしては窒素を使用した。
この系は注意深く水分から保護した。
この処理の後、窒素の代わりに空気を入れて、400℃
の温度で16時間100.cc/分の速度で空気をゼオ
ライト上に流した。
その結沫得られるリン含有ゼオライトを分析したところ
リンの含有率は1.38重量%であった。
゛例4 この例はリン含有ゼオライトの他の製造例である。
例2で使用したのと同じような装置中で乾燥した活性化
した酸型28M−5ゼオライ)15.Ofをトリメチル
フォスファイト単味(溶剤無し)100ccとともに2
0時間捺流した。
冷却後、ゼオライトを1別し、まず塩化メチレンで次に
ペンタンで洗浄し、真空炉の中で減圧し、空気中で50
0℃で22時間加熱した。
加熱後の全体の乾燥重量は15.8gであった。
得られたリン含有ゼオライトを分析したところリンの含
有率は2.68重量%であった。
例5 この例もリン含有ゼオライトの製造例枡す。
例3と同じ方法で、活性化した酸型28M−211ゼオ
ライト8.8gを三塩化リン及びシクロヘキサンの等容
積比の溶液741を使用して300〜450℃で3,3
時間処理した。
例に の例はリン含有ゼオライトを触媒として使用した場合の
リン含有ゼオライトの安定性を示す。
例1で製造したサンプル4、5及び7のリン含有ゼオラ
イトをそれぞれ転化反応の触媒として使用した。
サンプル7を使用した転化は水蒸気の存在下で行われた
サンプル4を使用した反応ではリン含有ゼオライトを反
応中空気中で500℃で焼成することによって2度再生
した。
サンプル5及び7を使用した反応ではリン含有ゼオライ
トをそれぞれ同様に1度及び4度再生した。
触媒として使用した前後においてリン含有ゼオライトを
X線で分析し、その結果を下記の表2に示した。
上記表2から、リン含有ゼオライトを触媒として使用し
、再生してもリン含有ゼオライトの組成、特にリンの含
有率が実質的に変わらないことがわかる。
リンが損失しないということはリンとゼオライトとは強
固に結合していることを示している。
例7 この例はリンをゼオライトに混入した場合、ゼオライト
のユニット・セルの大きさには影響を及ぼさないが、格
子面間隔11.10Å及び9.95Åにおける相対強度
が減少することを示す。
リンを含有しないZSM−5ゼオライト1個及びリンを
含有するZSM−5ゼオライト4個(それぞれのリンは
違った量で含まれる)をX線分析にかげ、X線回折パタ
ーンを測定した。
このパタ−ンはCuKa(双子線)放射線を使用するグ
ロボーショナルカウンター回折メーターによって自動的
に測定した。
ピークの高さ、■、及びバンドの位置は2θの関数であ
り、相対強度(100I/Io)(Ioは最強のライン
の強度)及び格子面間隔(λ)を算出するのに使用され
る。
表3はリンの濃度を変えて7つの主な格子面間隔の位置
における相対強度を比較している。
表3かられかるように格子面間隔(d)はリン含有ゼオ
ライトもリンを含有しないゼオライトも実質的に同一で
ある。
しかしながら格子面間隔d=11.10Å及びd =
9.95Åにおける相対強度についてはリン含有ゼオラ
イトの場合に減少し、その減少の度合はリンの含有量に
応じて直線的に減少した。
リン含有ゼオライトの格子面間隔(d)もリンを含有し
ないゼオライトの格子面間隔(d)も実質的に同一であ
るということはリンがリン含有ゼオライトの結晶の骨組
の構成成分として存在するものではないことを示す。
リンの含有率が0.78重量%の場合には格子面間隔(
d)が11.10Å及び9.95Åの場合における相対
強度は少くとも15%減少することがわかった。
例8 この例はオレフィン(すなわちエチレン)の転化に関す
るリン含有ゼオライトの触媒的効果を示す。
触媒としては例1で製造したリン含有ゼオライト(サン
プル3)を使用し辷エチレンを500℃で重量時間空間
速度(WH8V)を1.45にして触媒上に通した。
生成物を1時間にわたって回収し、その生成物を分析し
た。
比較のために例1のサンプル1であるリンを含有しない
触媒上にエチレンを500℃でWH8Vを1.5にして
流した。
その結果を下記の表4及び表5に示す。
表4は生成物の選択率を重量%で示したものであり、表
5は生成物の分析値を重量%で示したものである。
表4かられかるように、リン含有ゼオライトを使用した
場合の芳香族の選択率は4.04%であり、一方リンを
含有しないゼオライトを使用した場合の芳香族の選択率
は37、37%であった。
リン含有ゼオライトを使用した場合にはオレフィン/パ
ラフィン比は38.7/1であり、リンを含有しないゼ
オライトの場合にはオレフィン/パラフィン比は0°2
/1であった。
リン含有ゼオライトの場合、エチレンは主としてプロピ
レン(42,13%選択率)及びC3(33,83%選
択率)に転化された。
例9 この例は方控オレフィン(すなわちプロピレン)を転化
する場合のリン含有ゼオライトの触媒的効果を示す。
プロピレンを300℃及び400℃で例1のサンプル3
のリン含有ゼオライト上に流した。
プロピレンの流す速度は82cc/分であり、リン含有
ゼオライトの使用量は4.75S’であった。
重量時間空間速度は1.8であった。
それぞれの温度において生成物を1時間にわたって回収
して、分析した。
比較のためにプロピレンを例1のサンプル1のリンを含
有しないゼオライト上に同様に流した。
その結果を表6及び表7に示す。
表6は生成物の選択率を重量%で示したものであり、表
7は生成物の分析値を重量%で示したものである。
この表かられかるように触媒としてリン含有ゼオライト
を使用した場合にはリンを含有しないゼオライトを使用
した場合と比較して芳香族の生成は抑制され、オレフィ
ン/パラフィン比が高い。
リン含有ゼオライト上のプロピレンの主要反応はC6脂
肪族(主としてオレフィン)への三量化反応でふった。
表6かられかるように、400℃の反応温度において、
リン含有ゼオライトを使用する場合には、C6留分への
選択率は58重量%であり、これに反してリンを含有し
ないゼオライトを使用する場合には約3重量%であった
同様にリン含有ゼオライトを使用する場合の芳香族の選
択率は3重量%であるのに対し、リンを含有しないゼオ
ライトを使用する場合の芳香族の選択率は約38重量%
であった。
次の主要(オレフィン系)生成物はC5であり、プロピ
レンからC5及びC6脂肪族への合計収率(選択率)は
80.9重量%であった。
この他、リン含有ゼオライトを使用した場合の特筆すべ
き特徴は芳香族の収率が非常に低いことであり、エタン
及びブタンが生成せず、プロパンの収率が低い(<1%
)ことである。
反応温度が300℃の場合にはC6の選択率が割合低く
39.5%であった。
300℃の反応温度では400℃の反応温度の帯金と比
較してC5の収率が減少し、C7の収率は増加(21,
6重量%まで)した。
C5、C6及びC7+の合計収率は74.9重量%であ
った。
例10 この例はプロピレンを転化するに際して空間速度を高く
した場合のリン含有ゼオライトの触媒としての効果を示
す。
プロピレンを、活性化した酸型28M−5ゼオライトか
ら製造したリン含有ゼオライト上に重量時間空間速度を
13.5にして3種の違った温度で流した。
その生成物を回収し、分析した。表8はその反応温度、
転化率及び生成物の選択率を示す。
上記表かられかるように主要生成物はオレフィンに富ん
だC4−C7脂肪族化合物であった。
また上記表かられかるようにブテンの量が比較的高かっ
た。
この表かられかるようにC5〜C7脂肪族留分は大半が
オレフィン系化合物の混合物であった。
例11 この例はパラフィン(すなわちn−ヘキサン)を転化す
る場合のリン含有ゼオライトの触媒的活性を示す。
例1のサンプル3のリン含有ゼオライト上に600℃及
び700℃でn−ヘキサンを流した。
重量時間空間速度(WH8V)はそれぞれ1.96及び
1.95であった。
その生成物を分析し、その選択率についての結果を下記
の表9に示す。
比較のためにリンを含有しんい3種の違ったゼオライト
上にn−ヘキサンを600℃及び700℃で重量時間空
間速度を2.0にして流して得られた結果を列記す、否
表にゼオライトAと表わしたものは例1のサンプル1と
同じゼオライトであり、ゼオライトB及びゼオライトC
と表わしたものは同じタイプのものであるが、それぞれ
の結晶子がゼオライトAよりも小さいものと大きいもの
である。
さらにゼオライトCを使用した転化反応ではn −ヘキ
サンとともに空気を供給し、その生成物は14.8重量
%の一酸化炭素及び二酸化炭素を含んでいた。
下記の表かられかるように、リン含有ゼオライドラ使用
した場合にはリンを含有しないゼオライトの場合よりも
芳香族の収率が低い。
さらにリン含有ゼオライトを使用した場合にはリンを含
有しないゼオライトの場合よりもオレフィンの収率が高
い。
例12 この例は希釈剤、すなわち水または窒素の存在下でパラ
フィン(すなわちn−へキサン)を転化する場合のリン
含有ゼオライトの触媒的効果を示す。
活性化した酸型ZSM−5から製造したリンの含有率が
4.38重量%のリン含有ゼオライト上に600℃でn
−ヘキサンを流した。
実験1はn−ヘキサンを窒素で希釈し、実験2はn−ヘ
キサンを水で希釈した。
その生成物を回収し、分析した。その選択率(重量%)
についての結果を下記の表10に示す。
表10にはn−ヘキサンのWH8V及び窒素及び水のW
H8Vも示した。
実験10転化率(重量%)は16であり、実験2は39
であった。
前記衣かられかるように芳者族は全熱生成せず、主要生
成物はC2〜C4オレフインであった。
例13 この例は亜鉛を含浸させたリン含有ゼオライトを使用し
てパラフィン(すなわちn−ヘキサン)を転化させた場
合の触媒活性を示す。
活性化した酸型28M−5ゼオライトから製造した4、
45重量%のリンを含有するリン含有ゼオライトをその
孔の容積を満たすのに充分な量の硝酸亜鉛水溶液に浸漬
した。
しかる後その硝酸亜鉛溶液を含有するリン含有ゼオライ
トを100cc/分の空気の流れの中で500℃で1時
間加熱した。
その結果得られる亜鉛を含浸させたリン含有ゼオライト
は1重量%の亜鉛を含有した。
この亜鉛を含浸させたリン含有ゼオライト上に4種の違
った温度でn−ヘキサンを流した。
その生成物を回収し、分析した。
表11は使用温度、重量時間空間速度、転化率及び選択
率についての結果を示す。
例14 この例は他のオレフィン、すなわちブテン〜2(シス−
及びトランス−異性体の混合物)を転化する場合のリン
含有ゼオライトの触媒活性を示す。
活性化した酸型28M−5ゼオライトから製造したリン
含有ゼオライト上、に4種の違った温度でブテン−2を
流した。
最初の3つの実験ではリン含有率が4.38重量%のリ
ン含有ゼオライトを使用し、ブテン−2を窒素と混合し
た。
第4の実験ではリン含有率が3,67重量%のリン含有
ゼオライトを使用し、窒素をブテン−2と混合しなかっ
た。
その生成1回収し、分析した。表12は使用温度、ブテ
ン−2及び窒素のWH8v、転化率(重量%)及び生成
物の選択率(重量%)を示している。
前記表かられかるように主要生成物はC5+化合物であ
った。
これらの生成物はオレフィンに富んでおり、異性体の齢
物である。
芳香族化合物の生成物はそれぞれ少ない。
例15 この例は主としてパラフィン系の原料(すなわち軽質ナ
フサ)を転化する場合のリン含有ゼオライトの触媒活性
を示すものである。
活性化した酸型ZSM−5から製造したリン含有ゼオラ
イト上に650℃でアラビア軽質ナフサ(C5〜290
’F、密度=0.6984)を供給した。
このナフサは、C3=19.51;C6=47.80;
C7+=24.06;ベンゼン−0,57;トルエン=
2.90;キシレン−5,07;C9+芳香族=0;及
び全芳香族=8.54の組成(重量%)を有した。
リン含有ゼオライトは4.42重量%のリンを含有し、
使用する前に500℃で空気中で焼成し、WH8Vをそ
れぞれ2,41.2.38、及び2.44にしてそれぞ
れ2時間の3種の実験を行った。
この生成物を回収して分析した。
表13は転化率及び得られた生成物の組成(重量%)及
び選択率(重量%)を示し、かつこの中に示した方の数
字が選択率を示す。
この表かられかるように得られた結果は例11のn−ヘ
キサンの転化によって得られたものとおおざっばに匹敵
する。
軽質ナフサの場合、C2−C4オレフィンは650℃で
51重量%の選択率(3回の実験の平均値)を有するの
に対し、n−ヘキサンの転化の場合には600℃及び7
00℃における選択率は56重量%である。
芳香族はn−ヘキサンの転化の場合よりわずかに高く、
平均して7.9%の新しい芳香族が生成した。
原料ナフサに最初から含まれている芳香族の量は前述の
ように8.54重量%であった。
例1に の例はアルキル化されるオレフィンとしてエチレンを使
用し、アルキル化剤としてジメチルエーテルを使用した
場合の本発明のアルキル化反応を示すものである。
この例で使用する触媒は下記の手順に従って製造した。
いくつかの結晶性アルミノシリケートを一緒にして複合
体を製造した。
これらのアルミノシリケートのそれぞれはカチオンとし
てナトリウムを含有するzSM−5であり、水酸化テト
ラプロピルアンモニウムを使用して製造した。
この複合体はシリカ/アルミナ比が7.0であり、個々
のゼオライト触媒は下記の範囲、Na=1.1〜1.4
%;C=4.22〜7.31%;N=0.39〜0.6
3%:A12O3=2.25〜2.45%及び5i02
=91.3〜95.0%の組成を有した。
C/N原子比は12.5〜13.5であり、Na/Al
比は約1.2であった。
この複合体は粉末状であり、窒素の流れのもとで540
℃の温度まで加熱され(加熱速度−約り5℃/分)、水
酸化テトラプロピルアンモニウムの残渣を除くためにこ
の温度で16時間保った。
しかる後これをウェーファー状にプレスし、粉砕し、8
〜12メツシユのふるいにかげ、しかる後0.5NNH
4N03でイオン交換してNa+をNH4+でイオン交
換した。
その結果得られるペレットを空気乾燥し、空気中で50
0℃で3〜16時間焼成し、それによってNH4+をH
+に交換してゼオライト触媒を調製した。
ゼオライトのサンプル10gを、フラスコ中で50cc
のn−オクタンに3.94ccのトリメチルフォスファ
イトを溶解した溶液に加えた。
窒素を除徐に流しながら、この混合物を還流温度(約1
20℃)で72時間加熱した。
10インチのピグロー・カラムをフラスコに入れ蒸留し
、21りの液体を90〜113℃で回収して、しかる後
分析した。
得られた固体はろ過し、それぞれ100CCのペンタン
、塩化メチレン及びペンタンで洗浄した。
これらを空気乾燥し、しかる後真空炉中で110℃で1
晩乾燥した。
これらはしかる後ウェーファー(薄片)状にプレスし、
粉砕し、8〜12メツシユのふるいにかけ、使用する前
に反応温度で30分間窒素中で加熱した。
その結果得られるリン含有ゼオライト触媒は約3.5重
量%のリンを含有した。
こうして得られた触媒の固定床上に300℃の温度でほ
ぼ等モル比のエチレン及びジメチルエーテルの混合物を
流した。
この生成物を回収し、分析した。
比較のためにこの触媒の固定床上にエチレン及びジメチ
ルエーテルをそれぞれ単独で同様に流してその生成物を
回収し、分析した。
下記の表14並びに下記の例17〜230表は使用した
反応剤、その反応生成物、反応生成物の選択率(重量%
)、それぞれの反応剤の重量時間空間速度、それぞれの
反応剤の転化率(重量%)及び物質収支を記載している
下記の表14かられかるようにアルキル反応において所
望す、るアルキル化反応生成物であるプロピレンの選択
率は85%であった。
一方、反応剤としてエチレンを単独に使用した場合のプ
ロピレンの選択率は0であり、ジメチルエーテルを単独
に使用した場合のプロピレンの選択率は50%しかなか
った。
実験3のアルキル化反応の場合、エチレンの転化率がマ
イナスになっている理由はジメチルエーテルがアルキル
化反応においてプロピレン及び他の生成物を製造するの
に使用される量よりむしろエチレンを製造するのに使用
される量の方が多いためである。
例17 この例は本発明の方法によってプロピレンをジメチルエ
ーテルでアルキル化する反応を示す。
例16で使用したのと同じ触媒の固定床上にほぼ等モル
比のプロピレン及びジメチルエーテルの混合物を流した
いろいろな温度及び重量時間空間速度を使用した。
得られた生成物を回収己、分析した。
比較のために、それぞれの温度において触媒の固定床上
にプロピレン及びジメチルエーテルをそれぞれ単独で流
し、その生成物を回収し、分析した。
300℃の温度で2つの比較実験を行い、第2の比較実
験は鞘1の比較実験より高い重量時間空間速度で行った
反応条件及びその結果を下記の表15.16及び17に
示す。
下記の表かられかるように、反応温度を300℃から3
50℃にした時、所望するアルキル化生成物であるブテ
ン(n−C4H3)の選択率が減少した(表15及び1
6を比較参照)。
表17を参照すると、ブテンの選択率は300℃でもつ
とも高く、350℃及び450℃ではかなり低いこと祈
わかる。
これは高い温度では副反応及び他の反応経路が活発にな
るためである。
ジメチルエーテルの転化率は温度が高くなるほど高くな
った。
実験3において、プロピレンの転化率がマイナスになっ
ている理由はジメチルエーテルがアルキル化反応におい
てブテン及び他の生成物を製造するのに使用される量よ
りむしろプロピレンを製造するのに使用される量の方が
多いためである。
例18 この例はリンの含有率が比較的低い触媒を使用して本発
明の方法に従ってジメチルエーテルでプロピレンをアル
キル化する場合を示している。
使用した触媒はり、ン含有率を1.45重量%とした他
は例16で使用した触媒と同様な方法で製造したもので
ある。
この触媒の固定床上に250℃の温度でほぼ等モル比の
プロピレン及びジメチルエーテルの混合物を流した。
この生成物を回収し、分析した。
比較のためにこの触媒の固定床上にプロピレン及びジメ
チルエーテルをそれぞれ単独で流し、その生成物を回収
して分析した。
その結果を表18に示す。
実験3においてプロピレンの転化率の値がマイナスにな
ったのは前の例17の実験3について述べた理由と同じ
であった。
例19 この例は本発明の方法に従ってジメチルエーテルでプロ
ピレンをアルキル化する反応を示す。
この例において、例16で使用したのと同じタイプの触
媒の固定床上にいろいろな温度及び空間速度でプロピレ
ン及びジメチルエーテルのほぼ等モル比の混合物を流し
た。
この触媒はリンの含有率が3.77重量%であり、使用
する前に空気中で500℃で1時間加熱した。
下記の表19.20及び21にその反応条件及び結果を
示す。
下記の表かられかるように所望するアルキル化生成物(
すなわちC4オレフィン)の選択率は重量時間空間速度
が高(なるに従ってがなり高くなったが、温度によって
は大きな影響を受げなかった。
しかしながら反応剤の転化率は温度とともに上昇した。
例20 この例は本発明の方法に従ってジメチルエーテルでブテ
ン−2をアルキノイヒする反応を示す。
例19で使用したのと同じタイプの触媒の固定触媒上に
いろいろな温度でブテン−2及びジメチルエーテルのほ
ぼ等モル比の混合物を流した。
その生成物を回収し、分析した。
比較のためにそれぞれの温度でこの触媒の固定床上にブ
テン−2及び窒素の等モル比の混合物及びジメチルエー
テル及び窒素の等モル比の混合物をそれぞれ流し、その
生成物を回収し、分析した。
2つの個々の成分、オレフィン及びエーテルをそれぞれ
窒素で希釈したのは、空間速度及び他の反応条件を同じ
にした場合のオレフィン及びエーテルの混合物について
得られる結果とを比較するためであった。
これらの反応条件及び結果を下記の表22に示す。
下記の表22かられかるように、所望するアルキル化反
応生成物であるC5オレフィンの選択率は温度を275
℃から300℃に高めた場合に高まるが、温度を325
℃に高めた場合には減少した。
例21 この例は本発明の方法によってジメチルエーテルでイン
ブテンをアルキル化する反応を示す。
リンの含有率を変えた以外は例19で使用したのと同じ
タイプの触媒の固定床上に300℃でイソブチン及びジ
メチルエーテルの等モル比の混合物を流した。
この生成物を回収し、分析した。比ン(較のためにこの
触媒の固定床上にインブテンを単独で流した。
さらに比較する目的で違ったリン含有率を有する同じタ
イプの触媒の固定床上に窒素及びジメチルエーテルのほ
ぼ等モル比の混合物を流した。
それぞれの場合について得られた生成物を回収し、分析
した。
その得られた結果並びに触媒のリン含有率を下記の表2
3に示す。
例 22 この例ではアルキル化剤としてジメチルエーテルを使用
してイソブチンをアルキル化することによって得られた
結果をアルキル化剤としてメタノールを使用して得られ
た結果と比較した。
例16で使用したのと同じタイプの触媒上に3種の違っ
た温度でイソブチン及びジメチルエーテルのほぼ等モル
比の混合物及びイソブチン及びメタノールのほぼ等モル
比の混合物を流した。
それぞれの実験における生成物を回収し、分析した。
その結果を下記の表24に示す。
下記の表24かられかるように、所望する反応ン水生成
物であるC5オレフィンの選択率はジメチルエーテルを
使用した場合の方がメタノールを使用した場合より高か
った。
例23 この例は本発明の方法に従って塩化メチルでプロピレン
をアルキル化する反応を示す。
リンの含有率を変えた以外は例19と同じように製造し
た触媒の固定床上に2種の違った温度でプロピレン及び
塩化メチルのほぼ等モル比の混合物を流した。
比較のためにプロピレン及び塩化メチルの混合物につい
て使用したのと同じタイプの触媒上に窒素及びプロピレ
ンのほぼ等モル比の混合物を流した。
またさらに比較の目的で、わずかにリンの含有率を高く
した以外は例19と同じように製造した触媒の固定床上
に別の温度でプロピレンを単独で流した。
この生成物を回収して分析した。
下記の表25は触媒のリン含有率、反応条件及び選択率
についての結果を示す。
下記の表25かられかるように300℃では塩化メチル
は不活性であったが、350℃では塩化メチルはアルキ
ル化反応に参与し、所望するアルキル化反応生成物であ
るC4 オレフィンの選択率は45.1%であった。
例24 H2SM−5(65重量%)及びアルミナ・バインダー
(35重量%)を含有するH2SM−5押出し成形物3
7及びトルエン45m1を1時間還流した。
この混合物をしかる後冷却し、トリンテルフォスフェー
ト1.15gを加えた。
還流をしがる後さらに16時間続け、溶剤を蒸発奈せて
リンで変性した触媒を生成した。
触媒中のリンの理論的含有率は7.1重量%であったが
、実際のリン含有率は4.7重量%であった。
ベンゼン/エチレンのモル比が1.41であるベンゼン
及びエチレンの混合物から成る原料を重量時間空間速度
を7.51にし、温度を842Fにして前記角実媒上に
流した。
mにH2SM−5(65重量%)及びアルミナ(35重
量%)を含有する触媒をリンを含有させないで使用して
、同様な条件で反応を行った。
下記の表26かられかるように、リンで処理した触媒を
使用した場合にはリンで処理しない触媒を使用した場合
よりもエチルベンゼンの選択率が高く、より純粋なエチ
ルベンゼンが得られた。
上述のようにして得られたエチルベンゼン中の不純物を
下記の表に示す。
前記データかられかるように本発明のリン含有触媒を使
用した場合にはリンを含有しない触媒と比較して純度の
高いエチルベンゼンが得られ、選択率も高かった。
例25 H2SM−5(65重量%)及びアルミナ・バインダー
(35重量%)から成るH2SM−5押し成形物45g
をトルエン675m1と1時間還流した。
この混合物をしかる後冷却し、トリメチルフォスフェー
ト20.70gを加えた。
還流をさらに16時間続け、しかる後溶剤を蒸発させて
リンの理論含有率が8.26重量%であるリン変性触媒
を生成した。
この触媒を試験する前に500℃で3時間焼成した。
この後触媒中のリンの実際の含有率は4.7重量%であ
った。
ベンゼン/エチレンのモル比が55であるベンゼン及び
エチレンの混合物から成る原料をこの触媒上に重量時間
空間速度を9.4/時間にし、752下の温度で流した
比較のためにリンを含有しないH2SM−5(65重棗
%)及びアルミナ(35重量%)から成る触媒を同様な
条件で使用した。
下記の表28かられかるようにリン含有触媒を使用した
場合にはリンを含有しない触媒を使用した場合よりもか
なり純粋なエチルベンゼンが得られた。
例26 ベンゼン/エチレンのモル比が1.4でアルベンゼン及
びエチレンの混合物から成る原料を重量時間空間速度を
7.5にして570Fの温度で例1の触媒上に流した。
この温度を周期的に750Fに高め、この温度でこの触
媒の特性を測定した。
リンで変性しないH2SM−5(65重量%)及びアル
ミナ(35重量%)から成る触媒を同様な操作条件で使
用した。
エチレンを転化した場合の触媒の老化特性を、エチレン
の転化率とエチレンの供給時間との関係を測定したとこ
ろ、本発明のリン含有触媒はリンを含有しない触媒より
も老化速度が低いことがわかった。
この効果によりリン含有触媒の場合にはリンを含有しな
い触媒の場合より触媒再生するまでの間隔が長くなり、
その結果経済的に有利である。
例27 65重量%のH2S量−5及び35重量%のアルミナバ
インダーを含有するH2S量−5押出し成形物45グを
トルエン675m1と1時間還流した。
この混合物をしかる後冷却し、トリメチルフォスフェー
ト17.25gを加えた。
還流をさらに16時間続け、しかる後溶剤を蒸発させて
リンの理論含有率が7,11重量%のリン変性触媒を生
成した。
この触媒をテストする前に500℃で1時間、450℃
で13.5時間焼成した。
処理後の触媒のリンの実際の含有率は4.9重量%であ
った。
例28 65重量%のH2S量−5及び35重量%のアルミナバ
インダーを含有するH2S量−5押出し成形物10gを
24.3重量%のH3PO4を含有するリン酸水溶液1
4.0gと接触させた。
触媒の含浸はこの混合物を減圧し、触媒の孔を完全に満
たすために3回行った。
この混合物をしかる後減圧圧下で蒸発させて乾燥させ、
500℃で14時間焼成させた。
触媒中の理論的リン含有率は8.6重量%であったが、
処理後の触媒のリンの実際量は7.3重量%であった。
例29 65重量%のH2S量−5及び35重量%のアルミナバ
インダーを含有するH2S量−5押出し成形物10gを
85%のH3P0430gを100m1に薄めたリン酸
水溶液に15分間浸漬した。
過剰の溶液をデカンテーションによって除き、得られた
触媒を110℃で2時間乾燥し、テストする前に500
℃で約14時間焼成した。
触媒中のリンの理論含有率は6.8重量%であったが、
処理後の触媒のリンの実際量は7.3重量%であった。
例30〜32 ベンゼン/エチレンのモル比力5.5であるベンゼン及
びエチレンの混合物から成る原料を使用してベンゼンを
エチレンでアルキル化するのに例27.28及び29の
触媒を使用した。
反応条件は温度が752下で、圧力がOpsig であ
り、重量時間空間速度が9.4であった。
その得られた結果を、リンで変性しない65重量%のH
2S量−5及び35重量%のアルミナを含有する触媒を
使用して同一の反応条件で行って得られた結果と比較し
た。
これらの結果を下記の表29に示す。
例33 65重量%のH2S量−5及び35重量%のアルミナバ
インダーを含有するH2S量−5押出し成形物10Pを
ト”リメテルフオスフエート4.79g及び水10.0
gの溶液と接触させた。
触媒の含浸はこの混合物を減圧させて脱気させ、触媒の
孔に溶液を完全に満たすために3回行った。
この混合物をしかる後減圧下で蒸発させて乾燥させ、5
00℃で14時間焼成した。
触媒中のリンの理論含有率は8.5であった。
例34 65重量%のH2SM−5及び35重量%のアルミナバ
インダーを含有するH2SM−5押出し成形物10gを
トリメチルフォスフェート6.8gを水で20CCに薄
めた溶液を接触させた。
その混合物をそのまま15分間保ち、溶液をデカンテー
ションによって除き、得られた触媒を110℃で1時間
乾燥し、500℃で14時間焼成した。
処理後の触媒中のリンの実際の含有率は3.1重量%で
あった。
例35 トリメチルフォスフェート水溶液の代わりに酸性メチル
フォスフェート5.8gの水溶液20CCを使用した以
外は例11と同様にして触媒を調製した。
酸性メチルフォスフェートはメタノールと五酸化リンと
の反応生成物であり、26重量%のリンを含有する。
処理後の触媒中のリンの実際の含有率は6.4重量%で
あった。
例36〜38 ベンゼン/エチレンのモル比が5.4であるベンゼン及
びエチレンの混合物から成る原料を使用してベンゼンを
エチレンでアルキル化するのに例33〜35の触媒を使
用した。
反応条件は温度が752Fで、圧力が0psigで、重
量時間空間速度が9.4であった。
その得られた結果を、リンで変性しない65重量%のH
2SM−5及び35重量%のアルミナを含有する触媒を
使用して同一の反応条件で行って得られた結果と比較し
た。
これらの結果を下記の表30に示す。
例39 65重量%のH2SM−5及び35重量%のアルミナバ
インダーを含有するH2SM−5押出し成形物10グを
水と接触させた。
この混合物を減圧させて脱気させ、触媒の孔に溶液を完
全に満たすために含浸を3回行った。
過剰の水をデカンテーションによって除去し、触媒を5
00℃で%時間焼成させた。
例39 65重量%のH2SM−5及び35重量%のアルミナバ
インダーを含有するH2SM−5押出し成形物10gを
水と接触させた。
この混合物を3回減圧して脱気させて触媒の孔を水で完
全に満たした。
過剰の水はデカンテーションによって除去し、得られた
触媒を500℃で%時間焼成した。
全体の含浸−焼成操作を全体で5回繰返した。
ベンゼン/エチレンのモル比が5.5であるベンゼン及
びエチレンの混合物から成る原料を使用してベンゼンを
エチレンでアルキル化するのにこの触媒を利用した。
反応条件は温度が752下で、圧力がOpsigで、重
量時間空間速度が9.4であった。
その得られた結果を65重量%のH2SM−5及び35
重量%のアルミナを含有する未処理の触媒を使用して同
一の条件で反応して得られた結果と比較した。
表31に示した結果かられかるようにリンは触媒処理に
あたって必要な成分であることがわかる。
例40 高圧の条件で例27の触媒を変性しない触媒と比較した
反応条件及び得られた結果を下記の表32に示す。
得られた結果はリンで変性した触媒を使用した場合には
商業的に見合う条件で不純物の濃度が低くなることがわ
かる。
例41 例1の触媒(サンプル5)を使用し、トルエン/ジメチ
ルエーテルのモル比が1.4である原料を使用してトル
エン及びジメチルエーテルを反応させた。
この原料をこの触媒5グ上に重量時間空間速度を5にし
て4′50℃の温度で350分間流した。
トルエンの転化率は61%であった。
キシレンの製造量は32,7%になり、p−キシレン:
m−キシレン:0−キシレンの重量比は30.2 :
45.7:24.1であった。
例42〜48 これらの例は違った温度及び違った反応時間を使用した
以外は例41と同様な方法で行われた。
その結果を下記の表に示す。
前記データから触媒は時間の経過とともに活性化するこ
とがわかる。
すなわち、300℃では転化率は2.2%から14.2
%に増加し、400℃では転化率は40,5%から54
.1%に増加した。
例49〜77 リンの含有率が3.5重量%の例1と同じような触媒を
使用して下記の表33に示した様に条件を変えてトルエ
ン及びメタノールを反応させた。
前記表33かられかるように通常の平衡の混合物がo−
キシレン22%、p−キシレン24%及びm−キシレン
54%であるのに対し、 −キシレン及び0−キシレン
の量は増加し、m−キシレンの量は減少した。
例78 3gのH2SM−5,1,5gのフェニルフォスフイン
オキシクロライド及び30m1のトルエンを1晩還流し
た。
トルエンを減圧下で蒸留して除去して乾燥改得られたも
のを真空炉の中で21mmの水銀の圧力下で140℃で
1晩加熱した。
得られた触媒の重量は4.1gであった。
その結果得られたリン変性23M−5触媒のサンプル2
グを反応器に充填し、トルエン及びメタノールの混合物
(1:1のモル比)を重量時間空間速度を11.8にし
て600℃で触媒と接触させた。
トルエンの転化率は27%でありJp−7m−10−キ
シレンの比は84/1115であった。
例79 3gの大きな結晶のH2SM−5をトルエン45m1に
入れた混合物を1時間還流した。
冷却後、ぐトリメチルフォスフェート1.52gを加え
、その混合物を1晩還流した。
トルエンを蒸留して除き、得られた触媒を550℃で1
時間焼成した。
トルエン及びメタノールの1/1モル比の混合物を重量
時間空間速度を9.9にして550℃で触媒上に通した
トルエンの転化率は17%であった。
得られた生成物のうちキシレンの留分中のp−キシレン
の量は92重量%であり、キシレン全体の量り芳香族留
分(トルエンを除く)の89重量%であった。
例80〜81 3gのH2SM−5及び45m1のトルエンを1時間還
流し、冷却し、しかる後1.14gのトリメチルフォス
フェートを加え辷その結果得られた混合物を1晩還流し
、蒸発して乾燥させ、しかる後1時間500℃で焼成し
た。
こうして得られた触媒は4,06重量%のリンを誉有し
た。
トルエン及びメタノール(モル比1)を前記触媒21と
接触させた。
反応条件及び得られた結果を下記の表34に示す。
例82〜84 3gのH2SM−5及び451nlノトルエンを1時間
還流し、冷却し、しかる後1.14Pのトリメチルフォ
スフェートを加えた。
その結果得られた複合体を蒸発させて乾燥させ、しかる
後500℃ζで1時間焼成した。
このようにして得られた触媒のリン含有率は2.39重
・量%であった。
トルエン及びメタノール(モル比l)を前記触媒21と
接触させた。
その反応条件及び得られた結果を下記の表35に示す。
例85 3グのH2S量−5押出し成形物(65重量%のH2S
M5及び35重量%のAl2O3バインダーを含有する
)及び45m1のトルエンの混合物を1時間還流した。
冷起後、トリメチルフォスフェート2.7fを加え、そ
の結果得られる混合物を1晩還流した。
得られた複合体を蒸発見て乾燥させ、しかる後500℃
で1時間蝉成した。
トルエン及びメタノール(1:1モル比)を、前記触媒
上に500℃の温度で重量時間空間速度を9.3にして
通した。
芳香族生成物中のキシレンの重量%は91であった。
トルエンの転化率は21%で、p−/m −10−キシ
レンの重量比は95/1/4であった。
使用した触媒のリン含有率は12重量%であった。
この例の触媒のリン含有率が例80〜84の触媒と比較
して高いのはアルミナバインダーが存在するためである
。前記表34及び表35及び例85における結果から
トリメチルフォスフェートを添加することによって変性
したZSM−5触媒はp−キシレンを舛に選択的に製造
するには非常に効果的であることがわか、る。
550℃の場合より600℃の場合の方がp−キシレン
の選択率は高くなる。
触媒の活性はリンの含有率にほぼ反比例し、p−キシレ
ンの選択率はリンの含有率“にほぼ正比例した。
例86〜93 67グの乾燥シt、:Hz 5M−5ヲ26.5 rノ
)リンチルフォスファイト(CH30)3P及び235
rnlのオクタンと一緒にしてフラスコに入れた。
その混合物をゆるやかに18時間還流した。乾燥した窒
素をパージガスとして使用した。
冷却後、触媒を沢過し、塩化メチレン50.0mlで洗
浄し、しかる後ペンタン500m1で洗浄した。
得られた触媒をしかる後500℃の温度で16時間、1
50m1/分の空気流中で焼成した。
分析したところ、リンの含有率は3.45重量%であっ
た。
この触媒を使用してトルエンをメタノールでアルキル化
した。
使用した条件及びその得られた結果を下記の表36に示
す。
前記表かられかるようにトリメチルフォスフェートで変
性した触媒はp−キシレンの製造に効果的であり、この
p−キシレンの選択率は温度及び空間速度が高くなるに
従ってかなり高くなることがわかった。
例94〜102 4PのH2S量−5,0,75gの85%リン酸(H3
P04)及び150m1のメタノールを一緒にして窒素
を流して16時間ゆるやかに還流した。
溶剤を蒸留によって除去し、あとに残った触媒を空気中
で250℃に加熱した。
この触媒をしかる後空気中で1時間500℃の炉の中に
入れた。
元素分析したところリンの含有率は4.45重量%であ
った。
この触媒を使用しているいろな反応条件でトルエンをメ
タノールでアルキル化した。
使用した条件及び得られた結果を下記の表37に示す。
前記衣かられかるように、リン酸で変性した触媒はp−
キシレンの製造に効果的であり、このp−キシレンの選
択率は温度及び空間速度が高くなるに従ってかなり高く
なった。
さらに例94及び例97の結果を比較することによって
原料を流す時間が長いほどp−キシレンの収率が高くな
ることがわかる。
例103〜105 4gのH2SM−5,2,50gの85%リン酸(H3
PO,)及び150m1のメタノールを一緒にして窒素
を流しながら17時間ゆるやかに還流した。
溶剤を蒸留して除去し、得られた触媒を空気中で150
℃に加熱した。
この触媒をしかる後空気中で1時間500℃の炉の中に
入れた。
元素分析をしたところリンの含有率は13.4重量%で
あった。
この触媒を使用しているいろな反応条件下でトルエンを
メタノールでアルキル化した。
使用した条件及び得られた結果を下記の表38に示す。
前記結果かられかるように、リンの含有率が13.4重
量%のリン酸変性触媒はp−キシレンの製造に効果的で
あることがわかる。
トルエンの転化率が低い場合(たとえば12%)にもp
−キシレンの転化率が高い−(たとえば90%)ことが
わかる。
例106〜131 5グのH2SM−5ペレツト及び75m1のトルエンを
フラスコに入れ、加熱して還流した。
ペレットが分散するのを避けるために攪拌せず、突沸を
防止するために溶液に窒素をゆっくり流した。
45分後この混合物を室温まで冷却し、ジフェニルフォ
スフインクロライド4グを加えた。
しかる後還流を再開し、約16時間続けた。
溶剤をしかる後蒸留して除去して乾燥させた。
あとに残った固形物をかかる後空気中で500℃で1時
間焼成した。
前述のように変性したH2SM−5を触媒として使用し
、熱電対を備えた反応器に触媒0.5〜3Vを入れてト
ルエン及びメタノールと接触させてトルエンのアルキル
化を行った。
反応条件及びその得られた結果を下記の表39に示す。
前記結果かられかるように、400℃〜600°Cの温
度範囲において反応温度が高ければ高いほどp−キシレ
ンの選択率が高くなる。
同様に、空間速度が高ければ高いほど、p−キシレンの
選択率が高くなる。
ある一定の温度で原料中のトルエン/メタノールの比及
び空間速度が高くなればなるほど、p−キシレンの選択
率も高くなる。
触媒中のリンの濃度が高ければ高いほどp−キシレンの
選択率が高くなるが、トルエン及びメタノールの両方の
転化率が減少し、メタノールの使用効率は悪くなる。
例132〜135 例106〜131に使用したのと同じ方法でいろいろな
リン含有率の触媒を合成した。
これらの触媒を550℃の温度でモル比が1.4()ル
エン/メタノール)のトルエン及びメタノールの反応を
促進するのに使用された。
反応条件及びその得られた結果を下記の表40に示す。
前記データかられかるようにp−キシレンの選択率はゼ
オライト触媒のリン含有率が高くなればなるほど高くな
った。
例136〜137 10グのベレット状H2SM−5を101のジエチルク
ロロチオフォスフェート (EtO)2P(S)CI及び150rrLlノトルエ
ンノ溶液と一緒にした。
このサスペンションを窒素の雰囲気で18時間ゆるやか
に還流した。
溶剤を蒸留して除去し、温度を130〜140℃に高め
た。
その結果得られる触媒を炉の中で空気中で140℃で2
時間加減した。
この処理の後の触媒重量は15.05’であった。
この触媒をしかる後傾の中で500℃で空気中で4時間
焼成した。
元素分析したところリンの含有率は5.98重量%であ
った。
この触媒21を反応器に入れ、いろいろな条件のもとで
トルエン及びメタノール(1:1モル比)の混合物と接
触させた。
得られた結果を下記の表41に示す。
例138〜139 7.91fのジフェニルリン酸φ2P(0)OHを17
5m1のトルエンに加熱しながら溶解した。
この溶液に101のペレット状H2SM−5を注意深く
加えた。
この白色の固体は薄いレモンイエローの色になった。
これを窒素を流しながら16時間還流した。
その結果得られた固体は暗褐色の黄色ぽい色になった。
溶剤を蒸留して除去し、温度を窒素中で130℃まで高
めた。
得られた固体を炉の中で150℃で1時間加熱した。
固体の重量はこの時点で18.00gであった。
この固体をしがる後傾の中で空気中で500℃で6.5
時間加熱して灰白色の固体11.2S’を得た。
分析したところリンの含有率は4.99重量%であった
この触媒を反応器に入れ、1:1のモル比のトルエン及
びメタノールの混合物と接触させた。
その得られた結果を下記の表42に示す。
例140〜147 1010H2SM−5を水の上に置いた真空デシケータ
−中に入れてアスピレータ−で減圧して16時間放置し
た。
水を吸着したことによる重量の増加は1.75fであっ
た。
その結果得られるペレット状の触媒をしかる後塩化ジフ
ェニルフォスフインφ2PC18,0gをトルエン15
0m1に入れた溶液に入れ、ゆるやかに加熱した。
約75℃でHClが蒸散してφ2PC1はジフェニル亜
フォスフイン酸φ2P(0)Hに加水分解した。
トルエンの沸点に到達し、そのサスペンションをゆるや
かに17時間還流させた時にはHCI は全て蒸散した
この処理の実質的効果はH2SM−5をその場で生じる
φ2P(0)Hと結合させることであった。
しかる後溶剤を蒸留して除去し、得られた触媒を炉の中
で空気中で150℃で2+時間加熱した。
これをしかる後傾の中で空気中で500℃で5時間加熱
した。
分析したところリンの含有率は5.08重量%であった
この触媒21を反応器に入れ、トルエン及びメタノール
のいろいろな混合物と接触させた。
得られた結果を下記の表43に示す。
例148〜151 未焼成の4.002のZSM−35を、塩化ジフェニル
フォスフイン1.50s’をトルエン150m1に溶解
した溶液に加えた。
このサスペンションを窒素流中で20時間加熱した。
溶剤を蒸留して除去し、あとに残った濃縮されたスラリ
ーを皿に入れ、炉の中で110℃で2時間加熱した。
得られた均一の粉末を炉の中で空気中で500℃で2.
25時間焼成した。
黒色の固体が得られ、その重量は3.96gであった。
分析したところリンの含有率は3.67%であった。
この触媒2グを反応器に入れ、トルエン及びメタノール
のいろいろな混合物と接触させた。
その結果を下記の表44に示す。
下記の表かられかるように高級アルキル化生成物は非常
に少量であるが、キシレンの選択率は非常に高い。
特に600℃におけるp−キシレンの選択率は優秀であ
った。
例152 2gのH2SM−5をジフェニル亜リン酸のトルエン溶
液(2重量%の濃度)と接触させてりンを含有させ、1
7時間還流させ、しかる後溶剤を蒸留して除去し、得ら
れた触媒を炉の中で空気中で500℃で5時間加熱した
得られた触媒のリン含有率は5.08重量%であった。
この触媒を使用し、原料として2/1モル比のトルエン
/メタノール混合物を使用し、550℃で重量時間空間
速度を10にし、10時間反応させた。
この間トルエンの転化率は12,2〜9.9重量%であ
り、キシレン生成物中のp−キシレンの含有率は81〜
88重量%であった。
この触媒をしかる後メタノール/水混合物(容積比1:
l)を使用して重量時間空間速度を10にし、550℃
で16時間処理することによって活性化した。
この処理した触媒上にトルエン/メタノール(モル比2
/1)を重量時間空間速度を10にし550℃で10時
間再び供給した。
この間トルエンの転化率は26〜20重量%であり、キ
シレン生成物中のp−キシレン含有率は75〜86重量
%であった。
メタノール/水混合物で活性化処理した結果平均のトル
エン転化率は11%から23%に増加した。
例153 例152と同様な方法で、10グのH2SM−5を塩化
ジフェニルフォスフインと接触させてリンを含有させ、
リン含有率が6.78重量%の触媒を生成した。
この触媒を使用し、下記の表に起載した一間及び温度条
件でトルエン/メタノールの2/1モル比の溶液を使用
してトルエンをメタノールでアルキル化した。
上記表かられかるようにトルエンの転化率は実験3と実
験4との間で触媒をメタノール/水混合物で処理するこ
とによって実質的に高められた。
例154 101のH2SM−5をH3PO44,16?をメタノ
ール150m1に入れた溶液で処理して炉の中で空気中
で500℃で4.5時間加熱することによってリン含有
率が8.51重量%の触媒を生成した。
この触媒を使用、下記の時間及び温度条件でトルエン/
メタノールの1/1モル比の溶液を使用してトルエンを
メタノールでアルキル化した。
前記衣かられかるようにメタノール/水混合物を使用し
て活性化処理することによってトルエンの転化率並びに
p−キシレンの選択率は改良された。
例155 例152と同じ触媒を使用し、その触媒をメタノール/
水混合物(1:1容積比)でWH8Vを10で550℃
で16時間処理し、モル比が1/1のトルエン/メタノ
ール混合物を原料として使用して反応させたところ下記
の結果が得られた。
前記テータかられかるように、触媒をメタノール/水混
合物で活性化処理した結果、トルエンの転化率はかなり
改良された。
例156 35%のアルミナバインダーを含有するH2SM−5(
10g)の1 /16”押出し成形物を5重量%のトリ
メチルフォスファイトを含有するトルエン溶液を使用し
て115〜250℃の温度で気相で処理してリン含有率
が10重量%の触媒を得た。
この触媒を空気流中で550℃で16時間焼成した。
この触媒上にトルエン/メタノール混合物(4/1モル
比)を重量時間空間速度を10にして供給してトルエン
をメタノールでアルキル化した。
メタノールの量が制限されているのでトルエンの理論的
最大転化率は25%である。
下記の時間及び温度条件で下記の様な結果が得られた。
前記データかられかるように、使用した触媒をメタノー
ル/水混合物で処理した後トルエンの転化率はかなり増
加した。
例157 5f(7)H2SM−5を20重量%のH3PO4水溶
液6.61で処理した。
処理した複合体を炉の中で110℃で乾燥し、炉の中で
空気中で500℃で56時間加熱した。
得られた触媒のリン含有率は8,17重量%であった。
例156と同様な方法で下記の時間及び温度条件で60
0℃でトルエンをアルキル化した。
前記データかられかるようにメタノール/水混合物で活
性化処理したところトルエンの転化率はかなり増加した
例158 例157と同様な方法で、H2S量−5にH3PO4水
溶液を含浸させ、口ZSM−5を炉の中で空気中で50
0℃で18時間処理した後、リン含有率が7.08重量
%の触媒が得られた。
この触媒上にトルエン/メタノール(471モル比)混
合物を重量時間空間速度を10にして600℃で流して
トルエンをアルキル化した。
メタノールの量を制限したのでトルエンの理論的最大転
化率は25%であった。
その得られた結果並びに使用した時間及び温度条件を下
記の表に示す。
前記データかられかるように、空気中で単に焼成しただ
けでは触媒を完全には活性化することができず、メタノ
ール/水混合物で処理することによって初めて実質的に
活性化された。
例159 例157と同様な方法でH2SM−5に H3PO4水溶液を含浸させ、空気中で500℃で15
.3時間加熱することによってリン含有率が8.06重
量%の触媒が得られた。
この触媒上にトルエン/メタノール(471モル比)混
合物を重量時間空間速度を10にして流して600℃で
トルエンをアルキル化した。
新鮮な触媒を使用した場合にはトルエンの転化率は2.
1重量%であった。
メタノール/水(1/1容積比)混合物で15.5時間
活性化した第1回目の触媒を使用した場合にはトルエン
の転化率は9.8重量%であった。
第2回目及び第3回目の活性化処理した触媒については
トルエンの転化率はそれぞれ11.3%及び11.1%
であった。
これらの活性化処理の全ては重量時間空間速度を10に
して550℃で約15時間行った。
第4回目の活性化は600℃で行い、その場合のトルエ
ンの転化率は13.8%に増加した。
p−キシレンの選択率は活性化後のそれぞれの場合にお
いて90%以上であった。
例160 前記例と同様な手順で、リン含有率が7.68重量%の
H2SM−5触媒を使用したところ、初めのトルエン転
化率は0.5%であった。
メタノール水混合物(1/1容積比)で第1回、第2回
及び第3回の活性化を行ったところトルエンの転化率は
それぞれ9.5%、11%及び11.2%に高まった。
第4回目の活性化は400℃で行った。この場合、トル
エンの転化率は11.7%であり、活性化処理の温度が
低すぎてはトルエンの転化率はあまり上昇しなかった。
例161 例157〜160と同様な方法で炉の中で空気中で50
0℃で61時間処理したらリン含有率が7.46%のH
2SM−5触媒が得られた。
この例ではアルキル化反応に使用する前にメタノール/
水混合物(1/1容積比)を使用して重量時間空間速度
を10にして550℃で15.5時間活性化させた。
その結果最初のトルエン転化率は12.3%であり、p
−キシレン選択率は90%であった。
例162 前の例と同じ方法で炉の中で空気中で500℃で41時
間処理したらリン含有率が6.66%のH2SM−5触
媒が得られた。
これを例161と同様な方法で直ちに活性化し、テスト
した。
最初のトルエンの転化率は16.4%であり、p−キシ
レンの選択率は84%であった。
例163 この例は本発明の方法によるメタノールの転化を示す。
33.5gのZSM−5ゼオライトを窒素中で500℃
で1時間乾燥し、冷却した。
このゼオライトをしかる後167.5mlのn−オクタ
ン及び13.2mlのトリメチルフォスファイトと一緒
にガラスフラスコに入れた。
このフラスコには還流コンデンサー、乾燥した窒素パー
ジガス供給管及び温度計を取付けた。
還流コンデンサーの末端にはフラスコの内容物を水分か
ら保護するために塩化カルシウムを入れた捕集びんを取
付けた。
フラスコの中身を1晩ゆるやかに還流した。
冷却後、フラスコ中の液相を濾過して除き、あとに残っ
た固体をろうと上で250m1の塩化メチレンで洗浄し
、しかる後250m1のn−ペンタンで洗浄した。
このゼオライトを110℃で2時間真空炉の中に入れ、
冷却し、デシケータ−中で保存した。
得られたゼオライトのリン含有率は4.51重量%であ
った。
最終工程として、ゼオライトを反応器に入れ、乾燥して
窒素流中で200〜250℃で加熱した。
反応器中でリン含有ゼオライト触媒上にメタノールを気
相で流した。
いくつかの実験のそれぞれにおいて違った温度を使用し
た。
それぞれの実験の後、生成物を回収し、分析した。
得られた結果を表45及び表46に示す。
表45においては生成物の選択率を重量%で示し、合計
が100%になるように調整した。
表46においてはそれぞれの実験の結果を反応器から流
出する生成物の重量%で示した。
それぞれの実験における温度、重量時間空間送度、転化
率及び物質収支も表に示した。
表47においては実験2におけるリン含有ゼオライトを
使用して得られる生成物の重量%を最初の水素型28M
−5ゼオライトを触媒として使用して得られた結果と比
較した。
表46を参照すると、385℃で行った実験2ではメタ
ノールの85%が転化した。
炭化水素の選択率は約13%であり、ジメチルエーテル
の選択率は51%であり、水の選択率は36%であった
560℃で行った実験4ではメタノール及び中間生成物
であるジメチルエーテルの実質的に全部が炭化水素(−
約45%)及び水(約54%)に転化した。
炭化水素の理論的最大転化率は43.8%であり、水の
理論的最大転化率は56.2%である。
ZSM−5ゼオライト(表47)を使用した場合の結果
を実験2におけるリン含有ゼオライトを使用した場合の
結果と比較したところ、C2〜C4パラフインは39%
から5%に減少し、芳香暑に族は40%から20%に減
少したが、オレフィンは1.57%から39.4%に増
加した。
表45を参照すると、325℃におよびC2及びC3オ
レフインの選択率はC2及びC3パラフインの選択率よ
り高いことがわかる。
325℃より高い温度ではC2、C3及びC4オレフィ
ンの選択率はC2、C3及びC4ハラフィンの選択率よ
り高かった。
例164 この例は本発明の方法によるメタノールの転化反応を示
す。
この例で触媒として使用したリン含有ゼオライトは例1
63の触媒と同様な方法で製造した。
し、かじながら使用する前に、リン含有ゼオライトを1
00TLlZ分の空気流中で500℃で16時間加熱し
た。
得られたリン含有ゼオライトを分析したところ、リンの
含有率は3.48重量%であった。
この触媒の固定床上にメタノールを重量時間空ノ間速度
を3.1にしているいろな温度で流した。
得られた生成物を回収し、分析した。
その結果を下記の表48及び表49に示す。
表48は反応温度及び炭化水素生成物の選択率(重量%
、合計を100%に調整した)を示す。
反応器流出物の組;成(重量%)は表49に示す。
表48かられかるように軽質オレフィン(エチレン、プ
ロピレン及びブテン)の選択率は43〜70重量%であ
ることがわかる。
500〜700℃の高温度ではプロピレンが主成分であ
った。
こrれらの高温度ではエチレンの生成量は3%から18
%になった。
ブテンの生成量はこれらの高温度では20%から14%
に減少する傾向があった。
またこれらの高温度ではC5+脂肪族留分は34〜10
%であり、一定の形態で温度の増加とともに減少した。
全体として生成物はオレフィン類に富んでいた。
例165 この例は本発明の方法によるジメチルエーテルの転化反
応を示す。
この例で、触媒として使用したリン含有ゼオライトば倒
163と同じ方法で製造した。
この触媒のリン含有率は4.42重量%であった。
この触媒の固定床上にガス状のジメチルエーテルを重量
時間空間速度を2.4にし、それぞれの実験で違った温
度で流した。
それぞれの実験の後生成物を分析した。
得られた結果を下記の表50及び表51に示す。
表50にはそれぞれの実験における生成物の選択率(重
量%)を示し、表51には生成物の成分組成(重量%)
を示した。
表50かられかるように300℃、350℃及び400
℃の温度ではC2及びC3オレフインの選択率はC2及
びC3パラフインの選択率より高く、300℃及び40
0°ざの温度ではC2、C3及びC4オレフィンの選択
率はC2、C3及びC,ハ1ラフインの選択率より高力
りだ。
例16に の例は本発明の方法によるジメチルエーテルの転化反応
を示す。
この例で触媒として使用したリン含有ゼオライトは例1
64で記載した一般的方法で製造した。
この場合のゼオライトはリン含有率が3.77重量%で
あった。
この触媒の固定床上にガス状のジメ〉くチルエーテルを
重量時間空間速度を14.5にしているいろな温度で流
した。
得られた生成物を回収し、分析した。
その結果を下記の表52及び表53に示す。
表52は炭化水素生成物の選択率(重量%)を示し、表
53は流出物の組成(重量%)を示す。
例167 この例は本発明の方法によるジメチルエーテルの転化反
応を示す。
この例で触媒として使用したリン含有ゼオライトは例1
04で記載した方法によって製造した。
この場合、このゼオライトのリン含有率は3.48%で
あった。
この触媒の固定床上にジメチルニー〉kチルを重量時間
空間速度を2.3にしているいろな温度で流した。
その生成物を回収し、分析した。得られた結果を下記の
表54及び表55に示す。
表54は炭化水素生成物の選択率(重量%)を示し、表
55は流出物の組成(重量%)を示す。
例168 この例は亜鉛を含浸させたリン含有ゼオライトを使用し
た本発明の方法によるジメチルエーテルの転化反応を示
す。
リン含有ゼオライトは例164に記載した一般的方法に
よって製造した。
ゼオライト中のリン含有率は4.5重量%であった。
ゼオライト上に1重量%の亜鉛が析出するのに充分な量
の硝酸亜鉛をゼオライトの孔隙を満たすのに充分な適電
な量の水に溶解した。
このゼオライトをその水溶液に入れた。
その人溶液で処理した後、そのゼオライトを100m1
Z分の空気流中で500℃で1時間加熱した。
このゼオライトのサンプルをジメチルエーテルの転化反
応の触媒として使用した。
ジメチルエーテルは気相で重量時間空間速度を2.3に
してこの触媒の固定床上に流した。
4種の実験を行暑トい、それぞれの実験では違った温度
を使用した。
それぞれの重量の後、得られた生成物を回収し、分析し
た。
その得られた結果を下記の表56及び表57に示す。
表56は炭化水素生成物(重量%)の選択率を示し、表
57は流出物の組成(重量%)を示した。
その結果、300°C,350℃及び400℃における
、亜鉛を含浸させたリン含有ゼオライトを使用した場合
に得られる転化率は亜鉛を含浸させないリン含有ゼオラ
イトを使用した場合に得られる転化率より増加し、それ
ぞれ0.22%から4.8%へ、また5、7%から63
.3%へ、また56.7%から87.2%へ増加した。
(1) シリカ/アルミナ比が少(とも12で制御指
数が1〜12である結晶性アルミノシリケートゼオライ
トをリン含有化合物と接触させ、しがる後その接触後の
生成物を加熱する工程を含む有機化合物転化用触媒の製
法。
(2)前記第1項の製法において、前記リン含有化合物
が気相であることを特徴とする製法。
(3)前記第1項の製法において、前記リン含有化合物
が液相であることを特徴とする製法。
(4)前記第1項または第3項の製法において、前記リ
ン含有化合物が溶液であることを特徴とする製法。
(5)前記第1〜4項の製法において、前記リン含有化
合物がオルトリン酸またはそのエステルの1種であるこ
とを特徴とする製法。
(6)前記第1〜4項の製法において、前記リン含有化
合物が三塩化リン、塩化ジフェニルオスフィン、ジフェ
ニル亜フォスフイン酸、トリメチルフォスファイト、ま
たはP2O5とアルコールとの反応生成物であることを
特徴とする製法。
(7)前記第5項または第6項の製法において、前記エ
ステルまたは前記アルコールがメチルであることを特徴
とする製法。
(8)前記第1〜7項の製法において、前記加熱が15
0〜500℃で行われることを特徴とする製法。
(9)前記第1〜8項の製法において、前記加熱が酸素
が存在する雰囲気で行われることを特徴とする製法。
(10) 前記第1〜9項の製法において、前記ゼオ
ライトを前記接触工程と前記加熱工程との間で水蒸気に
さらすことを特徴とする製法。
(11)前記第1〜10項の製法において、亜鉛を含有
する液に前記ゼオライトを接触させ、しかる後乾燥する
ことによって前記ゼオライトに少くとも0.1重量%(
ゼオライトの重量に対して)の亜鉛を含有させることを
特徴とする製法。
02)前記第11項の製法において、前記亜鉛含有液が
亜鉛塩の溶液であることを特徴とする製法。
(13)前記第12項の製法において、前記亜鉛塩が硝
酸塩であることを特徴とする特許

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 シリカ/アルミナ比が少くとも12で制御指数が1
    〜12である結晶性アルミノシリケートゼオライトをリ
    ン含有化合物と接触させ、しかる後その接触後の生成物
    を加熱することによってゼオライトの少くとも0.5重
    量%のリンを前記ゼオライトと緊密に結合させる工程か
    らなる結晶性アルミノシリケートゼオライトの製法。
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