JPS6026087A - 炭化水素留分の芳香族化法 - Google Patents

炭化水素留分の芳香族化法

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JPS6026087A
JPS6026087A JP13325683A JP13325683A JPS6026087A JP S6026087 A JPS6026087 A JP S6026087A JP 13325683 A JP13325683 A JP 13325683A JP 13325683 A JP13325683 A JP 13325683A JP S6026087 A JPS6026087 A JP S6026087A
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Kuniyuki Tada
多田 国之
Takehisa Inoue
井上 武久
Kimio Sato
公雄 佐藤
Norio Hayakawa
早川 紀男
Masami Fujii
藤井 正己
Shigeo Yoshida
吉田 重雄
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FUJI SEKIYU KK
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、炭化水素留分の芳香族化法に関し、さらに詳
しくは、パラフィンおよび/又はオレフィンを含む比較
的沸点の低い炭化水素留分の芳香族化法に関するもので
ある。
芳香族炭化水素は、ガソリン或いはB ’I’ X原料
として、石油工業で重要な位置を占めている。この様な
芳香族炭化水素は、主に、ナフサを接触改質して得られ
る改質油、及びナフサの熱分解により別生ずる分解カッ
リンから得られているが、近年、原油の高騰による石油
製品の需要構成比率の変化が大きくなって来たことに伴
い、改質反応用重質ナフサの不足、或いはエチレン分解
装置の稼動率低下なと既存技術による芳香族生産は問題
が表面化しつつあり、新しい芳香族化技術の開発が強く
望まれている。この様な背景から、石油精製或いは石油
化学工場で余剰気味の軽質ナフサ、ラフイイ・−ト、接
触分解オフノjス等の比較的軽質の炭化水素留分ビ芳香
族化させる技術が注目されており、ゼオライトを触媒と
して用いろ方法がいくつか提案されている。この様な例
として、特公昭56−42639.特公昭58−233
68.特開昭50−4.029.特開昭50−8202
3などが挙げられる。
これらの方法は、アルキルアンモニウム陽イオンを含む
溶液を結晶化させて得られる新規なZSM〜5型ゼオラ
イトを触媒成分どして用い、芳香族化反応において平衡
論的に不利となる水素を供給ぜず、パラフィン又はオレ
フィン類より芳香族を高収率で得ようとするものである
。しかしながら、これら従来の技術は、触媒活性の経時
的劣化か大きく、工業的に安定して芳香族を製造するに
は未だ不十分であり、又触媒成分であるゼオライトが高
価であるという欠点がある。かかる状況に鑑み、本発明
者等は炭化水素留分の芳香族化法について鋭意研究を重
ねた結果、シリカ源、アルミナ源。
アルカリ源およびカルボキシル基を含む有機化f’J物
を所定の組成にて反応させて得られる結晶性アルミノシ
リケートを含む触媒に、水素の存在下、炭化水素留分を
接触せしめることにより、本反応が効率的に進行するこ
とを見い出し、本発明に到達した。
本発明において使用される触媒は、水素の存在により芳
香族収率が殆んど低下ぜず、活性の経時的劣化が大きく
抑えられ、むしろ水素を若干加圧ずろ方が長時間に亘り
芳香族収率を高くすることができるという挙動を示す。
又本発明の触媒は、C1,C2炭化水素カスへの分解活
性が小さく、03以上の炭化水素の芳香族化活性が高い
ので、触媒量の増加などにより芳香族収率を高めること
が可能であり、得られるB’FX留分中のキシレン含有
率が比較的高いという特長を有する。
本発明に使用する結晶性アルミノシリケートは次のよう
にして合成できる。即ちシリカ源、アルミナ源、アルカ
リ源およびカルボキシル基を含む有機化合物(それぞれ
S i02. A、l 203.0■1−およびAで表
示する)からなる水性反応混合物をモル比で表わI−て
下記組成範囲 (より好ましい範囲) S io2/Al 203 10〜200 20〜11
.00H20/5i025〜100 5〜100ON−
/S i02 0.01〜1.0 0.05〜040A
/A、1203 0.05以上 0.1.0〜200に
入るように調整し、結晶が生成ずろまて反応させること
により製造できる。
シリカ源としては例えばシリカゾル、シリカゲル、シリ
カエローゲル、シリカヒドロゲル、ケイ酸、ケイ酸塩エ
ステル、ケイ酸ソーダ等が使用されろ。
アルミナ源としては、アルミン酸ソーダ、硫酸アルミニ
ウム、硝酸アルミニウム、アルミナゾル。
アルミナゲル、活性化アルミナ、ガンマ−アルミナ、ア
ルファーアルミナ等が使用されろ。
アルカリ源としては、カセイソーダ、カセイカリ等が使
用されるが、好ましくはカセイソーダである。
これらアルカリ源は系中にOH−が好ましくは上記組成
で存在するように添加される。
カルボキシル基を含む有機化合物としては、芳香族、脂
肪族、脂環族等の各種カルボン酸類が使用される。これ
らは反応系内でアルカリ金属塩になるものと考えられる
が、予めアルカリ金属塩どしておいて用いることかでき
ることは言うまでもない。カルボキシル基を有する有機
化合物は、そのアルカリ金属塩が水に可溶性のものであ
ることが好ましい結果を!j、える。
カルボキシル基を有する有機化合物Oこはカルボキシル
基以外の他の官能基、例えば水酸基やアミン基などが含
まれていてもよい。
カルボキシル基を有する有機化合物として好ましく用い
られるのは、芳香環を含まないものにあっては、炭素数
1〜12、さらに好ましくは3〜6のものである。カル
ボキシル基の1分子中に含まれる数は通常1〜3個のも
のが好ましく用いられる。かかる有機化合物の具体例と
しては、−塩基オキシカルボン酸であるグリコール酸、
乳酸。
ヒドロアクリル酸、オキシ酪酸もしくはそれらの誘導体
・二塩基および多塩基オキシカルボン酸であるタルトロ
ン酸、リンゴ酸、酒石酸、クエン酸もしくはそれらの誘
導体、−塩基カルボン酸例えばギ酸、酢酸、プロピオン
酸、酪酸、吉草酸、カプロン酸、アクリル酸、クロトン
酸、メタクリル酸もしくはそれらの誘導体、二塩基およ
び多塩基カルボン酸、例えばシュウ酸、マロン酸、コハ
ク酸。
グルタル酸、アジピン酸、マレイン酸、フマル酸もしく
はそれらの誘導体を挙げることができる。
一方、芳香環を有するものと1−では、芳香環を1〜2
個、カルボキシル基を1〜13個有する化合物が好ま1
.<使用される。かかる化a物の具体例どしては、安息
香酸、フタル酸、テレフタル酸、サリチル酸、バラヒド
ロキシ安息香酸、l・ルイル酸もしくはその誘導体など
を挙げろことができる。
これら力ルボギシル基を含む有機化α物もしくはその誘
導体は、適宜一種又は二種以上を併用してもよい。
かくの如くして調整された水性反応混合物は出来るだけ
均一なスラリー状にし、密閉容器、例えば鉄製、ステン
レス製、或いLlテフロンで内張すしたオートクレーブ
のなかに入れて結晶化される。
結晶化のための反応条件は、反応温度80〜250℃、
好ましくは]、 O0〜200℃であり、反応時間は5
時間から30日間、好ましくは10時間から10日間で
ある。反応混合物は、結晶化を行なっている間、連続的
に、あるいは定期的に攪拌し、均一な状態に保つのが侑
ましい。結晶化した反応生成物は冷却後、密閉容器から
取り出され、水洗。
口過され、必要によって乾燥される。このようにして合
成された結晶性アルミノシリケートの代表的なXi回折
パターンは表1のとおりである。
X線回折パターンの測定は通常の方法に従って行なった
。すなわち、X線照射は銅のI(−α線により記録装置
イ・]のガイガーカウンター分光器を用い、回折パター
ンを得る。この回折パターンから相対強度]、 OOI
 /I IIV4AX−(I MA、Xは最も強い線)
および格子面間隔(1(単位オングストロームA)をめ
る。
以 −ト 余 白 表 1 X線回折パターン 11.2±〇、2 5 101±0.2 S 98±02 M 637±0.1. W 2O3」二旧 W 5.71±0.1 W 558十0.1 W 4.37±008 W 4.27±0.08 W 386±o、os VS 3.82士o、os VS 375±0088 372±oos 5 366±0.05 M 3.00±0.05 M 2.00±0.05 W 但し、相対強度(1,OOI/I。)は、VS−非常に
強い、S−強い、M−中級の強さ、W−弱い、で表わし
た〇 このようにして合成された結晶性アルミノシリケートは
、そのままでは固体酸性をもたない。本発明の反応に用
いるにあたって、結晶性アルミノシリケートに固体酸性
を付q、せしめ、酸型にすることが必要である。酸型の
結晶性アルミノシリケートは、よく知られるように、結
晶性アルミノシリケート中のカチオンとして水素イオン
、アンモニウムイオン又は希土類イオン等の2価以上の
多価カチオンを有するものであり、これらは通常ナトリ
ウム等の1価のアルカリ金属イオンを有する結晶性アル
ミノシリケートのアルカリ金属イオン(7)/J>なく
とも一部を水素イオン、アンモニウムカチオン又は多価
カチメンでイオン交換することに」:り得られる。この
ようなイオン交換処理は、しばしば脱アルカリ処理と呼
ばれる。
本発明においては、酸および/又はアンモニウム塩化合
物7含む溶液で処理し、結晶性アルミノシリケー1−に
水素イオンおよび/又は水素イオン先駆体を導入するイ
オン交換処理が好ましい。イオン交換処理cj、一般に
水溶液で行なわれる。使用できる酸としては無機酸ある
いは有機酸であるが、無機酸がより一般的である。無機
酸としては塩酸、硝酸、リン酸、炭酸等が例として挙げ
られるが、勿論これ以外のものでも水素イオンを含有す
るものであればよい。無機酸を使用する場合、あまりG
こ高濃度の溶液で処理すると、構造の変化が起こるので
好ましくない。好ましく用いられる酸の濃度は、酸の種
類により大きく変化ずろので、一義的には定めにくく使
用にあたっては、大きな構造の変化が起こらないように
充分注意ずろ必要がある。
アンモニウム塩化合物としては、硝酸アンモニウム、塩
化アンモニウム、硫酸アンモニウム、炭酸アンモニウム
、アンモニア水等の如き無機アンモニウム塩あるいはギ
酸アンモニウム、酢酸アンモニウム、クエン酸アンモニ
ウム等の如き有機酸のアンモニウム塩も同様に使用でき
るが、より好ましくは無機アンモニウム塩である。使用
されろアンモニウム塩は好ましくは0.05から4規定
の溶液として用いられるが、より好ましくは約01から
2規定の溶液として用いられろ。酸および/又ハアンモ
ニウム塩溶液により結晶性アルミノシリケ−1・をイオ
ン交換処理ずろ方法として、バッチ式あるいは流通式い
ずれの方法も好ましく用いられる。バッチ式で処理する
場合には、固液比は結晶性アルミノシリケートが液と充
分接触できる量以上、具体的には約rl/kg以上が好
ましい。
処理時間は、約01から72時間で充分であり、好まし
くは約05から24時間である。処理温度は沸点以下で
あればよいが、イオン交換速度を促進するために加温す
るのが好ましい。流通式で処理する場aには、固定床方
式、流動床方式等が利用できるが、流体の偏流が起きな
いように、あるいはイオン交換処理が不均一にならない
ように工夫ずろ必要がある。イオン交換処理された結晶
性アルミノシリケートは、その後水洗される。水洗液と
しては好ましく(4蒸留水が使用され、水洗はバッチ式
あるいは流通式いずれでもよい。このようにして結晶性
アルミノシリケートに水素イオンおよび/又は水素イオ
ン先駆体であるアンモニウムイオンが導入され、固体酸
性が付与される。結晶性アルミノシリケートには水素イ
オンおよび/又はその先駆体以外のカチオンが存在して
いてもよく、その種類および量には特に限定されない。
本発明に係る反応に使用できる装置は、固定床。
流動床いずれでもよいが、固定床方式の方が、装置が簡
単であり、運転操作も容易な点から好ましく用いられる
。固定床方式の場合、触媒粒径は触媒有効係数の点から
は小さい程好ましいが、粒径が小さくなりすぎると逆に
圧力損失が増大し、好ましくない。したがって、触媒粒
径には好ましい範囲が存在する。好ましく用いられる粒
径は0.05〜10mrnであり、さらに好ましくは0
.1〜3朋である。合成された結晶性アルミノシリケー
トは、通常、粉末状態である。したがって、このような
好ましい範囲を有する触媒とするために、成型すること
が必要となる。成型法としては、圧縮成型。
押出し成型等を挙げることかできる。特に押出し成型の
場合、その成型性を改善するため、あるいは成型体に強
度をイ」与するためバインダーを用いるのが好ましい。
もちろん、バインダーなしで充分成型できれば、バイン
ダーを使用する必要がないのは言うまでもない。バイン
ダーとしては例えばカリオン、ベントナイト、モンモリ
ロナイトの如き天然産粘土あるいはシリカゾル、アルミ
ナゾル、アルミナゲル等の合成品を挙げることができる
。バインダーの添加量は70重量%以下、好ましくは3
0重量%以下である。このような成型は結晶性アルミノ
シリケートをイオン交換処理する前に行ってもよいし、
成型後イオン交換を行ってもよい。本発明の触媒は、活
性5選択性、寿命を向上させるために、周期表によろI
b族、Ha族。
Hb族、vb族、■a族、■a族、■族又は希土類など
の金属成分を添加しても良い。これら金属成分の添加方
法は、イオン交換法、混練法、含浸法、粉体同志の物理
的混合法等を挙げろことができるが、必ず1〜もこれら
の方法に限定される必要はない。しかし触媒全体に、こ
れら成分をより均一・に分散させろことが、活性と選択
性にとって、より好ましい。
以上、これまで述べてきたようにして調整された触媒は
使用に先だって乾燥され、それにU[き続き焼成される
。乾燥は50〜250℃で01時間以上、好ましくは0
.5〜48時間行なわれる。焼成は空気、窒素又はヘリ
ウムなどの雰囲気中で300〜700℃でo、i時間以
上、好ましくは400〜600℃で05〜24時間行な
われろ。焼成された触媒は活性の経時的劣化を抑制する
ために、更に水蒸気雰囲気中で加熱処理することが好ま
しい。
水蒸気処理の条件は、水蒸気分圧50mmI(g〜5気
圧、温度400〜700’Cで05〜24時間程度が適
当である。水蒸気分圧50 mmHg以下、又は温度4
00℃以下では活性の安定化効果が充分でなく、水蒸気
分圧5気圧以上、又は温度700℃以上では触媒活性の
低下が大きく実用的でない。特に好ましい水蒸気処理の
条件は、水蒸気分圧1.OOmm Hg〜760mmI
−1g +温度500〜600℃である。水蒸気処理は
焼成と同時に行なってもよく、又焼成後に行なっても良
い。
以上、述べたようにして調整された触媒は、次のような
反応条件のもとで使用される。即ち、反応操作温度は2
00〜700’C,好ましくは300〜600°Cであ
る。反応操作圧力は大気圧〜50〜・G1好ましくは1
〜・G〜30〜・Gである。反応の接触時間を意味する
重量時間空間速度(WI−J S V )は0、1〜]
 Ohr 、好ましくは0.5〜4. Ohr である
。水素対炭化水素の比率は0.1〜10m0I/r]1
01、好ましくは05〜4m01//1m0Iである。
本発明の反応においては、芳香族の生成にともない、水
素が発生ずるが、触媒活性の経時的劣化を抑制するため
には、原料炭化水素に予め水素を混合し、触媒と接触さ
せる必要がある。供給炭化水素に対する供給水素の割合
が0.1. mol/mo1以下の場合は、触媒活性の
経時的安定性が不十分であり、又10mol/mo1以
上では既に触媒活性の経時的安定化効果が十分に達成さ
れており、用役費の不必要な増加につながるので好まし
くない。供給原料どしては軽質ナフサ、BTX抽出分離
後のラフイネ−1−、接触分解生成ガス、接触又は熱分
解ガソリンなど、03〜沸点250℃のパラフィンおよ
び/又はオレフィン系炭化水素を含む比較的沸点の低い
各種炭化水素留分が使用できる。
以下本発明を実施例をもって詳細に説明する。
実施例1゜ 固形カセイソーダ11.5グラム、酒石iH2,7グラ
ムを水343.4グラムに溶解した。この溶液にアルミ
ン酸ソーダ溶液105グラムを加えて均一な溶液とした
。この混合液にケイ酸683グラムを攪拌しながら徐々
に加え、均一なスラリー状水性反応混会物ン調整した。
この反応混合物の組成比(モル比)は次のとおりであっ
た。
S i02/Al 203 50 1−120/S i 02 20 0T−1−/s i02 0.17 A、/A、 1203 4.2 この混合物を500〜]容のオート・クレープに入れ、
密閉した。その後攪拌しながら160°Cに加熱し、7
218間結晶化させた。結晶化終了後冷却し、その後生
成分をオート・クレープから取り出し、蒸留水でpl−
1がほぼ中性になるまで水洗、口過し、110°Cで1
夜乾燥した。得られた生成物は表Iに示したX線回折パ
ターンを有するゼオライトであった。この様にして得ら
れたゼオライト粉末を075規定の塩化アンモニウム水
溶液で固液比5(lAg)にて、80〜900C,に加
温し、;30分間バッチ的にイオン交換処理した。この
後蒸留水で充分水洗し、110°Cで1夜乾燥した。こ
の脱アルカリ処理したゼオライト粉末にアルミナゾルを
バインダーとしてアルミナ(A、I203)換算で15
重量%添加し、充分混練した。混練後10〜24メツシ
ュ(J I Sフルイ)の大きさの粒子に成型し、11
0℃で1夜乾燥し、その後200mm Hgの水蒸気を
含む空気中で550°C,2時間焼成した。この様にし
て得られた触媒の触媒性能は、固定床流通式反応装置を
用いて軽質ナフサの芳香族化反応により評価を行った。
反応は、重量時間空間速度(Wl(S V) 2.Oh
 r−1゜反応温度470°C5■■2/原料比300
 N−me/ml、反応圧力2.0〜・Gの条件で行い
、軽質ナフサの組成及び本発明によるガス成分の経時的
変化の結果を表2に示した。
表 2 比較例1 ゼオライ)ZSM−5の合成暑特公昭46−10064
号に記載の方法に準じて行った。合成条件を以下の表に
示した。
出発成分(g) A:含水ケイ酸 683 B゛アルミン酸ソータ溶液 10.5 反応混合物組成比(モル比) Si02 1.00 AI203 0.02 Na20 0.034 C(CH3CH2CH2)4N) 20 0.311−
(2020 出発成分CにBg加え均一な溶液とした。この混合溶液
に出発成分A r、)徐々に加え、攪拌して均一なスラ
リー状の反応混合物を調整した。この反応混合物をオー
ト・クレープに仕込んで攪拌しながら160℃に加熱し
、72時間結晶化ビ行った。結晶化終了後、中性Gこな
るまで水洗し、その後120°Cで15時間乾燥した。
得られたゼオライトはX線回折パターンよりZSM−5
であった。
この様にして得られたZSM−5ゼオライ+4一実施例
1と同様に成型、焼成、アンモニウムイオン交換、焼成
を行い触媒とし、軽質ナフサの芳香族化反応を行った。
結果を表3に示した。
表 3 実施例2゜ 実施例1において、水性反応混合物の組成比(モル比)
を以下の様に変えてゼオライトのき成を行った。
5i02/Al2O395 H20/5i02 25 0H−/Sio2 0.32 A、/A l 203 7.0 得られた生成物は表1と基本的に同じX線回折ツクター
ンを有するゼオライトであった。
この様にして得られたゼオライトを実施例1と同様な方
法で酸型化、成型、焼成し触媒となし、n−ヘキサンの
芳香族化反応をWI(S V= 5. Q h r −
1で行った。結果を表4に示した。
比較例2 実施例2において触媒乞実質的に水蒸気を加えない空気
中で550℃、2時間焼成を行ったものに代え、反応は
水素を添加せず、n−ヘキサンのみ欠大気圧下で反応さ
せた結果を表4に示した。
比較例3 比較例1において、水性反応混合物の組成比(モル比)
?以−Fの様に変えてセ刈ライトの合成を行った。
5in2 1.00 AI203 0.01O Na20 0.017 ((CJ(scJ−J2CI−12)4N)20 0.
309T−12020 得られた生成物はX線回折パターンよりZSM−5であ
った。
この様にして得られたZSM−5ゼオライトを実施例1
と同様に成型、焼成、アンモニウムイオン交換し、実質
的に水蒸気を加えない空気中で550℃、2時間焼成し
触媒とし、水素乞添加せず1]−ヘキサジのみケ大気圧
下で反応させた。結果な夫夫 4 実施例3 実施例1と同様な方法で、酒石酸の代りに下記のカルボ
ン酸な用いてゼオライトの合成を行った。
反応混合物の組成比(モル比)は次のとおりであった。
A :’ /’ /酸0−)ルイル酸 クエン酸 サリ
チル酸5i02/Al2O330303030H20/
5i02 20 20 20 200H−/;9i02
 0.14 0,17 0,14 0.17A、/A、
1203 2.5 2.5 2.5 2.5得られた生
成物は表1と基本的に同じX線回折パターンを有するゼ
オライトであった。
この様にして得られたゼオライトラ実施例1に示したの
と同様な方法で酸型化、成型、焼成し触媒となし、軽質
ナフサの芳香族化反応を行った。
結果を表5に示した。
実施例4 実施例1で得られたゼオライト粉末を075規定の塩化
アンモニウム水溶液で固液比5 (lA<g)にて80
〜90’C,に加湿し、30分間バッチ的に4回イオン
交換した。その後蒸留水で充分水洗し、02モル濃度の
硝酸亜鉛水溶液で固液比3 (lAg:)にて80〜9
0°Cに加湿し、2時間バッチ的にイオン交換し、更に
蒸留水で充分水洗した。その後実施例1と同様な方法で
成型し、500 mm T−T gの水蒸気を含む空気
中で550’G、 2時間焼成し触媒となし、プロパン
/プロピレン混合ガスの芳香族化反応をWI(SV 2
.Oh r−1テ行ツタ。原料)jスの組成ハフロパン
224.プロピレン744.イソブタン3.2.各mo
1%で結果を表6に示した。
実施例5゜ 実施例4において、硝酸亜鉛を硝酸銅に代えて触媒を調
整、接触分解ガソリンの芳香族化反応7児−ISV 1
.OlIr−1で行った。原料組成及び反応結果を表6
に示した。
表 6 特許出願人 東 し 株式会社 富土石油株式会社 代理人 弁理士 犬 野 克 射 入 野 令 子 犬 野 柳之輔 東京都千代田区大手町1−2−

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 シリカ源、アルミナ源、アルカリ源およびカルボキシル
    基を含む有機化合物から成る水性反応混合物をモル比で
    表わして S i02/Al 203 10〜200I(20/S
     i02 5〜100 0ル棉i02 0.01〜1.0 人/AI 203 0.05以上 (但しAはカルボキシル基を含む有機化合物を示す)か
    らなる組成比にて反応させて得られる結晶性アルミノシ
    リケートを含む触媒に、水素の存在下、炭化水素留分な
    接触させることを特徴とする炭化水素留分の芳香族化法
JP13325683A 1983-07-21 1983-07-21 炭化水素留分の芳香族化法 Granted JPS6026087A (ja)

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