JPH05503526A - 脂肪族化合物の脱水素化/脱水素環化方法 - Google Patents

脂肪族化合物の脱水素化/脱水素環化方法

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JPH05503526A
JPH05503526A JP3504087A JP50408791A JPH05503526A JP H05503526 A JPH05503526 A JP H05503526A JP 3504087 A JP3504087 A JP 3504087A JP 50408791 A JP50408791 A JP 50408791A JP H05503526 A JPH05503526 A JP H05503526A
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チュー、シンシア・ティン―ワー
デクナン、トーマス・フランシス・ジュニア
デル・ロッシー、ケネス・ジョゼフ
デッソー、ラルフ・モリッツ
フー、ビリー・ケオン
ハス、アルビン・ジュニア
カーカー、ガリー・ウェイン
マーラー、デイビット・オウエン
パートリッジ、ランドール・デイビッド
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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】 脂肪族化合物の脱水素化/脱水素環化方法本発明は、ゼオライト触媒存在下での C1〜Catの脂肪族炭化水素、例えばユーデックスラフィ不一トを含有する原 料の脱水素化および/または脱水素環化方法に関し、特に芳香族化合物または芳 香族化合物とオレフィン類の混合物を製造するための方法に関するものである。
天然および合成のゼオライト物質は、様々な種類の炭化水素の転化のための触媒 的性質を有することが過去に示されている。いくつかのゼオライト物質はX線回 析により測定された明確な結晶構造を有し、規則正しい、多孔性の結晶性のアル ミノシリケートであり、結晶構造内部には非常に多数の小さいキャビティを有し 、そのキャビティは多数の更に小さいチャンネルまたは孔と相互に連絡している 。これらのキャビティまたは穴は特定のゼオライト物質内部では大きさが均一で ある。これらの穴の大きさは、ある大きさの吸着分子は受入れるかより大きい大 きさの分子は拒むようなものであるので、これらの物質は“分子篩”として知ら れ、これらの性質を利用する多くの方法において利用される。そのような分子篩 は、天然のものも合成ものも、広い範囲の正イオンを含む結晶性のシリケートで ある。これらの7リケートは5104と周期律表II[A族元素の酸化物例えば AQO,よりなる堅固な三次元のフレームワークとして記述でき、その中ではそ の正四面体が酸素原子を共有することにより架橋され、それによりIIIA族元 素例えばアルミニウムとケイ素元素の酸素原子に対する比は1゛2である。I[ IA族元素例えばアルミニウムを含む正四面体の電荷は、結晶中にカチオン例え ばアルカリ金属またはアルカリ土類金属カチオンを含むことによりバランスされ ている。これはIIIA属元素、例えばアルミニウムの、Ca/2、Sr/2、 Na、KまたLiのような様々なカチオンの数に対する比が1に等しいことで表 わされる。一つの種類のカチオンは、従来法のイオン交換技術を用いて池の種類 のカチオンと完全にまたは部分的に交換してもよい。そのようなカチオン交換に よりあるノリケートの性質をカチオンの適当な選択によって変化させることが可 能である。
先行技術は多くの種類の合成ゼオライトの生成をもたらしている。
これらのゼオライトの多くは、ゼオライトZ(米国特許第2.882゜243号 八ゼオライトX(米国特許第2.882.244号)、ゼオライトY(米国特許 第3.130,007号)、ゼオライトZK−5(米国特許第3,247,19 5号)、ゼオライトZK−4(米国特許第3゜314.752号)、ゼオライト ZSM−5(米国特許第3.702゜886号)、ゼオライトZSM−11(米 国特許第3,709,979号)、ゼオライトZSM−12(米国特許第3.8 32.449号)、ゼオライトZSM−20(米国特許第3.972.983号 )、ゼオライトZSM−35(米国特許第4.016.245号)オ、J−ヒセ tライトZSM−23(米国特許第4,076.842号)のような文字または 他の便利な記号により示されるようになった。
あるゼオライトの5iOt/AI2.03比はしばしば変化する。例えばゼオラ イトXはS iOt / A Q tOs比2〜3で、ゼオライトYは3〜6で 合成される。いくつかのゼオライトはSiC,/AI2,03比の上限がない。
ZSM−5はそのような一つの例であり、510t/AQ、03比は少(とも5 で、現在の分析測定技術の限度までである。
米国特許第3,941,871号(Re、29,948)はレサイブでは故意に 加えたアルミナを含まない反応混合物から製造した多孔性結晶性シリケートを開 示し、そのシリケートはZSM−5に特有なX線回折図を示す。米国特許第4, 061,724号、同4.073.865号、同4,104,294号は様々な アルミナおよび金属含量を有する結晶性のシワケートを記述する。
ゼオライトは過去において、脂肪族炭化水素から芳香族炭化水素を製造するのに 用いられている。例えば米国特許第3.756.942号はパラフィン性原料を 25M5のようなゼオライト上で転化し様々な炭化水素製品を作る方法を開示す る。この転化に含まれる基礎をなす化学は極めて複雑である。より詳しくは、多 数の同時に起りかつ時には競合する反応が起り様々な生成物を作り、そのものが 反応してさらに異なる製品を形成する。これらの可能な反応にはパラフィンのタ ラノキング、オレフィンの芳香族化、芳香族化合物のアルキル化および脱アルキ ル化がある。C6°パラフイン性原料の23MS上での転化による生成物は、0 8〜C8芳香族化合物、C7〜C4オレフイン、C1l+芳香族化合物および0 1〜C、、<ラフインを含む。これらの生成物の中、C6〜C8芳香族化合物お よびC2〜C4オレフインが最も望ましい。C@〜C6芳香族化合物、例えばベ ンゼン、トルエン、キシレン、オよびエチルベンゼン(BTX、!:t。
総称される)は有用な化合物であり様々な方面で使用できる。BTXは高オクタ ン価を有するので、高オクタンガソリン製造のためのブレンド原料とて使用でき る。C2〜C4オレフイン、例えばエチレン、プロピレン、およびブテン、も膏 用な有機化学品でありポリマーを作るのに用いることができる。対照的にC,− C3/ <ラフイン(すなわちメタン、エタンおよびプロノくン)は、特に混合 物では、価値がより低い化学品であり一般的に燃料として使用されている。
米国特許第3.755.486号によれば、C6〜C3゜炭化水素は、0.3〜 14%のptを含浸した、Li、Na、若しくはにゼオライトX若しくはYlま たはツー−ジャサイトの存在下に、ベンゼンおよびアルキルベンゼンへと脱水素 環化を受ける。
米国特許第3.760.024号は、触媒としてZSM−5を用い水素を加えな いでCt−4パラフインおよび/またはオレフィンを含む原料の芳香族化を開示 する。
米国特許第3,855,115号によれば炭化水素の芳香族化はレニウム交換Z SM−5を用いて行われる。
脂肪族ナフサは、米国特許第3,890,218号に開示された方法により芳香 族含量の増加した製品にグレードアップされる。その方法は、ZSM−5のよう なゼオライト触媒を用い、ゼオライトの芳香族化活性を増加させる一以上の金属 、例えば亜鉛、またはカドミウムをその中に導入する。
米国特許第4,347,394号で開示された方法では、軽質の直留ナフサおよ び類似の化合物を、アルカリ金属化合物、例えばNaOHによる処理で実質的に 酸性をなくした、■族の金属を含む中くらいの孔径のゼオライト、例えばzSM −5を用いて、高度1こ芳香族性の混合物、主としてベンゼンに転化する。
エタンを含むガス状原料をZSM−5のようなガリウムを含むゼオライトを用い て、米国特許第4,350,835号の方法でベンゼン、トルエン、およびキシ レン(“BTX”)に変換する。ト1功ムをさらに含む類似の触媒が米国特許第 4,629,818号に開示されている。
米国特許第4,435,283号は■族元素を含む大孔のゼオライトであって更 にアルカリ土類金属を含むもの、例えばptおよびノXJリウムを含むゼオライ トX、YまたはLを触媒として用(1てアルカンを脱水素環化する方法を記述す る。
米国特許第4,720,602号に開示された方法によれ+i、C。
〜C12の脂肪族炭化水素は、亜鉛で活性化したゼオライト触媒、例えばZSM −5で芳香族化合物に転化される。
本発明によれば少くとも〜っのC1〜Cat脂肪族炭化水素を含む原料の脱水素 化および/または脱水素環化方法が提供され、その方法は焼成した形において以 下の表1に掲げた値を含むX線回折図を有する合成の多孔性結晶性ゼオライトを 含んでなる転化触媒と原料を接触させることを含んでなる。
30.0±2.2 W−M 22.1±1.3 W 12.36±0.4 M−VS ll、03±0.2M−3 8,83+0.14 M−VS 618±0.12 M−VS 6、 OO+0.10 W−M 406土0.07 W−3 3,91+0.07 M−VS 3.42+0.06 VS より詳しくは焼成した形は次のラインを含むX線回折図により特徴づけられる。
表2゛ 30、o±2.2W−M 221±1.3 W 1236土0.4 M−YS l 1.03±0.2M−3 8,83±0.14 M−VS 686±0.14 W−M 6.18±0.12 M−VS 6.00±0.10 W−M 5.54±0.10 W−M 492±0.09 W 4.64±o、os w 4.41±0.08 W−M 4.25±0.08 W 4.10±0.07 W−8 4,06±0.07W−3 3,91±0.07 M−VS 3.75土0.06 W−M 3.56±0.06 W−M 3.42±0.06 VS 3.30±0.05 W−M 3.20±0.05 W−M 3.14±0.05 W−M 3.07±0.05 W 2.99±0.05 W 2.82±0605 W 278±005 W 2.68+0.05 W 2.59±0.05 W これ等の値は標準的な方法によlり測定した。照射は銅のに一アルファダブレ、 トであり、ンンチレーターカウンターとコンピューターを備えた回折計を使用し た。ピークの高さ11および2θの函数としての位置(θはブラッグ角である) を回折計に結合したコンピューターでアルゴリズムを用いて測定した。これらか ら比強度1001/Io(Toは最強のラインまたはピークの強度である)、記 録したラインに対応するオングストローム単位(A)で表わした面間隔d(ob s、)を測定した。表1および2中、比強度は、W=弱い、M=中くらい、$− 強い、および■S=非常に強いの記号で表わす。強度に関しこれらは次のように 一般的に示される。
5=40〜60 VS=60〜100 これらのX線回折図はすべての種類のゼオライトを特徴づけるものと理解すべき である。他のカチオンの形と同様にナトリウム形も、面間隔のいくつかの小さい シフトおよび比強度の変化を有して実質的に同じパターンを示す。他の小さい変 化は、YをXへ、例えばケイ素をアルミニウムへ変えること、個々のサンプルの モル比、および熱処理度に応じて起る。
本発明の方法において触媒として用いるゼオライトは、モル関係XtOs:(n )YO。
(式中Xはアルミニウム、ホウ素、鉄および/またはガリウムのような3価元素 好ましくはアルミニウムであり、Yはケイ素および/またはゲルマニウムのよう な4価元素、好ましくはケイ素であり、nは少くとも10、通常10−150、 より普通には10〜60、一層より普通には20〜40である)を含む組成を一 般的に有する。
合成されたままの形ではそのゼオライトは、無水物ベースでかつnモルのYO, あたりの酸化物のモルで、以下の式:(0,005〜0.1)Na、O:(1〜 4)R:X、○−:nY O。
(式中Rは有機物である)を有する。NaおよびR成分は結晶化中のそれらの存 在の結果としてゼオライトに伴うものであり、通常の後結晶化法により容易に除 去できる。
ここに用いるゼオライトは、熱的に安定であり、大きい表面積(BET(プルエ ンナラエル、エメノト、およびテラー)試験により測定して400m”71以上 )を示L1類似の結晶構造に比べて異常に大きい吸着能を有する。特にそのゼオ ライトは、ノクロヘ牛サン蒸気に対し45重量%以上、特に7重量%以上、n− へ牛サン蒸気に対し10重量%以上、および水蒸気に対し通常10重量%以上の 平衡吸着値を示す。上の式から明らかなように本発明のゼオライトはほとんどN aカチオンなしで合成される。それ故交換工程なしに酸活性を膏する触媒として 使用できる。しかし望ましい限度にまで、合成したままの物質のもとのナトリウ ムカチオンを当該技術分野でよく知られた方法に従って少くとも部分的に他のカ チオンとのイオン交換により置換できる。好ましい置換カチオンには金属イオン 、水素イオン、水素プリカーサ−1例えばアンモニウムイオンおよびそれらの混 合物がある。特に好ましいカチオンは転化方法に触媒の活性を適合させるもので ある。これらは水素、希土類金属および元素のB 周期律表のnA、IIIA、 TV’A、IB、IIB、IB、IVBおよび■族の金属を含む。
触媒としての使用に先立って、ゼオライトを熱処理に付してその中に存在する有 機構成分を部分的にまたはすべて除去すべきである。
本発明で用いるゼオライト触媒は、水素化−脱水素化作用を行うヘキ場合、タン グステン、バナジウム、モリブテン、レニウム、ニッケル、コバルト、クロム、 マンガン、または白金またはバナジウムのような貴金属、の如き水素化成分と密 に組合せても用いることができる。そのような成分は共結晶化の方法により触媒 組成物中に導入し、IIIA属元素、例えばアルミニウムが構造中にある限度ま で組成物中で交換し、触媒組成物中に含浸し、あるいはそれと共に密に物理的に 混合する。そのような成分は、例えば白金の場合にはゼオライトを白金金属を含 むイオンを含む溶液で処理することにより、ゼオライト中にまたは上に含浸させ ることができる。かくして、この目的のために適切な白金化合物には塩化白金酸 、塩化白金および白金アミン錯体を含む様々な化合物がある。
本発明の方法における使用に先立ちゼオライトは少くとも部分的に脱水すべきで ある。これはぜオライドを200°C〜595℃の範囲の温度で、空気および窒 素のような雰囲気中で、大気圧、準大気(S ubatomogpberic) 圧または超人気(S uperatomospheric)圧で30〜48時間 加熱することにより行う。脱水はその結晶性物質を真空中に単に置くことによっ て室温でも行えるが、十分な脱水量を得るためには長時間を要する。
本発明で用いるゼオライトは、アルカリまたはアルカリ土類金属(M)、例えば ナトリウムまたはカリウム、カチオンの源、3価元素X1例えばアルミニウムの 酸化物、4価元素Y1例えばケイ素の酸化物、ヘキサメチレンイミンの形の有機 (R)指示剤、および水を含む反応混合物から製造でき、該反応混合物は、酸化 物のモル比に関して、次の範囲: の組成を有する。
好ましい合成法ではY○1反応物は相当な量の固体のYO,、例えハ少くとも3 0重量%の固体のYO,を含む。YO,がシリカである場合、少くとも30重量 %の固体のシソ力を含むシリカ源、例えばウルトラシル(90重量%のシリカを 含む沈澱させスプレィドライしたソリ力)またはハインル(87重量%のシリカ 、6重量%のフリーの水、4.5重量%の水和の結合水を含み、0.02ミクロ ンの粒径を有する沈澱した水和したSin、)を用いると上記混合物からの結晶 生成を促進する。ケイ素の酸化物の他の源、例えばQ−ブランド(288重量% のSin、、8.9重量%のNa=Oおよび62.3重量%の水よりなるケイ酸 ナトリウム)を用いると、必要なゼオライトと他の結晶構造の不純物相、例えば ZSM−12、を製造するなら結晶化は少く生ずる。従って好ましくはYO8、 例えばシリカ、源は少(とも30重量%の固体のYO,、例えばシリカ、より好 ましくは少くとも40重量%の固体のYO1、例えばシリカ、を含む。
結晶化は静的なまたは撹拌した条件下、適当な反応容器、例えばポリプロピレン のジャーまたはテフロンで裏打ちしたまたはステンレススチールのオートクレー ブ中で行うことができる。結晶化は一般に80°Cへ225°Cで25時間〜6 0日間行う。その後、結晶を液体から分離し回収する。
結晶化は結晶生成物の全重量を基準にして、少くとも0.01%、好ましくは0 .10%、より好ましくは1%の種結晶の存在により促進される。
本発明の方法における使用に先立ち、ゼオライトを本発明の方法で用いる温度や 他の条件に耐える他の材料と好ましくは組合せる。
そのような材料には活性および不活性な物質、および合成または天然のゼオライ ト並びにクレイ、シリカのような無機物質、および/またはアルミナのような金 属酸化物がある。後者は天然のもの、またはシリカおよび金属酸化物の混合物を 含むゼオライト状沈澱物またはゲルの形である。本ゼオライトと組み合せたある 物質の使用(すなわち本ゼオライトと一緒にし或いはその合成中に存在し、それ 自身触媒的に活性である物質)は触媒の転化および/または選択性を変化させる 。不活性な物質は、生成物が、反応速度をコントロールするための他の手段を用 いずに経済的にまたは整然と得られるよう、転化量をコントロールする希釈剤と して適切に働く。これらの物質は天然に存在するクレー、例えばベントナイトお よびカオリン中に導入してもよく、商業的な操作条件の下での触媒の破砕強度を 改良する。該物質、すなわちクレーおよび酸化物は触媒のバインダーとして作用 する。商業的な利用では、触媒が粉末状物質に砕けるのを阻止することが望まし いので、良好な破砕強度を有する触媒を提供するのが望ましい。これらのクレー のバインダーは触媒の破砕強度を改良する目的のためにのみ通常用いられている 。
本発明の結晶と複合化することができる天然のクレーにはモンモリロナイトおよ びカオリン属かあり、その属はサブベントナイト類、および主鉱物成分がハロイ サイト、カオリナイト、ジノカイト、ナフライトまたはアナウキサイトであるデ ィキシ−、マノフナミー、ジオ−シアおよびフロリダクレーとして一般に知られ たカオリン類、および他のものを含む。そのようなりレーは最初に採掘されたま まの未加工状態で使用され、あるいは最初に焼成、酸処理、または化学的改変に 付す。ゼオライトと複合化するのに用いるバインダーは無機酸化物、特にアルミ ナ、をも含む。
前述の物質の外に本ゼオライトは、シワカーアルミナ、シリカ−マグネシア、シ リカ−ジルコニア、シリカ−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−マグネシアおよびシリカ−マグネシア−ジルコニアのような三成分組成物 の如き多孔性のマトリックス物質と複合できる。少くとも前述のマトリックス物 質の一部をコロイド形で提供し、結合した触媒成分の押出しを容易にするのも有 利である。
ゼオライトおよび無機酸化物マトリックスの割合は広範に変化し、結晶の含量は 1〜90重量%に、特に複合体がビーズの形に作られた時には、より通常には複 合体の2〜80重量%の範囲で変化する。
本発明の触媒の安定性はスチーミングにより増加し、スチーミングはゼオライト を5〜1oo%スチームと少くとも300’C(好ましくは300〜600°C )の温度で、少くとも一時間(好ましくは1〜200時間)、101〜2500 kPaの圧力で接触させることにより便利に行われる。より具体的な態様では触 媒は75〜100%7.9−4で315°〜500’C1大気圧で2〜25時間 スチーミングを受ける。
本発明の方法への原料は、少くとも2o重量%の、より好ましくは少くとも50 重量%の、2〜12個の炭素原子を有する少くとも一つの脂肪族炭化水素を含む 。炭化水素は直鎖、開鎖、または環状であってもよく、飽和または不飽和であっ てもよい。いくつかの予期される炭化水素はエタン、プロパン、プロピレン、n −ブタン、n−ブテン、イソブタン、イソブチン、直鎖、分枝および環状のペン タン類、ペンテン類、ヘキサン類、ヘキセン類、ヘプタン類、ヘプテン類、オク タン類、オクテン類、ノナン類、ノネン類、デカン類、ウンデカン類、デセン類 、ウンデセン類、ドデカン類、およびドデセン類である。特に有用な炭化水素原 料は溶媒抽出処理により芳香族化合物を除いた炭化水素混合物からのラフィネー トである。そのような溶媒抽出処理の例はカーク−オスマー、E ncyclo pedia ofChemical T echno1ogys第3版、9巻、 706〜709頁、ジョンウィリーアンドサンズ、1980に記載されている。
一つのそのような炭化水素原料はユーデックスラフィネートであり、その典型的 な組成は次の通りである。
C,27,93 C,s3.56 C8芳香族 1,18 他の適切な原料は直留の、熱分解または水素化分解したナフサまたは一以上のC 2〜CI、パラフィンを含む他のナフサである。ナフサは400°F(204℃ )までの沸点温度範囲を示し、軽ナフサ留分は80〜250°F(27〜120 ℃)の沸点温度範囲を示す。
本発明の炭化水素変換方法は、原料を、例えば触媒組成物の固定床または流動床 のような反応領域で有効な転化条件下にゼオライトと接触させることにより行う 。本発明の方法の典型的な態様では原料は反応領域へ316℃(600°F)〜 760’C(1400’ F)ノ範囲内の温度、大気圧〜2860kPa(40 0psig)の範囲内の圧力、および0.1〜100の液空間速度(LHSV) で導入する。より好ましくは、用いる温度は400〜680℃(750−125 0’ F)、最も好ましくは450〜590°C(800〜11000F)であ り、圧力は445〜1825kPa(50〜250psig)、LHSVはO6 5〜5である。
本発明の触媒の芳香剤選択性はゼオライトの酸活性により影響を受けるようであ る。酸活性の一つの尺度はアルファ価であり、それはぜオライドの接触分解活性 の、標準的触媒のそれと比較したおおよその表示である。アルファ価は、アルフ ァ価1を有するとしたシワカーアルミナクラッキング触媒(速度定数−0,01 6sec−’)と比較した、相対的な速度定数(単位時間あたりの触媒体積あた りのノルマヘキサン転化の速度)である。本明細書で用いるアルファ価測定試験 はJ 、 Catalysis、61巻、390〜396頁(1980)に記載 されている。
か(して本発明の第一の態様において、用いるゼオライトは150を越えないア ルファ価を有する。好ましくはぜオライドのアルファ価は50を越えず、より好 ましくは10を越えない。しかしながら第−の態様のゼオライトは、最終のゼオ ライト触媒1gを1oozQの水中でスラリーにした時、8以下の、好ましくは 7以下のpHを示すように、幾分かの酸性を有するべきである。
そのような低アルファ価を有するゼオライトの製造は、(a)大きいシリカ/ア ルミナ比を有するゼオライトを合成する、(b)スチーミング、(C)スチーミ ングとそれに続く脱アルミ化および(d)フレームワークのアルミニウムを他の 3価の金属種、例えばポウ素で置換すること、を含む様々な技術により行うこと ができる。スチーミングの場合ゼオライトをスチームに260〜650’C(5 00〜1200°F)、好ましくは4oo〜540℃(750〜1000’ F )の範囲の高温でさらす。この処理は100%スチームの雰囲気、またはスチー ムと実質的にゼオライトに不活性な気体よりなる雰囲気中で達成される。同様な 処理は高圧を用いたより低温で、例えば180〜370’C(350〜700’  F)および1000〜20200kPa(10〜200気圧)で達成できる。
いくっがのスチーミング方2 法の具体的な詳細は米国特許第4.325.99 4号、同第4,374.296号、および同第4.418,235号の開示より 得られる。
上述の方法とは別に、あるいは上述の方法に加えて、ゼオライトの酸性は、塩基 物質、例えば水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、重炭酸ナトリウム、硝酸ナト リウム、水酸化カリウム、炭酸カリウ5 ム、水酸化カル/ラム、炭酸カルシウ ム、水酸化バリウムおよび炭酸バリウムのようなアルカリ金属またはアルカリ土 類金属の水酸化物または塩基性塩、による処理により減少させることができる。
第2の態様では用いるゼオライトは、本質的に酸活性を示さないものである。“ 本質的に非酸性”という表現は、1gの触媒を100xQの水中でスラリーにし た時測定して、少くとも8の、好ましくは少くとも9のpHを示す触媒の最終的 な型、すなわちゼオライトが■族金属種成分(下記参照)および任意バインダー 成分を含むことをいう。機能的または触媒的な語で述べると、“本質的に非酸性 ”という表現は、n−オクタンのキンシン類への脱水素環化転化を触媒するのに 用いた時、選択した転化条件下で0−キシレンの平衡量以上の0−キ/レンを作 るゼオライトの型を指す。
ここで用いるゼオライトの本質的に非酸性の型は、ゼオライトの酸含量を、好ま しくは■族金属種の包含に続<rAおよび/またはnA族カチオンによるイオン 交換により減少させることにより得られる。IA族およびIIAIA族オンの適 切な源には、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、重炭酸ナトリウム、水酸化カ リウム、炭酸カリウム、水酸化カルシウム、炭酸カルシウム、水酸化バリウム、 炭酸バリウム、および水酸化セリウムのようなアルカリ金属またはアルカリ土類 金属の水酸化物または塩基性塩がある。
それぞれ低酸性および本質的に非酸性ゼオライトを用いる上述した第一および第 二の態様において、最終の触媒は少くとも一つの■族金属種を含むことが必要で ある。ここで用いる“■族金属種”の表現は、金属それ自体、例えば白金、パラ ジウム、イリジウム、レニウム、およびロジウム、そのような金属の組合せ、お よびそれらの化合物を意図する。好ましい金属は白金およびパラジウムであり、 この中白金が最も好ましい。■族金属成分を、ゼオライトおよび/またはゼオラ イトが複合するバインダーまたはマトリックス物質に物理的および/または化学 的に加えることができる。例えば■族金属種をゼオライトが形成された後にゼオ ライト中に含浸させ、あるいはその金属をゼオライトが形成される反応混合物中 に含ませることができる。例えば白金の場合、ゼオライトを白金金属を含むイオ ンを含有する溶液で処理する。か(してこの目的のための適切な白金化合物には 塩化白金酸、塩化白金および白金アミン錯体を含む様々な化合物がある。ゼオラ イト中に存在する■族金属の量はゼオライトの0.01〜5.0重量%、好まし くは0.1〜2.011ij1%、最も好ましくは0.2〜1,0重量%に変化 できる。
選択性を更に高めるために、第一および第二の態様の低およぎ非酸性ゼオライト にそれぞれスズ、インジウム、タリウム、鉛および/または硫黄のような一以上 の元素種を更に加えることができる。
本発明を、次の実施例および添付図面を参照してより具体的に記載する。
図1〜5は、それぞれ実施例1,3,4.5および7の焼成した結晶性物質生成 物のX線回折図であり、図6〜8は、本発明の脂肪族炭化水素転化法に関する方 法の挙動のデータをグラフ的に示したものである。
実施例において他に示さない限りすべての部は重量による。水、シクロヘキサン および/またはn−へ牛サンについての吸着能の比較のために吸着データを説明 する場合には常に、それらは次のようにして測定した平衡吸着値である。
重量測定した焼成した吸着剤試料を、吸着チャンバー中で所望の純粋な吸着質蒸 気と接触させ、lmmHg以下に脱気し、1.6kPa(12トール)の水蒸気 、または5.3kPa(40トール)のn−へキサン蒸気、または5,3kPa (4oトール)の/クロヘキサン蒸気(90’Cでのそれぞれの吸着質の蒸気− 液体の平衡圧より小さい圧力)と接触させた。吸着時間(8時間を超えなかった )中マノスタットによりコントロールした吸着質の添加により圧力を一定に保っ た(約±0゜SimHg以内)。吸着質かゼオライト結晶性物質により吸収され るのに従い、圧力減少によりマ/スタ)l+−がバルブを開け、バルブが吸着質 蒸気をチャンバーに入れて上記コントロール圧力を回復させた。
吸着は圧力変化がマノスタットを活動させるのに十分でない時に終了した。重量 増加を、9で表した試料の吸着能/焼成した吸着剤l009として計算した。本 発明の方法に用いたゼオライトは水蒸気については10重量%以上、シクロへ牛 サン蒸気については4.5重量%以上、通常7M量%以上、n−へ牛サンについ てはto重量%以上の平衡吸着値を示す。
アルファ値を調べる時、その値は、標準的な触媒と比較した、触媒の接触分解活 性のおおよその指標であり、相対的な反応速度(単位時間当り触媒体積当りのノ ルマルへ牛サン変換の速度)を与えるということに注意すべきである。それはア ルファ1とした高度に活性なシリカ−アルミナクラッキング触媒の活性(速度定 数=o、016SeC−1)を基準にしている。ここで用いたアルファ試験はJ  、 Catalysis、 61巻、390〜396頁(1980)に記載さ れている。
実施例1 1部のアルミン酸ナトリウム(43,5%AQtOa、32.2%NazO12 5,6%H,O)を1部の50%NaOH溶液と103.13部の水を含む溶液 に溶解した。これに4.50部のへキサメチレンイミンを加えた。生じた溶液を 8.55部のウルトラシル(沈澱したスプレードライした/リカ(Sin、約9 0%))、に加えた。
反応混合物はモル比で次の組成を有する。
5iOz/A&tO3=30.0 0H−/5iO−=0.18 Hto / S 102 = 44 、9Na/Sin、 =0.18 R/SiO,=0.35 (式中Rはへキサメチレンイミンである。)混合物をステンレススチール反応器 中で撹拌しながら150’Cで7日間結晶化させた。結晶生成物を濾過し、水洗 し、120°Cで乾燥した。538°Cで20119間焼成後にX線回折図は表 3に示した主なラインを示した。図1は焼成生成物のX線回折図を示す。焼成し たその物質の吸着能は、 H,OL5.2重量% シクロヘキサン 14,6重量% n−へ牛サン 16.7重量% であった。焼成した結晶性物質の表面積は494m”/9であると測定された。
焼成しない物質の化学的組成は次の通りであると測定された。
成分 重量% S iOt/ A Q −03,モル比 −21,123,703,7513 24,973,5715 26,003,43100 実施例2 実施例1の焼成した結晶性物質の一部をアルファ試験で試験し、224のアルフ ァ価を有することがわかった。
実施例3〜5 3つの別の合成反応混合物を表4に示した成分により調製した。
その混合物はアルミン酸ナトリウム、水酸化ナトリウム、ウルトラシル、へキサ メチレンイミン(R)および水で調製した。その混合物を150℃、143℃、 150°Cにそれぞれ7.8.6日間、ステンレススチールのオートクレーブ中 で自発の圧力で維持した。固体を未反応の成分から濾取し、水洗し、続いて12 06Cで乾燥した。
生成物結晶を、X線回折、吸着、表面積、および化学分析により分析した。結果 を表4並びに図2.3および4に示す。吸着および表面積測定は焼成した生成物 について行った。
合成用混合物1モル比 5iOt/Al2tOs 30,0 30.0 30.○○H−/Si0. 0 .18 0,18 0.18H,O/S+0. 19,4 19.4 44.9 Na/Sin、 0.18 0,18 0.18R/ S 10 t 0 、3 5 0 、35 0 、35生成物組成1重量% S i O、/ A Q 、O−1モル比 22,5 20,9 26.0吸着 1重量% H2O14,913,614,6 シクロヘキサン 12,5 12,2 13.6n−へ牛サン 14,6 16 .2 19.0表面積、m279 481 492 487実施例6 実施例3.4および5の焼成した(538°C13時間)結晶性/リケード生成 物をアルファ試験で試験し、それぞれ227.180および187のアルファ価 を有することがわかった。
実施例7 本発明のゼオライトの更なる合成を示すために、4.49部のへキサメチレンイ ミンと、1部のアルミン酸ナトリウム、1部の5゜%NaOH溶液および441 9部の水を含む溶液に加えた。−緒にした溶液に854部のウルトラシルを加え た。その混合物を撹拌しながら145℃で59時間結晶化させ、生成物を水洗し 、120℃で乾燥した。
乾燥した生成物結晶のX線回折図を図5に示す。生成物の化学的組成、表面積お よび吸着分析を表5で説明する。
表5 生成物組成(未焼成) C12,1重量% N 1.98重量% Na 640ppm A(,0,5,0重量% Si0. 74.9重量% si○t/ A Qx Os、モル比 25.4吸着1重量% 表面積、@”I9 479 実施例8 実施例7からの259の固体の結晶生成物を流れている窒素雰囲気下で538℃ で5時間焼成し、続いて5%酸素ガス(残りN、)をさらに16時間538°C でパージした。
焼成した物質の個別の39の試料を、0.INTEABr、TPABrおよびL  aC(1,溶液100z4で別々にイオン交換した。イオン交換は常温で24 時間行い、3回繰り返した。イオン交換した試料を濾取し、ハライドを含まなく なるまで水洗し、乾燥した。イオン交換した試料の組成を下に表にし、種々のイ オンについての結晶性シリケートの交換能力を示す 交換イオン T E A T P 、A L aイオン組成1重量% Na 0. O950,0890,063N O,300,380,03 実施例9 実施例8からのLaで交換した試料を14〜25メツシユの大きさに分け、次に 空気中で538°Cで3時間焼成した。焼成した物質は173のアルファ価を有 していた。
実施例10 実施例9からの焼成したLaで交換した試料を649℃で1o。
%スチーム中で2時間厳しくスチーミングした。スチーミングした試料は22の アルファ価を有し、そのゼオライトが厳しい熱水処理の下で非常に良好な安定性 を有することを示す。
実施例11 この実施例は上記一般式においてXがホウ素である場合のゼオライトの製造を説 明する。ホウ酸2.59部を、1部の45%KOH溶液および42.96部の水 を含む溶液に加えた。これに8.56部のウルトランルシリカを加え、混合物を 十分に均一にした。3.88部のへキサメチレンイミンをその混合物に加えた。
反応混合物はモル比で次の組成を有していた。
sio、/B、o、= 6.1 0H−/5iO−= 0.06 Hto / S ro −= 19 、0(式中Rはへキサメチレンイミンであ る。)混合物をステンレススチールの反応器で撹拌しながら150℃で8日間結 晶化させた。その結晶性生成物を濾過し、水洗し、120℃で乾燥した。生成物 の一部を6時間、540℃で焼成し、次の吸、着能を有することかわかった。
HxO(12)−ル) 11.7重量%シクロヘキサン(40トール) 7.5 IU1%n−ヘキサン(40トール) 11.4重量%その焼成した結晶性物質 の表面積は405m’/9であると測定され焼成しない物質の化学的な組成は次 のようであると測定された。
N 1.94重量% Na 175ppm K O,60重量% ホウ素 1.04重量% kQ10 s 920 ppIll Sin、 75.9重量% アッシュ 74.11重量% S iOx/ A Ql O2,% ル比 =1406Sift/(A+2+B )tOs1モル比 =25.8実施例12 実施91111の焼成した結晶性物質の一部をNH,CI2で処理し、再び焼成 した。最終の結晶性生成物をアルファ試験で試験し、1のアルファ価を膏するこ とがわかった。
実施例13 この実施例は上記一般式においてXがホウ素である場合のゼオライトの別の製造 を説明する。ホウ酸2.23部を、1部の50%NaOH溶液および7389部 の水よりなる溶液に加えた。この溶液に15.29i!のハイシルン’/力、続 いて6.69部のへキサメチレンイミンを加えた。反応混合物はモル比で次の組 成を有していた。
SiO,/B、O,= 12.3 0H−/SiO,= 0.056 H,○/Sin、=18.6 に/SiO,= 0.056 R/ S io、 = 0.30 (式中Rはへキサメチレンイミンである。)その混合物をステンレススチールの 反応器中で撹拌しながら3゜OoCで9日間結晶化させた。その結晶性生成物を 濾過し、水洗し、120’Cで乾燥した。焼成した物質(6時間、540’C) の吸着能を測定した。
H,014,4重量% ンクロへキサン 4.6重量% n−へキサン 14.0重量% 焼成した結晶性物質の表面積は438m″/9であると測定された。
焼成しない物質の化学的組成は次の如くであると測定された。
5iO=/Al2−0部1モル比 :249Sioy/(AI2+B)zOi1 モル比 =28.2実施例14 実施例13の焼成した結晶性物質の一部をアルファ試験で試験し、アルファ価5 を有することがわかった。
実施例15〜19および比較例20〜26実施例15〜19は、相当な量のBT X芳香族化合物を他の芳香族および脂肪族炭化水素と共に含む生成混合物を供給 するための、本発明のゼオライト上での、その組成を上に説明したユーデノクス ラフィ不一トの転化を説明する。比較例20〜29は、同一条件下での同一原料 の転化のための結合しない23M5の使用を説明する。
実施例15〜19で用いたゼオライトは、4.49部のへキサメチレンイミンを 1.00部のアルミン酸ナトリウム、100部の50%NaOH,8,54部の ウルトラシルVN3、および44.19部の脱イオン水を含む混合物に加えるこ とにより製造した。反応混合物を143°C(290’ F)に加熱し、オート クレーブ中で結晶化のための温度で撹拌した。完全な結晶化が達せられた後に大 部分のへキサメチレンイミンを、オートクレーブからコントロールした蒸留によ り除去し、ゼオライト結晶を残った液体から、濾過、脱イオン水での洗滌、およ び乾燥により分離した。そのゼオライトを540℃(1000’F・)窒素中で 焼成することにより活性し、続いて硝酸アンモニウム水溶液で交換し、540° C(1000°F)で空気中で処理した。そのゼオライトを次に錠剤にし、粉砕 し、30/40メツ/二の大きさに分け、反応器に装填し、固定床ダウンフロー 反応を0.59の一定のゼオライト装填で行った。
表−尺 本発明の転化触媒の性質 表面積(B E T)、m”/9503S iot/ Al2tOs(%ル)  271000’Cテy ノシx、重量% 99.05比較例20〜26で用イタ ゼオライトZSM−5(SiO,/Aff−0、=55)は通常の方法で製造し た。
実施例15〜26の反応条件は538°C,1ookPa(1気圧)および2〜 30のWH3Vであった。
実施例45〜26の反応生成物の分析は次の如く表7で説明する。
図6および7は、ZSM−5と本発明のゼオライトについて芳香族選択性と収率 をそれぞれ比較したものである。25〜40%の芳香族化転化率で、本発明のゼ オライトはZSM−5より顕著に高い芳香族選択性と収率を示す。
実施例27〜29 これらの実施例は、本発明のゼオライトを含む触媒上でのn−ヘキサンの転化を 説明する。ゼオライトは4.49重量%のへキサメチレンイミンを、1.00部 のアルミン酸ナトリウム、1.00部の50%NaOH,8,54部のウルトラ シルVN3シリカおよび44゜19部の脱イオン水を含む混合物に加えることに より製造した。反応混合物を143°C(290°F)に加熱し、オートクレー ブ中で結晶化のための温度で撹拌した。完全な結晶化が達成された後に大部分の へキサメチレンイミンをオートクレーブからコントロールした蒸留により除去し 、ゼオライト結晶を、残った液体から濾過、脱イオン水での水洗および乾燥によ り分離した。
ゼオライト結晶の一部をAσ、03と組合せて、65重量部の七オライドおよび 35部のAQtO3からなる混合物を作った。水をこの混合物に加えて、生じた 触媒を押出し物に形成させた。その触媒を、482°C(900’ F)で3v /v/分窒素中で3時間焼成することにより活性化させ、次に50容量%空気1 50容量%窒素により3v/v/分で482℃(900°F)で処理した。焼成 は温度を540’C(1000’ F)まで5°F/分で上げ、最後に100% 空気(3v/v/分)にスイッチし、540]Ec(1000°F)で3時間保 持することにより完了した。
それぞれの実施例においてへ牛サン転化を、540°C,LookPa(大気) の圧力、0.6のLH3Vで行った。表8は転化の結果を説明し、図8は合わせ た結果について転化パーセントに対する芳香族化合物の収量を示す。
表8 流動時間(時間) 13 30 54 エタン 12.34 11.38 12.68プロパン 24.84 23.9 7 27.08ブタン類 11,05 9.27 8.90ペンタン類 1,5 2 1,04 0.93n−ヘキサン 7,24 5.44 6.81プロピレ ン 7.48 8,90 7.16C4オレフイン 4.51 7,07 5. 6IC,オレフィン 1.32 2,44 2.35ベンゼン 2,30 2. 55 2.52トルエン 5.31 4.88 4.25芳香族選択性 54. 25 57.19 50.54実施例30 この実施例はゼオライトを540’C(1000’ F)で48時間スチーミン グ(100%スチームルた後のn−ヘキサノ転化のための本ゼオライトの使用を 説明する。反応条件は本質的に実施例27−29で用いたのと同じである。
転化結果は表9で次の通り説明する。
表−」− 流動時間(時間) 6 ブタン類 2.33 ペンタン類 0.16 芳香族選択性 59.49 9 実施例31 この実施例は低酸性触媒の製造および、パラフィン、n−へ牛サンのオレフィン および芳香族化合物への転化におけるその使用を説明する。
実施例15〜19で製造した触媒109を、100+yQの水中でスラリーにし 、生じたスラリーに75!ρの0 、5 M N a HCOa続いて200i y9ノP t(NHJ−CI2zを含む50ffQ(7)水IOエタ。コノ混合 物を一晩常温でpH8゜8で撹拌した。ナ) +7ウムおよび白金で交換したゼ オライトをaAし、洗滌し、乾燥し、360℃まで。、5℃/分の割合で加熱し 最後の温度で一時間保持することにより酸素中で焼成した。その低酸性焼成ゼオ ライトは1.5%のPt、1.6%のNa、2.4%のAQを含んでいた。10 zdの蒸留した脱イオン水中でのO,Igの触媒のスラリーで測定した触媒のp Hは70〜7゜1であった。
この実施例の触媒を用いた第1の実験でn−へキサンを538°C1100kP a(大気圧)および6.1の水素/n−へ牛サン比で転化し、55〜60%の転 化で11%の選択性でベンゼンを得た。
その触媒を用いる第2の実験でn−へブタンを482℃、790kPaの(10 0psig)および5:1:1のN、:H,:C,モル比で転化した。
収率は98.8%のへブタン転化で29%のC3と30%の04脂肪族化合物、 並びに4%のベンゼン/ト芳香族化合物レン芳香!化合物であった。
実施例32 実施例31の低酸性焼成触媒を1MNaHco、により室温で更に処理し、付加 的な洗滌なしに濾過し、触媒を本質的に非酸性にした。このようにして、蒸留し た脱イオン水中の触媒の0.1zgスラリーで測った触媒のpHは11.3であ った。実施例31と本質的に同じ方法および反応条件を用いて触媒をn−へキサ ンの転化に用いた。反応生成物の分析は、56%のヘキサン転化でベンゼンへの 55%の選択性、実施例31で得られるのと比較してベンゼンについての選択性 の劇的な増加、を示した。
実施例33 この実施例は下に実施例34で説明するパラフィン転化で用いる低酸性触媒の製 造を説明する。
実施例15〜19で製造したゼオライトを硝酸ナトリウム交換1540℃(10 00’F)空気焼成の繰り返しに付し、アルファ価2を有する低酸性触媒を調製 した。ゼオライトのこのナトリウム型を次に、4時間にわたッテ常温テ2.6  X 10−’MノPt(NH,)、C(を溶液によりpH9で交換し、次にゼオ ライトが塩素がなくなるまで脱イオン水で洗滌し、その後乾燥した。そのゼオラ イトは1.0重量%のptを含んでいた。白金を加えたそのゼオライトを空気中 で次に焼成し、温度は毎分1°C(2°F)の割合T350’C(660’F) の最終温度まで増加させ、ゼオライトをこの温度で3時間保持した。硝酸ナトリ ウム水溶液でのPt/Na/ゼオライトの温度の繰り返した交換、および脱イオ ン水による洗滌の後に、触媒を121’C(250’ F)で乾燥させた。
実施例34 この実施例は実施例33の低酸性P t/ N a/ゼオライト触媒組成物の触 媒挙動を、商業的なリフォーミング触媒、すなわち、Pt/Re/AI2.03 <0.22重量%の白金および0.4重量%のReを含むのそれと比較する。
それぞれの実験で、10cc(約49)の前述の触媒のそれぞれを用いた。触媒 床を104°C/時間(220°F/時間)の割合で100cc/分の流れてい る水素中で510(950’ F)まで加熱し、次にこの温度で1時間保持した 。それぞれの触媒についての転化データは510(950’ F)、790kP a(100psig)、3:1のH,/HCモル比、および100%n−へキサ ン供給での3のWHSVの反応条件で得た。
それぞれの実験の結果を下の表10および11で説明し、図6でグラフ的に比較 する。
表10 本発明の触媒を用いたn−へキサンの脱水素環化ε 流動時間 1s 10 z 024 C1十芳香族 2.31.7 1.5 1.3 1.3ゞ) 全芳香族 35, 7 22,2 20,0 19.6 19.0表11 PVRe/A(b09触媒を用いたれ−へキサンの脱水素環化流動時間 3 2 8 44 全芳香族 13,5 10.0 8.2これらのデータが示すように、本発明の 低酸性P t/ N a/ゼオライト触媒による芳香族生産は、p t/ Re / A Qto s触媒の場合の芳香族の約10重量%の製造と比較して、最初 333重丸以上であり流動数時間後に20重量%に減少する。
Fl(ur、& 二−デックスラフイ不−ト転化 芳香族化転化率、パーセント Fif、ra7 ′ 二−デブクスラフィネート転化 芳香族化転化率、パーセント 1′/3・2 転化パーセン)=100・芳香族化

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 1.少くとも一つのC2〜C12脂肪族炭化水素を含有する原料の脱水素化およ び/または脱水素環化方法であって、その原料を、焼成した形で明細書の表1に 掲げた値を含むX線回折図を有する合成の多孔性結晶性ゼオライトを含んでなる 転化触媒と接触させることを含んでなる方法。
  2. 2.合成の多孔性結晶性ゼオライトがその焼成した形で明細書の表2に掲げた値 を含むX線回折図を有する請求の範囲第1項に記載の方法。
  3. 3.ゼオライトが以下のモル関係; X2O3:(n)YO2 (式中、nは少くとも約10であり、Xは3価の元素であり、Yは4価の元素で ある)を含んでなる組成を有する請求の範囲第1項に記載の方法。
  4. 4.Xがアルミニウムを含んでなり、Yがケイ素を含んでなる請求の範囲第3項 に記載の方法。
  5. 5.ゼオライトがシクロヘキサン蒸気に対し4.5重重%以上の、n−ヘキサン 蒸気に対し10重量%以上の平衡吸着能を有する請求の範囲第1項に記載の方法 。
  6. 6.ゼオライトが150以下のアルファ価を有し、触媒がさらにVII族金属種 を含んでなる請求の範囲第1項に記載の方法。
  7. 7.ゼオライトが本質的に酸性を有さず、触媒がさらにVII族金属種を含んで なる請求の範囲第1項に記載の方法。
  8. 8.ゼオライトがスズ、インジウム、タリウム、鉛、および硫黄から選択される 少くとも一つの元素を伴う請求の範囲第6項または第7項に記載の方法。
  9. 9.原料が少くとも20重量%の少くとも一つのC2〜C12脂肪族炭化水素を 含む請求の範囲第1項に記載の方法。
  10. 10.原料が少くとも50重量%の少くとも一つのC2〜C12脂肪族炭化水素 を含む請求の範囲第1項に記載の方法。
  11. 11.316〜760℃(600°F〜1400°F)の温度、100〜286 0kPa(大気圧〜400psig)の圧力、0.1〜100のLHSVで行う 請求の範囲第1項に記載の方法。
  12. 12.400〜680℃(750〜1250°F)の温度、445〜〜1825 kPa(50〜250psig)の圧力、0.5〜5のLHSVで行う請求の範 囲第1項に記載の方法。
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