JPH0656707A - イソオレフィンの製造とエーテル化方法 - Google Patents

イソオレフィンの製造とエーテル化方法

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JPH0656707A
JPH0656707A JP24217092A JP24217092A JPH0656707A JP H0656707 A JPH0656707 A JP H0656707A JP 24217092 A JP24217092 A JP 24217092A JP 24217092 A JP24217092 A JP 24217092A JP H0656707 A JPH0656707 A JP H0656707A
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JP24217092A
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Lawrence W Jossens
ダブリュ.ジョセンズ ローレンス
Donald S Santilli
エス.サンティリ ドナルド
Dennis J O'rear
ジェイ.オウリアー デニス
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Chevron USA Inc
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Chevron Research and Technology Co
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 製油所ナフサからイソブチレン及びイソペン
テンの収量の高い生成物を得ることを目的とする。 【構成】 C5 −C9 オレフィンを含有するオレフィン
系ナフサのストリームを、低い酸度の結晶性珪酸塩と、
300psigより低い圧力下、約500〜約900°
Fの間の温度下で接触させて、イソブチレン及びイソペ
ンテンに富んだ生成物ストリームを製造する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、製油所内における炭化
水素変換に関する。更に詳しくは、本発明は、精油所ナ
フサ内に含まれる高級オレフィンからのイソオレフィン
の製造に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、より高いオクタン燃料を必要とす
る、より効率的で、圧縮比の高いガソリンエンジンの発
展並びに、オクタン増加剤としての鉛添加剤を除くこ
と、テールパイプ及び蒸発性のガスを減少させることへ
の規則上の要求に鑑み、石油精製工業に与えられた大き
な技術的課題は、ハイオクタンガソリンを製造するため
の代替方法を確立することである。
【0003】これらの要求を満足させるため、業界は、
無鉛のオクタン増加剤を開発し、規則上の基準に対応し
てガソリンを再調剤してきた。これら及び他のアプロー
チは、ガソリン鉛添加物を除くことを要求する規則の要
求に完全に合致し、それらによって業界は高オクタンガ
ソリンに対する急速に増大する市場の需要を満足させる
ことができるものの、ガソリンのコストに対する経済的
インパクトは大きい。
【0004】従って、業界の従事者は、市場により要求
されるガソリン生成物を製造する新しい方法を発見する
努力を強めている。その研究の重要な一つの焦点は、オ
クタン増加剤及び補足燃料として低級脂肪族アルキルエ
ーテルを混合した高オクタンガソリンを生成する新しい
方法である。C5 −C7 メチルアルキルエーテル、特に
メチル第三ブチルエーテル(MTBE)及び第三アミル
メチルエーテル(TAME)は、ガソリンのオクタンを
高めるために特に有用であると判明している。従って、
これらエーテルの製造方法を改良することは、きわめて
重要であり、石油精製技術の研究者にとって実質的な難
題となっている。
【0005】自動車燃料内の酸素含有量を最小ににする
ことを求める立法的命令によって、多くの製油所は、M
TBE、TAME及び一般に「酸素添加剤(oxyge
nates)」と呼ばれる他の高オクタン化学品を、ガ
ソリン精製プールに加えることを考慮している。
【0006】イソブチレンが酸性の触媒によってメタノ
ールと反応してメチル第三ブチルエーテル(MTBE)
を供給し得ること、並びにイソアミレンが酸性の触媒に
よってメタノールと反応して第三アミルメチルエーテル
(TAME)を供給し得ることは公知である。
【0007】しかしながら、所望のMTBE及びTAM
Eを製造するレベルに必要とされる量のオレフィンが、
製油所のストリーム中に存在しないことがしばしばであ
る。
【0008】更に、米国のある場所では、自動車ガソリ
ンのオレフィン含有量は、臭素価(Bromine N
umber)のような分析指示手段を使用して制限され
ている。FCCガソリンのような幾らかの製油所のスト
リームは、オレフィン含有量が比較的高いために、自動
車ガソリン用の混合原料としての使用が制限されてい
る。FCCのオクタンの改善は、しばしば、オレフィ
ン、特にC5 −C9 の範囲のオレフィンの製造量の増加
に伴って達成される。従って、改質装置の、FCCの性
能は法令のオレフィン制限によって制限される。
【0009】高いオクタンを目指すためのFCC触媒又
は備え付け(inventory)FCC触媒へのオク
タン添加剤の添加は、イソブチレンの生成を増加させ得
る。しかし、よりよいオクタン触媒の使用によって、並
行する別のC3 −C4 ガスの増加及び、FCCガソリン
のオレフィン含有量の増加と共にイソブレチンの製造量
が増加する。他方、イソブチレンの収量を増加させるた
めにZSM−5をベースとするオクタン添加剤を使用し
ても、C5 プラグ(plug)ガソリンのオレフィン濃
度を減少しない。
【0010】しかし、上述の如く、5以上の炭素を有す
る高級オレフィンの大きなソース(供給源)は、FCC
からのガソリンに典型的に見られる。多くの市販のFC
Cガソリンは、C5 及びより高級な範囲のオレフィンを
含有する。これらのオレフィンは、ガソリンの高オクタ
ン成分であり、しばしば、より軽いオレフィンから、合
成反応でそれ自身が製造されてきた。
【0011】1988年3月24日発行のアビダン(A
vidan)等の米国特許第4,746,762号明細
書では、軽質オレフィンがオリゴマー化されてオレフィ
ン系ガソリンになる。
【0012】1991年4月2日発行のハランディ(H
arandi)の米国特許第5,004,852号明細
書は、オレフィンのストリームを芳香族に富んだガソリ
ンのストリームに上質化する触媒技術を記述する。特
に、その特許は、軽いC4 オレフィンを含有するフィー
ドをオリゴマー化し且つ芳香族化して、水素及び燃料ガ
スと共にベンゼン、トルエン、キシレン、トリメチルベ
ンゼン及びテトラメチルベンゼンのような、C6 −C10
芳香族に富んだC5+炭化水素を製造する連続プロセス
を提供する。
【0013】オ・リア(O’Rear)等の米国特許第
4,282,085号明細書は、ZSM−5型結晶質ア
ルミノ珪酸塩触媒の存在下に、パラフィン系留出物をC
4 −C5 オレフィンに上質化することを教示する。
【0014】1991年6月25日に発行されたレイシ
ョン(Leyshon)等の米国特許第5,026,9
36号明細書は、5〜2000の高い空間率、−5〜3
0psigの中程度の圧力、750〜1472°Fの温
度で、酸性のZSM−5を用いて、ブテン又はより高級
オレフィン及び/又はパラフィンを流動床分解及び複分
解してエチレン及びプロピレンを製造する方法を教示す
る。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】しかし、C5 −C9
範囲のオレフィンを含んでいる精油所ナフサをMTBE
又はTAME装置にフィードしてイソオレフィンを製造
することは、適切に取り組まれていない。
【0016】精油所のストリームからイソブチレンを製
造する改善された方法が強く望まれている。
【0017】
【課題を解決するための手段】発明者等は、オレフィン
系ナフサからイソブチレンを製造しイソペンテンのペン
テン全体に対する比を増加させるための方法であって、
5 −C9 オレフィンを含むオレフィン系ナフサのスト
リームを、弱酸性の結晶性珪酸塩触媒と、300psi
gよりも低い圧力及び約600°F〜約900°Fの範
囲の温度で接触させて、ナフサ中のイソブチレンの量、
及びイソペンテン/全ペンテンの比に比べて、イソブチ
ンの量が多く、イソペンタン/全ペンテンの比が高いス
トリームを製造する方法を発見した。本発明を実施する
ことにより、原料中のオレフィン含有量と比べて、残っ
ているオレフィン系ナフサのオレフィン含有量が減少す
る結果となる。
【0018】他の要因の中から、発明者等は、上記条件
下で結晶性珪酸塩によりオレフィン系ナフサをポストク
ラッキング(post−cracking)すること
は、備付けのFCC触媒に結晶性珪酸塩を加えることに
比べて、結晶性珪酸塩によって生ずる水素移動がFCC
触媒と混合された結晶性珪酸塩に比べて減少するので、
イソブチレンの全体生成量をより高め且つイソペンテン
のペンテン全体に対する比をより高める結果を生ずるこ
とを発見した。付加的な要因には、ポストクラッキング
プロセスの延長された滞留時間と、比較的低いクラッキ
ング温度とがある。
【0019】この発見を実施することにより、ガソリン
中のイソオレフィンを増加させることからより高オクタ
ンガソリンの全体収量を高め、或いは、アルキル化に利
用可能なプロピレンの増加と共に、エーテル化に利用で
きるという結果を生ずる。
【0020】驚くべきことに、発明者等は、オレフィン
系FCC軽質ガソリン中のC5 −C 9 オレフィンが、本
発明の方法によりC5 +オレフィン含有量の増加を伴う
ことなく優先的にイソブチレンに変換されること、及
び、備付けのFCC触媒をイソブチレンの収量を高める
ためにより良いオクタン触媒に代えるときには、n−ブ
チレンの収量又はプロピレンの収量の増加が観測される
結果を生ずることも発見した。更に驚いたことに、発明
者等は、イソブチレン及びイソペンテンの選択性及び触
媒の活性は、本発明の方法が常圧よりも高い圧力で実施
されるときにはさほど消失しないことも発見した。
【0021】更に、本発明で記述されるイソオレフィン
の製造方法によるイソブチレンの製造は、分解されたオ
レフィン系ガソリンが、原料のオレフィン系ナフサに比
べて実質的に少ないペンタジエン、及びあるとしてもき
わめて少量のブタジエンを含有するように、あるとして
も痕跡程度のブタジエンの生成及びペンタジエンの変換
を伴って達成される。本質的にブタジエンを含まないイ
ソブチレン並びに本質的にペンタジエンを含まないイソ
ペンテンの製造は、MTBE及び/又はTAMEの製造
装置(unit)の前に通常必要とされるジオレフィン
の除去工程を不必要とする。
【0022】方法 本発明は、特定の触媒の存在下の反応において、特定の
原料のストリームを使用することにより、製造物ストリ
ームにおける特定の成分の製造量を増加させる有利な結
果を得る方法である。これにより、製造物ストリーム
は、特定の成分のより望ましいレベルを有しており、次
に更に処理することができる。
【0023】一の実施例では、このプロセスへのオレフ
ィンのフィードは、FCC装置からのFCCガソリンで
ある。そのようなFCCガソリンの範囲は、C5 −C9
の範囲のオレフィンを含んでおり、本発明の方法により
有効に処理されるが、最良のイソブチレン及びイソペン
テンの製造結果は、FCCガソリンが約65°F〜約3
40°Fの沸点範囲を有するときに得られる。熱分解ナ
フサ、エチレン及びプロピレンの製造からナフサ、コー
カナフサ(coker naphtha)、又はプロピ
レンのオリゴマー化からのナフサのような別のオレフィ
ン系ナフサが使用できる。
【0024】別の実施例では、高い選択的反応からのブ
チレンに富んだストリームの分離に引続き、ノルマル及
びイソブチレンを含む流れがMTBE装置に送られる。
別の実施例では、ペンテンに富んだストリームの分離に
引続き、イソペンテンを含む流れはTAME装置に送ら
れる。
【0025】発明者等は、更に、ナフサのオレフィンの
変換に使用される結晶性珪酸塩が、プロピレン及びn−
ブチレンをイソブチレンに変換するのにきわめて有効で
あることを発見した。リサイクルされるn−ブチレンの
原料全体のストリームとの比が約2%から約20%の間
にあるときに、特別によいイソブチレンの製造結果が見
られた。
【0026】従って、本発明の更に別の実施例では、ナ
フサオレフィンの反応からのプロピレンが、又はそれに
代えていかなるソースからのプロピレンも、結晶性珪酸
塩を有する反応器へ導入されるオレフィン系ナフサフィ
ードと混合するためにリサイクルされる。結晶性珪酸塩
を有する反応器への全体フィードに対するプロピレンの
リサイクル比は、約2%から約20%の範囲が好まし
い。
【0027】更に別の実施例では、MTBE装置からの
主としてn−ブチレンから成る未反応のブテンは、結晶
性珪酸塩を有する反応器に戻され、そこで、少なくとも
一部のn−ブチレンがイソブチレンに変換される。
【0028】オレフィン系ナフサのポストクラッキング
から得られたイソブチレン生成の増加に加えて、イソと
ノルマルのペンテンの比が増加し、また、オレフィン系
ナフサの流れのクラッキングは、イソペンテンの減少に
は至らない(これはTAMEの製造に必要である)こと
が判明した。従って、本発明の更に別の実施例では、T
AME製造からの又はオリゴマー化からのノルマルペン
テンは、オレフィン系ガソリンと共に、シリカリット触
媒を有する反応器に送られ、そのようなリサイクル無し
のオレフィン系ナフサのストリームの処理により得られ
るものよりも、イソペンテンの収量が増加する結果とな
る。
【0029】更に別の実施例では、結晶性珪酸塩を有す
る反応器中に存在するイソオレフィンに富んだ製造物ス
トリームからC5 −C7 のカットを分別することは、付
加的にイソブチレン及びイソペンテンを得るために、エ
チレン及び/又はプロピレン(これらはFCC製造のエ
チレン及び/又はプロピレンを含むいかなるソースから
も得ることが出来る)で不均化し得るオレフィンに富ん
だストリームを生み出す。次に、得られた不均化装置か
らのノルマルブチレンは、リサイクル又はアルキル化の
いずれかが可能であり、他方イソブチレンはMTBE製
造及びTAMEのためのイソペンテンのために使用でき
る。本発明に従い、精油所ナフサから、イソブチレンを
増加させ、イソペンテンのペンテン全体に対する比を増
加させるための方法が実施される。そのプロセスは、C
5 −C9 オレフィンを含有するオレフィン系ナフサのス
トリームを結晶性珪酸塩触媒と、約500°F〜約90
0°Fの温度で接触させて、イソブチレン、イソペンテ
ン、飽和ブタン及びプロピレンを含有する、イソブチレ
ン及びイソペンテンに富んだ製造物ストリームを製造す
ることを含む。「イソブチレンに富む及びイソペンテン
に富む」とは、ここでは、ナフサ中のイソブチレンの全
量に比べて製造物ストリーム中のイソブチレンの全量、
並びにナフサ中のイソペンテンのペンテン全体に対する
比に比べて製造物ストリーム中のイソペンテンのペンテ
ン全体に対する比が増加することを意味する。
【0030】作用についての特定の理論に何等縛られる
ことを望まないが、上記条件の下で結晶性珪酸塩により
オレフィン系ナフサをポストクラッキングすることは、
備付けのFCC触媒に結晶性珪酸塩を加えることに比べ
て、結晶性珪酸塩により生ずる水素移動はFCC触媒と
混合された結晶性珪酸塩よりも低いので、全体のイソブ
チレンの製造量を高め且つイソペンテンのペンテン全体
に対する比を高める結果となる。これは、もし中間の水
素不足の生成物がFCC内で形成されるならば、フォウ
ジャサイト(faujasite)型のFCC触媒は水
素飽和化合物からの水素移動を促進するので、最もあり
得ることである。
【0031】発明者等は、更に驚くべきことに、本発明
の方法が常圧よりも高い圧力で実施されるときには、イ
ソブチレンの選択性及び触媒の活性がさほど消失しない
ということも発見した。本発明はいかなる様式において
もいかなる理論によっても限定されることを欲しない
が、不均化、ブチレン及びペンテンのイソ/ノルマル平
衡は、本発明で請求される反応条件下でオレフィン系ナ
フサを結晶性珪酸塩と接触させる際に生ずるオリゴマー
化反応と共に、結合してイソブチレン及びイソペンテン
の製造量を増加させるものと考えられる。
【0032】不均化は、2重結合に隣接する炭化水素基
を交換して、例えばブテンを製造し得ると認められてい
るが、発明者等は、結晶性珪酸塩の下で本発明が作用す
る反応条件が、イソブチレン及びイソペンテンを生成す
るのに要求される必要な分枝を実際に増加させることを
見出した。
【0033】触媒 本発明の実施で利用される反応器は、移動床(movi
ng bed)又は流動床とすることが出来、また、好
ましくは固定床反応器である。反応器で使用される触媒
は結晶性珪酸塩である。本発明の触媒の結晶性珪酸塩成
分は、ここでは一般に珪酸塩または結晶性珪酸塩と呼ば
れるが、通常はゼオライトとも呼ばれる。
【0034】本発明の触媒の珪酸塩は酸度が低いことが
好ましい。低い酸度は珪酸塩中の低いアルミニウム成分
と、アルカリ金属の少量の使用及び/又はアルカリ土金
属の使用とにより達成され得る。触媒の珪酸塩成分は、
マトリックス又はバインダーに含まれて、以下に述べる
最終の触媒を形成する。好ましくは、最終の触媒は低酸
度のものである。
【0035】本発明は、シリカとアルミナの比が高い中
程度の孔サイズの結晶性珪酸塩材料を使用する。一の好
ましい材料は「シリカリット」或いはシリカとアルミナ
の比が高い形のZSM−5である。
【0036】下記表1は、Argauer特許(米国特
許第3,702,886号明細書)に示されたZSM−
5のX線回析パターンである。
【0037】
【表1】 表 1 面間距離d(A) 相対強度 11.1±0.2 s. 10.0±0.2 s. 7.4±0.15 w. 7.1±0.15 w. 6.3±0.1 w. 6.04 ±0.1 w. 5.97 5.56±0.1 w. 5.01±0.1 w. 4.60±0.08 w. 4.25±0.08 w. 3.85±0.07 v.s. 3.71±0.05 s. 3.04±0.03 w. 2.99±0.02 w. 2.94±0.02 w.
【0038】Arguerの '886号特許明細書に報
告されたように、表1の数値もまた標準技術により決定
された。放射線は銅のK−α二重線であり、帯記録紙ペ
ンレコーダを有するシンチレーションカウンタ分光計が
使用された。ピーク高さI、及びθをブラッグ角として
2倍のθの関数となるピーク位置が分光計のチャートか
ら読み出された。これらから、I0 を最強ライン若しく
はピークの強度、d(obs.)を面間距離(A)とし
て、相対強度100I/I0 が計算された。表1におい
て、相対強度は、記号s.が強、m.が中、m.s.が
中強、m.w.が中弱、v.s.が極強の用語で示され
ている。このX線回析パターンはZSM−5組成物のす
べての種(species)の特性であることを理解す
べきである。ナトリウムイオンの陽イオンとのイオン交
換は、面間距離の僅かなシフト及び相対強度の変化はあ
るが、実質的に同じパターンを示す。別の小さな変化
は、特定の試料が熱処理を受けたかどうかと共にそのシ
リコンとアルミナの比に依存して起り得る。
【0039】ZSM−5は、グロース(Grose)等
の米国特許第4,061,724号明細書に開示された
「シリカリット」を包含するものと多くの人に考えられ
ている。ここでの言及を容易にするために、シリカリッ
トは、シリカとアルミナの比が高いZSM−5型材料と
呼ばれ、ZSM−5のX線回析パターン内に包含される
ものとみなされる。シリカとアルミナの比は、シリカ
(SiO2 )とアルミナ(Al2 3 )のモル基準であ
る。
【0040】シリカリット及びZSM−5を開示する種
々の参照文献がミラー(Miller)の米国特許第
4,401,555号明細書に示されている。これらの
参照文献には、前述のグロス(Grose)等の米国特
許第4,061,724号明細書、ドワイヤー(Dwy
er)等の米国再発行特許第29,948号明細書、シ
リカリットの物理的及び吸着特性を論じているフラニガ
ン(Flanigan)等のネーチャー(Natur
e),271,512−516(1978年2月9
日)、及び、ZSM−5及びシリカリット上で行われる
触媒反応及び吸着測定を開示するアンダーソン(And
erson)等のJ.Catalysis 58,11
4−130(1979年)が含まれる。これら参照文献
及び米国特許第4,401,555号明細書の開示は、
特に表1と実質的に一致するX線回析パターンを有す
る、シリカとアルミナの比が高い結晶シリカリットの製
造方法の開示を含んで、引用により本明細書に編入され
る。
【0041】本発明の方法に使用できる別の結晶性珪酸
塩には、米国特許第4,835,336号明細書に載せ
られたもの、即ち、ZSM−11、ZSM−12、ZS
M−22、ZSM−23、ZSM−35、ZSM−3
8、ZSM−48、並びに、他の同様な材料が含まれ
る。
【0042】ZSM−5は、米国特許第3,702,8
86号明細書、米国再発行特許第29,948号明細書
に更に詳細に記載されており、これらの全内容は引用に
より本明細書に編入される。
【0043】ZSM−11は、米国特許第3,709,
979号明細書に更に詳細に記載されており、その全内
容は引用により本明細書に編入される。ビビィ(Bib
by)等のネーチャー(Nature),280,66
4−665(1979年8月23日)は「シリカリット
−2」と呼ばれる結晶性珪酸塩の製法を報告する。
【0044】ZSM−12は、米国特許第3,832,
449号明細書に更に詳細に記載されており、その全内
容は引用により本明細書に編入される。
【0045】ZSM−22は、米国特許第4,481,
177号、及び第4,556,477号明細書、欧州特
許第102,716号に更に詳細に記載されており、夫
々の全内容は引用によりはっきりと本明細書に編入され
る。
【0046】ZSM−23は、米国特許第4,076,
842号明細書に更に詳細に記載されており、その全内
容は引用により本明細書に編入される。
【0047】ZSM−35は、米国特許第4,016,
245号明細書に更に詳細に記載されており、その全内
容は引用により本明細書に編入される。
【0048】ZSM−38は、米国特許第4,046,
859号明細書に更に詳細に記載されており、その全内
容は引用により本明細書に編入される。
【0049】ZSM−48は、米国特許第4,397,
827号明細書に更に詳細に記載されており、その全内
容は引用により本明細書に編入される。
【0050】これらの中で、ZSM−5、ZSM−1
1、ZSM−22、ZSM−23が好ましい。ZSM−
5が本発明の触媒における使用としては最も好ましい。
【0051】更に、ゼオライトSSZ−20、SSZ−
23及びSSZ−32が好ましい。SSZ−20は米国
特許第4,483,835号明細書に開示され、SSZ
−23は米国特許第4,859,442号明細書に開示
されており、双方は引用により本明細書に編入される。
【0052】結晶性珪酸塩は、硼珪酸塩の形であること
が出来、そこでは珪酸塩のもっと典型的な形のアルミノ
珪酸塩のアルミナの少なくとも一部をホウ素が置換して
いる。硼珪酸塩は、クロッツ(Klotz)の米国特許
第4,268,420号、第4,269,813号、及
び第4,327,236号明細書に記述されており、こ
れら特許の開示は引用により、特にその硼珪酸塩の製法
に関連する開示が本明細書に編入される。
【0053】本発明の方法に使用される硼珪酸塩触媒で
は、好ましい結晶構造はX線回析パターンの点から見て
ZSM−5構造である。ZSM−5型の硼珪酸塩内のホ
ウ素は、もっと典型的なZSM−5結晶のアルミノ珪酸
塩構造内に存在するアルミニウムの位置をとる。硼珪酸
塩は、アルミニウムの位置にホウ素を含有するが、一般
に、結晶性硼珪酸塩内に存在する痕跡程度のアルミニウ
ムがある。
【0054】本発明の方法で使用できる更に別の結晶性
珪酸塩は、例えば米国特許第4,238,318号に開
示された鉄珪酸塩、例えば米国特許第4,636,48
3号明細書に開示されたガロシリケート(gallos
ilicates)、及び、例えば米国特許第4,29
9,808号明細書に開示されたクロモシリケート(c
hromosilicates)である。
【0055】このように、種々のシリカ含有量の高い珪
酸塩(シリカと他の成分の比が高い珪酸塩)が、本発明
の触媒の結晶性珪酸塩成分として使用できる。
【0056】硼珪酸塩及びアルミノ珪酸塩は、本発明で
の使用に好ましい珪酸塩である。アルミノ珪酸塩が最も
好ましい。シリカリットは本発明の触媒での使用のため
に最も好ましいアルミノ珪酸塩である。
【0057】合成されたときには、シリカリット(米国
特許第4,061,724号明細書による)は、水置換
法で測定されたとき、77°Fで比重が1.99±0.
05g/ccである。焼成された形(空気中、1112
°Fで1時間)では、シリカリットは1.70±0.0
5g/ccの比重を有する。シリカリット結晶の平均屈
折率に関しては、合成されたままの形及び焼成された形
(空気中、1112°Fで1時間)で、夫々1.48±
0.01及び1.39±0.01である。シリカリット
(空気中、1112°Fで1時間焼成)のX線粉末回析
パターンは、6つの相対強度ライン(即ち、面間距離)
を有する。これらは表2に示されている(s−強、vs
−極強):
【0058】
【表2】 表 2 d−A 相対強度 11.1± 0.2vs 10.0± 0.2vs 3.85± 0.07vs 3.82± 0.07s 3.76 0.05s 2.72± 0.05s
【0059】表3は、米国特許第4,061,724号
明細書の方法によって調製され且つ空気中において11
12°Fで1時間焼成された水酸化テトラプロピルアン
モニウム((TPA)2 O)の1モル当りで51.9モ
ルのSiO2 を含有する典型的なシリカリット組成物の
X線粉末回析パターンを示す。
【0060】
【表3】 表 3 d a 相対強度 d−A 相対強度 11.1 100 4.35 5 10.02 64 4.25 7 9.73 16 4.08 3 8.99 1 4.00 3 8.04 0.5 3.85 59 7.42 1 3.82 32 7.06 0.5 3.74 24 6.68 5 3.71 27 6.35 9 3.64 12 5.98 14 3.59 0.5 5.70 7 3.48 3 5.57 8 3.44 5 5.36 2 3.34 11 5.11 2 3.30 7 5.01 4 3.25 3 4.98 5 3.17 0.5 4.86 0.5 3.13 0.5 4.60 3 3.05 5 4.44 0.5 2.98 10
【0061】シリカリット結晶は、「合成されたまま」
及び焼成された形の双方において、一般に斜方晶系であ
り、以下格子定数を有する:a=20.05オングスト
ローム、b=19.86オングストローム、c=13.
36オングストローム(全ての値は±0.1オングスト
ローム)。
【0062】シリカリットの孔直径は約6オングストロ
ームで、吸着法によって測定されたとき孔容積が0.1
8cc/gramである。シリカリットは室温雰囲気で
ネオペンタン(運動直径6.2オングストローム)をゆ
っくりと吸着する。一様な孔構造は、その組成物にサイ
ズ選択的分子ふるい特性を与え、その孔サイズは、低い
数値の炭素−炭素鎖を有する組成物(例えば、ノルマル
及び僅かに分枝を有するパラフィン)からの第四級炭素
元素を有する組成物の分離と共に、o−キシレン、m−
キシレン、及びエチルベンゼンからのp−キシレンの分
離を可能とする。
【0063】米国再発行特許第29,948号明細書
(Arguerの米国特許第3,702,886号の再
発行)の結晶性珪酸塩は、無水状態で以下のような組成
を有するものとして開示されている:
【0064】
【数1】0.9±0.2〔xR2 O+(1−x)M2/n
O〕:<.005 Al2 3 :>1 SiO2
【0065】式中、Mは第 IIIA族金属以外の金属、n
はこの金属の原子価、Rはアルキルアンモニウム基、x
は0を越える1未満の数である。結晶性珪酸塩は上記表
1のX線回析パターンによって特徴付けられる。
【0066】フラニゲン(Flanigen)等の米国
特許第4,073,865号の結晶性珪酸塩多形体は、
シリカリットに関連しており、本発明の目的のために
は、ZSM−5のクラスに属するものとみなされる。結
晶性珪酸塩は表4のZ線回析パターンを呈する。
【0067】
【表4】
【0068】上述の1979年のネイチャー(Natu
re)によると、先駆物質シリカリット−2は、水酸化
アンモニウムまたはヒドラジン水和物を過剰の水酸化イ
オンのソースとして加えると反応速度を高めるものの、
水酸化テトラ−n−ブチルアンモニウムのみを使用して
調製し得る。それは、水熱システムにおける反応時間を
長くすると安定である。見本的な調製では、珪酸(74
%SiO2 )として8.5モルのSiO2 を1.0モル
の水酸化テトラ−n−ブチルアンモニウム、3.0モル
のNH4 OH、及び100モルの水を鋼製容器内で混合
し、338°Fで3日間加熱した。形成された先駆物質
触媒は、卵形状であり、約、2〜3μmの長さで1〜
1.5μmの直径を有する。もし、Li、Na、K、R
b或いはCsイオンが存在すると、シリカリット−2の
先駆物質は形成されれず、その場合には、米国特許第
4,061,724号明細書のシリカリットの先駆物質
が形成されると報告されている。水酸化テトラ−N−ブ
チルアンモニウムを別の第四級水酸化アンモニウム(例
えば水酸化テトラエチル、テトラプロピル、トリエチル
プロピル、及びトリエチルブチル)で置換することはア
モルファス生成物を生ずるので、水酸化テトラアルキル
アンモニウムのサイズが臨界的であるとも報告されてい
る。シリカリット−2内に存在するAlの量は、出発材
料の純度に依存し、5ppmよりも低いと報告されてい
る。先駆物質は、そのサイズのために熱分解によっての
み除去される吸蔵テトラアルキルアンモニウム塩を含有
する。熱分析及び分光測定法は、テトラアルキルアンモ
ニウムイオンが約572°Fで分解し、第三アミン、ア
ルケン、及び水として失われることを示している。これ
は、空気中における同じテトラアルキルアンモニウム塩
の329°Fでの通常の熱分解と対照を成している。
【0069】ネイチャーの記事は、更に、シリカリット
とシリカリット−2のパターンの大きな違いは、シリカ
リットのX線回析パターンにおける9.06、13.
9、15.5、16.5、20.8、21.7、22.
1、24.4、26.6及び27.0°2θのピーク
(CuKα放射)がシリカリット−2のパターンに存在
しないことにあると報告する。また、8.8、14.
8、17.6、23.1、23.9及び29.9度のピ
ークがシリカリットのパターンでは二重線(doubl
ets)であるのとは異なり、シリカリット−2のパタ
ーンでは一重線(singlets)である。これらの
違いは、斜方晶系のZSM−5と正方晶系のZSM−1
1のアルミノ珪酸塩の回析パターンの間に見られるもの
と同じであると報告されている。シリカリット−2で、
正方晶系の対称性との仮定の下で計算されたと報告され
た単位格子の寸法は、a=20.04オングストロー
ム、b=20.04オングストローム、c=13.38
オングストロームである。測定されたシリカリット−2
及びその先駆物質の密度及び屈折率は、夫々、1.82
及び1.98g/cc並びに1.41及び1.48であ
ると報告されている。
【0070】本発明の目的のためには、シリカリット
は、ZSM−5のクラスに属するとみなされ、或いはそ
れに代えて、シリカとアルミナの比が高いZSM−5の
一つの形であるとみなされ、シリカリット−2は、ZS
M−11のクラスに属するとみなされる。
【0071】本発明の結晶性珪酸塩の調製は、一般に、
水、シリカのソース、及び pHが10〜14の有機鋳型
化合物を含む反応混合物を水熱結晶化することを含む。
代表的な鋳型部分には、Xを燐又は窒素、Rを2〜6の
炭素原子を含有するアルキル基とするとXR4 と表され
るような第四級陽イオン、例えば、水酸化テトラプロピ
ルアンモニウム(TPA−OH)又はそのハライド、並
びに、アルキルヒドロキシアルキル化合物、有機アミン
及びジアミン並びにピロリジンのような複素環が含まれ
る。
【0072】有機鋳型化合物(即ち、TPA−OH)
が、水酸化物の形で10〜14の pHと等価の塩基度を
確立するに充分な量システムに供給されるときには、反
応混合物は水及び付加成分としてのシリカの反応形を含
有するのみでよい。 pHを10よりも高くしなければな
らない場合には、水酸化アンモニウム又はアルカリ金属
水酸化物水、特にリチウム、ナトリウム及びカリウムの
水酸化物がこの目的のため適切に採用できる。R+ を有
機鋳型陽イオンの濃度、M+ をアルカリ金属陽イオンの
濃度とするとき、R+ のR+ +M+ の量に対する比は、
好ましくは0.7と0.98の間であり、更に好ましく
は0.8と0.98の間、最も好ましくは0.85と
0.98の間である。
【0073】反応混合物内のシリカのソースは、全体又
は一部を、アルカリ金属珪酸塩とすることが出来る。別
のシリカのソースには、固体の反応性アモルファスシリ
カ、例えば煙霧シリカ、シリカゾル、シリカゲル、及び
有機オルトシリケート(orthosilicate
s)が含まれる。市販のシリカソースとして、デュポン
社から入手可能なLudox AS−30がある。
【0074】通常アルミナの形であるアルミニウムは、
結晶性珪酸塩内に不純物として容易に含入される。結晶
性珪酸塩内のアルミニウムは触媒に酸度を与え、それは
好ましくない。アルミニウムの量を最小にするために
は、最小のアルミニウム含有量のシリカのソースを選択
することに注意を払う必要がある。商業的に利用可能な
シリカゾルは、典型的には、500〜700ppmのア
ルミナを含有し得るが、他方、煙霧シリカは80〜20
00ppmのアルミナ不純物を含有し得る。上述のごと
く、本発明で使用される触媒の結晶性珪酸塩におけるシ
リカとアルミナのモル比は、好ましく200:1よりも
大きい。
【0075】反応システムにおけるシリカの量は、好ま
しくは有機鋳型化合物のモルイオン当りで1〜10モル
のSiO2 である。水は一般に、第四級陽イオンのモル
イオン当り20〜700モルの量が存在すべきである。
反応は、アルカリ又は塩基の作用に耐性を有する例えば
テフロンのようなアルミナを含まない反応容器内で起る
ことが望ましい。
【0076】本発明で使用される最終の触媒を形成する
際に、結晶性珪酸塩をマトリックスと結合させることが
望ましい。用語「マトリックス」には、珪酸塩が結合、
分散、さもなくばよく混合できる無機組成物が含まれ
る。マトリックスは、炭化水素分解の点で触媒的に不活
性であること、即ち実質的に酸点を含まないことが好ま
しい。満足できるマトリックスには無機酸化物が含まれ
る。好ましい無機酸化物には、アルミナ、シリカ、アル
ミナ−アルミナ−燐酸塩、自然に存在する及び従来法で
処理される粘土、例えばベントナイト、カオリン、海泡
石、アタパルジャイト、及びハロイサイトが含まれる。
好ましいマトリックスは、実質的に非酸性で、全く又は
殆どクラッキング活性を有しない。シリカマトリックス
が、またアルミナマトリックスも特別に好ましい。発明
者等は、低酸度のマトリックスが、更に好ましく実質的
に非酸性のマトリックスが、本発明の触媒に有利である
ことを見出した。
【0077】結晶性珪酸塩の無機酸化物マトリックスと
の合成は、珪酸塩が酸化物とよく混合でき、酸化物が無
水状態である(例えば無水塩、ヒドロゲル、湿ったゼラ
チン状の沈殿物若しくは乾燥した状態、又はこれらの組
合せ)、何れの適当な方法によっても達成できる。便利
な方法は、一種類の塩又は複数種類の塩の混合物(例え
ば、硫化アルミニウム及び珪酸ソーダ)の水溶液を使用
して含水状態の単数(mono)又は複数の酸化物ゲル
又はコゲルを調製することである。水酸化アンモニウム
炭酸塩(又は同様な塩基)を溶液に、酸化物を水和物の
形で沈殿させるに充分な量加える。次に、沈殿物を洗浄
して、いかなる水溶性の塩をも除き、それを細かく砕い
た状態の珪酸塩と完全に混合する。混合物を形づくる
(例えば押出しで)ことを容易にするに充分な量の水ま
たは潤滑剤を加えることが出来る。
【0078】本発明の触媒に使用するための好ましい結
晶性珪酸塩は、シリカとアルミナの比が高いZSM−5
であり、これは、便宜のために、以下ではしばしば「シ
リカリット」と呼ばれる。シリカリット準備物(pre
p)における唯1つの結晶相がシリカリットであると仮
定すると、そのシリカリットは好ましくは少なくとも8
0%、更に好ましくは90%、最も好ましくは95%の
パーセント結晶化度を有する。パーセント結晶化度を決
定するために、シリカリットのX線回析(XRD)パタ
ーンが作られ8つの主要のピークの下の面積が、20.
5〜25.0度の間の角度間隔で測定される。曲線の下
の面積が計算されると、それはシリカリットの100%
結晶標準の曲線の下の面積と比較される。
【0079】結晶性珪酸塩の好ましいクリスタリットサ
イズは10μmより小さく、更に好ましくは5μmより
小さく、より更に好ましくは2μmよりも小さく、最も
好ましくは1μmよりも小さい。クリスタリットサイズ
が特定されると、好ましくはクリスタリットの少なくと
も70重量%、更に好ましくは少なくとも80重量%、
最も好ましくは少なくとも90重量%がそのサイズであ
る。クリスタリットサイズは、この分野で知られている
ように、合成条件を調製することにより制御できる。そ
れら条件には、温度、 pH、及び、R+ を有機鋳型陽イ
オン、M+ をアルカリ金属陽イオンとして、モル比、H
2 O/SiO2 、R+ /SiO2 及びM + /SiO2
含まれる。小さな結晶サイズ、即ち10μmよりも小さ
いクリスタリットサイズのための典型的な合成条件が以
下の表に示される:
【0080】
【表5】 好ましい例 より好ましい例 最も好ましい例 温度、°F 176−392 144−356 212−302 pH 12−14 12.5−14 13−13.5 H2 O/SiO2 5−100 10−50 10−40 R+ /SiO2 0.1−1.0 0.1−0.5 0.2−0.5 M+ /SiO2 0.01−0.3 0.01−0.15 0.01−0.08
【0081】この分野で知られている別の技術、例えば
珪酸塩結晶の種晶を入れることが結晶サイズを小さくす
るために使用できる。
【0082】本発明の触媒の結晶性珪酸塩成分は中程度
の孔サイズを有する。ここで使用される「中程度の孔サ
イズ」とは、珪酸塩がH−形状であるときには、約5〜
6.5Aの範囲の有効な孔直径を意味する。この範囲の
孔開口を有する結晶性珪酸塩は特有の分子ふるい特性を
有する傾向がある。エリオナイト(erionite)
のような小さな孔の結晶性珪酸塩又はゼオライトとは異
なり、これらは幾らかの分岐を有する炭化水素をゼオラ
イトの空隙スペース内に受け入れるであろう。フォウジ
ャサイト(faujasites)のような大きな孔の
ゼオライトとは異なり、これらは、n−アルカンと、一
方では僅かに分岐を有するアルカンとを、更には例えば
第四級炭素原子を有するより大きな分岐を有するアルカ
ンとを識別できる。
【0083】結晶性珪酸塩又はゼオライトの有効な孔サ
イズは、標準の吸着技術及び既知の最小運動直径(mi
nimum kinetic diameter)を有
する炭化水素のような化合物によって測定できる。ブレ
ック(Breck),ゼオライト・モレキュラーシーブ
Zeolite Molecular Sieve
)、1974年(特に第8章)、及びアンダーソン
(Anderson)等,J.Catalysis 5
8,114(1979年)を参照のこと、これら双方は
引用により編入される。
【0084】H−形状の中程度の孔サイズの結晶性珪酸
塩又はゼオライトは、5〜6オングストロームの運動直
径を有する分子を殆ど支障なく典型的に受け入れるであ
ろう。そのような化合物の例(及びそのオングストロー
ムで表した運動直径)は、n−ヘキサン、3−メチエル
ペンタン(5.5)、ベンゼン(5.85)、及びトル
エン(5.8)である。約6〜6.5Åの運動直径を有
する化合物は、個々のゼオライト次第で孔に受け入れる
ことができるが、それほど速く通過できず、幾らかの場
合には有効に排除できる(例えば、2,2−ジメチルブ
タンはH−ZSM−5から排除できる)。6〜6.5の
範囲の運動直径を有する化合物には、シクロヘキサン
(6.0)、m−キシレン(6.1)、及び1,2,
3,4−テトラメチエベンゼン(6.4)が含まれる。
一般に、約6.5Åより大きい運動直径を有する化合物
は孔開口を通過できず、従ってゼオライトの内部に吸着
され得ない。そのような大きな化合物には、o−キシレ
ン(6.8)、ヘキサメチルベンゼン(7.1)、1,
3,5−トリメチルベンゼン(7.5)、及びトリブチ
ルアミン(8.1)が含まれる。
【0085】好ましい有効な孔サイズの範囲は約5.3
〜約6.2オングストロームである。例えばZSM−
5、ZSM−11及びシリカリットはこの範囲に入る。
【0086】孔サイズを決定するための吸着測定を遂行
するに当り、標準の技術が使用される。もし約10分間
よりも少ない時間内に特定の分子がゼオライト上で少な
くとも95%の平衡吸着値に達しないならば、それは排
除されたと考えることが便宜である(P/Po=0.5
25℃)。
【0087】中程度の孔サイズのゼオライトの例には、
シリカリット、及び、ZSM−5、ZSM−11、ZS
M−12、ZSM−21、ZSM−22、ZSM−2
3、ZSM−35、ZSM−38、SSZ−20、SS
Z−23、SSZ−32のようなZSMシリーズが含ま
れる。
【0088】
【実施例】実施例I 運転中の製油所FCC装置、「FCC装置A」から回収
され以下の特性を有するFCC軽質ガソリンフィード
を、本発明の方法を立証するために使用した。
【0089】
【表6】
【0090】表Iに示された特性を有するフィードが、
SiO2 /Al2 3 比が400である100%コンテ
カ(Conteka)シリカリットから成る触媒を、7
50〜850°Fの温度で、且つ全圧0〜150psi
g(14.7〜164.7psia)で通過するように
した。
【0091】表IIに載せた結果は、珪酸塩触媒による反
応中における、イソブチレンの収率の増加並びにイソ−
5 オレフィンのC5 オレフィン全体に対する比の増加
を示している。
【0092】
【表7】
【0093】実施例 II リサイクルプロピレン及び又はリサイクルn−ブテンを
含有するフィードのストリームを処理する際の本発明の
有用性を示すために、プロピレンを含有するFCC軽質
ガソリンフィードとn−ブテンを含有するFCC軽質ガ
ソリンフィードとをシリカリット触媒により反応させ
た。表 IIIに載せた結果は、ノルマルオレフィンをフィ
ードのストリームに加えた結果を示す。
【0094】
【表8】
【0095】実施例 III イソペンテンを付加的に製造するために、リサイクルさ
れたノルマルペンテンを含有するフィードのストリーム
を処理する際の本発明の有用性を示すため、追加された
1−ペンテンを含有するFCCガソリンをシリカリット
触媒により反応させた。表IVに載せた結果は、1−ペン
テンが追加されたフィードのストリームと共に増加した
イソペンテンの収率を示す。
【0096】
【表9】
【0097】実施例 IV TAMEの生成で使用されるペンテンのストリームの選
択的な部分水素化は、通常、ペンタジエンの除去が必要
となる。本発明で述べられる方法は、ペンタジエンを減
少させるという付加的な利点を有する。ペンタジエンレ
ベルの減少は、「FCC装置B」から抜き出された付加
的な軽質ガソリンを処理することにより示される。「F
CC装置B」軽質ガソリンの特性は、表Vに一覧表にし
てあり、表Vの原料をSiO2 /Al2 3 比が400
のシリカリットを通過させて得られた生成物を表VIに示
した。ガソリン成分の特定及び定量化のために使用され
るガスクロマトグラフィー技術は、この実施例中のペン
タジエンを含むように修正した。表VIに示したように、
ペンタジエンレベルは大きく減少している。
【0098】
【表10】
【0099】
【表11】
【0100】この方法で使用される酸度の低いZSM−
5材料の、酸性のZSM−5材料に対する有効性を示す
ために、シリカとアルミナのモル比が46のZSM−5
材料を「FCC装置B」からの軽質ガソリンを処理する
ために使用した。表VII に示したように、酸性のZSM
−5は、この方法に使用されたシリカとアルミナの比が
400のZSM−5程には活性でないようにみえる。酸
性材料は、750°Fに対して800°Fと、ストリー
ムに作動するのにより高い温度を必要とし、急速に汚染
された。
【0101】
【表12】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C07C 43/04 E 8619−4H C10G 35/06 6958−4H // C07B 61/00 300 (72)発明者 デニス ジェイ.オウリアー アメリカ合衆国カリフォルニア州ペタル マ,アップランド ドライブ 40

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ナフサからイソブチレンの収量及びイソ
    ペンテン/全ペンテンの比を増加させる方法であって、
    300psigよりも低い圧力及び約500°F〜約9
    00°Fの温度で、C5 −C9 オレフィンを含有するオ
    レフィン系ナフサのストリームを、結晶性珪酸塩触媒と
    接触させて、イソブチレン及びイソペンテンに富んだ生
    成物ストリームを製造することを特徴とする方法。
  2. 【請求項2】 ナフサがFCCからのものである請求項
    1記載の方法。
  3. 【請求項3】 生成物ストリームがイソブチレン、イソ
    ペンテン、飽和ブタン及びプロピレンを含有する請求項
    1記載の方法。
  4. 【請求項4】 プロピレンを含有するストリームを前記
    オレフィン系ナフサのストリームと混合する請求項3記
    載の方法。
  5. 【請求項5】 n−ブチレンを含有するストリームを、
    前記結晶性珪酸塩を接触させるよりも前に前記オレフィ
    ン系ナフサのストリームと混合する請求項3記載の方
    法。
  6. 【請求項6】 生成物ストリームを更に、少なくともプ
    ロピレンに富んだストリーム、及びイソブチレンとn−
    ブチレンを含むブチレンに富んだストリームに分離する
    請求項3記載の方法。
  7. 【請求項7】 ブチレンに富んだストリームを更にMT
    BE装置内のメタノールと接触させて、MTBE生成物
    及びn−ブチレンに富んだストリームを製造する請求項
    6記載の方法。
  8. 【請求項8】 生成物ストリームを更に、少くともプロ
    ピレンに富んだストリーム、及びイソペンテンとn−ペ
    ンテンを含むペンテンに富んだストリームとに分離する
    請求項3記載の方法。
  9. 【請求項9】 ペンテンに富んだストリームを更にTA
    ME装置内のメタノールと接触させて、TAME及びn
    −ペンテンに富んだストリームを製造する請求項8記載
    の方法。
  10. 【請求項10】 オレフィン系ナフサを前記結晶性珪酸
    塩触媒と接触させるよりも前の点で、前記プロピレンに
    富んだストリームの少くとも一部を前記オレフィン系ナ
    フサのストリームと混合することを更に含むことを特徴
    とする請求項7又は8記載の方法。
  11. 【請求項11】 オレフィン系ナフサを前記結晶性珪酸
    塩触媒と接触させるよりも前の点で、前記n−ブチレン
    に富んだストリームの少くとも一部を前記オレフィン系
    ナフサのストリームと一緒にリサイクルし、混合するこ
    とを更に含む請求項7又は8記載の方法。
  12. 【請求項12】 結晶性珪酸塩反応器からのC5 −C7
    の分解されたFCCオレフィンのストリームを、不均化
    状態下にある不均化装置内の前記プロピレンに富んだス
    トリームと接触させて、イソブチレンに富んだストリー
    ムとガソリンのストリームとを製造することを更に含む
    請求項6記載の方法。
  13. 【請求項13】 ブチレンに富んだストリームをter
    t−ブチルアルコール装置内の水と接触させて、TBA
    生成物とn−ブチレンに富んだストリームとを製造する
    ことを更に含む請求項6記載の方法。
  14. 【請求項14】 ブチレンに富んだストリームをETB
    E装置内のエタノールと接触させて、ETBE生成物と
    n−ブチレンに富んだストリームとを製造することを更
    に含む請求項6記載の方法。
  15. 【請求項15】 二量化装置内で前記ブチレンに富んだ
    ストリームを接触させて、重合ガソリンとn−ブチレン
    に富んだストリームとを製造することを更に含む請求項
    6記載の方法。
  16. 【請求項16】 生成物ストリーム中のジオレフィンの
    濃度が0.05重量%よりも低い請求項2記載の方法。
  17. 【請求項17】 プロピレンに富んだストリームがFC
    C装置からのものである請求項12記載の方法。
  18. 【請求項18】 触媒が、低酸度の中程度の孔サイズの
    ゼオライトである請求項1記載の方法。
  19. 【請求項19】 触媒が、シリカとアルミナの比が20
    0:1よりも大きい珪酸塩である請求項17記載の方
    法。
  20. 【請求項20】 プロピレンの一部がFCC生成エチレ
    ンで置換されたものである請求項17記載の方法。
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