将氧合物转化成烯烃的方法_4

文档序号:9203575阅读:来源:国知局
骤(1)中制备的混合物中的可得到和/或得到沸石材料的本申请方法的特定实施方案, 优选选择煅烧条件,特别是煅烧步骤的温度和/或持续时间和/或重复次数,使得将一种或 多种有机模板从具有MFI、MEL和/或MWW型骨架结构的沸石材料的孔结构中基本除去。
[0125] 在本发明含义内,术语"基本",特别是所述术语关于在其煅烧以后可能至多保留 在沸石材料的孔结构中的所述一种或多种有机模板的量的使用指明可至多存在于沸石材 料的孔结构中的源自所述一种或多种有机模板的碳和/或氮的残余量。更具体而言,在本 发明的含义内,如果其碳和/或氮含量基于包含在具有MFI、MEL和/或MWW型骨架结构的 沸石材料的骨架结构中的100重量% Y02S 1. 0重量%或更少,优选基于沸石材料中的100 重量% Y02S 0.5重量%或更少,更优选0.2重量%或更少,更优选0. 1重量%或更少,更 优选0. 05重量%或更少,更优选0. 01重量%或更少,更优选0. 005重量%或更少,更优选 0. 001重量%或更少的量,则在可得到和/或得到沸石材料的本申请方法的步骤(2)中在一 种或多种有机模板的存在下结晶的沸石材料基本不含其。
[0126] 关于根据可得到和/或得到沸石材料的本申请方法的优选实施方案的一个或多 个煅烧步骤,本发明方法中所用煅烧程序的温度可以为300-850°C,其中优选步骤(2d)中 的煅烧为350-700°C,更优选400-600°C。根据可得到和/或得到沸石材料的本申请方法 的特别优选实施方案,步骤(2d)中的煅烧在450-550°C的温度下进行。关于根据可得到和 /或得到沸石材料的本申请方法的步骤(2d)的一个或多个煅烧步骤的持续时间,就这点 而言也不存在特别限制,使得煅烧可进行1-80小时的持续时间,其中优选根据本申请中所 述任何特定和优选实施方案的煅烧的持续时间为2-24小时,在此期间保持煅烧温度,更优 选2. 5-12小时,更优选3-10小时,更优选3. 5-8小时,更优选4-7小时。根据进一步包括 煅烧程序的可得到和/或得到沸石材料的本申请方法的特别优选实施方案,其持续时间为 4. 5-6小时,在此期间保持所选择的煅烧温度。
[0127] 关于步骤(2d)中煅烧程序可进行的次数,优选煅烧程序在步骤(2d)中进行1-3 次,其中更优选煅烧程序进行1或2次,其中根据特别优选的实施方案,煅烧程序在可得到 和/或得到沸石材料的本申请方法的步骤(2d)中进行一次。
[0128] 根据本发明,进一步优选使沸石材料经受水热处理步骤(2e)。一般而言,关于如何 进行水热处理不存在特别限制,条件是该处理导致沸石材料物理和/或化学性能的变化, 其中特别优选水热处理导致沸石材料的疏水性降低。
[0129] 因此,原则上,优选的水热处理步骤可在任何合适的条件,特别是任何合适的压力 和温度下进行。然而,根据本发明,优选水热处理在自生压力下进行,其可例如通过使用高 压釜或任何合适的压力煮解容器实现。
[0130] 关于进行步骤(2e)中的水热处理的温度,也可使用任何合适的温度,其中优选步 骤(2e)中的水热处理在加热下,优选在80-250°C,更优选100-220°C,更优选120-200°C,更 优选140-190°C,更优选160-185°C的温度下进行。然而,根据本发明,特别优选步骤(2e) 中的水热处理在170-180°C的温度下进行。
[0131] 关于水热处理步骤的持续时间,特别是根据本发明方法的任何优选和特别优选实 施方案的加热持续时间,也不施以特别限制,条件是持续时间足以导致沸石材料的物理和/ 或化学性能,特别是其在所选择条件下,特别是在所选择的温度和压力下的疏水性的变化。 因此,例如水热处理的持续时间可以为2-72小时,其中优选步骤(2e)中的处理进行4-48 小时,更优选8-36小时,更优选12-30小时的持续时间。根据本发明,特别优选步骤(2e) 中的水热处理进行18-24小时的时间。
[0132] 关于根据步骤(2e)优选进行的水热处理的效果,关于可实现的沸石材料的物理 和/或化学性能的变化不存在特别限制,其中特别优选根据本发明方法的优选和特别优选 实施方案,水热处理的条件,特别是温度、压力和持续时间导致沸石材料的疏水性提高。因 此,根据本发明,优选步骤(2e)中得到的沸石材料显示出相对于在步骤(2e)中处理以前的 沸石材料降低的吸水率。因此,关于步骤(2e)中所得沸石材料的具体吸水率,根据上述本 发明优选实施方案原则上不存在限制,条件是沸石材料的疏水性提高,即沸石材料的吸水 率由于步骤(2e)中的处理而降低。因此,一般而言,步骤(2e)中所得沸石材料的吸水率不 特别受限,使得所述步骤中所得材料的吸水率可例如显示出10. 〇重量%或更少的吸水率, 其中优选步骤(2e)中所得水热处理沸石材料优选显示出7. 4重量%或更少,更优选6. 2重 量%或更少,更优选6. 0重量%或更少,更优选5. 0重量%或更少,更优选4. 5重量%或更 少,更优选4. 2重量%或更少,更优选3重量%或更少,更优选2. 2重量%或更少的吸水率。 根据本发明,特别优选步骤(2e)中所得水热处理沸石材料显示出2重量%或更少,更优选 1. 5重量%或更少的吸水率。
[0133] 因此,一般而言,根据本发明方法优选步骤(ii)中提供的催化剂,更优选包含在 催化剂中的具有包含¥0 2和X 203的MFI、MEL和/或MWW型骨架结构的沸石材料(其中Y为 四价元素,且X为三价元素)显示出10. 0重量%或更少,更优选7. 4重量%或更少,更优 选6. 2重量%或更少,更优选6. 0重量%或更少,更优选5. 0重量%或更少,更优选4. 5重 量%或更少,更优选4. 2重量%或更少,更优选3重量%或更少,更优选2. 2重量%或更少, 更优选2重量%或更少,更优选1. 5重量%或更少的吸水率。特别地,不管材料是否根据包 括使沸石材料经受水热处理的步骤(2e)的本发明方法的任何优选和特别优选实施方案得 到,这都适用。然而,优选步骤(ii)中所用并显示出任一个优选和特别优选的吸水率的催 化剂,特别是包含在催化剂中的沸石材料根据包括使具有包含¥02和X 203的MFI、MEL和/ 或MWW型骨架结构的沸石材料(其中Y为四价元素,且X为三价元素)经受水热处理的步 骤(2e)的本发明方法的任一个特定和优选实施方案得到。
[0134] 在本发明含义内,以重量%表示的材料,特别是如本发明任何特定和优选实施方 案中所定义的沸石材料的吸水率优选指材料在85重量%相对湿度(RH)下的吸水率,其以 与干试样,即在〇%RH下测量的试样重量相比的重量提高表示。根据本发明,优选在0%RH 下测量的试样的重量指通过将试样加热至l〇〇°C (5°C/分钟的升温)并将它在氮气流下保 持6小时而除去残余水分的试样。根据本发明,特别优选如关于本发明方法的任何特定和 优选实施方案所定义的材料的吸水率指如根据本申请实验部分所述水吸附/解吸等温线 的测量程序得到的材料,特别是沸石材料在85% RH下的吸水率。
[0135] 因此,优选可得到和/或得到沸石材料的本申请方法的实施方案,其中在步骤(2) 以后,所述方法进一步包括:
[0136] (2a)将(2)中所得产物混合物的pH调整至5-9,优选6-8,更优选6. 5-7. 8,更优 选 7-7. 6 的 pH ;
[0137] 和/或
[0138] (2b)将沸石材料从(2)中所得产物混合物中分离,优选通过过滤、超滤、渗滤、离 心和/或倾析方法分离;
[0139] 和/或
[0140] (2c)洗涤沸石材料;
[0141] 和/或
[0142] (2d)将沸石材料干燥和/或煅烧;
[0143] 和/或
[0144] (2e)使沸石材料经受水热处理。
[0145] 关于沸石材料可用于本发明方法中的形式,不施以特别限制,条件是至少一种氧 合物可转化成至少一种烯烃。因此,例如沸石材料可以以由上述分离技术如倾析、过滤、离 心或喷雾得到的粉末、喷雾粉末或喷雾颗粒的形式使用。
[0146] 然而,根据本发明方法的优选实施方案,将根据如本申请中所定义的方法可得到 和/或得到的沸石材料进一步加工以得到一种或多种模制品。
[0147] 因此,根据将氧合物转化成烯烃的本发明方法的特别优选实施方案,催化剂包含 根据如本申请中所定义的方法,特别是根据其任何特定和优选实施方案可得到和或得到的 沸石材料的模制品。
[0148] 一般而言,除根据如本申请中所定义的方法可得到和/或得到的沸石材料外,优 选包含在本发明方法的催化剂中的模制品可包含任何可能的化合物,条件是至少一种氧合 物可转化成至少一种稀径。
[0149] 在本发明上下文中,优选在模制品制备中使用至少一种合适的粘合剂材料。在该 优选实施方案中,更优选制备根据如本申请中所定义的方法可得到和/或得到的沸石材料 和至少一种粘合剂材料的混合物。
[0150] 因此,本发明还描述了制备优选包含在本发明方法的催化剂中的模制品的方法, 所述模制品包含如上所述根据如本申请中所定义的方法可得到和/或得到的沸石材料,所 述制备模制品的方法包括步骤:
[0151] (A)制备包含根据如本申请中所定义的方法可得到和/或得到的沸石材料和至少 一种粘合剂材料的混合物。
[0152] 合适的粘合剂材料通常为赋予待粘合的沸石材料颗粒之间的附着力和/或粘聚 力的所有化合物,所述附着力和粘聚力在不具有粘合剂材料的话可能存在的物理吸着之 上。这类粘合剂材料的实例为金属氧化物,例如Si0 2、A1203、Ti02、21〇2或MgO或者粘土,或 者这些化合物中两种或更多种的混合物。
[0153] 作为A1203粘合剂材料,粘土矿物和天然存在或合成氧化铝,例如a -、0 -、Y -、 6-、q-、k-、(J>-或0-氧化错及其无机或有机金属前体化合物,例如水错矿、三轻错石、 勃姆石、假勃姆石,或者三烷氧基铝酸盐,例如三异丙醇铝是特别合适的。其它优选的粘合 剂材料为具有极性和非极性结构部分的两性化合物,和石墨。其它粘合剂材料为例如粘土, 例如蒙脱石、高岭土、膨润土、叙永石、地开石、珍珠陶土或Anaxite。
[0154] 这些粘合剂材料可直接使用。在本发明上下文中还可使用在生产模制品的至少一 个其它步骤中形成粘合剂的化合物。这类粘合剂材料前体的实例为四烷氧基硅烷、四烷氧 基钛酸盐、四烷氧基锆酸盐,或者两种或更多种不同四烷氧基硅烷的混合物,或者两种或更 多种不同四烷氧基钛酸盐的混合物,或者两种或更多种不同四烷氧基锆酸盐的混合物,或 者至少一种四烷氧基硅烷和至少一种四烷氧基钛酸盐或至少一种四烷氧基硅烷和至少一 种四烷氧基锆酸盐或至少一种四烷氧基钛酸盐和至少一种四烷氧基锆酸盐的混合物,或者 至少一种四烷氧基硅烷和至少一种四烷氧基钛酸盐和至少一种四烷氧基锆酸盐的混合物。
[0155] 在本发明上下文中,完全或部分包含Si02或者为在生产模制品的至少一个其它步 骤中形成310 2的5102前体的粘合剂材料是非常特别优选的。在本文中,可使用胶态二氧化 娃以及湿法二氧化娃和干法二氧化娃。这些非常特别优选为无定形二氧化娃,其中二氧化 硅颗粒的粒度为5-100nm且二氧化硅颗粒的表面积为50-500m 2/g。
[0156] 胶态二氧化硅,优选作为碱和/或氨溶液,更优选作为氨溶液,尤其作为 Ludox' Syton?、Nalco⑧或Snowtex?市售。湿法二氧化娃尤其作为Hi-Sil?、Ultrasil?、Vulcasil?、Santocel?、Valron-Estersil?、Tokusil? 或Nipsil?市售。干法二氧化硅尤其作为Aerosil?、Reolosil?、Cab-O-Sil?、 Fransil#.或ArcSilica?'市售。在本发明上下文中尤其优选胶态二氧化娃的氨溶液。
[0157] 本发明还描述了制备优选包含在本发明方法的催化剂中的模制品的方法,其中根 据(A)使用的粘合剂材料为包含或形成Si0 2的粘合剂材料。因此,本发明还描述了制备模 制品的方法,其中粘合剂材料为胶态二氧化硅。
[0158] 粘合剂材料优选以导致最终所得模制品的量使用,其粘合剂含量每种情况下基 于最终所得模制品的总重量为至多80,更优选5-80,更优选10-70,更优选10-60,更优选 15-50,更优选15-45,特别优选15-40重量%。
[0159] 可将粘合剂材料或粘合剂材料前体和沸石材料的混合物与至少一种其它化合物 混合以进一步加工和形成塑性物质。在此处尤其优选成孔剂。可用于本发明方法中的成孔 剂为关于制备的模制品,提供特定孔径大小、特定孔径大小分布和/或特定孔体积的所有 化合物。
[0160] 本发明方法中优选使用的成孔剂为在水或含水溶剂混合物中可分散、可悬浮或可 乳化的聚合物。此处优选的聚合物为聚乙烯基化合物,例如聚氧化烯如聚氧化乙烯,聚苯乙 烯、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚烯烃、聚酰胺和聚酯,碳水化合物,例如纤维素或纤维 素衍生物如甲基纤维素,或者糖或天然纤维。其它合适的成孔剂为例如浆柏或石墨。
[0161] 如果成孔剂用于制备根据(A)的混合物,则根据(A)的混合物的聚合物含量优选 为5-90,更优选15-75,特别优选25-55重量%,每种情况下基于根据(A)的混合物中沸石 材料的量。如果理想的是实现孔径大小分布,则也可使用两种或更多种成孔剂的混合物。
[0162] 在如下文所述制备优选包含在本发明方法的催化剂中的模制品的方法的特别优 选实施方案中,成孔剂在步骤(E)中通过煅烧而除去以得到多孔模制品。根据本发明方法 的一个优选实施方案,得到根据DIN 66134测定具有至少0. 6,优选0. 6-0. 8,特别优选大于 0. 6-0. 8ml/g的孔的模制品。
[0163] 优选包含在本发明方法的催化剂中的模制品的比表面积根据DIN 66131测定 通常为至少250m2/g,优选至少290m2/g,特别优选至少300m 2/g。例如,比表面积可以为 250-400m2/g 或者 290-450m2/g 或者 300-500m2/g。
[0164] 因此,优选包含在本发明方法的催化剂中的模制品具有至少250m2/g的比表面积, 包含具有至少〇. 6ml/g的孔体积的孔。
[0165] 在根据(A)的混合物的制备中,在本发明方法的另一优选实施方案中,加入至少 一种糊化剂。可使用的糊化剂为适于该目的的所有化合物。这些优选为有机,特别是亲水性 聚合物,例如纤维素、纤维素衍生物如甲基纤维素,淀粉,例如土豆淀粉,壁纸糊,聚丙烯酸 酯,聚甲基丙烯酸酯,聚乙烯醇,聚乙烯基吡咯烷酮,聚异丁烯,聚乙二醇或聚四氢呋喃。特 别地,也充当成孔剂的化合物因此可用作糊化剂。在如下文所述本发明方法的特别优选实 施方案中,这些糊化剂在步骤(E)中通过煅烧而除去以得到多孔模制品。
[0166] 根据本发明另一实施方案,至少一种酸性添加剂在制备根据(A)的混合物期间引 入。非常特别优选可将有机酸性化合物在如下文所述优选的步骤(E)中通过煅烧除去。特 别优选羧酸,例如甲酸、草酸和/或柠檬酸。也可使用这些酸性化合物中的两种或更多种。
[0167] 包含根据如本申请中所定义的方法可得到和/或得到的沸石材料的根据(A)的混 合物的组分的添加顺序是不关键的。可首先加入至少一种粘合剂材料,随后加入至少一种 成孔剂、至少一种酸性化合物以及最后至少一种糊化剂,并且至少一种粘合剂材料、至少一 种成孔剂、至少一种酸性化合物和至少一种糊化剂的顺序可以互换。
[0168] 在将粘合剂材料加入其中任选已加入至少一种上述化合物的含沸石固体中以后, 通常将根据(A)的混合物均化10-180分钟。尤其是,捏合机、碾磨或挤出机特别优选用于 均化。优选将混合物捏合。在工业规模上,在碾磨中处理优选用于均化。
[0169] 因此,本发明还描述了制备优选包含在本发明方法的催化剂中的模制品的方法, 所述制备模制品的方法包括步骤:
[0170] (A)制备包含根据如本申请中所定义的方法可得到和/或得到的沸石材料和至少 一种粘合剂材料的混合物;
[0171] (B)将混合物捏合。
[0172] 在均化中,通常使用约10°C至糊化剂的沸点的温度和大气压力或轻微超大气压 力。随后可任选加入至少一种上述化合物。将因此所得混合物均化,优选捏合,直至形成可 挤出的塑性物质。根据本发明一个更优选的实施方案,将均化的混合物模塑。
[0173] 在本发明上下文中,优选的成型方法为其中模塑通过在常规挤出机中挤出而进 行,例如以得到具有优选1-1〇臟,特别优选2-5mm的直径的压出物。这类挤出设备描述于例 如 Ullmann' s EnzyklopSdie der TechnischenChemie,第 4 版,第 2 卷,第 295 及随后各 页,1972中。除使用挤出机外,柱塞式挤出机也可优选用于模塑。
[0174] 然而,原则上所有已知和/或合适的捏合和模塑设备和方法可用于成型。这些的 实例包括:
[0175] (a)砌块,即加入或不加入其它粘合剂材料而机械压制;
[0176] (b)制粒,即通过圆形和/或旋转运动而压实;
[0177] (c)烧结,即使待模塑材料经受热材料。
[0178] 例如,成型可选自以下组,其中明确地包括这些方法中至少两种的组合:借助冲压 机、辊压机、环辊压机砌块,不用粘合剂而砌块;制粒、熔融、纺丝技术、沉积、起泡、喷雾干 燥;在竖炉、对流炉、转动炉排、回转窑、碾磨中燃烧。
[0179] 压实可在环境压力下或者在超大气压力下,例如在1至数百巴下进行。此外,压实 可在环境温度下或者在高于环境温度的温度下,例如在20-300°C下进行。如果干燥和/或 燃烧为成型步骤的一部分,则至多1,500°C的温度是可能的。最后,压实可在环境压力下或 者在可控气氛中进行。可控气氛为例如惰性气体气氛或者还原和/或氧化气氛。
[0180] 因此,本发明还描述了制备优选包含在本发明方法的催化剂中的模制品的方法, 所述制备模制品的方法包括步骤:
[0181] (A)制备包含根据如本申请中所定义的方法可得到和/或得到的沸石材料和至少 一种粘合剂材料的混合物;
[0182] (B)将混合物捏合;
[0183] (C)将捏合混合物模塑以得到至少一种模制品。
[0184] 根据本方法制备的模制品的形状可根据需要选择。特别地,球体、椭圆形状、圆柱 体或片体尤其是可能的。
[0185] 在本发明上下文中,模塑特别优选通过将根据(B)得到的捏合混合物挤出而进 行,更优选具有1-20_,优选1-10_,更优选2-10_,特别优选2-5mm的直径的基本圆柱形 压出物作为压出物得到。
[0186] 在本发明上下文中,步骤(C)之后优选是至少一个干燥步骤。该至少一个干燥步 骤在通常80-160°C,优选90-145°C,特别优选100_130°C的温度下进行,其中干燥的持续时 间通常为6小时或更久,例如6-24小时。然而,取决于待干燥材料的水分含量,较短的干燥 时间,例如约1、2、3、4或5小时也是可能的。
[0187] 在干燥步骤以前和/或以后,可例如将优选得到的压出物研磨。优选得到具有 0. l-5mm,特别是0. 5-2mm的粒径的颗粒或碎片。
[0188] 因此,本发明还描述了制备优选包含在本发明方法的催化剂中的模制品的方法, 所述制备模制品的方法包括步骤:
[0189](A)制备包含根据如本申请中所定义的方法可得到和/或得到的沸石材料和至少 一种粘合剂材料的混合物;
[0190] (B)将混合物捏合;
[0191] (C)将捏合混合物模塑以得到至少一种模制品;
[0192] (D)将至少一种模制品干燥。
[0193] 在本发明上下文中,步骤⑶之后优选为至少一个煅烧步骤。煅烧通常在 350-750 °C,优选450-600 °C的温度下进行。
[0194] 煅烧可在任何合适的气氛下进行,优选空气和/或贫空气。此外,煅烧优选在马弗 炉、回转窑和/或带式煅烧炉中进行,其中煅烧的持续时间通常为1小时或更久,例如1-24 或3-12小时。因此,在本发明方法中,可例如将模制品煅烧1次、2次或更多次,通常每种情 况下至少1小时,
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