Int. Cl. 6 : C01B 39/48. k 73 Titular/es: k 72 Inventor/es: Valencia Valencia, Susana; k 74 Agente: No consta


Save this PDF as:
 WORD  PNG  TXT  JPG

Tamaño: px
Comenzar la demostración a partir de la página:

Download "Int. Cl. 6 : C01B 39/48. k 73 Titular/es: k 72 Inventor/es: Valencia Valencia, Susana; k 74 Agente: No consta"

Transcripción

1 k 19 OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS ESPAÑA 11 k Número de publicación: k Número de solicitud: k Int. Cl. 6 : C01B 39/48 B01J 29/70 k 12 PATENTEDEINVENCION B1 k 22 Fecha de presentación: k 43 Fecha de publicación de la solicitud: Fecha de concesión: k 4 Fecha de anuncio de la concesión: k 4 Fecha de publicación del folleto de patente: k 73 Titular/es: Universidad Politécnica de Valencia Camino de Vera s/n Valencia, ES k 72 Inventor/es: Valencia Valencia, Susana; Camblor Fernández, Miguel Angel; Corma Canós, Avelino y Pérez Pariente, Joaquín k 74 Agente: No consta k 4 Título: Síntesis de zeolita beta. ES B1 7 kresumen: Síntesis de zeolita Beta. En la presente invención se reivindica un nuevo método de síntesis de zeolita Beta, caracterizado porque en la preparación de la mezcla de síntesis se evita la presencia de cationes alcalinos. La zeolita Beta obtenida se caracteriza por su pequeño tamaño de cristal, su capacidad de formar suspensiones coloidales estables y porque su calcinación permite obtener la forma ácida sin recurrir a procesos de intercambio catiónico. Se reivindica también el uso del material obtenido en procesos catalíticosde transformación de hidrocarburos, para preparación de membranas zeolíticas y como activador de otras síntesis de zeolitas. El método consiste en el calentamiento a K de una mezcla de reacción que contiene una fuente de silicio, una fuente de aluminio, un catión orgánico director de estructura como hidróxido y agua, evitándose la presencia de cationes alcalinos. Se obtiene una suspensión coloidal de zeolita Beta de la que puede separarse la zeolita. Aviso: Se puede realizar consulta prevista por el art LP. Venta de fascículos: Oficina Española de Patentes y Marcas. C/Panamá, Madrid

2 1 ES B1 2 DESCRIPCION Síntesis de zeolita Beta. Campo de la técnica Materiales cristalinos microporos Antecedentes Las zeolitas son materiales cristalinos microporosos de composición variable caracterizados por una red cristalina de tetraedros TO 4 (donde T representa normalmente Si y Al, pero también puede representar Ti, Ge, B, Ga,...) que comparten todos sus vértices dando lugar a una estructura tridimensional que contiene canales y/o cavidades de dimensiones moleculares. Cuando algunos de los átomos T presentan un estado de oxidación inferior a +4, la red cristalina formada presenta cargas negativas que se compensan mediante la presencia en los canales o cavidades de cationes orgánicos o inorgánicos. En dichos canales y cavidades pueden alojarse también moléculas orgánicas y H 2 O, por lo que, de manera general, la composición química de las zeolitas puede representarse mediante la siguiente fórmula empírica: x(m 1/n XO 2 ):y YO 2 :zr:wh 2 O donde M es uno o varios cationes orgánicos o inorgánicos de carga +n; X es uno o varios elementos trivalentes; Y es uno o varios elementos tetravalentes; y R es una o varias sustancias orgánicas. Aunque la naturaleza de M, X, Y y R y los valores de x, y, z, y w pueden, en general, ser variados mediante tratamientos postsíntesis, la composición química de una zeolita (tal y como se sintetiza o después de su calcinación) posee un rango característico de cada zeolita y de su método de obtención. Por otro lado, una zeolita se caracteriza además por su estructura cristalina, que define su sistema de canales y cavidades y da lugar a un patrón de difracción de rayos X específico. De esta manera, las zeolitas se diferencian entre sí por su rango de composición química más su patrón de difracción de rayos X. Ambas características (estructura cristalina y composición química) determinan además las propiedades fisicoquímicas de cada zeolita y su aplicabilidad en diferentes procesos industriales. Otras características de la zeolita que pueden tener una gran influencia en su aplicabilidad son el tamaño de cristal y la presencia de defectos reticulares. Tanto estas propiedades como la composición química del material pueden ser altamente dependientes del método de preparación y/o de tratamientos posteriores. La zeolita Beta (US Pat. 28,341) es un material cristalino microporoso caracterizado por su estructura cristalina, que determina un patrón de difracción de rayos X específico y un sistema de canales único, y por su composición química, que puede ser representada por la fórmula empírica [xna,(1-x)tea]alo 2.ySIO 2.wH 2 O donde x<1, Y=-0, w es hasta alrededor de 4 y TEA representa el catión tetraetilamonio. En general, la zeolita Beta se sintetiza en presencia de cationes alcalinos y el producto cristalino presenta habitualmente un tamaño de cristal entre ,1 y 1 µm. Para obtener la zeolita en forma ácida, el material así sintetizado requiere una calcinación para descomponer el catión tetraetilamonio seguida de un intercambio catiónico para eliminar los cationes alcalinos. Descripción de la invención La presente invención se refiere 1 a un nuevo método de síntesis de la zeolita Beta, caracterizado porque en la preparación de la mezcla de síntesis se evita la presencia de cationes alcalinos. La zeolita Beta obtenida se caracteriza por su pequeño tamaño, por su capacidad para formar suspensiones coloidales estables y porque su calcinación permite obtener la zeolita en forma ácida sin necesidad de recurrir a procesos de intercambio catiónico. Esto es, la zeolita en forma calcinada responde a la fórmula empírica x(halo 2 ):SiO 2 donde x posee un valor inferior a 0,2 y superior a 0,01. Tal método de preparación se basa en el calentamiento a temperaturas de K, preferentemente 3-423K, de una mezcla de reacción que contiene una fuente de silicio (sílice amorfa, sílice coloidal, gel de sílice, tetraalquilortosilicato, etc., preferiblemente sílice amorfa o tetraetilortosilicato), una fuente de aluminio (óxido o hidróxido de aluminio, otra sal de aluminio, aluminato de un catión orgánico o aluminio metálico, preferentemente aluminio metálico o hidróxido de aluminio), un catión orgánico director de estructura en forma de hidróxido (hidróxido de tetraetilamonio, o de dibencildimetilamonio, preferiblemente hidróxido de tetraetilamonio) y agua,evitándose la presencia de cationes alcalinos. La composición de la mezcla de síntesis se caracteriza por los siguientes rangos de relaciones molares: H 2 O/SiO 2 = 4-0, preferiblemente 4-, más preferiblemente 1 SiO 2 /Al 2 O 3 = -00, preferiblemente 14-0, más preferiblemente 14-0 TEAOH/SiO 2 = , preferiblemente Como resultado del calentamiento se obtiene una suspensión coloidal de partículas de zeolita Beta de muy pequeño tamaño (<0,1µm; normalmente <0,01µm), que es estable frente a su sedimentación durante períodos de tiempo del orden o por encima de un año. Además de la baja velocidad de sedimentación de la suspensión, ésta presenta otras propiedades típicas de las suspensiones coloidales, como el efecto Tyndall de dispersión de la luz. La dispersión coloidal obtenida puede ser procesada de diferentes maneras para conseguir la separación de la zeolita Beta producida de las aguas madres. Entre los métodos de separación se encuentran la centrifugación y el filtrado. Debido al pequeño tamaño de cristal del sólido obtenido, la filtración requiere un tratamiento previo para aglomerar los cristales en partículas más grandes, lo que puede conseguirse, por ejemplo, bajando el ph del medio de síntesis después de

3 3 ES B1 4 que la cristalización ha tenido lugar. Esta bajada de ph y la aglomeración de cristales subsiguiente puede realizarse por adición de un ácido orgánico o inorgánico al medio, o bien por calentamiento de éste la una temperatura alta para producir la descomposición tipo Hoffman del template. El material obtenido por aglomeración de partículas es fácilmente filtrable y centrifugable y puede presentar mejores características de resistencia térmica, hidrotérmica y mecánica que el producto sin aglomerar. Por otro lado, para ciertas aplicaciones de la zeolita la separación de las aguas madres puede ser innecesaria o incluso indeseable. Por ejemplo, si se usa la suspensión coloidal como promotor (simiente) de la cristalización de la zeolita Beta o si se utiliza para producir membranas zeolíticas sobre un soporte. En esos casos,puede ser deseable usar la suspensión zeolítica tal y como se sintetiza o sustituir las aguas madres por otro agente dispersante. El producto sólido obtenido posee un patrón de difracción esencialmente coincidente con el de la zeolita Beta (US Pat 28,341), aunque se observa, en general,una mayor anchura de los picos de difracción. La alta cristalinidad del material se evidencia cuando se mide el área de los picos y se compara con una zeolita Beta de alta cristalinidad obtenida en presencia de cationes alcalinos. La anchura de los picos es achacable al pequeño tamaño de cristal de la zeolita obtenida en ausencia de cationes alcalinos <0,1µm, normalmente <0,0µm). Encuantoalacomposición química de la zeolita obtenida, el método de la presente invención permite la síntesis de zeolita Beta con una relación Si/Al molar variable en el rango 7-0, manteniendo siempre la alta cristalinidad. El límite inferior de este rango está condicionado por el máximo contenido en cationes tetraetilamonio que pueden alojar los canales zeolíticos (8 moléculas por celda unidad de 64 unidades TO 4, T= Si o Al). Las aplicaciones del material obtenido por el presente método y que se reivindican en la presente memoria son: - promotor de cristalización de zeolita Beta (semilla). Tanto en forma de la suspensión coloidal obtenida como en forma de suspensión en otro agente dispersante o en forma de sólido. - preparación de membranas zeolíticas sobre soportes. - aditivo de catalizadores de craqueo catalítico. - componente activo o aditivo en catalizadores de isomerización de parafinas ligeras. - catalizador de hidrocraqueo. - catalizador de hidrocraqueo suave. - catalizador de desparafinado e isodesparafinado catalizador de alquilación de isoparafinas con olefinas y alquilación de aromáticos con olefinas y alcoholes. Ejemplos: Ejemplo 1: Este ejemplo ilustra la preparación de zeolita Beta en ausencia de cationes alcalinos. 0,7g de aluminio metálico se disuelve en g de hidróxido de tetraetilamonio (solución acuosa al 3% en peso, Aldrich, Na<2ppm, K<0,ppm) y 6g de agua desionizada. Por otra parte, se añade 16g de SiO 2 (Aerosil 0, Degussa) en 27,22g de hidróxido de tetraetilamonio (3%) y 22,g de agua desionizada. Después de agitar unos minutos esta mezcla, se le añade la disolución de Al y se mantiene la agitación hasta obtener una mezcla fluida, blanquecina y traslúcida de aspecto homogéneo. La composición de la mezcla, expresada en términos de relaciones molares de óxidos es SiO 2 /Al 2 O 3 =2 TEA 2 O/SiO 2 =0, H 2 O/SiO 2 =1 Se carga la mezcla en autoclaves de acero recubiertos internamente de PTFE y se calienta a 413K. Durante la cristalización los autoclaves se mantienen en rotación (rpm). Después de días a la temperatura de cristalización los autoclaves se enfrían y el contenido es una suspensión coloidal estable que muestra el efecto Tyndall de dispersión de la luz. Por centrifugación (100rpm, 90minutos) se separa el sólido y se seca a 373K. Por difracción de rayos X se observa que este sólido es zeolita Beta de alta cristalinidad (medida de área de picos). La relación Si/Al molar de la zeolita es, según análisis químico,,7. Ejemplo 2: Este ejemplo ilustra la preparación de una zeolita Beta en ausencia de cationes alcalinos. 0,718g de aluminio metálico se disuelve en 0g de hidróxido de tetraetilamonio (solución acuosa al 3% en peso, Aldrich, Na<2ppm,K<0,ppm) y 6g de agua desionizada. Por otra parte, se añade 16g de SiO 2 (Aerosil 0, Degussa) en 19,46g de hidróxido de tetraetilamonio (3%) y,74g de agua desionizada. Se sigue el mismo procedimiento de preparación del gel, calentamiento y procesado del producto que en el ejemplo anterior, pero en este caso se calienta la mezcla a 8K durante 26 días. En este caso la composición del gel fue SiO 2 /Al 2 O 3 = TEA 2 O/SiO 2 =0,31 H 2 O/SiO 2 =1 Por difracción de rayos X se observa que el sólido obtenido por centrifugación de la suspensión coloidal es zeolita Beta de alta cristalinidad (medida de área de picos). La relación Si/Al molar de la zeolita es 8, según análisis químico. Ejemplo 3: Este ejemplo ilustra la preparación de una zeolita Beta en ausencia de cationes alcalinos. 3

4 ES B1 6 0,21g de aluminio metálico se disuelve en 8,28g de hidróxido de tetraetilamonio (solución acuosa al % en peso, Alfa, Na<ppm, K<1ppm) y 17,6g de agua desionizada. Por otra parte, se añade 23,63g de SiO 2 (Aerosil 0, Degussa) en 69,12g de hidróxido de tetraetilamonio (%) y 42,4g de agua desionizada. Se sigue el mismo procedimiento de preparación del gel, calentamiento y procesado del producto que en el ejemplo anterior, pero en este caso se calienta la mezcla a 8K durante días. En este caso la com- posición del gel fue SiO 2 /Al 2 O 3 =0 TEA 2 O/SiO 2 =0,27 H 2 O/SiO 2 =1 Por difracción de rayos X se observa que el sólido obtenido por centrifugación de la suspensión coloidal es zeolita Beta de alta cristalinidad (medida de área de picos). La relación Si/Al molar de la zeolita es 22,9, según análisis químico

5 7 ES B1 8 REIVINDICACIONES 1. Un método de preparación de zeolita Beta caracterizado por la ausencia de cationes alcalinos en la mezcla de síntesis (concentraciones de cualquier catión alcalino inferiores a ppm, preferiblemente inferiores a ppm), la cual tiene una composición, en términos de relaciones molares, dentro de los rangos H 2 O/SiO 2 = 4-0, preferiblemente 4-, más preferiblemente 1 SiO 2 /Al 2 O 3 = -00, preferiblemente 14-0, más preferiblemente 14-0 TEAOH/SiO 2 = , preferiblemente Un método de preparación de la zeolita Beta de acuerdo con la reivindicación anterior, en el que la mezcla de síntesis se calienta a una temperatura en el rango K, preferentemente 3-423K, para producir la cristalización de la zeolita. 3. Un método de preparación de la zeolita Beta de acuerdo con las reivindicaciones anteriores en el que el producto del proceso de calenta- 1 2 miento de la mezcla de síntesis es una suspensión coloidal de cristales de zeolita Beta de pequeño tamaño (<0,1µm) dispersos en las aguas madres de la síntesis. 4. Una suspensión coloidal de zeolita Beta de acuerdo con las reivindicaciones anteriores y su uso como promotor de cristalización de zeolitas (procesos con sembrado) y en la formación de membranas zeolíticas sobre soportes.. Una suspensión coloidal de zeolíta Beta de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 3, en la que los cristales de zeolita Beta pueden ser separados de las aguas madres por centrifugación directa de la suspensión o por centrifugación o filtrado después de provocar una bajada de ph en dicha suspensión por adición de agua o un ácido orgánico oinórganico. 6. Uso de la zeolita Beta obtenida de acuerdo con las reivindicaciones 1, 2, 3 y como promotor de cristalización de zeolitas (sembrado con los cristales secos o suspendidos en un medio dispersante adecuado), y como catalizador en procesos de craqueo, hidrocraqueo, hidrocraqueo suave, hidroisomerización de gasolinas de destilación directa, desparafinado e isodesparafinado, alquilación de isoparafinas y olefinas y alquilación de aromáticos con olefinas y alcoholes

6 OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS ESPAÑA k 11 ES k 21 N. solicitud: 9012 k 22 Fecha de presentación de la solicitud: k 32 Fecha de prioridad: INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA k 1 Int. Cl. 6 : C01B 39/48, B01J 29/70 DOCUMENTOS RELEVANTES Categoría Documentos citados Reivindicaciones afectadas X WO 9812 A (EXXON CHEMICAL PATENTS) Página 1, línea 13 - página 19, línea 14. Reivindicación 13 X WO 903 A (EXXON CHEMICAL PATENTS) ,2,,6 Ejemplo 1 A EP 1849 A (EXXON RESEARCH AND ENGINEERING COMPANY) ,2,,6 Todo el documento Categoría de los documentos citados X: de particular relevancia Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la misma categoría A: refleja el estado de la técnica O: referido a divulgación no escrita P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentación de la solicitud E: documento anterior, pero publicado después de la fecha de presentación de la solicitud El presente informe ha sido realizado para todas las reivindicaciones para las reivindicaciones n : Fecha de realización del informe Examinador Página M.P. Corral Martínez 1/1

Sitemap