FR3150966A1 - HYDROGENATION PROCESS USING A CATALYST COMPRISING COPPER AND AN ELEMENT FROM COLUMN IIIA - Google Patents
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Abstract
Procédé d’hydrogénation sélective de composés polyinsaturés contenant au moins 2 atomes de carbone par molécule contenus dans une charge d’hydrocarbures ayant un point d'ébullition final inférieur ou égal à 300°C, en présence d’un catalyseur comprenant une phase active comprenant du cuivre et un élément de la colonne IIIA, et un support d’alumine, la teneur en cuivre étant comprise entre 0,5% et 25% en poids en élément cuivre par rapport au poids total du catalyseur, le ratio atomique entre le cuivre et l’élément de la colonne IIIA étant compris entre 1 et 50 mol/mol, ledit catalyseur se présentant sous la forme d’une poudre de granulométrie comprise entre 20 µm et 500 µm. A process for the selective hydrogenation of polyunsaturated compounds containing at least 2 carbon atoms per molecule contained in a hydrocarbon feedstock having a final boiling point of less than or equal to 300°C, in the presence of a catalyst comprising an active phase comprising copper and an element from column IIIA, and an alumina support, the copper content being between 0.5% and 25% by weight of copper element relative to the total weight of the catalyst, the atomic ratio between copper and the element from column IIIA being between 1 and 50 mol/mol, said catalyst being in the form of a powder with a particle size of between 20 µm and 500 µm.
Description
L'invention a pour objet un procédé d’hydrogénation des hydrocarbures insaturés, et plus particulièrement, d’hydrogénation sélective de composés polyinsaturés réalisé en présence d’un catalyseur métallique sous forme de poudre à base de cuivre et d’un élément de la colonne IIIA, choisi parmi l’indium et le gallium.The subject of the invention is a process for the hydrogenation of unsaturated hydrocarbons, and more particularly, for the selective hydrogenation of polyunsaturated compounds carried out in the presence of a metal catalyst in the form of powder based on copper and an element from column IIIA, chosen from indium and gallium.
Les composés organiques mono-insaturés tels que par exemple l’éthylène et le propylène, sont à la source de la fabrication de polymères, de matières plastiques et d'autres produits chimiques à valeur ajoutée. Ces composés sont obtenus à partir du gaz naturel, du naphta ou du gazole qui ont été traités par des procédés de vapocraquage ou de craquage catalytique. Ces procédés sont opérés à haute température et produisent, en plus des composés mono-insaturés recherchés, des composés organiques polyinsaturés tels que l'acétylène, le propadiène et le méthylacétylène (ou propyne), le 1-2-butadiène et le 1-3-butadiène, le vinylacétylène et l'éthylacétylène, et d’autres composés polyinsaturés dont le point d’ébullition correspond à la fraction essence C5+ (essences contenant des composés hydrocarbonés ayant 5 atomes de carbone ou plus), en particulier des composés styréniques ou indéniques. Ces composés polyinsaturés sont très réactifs et conduisent à des réactions parasites dans les unités de polymérisation. Il est donc nécessaire de les éliminer avant de valoriser ces coupes.Monounsaturated organic compounds such as ethylene and propylene are the source of polymers, plastics and other value-added chemicals. These compounds are obtained from natural gas, naphtha or diesel fuel that has been treated by steam cracking or catalytic cracking processes. These processes are operated at high temperatures and produce, in addition to the desired monounsaturated compounds, polyunsaturated organic compounds such as acetylene, propadiene and methylacetylene (or propyne), 1,2-butadiene and 1,3-butadiene, vinylacetylene and ethylacetylene, and other polyunsaturated compounds whose boiling point corresponds to the C5+ gasoline fraction (gasoline containing hydrocarbon compounds with 5 or more carbon atoms), in particular styrene or indene compounds. These polyunsaturated compounds are very reactive and lead to parasitic reactions in the polymerization units. It is therefore necessary to eliminate them before valorizing these cuts.
L'hydrogénation sélective est le principal traitement développé pour éliminer spécifiquement les composés polyinsaturés indésirables de ces charges d'hydrocarbures. Elle permet la conversion des composés polyinsaturés vers les alcènes ou aromatiques correspondants en évitant leur saturation totale et donc la formation des alcanes ou naphtènes correspondants.Selective hydrogenation is the main treatment developed to specifically remove unwanted polyunsaturated compounds from these hydrocarbon feedstocks. It allows the conversion of polyunsaturated compounds to the corresponding alkenes or aromatics while avoiding their total saturation and therefore the formation of the corresponding alkanes or naphthenes.
Les catalyseurs d'hydrogénation sélective sont généralement à base de métaux du groupe VIII du tableau périodique, de préférence le palladium ou le nickel. Le métal se présente sous la forme de particules métalliques déposées sur un support. La teneur en métal, la taille des particules de métal et la répartition de la phase active dans le support font partie des critères qui ont une importance sur l'activité et la sélectivité des catalyseurs.Selective hydrogenation catalysts are usually based on metals from group VIII of the periodic table, preferably palladium or nickel. The metal is in the form of metal particles deposited on a support. The metal content, the size of the metal particles and the distribution of the active phase in the support are among the criteria that have an importance on the activity and selectivity of the catalysts.
Les catalyseurs à base de palladium sont largement utilisés dans les réactions d’hydrogénation sélective de coupes légères C2-C4.Palladium-based catalysts are widely used in selective hydrogenation reactions of C2-C4 light fractions.
Typiquement, la teneur en palladium est faible, généralement inférieure à 1% en poids de palladium par rapport au catalyseur. Le palladium est réparti dans une croute en périphérie du catalyseur (catalyseur egg-shell selon la terminologie anglo-saxonne, par exemple décrit dans FR2922784 ou US2010/217052).Typically, the palladium content is low, generally less than 1% by weight of palladium relative to the catalyst. The palladium is distributed in a crust on the periphery of the catalyst (egg-shell catalyst according to the Anglo-Saxon terminology, for example described in FR2922784 or US2010/217052).
Ces dernières années ont vu l’augmentation du prix des métaux nobles, en particulier le l’or, le ruthénium, le platine et le palladium, et ont conduit à la recherche de catalyseurs métalliques ou multimétalliques contenant des métaux non nobles pour l'hydrogénation des acétyléniques et des dioléfines.Recent years have seen an increase in the price of noble metals, particularly gold, ruthenium, platinum and palladium, and have led to the search for metallic or multimetallic catalysts containing non-noble metals for the hydrogenation of acetylenics and diolefins.
Ainsi, la publication de Wang et al. (Chem. Commun., 2021,57, 7031-7034) décrit l’utilisation un catalyseur comprenant du fer supporté sur un oxyde de titane pour l’hydrogénation sélective du butadiène en alcènes à 175°C.Thus, the publication of Wang et al. (Chem. Commun., 2021,57, 7031-7034) describes the use of a catalyst comprising iron supported on a titanium oxide for the selective hydrogenation of butadiene to alkenes at 175°C.
La demande de brevet CN110433813A (2019) divulgue l’utilisation de catalyseur contenant un alliage CuIn/ZrO2pour l’hydrogénation de CO2en méthanol. Le catalyseur est préparé par coprécipitation de précurseurs des trois éléments.Patent application CN110433813A (2019) discloses the use of catalyst containing CuIn/ ZrO2 alloy for hydrogenation of CO2 to methanol. The catalyst is prepared by coprecipitation of precursors of the three elements.
La demande de brevet CN114054024A (2021) divulgue la préparation d’un catalyseur pour l’hydrogénation de l’oxalate de diméthyle contenant une phase active à base de Cu additionné par un autre métal (ou sous forme oxyde) choisi parmi Ni, In, Mo, W, Fe et Zn avec un rapport 0.2-1.5 basé sur le métal sur un support SiO2.Patent application CN114054024A (2021) discloses the preparation of a catalyst for the hydrogenation of dimethyl oxalate containing an active phase based on Cu added by another metal (or in oxide form) chosen from Ni, In, Mo, W, Fe and Zn with a ratio of 0.2-1.5 based on the metal on a SiO 2 support.
La publication de Onyestyák at al. (Catalysis Communications, 2012, 26, 19–24) décrit l’utilisation d’un catalyseur CuIn sur Al2O3gamma comprenant entre 3 et 20% Cu et entre 3-20% d’In introduit par mélange mécanique pour l’hydrogénation d’acides organiques. Le catalyseur est sous forme de poudre. La surface spécifique du support est égale à 203 m2/g.The publication of Onyestyák et al. (Catalysis Communications, 2012, 26, 19–24) describes the use of a CuIn on Al 2 O 3 gamma catalyst comprising 3–20% Cu and 3–20% In introduced by mechanical mixing for the hydrogenation of organic acids. The catalyst is in powder form. The specific surface area of the support is 203 m 2 /g.
La publication de Zhang et al. (Chinese Journal of Catalysis, 2018, 39, 99–108) décrit l’utilisation d’un catalyseur CuIn sur SiO2pour l’hydrogénation de l’acétate de méthyle en éthanol. L’ajout de 0.2-2% d’indium est réalisé sur un catalyseur comprenant 30% Cu/SiO2correspondant à un rapport molaire Cu/In supérieur à 66 mol/mol.The publication of Zhang et al. (Chinese Journal of Catalysis, 2018, 39, 99–108) describes the use of a CuIn catalyst on SiO 2 for the hydrogenation of methyl acetate to ethanol. The addition of 0.2–2% indium is carried out on a catalyst comprising 30% Cu/SiO 2 corresponding to a Cu/In molar ratio greater than 66 mol/mol.
La publication de Dong et al. (Applied Catalysis B : Environmental,2018, 244) décrit l’utilisation d’un catalyseur comprenant 10% de Cu sur une silice type SBA15 et de l’indium tel que le rapport Cu/In soit compris entre 0.01 à 15 pour hydrogéner l’acide acétique en éthanol.The publication of Dong et al. (Applied Catalysis B: Environmental, 2018, 244) describes the use of a catalyst comprising 10% Cu on a silica type SBA15 and indium such that the Cu/In ratio is between 0.01 and 15 to hydrogenate acetic acid into ethanol.
De manière surprenante, la Demanderesse a découvert qu’un catalyseur comprenant du cuivre et un élément choisi de la colonne III A, choisi de préférence parmi l’indium et le gallium, et un support d’alumine sous forme de poudre permet l’obtention de performances en termes d'activité en hydrogénation sélective de composés polyinsaturés au moins aussi bonnes, voire meilleures que les procédés connus de l’état de la technique.Surprisingly, the Applicant has discovered that a catalyst comprising copper and an element selected from column III A, preferably selected from indium and gallium, and an alumina support in powder form makes it possible to obtain performances in terms of activity in selective hydrogenation of polyunsaturated compounds at least as good, or even better than the processes known from the state of the art.
Un premier objet de l’invention concerne un procédé d’hydrogénation sélective de composés polyinsaturés contenant au moins 2 atomes de carbone par molécule contenus dans une charge d’hydrocarbures ayant un point d'ébullition final inférieur ou égal à 300°C, lequel procédé est réalisé à une température comprise entre 0 et 300°C, à une pression comprise entre 0,1 MPa et 10 MPa, à un ratio molaire hydrogène/(composés polyinsaturés à hydrogéner) compris entre 0,1 et 10 et à une vitesse volumique horaire comprise entre 0,1 et 200 h-1lorsque le procédé est réalisé en phase liquide, ou à un ratio molaire hydrogène/(composés polyinsaturés à hydrogéner) compris entre 0,5 et 1000 et à une vitesse volumique horaire entre 100 et 40000 h-1lorsque le procédé est réalisé en phase gazeuse, en présence d’un catalyseur comprenant une phase active comprenant du cuivre et un élément de la colonne IIIA, et un support d’alumine, la teneur en cuivre étant comprise entre 0,5% et 25% en poids en élément cuivre par rapport au poids total du catalyseur, le ratio atomique entre le cuivre et l’élément de la colonne IIIA étant compris entre 1 et 50 mol/mol, ledit catalyseur se présentant sous la forme d’une poudre de granulométrie comprise entre 20 µm et 500 µm.A first subject of the invention relates to a process for the selective hydrogenation of polyunsaturated compounds containing at least 2 carbon atoms per molecule contained in a hydrocarbon feedstock having a final boiling point of less than or equal to 300°C, which process is carried out at a temperature of between 0 and 300°C, at a pressure of between 0.1 MPa and 10 MPa, at a hydrogen/(polyunsaturated compounds to be hydrogenated) molar ratio of between 0.1 and 10 and at an hourly volumetric flow rate of between 0.1 and 200 h -1 when the process is carried out in the liquid phase, or at a hydrogen/(polyunsaturated compounds to be hydrogenated) molar ratio of between 0.5 and 1000 and at an hourly volumetric flow rate of between 100 and 40000 h -1 when the process is carried out in the gas phase, in the presence of a catalyst comprising an active phase comprising copper and an element of the column IIIA, and an alumina support, the copper content being between 0.5% and 25% by weight of copper element relative to the total weight of the catalyst, the atomic ratio between the copper and the element of column IIIA being between 1 and 50 mol/mol, said catalyst being in the form of a powder with a particle size of between 20 µm and 500 µm.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation selon l’invention, l’élément de la colonne III A est choisi parmi l’indium ou le gallium.According to one or more embodiments of the invention, the element of column III A is chosen from indium or gallium.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation selon l’invention, lorsque l’élément IIIA est l’indium, la teneur en indium est comprise entre 0,02% et 25% en poids en élément indium par rapport au poids total du catalyseur.According to one or more embodiments according to the invention, when the element IIIA is indium, the indium content is between 0.02% and 25% by weight of indium element relative to the total weight of the catalyst.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation selon l’invention, lorsque l’élément IIIA est le gallium, la teneur en gallium est comprise entre 0,5% et 25% en poids en élément gallium par rapport au poids total du catalyseur.According to one or more embodiments according to the invention, when the element IIIA is gallium, the gallium content is between 0.5% and 25% by weight of gallium element relative to the total weight of the catalyst.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation selon l’invention, la surface spécifique du catalyseur mis en œuvre est comprise entre 80 et 200 m²/g.According to one or more embodiments according to the invention, the specific surface area of the catalyst used is between 80 and 200 m²/g.
Un autre objet selon l’invention concerne un procédé selon l’invention dans lequel ledit catalyseur est obtenu par un procédé de préparation comprenant les étapes suivantes :Another subject matter according to the invention relates to a process according to the invention in which said catalyst is obtained by a preparation process comprising the following steps:
a) on forme un précurseur de catalyseur en réalisant la séquence suivante :a) a catalyst precursor is formed by carrying out the following sequence:
a1) on met en contact une poudre d’alumine avec une solution comprenant au moins un précurseur de la phase active de cuivre ;a1) an alumina powder is brought into contact with a solution comprising at least one precursor of the active copper phase;
a2) on met en contact la poudre d’alumine avec au moins une solution comprenant au moins un précurseur de la phase active à base d’élément de la colonne IIIA ;a2) the alumina powder is brought into contact with at least one solution comprising at least one precursor of the active phase based on an element from column IIIA;
les étapes a1) et a2) étant réalisées séparément, dans un ordre indifférent, ou simultanément ;steps a1) and a2) being carried out separately, in any order, or simultaneously;
b) on sèche le précurseur de catalyseur obtenu à l’issue de l’étape a) à une température inférieure à 250°C pour obtenir un précurseur de catalyseur séché.b) the catalyst precursor obtained at the end of step a) is dried at a temperature below 250°C to obtain a dried catalyst precursor.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation selon l’invention, lorsque les étapes a1) et a2) sont réalisées séparément, on réalise entre les étapes a1) et a2), ou entre les étapes a2) et a1), une étape intermédiaire de séchage dans laquelle on sèche le précurseur de catalyseur obtenu à l’issue de l’étape a1), ou de l’étape a2), à une température inférieure à 250°C.According to one or more embodiments according to the invention, when steps a1) and a2) are carried out separately, an intermediate drying step is carried out between steps a1) and a2), or between steps a2) and a1), in which the catalyst precursor obtained at the end of step a1), or of step a2), is dried at a temperature below 250°C.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation selon l’invention, on soumet le précurseur de catalyseur obtenu à l’issue de l’étape de séchage intermédiaire à un traitement thermique à une température comprise entre 250°C et 1000°C.According to one or more embodiments according to the invention, the catalyst precursor obtained at the end of the intermediate drying step is subjected to a heat treatment at a temperature between 250°C and 1000°C.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation selon l’invention, les étapes a1) et a2) sont réalisées simultanément.According to one or more embodiments of the invention, steps a1) and a2) are carried out simultaneously.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation selon l’invention, le précurseur de la phase active de cuivre est choisi parmi l’acétate de cuivre, l’acétylacétonate de cuivre, le nitrate de cuivre, le sulfate de cuivre, le chlorure de cuivre, le bromure de cuivre, l’iodure de cuivre ou le fluorure de cuivre.According to one or more embodiments according to the invention, the precursor of the active copper phase is chosen from copper acetate, copper acetylacetonate, copper nitrate, copper sulfate, copper chloride, copper bromide, copper iodide or copper fluoride.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation selon l’invention, l’élément IIIA de la phase active est l’indium, et dans lequel le précurseur d’indium est choisi parmi l’acétate d’indium, l’acétylacétonate d’indium, le nitrate d’indium, le sulfate d’indium, le sulfure d’indium, le chlorure d’indium, le mercaptoacétate d’indium, le bromure d’indium, l’iodure d’indium, le fluorure d’indium, l’oxyde d’indium, le phosphure d’indium, l’hydroxyde d’indium.According to one or more embodiments according to the invention, the element IIIA of the active phase is indium, and in which the indium precursor is chosen from indium acetate, indium acetylacetonate, indium nitrate, indium sulfate, indium sulfide, indium chloride, indium mercaptoacetate, indium bromide, indium iodide, indium fluoride, indium oxide, indium phosphide, indium hydroxide.
Selon un ou plusieurs modes de réalisation selon l’invention, l’élément IIIA de la phase active est le gallium, et dans lequel le précurseur de gallium est choisi l’acétylacétonate de gallium, le nitrate de gallium, le sulfate de gallium, le sulfure de gallium, le chlorure de gallium, le bromure de gallium, l’iodure de gallium, l’oxyde de gallium, le nitrure de gallium, le phosphure de gallium, le perchlorate de gallium, les organiques tels que le triéthyle de gallium et triméthyle de gallium.According to one or more embodiments according to the invention, the element IIIA of the active phase is gallium, and in which the gallium precursor is chosen from gallium acetylacetonate, gallium nitrate, gallium sulfate, gallium sulfide, gallium chloride, gallium bromide, gallium iodide, gallium oxide, gallium nitride, gallium phosphide, gallium perchlorate, organics such as gallium triethyl and gallium trimethyl.
Dans la suite, les groupes d'éléments chimiques sont donnés selon la classification CAS (CRC Handbook of Chemistry and Physics, éditeur CRC press, rédacteur en chef D.R. Lide, 81ème édition, 2000-2001). Par exemple, le groupe IIIA selon la classification CAS correspond aux métaux de la colonne 13 selon la nouvelle classification IUPAC.In the following, the groups of chemical elements are given according to the CAS classification (CRC Handbook of Chemistry and Physics, publisher CRC press, editor-in-chief D.R. Lide, 81st edition, 2000-2001). For example, group IIIA according to the CAS classification corresponds to the metals of column 13 according to the new IUPAC classification.
La surface spécifique BET est mesurée par physisorption à l'azote. La surface spécifique BET est mesurée par physisorption à l'azote selon la norme ASTM D3663-03 tel que décrit dans Rouquerol F.; Rouquerol J.; Singh K. « Adsorption by Powders & Porous Solids: Principle, methodology and applications », Academic Press, 1999.BET specific surface area is measured by nitrogen physisorption. BET specific surface area is measured by nitrogen physisorption according to ASTM D3663-03 as described in Rouquerol F.; Rouquerol J.; Singh K. “Adsorption by Powders & Porous Solids: Principle, methodology and applications”, Academic Press, 1999.
Le volume poreux total est mesuré par porosimétrie au mercure selon la norme ASTM D4284-92 avec un angle de mouillage de 140°, par exemple au moyen d'un appareil modèle Autopore® III de la marque Microméritics®.The total pore volume is measured by mercury porosimetry according to ASTM D4284-92 with a wetting angle of 140°, for example using an Autopore® III model device from Microméritics®.
La taille des grains de support et/ou de catalyseur est mesurée par la technique de granulométrie par diffusion laser. Cette méthode d'analyse utilise le principe de diffusion (théorie de Mie) et/ou de diffraction de la lumière (théorie de Fraunhoffer et théorie de Mie). Les particules éclairées par la lumière laser dévient la lumière de son axe principal. La quantité de lumière déviée et l'importance de l'angle de déviation permettent de mesurer avec précision la taille des particules.The size of the support and/or catalyst grains is measured by the laser scattering particle size analysis technique. This analysis method uses the principle of light scattering (Mie theory) and/or diffraction (Fraunhoffer theory and Mie theory). Particles illuminated by laser light deflect the light from its main axis. The amount of deflected light and the magnitude of the deflection angle allow the particle size to be measured accurately.
Les teneurs en cuivre, en indium et en gallium sont mesurées par fluorescence X.Copper, indium and gallium contents are measured by X-ray fluorescence.
Le catalyseur comprend une phase active comprenant du cuivre et un élément de la colonne IIIA, un support d’alumine sous forme de poudre, la teneur en cuivre étant comprise entre 0,5% et 25% en poids en élément cuivre par rapport au poids total du catalyseur, le ratio atomique entre le cuivre et l’élément de la colonne IIIA étant compris entre 1 et 50 mol/mol.The catalyst comprises an active phase comprising copper and an element from column IIIA, an alumina support in powder form, the copper content being between 0.5% and 25% by weight of copper element relative to the total weight of the catalyst, the atomic ratio between copper and the element from column IIIA being between 1 and 50 mol/mol.
La teneur en cuivre dans le catalyseur est comprise entre 0,5% et 25% en poids en élément cuivre par rapport au poids total du catalyseur, de préférence entre 1 et 20% en poids, plus préférentiellement entre 2 et 18% en poids, plus préférentiellement entre 3 et 15 % en poids, encore plus préférentiellement entre 5 et 15% en poids.The copper content in the catalyst is between 0.5% and 25% by weight of copper element relative to the total weight of the catalyst, preferably between 1 and 20% by weight, more preferably between 2 and 18% by weight, more preferably between 3 and 15% by weight, even more preferably between 5 and 15% by weight.
De préférence l’élément de la colonne IIIA est choisi parmi l’indium ou le gallium.Preferably the element of column IIIA is chosen from indium or gallium.
La teneur en élément de la colonne III A dans le catalyseur est de préférence comprise entre 0,02% et 25% en poids en élément de la colonne III A par rapport au poids total du catalyseur, de préférence entre 0,05% et 20% en poids, et encore plus préférentiellement entre 0,1% et 15% en poids.The content of element from column III A in the catalyst is preferably between 0.02% and 25% by weight of element from column III A relative to the total weight of the catalyst, preferably between 0.05% and 20% by weight, and even more preferably between 0.1% and 15% by weight.
Lorsque l’élément IIIA est l’indium, la teneur en indium est de préférence comprise entre 0,02% et 25% en poids en élément indium par rapport au poids total du catalyseur, plus préférentiellement entre 0,05% et 20% en poids, et encore plus préférentiellement entre 0,1% et 15% en poids.When the element IIIA is indium, the indium content is preferably between 0.02% and 25% by weight of indium element relative to the total weight of the catalyst, more preferably between 0.05% and 20% by weight, and even more preferably between 0.1% and 15% by weight.
Lorsque l’élément IIIA est le gallium, la teneur en gallium est de préférence comprise entre 0,5% et 25% en poids en élément gallium par rapport au poids total du catalyseur, plus préférentiellement entre 0,5 et 20% en poids, et encore plus préférentiellement entre 1 et 15% en poids.When the element IIIA is gallium, the gallium content is preferably between 0.5% and 25% by weight of gallium element relative to the total weight of the catalyst, more preferably between 0.5 and 20% by weight, and even more preferably between 1 and 15% by weight.
Le ratio atomique entre le cuivre et l’élément de la colonne III A est compris entre 1 et 50 mol/mol, de préférence entre 10 et 45 mol/mol, et plus préférentiellement entre 15 et 45 mol/mol, et encore plus particulièrement entre 18 et 40 mol/mol.The atomic ratio between copper and the element of column III A is between 1 and 50 mol/mol, preferably between 10 and 45 mol/mol, and more preferably between 15 and 45 mol/mol, and even more particularly between 18 and 40 mol/mol.
Le catalyseur peut contenir, de manière préférée, la présence d’un alliage contenant du cuivre et de l’indium.The catalyst may preferably contain the presence of an alloy containing copper and indium.
Le catalyseur se présente sous la forme de poudre de granulométrie comprise entre 20 microns et 500 µm, de manière préférée 25 et 350 µm.The catalyst is in the form of powder with a particle size of between 20 microns and 500 µm, preferably 25 and 350 µm.
La taille moyenne des particules (en taille) des cristallites métalliques comprenant du cuivre et de l’indium est avantageusement comprise entre 3,5 à 100 nm, de préférence entre 4 et 50 nm.The average particle size (in size) of the metal crystallites comprising copper and indium is advantageously between 3.5 and 100 nm, preferably between 4 and 50 nm.
La surface spécifique du catalyseur est avantageusement comprise entre 80 m2/g et 200 m2/g, de préférence entre 90 m2/g et 180 m2/g, de façon plus préférée entre 100 m2/g et 170 m2/g, plus préférentiellement entre 110 m2/g et 170 m²/g, de manière plus préférée entre 120 m2/g et 160 m²/g.The specific surface area of the catalyst is advantageously between 80 m 2 /g and 200 m 2 /g, preferably between 90 m 2 /g and 180 m 2 /g, more preferably between 100 m 2 /g and 170 m 2 /g, more preferably between 110 m 2 /g and 170 m²/g, more preferably between 120 m 2 /g and 160 m²/g.
Le volume poreux total (VPT) du catalyseur est avantageusement compris entre 0,1 cm3/g et 1,5 cm3/g, de préférence compris entre 0,2 cm3/g et 1,4 cm3/g, et encore plus préférentiellement compris entre 0,25 cm3/g et 1,3 cm3/g.The total pore volume (TPV) of the catalyst is advantageously between 0.1 cm 3 /g and 1.5 cm 3 /g, preferably between 0.2 cm 3 /g and 1.4 cm 3 /g, and even more preferably between 0.25 cm 3 /g and 1.3 cm 3 /g.
Le support du catalyseur est de l’alumine sous forme de poudre, c'est-à-dire que le support comporte au moins 95%, de préférence au moins 98%, et de manière particulièrement préférée au moins 99% poids d'alumine par rapport au poids du support. L’alumine présente généralement une structure cristallographique du type alumine delta, gamma ou thêta, seule ou en mélange.The catalyst support is alumina in powder form, i.e. the support comprises at least 95%, preferably at least 98%, and particularly preferably at least 99% by weight of alumina relative to the weight of the support. The alumina generally has a crystallographic structure of the delta, gamma or theta alumina type, alone or as a mixture.
De manière préférée l’alumine est présente majoritairement sous forme gamma.Preferably, alumina is present mainly in gamma form.
Selon l'invention, le support d’alumine, peut comprendre des impuretés telles que les oxydes de métaux des groupes IIA, IIIB, IVB, IIB, IIIA, IVA selon la classification CAS, de préférence la silice, le dioxyde de titane, le dioxyde de zirconium, l'oxyde de zinc, l'oxyde de magnésium et l'oxyde de calcium, ou encore des métaux alcalins, de préférence le lithium, le sodium ou le potassium, et/ou les alcalino-terreux, de préférence le magnésium, le calcium, le strontium ou le baryum ou encore du soufre.According to the invention, the alumina support may comprise impurities such as metal oxides from groups IIA, IIIB, IVB, IIB, IIIA, IVA according to the CAS classification, preferably silica, titanium dioxide, zirconium dioxide, zinc oxide, magnesium oxide and calcium oxide, or alkali metals, preferably lithium, sodium or potassium, and/or alkaline earths, preferably magnesium, calcium, strontium or barium or sulfur.
La surface spécifique du support est comprise entre 80 m2/g et 200 m2/g, de préférence entre 90 m2/g et 180 m2/g, de façon plus préférée entre 100 m2/g et 170 m2/g, plus préférentiellement entre 110 m2/g et 170 m²/g, de manière plus préférée entre 120 m2/g et 160 m²/gThe specific surface area of the support is between 80 m 2 /g and 200 m 2 /g, preferably between 90 m 2 /g and 180 m 2 /g, more preferably between 100 m 2 /g and 170 m 2 /g, more preferably between 110 m 2 /g and 170 m²/g, more preferably between 120 m 2 /g and 160 m²/g.
Le volume poreux total (VPT) du support poreux est avantageusement compris entre 0,1 cm3/g et 1,5 cm3/g, de préférence compris entre 0,2 cm3/g et 1,4 cm3/g, et encore plus préférentiellement compris entre 0,25 cm3/g et 1,3 cm3/g.The total pore volume (TPV) of the porous support is advantageously between 0.1 cm 3 /g and 1.5 cm 3 /g, preferably between 0.2 cm 3 /g and 1.4 cm 3 /g, and even more preferably between 0.25 cm 3 /g and 1.3 cm 3 /g.
Le support poreux se présente sous la forme de poudre de granulométrie comprise entre 20 µm et 500 µm, de manière préférée 25 µm et 350 µm.The porous support is in the form of powder with a particle size of between 20 µm and 500 µm, preferably 25 µm and 350 µm.
Selon l’invention, le procédé de préparation du catalyseur comprend les étapes suivantes :According to the invention, the process for preparing the catalyst comprises the following steps:
a) on forme un précurseur de catalyseur en réalisant la séquence suivante :a) a catalyst precursor is formed by carrying out the following sequence:
a1) on met en contact une poudre d’alumine avec une solution comprenant au moins un précurseur de la phase active de cuivre ;a1) an alumina powder is brought into contact with a solution comprising at least one precursor of the active copper phase;
a2) on met en contact une poudre d’alumine avec au moins une solution comprenant au moins un précurseur de la phase active à base d’élément de la colonne IIIA ;a2) an alumina powder is brought into contact with at least one solution comprising at least one precursor of the active phase based on an element from column IIIA;
les étapes a1) et a2) étant réalisées séparément, dans un ordre indifférent, ou simultanément ;steps a1) and a2) being carried out separately, in any order, or simultaneously;
b) on sèche le précurseur de catalyseur obtenu à l’issue de l’étape a) à une température inférieure à 250°C pour obtenir un précurseur de catalyseur séché.b) the catalyst precursor obtained at the end of step a) is dried at a temperature below 250°C to obtain a dried catalyst precursor.
Les différentes étapes sont explicitées en détail ci-après.The different steps are explained in detail below.
Etape a) – Mise en contact du support avec un précurseur de la phase active de cuivre et d’un précurseur à base d’élément de la colonne IIIA.Step a) – Contacting the support with a precursor of the active copper phase and a precursor based on element from column IIIA.
Lors de l’étape a), on forme un précurseur de catalyseur en réalisant la séquence suivante :In step a), a catalyst precursor is formed by carrying out the following sequence:
a1) on met en contact une poudre d’alumine avec une solution comprenant au moins un précurseur de la phase active de cuivre ;a1) an alumina powder is brought into contact with a solution comprising at least one precursor of the active copper phase;
a2) on met en contact une poudre d’alumine avec au moins une solution comprenant au moins un précurseur de la phase active à base d’élément de la colonne IIIA ;a2) an alumina powder is brought into contact with at least one solution comprising at least one precursor of the active phase based on an element from column IIIA;
les étapes a1) et a2) étant réalisées séparément, dans un ordre indifférent, ou simultanément ;steps a1) and a2) being carried out separately, in any order, or simultaneously;
Ladite étape a1) se caractérise en ce que la mise en contact de la poudre d’alumine avec une solution contenant un précurseur de la phase active de cuivre peut être réalisée par imprégnation, à sec ou en excès, ou encore par dépôt – précipitation, selon des méthodes bien connues de l'Homme du métier. Le pH de ladite solution peut être modifié par l'ajout éventuel d'un acide ou d’une base.Said step a1) is characterized in that the contacting of the alumina powder with a solution containing a precursor of the active copper phase can be carried out by impregnation, dry or in excess, or by deposition-precipitation, according to methods well known to those skilled in the art. The pH of said solution can be modified by the possible addition of an acid or a base.
Ladite étape a1) est préférentiellement réalisée par imprégnation du support consistant par exemple en la mise en contact de la poudre d’alumine avec au moins une solution aqueuse contenant un précurseur de cuivre.Said step a1) is preferably carried out by impregnation of the support consisting for example of bringing the alumina powder into contact with at least one aqueous solution containing a copper precursor.
De manière préférée, ladite étape a1) est réalisée par imprégnation à sec, laquelle consiste à mettre en contact la poudre d’alumine avec au moins une solution, contenant, de préférence constituée de, au moins un précurseur de cuivre, dont le volume de la solution est compris entre 0,25 et 1,5 fois le volume poreux du support à imprégner.Preferably, said step a1) is carried out by dry impregnation, which consists of bringing the alumina powder into contact with at least one solution, containing, preferably consisting of, at least one copper precursor, the volume of the solution of which is between 0.25 and 1.5 times the pore volume of the support to be impregnated.
Le sel précurseur de cuivre est de préférence sélectionné parmi l’acétate de cuivre, l’acétylacétonate de cuivre, le nitrate de cuivre, le sulfate de cuivre, le chlorure de cuivre, le bromure de cuivre, l’iodure de cuivre ou le fluorure de cuivre.The copper precursor salt is preferably selected from copper acetate, copper acetylacetonate, copper nitrate, copper sulfate, copper chloride, copper bromide, copper iodide or copper fluoride.
De manière préférée, le sel précurseur de cuivre est sélectionné parmi le nitrate de cuivre, le sulfate de cuivre ou le chlorure de cuivre.Preferably, the copper precursor salt is selected from copper nitrate, copper sulfate or copper chloride.
La concentration en cuivre en solution est ajustée selon le type imprégnation (imprégnation à sec ou en excès) et le volume poreux du support de façon à obtenir pour le catalyseur supporté, une teneur en cuivre comprise entre 0,5% et 25% en poids en élément cuivre par rapport au poids total du catalyseur, de préférence entre 1 et 20% en poids, plus préférentiellement entre 2 et 18% en poids, plus préférentiellement entre 3 et 15% en poids, encore plus préférentiellement entre 5 et 15% en poids.The concentration of copper in solution is adjusted according to the type of impregnation (dry or excess impregnation) and the pore volume of the support so as to obtain for the supported catalyst, a copper content of between 0.5% and 25% by weight in copper element relative to the total weight of the catalyst, preferably between 1 and 20% by weight, more preferably between 2 and 18% by weight, more preferably between 3 and 15% by weight, even more preferably between 5 and 15% by weight.
Ladite étape a2) se caractérise en ce que la mise en contact de la poudre d’alumine avec une solution contenant un précurseur d’au moins un précurseur d’un élément de la colonne III A, choisi de préférence parmi l’indium et le gallium, conformément à la mise en œuvre de l’étape b2), peut être réalisée par imprégnation, à sec ou en excès, ou encore par dépôt – précipitation, selon des méthodes bien connues de l'Homme du métier.Said step a2) is characterized in that the contacting of the alumina powder with a solution containing a precursor of at least one precursor of an element from column III A, preferably chosen from indium and gallium, in accordance with the implementation of step b2), can be carried out by impregnation, dry or in excess, or by deposition-precipitation, according to methods well known to those skilled in the art.
Ladite étape a2) est préférentiellement réalisée par imprégnation de la poudre d’alumine consistant par exemple en la mise en contact de la poudre avec au moins une solution aqueuse contenant un précurseur d’un élément de la colonne III A, choisi de préférence parmi l’indium et le gallium. Le pH de ladite solution peut être modifié par l'ajout éventuel d'un acide ou d’une base.Said step a2) is preferably carried out by impregnation of the alumina powder consisting for example in bringing the powder into contact with at least one aqueous solution containing a precursor of an element from column III A, preferably chosen from indium and gallium. The pH of said solution can be modified by the possible addition of an acid or a base.
De manière préférée, ladite étape a2) est réalisée par imprégnation à sec, laquelle consiste à mettre en contact la poudre d’alumine avec au moins une solution, contenant, de préférence constituée de, au moins un précurseur d’un élément de la colonne III A, choisi de préférence parmi l’indium et le gallium, dont le volume de la solution est compris entre 0,25 et 1,5 fois le volume poreux du support à imprégner.Preferably, said step a2) is carried out by dry impregnation, which consists of bringing the alumina powder into contact with at least one solution, containing, preferably consisting of, at least one precursor of an element from column III A, preferably chosen from indium and gallium, the volume of the solution of which is between 0.25 and 1.5 times the pore volume of the support to be impregnated.
Le précurseur d’indium est choisi de préférence parmi l’acétate d’indium, l’acétylacétonate d’indium, le nitrate d’indium, le sulfate d’indium, le sulfure d’indium, le chlorure d’indium, le mercaptoacétate d’indium, le bromure d’indium, l’iodure d’indium, le fluorure d’indium, l’oxyde d’indium, le phosphure d’indium, l’hydroxyde d’indium.The indium precursor is preferably chosen from indium acetate, indium acetylacetonate, indium nitrate, indium sulfate, indium sulfide, indium chloride, indium mercaptoacetate, indium bromide, indium iodide, indium fluoride, indium oxide, indium phosphide, indium hydroxide.
Le précurseur de gallium est choisi l’acétylacétonate de gallium, le nitrate de gallium, le sulfate de gallium, le sulfure de gallium, le chlorure de gallium, le bromure de gallium, l’iodure de gallium, l’oxyde de gallium, le nitrure de gallium, le phosphure de gallium, le perchlorate de gallium, les précurseurs organiques tels que le triéthyle de gallium et triméthyle de gallium.The gallium precursor is selected from gallium acetylacetonate, gallium nitrate, gallium sulfate, gallium sulfide, gallium chloride, gallium bromide, gallium iodide, gallium oxide, gallium nitride, gallium phosphide, gallium perchlorate, organic precursors such as gallium triethyl and gallium trimethyl.
La concentration en solution de l’élément de la colonne III A, choisi de préférence parmi l’indium et le gallium est ajustée selon le type imprégnation (imprégnation à sec ou en excès) et le volume poreux du support de façon à obtenir pour le catalyseur supporté, une teneur en élément de la colonne III A, choisi de préférence parmi l’indium et le gallium comprise entre 0,02% et 25% en poids élément de la colonne III A, choisi de préférence parmi l’indium et le gallium par rapport au poids total du catalyseur, de préférence entre 0,05 et 20% en poids, plus préférentiellement entre 0,1 et 15% en poids.The concentration in solution of the element of column III A, preferably chosen from indium and gallium, is adjusted according to the type of impregnation (dry or excess impregnation) and the pore volume of the support so as to obtain for the supported catalyst, a content of element of column III A, preferably chosen from indium and gallium of between 0.02% and 25% by weight element of column III A, preferably chosen from indium and gallium relative to the total weight of the catalyst, preferably between 0.05 and 20% by weight, more preferably between 0.1 and 15% by weight.
De même, la concentration en élément de la colonne III A, choisi de préférence parmi l’indium et le gallium en solution est approvisionnée de manière que le ratio atomique entre le cuivre et élément de la colonne III A, choisi de préférence parmi l’indium et le gallium, soit compris entre 0,5 et 100 mol/mol, de préférence entre 1 et 80 mol/mol, et plus préférentiellement entre 1 et 70 mol/mol, et encore plus particulièrement entre 1 et 50 mol/mol.Similarly, the concentration of element of column III A, preferably chosen from indium and gallium in solution is supplied so that the atomic ratio between copper and element of column III A, preferably chosen from indium and gallium, is between 0.5 and 100 mol/mol, preferably between 1 and 80 mol/mol, and more preferably between 1 and 70 mol/mol, and even more particularly between 1 and 50 mol/mol.
Lorsque les étapes a1) et a2) sont réalisées séparément, on réalise entre les étapes a1) et a2), ou entre les étapes a2) et a1) une étape intermédiaire de séchage dans laquelle on sèche le précurseur de catalyseur obtenu à l’issue de l’étape b1), ou de l’étape a2), à une température inférieure à 250°C, de manière préférée entre 70°C et 200°C. La durée du séchage est comprise généralement entre 0,5 heure et 20 heures. Des durées plus longues ne sont pas exclues, mais n’apportent pas nécessairement d’amélioration.When steps a1) and a2) are carried out separately, an intermediate drying step is carried out between steps a1) and a2), or between steps a2) and a1), in which the catalyst precursor obtained at the end of step b1), or step a2), is dried at a temperature below 250°C, preferably between 70°C and 200°C. The drying time is generally between 0.5 hours and 20 hours. Longer times are not excluded, but do not necessarily provide an improvement.
Le séchage est généralement effectué sous air de combustion d'un hydrocarbure, de préférence du méthane, ou sous air chauffé comprenant entre 0 et 80 grammes d'eau par kilogramme d'air de combustion, un taux d'oxygène compris entre 5% et 25% en volume et un taux de dioxyde de carbone compris entre 0% et 10% en volume.Drying is generally carried out under combustion air of a hydrocarbon, preferably methane, or under heated air comprising between 0 and 80 grams of water per kilogram of combustion air, an oxygen level of between 5% and 25% by volume and a carbon dioxide level of between 0% and 10% by volume.
Optionnellement, on soumet le précurseur de catalyseur obtenu à l’issue de l’étape de séchage intermédiaire à un traitement thermique sous air, de préférence de combustion, et plus préférentiellement un air de combustion du méthane, comprenant entre 40 et 80 grammes d'eau par kg d'air, un taux d'oxygène compris entre 5% et 15% en volume et un taux de CO2compris entre 4% et 10% en volume. La température de calcination est généralement comprise entre 250°C et 900°C, de préférence comprise entre environ 300°C et environ 500°C. La durée de calcination est généralement comprise entre 0,5 heure et 5 heures. La vitesse volumétrique horaire (V.V.H) est généralement comprise entre 150 et 3000, de préférence entre 300 et 1500 litres d’air de combustion par heure et par litre de catalyseur.Optionally, the catalyst precursor obtained at the end of the intermediate drying step is subjected to a heat treatment in air, preferably combustion air, and more preferably methane combustion air, comprising between 40 and 80 grams of water per kg of air, an oxygen content of between 5% and 15% by volume and a CO 2 content of between 4% and 10% by volume. The calcination temperature is generally between 250°C and 900°C, preferably between approximately 300°C and approximately 500°C. The calcination time is generally between 0.5 hours and 5 hours. The hourly volumetric speed (HVS) is generally between 150 and 3000, preferably between 300 and 1500 liters of combustion air per hour and per liter of catalyst.
Dans un autre mode de réalisation, les étapes a1) et a2) sont réalisées simultanément. Dans ce cas, le support imprégné peut être séché lors de l’étape b).In another embodiment, steps a1) and a2) are carried out simultaneously. In this case, the impregnated support can be dried during step b).
L’étape b) de séchage du précurseur de catalyseur obtenu à l’issue de l’étape a) est effectuée à une température inférieure à 250°C, de préférence comprise entre 15 et 180°C, plus préférentiellement entre 30 et 160°C, encore plus préférentiellement entre 50 et 150°C, et de manière encore plus préférentielle entre 70 et 140°C, typiquement pendant une durée comprise entre 10 minutes et 24 heures. Des durées plus longues ne sont pas exclues, mais n’apportent pas nécessairement d’amélioration.Step b) of drying the catalyst precursor obtained at the end of step a) is carried out at a temperature below 250°C, preferably between 15 and 180°C, more preferably between 30 and 160°C, even more preferably between 50 and 150°C, and even more preferably between 70 and 140°C, typically for a period of between 10 minutes and 24 hours. Longer periods are not excluded, but do not necessarily provide an improvement.
L’étape de séchage peut être effectuée par toute technique connue de l’Homme du métier. Elle est avantageusement effectuée sous une atmosphère inerte ou sous une atmosphère contenant de l’oxygène ou sous un mélange de gaz inerte et d’oxygène. Elle est avantageusement effectuée à pression atmosphérique ou à pression réduite. De manière préférée, cette étape est réalisée à pression atmosphérique et en présence d’air ou d’azote.The drying step can be carried out by any technique known to those skilled in the art. It is advantageously carried out under an inert atmosphere or under an atmosphere containing oxygen or under a mixture of inert gas and oxygen. It is advantageously carried out at atmospheric pressure or at reduced pressure. Preferably, this step is carried out at atmospheric pressure and in the presence of air or nitrogen.
Traitement thermique du catalyseur séché (optionnel)Heat treatment of dried catalyst (optional)
Optionnellement, après séchage (étape b), le catalyseur est calciné sous air, de préférence de combustion, et plus préférentiellement un air de combustion du méthane, comprenant entre 40 et 80 grammes d'eau par kg d'air, un taux d'oxygène compris entre 5% et 15% en volume et un taux de CO2compris entre 4% et 10% en volume. La température de calcination est généralement comprise entre 250°C et 900°C, de préférence comprise entre environ 300°C et environ 500°C. La durée de calcination est généralement comprise entre 0,5 heure et 5 heures. La vitesse volumétrique horaire (V.V.H) est généralement comprise entre 150 et 3000, de préférence entre 300 et 1500 litres d’air de combustion par heure et par litre de catalyseur.Optionally, after drying (step b), the catalyst is calcined in air, preferably combustion air, and more preferably methane combustion air, comprising between 40 and 80 grams of water per kg of air, an oxygen content of between 5% and 15% by volume and a CO 2 content of between 4% and 10% by volume. The calcination temperature is generally between 250°C and 900°C, preferably between approximately 300°C and approximately 500°C. The calcination time is generally between 0.5 hours and 5 hours. The hourly volumetric speed (HVS) is generally between 150 and 3000, preferably between 300 and 1500 liters of combustion air per hour and per liter of catalyst.
Optionnellement, le catalyseur est réduit. Cette étape est de préférence réalisée en présence d'un gaz réducteur, soit in-situ, c'est-à-dire dans le réacteur où est réalisée la transformation catalytique, soit ex-situ. De manière préférée, cette étape est effectuée à une température comprise entre 100°C et 600°C, de manière encore plus préférée entre 120°C et 500°C.Optionally, the catalyst is reduced. This step is preferably carried out in the presence of a reducing gas, either in situ, i.e. in the reactor where the catalytic transformation is carried out, or ex situ. Preferably, this step is carried out at a temperature between 100°C and 600°C, even more preferably between 120°C and 500°C.
La réduction est réalisée en présence d'un gaz réducteur comprenant entre 25 vol% et 100 vol% d'hydrogène, de préférence 100% volume d'hydrogène. L'hydrogène est éventuellement complété par un gaz inerte pour la réduction, de préférence de l'argon, de l'azote ou du méthane.The reduction is carried out in the presence of a reducing gas comprising between 25 vol% and 100 vol% hydrogen, preferably 100% volume hydrogen. The hydrogen is optionally supplemented by an inert gas for the reduction, preferably argon, nitrogen or methane.
La réduction comprend généralement une phase de montée en température puis un palier.The reduction generally includes a temperature increase phase followed by a plateau.
La durée du palier de réduction est généralement comprise entre 1 heure et 10 heures, de préférence entre 2 heures et 8 heures.The duration of the reduction stage is generally between 1 hour and 10 hours, preferably between 2 hours and 8 hours.
La Vitesse Volumétrique Horaire (V.V.H) est généralement comprise entre 150 et 3000, de préférence entre 300 et 1500 litres de gaz réducteur par heure et par litre de catalyseur.The Hourly Volumetric Velocity (HVV) is generally between 150 and 3000, preferably between 300 and 1500 liters of reducing gas per hour and per liter of catalyst.
La présente invention a pour objet un procédé d’hydrogénation sélective de composés polyinsaturés contenant au moins 2 atomes de carbone par molécule, tels que les dioléfines et/ou les acétyléniques et/ou les alcénylaromatiques, aussi appelés styréniques, contenus dans une charge d’hydrocarbures ayant un point d'ébullition final inférieur ou égal à 300°C, lequel procédé étant réalisé à une température comprise entre 0 et 300°C, à une pression comprise entre 0,1 MPa et 10 MPa, à un ratio molaire hydrogène/(composés polyinsaturés à hydrogéner) compris entre 0,1 et 10 et à une vitesse volumique horaire comprise entre 0,1 et 200 h-1lorsque le procédé est réalisé en phase liquide, ou à un ratio molaire hydrogène/(composés polyinsaturés à hydrogéner) compris entre 0,5 et 1000 et à une vitesse volumique horaire entre 100 et 40000 h-1lorsque le procédé est réalisé en phase gazeuse, en présence du catalyseur décrit ci-dessus ou préparé par le procédé on décrit ci-dessus.The present invention relates to a process for the selective hydrogenation of polyunsaturated compounds containing at least 2 carbon atoms per molecule, such as diolefins and/or acetylenics and/or alkenylaromatics, also called styrenics, contained in a hydrocarbon feedstock having a final boiling point of less than or equal to 300°C, which process is carried out at a temperature of between 0 and 300°C, at a pressure of between 0.1 MPa and 10 MPa, at a hydrogen/(polyunsaturated compounds to be hydrogenated) molar ratio of between 0.1 and 10 and at an hourly volumetric flow rate of between 0.1 and 200 h -1 when the process is carried out in the liquid phase, or at a hydrogen/(polyunsaturated compounds to be hydrogenated) molar ratio of between 0.5 and 1000 and at an hourly volumetric flow rate of between 100 and 40000 h -1 when the process is carried out in the gas phase, in the presence of the catalyst described above or prepared by the process described above.
Les composés organiques mono-insaturés tels que par exemple l’éthylène et le propylène, sont à la source de la fabrication de polymères, de matières plastiques et d'autres produits chimiques à valeur ajoutée. Ces composés sont obtenus à partir du gaz naturel, du naphta ou du gazole qui ont été traités par des procédés de vapocraquage ou de craquage catalytique. Ces procédés sont opérés à haute température et produisent, en plus des composés mono-insaturés recherchés, des composés organiques polyinsaturés tels que l'acétylène, le propadiène et le méthylacétylène (ou propyne), le 1-2-butadiène et le 1-3-butadiène, le vinylacétylène et l'éthylacétylène, et d’autres composés polyinsaturés dont le point d’ébullition correspond à la coupe C5+ (composés hydrocarbonés ayant au moins 5 atomes de carbone), en particulier des composés dioléfiniques ou styréniques ou indéniques. Ces composés polyinsaturés sont très réactifs et conduisent à des réactions parasites dans les unités de polymérisation. Il est donc nécessaire de les éliminer avant de valoriser ces coupes.Monounsaturated organic compounds such as ethylene and propylene are the source of polymers, plastics and other value-added chemicals. These compounds are obtained from natural gas, naphtha or diesel that has been treated by steam cracking or catalytic cracking processes. These processes are operated at high temperatures and produce, in addition to the desired monounsaturated compounds, polyunsaturated organic compounds such as acetylene, propadiene and methylacetylene (or propyne), 1,2-butadiene and 1,3-butadiene, vinylacetylene and ethylacetylene, and other polyunsaturated compounds with a boiling point corresponding to the C5+ cut (hydrocarbon compounds with at least 5 carbon atoms), in particular diolefinic or styrenic or indenic compounds. These polyunsaturated compounds are very reactive and lead to parasitic reactions in the polymerization units. It is therefore necessary to eliminate them before valorizing these cuts.
L'hydrogénation sélective est le principal traitement développé pour éliminer spécifiquement les composés polyinsaturés indésirables de ces charges d'hydrocarbures. Elle permet la conversion des composés polyinsaturés vers les alcènes ou aromatiques correspondants en évitant leur saturation totale et donc la formation des alcanes ou naphtènes correspondants. Dans le cas d'essences de vapocraquage utilisées comme charge, l'hydrogénation sélective permet également d'hydrogéner sélectivement les alcénylaromatiques en aromatiques en évitant l’hydrogénation des noyaux aromatiques.Selective hydrogenation is the main treatment developed to specifically remove undesirable polyunsaturated compounds from these hydrocarbon feedstocks. It allows the conversion of polyunsaturated compounds to the corresponding alkenes or aromatics while avoiding their total saturation and therefore the formation of the corresponding alkanes or naphthenes. In the case of steam cracked gasolines used as feedstock, selective hydrogenation also allows the selective hydrogenation of alkenyl aromatics to aromatics while avoiding the hydrogenation of the aromatic nuclei.
La charge d'hydrocarbures traitée dans le procédé d’hydrogénation sélective a un point d'ébullition final inférieur ou égal à 300°C et contient au moins 2 atomes de carbone par molécule et comprend au moins un composé polyinsaturé. On entend par « composés polyinsaturés » des composés comportant au moins une fonction acétylénique et/ou au moins une fonction diénique et/ou au moins une fonction alcénylaromatique.The hydrocarbon feedstock treated in the selective hydrogenation process has a final boiling point of less than or equal to 300°C and contains at least 2 carbon atoms per molecule and comprises at least one polyunsaturated compound. “Polyunsaturated compounds” means compounds comprising at least one acetylenic function and/or at least one diene function and/or at least one alkenyl aromatic function.
Plus particulièrement, la charge utilisée est une essence de vapocraquage encore appelée essence de pyrolyse ou coupe C5+.More specifically, the charge used is a steam cracking gasoline also called pyrolysis gasoline or C5+ cut.
L'essence de vapocraquage ou essence de pyrolyse, avantageusement utilisée pour la mise en œuvre du procédé d'hydrogénation sélective selon l'invention, correspond à une coupe hydrocarbonée dont la température d'ébullition est généralement comprise entre 0 et 300°C, de préférence entre 10 et 250°C. Les hydrocarbures polyinsaturés à hydrogéner présents dans ladite essence de vapocraquage sont en particulier des composés dioléfiniques (butadiène, isoprène, cyclopentadiène...), des composés styréniques (styrène, alpha-méthylstyrène...) et des composés indéniques (indène...). L'essence de vapocraquage comprend généralement la coupe C5-C12 avec des traces de C3, C4, C13, C14, C15 (par exemple entre 0,1 et 3% poids pour chacune de ces coupes). Par exemple, une charge formée d'essence de pyrolyse a généralement une composition suivante : 5 à 30 % poids de composés saturés (paraffines et naphtènes), 40 à 80 % poids de composés aromatiques, 5 à 20 % poids de mono-oléfines, 5 à 40 % poids de dioléfines, 1 à 20 % poids de composés alcénylaromatiques, l'ensemble des composés formant 100 %. Elle contient également de 0 à 1000 ppm poids de soufre, de préférence de 0 à 500 ppm poids de soufre.The steam cracking gasoline or pyrolysis gasoline, advantageously used for implementing the selective hydrogenation process according to the invention, corresponds to a hydrocarbon fraction whose boiling point is generally between 0 and 300°C, preferably between 10 and 250°C. The polyunsaturated hydrocarbons to be hydrogenated present in said steam cracking gasoline are in particular diolefinic compounds (butadiene, isoprene, cyclopentadiene, etc.), styrenic compounds (styrene, alpha-methylstyrene, etc.) and indenic compounds (indene, etc.). The steam cracking gasoline generally comprises the C5-C12 fraction with traces of C3, C4, C13, C14, C15 (for example between 0.1 and 3% by weight for each of these fractions). For example, a charge formed from pyrolysis gasoline generally has the following composition: 5 to 30% by weight of saturated compounds (paraffins and naphthenes), 40 to 80% by weight of aromatic compounds, 5 to 20% by weight of monoolefins, 5 to 40% by weight of diolefins, 1 to 20% by weight of alkenyl aromatic compounds, all of the compounds forming 100%. It also contains from 0 to 1000 ppm by weight of sulfur, preferably from 0 to 500 ppm by weight of sulfur.
La mise en œuvre technologique du procédé d’hydrogénation sélective est par exemple réalisée par injection, en courant ascendant ou descendant, de la charge d'hydrocarbures polyinsaturés et de l’hydrogène dans au moins un réacteur à lit fixe. Ledit réacteur peut être de type isotherme ou de type adiabatique. Un réacteur adiabatique est préféré. La charge d'hydrocarbures polyinsaturés peut avantageusement être diluée par une ou plusieurs ré-injection(s) de l'effluent, issu dudit réacteur où se produit la réaction d'hydrogénation sélective, en divers points du réacteur, situés entre l'entrée et la sortie du réacteur afin de limiter le gradient de température dans le réacteur. La mise en œuvre technologique du procédé d’hydrogénation sélective selon l'invention peut également être avantageusement réalisée par l'implantation d’au moins dudit catalyseur supporté dans une colonne de distillation réactive ou dans des réacteurs – échangeurs ou dans un réacteur de type slurry. Le flux d'hydrogène peut être introduit en même temps que la charge à hydrogéner et/ou en un ou plusieurs points différents du réacteur.The technological implementation of the selective hydrogenation process is for example carried out by injection, in ascending or descending flow, of the polyunsaturated hydrocarbon feedstock and hydrogen into at least one fixed-bed reactor. Said reactor may be of the isothermal or adiabatic type. An adiabatic reactor is preferred. The polyunsaturated hydrocarbon feedstock may advantageously be diluted by one or more re-injections of the effluent, from said reactor where the selective hydrogenation reaction occurs, at various points in the reactor, located between the inlet and the outlet of the reactor in order to limit the temperature gradient in the reactor. The technological implementation of the selective hydrogenation process according to the invention may also advantageously be carried out by the implantation of at least said supported catalyst in a reactive distillation column or in exchanger reactors or in a slurry-type reactor. The hydrogen flow can be introduced at the same time as the feed to be hydrogenated and/or at one or more different points in the reactor.
Dans un mode de réalisation selon l’invention, lorsqu’on effectue un procédé d'hydrogénation sélective dans lequel la charge est une essence de vapocraquage comportant des composés polyinsaturés, le ratio molaire (hydrogène)/(composés polyinsaturés à hydrogéner) est généralement compris entre 0,5 et 10, de préférence entre 0,7 et 5,0 et de manière encore plus préférée entre 1,0 et 2,0, la température est comprise entre 0 et 200°C, de préférence entre 20 et 200 °C et de manière encore plus préférée entre 30 et 180°C, la vitesse volumique horaire (V.V.H.) est comprise généralement entre 0,5 et 100 h-1, de préférence entre 1 et 50 h-1et la pression est généralement comprise entre 0,3 MPa et 8,0 MPa, de préférence entre 1,0 MPa et 7,0 MPa et de manière encore plus préférée entre 1,5 MPa et 4,0 MPa.In an embodiment according to the invention, when a selective hydrogenation process is carried out in which the feedstock is a steam cracking gasoline comprising polyunsaturated compounds, the molar ratio (hydrogen)/(polyunsaturated compounds to be hydrogenated) is generally between 0.5 and 10, preferably between 0.7 and 5.0 and even more preferably between 1.0 and 2.0, the temperature is between 0 and 200°C, preferably between 20 and 200°C and even more preferably between 30 and 180°C, the hourly volumetric speed (HVS) is generally between 0.5 and 100 h -1 , preferably between 1 and 50 h -1 and the pressure is generally between 0.3 MPa and 8.0 MPa, preferably between 1.0 MPa and 7.0 MPa and even more preferably between 1.5 MPa and 4.0 MPa.
Plus préférentiellement, on effectue un procédé d’hydrogénation sélective dans lequel la charge est une essence de vapocraquage comportant des composés polyinsaturés, le ratio molaire hydrogène/(composés polyinsaturés à hydrogéner) est compris entre 0,7 et 5,0, la température est comprise entre 20 et 200 °C, la vitesse volumique horaire (V.V.H.) est comprise généralement entre 1 et 50 h-1et la pression est comprise entre 1,0 et 7,0 Mpa.More preferably, a selective hydrogenation process is carried out in which the feedstock is a steam cracking gasoline comprising polyunsaturated compounds, the hydrogen/(polyunsaturated compounds to be hydrogenated) molar ratio is between 0.7 and 5.0, the temperature is between 20 and 200°C, the hourly volumetric velocity (HVV) is generally between 1 and 50 h -1 and the pressure is between 1.0 and 7.0 Mpa.
Encore plus préférentiellement, on effectue un procédé d’hydrogénation sélective dans lequel la charge est une essence de vapocraquage comportant des composés polyinsaturés, le ratio molaire hydrogène/(composés polyinsaturés à hydrogéner) est compris entre 1,0 et 2,0, la température est comprise entre 30 et 180°C, la vitesse volumique horaire (V.V.H.) est comprise généralement entre 1 et 50 h-1et la pression est comprise entre 1,5 et 4,0 Mpa.Even more preferably, a selective hydrogenation process is carried out in which the feedstock is a steam cracking gasoline comprising polyunsaturated compounds, the hydrogen/(polyunsaturated compounds to be hydrogenated) molar ratio is between 1.0 and 2.0, the temperature is between 30 and 180°C, the hourly volumetric velocity (HVV) is generally between 1 and 50 h -1 and the pressure is between 1.5 and 4.0 Mpa.
Le débit d’hydrogène est ajusté afin d’en disposer en quantité suffisante pour hydrogéner théoriquement l’ensemble des composés polyinsaturés et de maintenir un excès d’hydrogène en sortie de réacteur.The hydrogen flow rate is adjusted to provide sufficient quantity to theoretically hydrogenate all the polyunsaturated compounds and to maintain an excess of hydrogen at the reactor outlet.
L’invention va maintenant être illustrée via les exemples ci-après qui ne sont nullement limitatifs.The invention will now be illustrated by means of the following examples which are in no way limiting.
Exemple 1 : préparation d’un catalyseur 10% Cu/AlExample 1: preparation of a 10% Cu/Al catalyst 22 OO 33 (non conforme)(non-compliant)
4,1 g de nitrate de cuivre hydraté (Cu(NO3)2; 2,5 H2O, M=232,6 g/mol, 1,75 mmol) sont dissout dans 10mL d’eau dé-ionisée à température ambiante. La solution est ensuite ajoutée goutte à goutte à 10 g de poudre d’alumine commerciale Puralox TH100 commerciale (Sasol, diamètre 80 µm) dans un bécher de 100mL. Le mélange est ensuite agité jusqu’à absorption complète de la solution. Le matériau est séché 12h sous air à 60°C puis calciné pendant 2h à 400°C sous flux d’air. Le matériau est réduit sous hydrogène à 450°C pendant 2h.4.1 g of hydrated copper nitrate (Cu(NO 3 ) 2 ; 2.5 H 2 O, M = 232.6 g / mol, 1.75 mmol) are dissolved in 10 mL of deionized water at room temperature. The solution is then added dropwise to 10 g of commercial Puralox TH100 alumina powder (Sasol, diameter 80 µm) in a 100 mL beaker. The mixture is then stirred until the solution is completely absorbed. The material is dried for 12 hours in air at 60 ° C and then calcined for 2 hours at 400 ° C under air flow. The material is reduced under hydrogen at 450 ° C for 2 hours.
Le catalyseur A comprend une teneur en élément cuivre de 10% en poids par rapport au poids du catalyseur.Catalyst A comprises a copper element content of 10% by weight relative to the weight of the catalyst.
Exemple 2 : préparation d’un catalyseur 6,1% In/AlExample 2: preparation of a 6.1% In/Al catalyst 22 OO 33 (non conforme)(non-compliant)
2,2 g de nitrate d’indium hydraté (In(NO3)3; 5 H2O, M=391 g/mol, 0,57 mmol) sont dissout dans 10mL d’eau déionisée à température ambiante. La solution est ensuite ajoutée goutte à goutte à 10 g de poudre d’alumine commerciale Puralox TH100 commerciale (Sasol, diamètre 80 µm) dans un bécher de 100mL. Le mélange est ensuite agité jusqu’à absorption complète de la solution. Le matériau est séché 12h sous air à 60°C puis calciné pendant 2h à 400°C sous flux d’air. Le matériau est réduit sous hydrogène à 450°C pendant 2h.2.2 g of hydrated indium nitrate (In(NO 3 ) 3 ; 5 H 2 O, M = 391 g / mol, 0.57 mmol) are dissolved in 10 mL of deionized water at room temperature. The solution is then added dropwise to 10 g of commercial Puralox TH100 alumina powder (Sasol, diameter 80 µm) in a 100 mL beaker. The mixture is then stirred until the solution is completely absorbed. The material is dried for 12 hours in air at 60 ° C and then calcined for 2 hours at 400 ° C under air flow. The material is reduced under hydrogen at 450 ° C for 2 hours.
Le catalyseur B comprend une teneur en élément indium de 6,1% en poids par rapport au poids du catalyseur.Catalyst B comprises an indium element content of 6.1% by weight relative to the weight of the catalyst.
Exemple 3 : préparation d’un catalyseur 9,4%Cu 5,6 % In/AlExample 3: preparation of a 9.4%Cu 5.6% In/Al catalyst 22 OO 33 (rapport mol/mol Cu/In= 3,1, conforme) par co-imprégnation(mol/mol ratio Cu/In = 3.1, compliant) by co-impregnation
2,2 g de nitrate d’indium hydraté (In(NO3)3;5 H2O, M=391 g/mol, 0,57 mmol) et 4,1 g de nitrate de cuivre hydraté (Cu(NO3)2; 2,5 H2O, M=232,6 g/mol, 1,75 mmol) sont dissout dans 10mL d’eau dé-ionisée à température ambiante. La solution est ensuite ajoutée goutte à goutte à 10 g de poudre d’alumine commerciale Puralox TH100 commerciale (Sasol, diamètre 80 µm) dans un bécher de 100mL. Le mélange est ensuite agité jusqu’à absorption complète de la solution. Le matériau est séché 12h sous air à 60°C puis calciné pendant 2h à 400°C sous flux d’air. Le matériau est réduit sous hydrogène à 450°C pendant 2h.2.2 g of hydrated indium nitrate (In(NO 3 ) 3 ;5 H 2 O, M = 391 g/mol, 0.57 mmol) and 4.1 g of hydrated copper nitrate (Cu(NO 3 ) 2 ; 2.5 H 2 O, M = 232.6 g/mol, 1.75 mmol) are dissolved in 10 mL of deionized water at room temperature. The solution is then added dropwise to 10 g of commercial Puralox TH100 alumina powder (Sasol, diameter 80 µm) in a 100 mL beaker. The mixture is then stirred until the solution is completely absorbed. The material is dried for 12 hours in air at 60 ° C and then calcined for 2 hours at 400 ° C in air flow. The material is reduced under hydrogen at 450°C for 2 hours.
Le catalyseur C comprend une teneur en élément cuivre de 9,4% en poids par rapport au poids du catalyseur et une teneur en indium de 5,6% en poids par rapport au poids du catalyseur. Le rapport molaire Cu/In est de 3,1 mol/mol. Des pics d’alliages contenant du cuivre et de l’indium sont notés en DRX.Catalyst C comprises a copper element content of 9.4 wt% relative to the catalyst weight and an indium content of 5.6 wt% relative to the catalyst weight. The Cu/In molar ratio is 3.1 mol/mol. Alloy peaks containing copper and indium are noted in XRD.
Exemple 4 : préparation d’un catalyseur 9,4%Cu 5,6 % In/AlExample 4: preparation of a 9.4%Cu 5.6% In/Al catalyst 22 OO 33 (rapport mol/mol Cu/In= 3,1, conforme) par imprégnation successive.(mol/mol Cu/In ratio = 3.1, compliant) by successive impregnation.
4,1 g de nitrate de cuivre hydraté (Cu(NO3)2; 2,5 H2O, M=232,6 g/mol, 1,75 mmol) sont dissout dans 10mL d’eau dé-ionisée à température ambiante. La solution est ensuite ajoutée goutte à goutte à 10 g de poudre d’alumine commerciale Puralox TH100 commerciale (Sasol, diamètre 80 µm) dans un bécher de 100mL. Le mélange est ensuite agité jusqu’à absorption complète de la solution. Le matériau est séché 12h sous air à 60°C.4.1 g of hydrated copper nitrate (Cu( NO3 ) 2 ; 2.5H2O , M=232.6 g/mol, 1.75 mmol) are dissolved in 10 mL of deionized water at room temperature. The solution is then added dropwise to 10 g of commercial Puralox TH100 alumina powder (Sasol, diameter 80 µm) in a 100 mL beaker. The mixture is then stirred until the solution is completely absorbed. The material is dried for 12 hours in air at 60°C.
2,2 g de nitrate d’indium hydraté (In(NO3)3; 5 H2O, M=391 g/mol, 0,57 mmol) sont dissout dans 10mL d’eau dé-ionisée à température ambiante. La solution est ensuite ajoutée goutte à goutte au matériau séché dans un bécher de 100mL. Le mélange est ensuite agité jusqu’à absorption complète de la solution. Le matériau est séché 12h sous air à 60°C puis calciné pendant 2h à 400°C sous flux d’air. Le matériau est réduit sous hydrogène à 450°C pendant 2h.2.2 g of hydrated indium nitrate (In(NO 3 ) 3 ; 5 H 2 O, M = 391 g / mol, 0.57 mmol) are dissolved in 10 mL of deionized water at room temperature. The solution is then added dropwise to the dried material in a 100 mL beaker. The mixture is then stirred until the solution is completely absorbed. The material is dried for 12 hours in air at 60 ° C and then calcined for 2 hours at 400 ° C under air flow. The material is reduced under hydrogen at 450 ° C for 2 hours.
Le catalyseur D comprend une teneur en élément cuivre de 9,4% en poids par rapport au poids du catalyseur et une teneur en indium de 5,6% en poids par rapport au poids du catalyseur. Le rapport molaire Cu/In est de 3,1 mol/mol. Des pics d’alliages contenant du cuivre et de l’indium sont notés en DRX.Catalyst D comprises a copper element content of 9.4 wt% relative to the catalyst weight and an indium content of 5.6 wt% relative to the catalyst weight. The Cu/In molar ratio is 3.1 mol/mol. Peaks of alloys containing copper and indium are noted in XRD.
Exemple 5 : préparation d’un catalyseur 9,7%Cu 3,5 % In/AlExample 5: preparation of a 9.7%Cu 3.5% In/Al catalyst 22 OO 33 (rapport mol/mol Cu/In = 5, conforme) par co-imprégnation(mol/mol ratio Cu/In = 5, compliant) by co-impregnation
1,36 g de nitrate d’indium hydraté (In(NO3)3; 5 H2O, M=391 g/mol, 0,35 mmol) et 4,1 g de nitrate de cuivre hydraté (Cu(NO3)2; 2,5 H2O, M=232,6 g/mol, 1,75 mmol) sont dissout dans 10mL d’eau dé-ionisée à température ambiante. La solution est ensuite ajoutée goutte à goutte à 10 g de poudre d’alumine commerciale Puralox TH100 commerciale (Sasol, diamètre 80 µm) dans un bécher de 100mL. Le mélange est ensuite agité jusqu’à absorption complète de la solution. Le matériau est séché 12h sous air à 60°C puis calciné pendant 2h à 400°C sous flux d’air. Le matériau est réduit sous hydrogène à 450°C pendant 2h.1.36 g of hydrated indium nitrate (In(NO 3 ) 3 ; 5 H 2 O, M = 391 g / mol, 0.35 mmol) and 4.1 g of hydrated copper nitrate (Cu(NO 3 ) 2 ; 2.5 H 2 O, M = 232.6 g / mol, 1.75 mmol) are dissolved in 10 mL of deionized water at room temperature. The solution is then added dropwise to 10 g of commercial Puralox TH100 alumina powder (Sasol, diameter 80 µm) in a 100 mL beaker. The mixture is then stirred until the solution is completely absorbed. The material is dried for 12 hours in air at 60 ° C and then calcined for 2 hours at 400 ° C in air flow. The material is reduced under hydrogen at 450°C for 2 hours.
Le catalyseur E comprend une teneur en élément cuivre de 9,7% en poids par rapport au poids du catalyseur et une teneur en indium de 3,5% en poids par rapport au poids du catalyseur. Le rapport molaire Cu/In est de 5 mol/mol. Des pics d’alliages contenant du cuivre et de l’indium sont notés en DRX.Catalyst E comprises a copper element content of 9.7% by weight relative to the weight of the catalyst and an indium content of 3.5% by weight relative to the weight of the catalyst. The Cu/In molar ratio is 5 mol/mol. Peaks of alloys containing copper and indium are noted in XRD.
Exemple 6 : préparation d’un catalyseur 9,7%Cu 2,5 % In/AlExample 6: preparation of a 9.7% Cu 2.5% In/Al catalyst 22 OO 33 (rapport mol/mol Cu/In= 33, conforme) par co-imprégnation(mol/mol ratio Cu/In = 33, compliant) by co-impregnation
0,97 g de nitrate d’indium hydraté (In(NO3)3;5 H2O, M=391 g/mol, 0,25 mmol) et 4.1 g de nitrate de cuivre hydraté (Cu(NO3)2; 2,5 H2O, M=232,6 g/mol, 1,75 mmol) sont dissout dans 10mL d’eau dé-ionisée à température ambiante. La solution est ensuite ajoutée goutte à goutte à 10 g de poudre d’alumine commerciale Puralox TH100 commerciale (Sasol, diamètre 80 µm) dans un bécher de 100mL. Le mélange est ensuite agité jusqu’à absorption complète de la solution. Le matériau est séché 12h sous air à 60°C puis calciné pendant 2h à 400°C sous flux d’air. Le matériau est réduit sous hydrogène à 450°C pendant 2h.0.97 g of hydrated indium nitrate (In(NO 3 ) 3 ;5 H 2 O, M = 391 g / mol, 0.25 mmol) and 4.1 g of hydrated copper nitrate (Cu(NO 3 ) 2 ; 2.5 H 2 O, M = 232.6 g / mol, 1.75 mmol) are dissolved in 10 mL of deionized water at room temperature. The solution is then added dropwise to 10 g of commercial Puralox TH100 alumina powder (Sasol, diameter 80 µm) in a 100 mL beaker. The mixture is then stirred until the solution is completely absorbed. The material is dried for 12 hours in air at 60 ° C and then calcined for 2 hours at 400 ° C in air flow. The material is reduced under hydrogen at 450°C for 2 hours.
Le catalyseur F comprend une teneur en élément cuivre de 9,7% en poids par rapport au poids du catalyseur et une teneur en indium de 2,5% en poids par rapport au poids du catalyseur. Le rapport molaire Cu/In est de 7 mol/mol. Des pics d’alliages contenant du cuivre et de l’indium sont notés en DRX.Catalyst F comprises a copper element content of 9.7% by weight relative to the weight of the catalyst and an indium content of 2.5% by weight relative to the weight of the catalyst. The Cu/In molar ratio is 7 mol/mol. Peaks of alloys containing copper and indium are noted in XRD.
Exemple 7 : préparation d’un catalyseur 9,7%Cu 2,5 % Ga/AlExample 7: preparation of a 9.7%Cu 2.5% Ga/Al catalyst 22 OO 33 (rapport mol/mol Cu/In= 7,1, conforme) par co-imprégnation(mol/mol ratio Cu/In = 7.1, compliant) by co-impregnation
1,027 g de nitrate de gallium hydraté (Ga(NO3)3; 9 H2O, M=418 g/mol, 0,25 mmol) et 4,1 g de nitrate de cuivre hydraté (Cu(NO3)2; 2,5 H2O, M=232,6 g/mol, 1,75 mmol) sont dissout dans 10mL d’eau dé-ionisée à température ambiante. La solution est ensuite ajoutée goutte à goutte à 10 g de poudre d’alumine commerciale Puralox TH100 commerciale (Sasol, diamètre 80 µm) dans un bécher de 100mL. Le mélange est ensuite agité jusqu’à absorption complète de la solution. Le matériau est séché 12h sous air à 60°C puis calciné pendant 2h à 400°C sous flux d’air. Le matériau est réduit sous hydrogène à 450°C pendant 2h.1.027 g of hydrated gallium nitrate (Ga(NO 3 ) 3 ; 9 H 2 O, M = 418 g/mol, 0.25 mmol) and 4.1 g of hydrated copper nitrate (Cu(NO 3 ) 2 ; 2.5 H 2 O, M = 232.6 g/mol, 1.75 mmol) are dissolved in 10 mL of deionized water at room temperature. The solution is then added dropwise to 10 g of commercial Puralox TH100 alumina powder (Sasol, diameter 80 µm) in a 100 mL beaker. The mixture is then stirred until the solution is completely absorbed. The material is dried for 12 hours in air at 60 ° C and then calcined for 2 hours at 400 ° C in air flow. The material is reduced under hydrogen at 450°C for 2 hours.
Le catalyseur G comprend une teneur en élément cuivre de 9,7% en poids par rapport au poids du catalyseur et une teneur en gallium de 1,5% en poids par rapport au poids du catalyseur. Le rapport molaire Cu/In est de 7 mol/mol.Catalyst G comprises a copper element content of 9.7% by weight relative to the weight of the catalyst and a gallium content of 1.5% by weight relative to the weight of the catalyst. The Cu/In molar ratio is 7 mol/mol.
Exemple 8 : Tests catalytiques (performances en hydrogénation sélective de butadiène)Example 8: Catalytic tests (performance in selective hydrogenation of butadiene)
Les catalyseurs A à G décrits dans les exemples ci-dessus sont testés pour la réaction d'hydrogénation sélective du butadiène en phase gazeuse.Catalysts A to G described in the above examples are tested for the selective hydrogenation reaction of butadiene in the gas phase.
La composition de la charge à hydrogéner sélectivement est la suivante : 0,3 % de butadiène, 30 % de propène et 20% d’hydrogène dans l’hélium.The composition of the charge to be selectively hydrogenated is as follows: 0.3% butadiene, 30% propene and 20% hydrogen in helium.
La réaction d'hydrogénation sélective est opérée dans un réacteur à écoulement piston en pyrex (diamètre intérieur de 4mm) et fonctionnant à pression atmosphérique et des températures comprises entre 5°C et 200°C.The selective hydrogenation reaction is carried out in a pyrex plug flow reactor (inner diameter of 4 mm) operating at atmospheric pressure and temperatures between 5°C and 200°C.
Préalablement à son introduction dans le réacteur, 50 mg catalyseur en poudre calcinée (fraction 125 – 250 µm) sont mélangés avec 200mg de carbure de silicium en poudre de même granulométrie.Prior to its introduction into the reactor, 50 mg of calcined catalyst powder (fraction 125 – 250 µm) are mixed with 200 mg of silicon carbide powder of the same particle size.
Le catalyseur est activéin situsous un flux d'hydrogène pur de 2 L/h/g de catalyseur, à 450 °C pendant 2 heures (rampe de montée en température de 3 °C/min). Le réacteur est refroidi à 90°C sous flux d’hydrogène, puis le mélange réactionnel est introduit.The catalyst is activated in situ under a pure hydrogen flow of 2 L/h/g of catalyst, at 450 °C for 2 hours (temperature rise ramp of 3 °C/min). The reactor is cooled to 90 °C under hydrogen flow, then the reaction mixture is introduced.
En fonction de l’activité du catalyseur, la température du réacteur ou le débit de charge sont modifiés pour atteindre 99% de conversion du butadiène. Les produits de la réaction sont analysés au cours du temps en ligne par chromatographie en phase gazeuse.Depending on the catalyst activity, the reactor temperature or feed flow rate are modified to achieve 99% butadiene conversion. The reaction products are analyzed over time online by gas chromatography.
La conversion de butadiène est calculée selon la formule suivante :The conversion of butadiene is calculated according to the following formula:
Conversion (%) = 100*[1- (butadiène sortant/butadiène entrant)]Conversion (%) = 100*[1- (butadiene out/butadiene in)]
L’activité en butadiène normalisée par la teneur en cuivre est exprimée en mole de butadiène converti par seconde et par mole de cuivre. Les activités catalytiques sont mesurées 90°C pour les catalyseurs A à G. Elles sont reportées dans le tableau 1 ci-après.The butadiene activity normalized by the copper content is expressed in moles of butadiene converted per second and per mole of copper. The catalytic activities are measured at 90°C for catalysts A to G. They are reported in Table 1 below.
La sélectivité est représentée par la sélectivité en alcènes et la quantité d’alcane formés :Selectivity is represented by the selectivity to alkenes and the amount of alkane formed:
Formation d’alcane (ppm) = (propane sortant -propane entrant) + butaneAlkane formation (ppm) = (propane out - propane in) + butane
La sélectivité des catalyseurs est comparée à 99% de conversion du butadiène.
The selectivity of the catalysts is compared to 99% conversion of butadiene.
de préparationMethod
of preparation
mol butadiene/seconde/mol de cuivre ) à 90°C Initial A (10 -3
mol butadiene/second/mol copper) at 90°C
formés (ppm pds) à 99% conversionAlkanes
formed (ppm wt) at 99% conversion
I : Imprégnation, CI : Co-Imprégnation, IS : Imprégnation Successive.I: Impregnation, CI: Co-Impregnancy, IS: Successive Impregnation.
Tableau 1 : Comparaison des performances des catalyseurs A à G en hydrogénation sélective d'un mélange contenant du butadiène.Table 1: Comparison of the performances of catalysts A to G in selective hydrogenation of a mixture containing butadiene.
Le catalyseur monométallique B (non conforme) comprenant uniquement de l’indium est inactif pour la réaction.Monometallic catalyst B (non-compliant) comprising only indium is inactive for the reaction.
Les catalyseurs C à G, conformes à l’invention sont actifs pour l’hydrogénation du butadiène. La sélectivité des catalyseurs de l’invention est améliorée par rapport au catalyseur non conforme A. En effet l’ajout d’indium permet de diminuer la quantité d’alcène formée à iso-conversion du butadiène, de 180 ppm poids pour le catalyseur A (non conforme) à 35 et 38 ppm poids (catalyseurs C et D, conformes, rapport Cu/In = 3,1), 40 ppm poids (catalyseur E, conforme rapport Cu/In = 5) et 90 ppm poids (catalyseur F, conforme rapport Cu/In = 7).Catalysts C to G, in accordance with the invention, are active for the hydrogenation of butadiene. The selectivity of the catalysts of the invention is improved compared to the non-compliant catalyst A. Indeed, the addition of indium makes it possible to reduce the quantity of alkene formed at iso-conversion of butadiene, from 180 ppm by weight for catalyst A (non-compliant) to 35 and 38 ppm by weight (catalysts C and D, compliant, Cu/In ratio = 3.1), 40 ppm by weight (catalyst E, compliant Cu/In ratio = 5) and 90 ppm by weight (catalyst F, compliant Cu/In ratio = 7).
De plus, l’ajout au cuivre d’un élément de la colonne IIIA, choisi parmi l’indium et le gallium permet d’avoir un catalyseur stable. La désactivation au cours du temps de l’activité catalytique des catalyseur C à G est très faible comparativement au catalyseur A (Cu uniquement, non conforme).In addition, the addition to copper of an element from column IIIA, chosen from indium and gallium, makes it possible to have a stable catalyst. The deactivation over time of the catalytic activity of catalysts C to G is very low compared to catalyst A (Cu only, non-compliant).
Claims (12)
a) on forme un précurseur de catalyseur en réalisant la séquence suivante :
a1) on met en contact une poudre d’alumine avec une solution comprenant au moins un précurseur de la phase active de cuivre ;
a2) on met en contact la poudre d’alumine avec au moins une solution comprenant au moins un précurseur de la phase active à base d’élément de la colonne IIIA ;
les étapes a1) et a2) étant réalisées séparément, dans un ordre indifférent, ou simultanément ;
b) on sèche le précurseur de catalyseur obtenu à l’issue de l’étape a) à une température inférieure à 250°C pour obtenir un précurseur de catalyseur séché.A process according to any preceding claim wherein said catalyst is obtained by a preparation process comprising the following steps:
a) a catalyst precursor is formed by carrying out the following sequence:
a1) an alumina powder is brought into contact with a solution comprising at least one precursor of the active copper phase;
a2) the alumina powder is brought into contact with at least one solution comprising at least one precursor of the active phase based on an element from column IIIA;
steps a1) and a2) being carried out separately, in any order, or simultaneously;
b) drying the catalyst precursor obtained at the end of step a) at a temperature below 250°C to obtain a dried catalyst precursor.
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