EP4291621A1 - Hydrotreating process using a sequence of catalysts with a catalyst based on nickel, molybdenum and tungsten - Google Patents
Hydrotreating process using a sequence of catalysts with a catalyst based on nickel, molybdenum and tungstenInfo
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- EP4291621A1 EP4291621A1 EP22702739.8A EP22702739A EP4291621A1 EP 4291621 A1 EP4291621 A1 EP 4291621A1 EP 22702739 A EP22702739 A EP 22702739A EP 4291621 A1 EP4291621 A1 EP 4291621A1
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- B01J37/20—Sulfiding
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
- C10G65/00—Treatment of hydrocarbon oils by two or more hydrotreatment processes only
- C10G65/02—Treatment of hydrocarbon oils by two or more hydrotreatment processes only plural serial stages only
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
- C10G65/00—Treatment of hydrocarbon oils by two or more hydrotreatment processes only
- C10G65/02—Treatment of hydrocarbon oils by two or more hydrotreatment processes only plural serial stages only
- C10G65/12—Treatment of hydrocarbon oils by two or more hydrotreatment processes only plural serial stages only including cracking steps and other hydrotreatment steps
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
- C10G2300/00—Aspects relating to hydrocarbon processing covered by groups C10G1/00 - C10G99/00
- C10G2300/10—Feedstock materials
- C10G2300/1037—Hydrocarbon fractions
- C10G2300/1048—Middle distillates
- C10G2300/1059—Gasoil having a boiling range of about 330 - 427 °C
Definitions
- the invention relates to a process for the hydrotreating of a hydrocarbon feedstock implementing a sequence of at least two catalysts, the second catalyst of which is a catalyst based on nickel, molybdenum and tungsten.
- the objective of the process is the production of hydrodesulfurized, hydrodenitrogenated and hydrodearomatized hydrocarbon feedstocks.
- Conventional hydrotreating catalysts generally comprise an oxide support and an active phase based on Group VIB and VIII metals in their oxide forms as well as phosphorus.
- the preparation of these catalysts generally includes a step of impregnation of metals and phosphorus on the support, followed by drying and calcination to obtain the active phase in their oxide forms.
- these catalysts are generally subjected to sulfurization in order to form the active species.
- hydrotreating catalyst optimized for hydrodesulfurization is not automatically optimized for aromatics saturation (or HDA hydrodearomatization) or for hydrodenitrogenation (HDN) and vice versa.
- Catalyst sequences are often used in which each catalyst is optimized for a type of hydrotreatment.
- Such sequences of supported catalysts are for example described in the documents US2011/0079542, US5068025, CN1176290, FR3013720 or FR3013721.
- Document CN105435824 discloses a hydrotreating process using a sequence of a CoMoP supported catalyst added to citric acid followed by a supported NiMoWP catalyst.
- the volume of the first catalyst is between 5 and 95% and the volume of the second catalyst is between 95 and 5%. An increase in HDS and HDN is observed.
- a sequence of a first hydrotreatment reaction section containing the first catalyst based on an active phase consisting of nickel and molybdenum and a second hydrotreatment reaction section containing the second catalyst based on an active phase consisting of nickel, molybdenum and tungsten in the presence of phosphorus has a synergistic effect in terms of activity and stability in hydrotreatment, in particular in the hydrogenation of aromatics (HDA) but also in hydrodesulphurization (HDS ) and/or in hydrodenitrogenation (HDN) when the respective volumes of the first and second hydrotreatment reaction section observe a certain distribution, in particular between 50% vol/50% vol and 90% vol/10% vol respectively of said first and second hydrotreatment reaction section.
- HDA hydrogenation of aromatics
- HDS hydrodesulphurization
- HDN hydrodenitrogenation
- the symbiosis of the first bimetallic catalyst based on an active phase made up of nickel and molybdenum, producing in particular the HDS and part of the HDN, followed by the second trimetallic catalyst based on an active phase made up of nickel, molybdenum and tungsten in the presence of phosphorus, notably performing HDA and HDN, in a certain ratio makes it possible to obtain a highly active and stable catalytic sequence in order to obtain hydrocarbon cuts to specifications.
- the second catalyst is very active, in particular in HDA and HDN, which makes it possible to complete the hydrotreatment reactions, in particular HDS and HDN, of the first catalyst necessary to reach the specifications.
- the temperature necessary to reach a desired sulfur, nitrogen or aromatics content for example a maximum of 10 ppm of sulfur in the case of a diesel load, in ULSD or Ultra Low mode Sulfur Diesel according to Anglo-Saxon terminology or else a polyaromatic content ⁇ 8% by weight and a cetane number > 46 (summer) and 43-46 (winter)
- the stability is increased, because the cycle time is extended thanks to the necessary temperature reduction.
- the trimetallic catalyst deactivates less quickly than a bimetallic catalyst, which makes it possible all the more to increase the cycle time on a standard load or to allow the treatment of loads heavily loaded with sulphur, nitrogen and/or aromatics.
- the volume distribution of the two catalysts makes it possible to optimize the reactions of HDS, HDN and HDA carried out in the first or second reaction section in order to obtain hydrocarbon cuts to specifications while increasing the activity and the stability of the catalytic system compared to a system containing only one of the catalysts or a system containing the two catalysts with a volume distribution outside the distribution between 50%vol/50%vol and 90 %vol/10%vol.
- Another advantage of the hydrotreating process according to the invention is the fact that both light feedstocks (diesel) and heavier feedstocks (vacuum distillate) can be treated.
- the hydrotreating process according to the invention is also particularly suitable for the hydrotreating of feedstocks comprising high nitrogen and aromatics contents, such as feedstocks resulting from catalytic cracking, coker or visbreaking.
- the process according to the present invention makes it possible to produce a hydrotreated hydrocarbon fraction, that is to say freed from nitrogen compounds, sulfur compounds and aromatic compounds.
- the conversion to hydrodesulphurization (HDS) is greater than 95%, preferably greater than 98%.
- the conversion to hydrodenitrogenation (HDN) is greater than 90%, preferably greater than 95%.
- the conversion into hydrogenation of the aromatics (HDA) is greater than 70%, preferably greater than 80%.
- the distribution of the volumes V1/V2 is between 70% vol/30% vol and 80% vol/20% vol respectively of said first and second hydrotreatment reaction section.
- the second catalyst is characterized in that: - the nickel content, measured in NiO form, is between 1 and 4% by weight relative to the total weight of the catalyst, - the molybdenum content, measured in MoO 3 form, is between 2 and 9% by weight relative to the total weight of the catalyst,
- the tungsten content measured in WO 3 form, is between 18 and 40% by weight relative to the total weight of the catalyst
- the phosphorus content measured in P 2 O 5 form, is between 0.5 and 4% by weight relative to the total weight of the catalyst.
- the second catalyst is characterized in that:
- the nickel content, measured in NiO form, is between 3 and 4% by weight relative to the total weight of the catalyst
- the molybdenum content, measured in MoO 3 form, is between 2 and 9% by weight relative to the total weight of the catalyst
- the tungsten content measured in WO 3 form, is between 29 and 40% by weight relative to the total weight of the catalyst
- the phosphorus content measured in P 2 O 5 form, is between 3 and 4% by weight relative to the total weight of the catalyst.
- the second catalyst is further characterized in that:
- the WO 3 /MoO 3 molar ratio is between 2 and 12.4 mol/mol
- NiO/(WO 3 +MoO 3 ) molar ratio is between 0.20 and 0.33 mol/mol
- the P 2 O /(WO 3 +MoO 3 ) molar ratio is between 0.21 and 0.34 mol/mol.
- the first catalyst has a molybdenum content of between 5 and 40% by weight, expressed as MoO 3 , relative to the total weight of the catalyst and a nickel content of between 1 and 10% by weight, expressed as NiO, per relative to the total weight of the catalyst.
- the first catalyst also comprises phosphorus at a content of between 0.1 and 20% by weight, expressed as P 2 O 5 relative to the total weight of the catalyst.
- the first and/or the second catalyst additionally contains an organic compound containing oxygen and/or nitrogen and/or sulphur.
- the organic compound is chosen from a compound comprising one or more chemical functions chosen from a carboxylic, alcohol, thiol, thioether, sulphone, sulphoxide, ether, aldehyde, ketone, ester, carbonate, amine, nitrile, imide, oxime, urea, amide or compounds including a furan ring or a sugar, and preferably it is chosen from ⁇ -valerolactone, 2-acetylbutyrolactone, triethylene glycol, diethylene glycol, ethylene glycol, ethylenediaminetetra- acetic acid (EDTA), maleic acid, malonic acid, citric acid, acetic acid, oxalic acid, gluconic acid, glucose, fructose, sucrose, sorbitol, xylitol, g
- the content of organic compound is between 1 and 30% by weight relative to the total weight of the catalyst.
- hydrotreating we mean reactions including in particular hydrodesulphurization (HDS), hydrodenitrogenation (HDN) and the hydrogenation of aromatics (HDA).
- HDS hydrodesulphurization
- HDN hydrodenitrogenation
- HDA hydrogenation of aromatics
- the hydrocarbon feedstock to be treated according to the hydrotreatment process of the invention has a distillation range of between 150°C and 600°C, preferably between 180°C and 580°C.
- the feedstocks used in the hydrotreating process are, for example, gas oils, vacuum gas oils, atmospheric residues, vacuum residues, atmospheric distillates, vacuum distillates, heavy fuel oils, oils, waxes and paraffins. , waste oils, residues or deasphalted crudes, fillers from thermal or catalytic conversion processes, lignocellulosic fillers or more generally fillers from biomass such as vegetable oils, taken alone or in a mixture.
- the fillers which are treated, and in particular those cited above generally contain heteroatoms such as sulphur, oxygen and nitrogen and, for heavy fillers, they most often also contain metals.
- Said hydrocarbon charge may optionally contain resins.
- the resin content may be greater than 1% by weight, in particular greater than 5% by weight.
- the resin content is measured according to the ASTM D 2007-11 standard.
- the hydrocarbon charge may also contain very few resins (less than 1% by weight).
- the process according to the invention can be carried out in one, two or more reactors. It is usually performed in a fixed bed.
- the volume distribution of the two catalysts makes it possible to optimize the reactions of HDS, HDN and HDA carried out in the first or second reaction section. Indeed, a volume of the second catalyst that is too large does not allow the quantitative reduction of nitrogen compounds, thus resulting in an inhibition of the HDA reaction. Conversely, too small a volume of second catalyst does not maximize the HDA reaction.
- the operating conditions used in steps a) or b) of the hydrotreatment process according to the invention are generally the following: the temperature is advantageously between 180 and 450° C., and preferably between 250 and 440° C., the pressure is advantageously between 0.5 and 30 MPa, and preferably between 1 and 18 MPa, the hourly volume velocity is advantageously between 0.1 and 20 h -1 and preferably between 0.2 and 5 h -1 .
- the hourly volume velocity (WH) is defined here as the ratio between the hourly volume flow of the hydrocarbon charge by the volume of catalyst(s).
- the hydrogen/feed ratio expressed as volume of hydrogen, measured under normal temperature and pressure conditions, per volume of liquid feed is advantageously between 50 L/L to 5000 L/L and preferably 80 to 2000 L/L.
- the operating conditions may be identical or different in steps a) and b). Preferably, they are identical.
- the hydrogenating function of said first catalyst also called active phase, is ensured by nickel and molybdenum.
- the molybdenum content, measured in MoO 3 form is between 5 and 40% by weight, preferably between 8 and 39% by weight, and more preferably between 10 and 38% by weight relative to the total weight of the catalyst.
- the nickel content, measured in NiO form is between 1 and 10% by weight, preferably between 1.5 and 9% by weight, and more preferably between 2 and 8% by weight relative to the total weight of the catalyst.
- the first catalyst may also include phosphorus as a dopant.
- the dopant is an added element which in itself has no catalytic character but which increases the catalytic activity of the active phase.
- the phosphorus content in said catalyst is between 0.1 and 20% by weight relative to the total weight of the catalyst, preferably between 0.2 and 15% by weight, and very preferably between 0.3 and 11% by weight expressed as P 2 O 5 .
- the phosphorus to molybdenum molar ratio in the first catalyst is greater than or equal to 0.05, preferably greater than or equal to 0.07, preferably between 0.08 and 1, preferably between 0.1 and 0.9 and very preferably between 0.15 and 0.8.
- the first catalyst may advantageously also contain at least one dopant chosen from boron, fluorine and a mixture of boron and fluorine.
- the content of boron or fluorine or a mixture of the two is preferably between 0.1 and 10% by weight expressed as boron oxide and/or in fluorine element relative to the total weight of the catalyst, preferably between 0.2 and 7% by weight, and very preferably between 0.2 and 5% by weight.
- the alumina support advantageously has a total pore volume of between 0.1 and 1.5 cm 3 . g -1 , preferably between 0.4 and 1.1 cm 3 .g -1 .
- the total porous volume is measured by mercury porosimetry according to the ASTM D4284 standard with a wetting angle of 140°, as described in the work Rouquerol F.; Rouquerol J.; Singh K. “Adsorption by Powders & Porous Solids: Principle, methodology and applications”, Academy Press, 1999, for example by means of an Autopore IIITM model apparatus from the MicromeriticsTM brand.
- the specific surface of the alumina support is advantageously between 5 and 400 m 2 . g -1 , preferably between 10 and 350 m 2 .g -1 , more preferably between 40 and 350 m 2 .g -1 .
- the specific surface is determined in the present invention by the BET method according to standard ASTM D3663, method described in the same work cited above.
- the support of said catalyst is a silica-alumina containing at least 50% by weight of alumina relative to the total weight of the support.
- the silica content in the support is at most 50% by weight relative to the total weight of the support, usually less than or equal to 45% by weight, preferably less than or equal to 40%.
- Silicon sources are well known to those skilled in the art. Mention may be made, by way of example, of silicic acid, silica in powder form or in colloidal form (silica sol), tetraethylorthosilicate Si(OEt) 4 .
- the support of said catalyst is based on silica, it contains more than 50% by weight of silica relative to the total weight of the support and, in general, it contains only silica.
- the support consists of alumina, silica or silica-alumina.
- the support is advantageously in the form of beads, extrudates, pellets or irregular and non-spherical agglomerates, the specific shape of which may result from a crushing step.
- the first catalyst may further comprise an organic compound or a group of organic compounds known for their role as additives.
- the function of additives is to increase catalytic activity compared to non-additive catalysts.
- the catalyst may further comprise one or more organic compounds containing oxygen and/or one or more organic compounds containing oxygen. nitrogen and/or one or more sulfur-containing organic compounds.
- the catalyst may further comprise one or more organic compounds containing oxygen and/or one or more organic compounds containing nitrogen.
- the organic compound contains at least 2 carbon atoms and at least one oxygen and/or nitrogen atom, without containing other heteroatoms.
- the organic compound is chosen from a compound comprising one or more chemical functions chosen from a carboxylic function, alcohol, thiol, thioether, sulphone, sulphoxide, ether, aldehyde, ketone, ester, carbonate, amine, nitrile, imide, oxime, urea and amide or compounds including a furan ring or a sugar.
- the organic compound containing nitrogen can be one or more chosen from compounds comprising one or more chemical functions chosen from an amine or nitrile function.
- an organic compound containing nitrogen is understood to mean a compound containing no other heteroatom.
- the organic compound containing nitrogen can be one or more chosen from the group consisting of ethylenediamine, diethylenetriamine, hexamethylenediamine, triethylenetetramine, tetraethylenepentamine, pentaethylenehexamine, acetonitrile , octylamine, guanidine or a carbazole.
- the organic compound containing oxygen and nitrogen can be one or more chosen from compounds comprising one or more chemical functions chosen from a carboxylic, alcohol, ether, aldehyde, ketone, ester, carbonate, amine, nitrile, imide, amide, urea or oxime.
- an organic compound containing oxygen and nitrogen is understood to mean a compound not comprising any other heteroatom.
- the organic compound containing oxygen and nitrogen can be one or more chosen from the group consisting of 1,2-cyclohexanediaminetetraacetic acid, monoethanolamine (MEA), 1- methyl-2-pyrrolidinone, dimethylformamide, ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA), alanine, glycine, nitrilotriacetic acid (NTA), N-(2-hydroxyethyl)ethylenediamine-N,N',N'-triacetic acid (HEDTA), diethylenetriaminepentaacetic acid (DTPA), tetramethylurea, glutamic acid, dimethylglyoxime, bicine, tricine, 2-methoxyethyl cyanoacetate, 1-ethyl-2-pyrrolidinone, 1-vinyl-2-pyrrolidinone, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, 1-(2-hydroxyethyl)-2-pyrrolidinone , 1-(2-hydroxyethy
- the organic compound containing sulfur can be one or more chosen from compounds comprising one or more chemical functions chosen from a thiol, thioether, sulphone or sulphoxide function.
- the organic compound containing sulfur can be one or more selected from the group consisting of thioglycolic acid, 2,2'-thiodiethanol, 2-hydroxy-4-methylthiobutanoic acid, a sulfonated derivative of a benzothiophene or a sulfoxide derivative of a benzothiophene, ethyl 2-mercaptopropanoate, methyl 3-(methylthio)propanoate and ethyl 3-(methylthio)propanoate.
- the organic compound contains oxygen, preferably it is chosen from ⁇ -valerolactone, 2-acetylbutyrolactone, triethylene glycol, diethylene glycol, ethylene glycol, ethylenediaminetetra-acetic acid (EDTA), l maleic acid, malonic acid, citric acid, acetic acid, oxalic acid, gluconic acid, glucose, fructose, sucrose, sorbitol, xylitol, y-ketovaleric acid , a C1-C4 dialkyl succinate and more particularly dimethyl succinate, dimethylformamide, 1-methyl-2-pyrrolidinone, propylene carbonate, 2-methoxyethyl 3-oxobutanoate, bicine, tricine, 2 -furaldehyde (also known as furfural), 5-hydroxymethylfurfural (also known as 5-(hydroxymethyl)-2-furaldehyde or 5-HMF), 2-acetylfuran, 5-methyl-2-f
- the total content of organic compound(s) containing oxygen and/or nitrogen and/or sulfur present in the catalyst is generally between 1 and 30% by weight, preferably between 1.5 and 25% by weight, and more preferably between 2 and 20% by weight relative to the total weight of the catalyst.
- the drying step(s) following the introduction of the organic compound is (are) carried out at a temperature below 200° C. so as to retain preferably at least 30%, preferably at least 50%, and very preferably at least 70% of the amount of organic compound introduced calculated on the basis of the carbon remaining on the catalyst.
- the remaining carbon is measured by elemental analysis according to ASTM D5373.
- the second catalyst comprises a support based on alumina or silica or silica-alumina and an active phase consisting of nickel, molybdenum and tungsten.
- the second catalyst according to the invention also comprises phosphorus as a dopant. It may also comprise an organic compound, and/or optionally boron and/or fluorine.
- the hydrogenating function of said second catalyst, also called active phase consists of nickel, molybdenum and tungsten.
- the tungsten content measured in WO 3 form, is between 18 and 40% by weight relative to the total weight of the catalyst
- the phosphorus content measured in P 2 O 5 form, is between 0.5 and 4% by weight relative to the total weight of the catalyst.
- the second catalyst is characterized in that:
- the molybdenum content, measured in MoO 3 form is between 2 and 9% by weight relative to the total weight of the catalyst, preferably between 2 and 4% by weight, preferably between
- the tungsten content measured in WO 3 form, is between 29 and 40% by weight relative to the total weight of the catalyst, preferably between 34 and 40% by weight, preferably between 35 and 39.9% by weight, and more preferably between 36 and 39% by weight,
- the phosphorus content measured in P 2 O 5 form, is preferably between 3 and 4% by weight relative to the total weight of the catalyst, preferably between 3.1 and 3.9% by weight, and very preferably between 3.2 and 3.8% by weight.
- the NiO/(WO 3 +MoO 3 ) molar ratio is between 0.20 and 0.33 mol/mol, preferably between 0.21 and 0.31 mol/mol and even more preferably between between 0.22 and 0.30 mol/mol.
- the P 2 O /(WO 3 +MoO 3 ) molar ratio is between 0.21 and 0.34 mol/mol, preferably between 0.22 and 0.33 mol/mol and even more preferably between 0.23 and 0.32 mol/mol.
- the catalyst has a density of group VIB metals (Mo+W), expressed as the number of atoms of said metals per unit area of the catalyst, which is between 5 and 12 atoms of group VIB metals per nm 2 of catalyst, preferably between 6 and 11, even more preferably between 7 and 10.
- Mo+W group VIB metals
- the total porous volume is measured by mercury porosimetry according to the ASTM D4284 standard with a wetting angle of 140°, as described in the work Rouquerol F.; Rouquerol J.; Singh K. “Adsorption by Powders & Porous Solids: Principle, methodology and applications”, Academy Press, 1999, for example by means of an Autopore IIITM model apparatus from the MicromeriticsTM brand.
- the support for the second catalyst comprises, and preferably consists of, an alumina or a silica or a silica-alumina.
- the support is a support as described for the first catalyst. It may also comprise a zeolite as described for the first catalyst. It may be identical to or different from the support of the first catalyst.
- the first catalyst according to the invention may also comprise an organic compound or a group of organic compounds whose nature and the quantities used are described in the part for the first catalyst.
- the two catalysts comprise one or more organic compounds, these may be identical or different.
- a phosphorus content in said catalyst measured in P 2 O 5 form, preferably between 3 and 4% by weight relative to the total weight of the catalyst, preferably between 3.1 and 3.9% by weight, and so very preferably between 3.2 and 3.8% by weight;
- the first and the second catalysts can be prepared according to any mode of preparation of a supported catalyst known to those skilled in the art.
- the precursors of the active phase can be introduced simultaneously or successively.
- the impregnation of each precursor can advantageously be carried out in at least two stages.
- the different precursors can thus be advantageously impregnated successively with a different impregnation and maturation time.
- One of the precursors can also be impregnated several times.
- the preferred phosphorus precursor is orthophosphoric acid H 3 PO 4 , but its salts and esters such as ammonium phosphates are also suitable.
- the phosphorus can also be introduced at the same time as the element(s) of group VIB in the form of heteropolyanions of Keggin, lacunary Keggin, substituted Keggin or of the Strandberg type.
- the boron precursors can be boric acid, orthoboric acid H 3 BO 3 , ammonium biborate or pentaborate, boron oxide, boric esters.
- the boron can be introduced for example by a solution of boric acid in a water/alcohol mixture or else in a water/ethanolamine mixture.
- the boron precursor, if boron is introduced, is orthoboric acid.
- the different molar ratios apply for each of the organic compounds present.
- the first or the second catalyst according to the invention can also be a regenerated and/or rejuvenated catalyst.
- a regenerated and/or rejuvenated catalyst is understood to mean a catalyst which has been used as a catalyst in a catalytic unit and in particular in hydrotreating and/or hydrocracking and which has been subjected to at least one stage of partial or total removal of the coke for example by calcination (regeneration).
- the regeneration can be carried out by any means known to those skilled in the art. Regeneration is generally carried out by calcination at temperatures between 350 and 550°C, and most often between 400 and 520°C, or between 420 and 520°C, or even between 450 and 520°C, lower temperatures at 500° C. being often advantageous.
- the method for hydrotreating said diesel fraction according to the invention is implemented under the following operating conditions: a temperature between 200°C and 400°C, preferably between 300°C and 380°C, a total pressure between 2 MPa and 10 MPa and more preferably between 3 MPa and 8 MPa with a ratio of volume of hydrogen per volume of hydrocarbon charge, expressed in volume of hydrogen, measured under normal temperature and pressure conditions, per volume of liquid charge, between 100 and 600 liters per liter and more preferably between 200 and 400 liters per liter and an hourly volume rate (WH) between 0.5 and 10 h -1 , preferably between 0.7 and 8 h -1 .
- WH hourly volume rate
- the matrix is most often a silica, an alumina, a silica-alumina, a silica-magnesia, a clay or a mixture of two or more of these products.
- the most commonly used zeolite is zeolite Y.
- the cracking is carried out in a substantially vertical reactor either in ascending mode (riser) or in descending mode (dropper).
- the choice of the catalyst and of the operating conditions are functions of the desired products as a function of the feedstock treated, as is for example described in the article by M. MARCILLY pages 990-991 published in the review of the French Petroleum Institute Nov. -dec. 1975 pp. 969-1006.
- the operation is usually carried out at a temperature of 450 to 600° C. and residence times in the reactor of less than 1 minute, often 0.1 to 50 seconds.
- Examples 1 to 3 describe the preparation of catalysts C1 to C3.
- the final metal and phosphorus composition of each catalyst expressed in the form of oxides and related to the weight of the catalyst, as well as the ratios WO 3 /MoO 3 , NiO/(WO 3 +MoO 3 ) and P 2 O 5 / (WO 3 +MoO 3 ) are shown in the table below.
- Support A1 has a water uptake volume of 0.77 mL/g.
- the impregnation solution is prepared by dissolution at 90°C of 37.41 grams of molybdenum oxide (MerckTM, purity > 99.5% by weight), 11.96 grams of nickel hydroxycarbonate (MerckTM, purity 99.9% by weight) and 14.53 grams of a solution of orthophosphoric acid (MerckTM, 85 wt% in water) in 67.2 mL of distilled water. After dry impregnation, the extrudates are left to mature in an atmosphere saturated with water for 24 h at room temperature, then they are dried at 90° C. for 16 h.
- the impregnation solution is prepared by dissolving at 90°C molybdenum oxide (MerckTM, purity > 99.5% by weight, 6.12 g), hydrated ammonium metatungstate (MerckTM, ⁇ 85, 0% by weight WO 3 , 74.74 g), nickel nitrate hexahydrate (MerckTM, purity 99.999% by weight, 26.07 g) and a solution of orthophosphoric acid (MerckTM, 85% by weight in the water, 10.24 grams) in 68.3 mL of distilled water.
- the extrudates are left to mature in an atmosphere saturated with water for 24 hours at ambient temperature, then they are dried at 90° C. for 16 hours.
- the dried catalyst thus obtained is denoted C2.
- Example 3 Preparation of the NiMoWP catalyst on C3 alumina by post-additivation of an organic compound (ascorbic acid).
- catalyst precursor C2 100 g of catalyst precursor C2 described above in Example 2 and which is in the "extruded” form are impregnated with an aqueous solution containing 28.78 g of ascorbic acid (MerckTM, 100% purity) and whose volume is equal to the pore volume of catalyst precursor C2.
- the quantities involved are such that the quantity of ascorbic acid is 0.5 mole per mole of molybdenum and tungsten (corresponding to 1.9 moles per mole of nickel).
- the extrudates are left to mature in an atmosphere saturated with water for 16 h at room temperature.
- the precursor of catalyst C3 is then dried at 120° C. for 2 hours to give catalyst C3.
- Table 1 Composition of catalysts C1, C2 and C3.
- the sequences of catalysts taken from catalysts C1, C2, C3 were tested in the hydrogenation of aromatics (HDA) of diesel fuel.
- the charge is a mixture of 30% volume of gas oil from atmospheric distillation (also called straight-run according to Anglo-Saxon terminology) and 70% volume of light gas oil from a catalytic cracking unit (also called LCO for light cycle oil according to Anglo-Saxon terminology).
- the test is carried out in an isothermal pilot reactor with a traversed fixed bed, the fluids circulating from bottom to top.
- the reactor comprises two catalytic zones making it possible to evaluate different sequences of catalysts C1, C2 and C3.
- the charge first passes through the first zone charged with the first catalyst, then the second zone charged with the second catalyst.
- Example 4 the first zone is loaded with catalyst C1 (75% of the volume), then the second with catalyst C2 (25% of the volume).
- Example 5 the first zone is loaded with catalyst C1 (75% of the volume), then the second with catalyst C3 (25% of the volume).
- the first zone is loaded with catalyst C1 (40% by volume), then the second with catalyst C2 (60% by volume).
- the first zone is loaded with catalyst C1 (95% by volume), then the second with catalyst C2 (5% by volume).
- the catalytic tests were carried out under the following operating conditions: a total pressure of 8 MPa, a total volume of the two catalytic zones of 4 cm 3 , a temperature of 330° C., with a hydrogen flow rate of 3.0 L/ h and with a charge rate of 4.5 cm 3 /h.
- the characteristics of the effluents are analysed: density at 15°C (NF EN ISO 12185), refractive index at 20°C (ASTM D1218-12), simulated distillation (ASTM D2887), sulfur content and nitrogen content.
- the residual aromatic carbon contents are calculated by the n-d-M method (ASTM D3238).
- the rate of hydrogenation of the aromatics is calculated as the ratio of the aromatic carbon content in the feed from which that of the effluents is subtracted, to that of the test feed.
- the rate of hydrodenitrogenation is calculated as the ratio of the nitrogen content in the load, from which that of the effluents is subtracted, to that of the test load.
- Table 2 clearly shows the gain in the catalytic effect provided by the specific sequences according to the invention. Indeed, the sequences of catalysts according to the invention make it possible to significantly increase the volume activities in the hydrodearomatization (HDA) and hydrodenitrogenation (HDN) reaction of gas oils. [Table 2]
- Table 2 Relative activities HDA and HDN for the specific sequences according to the invention (examples 4 and 5) and non-compliant (examples 6 and 7).
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Abstract
The subject matter of the invention is a process for the hydrotreating of a hydrocarbon-based feedstock which has a distillation range of between 150°C and 600°C, so as to obtain a hydrotreated effluent, said process comprising the following steps: a) said hydrocarbon-based feedstock is brought into contact, in the presence of hydrogen, with at least one first catalyst occupying a volume V1 and comprising a support based on alumina or on silica or on silica-alumina and an active phase consisting of nickel and of molybdenum, b) the effluent obtained in step a) is brought into contact, in the presence of hydrogen, with at least one second catalyst occupying a volume V2 and comprising a support based on alumina or on silica or on silica-alumina and an active phase consisting of nickel, of molybdenum and of tungsten, and phosphorus, wherein the V1/V2 volume distribution is between 50 vol%/50 vol% and 90 vol%/10 vol% respectively.
Description
PROCEDE D’HYDROTRAITEMENT METTANT EN ŒUVRE UN ENCHAINEMENT DE CATALYSEURS AVEC UN CATALYSEUR A BASE DE NICKEL, MOLYBDENE ET HYDROTREATMENT PROCESS USING A SEQUENCING OF CATALYSTS WITH A CATALYST BASED ON NICKEL, MOLYBDENUM AND
TUNGSTENE TUNGSTEN
Domaine technique Technical area
L'invention concerne un procédé d’hydrotraitement d’une charge hydrocarbonée mettant en œuvre un enchaînement d’au moins deux catalyseurs dont le deuxième catalyseur est un catalyseur à base de nickel, molybdène et tungstène. L'objectif du procédé est la production de charges hydrocarbonées hydrodésulfurés, hydrodésazotés et hydrodéaromatisés. The invention relates to a process for the hydrotreating of a hydrocarbon feedstock implementing a sequence of at least two catalysts, the second catalyst of which is a catalyst based on nickel, molybdenum and tungsten. The objective of the process is the production of hydrodesulfurized, hydrodenitrogenated and hydrodearomatized hydrocarbon feedstocks.
Les catalyseurs d’hydrotraitement classiques comprennent généralement un support d’oxyde et une phase active à base de métaux des groupes VIB et VIII sous leurs formes oxydes ainsi que du phosphore. La préparation de ces catalyseurs comprend généralement une étape d’imprégnation des métaux et du phosphore sur le support, suivie d’un séchage et d’une calcination permettant d’obtenir la phase active sous leurs formes oxydes. Avant leur utilisation dans une réaction d’hydrotraitement et/ou d’hydrocraquage, ces catalyseurs sont généralement soumis à une sulfuration afin de former l’espèce active. Conventional hydrotreating catalysts generally comprise an oxide support and an active phase based on Group VIB and VIII metals in their oxide forms as well as phosphorus. The preparation of these catalysts generally includes a step of impregnation of metals and phosphorus on the support, followed by drying and calcination to obtain the active phase in their oxide forms. Before their use in a hydrotreating and/or hydrocracking reaction, these catalysts are generally subjected to sulfurization in order to form the active species.
L'ajout d'un composé organique sur les catalyseurs d'hydrotraitement pour améliorer leur activité a été préconisé par l'Homme du métier, notamment pour des catalyseurs qui ont été préparés par imprégnation suivie d’un séchage sans calcination ultérieure. Ces catalyseurs sont souvent appelés «catalyseurs séchés additivés». The addition of an organic compound to the hydrotreating catalysts to improve their activity has been recommended by those skilled in the art, in particular for catalysts which have been prepared by impregnation followed by drying without subsequent calcination. These catalysts are often referred to as "additive dried catalysts".
Habituellement, un catalyseur d’hydrotraitement de coupes hydrocarbonées a pour but d’éliminer les composés soufrés, azotés ou aromatiques contenus dans celles-ci afin de mettre par exemple un produit pétrolier aux spécifications requises (teneur en soufre, teneur en aromatiques etc...) pour une application donnée (carburant automobile, essence ou gazole, fioul domestique, carburéacteur).
En raison du resserrement de la législation sur la qualité de l'air dans de nombreux pays, des efforts continus sont déployés pour développer des catalyseurs et des procédés plus efficaces pour la production de carburants à très faible teneur en soufre, en particulier le diesel (USLD). Bien que de grands progrès aient été réalisés dans le développement de catalyseurs efficaces pour ces procédés, des défis majeurs demeurent, par exemple, leur modeste activité de saturation en hydrocarbures aromatiques. L'amélioration de l'activité de saturation aromatique des catalyseurs d'hydrotraitement est devenue une priorité de recherche depuis que les récentes restrictions environnementales établissent des valeurs minimales pour l'indice de cétane et des limites inférieures pour les teneurs en polyaromatiques dans les coupes diesel. Usually, a catalyst for hydrotreating hydrocarbon cuts aims to eliminate the sulfur, nitrogen or aromatic compounds contained therein in order to bring, for example, a petroleum product to the required specifications (sulphur content, aromatic content, etc.). .) for a given application (automotive fuel, gasoline or diesel, heating oil, jet fuel). Due to the tightening of air quality legislation in many countries, continuous efforts are being made to develop more efficient catalysts and processes for the production of ultra low sulfur fuels, particularly diesel ( USLD). Although great progress has been made in the development of efficient catalysts for these processes, major challenges remain, for example, their modest aromatic hydrocarbon saturation activity. Improving the aromatic saturation activity of hydrotreating catalysts has become a research priority since recent environmental restrictions set minimum values for cetane number and lower limits for polyaromatic contents in diesel cuts. .
La baisse de la teneur en soufre, en azote et particulièrement en aromatiques est également recherchée dans le domaine du prétraitement pour un procédé d’hydrocraquage ou pour un procédé de craquage catalytique à lit fluidisé (ou procédé FCC pour Fluid Catalytic Cracking selon la terminologie anglo-saxonne) pour améliorer les performances dans les étapes ultérieures d’hydrocraquage ou de FCC. Ces procédés traitent généralement des charges fortement chargées en soufre, azote et aromatiques. The reduction in the sulfur, nitrogen and particularly aromatics content is also sought in the field of pretreatment for a hydrocracking process or for a fluidized bed catalytic cracking process (or FCC process for Fluid Catalytic Cracking according to the English terminology). -Saxon) to improve performance in subsequent hydrocracking or FCC stages. These processes generally treat feedstocks heavily loaded with sulphur, nitrogen and aromatics.
Cependant, un catalyseur d'hydrotraitement optimisé pour l'hydrodésulfuration (HDS) n’est pas automatiquement optimisé pour la saturation des aromatiques (ou hydrodéaromatisation HDA) ou pour l’hydrodéazotation (HDN) et vice versa. On fait ainsi souvent appel à des enchaînements de catalyseurs dans lesquels chaque catalyseur est optimisé pour un type d’hydrotraitement. However, a hydrotreating catalyst optimized for hydrodesulfurization (HDS) is not automatically optimized for aromatics saturation (or HDA hydrodearomatization) or for hydrodenitrogenation (HDN) and vice versa. Catalyst sequences are often used in which each catalyst is optimized for a type of hydrotreatment.
De tels enchaînement de catalyseurs supportées sont par exemple décrits dans les documents US2011/0079542, US5068025, CN1176290, FR3013720 ou FR3013721. Such sequences of supported catalysts are for example described in the documents US2011/0079542, US5068025, CN1176290, FR3013720 or FR3013721.
Il existe aussi des enchaînements de catalyseurs non supportés, aussi appelé catalyseurs « bulk » selon la terminologie anglo-saxonne et connus par exemples des documents US7816299, ou CN102851070. L’enchaînement de catalyseurs supportés présente cependant l’avantage d’utiliser des catalyseurs régénérables qui sont en plus moins coûteux
(car moins chargés en métaux) et qui sont aussi actifs avec une teneur en métaux moins élevée. There are also sequences of unsupported catalysts, also called “bulk” catalysts according to English terminology and known for example from documents US7816299, or CN102851070. However, the chaining of supported catalysts has the advantage of using regenerable catalysts which are also less expensive. (because less loaded with metals) and which are also active with a lower metal content.
Le document US2003/0116473 divulgue un procédé d’hydrotraitement utilisant un enchaînement d’un catalyseur supporté à base de molybdène suivi d’un catalyseur supporté à base de tungstène. Ce document ne divulgue pas de répartition volumique des deux zones catalytiques. Document US2003/0116473 discloses a hydrotreating process using a sequence of a supported catalyst based on molybdenum followed by a supported catalyst based on tungsten. This document does not disclose the volume distribution of the two catalytic zones.
Le document CN105435824 divulgue un procédé d’hydrotraitement utilisant un enchaînement d’un catalyseur supporté CoMoP additivé à l’acide citrique suivi d’un catalyseur supporté NiMoWP. Le volume du premier catalyseur est compris entre 5 et 95 % et le volume du deuxième catalyseur est compris entre 95 et 5 %. On observe une augmentation en HDS et en HDN. Document CN105435824 discloses a hydrotreating process using a sequence of a CoMoP supported catalyst added to citric acid followed by a supported NiMoWP catalyst. The volume of the first catalyst is between 5 and 95% and the volume of the second catalyst is between 95 and 5%. An increase in HDS and HDN is observed.
Quel que soit l’enchainement de catalyseurs choisi, les modifications induites ne permettent pas toujours d'accroître suffisamment les performances du système catalytique pour faire face aux spécifications concernant les teneurs en soufre, azote et/ou aromatiques des carburants. En conséquence, il ressort comme indispensable, pour les raffineurs de trouver de nouveaux procédé d'hydrotraitement à performances améliorées en terme d’activité et de stabilité. Whatever the sequence of catalysts chosen, the modifications induced do not always make it possible to increase the performance of the catalytic system sufficiently to meet the specifications concerning the sulfur, nitrogen and/or aromatic contents of the fuels. Consequently, it is essential for refiners to find new hydrotreating processes with improved performance in terms of activity and stability.
La demanderesse a développé un procédé d'hydrotraitement d'une charge hydrocarbonée comprenant la mise en contact de ladite charge avec un enchaînement spécifique de catalyseurs permettant d'accroitre l'activité globale et la stabilité globale du procédé. The Applicant has developed a process for the hydrotreating of a hydrocarbon feedstock comprising bringing said feedstock into contact with a specific sequence of catalysts making it possible to increase the overall activity and the overall stability of the process.
Résumé Summary
L'invention concerne un procédé d’hydrotraitement d'une charge hydrocarbonée ayant un intervalle de distillation compris entre 150°C et 600°C, à une température comprise entre 180°C et 450°C, une pression comprise entre 0,5 et 30 MPa, une vitesse volumique horaire comprise entre 0,1 et 20 h-1 et un rapport hydrogène/charge exprimé en volume d'hydrogène, mesuré dans les conditions normales de température et pression, par volume de charge
liquide compris entre 50 L/L à 5000 L/L, de manière à obtenir un effluent hydrotraité, ledit procédé comportant les étapes suivantes : a) une première étape d’hydrotraitement mise en œuvre dans une première section réactionnelle d’hydrotraitement, mettant en œuvre au moins un lit catalytique comprenant au moins un premier catalyseur d'hydrotraitement, ladite section réactionnelle d’hydrotraitement étant alimentée par au moins ladite charge hydrocarbonée et un flux gazeux comprenant de l’hydrogène, ledit premier catalyseur comprenant un support à base d'alumine ou de silice ou de silice-alumine et une phase active constituée de nickel et de molybdène, b) une deuxième étape d’hydrotraitement mise en œuvre dans une deuxième section réactionnelle d’hydrotraitement, mettant en œuvre au moins un lit catalytique comprenant au moins un deuxième catalyseur d'hydrotraitement, ladite section réactionnelle d’hydrotraitement étant alimentée par au moins une partie de l'effluent obtenu à l'étape a), ledit deuxième catalyseur comprenant un support à base d'alumine ou de silice ou de silice- alumine et une phase active constituée de nickel, de molybdène et de tungstène, et du phosphore, ladite première section réactionnelle d’hydrotraitement contenant le premier catalyseur occupant un volume V1, et ladite deuxième section réactionnelle d’hydrotraitement contenant le deuxième catalyseur occupant un volume V2, la répartition des volumes V1/V2 étant comprise entre 50%vol/50%vol et 90%vol/10%vol respectivement de ladite première et deuxième section réactionnelle d’hydrotraitement. The invention relates to a method for hydrotreating a hydrocarbon feedstock having a distillation range of between 150°C and 600°C, at a temperature of between 180°C and 450°C, a pressure of between 0.5 and 30 MPa, an hourly volumetric speed of between 0.1 and 20 h -1 and a hydrogen/charge ratio expressed in volume of hydrogen, measured under normal temperature and pressure conditions, per charge volume liquid comprised between 50 L/L to 5000 L/L, so as to obtain a hydrotreated effluent, said process comprising the following steps: a) a first hydrotreatment step implemented in a first hydrotreatment reaction section, implementing operates at least one catalytic bed comprising at least a first hydrotreating catalyst, said hydrotreating reaction section being supplied with at least said hydrocarbon charge and a gas stream comprising hydrogen, said first catalyst comprising a support based on alumina or silica or silica-alumina and an active phase consisting of nickel and molybdenum, b) a second hydrotreatment stage implemented in a second hydrotreatment reaction section, implementing at least one catalytic bed comprising at at least one second hydrotreating catalyst, said hydrotreating reaction section being supplied with at least part of the effluent obtained in step a), said second catalyst comprising a support based on alumina or silica or silica-alumina and an active phase consisting of nickel, molybdenum and tungsten, and phosphorus, said first hydrotreating reaction section containing the first catalyst occupying a volume V1, and said second hydrotreating reaction section containing the second catalyst occupying a volume V2, the distribution of the volumes V1/V2 being between 50%vol/50%vol and 90%vol/10%vol respectively of said first and second hydrotreating reaction section.
La demanderesse a découvert de manière surprenante qu’un enchaînement d’une première section réactionnelle d’hydrotraitement contenant le premier catalyseur à base d’une phase active constituée de nickel et de molybdène et d’une deuxième section réactionnelle d’hydrotraitement contenant le deuxième catalyseur à base d’une phase active constituée de nickel, de molybdène et de tungstène en présence de phosphore présente un effet synergique en termes d’activité et de stabilité en hydrotraitement, notamment en hydrogénation des aromatiques (HDA) mais également en hydrodésulfuration (HDS) et/ou en hydrodéazotation (HDN) lorsque les volumes respectifs de la première et deuxième
section réactionnelle d’hydrotraitement respectent une certaine répartition, notamment comprise entre 50%vol/50%vol et 90%vol/10%vol respectivement de ladite première et deuxième section réactionnelle d’hydrotraitement. The applicant has surprisingly discovered that a sequence of a first hydrotreatment reaction section containing the first catalyst based on an active phase consisting of nickel and molybdenum and a second hydrotreatment reaction section containing the second catalyst based on an active phase consisting of nickel, molybdenum and tungsten in the presence of phosphorus has a synergistic effect in terms of activity and stability in hydrotreatment, in particular in the hydrogenation of aromatics (HDA) but also in hydrodesulphurization (HDS ) and/or in hydrodenitrogenation (HDN) when the respective volumes of the first and second hydrotreatment reaction section observe a certain distribution, in particular between 50% vol/50% vol and 90% vol/10% vol respectively of said first and second hydrotreatment reaction section.
En effet, la symbiose du premier catalyseur bimétallique à base d’une phase active constituée de nickel et de molybdène, effectuant notamment l’HDS et une partie de l’HDN, suivi du deuxième catalyseur trimétallique à base d’une phase active constituée de nickel, de molybdène et de tungstène en présence de phosphore, effectuant notamment l’HDA et l’HDN, dans un certain ratio permet d’obtenir un enchaînement catalytique hautement actif et stable afin d’obtenir des coupes hydrocarbonées aux spécifications. Indeed, the symbiosis of the first bimetallic catalyst based on an active phase made up of nickel and molybdenum, producing in particular the HDS and part of the HDN, followed by the second trimetallic catalyst based on an active phase made up of nickel, molybdenum and tungsten in the presence of phosphorus, notably performing HDA and HDN, in a certain ratio makes it possible to obtain a highly active and stable catalytic sequence in order to obtain hydrocarbon cuts to specifications.
D’un côté, le deuxième catalyseur se montre très actif, notamment en HDA et HDN, ce qui permet de compléter les réactions d’hydrotraitement, notamment HDS et HDN, du premier catalyseur nécessaires pour atteindre les spécifications. Typiquement, grâce à l’augmentation de l’activité, la température nécessaire pour atteindre une teneur en soufre, azote ou aromatiques souhaitée (par exemple au maximum 10 ppm de soufre dans le cas d’une charge gazole, en mode ULSD ou Ultra Low Sulfur Diesel selon la terminologie anglo- saxonne ou encore une teneur < 8 % pds de polyaromatiques et un indice de cétane > 46 (été) et 43-46 (hiver)) peut être baissée. De même, la stabilité est augmentée, car la durée de cycle est prolongée grâce à la réduction de température nécessaire. On the one hand, the second catalyst is very active, in particular in HDA and HDN, which makes it possible to complete the hydrotreatment reactions, in particular HDS and HDN, of the first catalyst necessary to reach the specifications. Typically, thanks to the increase in activity, the temperature necessary to reach a desired sulfur, nitrogen or aromatics content (for example a maximum of 10 ppm of sulfur in the case of a diesel load, in ULSD or Ultra Low mode Sulfur Diesel according to Anglo-Saxon terminology or else a polyaromatic content < 8% by weight and a cetane number > 46 (summer) and 43-46 (winter)) can be lowered. Also, the stability is increased, because the cycle time is extended thanks to the necessary temperature reduction.
D’un autre côté, le catalyseur trimétallique se désactive moins rapidement qu’un catalyseur bimétallique, ce qui permet d’autant plus d’accroître la durée de cycle sur une charge standard ou de permettre le traitement de charges fortement chargées en soufre, azote et/ou aromatiques. On the other hand, the trimetallic catalyst deactivates less quickly than a bimetallic catalyst, which makes it possible all the more to increase the cycle time on a standard load or to allow the treatment of loads heavily loaded with sulphur, nitrogen and/or aromatics.
La répartition volumique des deux catalyseurs, notamment le fait que la deuxième section réactionnelle contenant le deuxième catalyseur occupe un volume moins important que la première section réactionnelle contenant le premier catalyseur, permet d’optimiser les réactions d’HDS, d’HDN et d’HDA effectuées dans la première ou deuxième section réactionnelle afin d’obtenir des coupes hydrocarbonées aux spécifications tout en
augmentant l’activité et la stabilité du système catalytique par rapport à un système ne contenant qu’un seul des catalyseurs ou un système contenant les deux catalyseurs avec une répartition volumique en dehors de la répartition comprise entre 50%vol/50%vol et 90%vol/10%vol. Un autre avantage du procédé d’hydrotraitement selon l’invention est le fait qu’on peut traiter aussi bien des charges légères (gazole) que des charges plus lourdes (distillât sous vide). Le procédé d'hydrotraitement selon l'invention est également particulièrement adapté pour l'hydrotraitement de charges comprenant des teneurs élevées en azote et en aromatiques, telles que des charges issues du craquage catalytique, du coker ou de la viscoréduction. Le procédé selon la présente invention permet de produire une coupe hydrocarbonée hydrotraitée, c’est-à-dire à la fois débarrassée des composés azotés, des composés soufrés et des composés aromatiques. De préférence selon le procédé selon l'invention la conversion en hydrodésulfuration (HDS) est supérieure à 95 %, de préférence supérieure à 98 %. De préférence, selon le procédé selon l'invention la conversion en hydrodéazotation (HDN) est supérieure à 90 %, de préférence supérieure à 95 %. De préférence, selon le procédé selon l'invention la conversion en hydrogénation des aromatiques (HDA) est supérieure à 70 %, de préférence supérieure à 80 %. The volume distribution of the two catalysts, in particular the fact that the second reaction section containing the second catalyst occupies a smaller volume than the first reaction section containing the first catalyst, makes it possible to optimize the reactions of HDS, HDN and HDA carried out in the first or second reaction section in order to obtain hydrocarbon cuts to specifications while increasing the activity and the stability of the catalytic system compared to a system containing only one of the catalysts or a system containing the two catalysts with a volume distribution outside the distribution between 50%vol/50%vol and 90 %vol/10%vol. Another advantage of the hydrotreating process according to the invention is the fact that both light feedstocks (diesel) and heavier feedstocks (vacuum distillate) can be treated. The hydrotreating process according to the invention is also particularly suitable for the hydrotreating of feedstocks comprising high nitrogen and aromatics contents, such as feedstocks resulting from catalytic cracking, coker or visbreaking. The process according to the present invention makes it possible to produce a hydrotreated hydrocarbon fraction, that is to say freed from nitrogen compounds, sulfur compounds and aromatic compounds. Preferably, according to the process according to the invention, the conversion to hydrodesulphurization (HDS) is greater than 95%, preferably greater than 98%. Preferably, according to the process according to the invention, the conversion to hydrodenitrogenation (HDN) is greater than 90%, preferably greater than 95%. Preferably, according to the process according to the invention, the conversion into hydrogenation of the aromatics (HDA) is greater than 70%, preferably greater than 80%.
Selon une variante, la répartition des volumes V1/V2 est comprise entre 60%vol/40%vol et 85%vol/15%vol respectivement de ladite première et deuxième section réactionnelle d’hydrotraitement. According to a variant, the distribution of the volumes V1/V2 is between 60% vol/40% vol and 85% vol/15% vol respectively of said first and second hydrotreatment reaction section.
Selon une variante, la répartition des volumes V1/V2 est comprise entre 70%vol/30%vol et 80%vol/20%vol respectivement de ladite première et deuxième section réactionnelle d’hydrotraitement. According to a variant, the distribution of the volumes V1/V2 is between 70% vol/30% vol and 80% vol/20% vol respectively of said first and second hydrotreatment reaction section.
Selon une variante, le deuxième catalyseur est caractérisé en ce que : - la teneur en nickel, mesurée sous forme NiO, est comprise entre 1 et 4 % poids par rapport au poids total du catalyseur,
- la teneur en molybdène, mesurée sous forme MoO3, est comprise entre 2 et 9 % poids par rapport au poids total du catalyseur, According to a variant, the second catalyst is characterized in that: - the nickel content, measured in NiO form, is between 1 and 4% by weight relative to the total weight of the catalyst, - the molybdenum content, measured in MoO 3 form, is between 2 and 9% by weight relative to the total weight of the catalyst,
- la teneur en tungstène, mesurée sous forme WO3, est comprise entre 18 et 40 % poids par rapport au poids total du catalyseur, - the tungsten content, measured in WO 3 form, is between 18 and 40% by weight relative to the total weight of the catalyst,
- la teneur en phosphore, mesurée sous forme P2O5, est comprise entre 0,5 et 4 % poids par rapport au poids total du catalyseur. - the phosphorus content, measured in P 2 O 5 form, is between 0.5 and 4% by weight relative to the total weight of the catalyst.
Selon une variante, le deuxième catalyseur est caractérisé en ce que : According to a variant, the second catalyst is characterized in that:
- la teneur en nickel, mesurée sous forme NiO, est comprise entre 3 et 4 % poids par rapport au poids total du catalyseur, - the nickel content, measured in NiO form, is between 3 and 4% by weight relative to the total weight of the catalyst,
- la teneur en molybdène, mesurée sous forme MoO3, est comprise entre 2 et 9 % poids par rapport au poids total du catalyseur, - the molybdenum content, measured in MoO 3 form, is between 2 and 9% by weight relative to the total weight of the catalyst,
- la teneur en tungstène, mesurée sous forme WO3, est comprise entre 29 et 40 % poids par rapport au poids total du catalyseur, - the tungsten content, measured in WO 3 form, is between 29 and 40% by weight relative to the total weight of the catalyst,
- la teneur en phosphore, mesurée sous forme P2O5, est comprise entre 3 et 4 % poids par rapport au poids total du catalyseur. - the phosphorus content, measured in P 2 O 5 form, is between 3 and 4% by weight relative to the total weight of the catalyst.
Selon une variante, le deuxième catalyseur est en outre caractérisé en ce que : According to a variant, the second catalyst is further characterized in that:
- le ratio molaire WO3/MoO3 est compris entre 2 et 12,4 mol/mol, - the WO 3 /MoO 3 molar ratio is between 2 and 12.4 mol/mol,
- le ratio molaire NiO/(WO3+MoO3) est compris entre 0,20 et 0,33 mol/mol, - the NiO/(WO 3 +MoO 3 ) molar ratio is between 0.20 and 0.33 mol/mol,
- le ratio molaire P2O /(WO3+MoO3) est compris entre 0,21 et 0,34 mol/mol. - the P 2 O /(WO 3 +MoO 3 ) molar ratio is between 0.21 and 0.34 mol/mol.
Selon une variante, le premier catalyseur a une teneur en molybdène comprise entre 5 et 40 % poids, exprimé en MoO3, par rapport au poids total du catalyseur et une teneur en nickel comprise entre 1 et 10 % poids, exprimé en NiO, par rapport au poids total du catalyseur. According to a variant, the first catalyst has a molybdenum content of between 5 and 40% by weight, expressed as MoO 3 , relative to the total weight of the catalyst and a nickel content of between 1 and 10% by weight, expressed as NiO, per relative to the total weight of the catalyst.
Selon une variante, le premier catalyseur comprend en outre du phosphore a une teneur comprise entre 0,1 et 20 % poids exprimé en P2O5 par rapport au poids total du catalyseur.According to a variant, the first catalyst also comprises phosphorus at a content of between 0.1 and 20% by weight, expressed as P 2 O 5 relative to the total weight of the catalyst.
Selon une variante, le premier et/ou le deuxième catalyseur contient en outre un composé organique contenant de l’oxygène et/ou de l’azote et/ou du soufre.
Selon une variante, le composé organique est choisi parmi un composé comportant une ou plusieurs fonctions chimiques choisies parmi une fonction carboxylique, alcool, thiol, thioéther, sulfone, sulfoxyde, éther, aldéhyde, cétone, ester, carbonate, amine, nitrile, imide, oxime, urée, amide ou encore les composés incluant un cycle furanique ou encore un sucre, et de préférence il est choisi parmi la γ-valérolactone, la 2-acétylbutyrolactone, le triéthylèneglycol, le diéthylèneglycol, l’éthylèneglycol, l’acide éthylènediaminetétra-acétique (EDTA), l’acide maléique, l’acide malonique, l’acide citrique, l’acide acétique, l’acide oxalique, l’acide gluconique, le glucose, le fructose, le saccharose, le sorbitol, le xylitol, l’acide g-cétovalérique, un succinate de dialkyle C1-C4 et plus particulièrement le succinate de diméthyle, le diméthylformamide, la 1-méthyl-2-pyrrolidinone, le carbonate de propylène, le 3-oxobutanoate de 2-méthoxyéthyle, la bicine, la tricine, le 2-furaldéhyde (aussi connu sous le nom furfural), le 5-hydroxyméthylfurfural, le 2-acétylfurane, le 5-méthyl-2- furaldéhyde, l’acide ascorbique, le lactate de butyle, le lactate d’éthyle, le butyryllactate de butyle, le 3-hydroxybutanoate d’éthyle, le 3-éthoxypropanoate d’éthyle, l’acétate de 2- éthoxyéthyle, l’acétate de 2-butoxyéthyle, l’acrylate de 2-hydroxyéthyle, la 1 -vinyl-2- pyrrolidinone, la 1,3-diméthyl-2-imidazolidinone, le 1 ,5-pentanediol, la1-(2-hydroxyéthyl)-2- pyrrolidinone, la 1-(2-hydroxyéthyl)-2,5-pyrrolidinedione, la 5-méthyl-2(3H)-furanone, la 1- méthyl-2-pipéridinone, l’acide 4-aminobutanoïque, le glycolate de butyle, le 2- mercaptopropanoate d’éthyle, le 4-oxopentanoate d’éthyle, le maléate de diéthyle, le maléate de diméthyle, le fumarate de diméthyle, le fumarate de diéthyle, l’adipate de diméthyle et le 3-oxoglutarate de diméthyle. According to a variant, the first and/or the second catalyst additionally contains an organic compound containing oxygen and/or nitrogen and/or sulphur. According to a variant, the organic compound is chosen from a compound comprising one or more chemical functions chosen from a carboxylic, alcohol, thiol, thioether, sulphone, sulphoxide, ether, aldehyde, ketone, ester, carbonate, amine, nitrile, imide, oxime, urea, amide or compounds including a furan ring or a sugar, and preferably it is chosen from γ-valerolactone, 2-acetylbutyrolactone, triethylene glycol, diethylene glycol, ethylene glycol, ethylenediaminetetra- acetic acid (EDTA), maleic acid, malonic acid, citric acid, acetic acid, oxalic acid, gluconic acid, glucose, fructose, sucrose, sorbitol, xylitol, g-ketovaleric acid, a C1-C4 dialkyl succinate and more particularly dimethyl succinate, dimethylformamide, 1-methyl-2-pyrrolidinone, propylene carbonate, 2-methoxyethyl 3-oxobutanoate, bicine , tricine, 2-furaldehyde (also co nnu under the name furfural), 5-hydroxymethylfurfural, 2-acetylfuran, 5-methyl-2-furaldehyde, ascorbic acid, butyl lactate, ethyl lactate, butyl butyryllactate, 3- ethyl hydroxybutanoate, ethyl 3-ethoxypropanoate, 2-ethoxyethyl acetate, 2-butoxyethyl acetate, 2-hydroxyethyl acrylate, 1-vinyl-2-pyrrolidinone, 1,3 -dimethyl-2-imidazolidinone, 1,5-pentanediol, 1-(2-hydroxyethyl)-2-pyrrolidinone, 1-(2-hydroxyethyl)-2,5-pyrrolidinedione, 5-methyl-2(3H) -furanone, 1-methyl-2-piperidinone, 4-aminobutanoic acid, butyl glycolate, ethyl 2-mercaptopropanoate, ethyl 4-oxopentanoate, diethyl maleate, dimethyl maleate, dimethyl fumarate, diethyl fumarate, dimethyl adipate and dimethyl 3-oxoglutarate.
Selon une variante, la teneur en composé organique est comprise entre 1 et 30 % poids par rapport au poids total du catalyseur. According to a variant, the content of organic compound is between 1 and 30% by weight relative to the total weight of the catalyst.
Selon une variante, le premier et/ou le deuxième catalyseur est au moins partiellement sulfuré. According to a variant, the first and/or the second catalyst is at least partially sulfurized.
Selon une variante, le procédé d’hydrotraitement est un procédé d’hydrodésulfuration (HDS) d'une coupe gazole.
Selon une variante, le procédé d’hydrotraitement est mis en œuvre comme prétraitement dans un procédé de craquage catalytique à lit fluidisé. According to a variant, the hydrotreatment process is a hydrodesulfurization process (HDS) of a gas oil cut. Alternatively, the hydrotreating process is implemented as a pretreatment in a fluidized bed catalytic cracking process.
Selon une variante, le procédé d’hydrotraitement est mis en œuvre comme prétraitement dans un procédé d’hydrocraquage. Alternatively, the hydrotreating process is implemented as a pretreatment in a hydrocracking process.
Description détaillée de l'invention Detailed description of the invention
Définitions Definitions
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 VIII selon la classification CAS correspond aux métaux des colonnes 8, 9 et 10 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 DR Lide, 81st edition, 2000-2001). For example, group VIII according to the CAS classification corresponds to the metals of columns 8, 9 and 10 according to the new IUPAC classification.
On entend par surface spécifique, la surface spécifique BET (SBET en m2/g) déterminée par adsorption d’azote conformément à la norme ASTM D 3663-78 établie à partir de la méthode BRUNAUER-EMMETT-TELLER décrite dans le périodique " The Journal of American Society", 1938, 60, 309. By specific surface area is meant the BET specific surface area (S BET in m 2 /g) determined by nitrogen adsorption in accordance with the ASTM D 3663-78 standard established from the BRUNAUER-EMMETT-TELLER method described in the periodical " The Journal of American Society", 1938, 60, 309.
On entend par volume poreux total du catalyseur ou du support utilisé pour la préparation du catalyseur le volume mesuré par intrusion au porosimètre à mercure selon la norme ASTM D4284-83 à une pression maximale de 4000 bar (400 MPa), utilisant une tension de surface de 484 dyne/cm et un angle de contact de 140°. L'angle de mouillage a été pris égal à 140° en suivant les recommandations de l'ouvrage « Techniques de l'ingénieur, traité analyse et caractérisation », pages 1050-1055, écrit par Jean Charpin et Bernard Rasneur. Afin d'obtenir une meilleure précision, la valeur du volume poreux total correspond à la valeur du volume poreux total mesuré par intrusion au porosimètre à mercure mesurée sur l'échantillon moins la valeur du volume poreux total mesuré par intrusion au porosimètre à mercure mesurée sur le même échantillon pour une pression correspondant à 30 psi (environ 0,2 MPa). By total pore volume of the catalyst or of the support used for the preparation of the catalyst is meant the volume measured by intrusion with a mercury porosimeter according to standard ASTM D4284-83 at a maximum pressure of 4000 bar (400 MPa), using a surface tension of 484 dyne/cm and a contact angle of 140°. The wetting angle was taken as equal to 140° by following the recommendations of the work “Engineering techniques, treatise on analysis and characterization”, pages 1050-1055, written by Jean Charpin and Bernard Rasneur. In order to obtain better precision, the value of the total pore volume corresponds to the value of the total pore volume measured by intrusion with a mercury porosimeter measured on the sample minus the value of the total pore volume measured by intrusion with a mercury porosimeter measured on the same sample for a pressure corresponding to 30 psi (about 0.2 MPa).
Les teneurs en métaux du groupe VIII et du groupe VIB sont mesurées par fluorescence X.
Les teneurs en métal du groupe VIB, en métal du groupe VIII et en phosphore dans le catalyseur sont exprimées en oxydes après correction de la perte au feu de l’échantillon de catalyseur à 550°C pendant deux heures en four à moufle. La perte au feu est due à la perte d'humidité. Elle est déterminée selon l’ASTM D7348. The contents of group VIII and group VIB metals are measured by X-ray fluorescence. The group VIB metal, group VIII metal and phosphorus contents in the catalyst are expressed as oxides after correction for the loss on ignition of the catalyst sample at 550° C. for two hours in a muffle furnace. Loss on ignition is due to moisture loss. It is determined according to ASTM D7348.
On entend par hydrotraitement des réactions englobant notamment l’hydrodésulfuration (HDS), l’hydrodéazotation (HDN) et l’hydrogénation des aromatiques (HDA). By hydrotreating we mean reactions including in particular hydrodesulphurization (HDS), hydrodenitrogenation (HDN) and the hydrogenation of aromatics (HDA).
La charge Load
La charge hydrocarbonée à traiter selon le procédé d'hydrotraitement de l'invention présente un intervalle de distillation compris entre 150°C et 600°C, de préférence entre 180°C et 580°C. The hydrocarbon feedstock to be treated according to the hydrotreatment process of the invention has a distillation range of between 150°C and 600°C, preferably between 180°C and 580°C.
La charge hydrocarbonée peut être de nature chimique quelconque, c'est à dire posséder en dehors de la teneur en aromatiques décrites ci-dessous une répartition quelconque entre les différentes familles chimiques choisies parmi les paraffines, oléfines et naphtènes. The hydrocarbon feed may be of any chemical nature, that is to say possess, apart from the aromatics content described below, any distribution between the different chemical families chosen from paraffins, olefins and naphthenes.
Les charges employées dans le procédé d'hydrotraitement sont par exemple des gazoles, des gazoles sous vide, des résidus atmosphériques, des résidus sous vide, des distillats atmosphériques, des distillats sous vide, des fuels lourds, des huiles, des cires et des paraffines, des huiles usagées, des résidus ou des bruts désasphaltés, des charges provenant des procédés de conversions thermiques ou catalytiques, des charges lignocellulosiques ou plus généralement des charges issues de la biomasse telles que des huiles végétales, prises seules ou en mélange. Les charges qui sont traitées, et en particulier celles citées ci-dessus, contiennent généralement des hétéroatomes tels que le soufre, l’oxygène et l’azote et, pour les charges lourdes, elles contiennent le plus souvent également des métaux. The feedstocks used in the hydrotreating process are, for example, gas oils, vacuum gas oils, atmospheric residues, vacuum residues, atmospheric distillates, vacuum distillates, heavy fuel oils, oils, waxes and paraffins. , waste oils, residues or deasphalted crudes, fillers from thermal or catalytic conversion processes, lignocellulosic fillers or more generally fillers from biomass such as vegetable oils, taken alone or in a mixture. The fillers which are treated, and in particular those cited above, generally contain heteroatoms such as sulphur, oxygen and nitrogen and, for heavy fillers, they most often also contain metals.
La teneur en aromatiques dans la charge est supérieure ou égale à 20% poids, de préférence elle est comprise entre 25 et 90% poids, de manière plus préférée entre 30 et 80% poids. La teneur en aromatiques est déterminée selon la méthode décrite dans la
publication Burdett R. A, Taylor L.W et Jones L.C, Journal of Molecular Spectroscopy, Rept. Conf., Inst. Petroleum, London 1954, 30-41 (Pub. 1955). The aromatics content in the filler is greater than or equal to 20% by weight, preferably it is between 25 and 90% by weight, more preferably between 30 and 80% by weight. The aromatics content is determined according to the method described in the publication Burdett R.A, Taylor LW and Jones LC, Journal of Molecular Spectroscopy, Rept. Conf., Inst. Petroleum, London 1954, 30-41 (Publ. 1955).
La teneur en azote dans la charge est supérieure ou égale à 150 ppm, de préférence elle est comprise entre 200 et 10000 ppm poids, de manière plus préférée entre 300 et 4000 ppm poids. The nitrogen content in the charge is greater than or equal to 150 ppm, preferably it is between 200 and 10,000 ppm by weight, more preferably between 300 and 4,000 ppm by weight.
La teneur en soufre dans la charge est généralement comprise entre 0,01 et 5% poids, de manière préférée comprise entre 0,2 et 4% poids et de manière encore plus préférée entre 0,25 et 3% poids. The sulfur content in the charge is generally between 0.01 and 5% by weight, preferably between 0.2 and 4% by weight and even more preferably between 0.25 and 3% by weight.
Ladite charge hydrocarbonée peut éventuellement contenir des métaux, en particulier du nickel et du vanadium. La teneur cumulée en nickel et vanadium de ladite charge hydrocarbonée, est de préférence inférieure à 50 ppm poids, de manière préférée inférieure à 25 ppm, de manière encore plus préférée inférieure à 10 ppm. Said hydrocarbon charge may optionally contain metals, in particular nickel and vanadium. The cumulative nickel and vanadium content of said hydrocarbon charge is preferably less than 50 ppm by weight, preferably less than 25 ppm, even more preferably less than 10 ppm.
Ladite charge hydrocarbonée peut éventuellement contenir des asphaltènes. La teneur en asphaltènes de ladite charge hydrocarbonée est généralement inférieure à 3000 ppm, de manière préférée inférieure à 1000 ppm, de manière encore plus préférée inférieure à 200 ppm. Said hydrocarbon charge may optionally contain asphaltenes. The asphaltene content of said hydrocarbon charge is generally less than 3000 ppm, preferably less than 1000 ppm, even more preferably less than 200 ppm.
Ladite charge hydrocarbonée peut éventuellement contenir des résines. La teneur en résines peut être supérieure à 1% pds, en particulier supérieure à 5% pds. La mesure de la teneur en résines s'effectue selon la norme ASTM D 2007-11. La charge hydrocarbonée peut aussi contenir très peu de résines (inférieure à 1% pds). Said hydrocarbon charge may optionally contain resins. The resin content may be greater than 1% by weight, in particular greater than 5% by weight. The resin content is measured according to the ASTM D 2007-11 standard. The hydrocarbon charge may also contain very few resins (less than 1% by weight).
Selon un mode réalisation, ladite charge hydrocarbonée est avantageusement choisie parmi les LCO (Light Cycle Oil selon la terminologie anglo-saxonne ou gazoles légers issus d'une unité de craquage catalytique), les distillats atmosphériques par exemple gasoils issus de la distillation directe du brut ou d'unités de conversion telles que le craquage catalytique en lit fluidisé, le coker ou la viscoréduction, ou les distillats provenant de procédés de
désulfuration ou d'hydroconversion en lit fixe ou en lit bouillonnant de résidus atmosphériques, ou un mélange desdites charges précédemment citées. According to one embodiment, said hydrocarbon charge is advantageously chosen from LCO (Light Cycle Oil according to the Anglo-Saxon terminology or light gas oils from a catalytic cracking unit), atmospheric distillates, for example gas oils from the direct distillation of crude or conversion units such as fluidized catalytic cracking, coker or visbreaking, or distillates from desulphurization or hydroconversion in a fixed bed or in an ebullating bed of atmospheric residues, or a mixture of the aforementioned feedstocks.
Selon un autre mode réalisation, ladite charge hydrocarbonée est avantageusement choisie parmi les HCO (Heavy Cycle Oil selon la terminologie anglo-saxonne (gazoles lourds issus d'une unité de craquage catalytique)), les distillats sous vide par exemple gasoils issus de la distillation directe du brut ou d'unités de conversion telles que le craquage catalytique, le coker ou la viscoréduction, les charges provenant d'unités d'extraction d'aromatiques, des bases d’huile lubrifiante ou issues du déparaffinage au solvant des bases d'huile lubrifiante, les distillats provenant de procédés de désulfuration ou d'hydroconversion en lit fixe ou en lit bouillonnant de résidus atmosphériques et/ou de résidus sous vide et/ou d'huiles désasphaltées, ou encore la charge peut être une huile désasphaltée ou comprendre des huiles végétales ou bien encore provenir de la conversion de charges issues de la biomasse. Ladite charge hydrocarbonée traitée selon le procédé d'hydrocraquage de l'invention peut encore être un mélange desdites charges précédemment citées. According to another embodiment, said hydrocarbon charge is advantageously chosen from HCO (Heavy Cycle Oil according to the Anglo-Saxon terminology (heavy gas oils from a catalytic cracking unit)), vacuum distillates, for example gas oils from the distillation directly from crude or from conversion units such as catalytic cracking, coker or visbreaking, feeds from aromatics extraction units, lubricating oil bases or from solvent dewaxing of oil bases lubricating oil, distillates from fixed bed or bubbling bed desulphurization or hydroconversion processes of atmospheric residues and/or vacuum residues and/or deasphalted oils, or else the feed may be a deasphalted oil or comprise vegetable oils or even come from the conversion of feedstocks from biomass. Said hydrocarbon feedstock treated according to the hydrocracking process of the invention may also be a mixture of said feedstocks mentioned above.
La mise en œuvre du procédé et les conditions opératoires Implementation of the process and operating conditions
Le procédé selon l'invention peut être effectué en un, deux ou plusieurs réacteurs. Il est généralement effectué en lit fixe. The process according to the invention can be carried out in one, two or more reactors. It is usually performed in a fixed bed.
Lorsque le procédé selon l'invention est effectué en deux réacteurs, l'étape a) peut être effectuée dans le premier réacteur contenant la première section réactionnelle traversée par la charge, puis l'étape b) peut être effectuée dans le deuxième réacteur contenant la deuxième section réactionnelle, placé en aval du premier réacteur. Optionnellement, l'effluent de l'étape a) sortant du premier réacteur peut être soumis à une étape de séparation permettant de séparer une fraction légère contenant notamment le H2S et le NH3 formés lors de l'hydrotraitement dans l'étape a) d'une fraction lourde contenant les hydrocarbures partiellement hydrotraités. La fraction lourde obtenue après l'étape de séparation est ensuite introduite dans le deuxième réacteur permettant d'effectuer l'étape b)
du procédé selon l'invention. L’étape de séparation peut être effectuée par distillation, séparation flash ou toute autre méthode connue par l’homme du métier. When the process according to the invention is carried out in two reactors, step a) can be carried out in the first reactor containing the first reaction section through which the charge passes, then step b) can be carried out in the second reactor containing the second reaction section, placed downstream of the first reactor. Optionally, the effluent from stage a) leaving the first reactor can be subjected to a separation stage making it possible to separate a light fraction containing in particular the H 2 S and the NH 3 formed during the hydrotreatment in stage a ) of a heavy fraction containing partially hydrotreated hydrocarbons. The heavy fraction obtained after the separation step is then introduced into the second reactor allowing step b) to be carried out. of the process according to the invention. The separation step can be carried out by distillation, flash separation or any other method known to those skilled in the art.
Lorsque le procédé est effectué dans un seul réacteur, l’étape a) est effectuée dans une première zone contenant la première section réactionnelle, et l’étape b) est effectuée dans une deuxième zone contenant la deuxième section réactionnelle en aval de la première zone. When the process is carried out in a single reactor, step a) is carried out in a first zone containing the first reaction section, and step b) is carried out in a second zone containing the second reaction section downstream of the first zone .
Ladite première section réactionnelle d’hydrotraitement contenant le premier catalyseur occupe un volume V1, et ladite deuxième section réactionnelle d’hydrotraitement contenant le deuxième catalyseur occupe un volume V2, la répartition des volumes V1/V2 étant comprise entre 50%vol/50%vol et 90%vol/10%vol, de préférence comprise entre 60 %vol/40%vol et 85%vol/15%vol et de manière particulièrement préférée comprise entre 70%vol/30%vol et 80%vol/20%vol, respectivement de ladite première et deuxième section réactionnelle d’hydrotraitement. Said first hydrotreatment reaction section containing the first catalyst occupies a volume V1, and said second hydrotreatment reaction section containing the second catalyst occupies a volume V2, the distribution of the volumes V1/V2 being between 50% vol/50% vol and 90%vol/10%vol, preferably between 60%vol/40%vol and 85%vol/15%vol and particularly preferably between 70%vol/30%vol and 80%vol/20%vol , respectively of said first and second hydrotreating reaction section.
La répartition volumique des deux catalyseurs, notamment le fait que la deuxième section réactionnelle contenant le deuxième catalyseur occupe un volume moins important que la première section réactionnelle contenant le premier catalyseur, permet d’optimiser les réactions d’HDS, d’HDN et d’HDA effectuées dans la première ou la deuxième section réactionnelle. En effet, un volume du deuxième catalyseur trop grand ne permet pas l’abattement quantitatif des composés azotés, aboutissant ainsi à une inhibition de la réaction HDA. Inversement, un volume de deuxième catalyseur trop petit ne permet pas de maximiser la réaction d’HDA. The volume distribution of the two catalysts, in particular the fact that the second reaction section containing the second catalyst occupies a smaller volume than the first reaction section containing the first catalyst, makes it possible to optimize the reactions of HDS, HDN and HDA carried out in the first or second reaction section. Indeed, a volume of the second catalyst that is too large does not allow the quantitative reduction of nitrogen compounds, thus resulting in an inhibition of the HDA reaction. Conversely, too small a volume of second catalyst does not maximize the HDA reaction.
Les conditions opératoires utilisées dans les étapes a) ou b) du procédé d’hydrotraitement selon l'invention sont généralement les suivantes : le température est avantageusement comprise entre 180 et 450°C, et de préférence entre 250 et 440°C, la pression est avantageusement comprise entre 0,5 et 30 MPa, et de préférence entre 1 et 18 MPa, la vitesse volumique horaire est avantageusement comprise entre 0,1 et 20 h-1 et de préférence entre 0,2 et 5 h-1. La vitesse volumique horaire (WH) est définie ici comme le ratio entre le
débit volumique horaire de la charge hydrocarbonée par le volume de catalyseur(s). Le rapport hydrogène/charge exprimé en volume d'hydrogène, mesuré dans les conditions normales de température et pression, par volume de charge liquide est avantageusement compris entre 50 L/L à 5000 L/L et de préférence 80 à 2000 L/L. Les conditions opératoires peuvent être identiques ou différentes dans les étapes a) et b). De préférence, elles sont identiques. The operating conditions used in steps a) or b) of the hydrotreatment process according to the invention are generally the following: the temperature is advantageously between 180 and 450° C., and preferably between 250 and 440° C., the pressure is advantageously between 0.5 and 30 MPa, and preferably between 1 and 18 MPa, the hourly volume velocity is advantageously between 0.1 and 20 h -1 and preferably between 0.2 and 5 h -1 . The hourly volume velocity (WH) is defined here as the ratio between the hourly volume flow of the hydrocarbon charge by the volume of catalyst(s). The hydrogen/feed ratio expressed as volume of hydrogen, measured under normal temperature and pressure conditions, per volume of liquid feed is advantageously between 50 L/L to 5000 L/L and preferably 80 to 2000 L/L. The operating conditions may be identical or different in steps a) and b). Preferably, they are identical.
Composition des catalyseurs mises en œuvre dans l'invention Composition of the catalysts used in the invention
Conformément à l’invention, le procédé d’hydrotraitement met en œuvre un enchaînement d’un premier catalyseur comprenant un support à base d'alumine ou de silice ou de silice- alumine et une phase active constituée de nickel et de molybdène, et d’un deuxième catalyseur comprenant un support à base d'alumine ou de silice ou de silice-alumine et une phase active constituée de nickel, de molybdène et de tungstène, et du phosphore. In accordance with the invention, the hydrotreatment process implements a sequence of a first catalyst comprising a support based on alumina or silica or silica-alumina and an active phase consisting of nickel and molybdenum, and a second catalyst comprising a support based on alumina or silica or silica-alumina and an active phase consisting of nickel, molybdenum and tungsten, and phosphorus.
Premier catalyseur First catalyst
Le premier catalyseur comprend un support à base d'alumine ou de silice ou de silice- alumine et une phase active constituée de nickel et de molybdène. Il peut en outre comprendre du phosphore, un composé organique, et éventuellement du bore et/ou du fluor. The first catalyst comprises a support based on alumina or silica or silica-alumina and an active phase consisting of nickel and molybdenum. It may also comprise phosphorus, an organic compound, and optionally boron and/or fluorine.
La fonction hydrogénante dudit premier catalyseur, aussi appelée phase active, est assurée par le nickel et le molybdène. The hydrogenating function of said first catalyst, also called active phase, is ensured by nickel and molybdenum.
De préférence, la teneur totale en nickel et molybdène est avantageusement supérieure à 6 % poids exprimé en oxyde par rapport au poids total du catalyseur. Preferably, the total content of nickel and molybdenum is advantageously greater than 6% by weight, expressed as oxide relative to the total weight of the catalyst.
De préférence, la teneur en molybdène, mesurée sous forme MoO3, est comprise entre 5 et 40 % poids, de préférence entre 8 et 39 % poids, et de manière plus préférée entre 10 et 38 % poids par rapport au poids total du catalyseur.
De préférence, la teneur en nickel, mesurée sous forme NiO, est comprise entre 1 et 10 % poids, de préférence entre 1 ,5 et 9 % poids, et de manière plus préférée entre 2 et 8 % poids par rapport au poids total du catalyseur. Preferably, the molybdenum content, measured in MoO 3 form, is between 5 and 40% by weight, preferably between 8 and 39% by weight, and more preferably between 10 and 38% by weight relative to the total weight of the catalyst. . Preferably, the nickel content, measured in NiO form, is between 1 and 10% by weight, preferably between 1.5 and 9% by weight, and more preferably between 2 and 8% by weight relative to the total weight of the catalyst.
De préférence, le rapport molaire nickel sur molybdène dans le premier catalyseur est préférentiellement compris entre 0,1 et 0,8, de préférence compris entre 0,15 et 0,6 et de manière encore plus préférée compris entre 0,2 et 0,5. Preferably, the nickel to molybdenum molar ratio in the first catalyst is preferably between 0.1 and 0.8, preferably between 0.15 and 0.6 and even more preferably between 0.2 and 0, 5.
Le premier catalyseur peut également comprendre du phosphore en tant que dopant. Le dopant est un élément ajouté qui en lui-même ne présente aucun caractère catalytique mais qui accroît l’activité catalytique de la phase active. The first catalyst may also include phosphorus as a dopant. The dopant is an added element which in itself has no catalytic character but which increases the catalytic activity of the active phase.
La teneur en phosphore dans ledit catalyseur, mesurée sous forme P2O5, est de comprise entre 0,1 et 20 % poids par rapport au poids total du catalyseur, de préférence entre 0,2 et 15 % poids, et de manière très préférée entre 0,3 et 11 % poids exprimé en P2O5 . The phosphorus content in said catalyst, measured in P 2 O 5 form, is between 0.1 and 20% by weight relative to the total weight of the catalyst, preferably between 0.2 and 15% by weight, and very preferably between 0.3 and 11% by weight expressed as P 2 O 5 .
Le rapport molaire phosphore sur molybdène dans le premier catalyseur est supérieur ou égal à 0,05, de préférence supérieur ou égal à 0,07, de préférence compris entre 0,08 et 1 , de préférence compris entre 0,1 et 0,9 et de manière très préférée compris entre 0,15 et 0,8. The phosphorus to molybdenum molar ratio in the first catalyst is greater than or equal to 0.05, preferably greater than or equal to 0.07, preferably between 0.08 and 1, preferably between 0.1 and 0.9 and very preferably between 0.15 and 0.8.
Le premier catalyseur peut avantageusement contenir en outre au moins un dopant choisi parmi le bore, le fluor et un mélange de bore et de fluor. The first catalyst may advantageously also contain at least one dopant chosen from boron, fluorine and a mixture of boron and fluorine.
Lorsque le catalyseur contient du bore ou du fluor ou un mélange de bore et de fluor, la teneur en bore ou en fluor ou en mélange des deux est de préférence comprise entre 0,1 et 10 % poids exprimé en oxyde de bore et/ou en élément fluor par rapport au poids total du catalyseur, de préférence entre 0,2 et 7 % poids, et de manière très préférée comprise entre 0,2 et 5 % poids. When the catalyst contains boron or fluorine or a mixture of boron and fluorine, the content of boron or fluorine or a mixture of the two is preferably between 0.1 and 10% by weight expressed as boron oxide and/or in fluorine element relative to the total weight of the catalyst, preferably between 0.2 and 7% by weight, and very preferably between 0.2 and 5% by weight.
Le volume poreux dudit catalyseur est généralement compris entre 0,1 cm3/g et 1,5 cm3/g, de préférence compris entre 0,15 cm3/g et 1,1 cm3/g. Le volume poreux total est mesuré par porosimétrie au mercure selon la norme ASTM D4284 avec un angle de mouillage de 140°, telle que décrite dans l'ouvrage Rouquerol F. ; Rouquerol J. ; Singh K. « Adsorption by
Powders & Porous Solids : Principle, methodology and applications », Academie Press, 1999, par exemple au moyen d'un appareil modèle Autopore III™ de la marque Micromeritics™. The pore volume of said catalyst is generally between 0.1 cm 3 /g and 1.5 cm 3 /g, preferably between 0.15 cm 3 /g and 1.1 cm 3 /g. The total porous volume is measured by mercury porosimetry according to the ASTM D4284 standard with a wetting angle of 140°, as described in the work Rouquerol F.; Rouquerol J.; Singh K. “Adsorption by Powders & Porous Solids: Principle, methodology and applications”, Academie Press, 1999, for example by means of an Autopore III™ model apparatus from the Micromeritics™ brand.
Le premier catalyseur se caractérise par une surface spécifique comprise entre 5 et 400 m2/g, de préférence comprise entre 10 et 350 m2/g, de préférence comprise entre 40 et 350 m2/g, de manière très préférée comprise entre 50 et 300 m2/g. La surface spécifique est déterminée dans la présente invention par la méthode B.E.T selon la norme ASTM D3663, méthode décrite dans le même ouvrage cité ci-dessus. The first catalyst is characterized by a specific surface of between 5 and 400 m 2 /g, preferably between 10 and 350 m 2 /g, preferably between 40 and 350 m 2 /g, very preferably between 50 and 300 m 2 /g. The specific surface is determined in the present invention by the BET method according to standard ASTM D3663, method described in the same work cited above.
Le support du premier catalyseur comprend, et de préférence est constitué de, une alumine ou une silice ou une silice-alumine. The support for the first catalyst comprises, and preferably consists of, an alumina or a silica or a silica-alumina.
Lorsque le support dudit catalyseur est à base d'alumine, il contient plus de 50 % poids d'alumine par rapport au poids total du support et, de façon générale, il contient uniquement de l'alumine ou de la silice-alumine telle que définie ci-dessous. When the support of said catalyst is based on alumina, it contains more than 50% by weight of alumina relative to the total weight of the support and, in general, it contains only alumina or silica-alumina such as defined below.
De préférence, le support comprend de l’alumine, et de préférence de l'alumine extrudée. De préférence, le support est constitué d'alumine gamma. Preferably, the support comprises alumina, and preferably extruded alumina. Preferably, the support is made of gamma alumina.
Le support d’alumine présente avantageusement un volume poreux total compris entre 0,1 et 1,5 cm3. g-1, de préférence entre 0,4 et 1 ,1 cm3.g-1. Le volume poreux total est mesuré par porosimétrie au mercure selon la norme ASTM D4284 avec un angle de mouillage de 140°, telle que décrite dans l'ouvrage Rouquerol F. ; Rouquerol J. ; Singh K. « Adsorption by Powders & Porous Solids : Principle, methodology and applications », Academie Press, 1999, par exemple au moyen d'un appareil modèle Autopore III™ de la marque Micromeritics™. The alumina support advantageously has a total pore volume of between 0.1 and 1.5 cm 3 . g -1 , preferably between 0.4 and 1.1 cm 3 .g -1 . The total porous volume is measured by mercury porosimetry according to the ASTM D4284 standard with a wetting angle of 140°, as described in the work Rouquerol F.; Rouquerol J.; Singh K. “Adsorption by Powders & Porous Solids: Principle, methodology and applications”, Academie Press, 1999, for example by means of an Autopore III™ model apparatus from the Micromeritics™ brand.
La surface spécifique du support d’alumine est avantageusement comprise entre 5 et 400 m2. g-1, de préférence entre 10 et 350 m2.g-1, de manière plus préférée entre 40 et 350 m2.g-1 . La surface spécifique est déterminée dans la présente invention par la méthode B.E.T selon la norme ASTM D3663, méthode décrite dans le même ouvrage cité ci-dessus.
Dans un autre cas préféré, le support dudit catalyseur est une silice-alumine contenant au moins 50 % poids d'alumine par rapport au poids total du support. La teneur en silice dans le support est d'au plus 50% poids par rapport au poids total du support, le plus souvent inférieure ou égale à 45% poids, de préférence inférieure ou égale à 40%. The specific surface of the alumina support is advantageously between 5 and 400 m 2 . g -1 , preferably between 10 and 350 m 2 .g -1 , more preferably between 40 and 350 m 2 .g -1 . The specific surface is determined in the present invention by the BET method according to standard ASTM D3663, method described in the same work cited above. In another preferred case, the support of said catalyst is a silica-alumina containing at least 50% by weight of alumina relative to the total weight of the support. The silica content in the support is at most 50% by weight relative to the total weight of the support, usually less than or equal to 45% by weight, preferably less than or equal to 40%.
Les sources de silicium sont bien connues de l'Homme du métier. On peut citer à titre d'exemple l'acide silicique, la silice sous forme de poudre ou sous forme colloïdale (sol de silice), le tétraéthylorthosilicate Si(OEt)4. Silicon sources are well known to those skilled in the art. Mention may be made, by way of example, of silicic acid, silica in powder form or in colloidal form (silica sol), tetraethylorthosilicate Si(OEt) 4 .
Lorsque le support dudit catalyseur est à base de silice, il contient plus de 50 % poids de silice par rapport au poids total du support et, de façon générale, il contient uniquement de la silice. When the support of said catalyst is based on silica, it contains more than 50% by weight of silica relative to the total weight of the support and, in general, it contains only silica.
Selon une variante particulièrement préférée, le support est constitué d’alumine, de silice ou de silice-alumine. According to a particularly preferred variant, the support consists of alumina, silica or silica-alumina.
Le support peut aussi avantageusement contenir en outre une zéolithe. Dans ce cas, toutes les sources de zéolithe et toutes les méthodes de préparations associées connues de l’Homme du métier peuvent être incorporées. De préférence, la zéolithe est choisie parmi le groupe FAU, BEA, ISV, IWR, IWW, MEI, UWY et de manière préférée, la zéolithe est choisie parmi le groupe FAU et BEA, telle que la zéolithe Y et/ou bêta, et de manière particulièrement préférée telle que la zéolithe USY et/ou bêta. Lorsque la zéolithe est présente, sa teneur est comprise de 0,1 à 50% poids par rapport au poids total du support.The support may also advantageously additionally contain a zeolite. In this case, all the sources of zeolite and all the methods of associated preparations known to those skilled in the art can be incorporated. Preferably, the zeolite is chosen from the group FAU, BEA, ISV, IWR, IWW, MEI, UWY and preferably, the zeolite is chosen from the group FAU and BEA, such as Y and/or beta zeolite, and particularly preferably such as USY and/or beta zeolite. When the zeolite is present, its content is between 0.1 and 50% by weight relative to the total weight of the support.
Le support se présente avantageusement sous forme de billes, d'extrudés, de pastilles ou d'agglomérats irréguliers et non sphériques dont la forme spécifique peut résulter d'une étape de concassage. The support is advantageously in the form of beads, extrudates, pellets or irregular and non-spherical agglomerates, the specific shape of which may result from a crushing step.
Le premier catalyseur peut en outre comprendre un composé organique ou un groupe de composés organiques connus pour leur rôle d’additifs. La fonction des additifs est d’augmenter l’activité catalytique par rapport aux catalyseurs non additivés. Plus particulièrement, le catalyseur peut en outre comprendre un ou plusieurs composés organiques contenant de l’oxygène et/ou un ou plusieurs composés organiques contenant de
l’azote et/ou un ou plusieurs composés organiques contenant du soufre. De préférence, le catalyseur peut en outre comprendre un ou plusieurs composés organiques contenant de l’oxygène et/ou un ou plusieurs composés organiques contenant de l’azote. De préférence, le composé organique contient au moins 2 atomes de carbone et au moins un atome d’oxygène et/ou d’azote, sans contenir d’autres hétéroatomes. The first catalyst may further comprise an organic compound or a group of organic compounds known for their role as additives. The function of additives is to increase catalytic activity compared to non-additive catalysts. More particularly, the catalyst may further comprise one or more organic compounds containing oxygen and/or one or more organic compounds containing oxygen. nitrogen and/or one or more sulfur-containing organic compounds. Preferably, the catalyst may further comprise one or more organic compounds containing oxygen and/or one or more organic compounds containing nitrogen. Preferably, the organic compound contains at least 2 carbon atoms and at least one oxygen and/or nitrogen atom, without containing other heteroatoms.
Généralement, le composé organique est choisi parmi un composé comportant une ou plusieurs fonctions chimiques choisies parmi une fonction carboxylique, alcool, thiol, thioéther, sulfone, sulfoxyde, éther, aldéhyde, cétone, ester, carbonate, amine, nitrile, imide, oxime, urée et amide ou encore les composés incluant un cycle furanique ou encore un sucre. Generally, the organic compound is chosen from a compound comprising one or more chemical functions chosen from a carboxylic function, alcohol, thiol, thioether, sulphone, sulphoxide, ether, aldehyde, ketone, ester, carbonate, amine, nitrile, imide, oxime, urea and amide or compounds including a furan ring or a sugar.
Le composé organique contenant de l’oxygène peut être l’un ou plusieurs choisis parmi les composés comportant une ou plusieurs fonctions chimiques choisies parmi une fonction carboxylique, alcool, éther, aldéhyde, cétone, ester ou carbonate ou encore les composés incluant un cycle furanique ou encore les sucres. On entend ici par un composé organique contenant de l’oxygène un composé ne comportant pas d’autre hétéroatome. A titre d’exemple, le composé organique contenant de l’oxygène peut être l’un ou plusieurs choisis dans le groupe constitué par l’éthylèneglycol, le diéthylèneglycol, le triéthylèneglycol, un polyéthylèneglycol (avec un poids moléculaire compris entre 200 et 1500 g/mol), le propylèneglycol, le 2-butoxyéthanol, 2-(2-butoxyéthoxy)éthanol, 2-(2-méthoxyéthoxy)éthanol, le triéthylèneglycoldiméthyléther, le glycérol, l’acétophénone, la 2,4-pentanedione, la pentanone, l’acide acétique, l’acide oxalique, l’acide maléique, l’acide malique, l’acide malonique, l’acide gluconique, l’acide tartrique, l’acide citrique, l’acide g-cétovalérique, un succinate de dialkyle C1-C4 et plus particulièrement le succinate de diméthyle, l’acétoacétate de méthyle, l’acétoacétate d’éthyle, le 3-oxobutanoate de 2-méthoxyéthyle, le 3-oxobutanoate de 2-méthacryloyloxyéthyle, le dibenzofurane, un éther couronne, l’acide orthophtalique, le glucose, le fructose, le saccharose, le sorbitol, le xylitol, la y-valérolactone, la 2-acétylbutyrolactone, le carbonate de propylène, le 2-furaldéhyde (aussi connu sous le nom furfural), le 5-hydroxyméthylfurfural (aussi connu sous le nom 5-(hydroxyméthyl)-2-
furaldéhyde ou 5-HMF), le 2-acétylfurane, le 5-méthyl-2-furaldéhyde, le 2-furoate de méthyle, l’alcool furfurylique (aussi connu sous le nom furfuranol), l’acétate de furfuryle, l’acide ascorbique, le lactate de butyle, le lactate d’éthyle, le butyryllactate de butyle, le 3- hydroxybutanoate d’éthyle, le 3-éthoxypropanoate d’éthyle, le 3-méthoxypropanoate de méthyle, l’acétate de 2-éthoxyéthyle, l’acétate de2-butoxyéthyle, l’acrylate de 2- hydroxyéthyle, le méthacrylate de 2-hydroxyéthyle, le 1,5-pentanediol, le 3-méthyl-1 ,5- pentanediol, le 1 ,5-hexanediol, le 3-éthyl-1,5-pentanediol, le 2,4-diéthyl-1 ,5-pentanediol, la 5- méthyl-2(3H)-furanone, le glycolate de butyle, le 4-oxo-pentanoate d’éthyle, le maléate de diéthyle, le maléate de diméthyle, le fumarate de diméthyle, le fumarate de diéthyle, l’adipate de diméthyle, le 3-oxoglutarate de diméthyle, le tartrate de diméthyle, le tartrate de diéthyle, le tartrate de diisopropyle, le tartrate de di-tert-butyle, le malate de diméthyle, le malate de diéthyle, le malate de diisopropyle et le malate de dibutyle. The organic compound containing oxygen can be one or more chosen from compounds comprising one or more chemical functions chosen from a carboxylic, alcohol, ether, aldehyde, ketone, ester or carbonate function or else compounds including a furan cycle. or sugars. Here, an organic compound containing oxygen is understood to mean a compound not comprising any other heteroatom. By way of example, the organic compound containing oxygen can be one or more chosen from the group consisting of ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, a polyethylene glycol (with a molecular weight of between 200 and 1500 g /mol), propylene glycol, 2-butoxyethanol, 2-(2-butoxyethoxy)ethanol, 2-(2-methoxyethoxy)ethanol, triethyleneglycoldimethylether, glycerol, acetophenone, 2,4-pentanedione, pentanone, acetic acid, oxalic acid, maleic acid, malic acid, malonic acid, gluconic acid, tartaric acid, citric acid, g-ketovaleric acid, a succinate of C1-C4 dialkyl and more particularly dimethyl succinate, methyl acetoacetate, ethyl acetoacetate, 2-methoxyethyl 3-oxobutanoate, 2-methacryloyloxyethyl 3-oxobutanoate, dibenzofuran, a crown ether, orthophthalic acid, glucose, fructose, sucrose, sorbitol, xylitol, y-valerolacton e, 2-acetylbutyrolactone, propylene carbonate, 2-furaldehyde (also known as furfural), 5-hydroxymethylfurfural (also known as 5-(hydroxymethyl)-2- furaldehyde or 5-HMF), 2-acetylfuran, 5-methyl-2-furaldehyde, methyl 2-furoate, furfuryl alcohol (also known as furfuranol), furfuryl acetate, ascorbic acid, butyl lactate, ethyl lactate, butyl butyryllactate, ethyl 3-hydroxybutanoate, ethyl 3-ethoxypropanoate, methyl 3-methoxypropanoate, 2-ethoxyethyl acetate, l 2-butoxyethyl acetate, 2-hydroxyethyl acrylate, 2-hydroxyethyl methacrylate, 1,5-pentanediol, 3-methyl-1,5-pentanediol, 1,5-hexanediol, 3-ethyl -1,5-pentanediol, 2,4-diethyl-1,5-pentanediol, 5-methyl-2(3H)-furanone, butyl glycolate, ethyl 4-oxo-pentanoate, ethyl maleate diethyl, dimethyl maleate, dimethyl fumarate, diethyl fumarate, dimethyl adipate, dimethyl 3-oxoglutarate, dimethyl tartrate, diethyl tartrate, diisopropyl tartrate, di- tert-butyl, dimethyl malate, diethyl malate, diisopropyl malate and dibutyl malate.
Le composé organique contenant de l’azote peut être l’un ou plusieurs choisis parmi les composés comportant une ou plusieurs fonctions chimiques choisies parmi une fonction amine ou nitrile. On entend ici par un composé organique contenant de l’azote un composé ne comportant pas d’autre hétéroatome. A titre d’exemple, le composé organique contenant de l’azote peut être l’un ou plusieurs choisis dans le groupe constitué par l’éthylènediamine, la diéthylènetriamine, l’hexaméthylènediamine, la triéthylènetétramine, la tétraéthylènepentamine, la pentaéthylènehexamine, l’acétonitrile, l’octylamine, la guanidine ou un carbazole. The organic compound containing nitrogen can be one or more chosen from compounds comprising one or more chemical functions chosen from an amine or nitrile function. Here, an organic compound containing nitrogen is understood to mean a compound containing no other heteroatom. By way of example, the organic compound containing nitrogen can be one or more chosen from the group consisting of ethylenediamine, diethylenetriamine, hexamethylenediamine, triethylenetetramine, tetraethylenepentamine, pentaethylenehexamine, acetonitrile , octylamine, guanidine or a carbazole.
Le composé organique contenant de l’oxygène et de l’azote peut être l’un ou plusieurs choisis parmi les composés comportant une ou plusieurs fonctions chimiques choisies parmi une fonction carboxylique, alcool, éther, aldéhyde, cétone, ester, carbonate, amine, nitrile, imide, amide, urée ou oxime. On entend ici par un composé organique contenant de l’oxygène et de l’azote un composé ne comportant pas d’autre hétéroatome. A titre d’exemple, le composé organique contenant de l’oxygène et de l’azote peut être l’un ou plusieurs choisis dans le groupe constitué par l’acide 1,2-cyclohexanediaminetétraacétique, la monoéthanolamine (MEA), la 1-méthyl-2-pyrrolidinone, le diméthylformamide, l’acide éthylènediaminetétraacétique (EDTA), l’alanine, la glycine, l’acide nitrilotriacétique (NTA),
l’acide N-(2-hydroxyéthyl)éthylènediamine-N,N',N'-triacétique (HEDTA), l’acide diéthylène- triaminepentaacétique (DTPA), la tétraméthylurée, l’acide glutamique, le diméthylglyoxime, la bicine, la tricine, le cyanoacétate de 2-méthoxyéthyle, la 1-éthyl-2-pyrrolidinone, la 1 -vinyl-2- pyrrolidinone, la 1 ,3-diméthyl-2-imidazolidinone, la 1-(2-hydroxyéthyl)-2-pyrrolidinone, la 1- (2-hydroxyéthyl)-2,5-pyrrolidinedione, la 1-méthyl-2-pipéridinone, la 1-acétyl-2-azépanone, la 1-vinyl-2-azépanone et l’acide 4-aminobutanoïque. The organic compound containing oxygen and nitrogen can be one or more chosen from compounds comprising one or more chemical functions chosen from a carboxylic, alcohol, ether, aldehyde, ketone, ester, carbonate, amine, nitrile, imide, amide, urea or oxime. Here, an organic compound containing oxygen and nitrogen is understood to mean a compound not comprising any other heteroatom. By way of example, the organic compound containing oxygen and nitrogen can be one or more chosen from the group consisting of 1,2-cyclohexanediaminetetraacetic acid, monoethanolamine (MEA), 1- methyl-2-pyrrolidinone, dimethylformamide, ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA), alanine, glycine, nitrilotriacetic acid (NTA), N-(2-hydroxyethyl)ethylenediamine-N,N',N'-triacetic acid (HEDTA), diethylenetriaminepentaacetic acid (DTPA), tetramethylurea, glutamic acid, dimethylglyoxime, bicine, tricine, 2-methoxyethyl cyanoacetate, 1-ethyl-2-pyrrolidinone, 1-vinyl-2-pyrrolidinone, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, 1-(2-hydroxyethyl)-2-pyrrolidinone , 1-(2-hydroxyethyl)-2,5-pyrrolidinedione, 1-methyl-2-piperidinone, 1-acetyl-2-azepanone, 1-vinyl-2-azepanone and 4-aminobutanoic acid.
Le composé organique contenant du soufre peut être l’un ou plusieurs choisis parmi les composés comportant une ou plusieurs fonctions chimiques choisies parmi une fonction thiol, thioéther, sulfone ou sulfoxyde. A titre d’exemple, le composé organique contenant du soufre peut être l’un ou plusieurs choisis dans le groupe constitué par l’acide thioglycolique, le 2,2’-thiodiéthanol, l’acide 2-hydroxy-4-méthylthiobutanoïque, un dérivé sulfoné d’un benzothiophène ou un dérivé sulfoxydé d’un benzothiophène, le 2-mercaptopropanoate d’éthyle, le 3-(méthylthio)propanoate de méthyle et le 3-(méthylthio)propanoate d’éthyle. The organic compound containing sulfur can be one or more chosen from compounds comprising one or more chemical functions chosen from a thiol, thioether, sulphone or sulphoxide function. By way of example, the organic compound containing sulfur can be one or more selected from the group consisting of thioglycolic acid, 2,2'-thiodiethanol, 2-hydroxy-4-methylthiobutanoic acid, a sulfonated derivative of a benzothiophene or a sulfoxide derivative of a benzothiophene, ethyl 2-mercaptopropanoate, methyl 3-(methylthio)propanoate and ethyl 3-(methylthio)propanoate.
De préférence, le composé organique contient de l’oxygène, de manière préférée il est choisi parmi la y-valérolactone, la 2-acétylbutyrolactone, le triéthylèneglycol, le diéthylèneglycol, l’éthylèneglycol, l’acide éthylènediaminetétra-acétique (EDTA), l’acide maléique, l’acide malonique, l’acide citrique, l’acide acétique, l’acide oxalique, l’acide gluconique, le glucose, le fructose, le saccharose, le sorbitol, le xylitol, l’acide y-cétovalérique, un succinate de dialkyle C1-C4 et plus particulièrement le succinate de diméthyle, le diméthylformamide, la 1- méthyl-2-pyrrolidinone, le carbonate de propylène, le 3-oxobutanoate de 2-méthoxyéthyle, la bicine, la tricine, le 2-furaldéhyde (aussi connu sous le nom furfural), le 5- hydroxyméthylfurfural (aussi connu sous le nom 5-(hydroxyméthyl)-2-furaldéhyde ou 5- HMF), le 2-acétylfurane, le 5-méthyl-2-furaldéhyde, l’acide ascorbique, le lactate de butyle, le lactate d’éthyle, le butyryllactate de butyle, le 3-hydroxybutanoate d’éthyle, le 3- éthoxypropanoate d’éthyle, l’acétate de 2-éthoxyéthyle, l’acétate de 2-butoxyéthyle, l’acrylate de 2-hydroxyéthyle, la 1-vinyl-2-pyrrolidinone, la 1 ,3-diméthyl-2-imidazolidinone, le 1 ,5- pentanediol, la1-(2-hydroxyéthyl)-2-pyrrolidinone, la 1-(2-hydroxyéthyl)-2,5-pyrrolidinedione, la 5-méthyl-2(3H)-furanone, la 1-méthyl-2-pipéridinone, l’acide 4-aminobutanoïque, le
glycolate de butyle, le 2-mercaptopropanoate d’éthyle, le 4-oxopentanoate d’éthyle, le maléate de diéthyle, le maléate de diméthyle, le fumarate de diméthyle, le fumarate de diéthyle, l’adipate de diméthyle et le 3-oxoglutarate de diméthyle. Preferably, the organic compound contains oxygen, preferably it is chosen from γ-valerolactone, 2-acetylbutyrolactone, triethylene glycol, diethylene glycol, ethylene glycol, ethylenediaminetetra-acetic acid (EDTA), l maleic acid, malonic acid, citric acid, acetic acid, oxalic acid, gluconic acid, glucose, fructose, sucrose, sorbitol, xylitol, y-ketovaleric acid , a C1-C4 dialkyl succinate and more particularly dimethyl succinate, dimethylformamide, 1-methyl-2-pyrrolidinone, propylene carbonate, 2-methoxyethyl 3-oxobutanoate, bicine, tricine, 2 -furaldehyde (also known as furfural), 5-hydroxymethylfurfural (also known as 5-(hydroxymethyl)-2-furaldehyde or 5-HMF), 2-acetylfuran, 5-methyl-2-furaldehyde, ascorbic acid, butyl lactate, ethyl lactate, butyl butyryllactate, ethyl 3-hydroxybutanoate, 3 - ethyl ethoxypropanoate, 2-ethoxyethyl acetate, 2-butoxyethyl acetate, 2-hydroxyethyl acrylate, 1-vinyl-2-pyrrolidinone, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, 1,5-pentanediol, 1-(2-hydroxyethyl)-2-pyrrolidinone, 1-(2-hydroxyethyl)-2,5-pyrrolidinedione, 5-methyl-2(3H)-furanone, 1-methyl -2-piperidinone, 4-aminobutanoic acid, butyl glycolate, ethyl 2-mercaptopropanoate, ethyl 4-oxopentanoate, diethyl maleate, dimethyl maleate, dimethyl fumarate, diethyl fumarate, dimethyl adipate and 3-oxoglutarate of dimethyl.
Lorsqu’il(s) est/sont présent(s), la teneur totale en composé(s) organique(s) contenant de l’oxygène et/ou de l’azote et/ou du soufre présent(s) dans le catalyseur est généralement comprise entre 1 et 30 % poids, de préférence entre 1,5 et 25 % poids, et de manière plus préférée entre 2 et 20 % poids par rapport au poids total du catalyseur. When present, the total content of organic compound(s) containing oxygen and/or nitrogen and/or sulfur present in the catalyst is generally between 1 and 30% by weight, preferably between 1.5 and 25% by weight, and more preferably between 2 and 20% by weight relative to the total weight of the catalyst.
Lors de la préparation du catalyseur nécessitant une étape de séchage, la ou les étapes de séchage consécutive(s) à l’introduction du composé organique est (sont) réalisée(s) à une température inférieure à 200°C de manière à conserver de préférence au moins 30 %, de préférence au moins 50 %, et de manière très préférée au moins 70 % de la quantité du composé organique introduite calculée sur la base du carbone restant sur le catalyseur. Le carbone restant est mesuré par analyse élémentaire selon ASTM D5373. During the preparation of the catalyst requiring a drying step, the drying step(s) following the introduction of the organic compound is (are) carried out at a temperature below 200° C. so as to retain preferably at least 30%, preferably at least 50%, and very preferably at least 70% of the amount of organic compound introduced calculated on the basis of the carbon remaining on the catalyst. The remaining carbon is measured by elemental analysis according to ASTM D5373.
Deuxième catalyseur Conformément à l’invention, le deuxième catalyseur comprend un support à base d'alumine ou de silice ou de silice-alumine et une phase active constituée de nickel, de molybdène et de tungstène. Le deuxième catalyseur selon l’invention comprend également du phosphore en tant que dopant. Il peut en outre comprendre un composé organique, et/ou éventuellement du bore et/ou du fluor. La fonction hydrogénante dudit deuxième catalyseur, aussi appelée phase active, est constituée de nickel, de molybdène et de tungstène. Second catalyst In accordance with the invention, the second catalyst comprises a support based on alumina or silica or silica-alumina and an active phase consisting of nickel, molybdenum and tungsten. The second catalyst according to the invention also comprises phosphorus as a dopant. It may also comprise an organic compound, and/or optionally boron and/or fluorine. The hydrogenating function of said second catalyst, also called active phase, consists of nickel, molybdenum and tungsten.
Le deuxième catalyseur est caractérisé en ce que : The second catalyst is characterized in that:
- la teneur en nickel, mesurée sous forme NiO, est comprise entre 1 et 4 % poids par rapport au poids total du catalyseur,
- la teneur en molybdène, mesurée sous forme MoO3, est comprise entre 2 et 9 % poids par rapport au poids total du catalyseur, - the nickel content, measured in NiO form, is between 1 and 4% by weight relative to the total weight of the catalyst, - the molybdenum content, measured in MoO 3 form, is between 2 and 9% by weight relative to the total weight of the catalyst,
- la teneur en tungstène, mesurée sous forme WO3, est comprise entre 18 et 40 % poids par rapport au poids total du catalyseur, - the tungsten content, measured in WO 3 form, is between 18 and 40% by weight relative to the total weight of the catalyst,
- la teneur en phosphore, mesurée sous forme P2O5, est comprise entre 0,5 et 4 % poids par rapport au poids total du catalyseur. - the phosphorus content, measured in P 2 O 5 form, is between 0.5 and 4% by weight relative to the total weight of the catalyst.
De préférence, le deuxième catalyseur est caractérisé en ce que : Preferably, the second catalyst is characterized in that:
- la teneur en nickel, mesurée sous forme NiO, est comprise entre 3 et 4 % poids par rapport au poids total du catalyseur, de préférence entre 3,1 et 3,9 % poids, et de manière plus préférée entre 3,2 et 3,8 % poids, - the nickel content, measured in NiO form, is between 3 and 4% by weight relative to the total weight of the catalyst, preferably between 3.1 and 3.9% by weight, and more preferably between 3.2 and 3.8% by weight,
- la teneur en molybdène, mesurée sous forme MoO3, est comprise entre 2 et 9 % poids par rapport au poids total du catalyseur, de préférence entre 2 et 4 % poids, de préférence entre- the molybdenum content, measured in MoO 3 form, is between 2 and 9% by weight relative to the total weight of the catalyst, preferably between 2 and 4% by weight, preferably between
2.2 et 3,8 % poids, et de manière plus préférée entre 2,5 et 3,5 % poids, 2.2 and 3.8% by weight, and more preferably between 2.5 and 3.5% by weight,
- la teneur en tungstène, mesurée sous forme WO3, est comprise entre 29 et 40 % poids par rapport au poids total du catalyseur, de préférence entre 34 et 40 % poids, de préférence entre 35 et 39,9 % poids, et de manière plus préférée entre 36 et 39 % poids, - the tungsten content, measured in WO 3 form, is between 29 and 40% by weight relative to the total weight of the catalyst, preferably between 34 and 40% by weight, preferably between 35 and 39.9% by weight, and more preferably between 36 and 39% by weight,
- la teneur en phosphore, mesurée sous forme P2O5, est de préférence comprise entre 3 et 4 % poids par rapport au poids total du catalyseur, de préférence entre 3,1 et 3,9 % poids, et de manière très préférée entre 3,2 et 3,8 % poids. - the phosphorus content, measured in P 2 O 5 form, is preferably between 3 and 4% by weight relative to the total weight of the catalyst, preferably between 3.1 and 3.9% by weight, and very preferably between 3.2 and 3.8% by weight.
De préférence, le ratio molaire WO3/MoO3 est compris entre 2 et 12,4 mol/mol, de préférencePreferably, the WO 3 /MoO 3 molar ratio is between 2 and 12.4 mol/mol, preferably
5.3 et 12,4 mol/mol, de préférence compris entre 5,7 et 11,1 mol/mol et de manière encore plus préférée compris entre 6,4 et 9,7 mol/mol. 5.3 and 12.4 mol/mol, preferably between 5.7 and 11.1 mol/mol and even more preferably between 6.4 and 9.7 mol/mol.
De préférence, le ratio molaire NiO/(WO3+MoO3) est compris entre 0,20 et 0,33 mol/mol, de préférence compris entre 0,21 et 0,31 mol/mol et de manière encore plus préférée compris entre 0,22 et 0,30 mol/mol.
De préférence, le ratio molaire P2O /(WO3+MoO3) est compris entre 0,21 et 0,34 mol/mol, de préférence compris entre 0,22 et 0,33 mol/mol et de manière encore plus préférée compris entre 0,23 et 0,32 mol/mol. Preferably, the NiO/(WO 3 +MoO 3 ) molar ratio is between 0.20 and 0.33 mol/mol, preferably between 0.21 and 0.31 mol/mol and even more preferably between between 0.22 and 0.30 mol/mol. Preferably, the P 2 O /(WO 3 +MoO 3 ) molar ratio is between 0.21 and 0.34 mol/mol, preferably between 0.22 and 0.33 mol/mol and even more preferably between 0.23 and 0.32 mol/mol.
Le catalyseur à base d’une phase active constituée de nickel, de molybdène et de tungstène en présence de phosphore, déposés sur un support, et présentant les ratios spécifiques entre les différents métaux et/ou le phosphore décrits ci-dessus, présente par effet synergique une excellente activité et stabilité en hydrotraitement, et notamment en hydrogénation des aromatiques (HDA) mais également en hydrodésulfuration (HDS) et/ou en hydrodéazotation (HDN). The catalyst based on an active phase consisting of nickel, molybdenum and tungsten in the presence of phosphorus, deposited on a support, and having the specific ratios between the various metals and/or phosphorus described above, presents by effect synergistically excellent activity and stability in hydrotreating, and in particular in the hydrogenation of aromatics (HDA) but also in hydrodesulfurization (HDS) and/or hydrodenitrogenation (HDN).
Sans vouloir être lié par une quelconque théorie une optimisation de la teneur de chaque métal et du phosphore en utilisant des ratios spécifiques permettrait d’obtenir une phase active induisant une amélioration des performances catalytiques. En effet, le tungstène est connu pour être plus actif en hydrogénation des aromatiques que le molybdène, cependant sa sulfuration est plus difficile. La proximité du molybdène dans la phase active contenant du tungstène et l’augmentation du ratio WO3/MoO3 permettent d’améliorer la sulfurabilité du tungstène et les performances catalytiques observées, jusqu’à un certain ratio WO3/MoO3 où la teneur en molybdène est trop faible pour influencer sur la sulfurabilité du tungstène. Ainsi, l’optimisation du ratio WO3/MoO3 en combinaison avec les ratios NiO/(WO3+MoO3) et R2O5/(WO3+MoO3) optimisés permet d’obtenir un catalyseur très actif et stable en hydrotraitement, et notamment en hydrogénation des aromatiques (HDA). Without wishing to be bound by any theory, an optimization of the content of each metal and of phosphorus by using specific ratios would make it possible to obtain an active phase inducing an improvement in catalytic performance. Indeed, tungsten is known to be more active in the hydrogenation of aromatics than molybdenum, however its sulfurization is more difficult. The proximity of molybdenum in the active phase containing tungsten and the increase in the WO 3 /MoO 3 ratio make it possible to improve the sulfurability of tungsten and the catalytic performances observed, up to a certain WO 3 /MoO 3 ratio where the content in molybdenum is too low to influence the sulfurability of tungsten. Thus, the optimization of the WO 3 /MoO 3 ratio in combination with the optimized NiO/(WO 3 +MoO 3 ) and R 2 O 5 /(WO 3 +MoO 3 ) ratios makes it possible to obtain a very active and stable catalyst. in hydrotreating, and in particular in the hydrogenation of aromatics (HDA).
Le catalyseur trimétallique ayant les ratios spécifiques mentionnés ci-dessus est donc particulièrement préféré lors d’un enchaînement avec ledit premier catalyseur bimétallique en amont. The trimetallic catalyst having the specific ratios mentioned above is therefore particularly preferred during a sequence with said first bimetallic catalyst upstream.
En outre, le catalyseur présente une densité en métaux du groupe VIB (Mo+W), exprimée en nombre d'atomes desdits métaux par unité de surface du catalyseur, qui est comprise entre 5 et 12 atomes des métaux du groupe VIB par nm2 de catalyseur, de manière préférée comprise entre 6 et 11 , de manière encore plus préférée comprise entre 7 et 10. La densité en métaux du groupe VIB, exprimée en nombre d'atomes des métaux du groupe VIB par
unité de surface du catalyseur (nombre d'atomes de métaux du groupe VIB par nm² de catalyseur) est calculée par exemple à partir de la relation suivante :
avec : XMo = % poids de molybdène; XW = % poids de tungstène; NA = Nombre d'Avogadro égal à 6,022.1023; S = Surface spécifique du catalyseur (m²/g), mesurée selon la norme ASTM D3663; MMo = Masse molaire du molybdène ; MW = Masse molaire du tungstène. A titre d'exemple, si le catalyseur contient 3% poids d'oxyde de molybdène MoO3 (soit 2,0% poids de Mo) et 29,3% poids d’oxyde de tungstène et a une surface spécifique de 122 m²/g, la densité d(Mo+W) est égale à :
Le deuxième catalyseur peut avantageusement contenir en outre au moins un dopant choisi parmi le bore, le fluor et un mélange de bore et de fluor. Lorsque ce dopant est présent, sa teneur est telle que décrite pour le premier catalyseur. Le volume poreux du deuxième catalyseur est généralement compris entre 0,1 cm3/g et 1,5 cm3/g, de préférence compris entre 0,15 cm3/g et 1,1 cm3/g. Le volume poreux total est mesuré par porosimétrie au mercure selon la norme ASTM D4284 avec un angle de mouillage de 140°, telle que décrite dans l'ouvrage Rouquerol F. ; Rouquerol J. ; Singh K.
« Adsorption by Powders & Porous Solids : Principle, methodology and applications », Academie Press, 1999, par exemple au moyen d'un appareil modèle Autopore III™ de la marque Micromeritics™. In addition, the catalyst has a density of group VIB metals (Mo+W), expressed as the number of atoms of said metals per unit area of the catalyst, which is between 5 and 12 atoms of group VIB metals per nm 2 of catalyst, preferably between 6 and 11, even more preferably between 7 and 10. The density of group VIB metals, expressed as the number of atoms of the group VIB metals per surface unit of the catalyst (number of group VIB metal atoms per nm² of catalyst) is calculated for example from the following relationship: with: X Mo = % weight of molybdenum; X W = % weight of tungsten; N A = Avogadro's number equal to 6.022.10 23 ; S = Specific surface of the catalyst (m²/g), measured according to standard ASTM D3663; M Mo = Molar mass of molybdenum; M W = Molar mass of tungsten. For example, if the catalyst contains 3% by weight of molybdenum oxide MoO 3 (i.e. 2.0% by weight of Mo) and 29.3% by weight of tungsten oxide and has a specific surface of 122 m²/ g, the density d(Mo+W) is equal to: The second catalyst can advantageously also contain at least one dopant chosen from boron, fluorine and a mixture of boron and fluorine. When this dopant is present, its content is as described for the first catalyst. The pore volume of the second catalyst is generally between 0.1 cm 3 /g and 1.5 cm 3 /g, preferably between 0.15 cm 3 /g and 1.1 cm 3 /g. The total porous volume is measured by mercury porosimetry according to the ASTM D4284 standard with a wetting angle of 140°, as described in the work Rouquerol F.; Rouquerol J.; Singh K. “Adsorption by Powders & Porous Solids: Principle, methodology and applications”, Academie Press, 1999, for example by means of an Autopore III™ model apparatus from the Micromeritics™ brand.
Le deuxième catalyseur se caractérise par une surface spécifique comprise entre 5 et 400 m2/g, de préférence comprise entre 10 et 350 m2/g, de préférence comprise entre 40 et 350 m2/g, de manière très préférée comprise entre 50 et 300 m2/g. La surface spécifique est déterminée dans la présente invention par la méthode B.E.T selon la norme ASTM D3663, méthode décrite dans le même ouvrage cité ci-dessus. The second catalyst is characterized by a specific surface of between 5 and 400 m 2 /g, preferably between 10 and 350 m 2 /g, preferably between 40 and 350 m 2 /g, very preferably between 50 and 300 m 2 /g. The specific surface is determined in the present invention by the BET method according to standard ASTM D3663, method described in the same work cited above.
Le support du deuxième catalyseur comprend, et de préférence est constitué de, une alumine ou une silice ou une silice-alumine. Le support est un support tel que décrit pour le premier catalyseur. Il peut en outre comprendre une zéolithe tel que décrit pour le premier catalyseur. Il peut être identique ou différent du support du premier catalyseur. The support for the second catalyst comprises, and preferably consists of, an alumina or a silica or a silica-alumina. The support is a support as described for the first catalyst. It may also comprise a zeolite as described for the first catalyst. It may be identical to or different from the support of the first catalyst.
Le premier catalyseur selon l’invention peut en outre comprendre un composé organique ou un groupe de composés organiques dont la nature et les quantités utilisées sont décrites dans la partie pour le premier catalyseur. Lorsque les deux catalyseurs comprennent un ou plusieurs composés organiques, ceux-ci peuvent être identiques ou différents. The first catalyst according to the invention may also comprise an organic compound or a group of organic compounds whose nature and the quantities used are described in the part for the first catalyst. When the two catalysts comprise one or more organic compounds, these may be identical or different.
Selon un mode de réalisation préféré, le procédé d’hydrotraitement met en œuvre un enchaînement d’une première section réactionnelle d’hydrotraitement contenant le premier catalyseur à base de nickel et de molybdène en présence de phosphore et d’une deuxième section réactionnelle d’hydrotraitement contenant le deuxième catalyseur à base de nickel, de molybdène et de tungstène en présence de phosphore, ladite première section réactionnelle d’hydrotraitement contenant le premier catalyseur occupant un volume V1 , et ladite deuxième section réactionnelle d’hydrotraitement contenant le deuxième catalyseur occupant un volume V2, la répartition des volumes V1/V2 étant comprise entre 50%vol/50%vol et 90%vol/10%vol respectivement de ladite première et deuxième section réactionnelle d’hydrotraitement, ledit deuxième catalyseur étant caractérisé par :
- une teneur en nickel, mesurée sous forme NiO, comprise entre 3 et 4 % poids par rapport au poids total du catalyseur, de préférence entre 3,1 et 3,9 % poids, et de manière plus préférée entre 3,2 et 3,8 % poids ; According to a preferred embodiment, the hydrotreatment process implements a sequence of a first hydrotreatment reaction section containing the first catalyst based on nickel and molybdenum in the presence of phosphorus and a second reaction section of hydrotreating containing the second catalyst based on nickel, molybdenum and tungsten in the presence of phosphorus, said first hydrotreating reaction section containing the first catalyst occupying a volume V1 , and said second hydrotreating reaction section containing the second catalyst occupying a volume V2, the distribution of the volumes V1/V2 being between 50%vol/50%vol and 90%vol/10%vol respectively of said first and second hydrotreating reaction section, said second catalyst being characterized by: - a nickel content, measured in NiO form, of between 3 and 4% by weight relative to the total weight of the catalyst, preferably between 3.1 and 3.9% by weight, and more preferably between 3.2 and 3 .8% by weight;
- une teneur en molybdène, mesurée sous forme MoO3, comprise entre 2 et 9 % poids par rapport au poids total du catalyseur, de préférence entre 2 et 4 % poids, de préférence entre 2,2 et 3,8 % poids, et de manière plus préférée entre 2,5 et 3,5 % poids ; - a molybdenum content, measured in MoO 3 form, of between 2 and 9% by weight relative to the total weight of the catalyst, preferably between 2 and 4% by weight, preferably between 2.2 and 3.8% by weight, and more preferably between 2.5 and 3.5% by weight;
- une teneur en tungstène, mesurée sous forme WO3, comprise entre 29 et 40 % poids par rapport au poids total du catalyseur, de préférence entre 34 et 40 % poids, de préférence entre 35 et 39,9 % poids, et de manière plus préférée entre 36 et 39 % poids ; - a tungsten content, measured in WO 3 form, of between 29 and 40% by weight relative to the total weight of the catalyst, preferably between 34 and 40% by weight, preferably between 35 and 39.9% by weight, and so more preferably between 36 and 39% by weight;
- une teneur en phosphore dans ledit catalyseur, mesurée sous forme P2O5, de préférence comprise entre 3 et 4 % poids par rapport au poids total du catalyseur, de préférence entre 3,1 et 3,9 % poids, et de manière très préférée entre 3,2 et 3,8 % poids ; - a phosphorus content in said catalyst, measured in P 2 O 5 form, preferably between 3 and 4% by weight relative to the total weight of the catalyst, preferably between 3.1 and 3.9% by weight, and so very preferably between 3.2 and 3.8% by weight;
- un ratio molaire WO3/MoO3 compris entre 2 et 12,4 mol/mol, de préférence 5,3 et 12,4 mol/mol, de préférence compris entre 5,7 et 11 ,1 mol/mol et de manière encore plus préférée compris entre 6,4 et 9,7 mol/mol ; - a WO 3 /MoO 3 molar ratio of between 2 and 12.4 mol/mol, preferably 5.3 and 12.4 mol/mol, preferably between 5.7 and 11.1 mol/mol and so even more preferably between 6.4 and 9.7 mol/mol;
- un ratio molaire NiO/(WO3+MoO3) compris entre 0,20 et 0,33 mol/mol, de préférence compris entre 0,21 et 0,31 mol/mol et de manière encore plus préférée compris entre 0,22 et 0,30 mol/mol ; - a NiO/(WO 3 +MoO 3 ) molar ratio of between 0.20 and 0.33 mol/mol, preferably between 0.21 and 0.31 mol/mol and even more preferably between 0, 22 and 0.30 mol/mol;
- un ratio molaire P2O5/(WO3+MoO3) compris entre 0,21 et 0,34 mol/mol, de préférence compris entre 0,22 et 0,33 mol/mol et de manière encore plus préférée compris entre 0,23 et 0,32 mol/mol. - a P 2 O 5 /(WO 3 +MoO 3 ) molar ratio comprised between 0.21 and 0.34 mol/mol, preferably comprised between 0.22 and 0.33 mol/mol and even more preferably comprised between 0.23 and 0.32 mol/mol.
Selon ce mode de réalisation préféré, le premier et/ou le deuxième catalyseur comprend entre outre au moins un composé organique contenant de l’oxygène et/ou de l’azote et/ou du soufre.
Selon ce mode, le composé organique est de préférence choisi parmi la γ-valérolactone, la 2-acétylbutyrolactone, le triéthylèneglycol, le diéthylèneglycol, l’éthylèneglycol, l’acide éthylènediaminetétra-acétique (EDTA), l’acide maléique, l’acide malonique, l’acide citrique, l’acide acétique, l’acide gluconique, le glucose, le fructose, le saccharose, le sorbitol, le xylitol, l’acide g-cétovalérique, un succinate de dialkyle C1-C4 et plus particulièrement le succinate de diméthyle, le diméthylformamide, la 1-méthyl-2-pyrrolidinone, le carbonate de propylène, le 3-oxobutanoate de 2-méthoxyéthyle, la bicine, la tricine, le 2-furaldéhyde (aussi connu sous le nom furfural), le 5-hydroxyméthylfurfural (aussi connu sous le nom 5- (hydroxyméthyl)-2-furaldéhyde ou 5-HMF), le 2-acétylfurane, le 5-méthyl-2-furaldéhyde, l’acide ascorbique, le lactate de butyle, le lactate d’éthyle, le butyryllactate de butyle, le 3- hydroxybutanoate d’éthyle, le 3-éthoxypropanoate d’éthyle, l’acétate de 2-éthoxyéthyle, l’acétate de 2-butoxyéthyle, l’acrylate de 2-hydroxyéthyle, la 1-vinyl-2-pyrrolidinone, la 1 ,3- diméthyl-2-imidazolidinone, le 1,5-pentanediol, la1-(2-hydroxyéthyl)-2-pyrrolidinone, la 1-(2- hydroxyéthyl)-2,5-pyrrolidinedione, la 5-méthyl-2(3H)-furanone, la 1-méthyl-2-pipéridinone, l’acide 4-aminobutanoïque, le glycolate de butyle, le 2-mercaptopropanoate d’éthyle, le 4- oxopentanoate d’éthyle, le maléate de diéthyle, le maléate de diméthyle, le fumarate de diméthyle, le fumarate de diéthyle, l’adipate de diméthyle et le 3-oxoglutarate de diméthyle. According to this preferred embodiment, the first and/or the second catalyst further comprises at least one organic compound containing oxygen and/or nitrogen and/or sulfur. According to this mode, the organic compound is preferably chosen from γ-valerolactone, 2-acetylbutyrolactone, triethylene glycol, diethylene glycol, ethylene glycol, ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA), maleic acid, acid malonic acid, citric acid, acetic acid, gluconic acid, glucose, fructose, sucrose, sorbitol, xylitol, g-ketovaleric acid, a C1-C4 dialkyl succinate and more particularly the dimethyl succinate, dimethylformamide, 1-methyl-2-pyrrolidinone, propylene carbonate, 2-methoxyethyl 3-oxobutanoate, bicine, tricine, 2-furaldehyde (also known as furfural), 5-hydroxymethylfurfural (also known as 5-(hydroxymethyl)-2-furaldehyde or 5-HMF), 2-acetylfuran, 5-methyl-2-furaldehyde, ascorbic acid, butyl lactate, lactate ethyl ester, butyl butyryllactate, ethyl 3-hydroxybutanoate, ethyl 3-ethoxypropanoate, 2-ethoxyethyl acetate hyle, 2-butoxyethyl acetate, 2-hydroxyethyl acrylate, 1-vinyl-2-pyrrolidinone, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, 1,5-pentanediol, 1-(2- hydroxyethyl)-2-pyrrolidinone, 1-(2-hydroxyethyl)-2,5-pyrrolidinedione, 5-methyl-2(3H)-furanone, 1-methyl-2-piperidinone, 4-aminobutanoic acid, butyl glycolate, ethyl 2-mercaptopropanoate, ethyl 4-oxopentanoate, diethyl maleate, dimethyl maleate, dimethyl fumarate, diethyl fumarate, dimethyl adipate and 3- dimethyl oxoglutarate.
Procédé de préparation Preparation process
Le premier et le deuxième catalyseurs peuvent être préparés selon tout mode de préparation d’un catalyseur supporté connu de l’Homme de l‘art. The first and the second catalysts can be prepared according to any mode of preparation of a supported catalyst known to those skilled in the art.
Le premier et le deuxième catalyseurs peuvent être préparés selon un procédé de préparation comprenant les étapes suivantes : i) on met en contact un précurseur de nickel, un précurseur de molybdène, un précurseur de tungstène lorsqu’il est présent, et le phosphore lorsqu’il est présent, avec un support à base d'alumine ou de silice ou de silice-alumine, de manière à obtenir un précurseur de catalyseur,
ii) on sèche ledit précurseur de catalyseur issu de l’étape i) à une température inférieure à 200°C, iii) optionnellement, on calcine le précurseur de catalyseur obtenu à l’étape ii) à une température comprise entre 200°C et 550°C, iv) optionnellement, on sulfure le catalyseur obtenu à l’étape ii) ou à l’étape iii). The first and the second catalysts can be prepared according to a preparation process comprising the following steps: i) bringing into contact a nickel precursor, a molybdenum precursor, a tungsten precursor when it is present, and phosphorus when it is present, with a support based on alumina or silica or silica-alumina, so as to obtain a catalyst precursor, ii) said catalyst precursor from step i) is dried at a temperature below 200° C., iii) optionally, the catalyst precursor obtained in step ii) is calcined at a temperature between 200° C. and 550° C., iv) optionally, the catalyst obtained in stage ii) or in stage iii) is sulfurized.
Lors de la mise en contact de l’étape i), le premier et le deuxième catalyseurs peuvent être préparés par imprégnation des métaux et du phosphore sur le support sélectionné. L’imprégnation peut par exemple être réalisée selon le mode connu de l'homme du métier sous la terminologie d'imprégnation à sec, dans lequel on introduit juste la quantité d'éléments désirés sous forme de sels solubles dans le solvant choisi, par exemple de l'eau déminéralisée, de façon à remplir aussi exactement que possible la porosité du support. During the contacting of step i), the first and the second catalysts can be prepared by impregnation of metals and phosphorus on the selected support. The impregnation can for example be carried out according to the mode known to those skilled in the art under the terminology of dry impregnation, in which just the quantity of desired elements is introduced in the form of salts soluble in the chosen solvent, for example demineralised water, so as to fill the pores of the support as exactly as possible.
Les précurseurs de la phase active peuvent être introduits simultanément ou successivement. L’imprégnation de chaque précurseur peut être avantageusement réalisée en au moins deux fois. Les différents précurseurs peuvent ainsi être avantageusement imprégnés successivement avec un temps d’imprégnation et de maturation différentié. Un des précurseur peut aussi être imprégné en plusieurs fois. The precursors of the active phase can be introduced simultaneously or successively. The impregnation of each precursor can advantageously be carried out in at least two stages. The different precursors can thus be advantageously impregnated successively with a different impregnation and maturation time. One of the precursors can also be impregnated several times.
De préférence, les précurseurs de la phase active sont introduits simultanément. Preferably, the precursors of the active phase are introduced simultaneously.
Les précurseurs de nickel qui peuvent être utilisés sont avantageusement choisis parmi les oxydes, les hydroxydes, les hydroxycarbonates, les carbonates et les nitrates de nickel, par exemple, l'hydroxycarbonate de nickel, le carbonate ou l'hydroxyde de nickel sont utilisés de manière préférée. The nickel precursors which can be used are advantageously chosen from nickel oxides, hydroxides, hydroxycarbonates, carbonates and nitrates, for example nickel hydroxycarbonate, nickel carbonate or hydroxide are used so favourite.
Les précurseurs de molybdène qui peuvent être utilisés sont bien connus de l'Homme du métier. Par exemple, parmi les sources de molybdène, on peut utiliser les oxydes et hydroxydes, les acides molybdiques et leurs sels en particulier les sels d'ammonium tels que le molybdate d'ammonium, l'heptamolybdate d'ammonium, l'acide phosphomolybdique (H3PM012O40) et leurs sels, et éventuellement l'acide silicomolybdique (H4SiMo12O40) et ses
sels. Les sources de molybdène peuvent également être des hétéropolycom posés de type Keggin, Keggin lacunaire, Keggin substitué, Dawson, Anderson, Strandberg, par exemple. On utilise de préférence le trioxyde de molybdène et les hétéropolyanions de type Strandberg, Keggin, Keggin lacunaire ou Keggin substitué. The molybdenum precursors which can be used are well known to those skilled in the art. For example, among the sources of molybdenum, it is possible to use oxides and hydroxides, molybdic acids and their salts, in particular ammonium salts such as ammonium molybdate, ammonium heptamolybdate, phosphomolybdic acid ( H3PM012O40) and their salts, and possibly silicomolybdic acid (H 4 SiMo 12 O 40 ) and its salts. The sources of molybdenum can also be heteropoly compounds of the Keggin, lacunary Keggin, substituted Keggin, Dawson, Anderson, Strandberg type, for example. Preferably, molybdenum trioxide and heteropolyanions of the Strandberg, Keggin, lacunary Keggin or substituted Keggin type are used.
Les précurseurs de tungstène qui peuvent être utilisés sont également bien connus de l'Homme du métier. Par exemple, parmi les sources de tungstène, on peut utiliser les oxydes et hydroxydes, les acides tungstiques et leurs sels en particulier les sels d'ammonium tels que le tungstate d'ammonium, le métatungstate d'ammonium, l'acide phosphotungstique et leurs sels, et éventuellement l'acide silicotungstique (H4SiW12O40) et ses sels. Les sources de tungstène peuvent également être des hétéropolycomposés de type Keggin, Keggin lacunaire, Keggin substitué, Dawson, par exemple. On utilise de préférence les oxydes et les sels d'ammonium tel que le métatungstate d'ammonium ou les hétéropolyanions de type Keggin, Keggin lacunaire ou Keggin substitué. The tungsten precursors which can be used are also well known to those skilled in the art. For example, among the sources of tungsten, it is possible to use oxides and hydroxides, tungstic acids and their salts, in particular ammonium salts such as ammonium tungstate, ammonium metatungstate, phosphotungstic acid and their salts, and optionally silicotungstic acid (H 4 SiW 12 O 40 ) and its salts. The sources of tungsten can also be heteropolycompounds of Keggin, lacunary Keggin, substituted Keggin, Dawson type, for example. Preferably, ammonium oxides and salts are used, such as ammonium metatungstate or heteropolyanions of Keggin, lacunary Keggin or substituted Keggin type.
Le phosphore peut être introduit en totalité ou en partie par imprégnation. De préférence, il est introduit par une imprégnation, de préférence à sec, à l’aide d’une solution contenant les précurseurs de nickel, molybdène et tungstène. The phosphorus can be introduced in whole or in part by impregnation. Preferably, it is introduced by impregnation, preferably dry, using a solution containing the precursors of nickel, molybdenum and tungsten.
Ledit phosphore peut être avantageusement introduit seul ou en mélange avec la phase active, et ce au cours de n’importe laquelle des étapes d’imprégnation de la fonction hydrogénante si celle-ci est introduite en plusieurs fois. Ledit phosphore peut aussi être introduit, tout ou partie, lors de l’imprégnation d’un composé organique contenant de l’oxygène et/ou de l’azote et/ou du soufre si celui-ci est introduit séparément de la fonction hydrogénante (cas de la post- et pré-imprégnation décrites ultérieurement). Il peut également être introduit dès la synthèse du support, à n’importe quelle étape de la synthèse de celui-ci. Il peut ainsi être introduit avant, pendant ou après le malaxage de la matrice gel d’alumine choisie, telle que par exemple et de préférence l’oxyhydroxyde d’aluminium (boehmite) précurseur de l’alumine.
Le précurseur de phosphore préféré est l'acide orthophosphorique H3PO4, mais ses sels et esters comme les phosphates d'ammonium conviennent également. Le phosphore peut également être introduit en même temps que le(s) élément(s) du groupe VIB sous la forme d'hétéropolyanions de Keggin, Keggin lacunaire, Keggin substitué ou de type Strandberg.Said phosphorus can advantageously be introduced alone or mixed with the active phase, and this during any of the steps of impregnation of the hydrogenating function if the latter is introduced several times. Said phosphorus can also be introduced, in whole or in part, during the impregnation of an organic compound containing oxygen and/or nitrogen and/or sulfur if the latter is introduced separately from the hydrogenating function ( case of post- and pre-impregnation described later). It can also be introduced from the synthesis of the support, at any stage of the synthesis of the latter. It can thus be introduced before, during or after the kneading of the chosen alumina gel matrix, such as for example and preferably aluminum oxyhydroxide (boehmite) precursor of alumina. The preferred phosphorus precursor is orthophosphoric acid H 3 PO 4 , but its salts and esters such as ammonium phosphates are also suitable. The phosphorus can also be introduced at the same time as the element(s) of group VIB in the form of heteropolyanions of Keggin, lacunary Keggin, substituted Keggin or of the Strandberg type.
Toute solution d'imprégnation décrite dans la présente invention peut comprendre tout solvant polaire connu de l'Homme du métier. Ledit solvant polaire utilisé est avantageusement choisi dans le groupe formé par le méthanol, l'éthanol, l'eau, le phénol, le cyclohexanol, pris seuls ou en mélange. De manière préférée, on utilise un solvant protique polaire. Une liste des solvants polaires usuels ainsi que leur constante diélectrique peut être trouvée dans le livre « Solvents and Solvent Effects in Organic Chemistry », C. Reichardt, Wiley-VCH, 3eme édition, 2003, pages 472-474. De manière très préférée, le solvant utilisé est l’eau ou l'éthanol, et de manière particulièrement préférée, le solvant est l’eau. Dans un mode de réalisation possible, le solvant peut être absent dans la solution d’imprégnation.Any impregnation solution described in the present invention can comprise any polar solvent known to those skilled in the art. Said polar solvent used is advantageously chosen from the group formed by methanol, ethanol, water, phenol, cyclohexanol, taken alone or as a mixture. Preferably, a polar protic solvent is used. A list of the usual polar solvents as well as their dielectric constant can be found in the book “Solvents and Solvent Effects in Organic Chemistry”, C. Reichardt, Wiley-VCH, 3rd edition, 2003, pages 472-474. Very preferably, the solvent used is water or ethanol, and particularly preferably, the solvent is water. In a possible embodiment, the solvent may be absent in the impregnation solution.
Lorsque le premier ou le deuxième catalyseurs comprend en outre un dopant choisi parmi le bore, le fluor ou un mélange de bore et de fluor, l’introduction de ce(s) dopant(s) peut se faire de la même manière que l’introduction du phosphore décrite ci-dessus à diverses étapes de la préparation et de diverses manières. When the first or the second catalyst also comprises a dopant chosen from boron, fluorine or a mixture of boron and fluorine, the introduction of this (these) dopant(s) can be done in the same way as the introduction of phosphorus described above at various stages of preparation and in various ways.
Les précurseurs de bore peuvent être l'acide borique, l'acide orthoborique H3BO3, le biborate ou le pentaborate d'ammonium, l'oxyde de bore, les esters boriques. Le bore peut être introduit par exemple par une solution d'acide borique dans un mélange eau/alcool ou encore dans un mélange eau/éthanolamine. De préférence le précurseur de bore, si du bore est introduit, est l’acide orthoborique. The boron precursors can be boric acid, orthoboric acid H 3 BO 3 , ammonium biborate or pentaborate, boron oxide, boric esters. The boron can be introduced for example by a solution of boric acid in a water/alcohol mixture or else in a water/ethanolamine mixture. Preferably the boron precursor, if boron is introduced, is orthoboric acid.
Les précurseurs de fluor qui peuvent être utilisés sont bien connus de l'Homme du métier. Par exemple, les anions fluorures peuvent être introduits sous forme d'acide fluorhydrique ou de ses sels. Ces sels sont formés avec des métaux alcalins, l'ammonium ou un composé organique. Dans ce dernier cas, le sel est avantageusement formé dans le mélange réactionnel par réaction entre le composé organique et l'acide fluorhydrique. Le fluor peut
être introduit par exemple par imprégnation d'une solution aqueuse d'acide fluorhydrique, ou de fluorure d'ammonium ou encore de bifluorure d'ammonium. The fluorine precursors which can be used are well known to those skilled in the art. For example, the fluoride anions can be introduced in the form of hydrofluoric acid or its salts. These salts are formed with alkali metals, ammonium or an organic compound. In the latter case, the salt is advantageously formed in the reaction mixture by reaction between the organic compound and hydrofluoric acid. Fluoride can be introduced for example by impregnation with an aqueous solution of hydrofluoric acid, or ammonium fluoride or ammonium bifluoride.
Lorsque le premier ou le deuxième catalyseur comprend en outre un composé organique contenant de l’oxygène et/ou de l’azote et/ou du soufre, celui-ci est introduit avant l’étape de séchage ii). Le composé organique est en règle général introduit par imprégnation, en présence ou non de la phase active et du phosphore et en présence ou non d’un solvant.When the first or the second catalyst also comprises an organic compound containing oxygen and/or nitrogen and/or sulfur, the latter is introduced before the drying stage ii). The organic compound is generally introduced by impregnation, in the presence or absence of the active phase and phosphorus and in the presence or absence of a solvent.
L’introduction du composé organique comporte plusieurs modes de mise en œuvre qui se distinguent notamment par le moment de l’introduction du composé organique par rapport à l’introduction des métaux. Elle peut être effectuée soit en même temps que l’imprégnation des métaux (co-imprégnation), soit après l’imprégnation des métaux (post-imprégnation), ou enfin avant l’imprégnation des métaux (pré-imprégnation) notamment lors de la préparation du support, et de manière préférentielle lors de la mise en forme ou par imprégnation sur un support déjà formé. Chaque mode, pris seul ou en combinaison, peut se dérouler en une ou plusieurs étapes. The introduction of the organic compound comprises several modes of implementation which are distinguished in particular by the moment of the introduction of the organic compound compared to the introduction of the metals. It can be carried out either at the same time as the impregnation of the metals (co-impregnation), or after the impregnation of the metals (post-impregnation), or finally before the impregnation of the metals (pre-impregnation) in particular during the preparation of the support, and preferably during shaping or by impregnation on an already formed support. Each mode, taken alone or in combination, can take place in one or more stages.
De plus, l’étape de mise en contact peut combiner au moins deux modes de mise en œuvre, par exemple la co-imprégnation et la post-imprégnation. Selon un mode de réalisation alternatif, la mise en contact selon l’étape i) combine au moins deux modes de mise en contact, par exemple la co-imprégnation de la phase active et du phosphore avec un composé organique, suivi d’un séchage à une température inférieure à 200°C, puis d’une post-imprégnation d’un composé organique qui peut être identique ou différent de celui utilisé pour la co-imprégnation. Chaque mode, pris seul ou en combinaison, peut se dérouler en une ou plusieurs étapes. In addition, the contacting step can combine at least two modes of implementation, for example co-impregnation and post-impregnation. According to an alternative embodiment, the contacting according to step i) combines at least two modes of contacting, for example the co-impregnation of the active phase and of the phosphorus with an organic compound, followed by drying at a temperature below 200° C., followed by post-impregnation with an organic compound which may be identical to or different from that used for the co-impregnation. Each mode, taken alone or in combination, can take place in one or more stages.
Le(s) composé(s) organique(s) est(sont) avantageusement introduits dans une solution d’imprégnation qui, selon le mode de préparation, peut être la même solution ou une solution différente de celle contenant les précurseurs de la phase active et le phosphore, dans une quantité correspondant :
- à un rapport molaire du composé organique par la somme du ou des éléments du groupe VIB des précurseurs de catalyseur (Mo pour le premier catalyseur ou (Mo et W) pour le deuxième catalyseur) compris entre 0,01 et 5 mol/mol, de préférence compris entre 0,05 et 3 mol/mol, de manière préférée compris entre 0,05 et 1,5 mol/mol et de manière très préférée, compris entre 0,1 et 1 ,2 mol/mol, calculé sur la base des composants introduits dans la ou les solution(s) d’imprégnation, et The organic compound(s) is (are) advantageously introduced into an impregnation solution which, depending on the method of preparation, can be the same solution or a different solution from that containing the precursors of the active phase and phosphorus, in an amount corresponding to: - at a molar ratio of the organic compound to the sum of the group VIB element(s) of the catalyst precursors (Mo for the first catalyst or (Mo and W) for the second catalyst) of between 0.01 and 5 mol/mol, preferably between 0.05 and 3 mol/mol, preferably between 0.05 and 1.5 mol/mol and very preferably between 0.1 and 1.2 mol/mol, calculated on the base of the components introduced into the impregnation solution(s), and
- à un rapport molaire du composé organique par nickel compris entre 0,02 et 17 mol/mol, de préférence compris entre 0,1 et 10 mol/mol, de manière préférée compris entre 0,15 et 8 mol/mol et de manière très préférée, compris entre 0,6 et 5 mol/mol, calculé sur la base des composants introduits dans la ou les solution(s) d’imprégnation. - at a molar ratio of the organic compound to nickel of between 0.02 and 17 mol/mol, preferably between 0.1 and 10 mol/mol, preferably between 0.15 and 8 mol/mol and so very preferred, between 0.6 and 5 mol/mol, calculated on the basis of the components introduced into the impregnation solution(s).
Lorsque plusieurs composés organiques sont présents, les différents rapports molaires s’appliquent pour chacun des composés organiques présents. When more than one organic compound is present, the different molar ratios apply for each of the organic compounds present.
Avantageusement, après chaque étape d’imprégnation, on laisse maturer le support imprégné. La maturation permet à la solution d’imprégnation de se disperser de manière homogène au sein du support. Advantageously, after each impregnation step, the impregnated support is allowed to mature. Curing allows the impregnation solution to disperse evenly within the support.
Toute étape de maturation décrite dans la présente invention est avantageusement réalisée à pression atmosphérique, dans une atmosphère saturée en eau et à une température comprise entre 17°C et 50°C, et de préférence à température ambiante. Généralement une durée de maturation comprise entre dix minutes et quarante-huit heures et de préférence comprise entre trente minutes et cinq heures, est suffisante. Des durées plus longues ne sont pas exclues, mais n’apportent pas nécessairement d’amélioration. Any maturation step described in the present invention is advantageously carried out at atmospheric pressure, in an atmosphere saturated with water and at a temperature between 17° C. and 50° C., and preferably at room temperature. Generally, a maturation period of between ten minutes and forty-eight hours, and preferably between thirty minutes and five hours, is sufficient. Longer durations are not excluded, but do not necessarily bring improvement.
Conformément à l’étape ii) du procédé de préparation selon l’invention, le précurseur de catalyseur obtenu à l’étape i) éventuellement maturé est soumis à une étape de séchage à une température inférieure à 200°C, de préférence comprise entre 50 et 180°C, de manière préférée entre 70 et 150°C et de manière très préférée entre 75 et 130°C. In accordance with step ii) of the preparation process according to the invention, the catalyst precursor obtained in step i), optionally matured, is subjected to a drying step at a temperature below 200° C., preferably between 50 and 180°C, preferably between 70 and 150°C and very preferably between 75 and 130°C.
L’étape de séchage est avantageusement effectuée par toute technique connue de l’Homme du métier. Elle est avantageusement effectuée à pression atmosphérique ou à pression
réduite, et de préférence à pression atmosphérique. Elle est avantageusement effectuée en lit traversé en utilisant de l'air ou tout autre gaz chaud. De manière préférée, lorsque le séchage est effectué en lit fixe, le gaz utilisé est soit l'air, soit un gaz inerte comme l'argon ou l'azote. De manière très préférée le séchage est réalisé en lit traversé en présence d'azote et/ou d’air. De préférence, l’étape de séchage a une durée courte comprise entre 5 minutes et 4 heures, de préférence entre 30 minutes et 4 heures et de manière très préférée entre 1 heure et 3 heures. Lorsqu’un composé organique est présent, le séchage est alors conduit de manière à préférentiellement conserver au moins 30 % du composé organique introduit, de préférence cette quantité est supérieure à 50% et de manière encore plus préférée, supérieure à 70%, calculée sur la base du carbone restant sur le catalyseur. A l’issue de l’étape de séchage b), on obtient un catalyseur séché. The drying step is advantageously carried out by any technique known to those skilled in the art. It is advantageously carried out at atmospheric pressure or at pressure reduced, and preferably at atmospheric pressure. It is advantageously carried out in a traversed bed using air or any other hot gas. Preferably, when the drying is carried out in a fixed bed, the gas used is either air or an inert gas such as argon or nitrogen. Very preferably, the drying is carried out in a traversed bed in the presence of nitrogen and/or air. Preferably, the drying step has a short duration of between 5 minutes and 4 hours, preferably between 30 minutes and 4 hours and very preferably between 1 hour and 3 hours. When an organic compound is present, the drying is then carried out so as to preferably retain at least 30% of the organic compound introduced, preferably this quantity is greater than 50% and even more preferably, greater than 70%, calculated on the carbon base remaining on the catalyst. At the end of the drying step b), a dried catalyst is obtained.
Optionnellement, l’étape de séchage ii) peut être suivie d’une étape de calcination iii). Optionally, the drying step ii) can be followed by a calcination step iii).
Selon cette variante, à l’issue de l’étape ii) de séchage, on effectue une étape de calcination c) à une température comprise entre 200°C et 600°C, de préférence comprise entre 250°C et 550°C, sous une atmosphère inerte (azote par exemple) ou sous une atmosphère contenant de l’oxygène (air par exemple). La durée de ce traitement thermique est généralement comprise entre 0,5 heures et 16 heures, de préférence entre 1 heure et 5 heures. Après ce traitement, la phase active se trouve ainsi sous forme oxyde, les hétéropolyanions sont ainsi transformés en oxydes. De même, le catalyseur ne contient plus ou très peu de composé organique lorsqu’il a été introduit. Cependant l’introduction du composé organique lors de sa préparation a permis d’augmenter la dispersion de la phase active menant ainsi à un catalyseur plus actif. According to this variant, at the end of step ii) of drying, a calcination step c) is carried out at a temperature between 200° C. and 600° C., preferably between 250° C. and 550° C., under an inert atmosphere (nitrogen for example) or under an atmosphere containing oxygen (air for example). The duration of this heat treatment is generally between 0.5 hours and 16 hours, preferably between 1 hour and 5 hours. After this treatment, the active phase is thus in oxide form, the heteropolyanions are thus transformed into oxides. Similarly, the catalyst no longer contains or contains very little organic compound when it was introduced. However, the introduction of the organic compound during its preparation made it possible to increase the dispersion of the active phase, thus leading to a more active catalyst.
Lorsqu’un composé organique est présent, le catalyseur n’est de préférence pas soumis à une calcination. On entend ici par calcination un traitement thermique sous un gaz contenant de l’air ou de l’oxygène à une température supérieure ou égale à 200°C. When an organic compound is present, the catalyst is preferably not subjected to calcination. Here, calcination means a heat treatment under a gas containing air or oxygen at a temperature greater than or equal to 200°C.
Cependant, le précurseur de catalyseur peut subir une étape de calcination avant l’introduction du composé organique, notamment après l'imprégnation de la phase active, et du phosphore.
Le premier ou le deuxième catalyseur peut être un catalyseur frais, c’est-à-dire un catalyseur qui n’a pas été utilisé comme catalyseur auparavant dans une unité catalytique et notamment en hydrotraitement. However, the catalyst precursor can undergo a calcination step before the introduction of the organic compound, in particular after the impregnation of the active phase, and of the phosphorus. The first or the second catalyst can be a fresh catalyst, that is to say a catalyst which has not been used as a catalyst before in a catalytic unit and in particular in hydrotreating.
Le premier ou le deuxième catalyseur selon l’invention peut aussi être un catalyseur régénéré et/ou réjuvéné. On entend par un catalyseur régénéré et/ou réjuvéné un catalyseur qui a été utilisé en tant que catalyseur dans une unité catalytique et notamment en hydrotraitement et/ou hydrocraquage et qui a été soumis à au moins une étape d’élimination partielle ou totale du coke par exemple par calcination (régénération). La régénération peut être réalisée par tous les moyens connus de l'Homme du métier. La régénération est en général réalisée par calcination à des températures comprises entre 350 et 550°C, et le plus souvent entre 400 et 520°C, ou entre 420 et 520°C, ou encore entre 450 et 520°C, des températures inférieures à 500°C étant souvent avantageuses. The first or the second catalyst according to the invention can also be a regenerated and/or rejuvenated catalyst. A regenerated and/or rejuvenated catalyst is understood to mean a catalyst which has been used as a catalyst in a catalytic unit and in particular in hydrotreating and/or hydrocracking and which has been subjected to at least one stage of partial or total removal of the coke for example by calcination (regeneration). The regeneration can be carried out by any means known to those skilled in the art. Regeneration is generally carried out by calcination at temperatures between 350 and 550°C, and most often between 400 and 520°C, or between 420 and 520°C, or even between 450 and 520°C, lower temperatures at 500° C. being often advantageous.
Lorsque le catalyseur régénéré ne comprend plus assez de phase active et/ou de phosphore ou qu’il présente un ratio ou des ratios en dehors des ratios préférés décrits ci-dessus, le catalyseur régénéré peut être réjuvéné en introduisant un ou plusieurs précurseurs de la phase active et/ou le phosphore dans le catalyseur régénéré. Il est également possible d’introduire au moins un composé organique simultanément avec les métaux et le phosphore ou séparément. Le composé organique introduit peut être identique ou pas au composé organique du catalyseur frais lorsque ce catalyseur comportait un tel composé organique. Les conditions opératoires décrites ci-avant concernant la maturation, le séchage et la calcination optionnelle et la sulfuration optionnelle sont bien entendu applicables dans le cadre de ce dernier mode de réalisation. When the regenerated catalyst no longer comprises enough active phase and/or phosphorus or it has a ratio or ratios outside the preferred ratios described above, the regenerated catalyst can be rejuvenated by introducing one or more precursors of the active phase and/or phosphorus in the regenerated catalyst. It is also possible to introduce at least one organic compound simultaneously with the metals and the phosphorus or separately. The organic compound introduced may or may not be identical to the organic compound of the fresh catalyst when this catalyst included such an organic compound. The operating conditions described above concerning the maturation, the drying and the optional calcination and the optional sulfurization are of course applicable in the context of this last embodiment.
Avant son utilisation pour la réaction d'hydrotraitement, il est avantageux de transformer le premier et/ou le deuxième catalyseurs en un catalyseur sulfuré afin de former son espèce active. Cette étape d’activation ou de sulfuration s’effectue par les méthodes bien connues de l'Homme de l'art, et avantageusement sous une atmosphère sulfo-réductrice en présence d’hydrogène et d’hydrogène sulfuré.
Selon une variante, le premier ou le deuxième catalyseur est avantageusement soumis à une étape de sulfuration après l’étape ii) de séchage ou l’étape iii) de calcination optionnelle.Before its use for the hydrotreating reaction, it is advantageous to transform the first and/or the second catalyst into a sulphide catalyst in order to form its active species. This activation or sulfurization step is carried out by methods well known to those skilled in the art, and advantageously under a sulphur-reducing atmosphere in the presence of hydrogen and hydrogen sulphide. According to a variant, the first or the second catalyst is advantageously subjected to a sulfurization stage after the drying stage ii) or the optional calcination stage iii).
Ledit catalyseur est avantageusement sulfuré de manière ex situ ou in situ. Les agents sulfurants sont le gaz H2S, le soufre élémentaire, le CS2, les mercaptans, les sulfures et/ou polysulfures, les coupes hydrocarbonées à point d'ébullition inférieur à 400°C contenant des composes soufres ou tout autre composé contenant du soufre utilisé pour l’activation des charges hydrocarbures en vue de sulfurer le catalyseur. Lesdits composés contenant du soufre sont avantageusement choisis parmi les disulfures d’alkyle tel que par exemple le disulfure de diméthyle (DMDS), les sulfures d’alkyle, tel que par exemple le sulfure de diméthyle, les thiols tel que par exemple le n-butylmercaptan (ou 1-butanethiol) et les composés polysulfures de type tertiononylpolysulfure. Le catalyseur peut également être sulfuré par le soufre contenu dans la charge à désulfurer. De manière préférée, le catalyseur est sulfuré in situ en présence d'un agent sulfurant et d'une charge hydrocarbonée. De manière très préférée le catalyseur est sulfuré in situ en présence d'une charge hydrocarbonée additivée de disulfure de diméthyle. Said catalyst is advantageously sulfurized ex situ or in situ. Sulfurizing agents are H 2 S gas, elemental sulphur, CS 2 , mercaptans, sulphides and/or polysulphides, hydrocarbon cuts with a boiling point below 400°C containing sulfur compounds or any other compound containing sulfur used for the activation of the hydrocarbon charges in order to sulfurize the catalyst. Said compounds containing sulfur are advantageously chosen from alkyl disulphides such as for example dimethyl disulphide (DMDS), alkyl sulphides, such as for example dimethyl sulphide, thiols such as for example n- butyl mercaptan (or 1-butanethiol) and polysulphide compounds of the tertiononylpolysulphide type. The catalyst can also be sulfurized by the sulfur contained in the charge to be desulfurized. Preferably, the catalyst is sulfurized in situ in the presence of a sulfurizing agent and a hydrocarbon charge. Very preferably, the catalyst is sulfurized in situ in the presence of a hydrocarbon feed containing dimethyl disulfide.
Application du procédé selon l’invention dans un procédé ULSD d’une coupe gazoleApplication of the process according to the invention in a ULSD process of a diesel fraction
Selon un premier mode d’utilisation, ledit procédé d'hydrotraitement selon l'invention est un procédé d'hydrotraitement, et notamment d’hydrodésulfuration (HDS) d'une coupe gazole réalisé en présence dudit enchaînement de catalyseurs. Ledit procédé d'hydrotraitement selon l'invention vise à éliminer les composés soufrés présents dans ladite coupe gazole de façon à atteindre les normes environnementales en vigueur, à savoir une teneur en soufre autorisée jusqu'à 10 ppm. Il permet aussi de réduire significativement les teneurs en aromatiques et en azote de la coupe gazole à hydrotraiter. According to a first mode of use, said hydrotreating process according to the invention is a hydrotreating process, and in particular hydrodesulfurization (HDS) of a diesel fraction carried out in the presence of said sequence of catalysts. Said hydrotreating process according to the invention aims to eliminate the sulfur compounds present in said gas oil cut so as to achieve the environmental standards in force, namely an authorized sulfur content of up to 10 ppm. It also makes it possible to significantly reduce the aromatics and nitrogen contents of the gas oil cut to be hydrotreated.
Ladite coupe gazole à hydrotraiter selon le procédé de l'invention contient de 0,02 à 5,0 % poids de soufre. Elle est avantageusement issue de la distillation directe (ou gazole straight run selon la terminologie anglo-saxonne), d’une unité de cokéfaction (coking selon la terminologie anglo-saxonne), d'une unité de viscoréduction (visbreaking selon la terminologie anglo-saxonne), d'une unité de vapocraquage (steam cracking selon la terminologie anglo-
saxonne), d’une unité d’hydrotraitement et/ou d’hydrocraquage de charges plus lourdes et/ou d'une unité de craquage catalytique (Fluid Catalytic Cracking selon la terminologie anglo- saxonne). Ladite coupe gazole présente préférentiellement au moins 90% des composés dont la température d’ébullition est comprise entre 250°C et 400°C à pression atmosphérique. Said gas oil cut to be hydrotreated according to the process of the invention contains from 0.02 to 5.0% by weight of sulphur. It is advantageously derived from direct distillation (or straight run gas oil according to Anglo-Saxon terminology), from a coking unit (coking according to Anglo-Saxon terminology), from a visbreaking unit (visbreaking according to Anglo-Saxon terminology). Saxony), a steam cracking unit (steam cracking according to the Anglo- Saxon), a unit for the hydrotreating and/or hydrocracking of heavier feedstocks and/or a catalytic cracking unit (Fluid Catalytic Cracking according to the Anglo-Saxon terminology). Said gas oil fraction preferably has at least 90% of the compounds whose boiling point is between 250° C. and 400° C. at atmospheric pressure.
Le procédé d'hydrotraitement de ladite coupe gazole selon l'invention est mis en œuvre dans les conditions opératoires suivantes : une température comprise entre 200°C et 400°C, préférentiellement entre 300°C et 380°C, une pression totale comprise entre 2 MPa et 10 MPa et plus préférentiellement entre 3 MPa et 8 MPa avec un ratio volume d’hydrogène par volume de charge hydrocarbonée, exprimé en volume d'hydrogène, mesuré dans les conditions normales de température et pression, par volume de charge liquide, compris entre 100 et 600 litres par litre et plus préférentiellement entre 200 et 400 litres par litre et une vitesse volumique horaire (WH) comprise entre 0,5 et 10 h-1, préférentiellement entre 0,7 et 8 h-1. La WH correspond à l'inverse du temps de contact exprimée en heure et est définie par le rapport du débit volumique de charge hydrocarbonée liquide par le volume de catalyseur chargé dans l'unité réactionnelle mettant en œuvre le procédé d'hydrotraitement selon l'invention. L'unité réactionnelle mettant en œuvre le procédé d'hydrotraitement de ladite coupe gazole selon l'invention est préférentiellement opérée en lit fixe. The method for hydrotreating said diesel fraction according to the invention is implemented under the following operating conditions: a temperature between 200°C and 400°C, preferably between 300°C and 380°C, a total pressure between 2 MPa and 10 MPa and more preferably between 3 MPa and 8 MPa with a ratio of volume of hydrogen per volume of hydrocarbon charge, expressed in volume of hydrogen, measured under normal temperature and pressure conditions, per volume of liquid charge, between 100 and 600 liters per liter and more preferably between 200 and 400 liters per liter and an hourly volume rate (WH) between 0.5 and 10 h -1 , preferably between 0.7 and 8 h -1 . The WH corresponds to the inverse of the contact time expressed in hours and is defined by the ratio of the volume flow rate of liquid hydrocarbon feedstock to the volume of catalyst loaded into the reaction unit implementing the hydrotreatment process according to the invention. . The reaction unit implementing the process for hydrotreating said diesel fraction according to the invention is preferably operated in a fixed bed.
Application du procédé selon l’invention dans un procédé d’hydrocraquage Application of the process according to the invention in a hydrocracking process
Selon une deuxième variante, le procédé d’hydrotraitement selon l’invention est avantageusement mis en œuvre comme prétraitement dans un procédé d’hydrocraquage, et plus particulièrement dans un procédé d’hydrocraquage dit en «une étape» ou dans un procédé d’hydrocraquage dit en «deux étapes». Le procédé d'hydrocraquage permet de convertir des fractions pétrolières, en particulier les distillats sous vide (DSV) en produits plus légers et plus valorisables (essence, distillats moyens). Le procédé d’hydrotraitement selon l’invention vise à éliminer les composés soufrés, azotés ou aromatiques présents dans ladite coupe distillât sous vide.
Des charges très variées peuvent être traitées. Généralement elles contiennent au moins 20% volume et souvent au moins 80% volume de composés bouillant au-dessus de 340°C à pression atmosphérique. La charge peut être par exemple des distillats sous vide ainsi que des charges provenant d'unités d'extraction d'aromatiques des bases d’huile lubrifiante ou issues du déparaffinage au solvant des bases d'huile lubrifiante, et/ou d'huiles désasphaltées, ou encore la charge peut être une huile désasphaltée ou des paraffines issues du procédé Fischer-Tropsch ou encore tout mélange des charges précédemment citées. En général, les charges ont un point d'ébullition T5 supérieur à 340°C à pression atmosphérique, et mieux encore supérieur à 370°C à pression atmosphérique, c’est à dire que 95% des composés présents dans la charge ont un point d’ébullition supérieur à 340°C, et mieux encore supérieur à 370°C. La teneur en azote des charges traitées dans les procédés selon l’invention est usuellement supérieure à 200 ppm poids, de préférence comprise entre 500 et 10 000 ppm poids. La teneur en soufre des charges traitées dans les procédés selon l’invention est usuellement comprise entre 0,01 et 5,0 % poids. La charge peut éventuellement contenir des métaux (par exemple le nickel et vanadium). La teneur en asphaltènes est généralement inférieure à 3000 ppm poids. According to a second variant, the hydrotreatment process according to the invention is advantageously implemented as a pretreatment in a hydrocracking process, and more particularly in a so-called "one-step" hydrocracking process or in a hydrocracking process. said in "two stages". The hydrocracking process makes it possible to convert petroleum fractions, in particular vacuum distillates (DSV) into lighter and more recoverable products (gasoline, middle distillates). The hydrotreatment process according to the invention aims to eliminate the sulphurous, nitrogenous or aromatic compounds present in the said vacuum distillate cut. A wide variety of loads can be processed. Generally they contain at least 20% volume and often at least 80% volume of compounds boiling above 340° C. at atmospheric pressure. The feedstock can be, for example, vacuum distillates as well as feedstocks from aromatics extraction units from lubricating oil bases or from solvent dewaxing of lubricating oil bases, and/or deasphalted oils. , or else the filler can be a deasphalted oil or paraffins resulting from the Fischer-Tropsch process or even any mixture of the aforementioned fillers. In general, the fillers have a boiling point T5 greater than 340°C at atmospheric pressure, and better still greater than 370°C at atmospheric pressure, that is to say that 95% of the compounds present in the filler have a point boiling point higher than 340°C, and better still higher than 370°C. The nitrogen content of the feeds treated in the processes according to the invention is usually greater than 200 ppm by weight, preferably between 500 and 10,000 ppm by weight. The sulfur content of the feeds treated in the processes according to the invention is usually between 0.01 and 5.0% by weight. The filler may optionally contain metals (for example nickel and vanadium). The asphaltene content is generally less than 3000 ppm by weight.
Un procédé d’hydrocraquage dit en "une étape", comporte en premier lieu et de façon générale un hydrotraitement poussé qui a pour but de réaliser une HDN, HDS et HDA poussées de la charge avant que celle-ci ne soit envoyée sur le ou les catalyseurs d’hydrocraquage. Ledit procédé d'hydrocraquage en une étape est particulièrement avantageux lorsque le(s)dit(s) catalyseur(s) d'hydrocraquage comprenne(nt) un support comportant des cristaux de zéolithe. Cet hydrotraitement poussé de la charge n’entraîne qu’une conversion limitée de la charge, en fractions plus légères, qui reste insuffisante et doit donc être complétée sur le(s) catalyseur(s) d’hydrocraquage plus actif(s). Cependant, il est à noter qu’aucune séparation des effluents n’intervient entre les différents lits catalytiques : la totalité de l’effluent en sortie du lit catalytique d'hydrotraitement est injectée sur le ou les lit(s) catalytique(s) contenant le(s)dit(s) catalyseur(s) d’hydrocraquage puis une séparation des produits formés est réalisée. Cette version de l’hydrocraquage possède une variante qui présente un recyclage de la fraction non convertie vers au moins l'un des lits catalytiques
d'hydrocraquage en vue d'une conversion plus poussée de la charge. Avantageusement, le procédé d’hydrotraitement selon l’invention comprenant l’enchaînement spécifique selon l’invention, est mis en œuvre en amont d'un catalyseur d'hydrocraquage dans un procédé d'hydrocraquage en une étape. Il permet en outre de limiter la teneur en azote à l'issue de l'étape de prétraitement afin de protéger le catalyseur d'hydrocraquage à base de zéolithe qui est très sensible à l'azote. A so-called "one-step" hydrocracking process firstly and generally comprises extensive hydrotreating, the purpose of which is to carry out extensive HDN, HDS and HDA of the feedstock before it is sent to the hydrocracking catalysts. Said one-step hydrocracking process is particularly advantageous when said hydrocracking catalyst(s) comprise(s) a support comprising zeolite crystals. This extensive hydrotreating of the feed only results in a limited conversion of the feed, into lighter fractions, which remains insufficient and must therefore be supplemented on the more active hydrocracking catalyst(s). However, it should be noted that no separation of the effluents occurs between the different catalytic beds: all of the effluent leaving the hydrotreatment catalytic bed is injected onto the catalytic bed(s) containing the said hydrocracking catalyst(s) then a separation of the products formed is carried out. This version of hydrocracking has a variant which presents recycling of the unconverted fraction to at least one of the catalytic beds. hydrocracking for further feed conversion. Advantageously, the hydrotreatment process according to the invention comprising the specific sequence according to the invention, is implemented upstream of a hydrocracking catalyst in a one-step hydrocracking process. It also makes it possible to limit the nitrogen content at the end of the pretreatment stage in order to protect the hydrocracking catalyst based on zeolite which is very sensitive to nitrogen.
Un procédé d’hydrocraquage dit en "deux étapes" comporte une première étape qui a pour objectif, comme dans le procédé "une étape", de réaliser l’hydrotraitement de la charge, mais aussi d’atteindre une conversion de cette dernière de l’ordre en général de 40 à 60%. L’effluent issu de la première étape subit ensuite une séparation, généralement par distillation, appelée le plus souvent séparation intermédiaire, qui a pour objectif de séparer les produits de conversion de la fraction non convertie. Dans la deuxième étape du procédé d’hydrocraquage en deux étapes selon l'invention, seule la fraction de la charge non convertie lors de la première étape est traitée. Cette séparation permet au procédé d’hydrocraquage en deux étapes selon l'invention d’être plus sélectif en distillât moyen (kérosène + diesel) que le procédé en une étape selon l'invention. En effet, la séparation intermédiaire des produits de conversion évite leur ”sur-craquage” en naphta et gaz dans la deuxième étape sur le(s) catalyseur(s) d’hydrocraquage. Par ailleurs, il est à noter que la fraction non convertie de la charge traitée dans la deuxième étape contient en général de très faibles teneurs en NH3 ainsi qu’en composés azotés organiques, en général moins de 20 ppm poids voire moins de 10 ppm poids. A so-called "two-stage" hydrocracking process comprises a first stage whose objective, as in the "one-stage" process, is to carry out the hydrotreating of the feed, but also to achieve a conversion of the latter of 'order in general from 40 to 60%. The effluent from the first stage then undergoes separation, generally by distillation, most often called intermediate separation, the purpose of which is to separate the conversion products from the unconverted fraction. In the second stage of the two-stage hydrocracking process according to the invention, only the fraction of the feed not converted during the first stage is treated. This separation allows the two-step hydrocracking process according to the invention to be more selective in middle distillate (kerosene+diesel) than the one-step process according to the invention. Indeed, the intermediate separation of the conversion products avoids their “over-cracking” into naphtha and gas in the second stage on the hydrocracking catalyst(s). Furthermore, it should be noted that the unconverted fraction of the feed treated in the second stage generally contains very low levels of NH 3 as well as organic nitrogen compounds, generally less than 20 ppm by weight or even less than 10 ppm. weight.
Ladite première étape est mise en œuvre en présence de l’enchaînement spécifique de catalyseurs selon l’invention, et d’un catalyseur d'hydrocraquage afin d’effectuer un hydrotraitement et une conversion de l’ordre en général de 40 à 60%. Les lits catalytiques de l’enchaînement spécifique de catalyseurs selon l’invention se trouvent avantageusement en amont du catalyseur d’hydrocraquage. Ladite deuxième étape est généralement mise en œuvre en présence d'un catalyseur d'hydrocraquage de composition différente de celui présent pour la mise en œuvre de ladite première étape.
Les procédés d'hydrocraquage sont généralement effectués à une température comprise entre 250 et 480°C, avantageusement comprise entre 320 et 450°C, de préférence entre 330 et 435°C, sous une pression comprise entre 2 et 25 MPa, de manière préférée entre 3 et 20 MPa, la vitesse volumique horaire de la charge par rapport au volume de chaque catalyseur (WH) est avantageusement comprise entre 0,1 et 40 h-1, de préférence entre 0,2 et 12 h-1, de manière très préférée entre 0,4 et 6 h-1 et le rapport hydrogène/charge exprimé en normaux mètres cube (Nm3) d’hydrogène par mètre cube (m3) de charge hydrocarbonée est avantageusement compris entre 80 N L/L et 5000 N L/L, de préférence entre 100 et 2000 N L/L. Les procédés d'hydrocraquage de distillats sous vide couvrent les domaines de pression et de conversion allant de l'hydrocraquage doux à l'hydrocraquage haute pression. On entend par hydrocraquage doux, un hydrocraquage conduisant à des conversions modérées, généralement inférieures à 40%, et fonctionnant à basse pression, généralement entre 2 MPa et 6 MPa. Said first stage is implemented in the presence of the specific sequence of catalysts according to the invention, and of a hydrocracking catalyst in order to carry out a hydrotreatment and a conversion of the order in general of 40 to 60%. The catalytic beds of the specific sequence of catalysts according to the invention are advantageously located upstream of the hydrocracking catalyst. Said second stage is generally implemented in the presence of a hydrocracking catalyst of different composition from that present for the implementation of said first stage. The hydrocracking processes are generally carried out at a temperature of between 250 and 480° C., advantageously between 320 and 450° C., preferably between 330 and 435° C., under a pressure of between 2 and 25 MPa, preferably between 3 and 20 MPa, the hourly volume rate of the feed relative to the volume of each catalyst (WH) is advantageously between 0.1 and 40 h -1 , preferably between 0.2 and 12 h -1 , so very preferably between 0.4 and 6 h -1 and the hydrogen/charge ratio expressed in normal cubic meters (Nm 3 ) of hydrogen per cubic meter (m 3 ) of hydrocarbon charge is advantageously between 80 NL/L and 5000 NL /L, preferably between 100 and 2000 NL/L. Vacuum distillate hydrocracking processes cover pressure and conversion ranges from mild hydrocracking to high pressure hydrocracking. By mild hydrocracking is meant hydrocracking leading to moderate conversions, generally less than 40%, and operating at low pressure, generally between 2 MPa and 6 MPa.
Les catalyseurs d'hydrocraquage sont du type bifonctionnel : ils associent une fonction acide à une fonction hydro-déshydrogénante. La fonction acide est apportée par des supports poreux dont les surfaces varient généralement de 150 à 800 m2.g-1 et présentant une acidité superficielle, telles que les alumines halogénées (chlorées ou fluorées notamment), les combinaisons d'oxydes de bore et d'aluminium, les aluminosilicates mésoporeux amorphes ou cristallisés et les zéolithes dispersées dans un liant oxyde. La fonction hydro- déshydrogénante est apportée par la présence d'une phase active à base d'au moins un métal du groupe VIB et éventuellement au moins un métal du groupe VIII du tableau périodique des éléments. Les formulations les plus courantes sont de type nickel-molybdène (NiMo) et nickel-tungstène (NiW) et plus rarement de type cobalt-molybdène (CoMo). Après préparation, la fonction hydro-déshydrogénante se présente souvent sous forme d'oxyde. Les méthodes usuelles conduisant à la formation de la phase hydro-déshydrogénante des catalyseurs d’hydrocraquage consistent en un dépôt de précurseur(s) moléculaire(s) d'au moins un métal du groupe VIB et éventuellement au moins un métal du groupe VIII sur un support oxyde acide par la technique dite "d'imprégnation à sec" suivi des étapes de maturation, séchage et calcination conduisant à la formation de la forme oxydée
du(des)dit(s) métal(aux) employé(s). La forme active et stable pour les procédés d’hydrocraquage étant la forme sulfurée, ces catalyseurs doivent subir une étape de sulfuration. Celle-ci peut être réalisée dans l'unité du procédé associé (on parle alors de sulfuration in-situ) ou préalablement au chargement du catalyseur dans l'unité (on parle alors de sulfuration ex-situ). Hydrocracking catalysts are of the bifunctional type: they combine an acid function with a hydro-dehydrogenating function. The acid function is provided by porous supports, the surfaces of which generally vary from 150 to 800 m 2 .g -1 and exhibit surface acidity, such as halogenated aluminas (chlorinated or fluorinated in particular), combinations of boron oxides and aluminium, amorphous or crystallized mesoporous aluminosilicates and zeolites dispersed in an oxide binder. The hydro-dehydrogenating function is provided by the presence of an active phase based on at least one metal from group VIB and optionally at least one metal from group VIII of the periodic table of the elements. The most common formulations are of the nickel-molybdenum (NiMo) and nickel-tungsten (NiW) type and more rarely of the cobalt-molybdenum (CoMo) type. After preparation, the hydro-dehydrogenating function is often in the form of an oxide. The usual methods leading to the formation of the hydro-dehydrogenating phase of hydrocracking catalysts consist of depositing molecular precursor(s) of at least one metal from group VIB and optionally at least one metal from group VIII on an acid oxide support by the so-called "dry impregnation" technique followed by maturation, drying and calcination stages leading to the formation of the oxidized form of said metal(s) employed. Since the active and stable form for hydrocracking processes is the sulfurized form, these catalysts must undergo a sulfurization step. This can be carried out in the unit of the associated process (we then speak of in-situ sulfurization) or prior to loading the catalyst into the unit (we then speak of ex-situ sulfurization).
Application du procédé selon l’invention dans un procédé de FCC Application of the method according to the invention in an FCC method
Selon une troisième variante, le procédé d’hydrotraitement selon l’invention est avantageusement mis en œuvre comme prétraitement dans un procédé de craquage catalytique à lit fluidisé (ou procédé FCC pour Fluid Catalytic Cracking selon la terminologie anglo-saxonne). Le procédé FCC peut être exécuté de manière classique connue des hommes du métier dans les conditions adéquates de craquage en vue de produire des produits hydrocarbonés de plus faible poids moléculaire. On trouvera par exemple une description sommaire du craquage catalytique (dont la première mise en œuvre industrielle remonte à 1936 (procédé HOUDRY) ou en 1942 pour l'utilisation de catalyseur en lit fluidisé) dans ULLMANS ENCYCLOPEDIA OF INDUSTRIAL CHEMISTRY VOLUME A 18, 1991, pages 61 à 64. According to a third variant, the hydrotreatment process according to the invention is advantageously implemented as pretreatment in a fluidized bed catalytic cracking process (or FCC process for Fluid Catalytic Cracking according to the English terminology). The FCC process can be carried out in a conventional manner known to those skilled in the art under the appropriate cracking conditions in order to produce lower molecular weight hydrocarbon products. For example, a summary description of catalytic cracking (whose first industrial implementation dates back to 1936 (HOUDRY process) or in 1942 for the use of fluidized bed catalyst) can be found in ULLMANS ENCYCLOPEDIA OF INDUSTRIAL CHEMISTRY VOLUME A 18, 1991, pages 61 to 64.
On utilise habituellement un catalyseur classique comprenant une matrice, éventuellement un additif et au moins une zéolithe dans le procédé FCC. La quantité de zéolithe est variable mais habituellement de 3 à 60 % en poids, souvent de 6 à 50 % en poids et le plus souvent de 10 à 45 % en poids par rapport au poids du catalyseur. La zéolithe est habituellement dispersée dans la matrice. La quantité d'additif est habituellement de 0 à 30 % en poids et souvent de 0 à 20 % en poids par rapport au poids du catalyseur. La quantité de matrice représente le complément à 100 % en poids. L'additif est généralement choisi dans le groupe forme par les oxydes des métaux du groupe MA de la classification périodique des éléments tels que par exemple l'oxyde de magnésium ou l'oxyde de calcium, les oxydes des terres rares et les titanates des métaux du groupe MA. La matrice est le plus souvent une silice, une alumine, une silice-alumine, une silice-magnésie, une argile ou un mélange de deux ou plusieurs de ces produits. La zéolithe la plus couramment utilisée est la zéolithe Y.
On effectue le craquage dans un réacteur sensiblement vertical soit en mode ascendant (riser) soit en mode descendant (dropper). Le choix du catalyseur et des conditions opératoires sont fonctions des produits recherchés en fonction de la charge traitée comme cela est par exemple décrit dans l'article de M. MARCILLY pages 990-991 publie dans la revue de l'institut français du pétrole nov.-dec. 1975 pages 969-1006. On opère habituellement à une température de 450 à 600°C et des temps de séjour dans le réacteur inférieurs à 1 minute souvent de 0,1 à 50 secondes. A conventional catalyst comprising a matrix, optionally an additive and at least one zeolite is usually used in the FCC process. The quantity of zeolite is variable but usually from 3 to 60% by weight, often from 6 to 50% by weight and most often from 10 to 45% by weight relative to the weight of the catalyst. The zeolite is usually dispersed in the matrix. The amount of additive is usually 0 to 30% by weight and often 0 to 20% by weight based on the weight of the catalyst. The amount of matrix represents the complement to 100% by weight. The additive is generally chosen from the group formed by the oxides of the metals of group MA of the periodic table of the elements such as, for example, magnesium oxide or calcium oxide, the oxides of the rare earths and the titanates of the metals of the MA group. The matrix is most often a silica, an alumina, a silica-alumina, a silica-magnesia, a clay or a mixture of two or more of these products. The most commonly used zeolite is zeolite Y. The cracking is carried out in a substantially vertical reactor either in ascending mode (riser) or in descending mode (dropper). The choice of the catalyst and of the operating conditions are functions of the desired products as a function of the feedstock treated, as is for example described in the article by M. MARCILLY pages 990-991 published in the review of the French Petroleum Institute Nov. -dec. 1975 pp. 969-1006. The operation is usually carried out at a temperature of 450 to 600° C. and residence times in the reactor of less than 1 minute, often 0.1 to 50 seconds.
Le prétraitement permet en outre de limiter la teneur en azote à l'issue de l'étape de prétraitement afin de protéger le catalyseur de craquage catalytique à base de zéolithe qui est très sensible à l'azote. The pretreatment also makes it possible to limit the nitrogen content at the end of the pretreatment step in order to protect the catalytic cracking catalyst based on zeolite, which is very sensitive to nitrogen.
EXEMPLES EXAMPLES
Les exemples qui suivent démontrent le gain d’activité important en HDA et HDN en utilisant l’enchaînement spécifique selon l’invention. The following examples demonstrate the significant gain in activity in HDA and HDN using the specific sequence according to the invention.
Les exemples 1 à 3 décrivent la préparation de catalyseurs C1 à C3. La composition finale de chaque catalyseur en métaux et en phosphore, exprimée sous forme d'oxydes et rapportée au poids du catalyseur, ainsi que les ratios WO3/MoO3, NiO/(WO3+MoO3) et P2O5/(WO3+MoO3) figurent dans le tableaul ci-dessous. Examples 1 to 3 describe the preparation of catalysts C1 to C3. The final metal and phosphorus composition of each catalyst, expressed in the form of oxides and related to the weight of the catalyst, as well as the ratios WO 3 /MoO 3 , NiO/(WO 3 +MoO 3 ) and P 2 O 5 / (WO 3 +MoO 3 ) are shown in the table below.
Les exemples 4 à 7 décrivent l’évaluation en hydrogénation des aromatiques (HDA) et en hydrodéazotation (HDN) de gazole de différents enchaînements de catalyseurs C1 , C2 et C3. Examples 4 to 7 describe the evaluation in hydrogenation of aromatics (HDA) and in hydrodenitrogenation (HDN) of diesel fuel of different sequences of catalysts C1, C2 and C3.
Exemple 1 : Préparation du catalyseur NiMoP sur alumine C1 Example 1: Preparation of the NiMoP catalyst on C1 alumina
Sur 100 grammes d’un support d’alumine A1 présentant une perte au feu de 4,9 %poids, une surface BET de 230 m2/g, un volume poreux mesuré par porosimétrie au mercure de 0,78 ml/g et un diamètre moyen des pores de 11 ,5 nm défini comme le diamètre médian en volume par porosimétrie au mercure et qui se présente sous la forme « extrudé », on ajoute du nickel, du molybdène, et du phosphore. Le support A1 présente un volume de reprise en eau de 0,77 mL/g. La solution d’imprégnation est préparée par dissolution à 90°C de 37,41
grammes d’oxyde de molybdène (Merck™, pureté > 99,5% poids), de 11 ,96 grammes, d’hydroxycarbonate de nickel (Merck™, pureté 99,9% poids) et 14,53 grammes d’une solution d’acide orthophosphorique (Merck™, 85 % poids dans l’eau) dans 67,2 mL d’eau distillée. Après imprégnation à sec, les extrudés sont laissés à maturer en atmosphère saturée en eau pendant 24 h à température ambiante, puis ils sont séchés à 90°C pendant 16 h. Le support imprégné séché du catalyseur C1 est ensuite additivé par imprégnation à sec d’une solution contenant un mélange de succinate de diméthyle (DMSU) et d’acide acétique (à 75 % de pureté). Les rapports molaires sont les suivants: DMSU/Mo = 0,85 mol/mol, DMSU/acide acétique = 0,5 mol/mol. Le catalyseur subit encore une étape de maturation de 3 h à 20°C sous air puis un séchage dans un four de type lit traversé à 120°C pendant 3 h. Le catalyseur séché ainsi obtenu est noté C1. La composition finale du catalyseur C1 exprimée sous forme d’oxydes est alors la suivante : MoO3 = 25,1 +/- 0,2 (% en poids), NiO = 5,1 +/- 0,1 (% en poids) et P2O5 = 6,0 +- 0, 1 (% en poids). On 100 grams of an A1 alumina support having a loss on ignition of 4.9% by weight, a BET surface of 230 m 2 /g, a porous volume measured by mercury porosimetry of 0.78 ml/g and a average pore diameter of 11.5 nm defined as the median diameter by volume by mercury porosimetry and which is in the “extruded” form, nickel, molybdenum and phosphorus are added. Support A1 has a water uptake volume of 0.77 mL/g. The impregnation solution is prepared by dissolution at 90°C of 37.41 grams of molybdenum oxide (Merck™, purity > 99.5% by weight), 11.96 grams of nickel hydroxycarbonate (Merck™, purity 99.9% by weight) and 14.53 grams of a solution of orthophosphoric acid (Merck™, 85 wt% in water) in 67.2 mL of distilled water. After dry impregnation, the extrudates are left to mature in an atmosphere saturated with water for 24 h at room temperature, then they are dried at 90° C. for 16 h. The dried support impregnated with catalyst C1 is then additived by dry impregnation with a solution containing a mixture of dimethyl succinate (DMSU) and acetic acid (at 75% purity). The molar ratios are as follows: DMSU/Mo=0.85 mol/mol, DMSU/acetic acid=0.5 mol/mol. The catalyst further undergoes a maturation step of 3 h at 20° C. in air then drying in a traversed bed type oven at 120° C. for 3 h. The dried catalyst thus obtained is denoted C1. The final composition of catalyst C1 expressed in the form of oxides is then as follows: MoO 3 = 25.1 +/- 0.2 (% by weight), NiO = 5.1 +/- 0.1 (% by weight ) and P 2 O 5 = 6.0 +- 0.1 (% by weight).
Exemple 2 : Préparation du catalyseur NiMoWP sur alumine C2 Example 2: Preparation of the NiMoWP catalyst on C2 alumina
Sur le même support A1 que présenté dans l’exemple 1, on ajoute du nickel, du molybdène, du tungstène et du phosphore. La solution d’imprégnation est préparée par dissolution à 90°C de l’oxyde de molybdène (Merck™, pureté > 99,5% poids, 6,12 g), de métatungstate d’ammonium hydraté (Merck™, ≥ 85,0 %poids WO3, 74,74 g), de nitrate de nickel hexahydraté (Merck™, pureté 99,999% poids, 26,07 g) et d’une solution d’acide orthophosphorique (Merck™, 85 % poids dans l’eau, 10,24 grammes) dans 68,3 mL d’eau distillée. Après imprégnation à sec de 100 grammes de support A1 , les extrudés sont laissés à maturer en atmosphère saturée en eau pendant 24 h à température ambiante, puis ils sont séchés à 90°C pendant 16 heures. Le catalyseur séché ainsi obtenu est noté C2. On the same support A1 as presented in Example 1, nickel, molybdenum, tungsten and phosphorus are added. The impregnation solution is prepared by dissolving at 90°C molybdenum oxide (Merck™, purity > 99.5% by weight, 6.12 g), hydrated ammonium metatungstate (Merck™, ≥ 85, 0% by weight WO 3 , 74.74 g), nickel nitrate hexahydrate (Merck™, purity 99.999% by weight, 26.07 g) and a solution of orthophosphoric acid (Merck™, 85% by weight in the water, 10.24 grams) in 68.3 mL of distilled water. After dry impregnation of 100 grams of support A1, the extrudates are left to mature in an atmosphere saturated with water for 24 hours at ambient temperature, then they are dried at 90° C. for 16 hours. The dried catalyst thus obtained is denoted C2.
La composition finale du catalyseur C2 exprimée sous forme d’oxydes est alors la suivante : MoO3 = 3,4 +/- 0,1 (% en poids), WO3 = 36,6 +/- 0,2 (% en poids), NiO = 3,7 +/- 0,1 (% en poids) et P2O5 = 3,5 +- 0,1 (% en poids).
Exemple 3 : Préparation du catalyseur NiMoWP sur alumine C3 par post-additivation d’un composé organique (acide ascorbique). The final composition of catalyst C2 expressed in the form of oxides is then the following: MoO 3 = 3.4 +/- 0.1 (% by weight), WO 3 = 36.6 +/- 0.2 (% by weight), NiO = 3.7 +/- 0.1 (% by weight) and P 2 O 5 = 3.5 +- 0.1 (% by weight). Example 3: Preparation of the NiMoWP catalyst on C3 alumina by post-additivation of an organic compound (ascorbic acid).
On imprègne 100 g de précurseur de catalyseur C2 décrit précédemment dans l’exemple 2 et qui se présente sous la forme « extrudé » avec une solution aqueuse contenant 28,78 g d’acide ascorbique (Merck™, pureté 100%) et dont le volume est égal au volume poreux du précurseur de catalyseur C2. Les quantités engagées sont telles que la quantité d’acide ascorbique est de 0,5 mole par moles de molybdène et de tungstène (correspondant à 1 ,9 moles par mole de nickel). Les extrudés sont laissés à maturer en atmosphère saturée en eau pendant 16 h à température ambiante. Le précurseur de catalyseur C3 est alors séché à 120°C durant 2 heures pour donner le catalyseur C3. 100 g of catalyst precursor C2 described above in Example 2 and which is in the "extruded" form are impregnated with an aqueous solution containing 28.78 g of ascorbic acid (Merck™, 100% purity) and whose volume is equal to the pore volume of catalyst precursor C2. The quantities involved are such that the quantity of ascorbic acid is 0.5 mole per mole of molybdenum and tungsten (corresponding to 1.9 moles per mole of nickel). The extrudates are left to mature in an atmosphere saturated with water for 16 h at room temperature. The precursor of catalyst C3 is then dried at 120° C. for 2 hours to give catalyst C3.
La composition finale du catalyseur C3 exprimée sous forme d’oxydes est alors la suivante : MoO3 = 3,4 +/- 0,1 (% en poids), WO3 = 36,6 +/- 0,2 (% en poids), NiO = 3,7 +/- 0,1 (% en poids) et P2O5 = 3,5 +- 0,1 (% en poids). The final composition of catalyst C3 expressed in the form of oxides is then the following: MoO 3 = 3.4 +/- 0.1 (% by weight), WO 3 = 36.6 +/- 0.2 (% by weight), NiO = 3.7 +/- 0.1 (% by weight) and P 2 O 5 = 3.5 +- 0.1 (% by weight).
[Table 1]
Tableau 1 : Composition des catalyseurs C1, C2 et C3. [Table 1] Table 1: Composition of catalysts C1, C2 and C3.
Exemples 4 à 7 : Evaluation en hydrogénation des aromatiques (HDA) et hydrodéazotation (HDN) de gazole d’enchaînements de catalyseurs C1 , C2 et, C3 Examples 4 to 7: Evaluation in hydrogenation of aromatics (HDA) and hydrodenitrogenation (HDN) of gas oil of sequences of catalysts C1, C2 and, C3
Les enchaînements de catalyseurs pris parmi les catalyseurs C1, C2, C3 ont été testés en hydrogénation des aromatiques (HDA) de gazole.
La charge est un mélange de 30 % volume gazole issu de distillation atmosphérique (aussi appelé straight-run selon la terminologie anglo-saxonne) et 70 % volume de gazole léger issu d'une unité de craquage catalytique (aussi appelé LCO pour light cycle oil selon la terminologie anglo-saxonne ). Les caractéristiques de la charge de test utilisée sont les suivantes : densité à 15 °C= 0,8994 g/cm3 (NF EN ISO 12185), indice de réfraction à 20°C = 1,5143 (ASTM D1218-12), teneur en soufre = 0,38% en poids, teneur en azote = 0,05% en poids. The sequences of catalysts taken from catalysts C1, C2, C3 were tested in the hydrogenation of aromatics (HDA) of diesel fuel. The charge is a mixture of 30% volume of gas oil from atmospheric distillation (also called straight-run according to Anglo-Saxon terminology) and 70% volume of light gas oil from a catalytic cracking unit (also called LCO for light cycle oil according to Anglo-Saxon terminology). The characteristics of the test load used are as follows: density at 15°C= 0.8994 g/cm 3 (NF EN ISO 12185), refractive index at 20°C = 1.5143 (ASTM D1218-12), sulfur content = 0.38% by weight, nitrogen content = 0.05% by weight.
• Distillation Simulée (ASTM D2887) : • Simulated Distillation (ASTM D2887):
- PI : 133 °C ; - 10 % : 223 °C ; - IP: 133°C; - 10%: 223°C;
- 50 % : 285 °C ; - 50%: 285°C;
- 90 % : 357 °C ; -90%: 357°C;
- PF : 419 °C. - MP: 419°C.
Le test est mené dans un réacteur pilote isotherme à lit fixe traversé, les fluides circulant de bas en haut. Le réacteur comprend deux zones catalytiques permettant d’évaluer différents enchaînements des catalyseurs C1, C2 et C3. La charge traverse d’abord la première zone chargée avec le premier catalyseur, puis la deuxième zone chargée avec le deuxième catalyseur. The test is carried out in an isothermal pilot reactor with a traversed fixed bed, the fluids circulating from bottom to top. The reactor comprises two catalytic zones making it possible to evaluate different sequences of catalysts C1, C2 and C3. The charge first passes through the first zone charged with the first catalyst, then the second zone charged with the second catalyst.
Selon l’exemple 4 (conforme à l’invention), la première zone est chargée avec le catalyseur C1 (75 % du volume), puis la deuxième avec le catalyseur C2 (25 % du volume). According to Example 4 (in accordance with the invention), the first zone is loaded with catalyst C1 (75% of the volume), then the second with catalyst C2 (25% of the volume).
Selon l’exemple 5 (conforme à l’invention), la première zone est chargée avec le catalyseur C1 (75 % du volume), puis la deuxième avec le catalyseur C3 (25 % du volume). According to Example 5 (in accordance with the invention), the first zone is loaded with catalyst C1 (75% of the volume), then the second with catalyst C3 (25% of the volume).
Selon l’exemple 6 (non-conforme à l’invention), la première zone est chargée avec le catalyseur C1 (40 % du volume), puis la deuxième avec le catalyseur C2 (60 % du volume). Selon l’exemple 7 (non-conforme à l’invention), la première zone est chargée avec le catalyseur C1 (95 % du volume), puis la deuxième avec le catalyseur C2 (5 % du volume).
Les catalyseurs sont préalablement sulfurés in situ à 350°C dans le réacteur sous pression au moyen d’une charge gazole de distillation atmosphérique (straight run selon la terminologie anglo-saxonne) (densité à 15 °C= 0,8491 g/cm3 (N F EN ISO 12185) et teneur initiale en soufre = 0,42 %pds), à laquelle est additionnée 2% en poids de diméthyldisulfure. According to Example 6 (not in accordance with the invention), the first zone is loaded with catalyst C1 (40% by volume), then the second with catalyst C2 (60% by volume). According to Example 7 (not in accordance with the invention), the first zone is loaded with catalyst C1 (95% by volume), then the second with catalyst C2 (5% by volume). The catalysts are previously sulfurized in situ at 350°C in the pressurized reactor by means of an atmospheric distillation gas oil charge (straight run according to Anglo-Saxon terminology) (density at 15°C= 0.8491 g/cm 3 (NF EN ISO 12185) and initial sulfur content = 0.42% by weight), to which is added 2% by weight of dimethyldisulphide.
Les tests catalytiques ont été conduits dans les conditions opératoires suivantes : une pression totale de 8 MPa, un volume total des deux zones catalytiques de 4 cm3, une température de 330°C, avec un débit d’hydrogène de 3,0 L/h et avec un débit de charge de 4,5 cm3/h. The catalytic tests were carried out under the following operating conditions: a total pressure of 8 MPa, a total volume of the two catalytic zones of 4 cm 3 , a temperature of 330° C., with a hydrogen flow rate of 3.0 L/ h and with a charge rate of 4.5 cm 3 /h.
Les caractéristiques des effluents sont analysées : densité à 15 °C (N F EN ISO 12185), indice de réfraction à 20°C (ASTM D1218-12), distillation simulée (ASTM D2887), teneur en soufre et teneur en azote. Les teneurs en carbone aromatique résiduelles sont calculées par la méthode n-d-M (ASTM D3238). Le taux d’hydrogénation des aromatiques est calculé comme le ratio de la teneur en carbone aromatique dans la charge auquel on soustrait celle des effluents, sur celui de la charge de test. Le taux d’hydrodéazotation est calculé comme le ratio de la teneur en azote dans la charge auquel on soustrait celle des effluents, sur celui de la charge de test. The characteristics of the effluents are analysed: density at 15°C (NF EN ISO 12185), refractive index at 20°C (ASTM D1218-12), simulated distillation (ASTM D2887), sulfur content and nitrogen content. The residual aromatic carbon contents are calculated by the n-d-M method (ASTM D3238). The rate of hydrogenation of the aromatics is calculated as the ratio of the aromatic carbon content in the feed from which that of the effluents is subtracted, to that of the test feed. The rate of hydrodenitrogenation is calculated as the ratio of the nitrogen content in the load, from which that of the effluents is subtracted, to that of the test load.
Les performances catalytiques des enchaînements de catalyseurs testés sont données dans le Tableau 2. Elles sont exprimées en activité volumique relative (RVA) par rapport à l’enchaînement 95% vol catalyseur C1 (première zone du réacteur) + 5 % vol catalyseur C2 (deuxième zone du réacteur) choisi comme référence (exemple 7), en supposant un ordre de 1,7 pour la réaction HDA et un ordre de 1 pour la réaction d’HDN. The catalytic performances of the sequences of catalysts tested are given in Table 2. They are expressed in relative volume activity (RVA) with respect to the sequence of 95% vol catalyst C1 (first zone of the reactor) + 5% vol catalyst C2 (second reactor zone) chosen as reference (Example 7), assuming an order of 1.7 for the HDA reaction and an order of 1 for the HDN reaction.
Le Tableau 2 montre clairement le gain sur l'effet catalytique apporté par les enchaînements spécifiques selon l’invention. En effet, les enchaînements de catalyseurs selon l’invention permettent d’augmenter significativement les activités volumiques en réaction d’hydrodéaromatisation (HDA) et d’hydrodéazotation (HDN) des gazoles.
[Table 2]
Table 2 clearly shows the gain in the catalytic effect provided by the specific sequences according to the invention. Indeed, the sequences of catalysts according to the invention make it possible to significantly increase the volume activities in the hydrodearomatization (HDA) and hydrodenitrogenation (HDN) reaction of gas oils. [Table 2]
Tableau 2 : Activités relatives HDA et HDN pour les enchaînements spécifiques selon l’invention (exemples 4 et 5) et non conformes (exemples 6 et 7).
Table 2: Relative activities HDA and HDN for the specific sequences according to the invention (examples 4 and 5) and non-compliant (examples 6 and 7).
Claims
1. Procédé d’hydrotraitement d'une charge hydrocarbonée ayant un intervalle de distillation compris entre 150°C et 600°C, à une température comprise entre 180°C et 450°C, une pression comprise entre 0,5 et 30 MPa, une vitesse volumique horaire comprise entre 0,1 et 20 h-1 et un rapport hydrogène/charge exprimé en volume d'hydrogène, mesuré dans les conditions normales de température et pression, par volume de charge liquide compris entre 50 L/L à 5000 L/L, de manière à obtenir un effluent hydrotraité, ledit procédé comportant les étapes suivantes : a) une première étape d’hydrotraitement mise en œuvre dans une première section réactionnelle d’hydrotraitement, mettant en œuvre au moins un lit catalytique comprenant au moins un premier catalyseur d'hydrotraitement, ladite section réactionnelle d’hydrotraitement étant alimentée par au moins ladite charge hydrocarbonée et un flux gazeux comprenant de l’hydrogène, ledit premier catalyseur comprenant un support à base d'alumine ou de silice ou de silice-alumine et une phase active constituée de nickel et de molybdène, b) une deuxième étape d’hydrotraitement mise en œuvre dans une deuxième section réactionnelle d’hydrotraitement, mettant en œuvre au moins un lit catalytique comprenant au moins un deuxième catalyseur d'hydrotraitement, ladite section réactionnelle d’hydrotraitement étant alimentée par au moins une partie de l'effluent obtenu à l'étape a), ledit deuxième catalyseur comprenant un support à base d'alumine ou de silice ou de silice- alumine et une phase active constituée de nickel, de molybdène et de tungstène, et du phosphore, ladite première section réactionnelle d’hydrotraitement contenant le premier catalyseur occupant un volume V1, et ladite deuxième section réactionnelle d’hydrotraitement contenant le deuxième catalyseur occupant un volume V2, la répartition des volumes V1/V2 étant comprise entre 50%vol/50%vol et 90%vol/10%vol respectivement de ladite première et deuxième section réactionnelle d’hydrotraitement.
1. Process for hydrotreating a hydrocarbon charge having a distillation range of between 150°C and 600°C, at a temperature of between 180°C and 450°C, a pressure of between 0.5 and 30 MPa, an hourly volume rate of between 0.1 and 20 h -1 and a hydrogen/charge ratio expressed in volume of hydrogen, measured under normal temperature and pressure conditions, per liquid charge volume of between 50 L/L to 5000 L/L, so as to obtain a hydrotreated effluent, said method comprising the following steps: a) a first hydrotreatment step implemented in a first hydrotreatment reaction section, implementing at least one catalytic bed comprising at least a first hydrotreating catalyst, said hydrotreating reaction section being supplied with at least said hydrocarbon charge and a gas stream comprising hydrogen, said first catalyst comprising a support based on alumina or silica or silica-alumina and an active phase consisting of nickel and molybdenum, b) a second hydrotreatment stage implemented in a second hydrotreatment reaction section, implementing at least one catalytic bed comprising at least one second catalyst hydrotreatment, said hydrotreatment reaction section being supplied with at least a portion of the effluent obtained in step a), said second catalyst comprising a support based on alumina or silica or silica-alumina and a active phase consisting of nickel, molybdenum and tungsten, and phosphorus, said first hydrotreating reaction section containing the first catalyst occupying a volume V1, and said second hydrotreating reaction section containing the second catalyst occupying a volume V2, the distribution of volumes V1/V2 being between 50%vol/50%vol and 90%vol/10%vol respectively of said first and second hydrotra reaction section item.
2. Procédé d’hydrotraitement selon la revendication 1 , dans lequel la répartition des volumes V1/V2 est comprise entre 60%vol/40%vol et 85%vol/15%vol respectivement de ladite première et deuxième section réactionnelle d’hydrotraitement. 2. Hydrotreatment process according to claim 1, in which the distribution of the volumes V1/V2 is between 60% vol/40% vol and 85% vol/15% vol respectively of said first and second hydrotreatment reaction section.
3. Procédé d’hydrotraitement selon la revendication 2, dans lequel la répartition des volumes V1/V2 est comprise entre 70%vol/30%vol et 80%vol/20%vol respectivement de ladite première et deuxième section réactionnelle d’hydrotraitement. 3. Hydrotreatment process according to claim 2, in which the distribution of the volumes V1/V2 is between 70% vol/30% vol and 80% vol/20% vol respectively of said first and second hydrotreatment reaction section.
4. Procédé d’hydrotraitement selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le deuxième catalyseur est caractérisé en ce que : 4. Hydrotreating process according to one of the preceding claims, in which the second catalyst is characterized in that:
- la teneur en nickel, mesurée sous forme NiO, est comprise entre 1 et 4 % poids par rapport au poids total du catalyseur, - the nickel content, measured in NiO form, is between 1 and 4% by weight relative to the total weight of the catalyst,
- la teneur en molybdène, mesurée sous forme MoO3, est comprise entre 2 et 9 % poids par rapport au poids total du catalyseur, - the molybdenum content, measured in MoO 3 form, is between 2 and 9% by weight relative to the total weight of the catalyst,
- la teneur en tungstène, mesurée sous forme WO3, est comprise entre 18 et 40 % poids par rapport au poids total du catalyseur, - the tungsten content, measured in WO 3 form, is between 18 and 40% by weight relative to the total weight of the catalyst,
- la teneur en phosphore, mesurée sous forme P2O5, est comprise entre 0,5 et 4 % poids par rapport au poids total du catalyseur. - the phosphorus content, measured in P 2 O 5 form, is between 0.5 and 4% by weight relative to the total weight of the catalyst.
5. Procédé d’hydrotraitement selon la revendication précédente, dans lequel le deuxième catalyseur est caractérisé en ce que : 5. Hydrotreating process according to the preceding claim, in which the second catalyst is characterized in that:
- la teneur en nickel, mesurée sous forme NiO, est comprise entre 3 et 4 % poids par rapport au poids total du catalyseur, - the nickel content, measured in NiO form, is between 3 and 4% by weight relative to the total weight of the catalyst,
- la teneur en molybdène, mesurée sous forme MoO3, est comprise entre 2 et 9 % poids par rapport au poids total du catalyseur, - the molybdenum content, measured in MoO 3 form, is between 2 and 9% by weight relative to the total weight of the catalyst,
- la teneur en tungstène, mesurée sous forme WO3, est comprise entre 29 et 40 % poids par rapport au poids total du catalyseur, - the tungsten content, measured in WO 3 form, is between 29 and 40% by weight relative to the total weight of the catalyst,
- la teneur en phosphore, mesurée sous forme P2O5, est comprise entre 3 et 4 % poids par rapport au poids total du catalyseur.
- the phosphorus content, measured in P 2 O 5 form, is between 3 and 4% by weight relative to the total weight of the catalyst.
6. Procédé d’hydrotraitement selon la revendication 5, dans lequel le deuxième catalyseur est en outre caractérisé en ce que : 6. Hydrotreating process according to claim 5, in which the second catalyst is further characterized in that:
- le ratio molaire WO3/MoO3 est compris entre 2 et 12,4 mol/mol, - the WO 3 /MoO 3 molar ratio is between 2 and 12.4 mol/mol,
- le ratio molaire NiO/(WO3+MoO3) est compris entre 0,20 et 0,33 mol/mol, - the NiO/(WO 3 +MoO 3 ) molar ratio is between 0.20 and 0.33 mol/mol,
- le ratio molaire P2O5/(WO3+MoO3) est compris entre 0,21 et 0,34 mol/mol. - the P 2 O 5 /(WO 3 +MoO 3 ) molar ratio is between 0.21 and 0.34 mol/mol.
7. Procédé d’hydrotraitement selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le premier catalyseur a une teneur en molybdène comprise entre 5 et 40 % poids, exprimé en MoO3, par rapport au poids total du catalyseur et une teneur en nickel comprise entre 1 et 10 % poids, exprimé en NiO, par rapport au poids total du catalyseur. 7. Hydrotreating process according to one of the preceding claims, in which the first catalyst has a molybdenum content of between 5 and 40% by weight, expressed as MoO 3 , relative to the total weight of the catalyst and a nickel content of between between 1 and 10% by weight, expressed as NiO, relative to the total weight of the catalyst.
8. Procédé d’hydrotraitement selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le premier catalyseur comprend en outre du phosphore a une teneur comprise entre 0,1 et 20 % poids exprimé en P2O5 par rapport au poids total du catalyseur. 8. Hydrotreating process according to one of the preceding claims, in which the first catalyst further comprises phosphorus at a content of between 0.1 and 20% by weight, expressed as P 2 O 5 relative to the total weight of the catalyst.
9. Procédé d’hydrotraitement selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le premier et/ou le deuxième catalyseur contient en outre un composé organique contenant de l’oxygène et/ou de l’azote et/ou du soufre. 9. Hydrotreating process according to one of the preceding claims, in which the first and/or the second catalyst additionally contains an organic compound containing oxygen and/or nitrogen and/or sulphur.
10. Procédé d’hydrotraitement selon la revendication 9, dans lequel le composé organique est choisi parmi un composé comportant une ou plusieurs fonctions chimiques choisies parmi une fonction carboxylique, alcool, thiol, thioéther, sulfone, sulfoxyde, éther, aldéhyde, cétone, ester, carbonate, amine, nitrile, imide, oxime, urée, amide ou encore les composés incluant un cycle furanique ou encore un sucre. 10. Hydrotreatment process according to claim 9, in which the organic compound is chosen from a compound comprising one or more chemical functions chosen from a carboxylic function, alcohol, thiol, thioether, sulphone, sulphoxide, ether, aldehyde, ketone, ester , carbonate, amine, nitrile, imide, oxime, urea, amide or compounds including a furan ring or a sugar.
11. Procédé d’hydrotraitement selon la revendication 10, dans lequel le composé organique est choisi parmi la γ-valérolactone, la 2-acétylbutyrolactone, le triéthylèneglycol, le diéthylèneglycol, l’éthylèneglycol, l’acide éthylènediaminetétra-acétique (EDTA), l’acide maléique, l’acide malonique, l’acide citrique, l’acide acétique, l’acide oxalique, l’acide gluconique, le glucose, le fructose, le saccharose, le sorbitol, le xylitol, l’acide y- cétovalérique, un succinate de dialkyle C1-C4 et plus particulièrement le succinate de diméthyle, le diméthylformamide, la 1-méthyl-2-pyrrolidinone, le carbonate de propylène, le
3-oxobutanoate de 2-méthoxyéthyle, la bicine, la tricine, le 2-furaldéhyde (aussi connu sous le nom furfural), le 5-hydroxyméthylfurfural, le 2-acétylfurane, le 5-méthyl-2-furaldéhyde, l’acide ascorbique, le lactate de butyle, le lactate d’éthyle, le butyryllactate de butyle, le 3- hydroxybutanoate d’éthyle, le 3-éthoxypropanoate d’éthyle, l’acétate de 2-éthoxyéthyle, l’acétate de 2-butoxyéthyle, l’acrylate de 2-hydroxyéthyle, la 1-vinyl-2-pyrrolidinone, la 1 ,3- diméthyl-2-imidazolidinone, le 1,5-pentanediol, la1-(2-hydroxyéthyl)-2-pyrrolidinone, la 1-(2- hydroxyéthyl)-2,5-pyrrolidinedione, la 5-méthyl-2(3H)-furanone, la 1-méthyl-2-pipéridinone, l’acide 4-aminobutanoïque, le glycolate de butyle, le 2-mercaptopropanoate d’éthyle, le 4- oxopentanoate d’éthyle, le maléate de diéthyle, le maléate de diméthyle, le fumarate de diméthyle, le fumarate de diéthyle, l’adipate de diméthyle et le 3-oxoglutarate de diméthyle. 11. Hydrotreating process according to claim 10, in which the organic compound is chosen from γ-valerolactone, 2-acetylbutyrolactone, triethylene glycol, diethylene glycol, ethylene glycol, ethylenediaminetetra-acetic acid (EDTA), l maleic acid, malonic acid, citric acid, acetic acid, oxalic acid, gluconic acid, glucose, fructose, sucrose, sorbitol, xylitol, y-ketovaleric acid , a C1-C4 dialkyl succinate and more particularly dimethyl succinate, dimethylformamide, 1-methyl-2-pyrrolidinone, propylene carbonate, 2-methoxyethyl 3-oxobutanoate, bicine, tricine, 2-furaldehyde (also known as furfural), 5-hydroxymethylfurfural, 2-acetylfuran, 5-methyl-2-furaldehyde, ascorbic acid , butyl lactate, ethyl lactate, butyl butyryllactate, ethyl 3-hydroxybutanoate, ethyl 3-ethoxypropanoate, 2-ethoxyethyl acetate, 2-butoxyethyl acetate, l 2-hydroxyethyl acrylate, 1-vinyl-2-pyrrolidinone, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, 1,5-pentanediol, 1-(2-hydroxyethyl)-2-pyrrolidinone, 1-( 2-hydroxyethyl)-2,5-pyrrolidinedione, 5-methyl-2(3H)-furanone, 1-methyl-2-piperidinone, 4-aminobutanoic acid, butyl glycolate, 2-mercaptopropanoate ethyl, ethyl 4-oxopentanoate, diethyl maleate, dimethyl maleate, dimethyl fumarate, diethyl fumarate, dimethyl adipate and dimethyl 3-oxoglutarate.
12. Procédé d’hydrotraitement selon l’une des revendications 9 à 11 , dans lequel la teneur en composé organique est comprise entre 1 et 30 % poids par rapport au poids total du catalyseur. 12. Hydrotreating process according to one of claims 9 to 11, in which the organic compound content is between 1 and 30% by weight relative to the total weight of the catalyst.
13. Procédé d’hydrotraitement selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le premier et/ou le deuxième catalyseur est au moins partiellement sulfuré. 13. Hydrotreating process according to one of the preceding claims, in which the first and/or the second catalyst is at least partially sulfurized.
14. Procédé d’hydrotraitement selon l’une des revendications précédentes, lequel est un procédé d’hydrodésulfuration d'une coupe gazole. 14. Hydrotreatment process according to one of the preceding claims, which is a process for the hydrodesulphurization of a gas oil cut.
15. Procédé d’hydrotraitement selon l’une des revendications 1 à 13, lequel est mis en œuvre comme prétraitement dans un procédé de craquage catalytique à lit fluidisé. 15. Hydrotreating process according to one of claims 1 to 13, which is implemented as pretreatment in a fluidized bed catalytic cracking process.
16. Procédé d’hydrotraitement selon l’une des revendications 1 à 13, lequel est mis en œuvre comme prétraitement dans un procédé d’hydrocraquage.
16. Hydrotreating process according to one of claims 1 to 13, which is implemented as pretreatment in a hydrocracking process.
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