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La présente invention concerne des compositions nouvelles de produits catalyseurs et/ou adsorbants possédant un dégré élevé de dureté et de résistance à l'abrasion; elle vise également les procédés de préparation de ces produits et les procédés dans les- quels on les utilise. Ces catalyseurs sont particulièrement utiles dans les procédés de conversion des hydrocarbures tels que le cracking, le cracking hydrogéné, le reforming, l'hydroforming, la désulfuration, la dénitrification, l'hydrogénation, la déshydro-
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génation, l'isomérisation, l'alkylation, la déalkylation, eto...
La présente invention se rapporte à un procédé pour unir de petites particules de catalyseur sous formes de granules plus grands ayant une résistance élevée à l'abrasion, et ce procédé consiste : à distribuer ces petites particules de catalyseur intimement liées les unes aux autres dans un composé d'argile, qu'on a préparé en mélangeant intimement avec de l'eau, une argile ben- tonitique pulvérulente lavée avec un acide et une argile kaolinique pulvérulente, pour former une masse plastique humide dans laquelle le rapport en poids kaolin/bentonite est compris entre environ 55/65 et 5/95 sur une base anhydre; à amener cette masse plastique à la forme désirée pour ces granules de catalyseur; enfin, à sécher et à calciner les granules mis en forme.
La présente invention concerne également des granules de catalyseur résistant à l'abrasion et comprenant essentiellement un composé formé par un mélange intime de kaolin et de bentonite lavée à l'acide, ce composé ayant été obtenu par un procédé qui consiste à mélanger intimement avec de l'eau, une argile bentonique pulvérulente lavée avec un acide et une argile kaolinique pulvé- rulente, ce qui permet de former une masse plastique humide dans laquelle le rapport en poids kaolin/bentonite est compris entre environ 35/65 et 5/95, sur une base anhydre ; mettre en forme une partie de cette masse plastique pour l'amener à la forme qu'on désire donner à ces granules de catalyseur ; enfinà sécher et à calciner les granules mis en forme.
De manière générale, les produits adsorbants et/ou cata- lyseurs décrits ici comprennent, comme élément essentiel, un composé d'une argile non gonflante du type de la bentonite lavée avec un acide avec certaines proportions d'argiles du type du kaolin.
Ce composé d'argile est ensuite de préférence mélangé en outre avec un composé de l'alumine et de façon encore plus désirable,
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avec en outre un ou plusieurs des oxydes des métaux lourds, c'est-à-dire de métaux dont le nombre atomique est égal ou supé- rieur à 22. On constate que les composés particulaires d'argile mentionnés ici confèrent à la composition finie un degré de dureté qu'on ne peut pas obtenir avec l'un ou l'autre de ces types d'ar- giles quand on les utilise seuls. On constate que le composé d'argile lui-même possède de bonnes propriétés pour le cracking et qu'il est utile principalement, quoique non exclusivement, dans ce domaine. Il est également utile per se comme adsorbant.
L'addi- tion d'alumine augmente la capacité d'adsorption du catalyseur ainsi que son activité pour favoriser des réactions de reforming telles que l'isomérisation et la cyclisation. L'addition supplé- mentaire d'un oxyde d'un métal lourd favorise les réactions de reforming et elle favorise également les réactions du type hydro- génation-déshydrogénation, qui peuvent se traduire par une aromati- sation, une désulfuration ou une dénitrification.
Les procédés catalytiques modernes nécessitent l'utilisa- tion de catalyseurs qui ne sont pas seulement spécialement actifs dans les réactions chimiques qui doivent être catalysées, mais qui possèdent en outre des caractéristiques physiques nécessaires pour une mise en oeuvre industrielle satisfaisante. La densité apparente et la dureté, c'est-à-dire la résistance à l'attrition,constituent des caractéristiques remarquables. L'aptitude d'une particule à conserver sa forme, quelles que soient les actions mécaniques auxquelles elle est soumise au cours de l'emmagasinage, du transport et de l'utilisation, est une nécessité primordiale pour qu'un cata- lyseur donne satisfaction dans des procédés catalytiques modernes.
On peut classer les procédés catalytiques en trois oaté- gories. Dans les procédés du type en lit fixe, le catalyseur est disposé sous forme d'un lit à travers lequel la matière de charge circule. Le lit est fixe. Il est préférable d'utiliser des
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particules de catalyseur ayant une dimension particulaire . prédéterminée et dont les dimensions particulaires sont distri- buées de manière prédéterminée en vue d'obtenir l'espace libre exigé entre les particules. A cet effet, l'analyse au tamis du catalyseur, s'il n'est pas transformé en granules ou grains,ou la dimension des grains, s'il a été mis sous cette forme, sont soigneusement contrôlées au cours de la fabrication du catalyseur.
Il est désirable que les particules ou granules conservent leur dimension au cours du transport, de la manutention et du chargement du lit de catalyseur et qu'elles résistent à l'écrasement provoqué par le poids du catalyseur formant le lit.
Luis les procédés du type à lit mobile, le lit de cata- lyseur se déplace continuellement. Le catalyseur usé est déchargé en continu depuis la partie inférieure du réacteur de catalyse et du catalyseur frais est admis en continu dans la partie supérieure du réacteur. Le catalyseur épuisé est régénéré dans une zone de régénération est est renvoyé dans le réacteur de catalyse. Dans un procédé de ce type, la résistance mécanique du catalyseur présente une grande importance car il est soumis à des forces considérables de broyage et d'abrasion au cours de son déplacement.
Il est également soumis à ces forces au cours de son déplacement jusqu'à la zone de régénération et lorsqu'il traverse celle-ci pour gagner le réaoteur de catalyse. Dans ce genre de procédé, on a constaté qu'il est plus intéressant d'utiliser le catalyseur sous forme de granules ou de pastilles. La solidité des granules de catalyseur ainsi que les caractéristiques des particules indi- viduelles qui constituent les granules ont la plus haute importance.
Dans des procédés catalytiques du type à lit fluidisé, le catalyseur est habituellement subdivisé en petits fragments ou bien il est sous forme pulvérulente. Il est envoyé dans un courant mobile de vapeurs soumises à la catalyse et traverse un
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réacteur alors qu'il se trouve en suspension dans le courant de vapeurs. Il est ensuite déchargé dans une zone de séparation qui peut être soit du type séparation mécanique, soit du type des précipitateurs Cottrell, soit encore une combinaison des deux. Le catalyseur séparé est ensuite envoyé dans une zone de régénération et les particules régénérées sont introduites à nouveau dans le courant de fluide circulant dans le réacteur de catalyse.
Dans ce type de procédé, les particules individuelles sont soumises à des forces d'abrasion d'une certaine. importance, et la rupture des particules introduit des variables 1 indésirables dans les réglages du procédé et elle rend en outre difficile de séparer les fines de catalyseur.
Dans ces trois formes de procedes catalytiques, la dureté du catalyseur ,tel qu'il est fabriqué et sa dureté dans les conditions du procédé dans lequel il est utilisé sont très importantes pour maintenir la dimension particulaire désirée et pour empêcher les pertes d¯e catalyseur.
L'utilisation d'adsorbants granulaires tels que la silice, l'alumine, les argiles naturelles et des produits analo- gues soulève des problèmes analogues à ceux qui ont été mentionnés fluidisé, à lit ci-avant pour les catalyseurs. Des techniques du type à lit/ fixe et à lit mobile sont également utilisées pour les procédés d'adsorption dont l'objet est d'adsorber sélectivement et d'éli- miner un ou plusieurs des constituants d'un mélange gazeux ou liquide. On exécute habituellement les procédés d'adsorption à des températures plus basses, par exemple de 0-300 C., que les procédés catalytiques, mais les techniques générales de mise en contact sont par ailleurs similaires et on se heurte souvent à des problèmes d'abrasion similaires.
Outre une dureté approprié; un catalyseur doit également posséder un degré désirable d'activité dans le procédé de conver- sion particulier dans lequel il est utilisé. L'obtention de ces
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deux qualités @ @es pose deux problèmes connexes et, en pratique, on ne peut pas ubtunir l'une d'entre elles à l'exclusion de l'autre.
Il arrive suuvent que des matières catalytiques soient combinées d'une manière telle qu'il se forme des granules de catalyseur très durs mais de très faible activité. Inversement, on peut mélanger les mêmes matières par d'autres procédés et obtenir un catalyseur ayant une activité élevée, mais dont la dureté ne donne pas satisfaction. On doit donc tenir compte de ces deux facteurs quand on détermine la valeur d'un catalyseur donné quelconque.
Des catalyseurs ou des produits adsorbants sous la forme d'agrégats ou de morceaux relativement gros sont généralement préparés par l'un de deux procédés, savoir la mise sous forme de pastilles ou l'extrudage. L'expression "mise sous forme de pastilles",, telle qu'elle est utilisée ici)désigne un procédé dans lequel les matières brutes pulvérulentes, auxquelles on a ajouté ou non un lubrifiant tel que du graphite, sont d'abord mélangées, habituelleuent mais non nécessairement dans un état sensiblement sec, et dans lequel des purties de ce mélange sont placées dans des petits moules individuels de moulage par compression et sont comprimées au moyen d'un piston animé d'un mouvement de va-et-vient.
On calcine ensuite les pastilles pour activer les matières calaly- tiques et pour chasser le lubrifiant par combustion. Ce procédé donne des pastilles dures, adsorbantes, à surface lisse de toute dimension désirée, selon la dimension du moule. Ce procédé est par lui-même plus coûteux que le procédé d'extrudage.
Par le terme "extrudage", on entend dans la présente description un procédé dans lequel on mélange les matières brutes pulvérulentes avec suffisamment d'eau ou d'un autre liquide pour former une pâte qu'on extrude ensuite à travers une filière de dimension donnée et de forme donnée en section transversale, puis on tronçonne le produit extrudé ou bien on le brise à inter- valles réguliers pour former des granules de toute longueur désirée.
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Ces granules sont ensuite séchés et calcinés, si on le désire.
L'extrudage nécessite rarement l'addition d'un lubrifiant solide et, de ce fait, il n'est plus nécessaire de faire brûler le lubrifiant pour l'éliminer des granules terminés. Que ce soit pour la mise en pastilles, ou pour l'extrudage, on peut utiliser toute pression désirée et la dureté des pastilles ou des granules résultants varie d'une manière générale en fonction directe de la pression utilisée. Cependant, pour tout mélange donné de matières brutes, on a constaté d'une manière générale que la mise sous forme de pastilles donne un produit fini plus dur que l'extrudage.
Cependant, en modifiant la composition du mélange, on a actuellement constaté qu'on peut produire des granules extru- dés qui supportent favorablement la comparaison en ce qui concerne l'activité et la dureté avec un mélange mis sous forme de pastilles et contenant les mêmes ingrédients actifs essentiels.
Certaines matières catalytiques et adsorbantes, par exemple l'alumine, ne possèdent pas une plasticité suffisante sous forme d'un mélange humide pour être extrudées avec efficacité, et on considérait antérieurement qu'il était nécessaire de mettre ces matières sous forme de pastilles. On a actuellement découvert qu'on peut incorporer de telles matières non plastiques aux mélanges d'argiles décrits ici pour produire une masse facile à extruder, et que le produit final soutient favorablement la comparaison, en ce qui concerne l'activité catalytique, le pouvoir d'adsorption et la dureté, avec les compositions à base d'alumine mises sous forme de pastilles.
De ce qui précède, on peut voir que la présente invention a pour objet: '- de former des particules de catalyseur ou d'adsorbant ayant un degré de résistance élevé à l'abrasion, quel que soit le procédé utilisé pour former les particules; - d'obtenir des compositions convenant particulièrement
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pour former par extrudage des granules résistant à l'abrasion; - des procédés et des dispositifs pour plastifier cer- taines compositions catalytique ou adsorbantes non plastiques en vue de les rendre aptes à subir l'extrudage pour être transfor- mées en granules ayant un degré élevé d'adsorption, de dureté et d'activité catalytique;
- de former des catalyseurs ayant un degré, élevé d'ac- tivité pour le cracking, le reforming, l'hydrdforming, la désul- furation et la dénitrification des fractions hydrocarburées, ainsi que pour d'autres matières et procédés similaires.
D'autres objets apparaîtront aux techniciens au cours de la description qui va suivre.
OPPOSE D'ARGILE
La présente invention est principalement basée sur la découverte d'un composé particulaire d'argile qui donne un degré de dureté maximum aux compositions de catalyseur ou d'ad- sorbant auxquelles il est incorporé. Ce composé contient une proportion principale, de préférence entre environ 70 et 95%, d'une argile non gonflante du type de la bentohite lavée avec un acide, et une quantité plus faible, de préférence comprise entre environ 5 et 50 d'une argile du type du kaolin.
On a constaté que des mélanges de ces argiles, prises dans les quantités men- tionnées, et transformées en granules extrudés , puis séchées et calcinées, présentent uli degré de dureté qui est supérieur à celui de l'une ou de l'autre de ces argiles prises isolément ou en d'autres proportions. Cette relation mutuelle est illustrée sur le dessin annexé,sur lequel la figure 1 est un graphique montrant la relation mutuelle éntre la dureté des particules et leur composition. Sur ce dessin, on voit parfaitement qu'on atteint une dureté maximum quand la composition contient entre 85 et 90% de "Filtrol", qui est une argile du type de la bentonite
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lavée avec un acide.
On constate que cette relation optimum entre les proportions est égale- ent valable quand des matières autres que l'alumine ou le molyt .ène dont incorporées au mélange. La figure 1 sera expliquée plus en détail par la suite.
La qualité de dureté ou de résistance à l'abrasion est mesurée dans la présente invention au moyen d'un appareil Humble servant à mesurer la perte par attrition. Cet appareil est consti- tué par une boîte métallique de forme cylindrique dans laquelle sont montées deux plaques déflectrices qui s'étendent longitudinalement le long des cotée opposés du cylindre. En cours de fonctionnement, on monte la boîte en vue de sa rotation horizontale et axiale, puis on y introduit 100 gr de particules,de catalyseur et on la fait ensuite tourner à 60 tours/minute pendant une heure. A la fin de ce laps de temps, on enlève la matière solide et on la passe au tamis pour séparer les fines qui traversent un tamis de 20 mailles.
On pèse ensuite les fines recueillies et on exprime la perte par l'attrition par l'équation suivante :
Poids des fines
A = x 100
Poids initial des/particules La perte par l'attrition est inversement proportionnelle à la dureté des particules et on peut exprimer la dureté comme suit :
H = 100 - A
Cette valeur de la dureté représente ainsi le pourcentage en poids de matière initiale qui n'a pas été détachée par abrasion des particules pendant l'essai.
Les valeurs relatives à la dureté mentionnées ici repré- sentent toutes la dureté des particules finies et calcinées, et non la dureté des particules qui sont simplement séchées par exemple à 120-205 C. La dureté à l'état calciné est la dureté des particules qui ont été chauffées jusqu'à une température comprise entre environ 315 et 815 0. entre 1 à 16 heures, ce qui
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a pour effet de chasser l'eau combinée et d'activer ordinairement la composition en modifiant sa structure cristalline.
Les argiles activées du type de la bentonite et les argiles du type du kaolin utilisées dans la présente invention peuvent être distinguées les unes des autres et d'autres argiles par l'une quelconque de leurs nombreuses propriétés diff érentes.
Les argiles du type de la bentonite contiennent,à l'état naturel, . une proportion élévée des minéraux du type de la montmorillonite, y compris la montmorillonite, la beidellite, la nontronite, l'hec- torite, la saponite et la sauconite. La montmorillonite est souvent désignée par la formule Al2O3. 4SiOg. H20 + xH2O. Les argiles kaoliniques sont riches en minéraux kaoliniques y compris la kaolinite (,il 203 2SiO2. 2H20), la dichite, la nacrite, l'anauxite, l'hallyosite et l'endellite. On constate que les argiles kaoliniques contiennent généralement entre environ 30 et 40% de Al2O3 tandis que les argiles bentonitiques contiennent habituellement moins de 20% de ce composé.
Une autre caractéristi- que importante des argiles bentonitiques réside dans leur grande capacité à.agir comme des bases échangeuses de cations, capacité qui est ordinairement comprise entre 80 et 90 milli-équivalents par 100 gr d'argile séchée à l'air; le réseau cristallin obtenu présente évidemment des liaisons peu solides. D'autre part, les argiles kaoliniques présentent une faible capacité à agir comme des bases échangeuses de cations, capacité qui est de l'ordre de 10 milli-équivalents par 100 gr d'argile sèche.
L'étude des cristaux aux rayons X montre que les minéraux du type de la montmorillonite comportent des réseaux cristallins à trois couches tandis que les minéraux kaoliniques comportent des réseaux cristallins à deux couches. Des courbes différen- tielles relatives à l'analyse thermique établies pour la montmoril- lonite montrent qu'il existe trois pointes endothermiques à
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150-320 C., 695-730 C et 870-920 C. et une seule pointe exothermique à 925-1050 C. Des courbes similaires étalies pour lu kaolinite montrent une pointe fortement endothermique à 620 C. et une pointe fortement exothermique à 980 C, ce qui la différencie nettement des autres groupes d'argiles minérales.
D'autres caractéristiques importantes de ces argiles sont mention- nées dans "Encyclopedia of Chemical Technology, Vol.4, pp. 24-85; R. E. Kirk, Ed. Interscience Encyclopedia Inc. ,N.Y. 1949."
Les argiles non gonflantes ou du type de la sous-bentonite utilisées dans la présente invention sont extraites dans des régions très distantes.les unes des autres, pur exemple dans les Etats de l'rizona, de la Californie, du Texas, de l'Arksnsas, du laississippi, du Kentucky, du Tennessee et dans de nombreuses autres contrées hors des Etats-Unis d'amérique. On peut également trouver des types de bentonites gonflantes dans l'Etat du Wyoming, au sud de l'Etat de Dakota, dans les États de Montana, d'Utah,
du Nevada et de la Californie. On préfèreutiliser dans la présente invention les' argiles non gonflantes ou du type des sous-bentonites, étant donné qu'elles sont beaucoup plus faciles à activer, par exemple par un lavage avec un acide, que les ar- giles gonflantes. A cet effet, on préfère utiliser une sous- bentonite de qualité élevée contenant en majeure partie de la montmorillonite minérale. Ces argiles sont ordinairement activées par un traitement avec un acide minéral tel que l'acide sulfurique.
On peut traiter 45 kg d'argile (sur une base exempte de produits volatils) avec par exemple, d'environ 9 à 68 kg de H2SO4. La concentration de l'acide peut être comprise entre environ 5 et 60%, calculée sur la base de la teneur totale en eau du mélange, y compris la teneur en eau de l'argile. Le temps de traitement peut varier entre environ 1 et 12 heures et la température entre environ-17 et 1000 C. Un degré désiré d'extraction est tel qu'il donne une teneur désirable finale en Al2O3 à laquelle
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s'ajoute une faible teneur en FO3 qui soit comprise entre 10 et 20%, de préférence entre environ 15 et 20%.
Par exemple, on peut traiter 45 kg d'une sous-bentonite typique de l'Arizona avec 13,6 kg de H2SO4 sous forme d'une solution à 12%, pendant 6 heures à 93-1000 C. Des analyses de l'argile à l'état naturel et du produit traité à l'acide montrent qu'on obtient les caractéristi- ques suivantes (sur une base anhydre).
Pourcentage enpoids
EMI12.1
<tb> Avant <SEP> Après
<tb>
<tb> traitement <SEP> traitement
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> SiO2 <SEP> 67,5 <SEP> 71,5
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Al2O3 <SEP> 19,5 <SEP> 16,3
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Fe203 <SEP> 1,8 <SEP> 2,4
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> CaO <SEP> 3,2 <SEP> 2,3
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> MgO <SEP> 6,9 <SEP> 4,5
<tb>
Si le catalyseur est destiné à être utilisé pour le traitement d'hydrocarbures bruts ayant une teneur élevée en composés du soufre, il est désirable de réduire la teneur en Fe2O3 de ti l'argile bentonue à une valeur aussi basse que cela est faisable, de préférence en dessous d'environ 1%.
De cette ma- nière, le catalyseur est rendu beaucoup plus résistant à l'em- poisonnement par le soufre et il conserve son activité pendant des périodes de temps plus longues.
Cependant t la teneur en Al2O3 plus Fe2O3 ne doit pas être réduite par le traitement à l'acide en-dessous de 10%, de préférence si le mélange de catalyseur doit être extrudé, car des argiles ayant subi un traitement à l'acide plus poussé per- dent leur plasticité et par suite leur capacité d'extrudage.
Une argile très appropriée préparée conformément aux indications générales mentionnées ci-avant est connue sous le nom de "Filtrol", et est vendue par la "Filtrol Corporation" de Los
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Angeles en Californie. Cette matière'présente la composition suivante à l'état calciné :
EMI13.1
sio 2 70 H 103 17 FeZ03 .ig0 5
EMI13.2
<tb> CaO <SEP> 5
<tb>
EMI13.3
H 2 3
Les argiles kaoliniques utilisées dans la présente invention sont extraites, par exemple, dans la Caroline du Nord,
EMI13.4
dans la Caroline du.'Sud, dans la Géorgie, la Floride et le Vermont (Etats-Unis d'Amérique).
Un genre de kaolin hautement plastique connu sous le nom d'argile figuline, et qu'on extrait dans l'ouest du Tennessee, dans le Kentucky et dans le New Jersey (tats-Unis d'Amérique) convient particulièrement pour la mise en oeuvre de la présente invention. Ordinairement, ces argiles ne demandent aucun traitement préalable spécial autre que le broyage ayant pour but de réduire des agrégats grossiers en poudre. Dans certains cas, un lavage avec un acide dilué peut être désirable.
On peut par exemple obtenir une argile figuline appropriée à la "Western Talc Company" à Los Angeles en Californie et cette argile présente l'analyse,suivante :
EMI13.5
<tb> SiO2 <SEP> 51,6
<tb>
EMI13.6
A 12 3 33,7
EMI13.7
<tb> Fe203 <SEP> 0,8
<tb>
<tb> CaO <SEP> 0,14
<tb>
<tb>
<tb> MgO <SEP> 0,27
<tb>
<tb>
<tb> H2O <SEP> 11,9
<tb>
EMI13.8
EXELiTLE 1
On a utilisé les types précités d'argile figuline et d'argile "Filtrol" pour former le mélange (à leur état non calciné)
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ayant servi à obtenir les; données mentionnées sur la figure 1 et sur le tableau 1.
Sur 1 figure 1, on a porté en abscisses, à la partie supérieure lepourcentage en poids d'argile figuline, à la partie inférieure le pourcentage en poids de "Filtrol" et en ordonnée on a porté la dureté calculée à l'aide de l'appareil Humble, et la dureté de 93,4 correspond à l'utilisation de 100% d'argile figuline (c). Dans tous les cas, on prépare les compo- sitions en mélangeant d'abord les deux argiles sous forme pulvéru- lente prises dans les proportions indiquées sur une base anhydre, pais en ajoutant suffisamment d'eau pour obtenir une masse plasti- que pouvant être extrudée, après quoi on procède à l'extrudage sous une pression d'approximativement 14 kg/cm2 (pression relative) à travers des orifices circulaires de 4,76 mm.
On découpe le produit extrudé en tronçons de 4,76 mm de longueur, on le sèche à environ 1050 0 et on le calcine à environ 395 C pondant 2-6 heures. Ce produit est désigné par "B" sur la figure 1.
On détermine la dureté de la manière décrite ci-avant. Les résul- tats sont les suivants :
TABLEAU 1
EMI14.1
<tb> Composition <SEP> Dureté
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> % <SEP> en <SEP> poids <SEP> Essai <SEP> d'attrition <SEP> avec
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> (anhydre) <SEP> l'appareil <SEP> Humble
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Catalyseur <SEP> Filtrol <SEP> argile
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> ¯¯¯¯¯¯¯ <SEP> ¯¯¯¯¯ <SEP> figuline <SEP> ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 1 <SEP> 0 <SEP> 100 <SEP> 9,4
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 2 <SEP> 50 <SEP> 50 <SEP> 98,0
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 3 <SEP> 75 <SEP> 25 <SEP> 98,9
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 4 <SEP> 85 <SEP> 15 <SEP> 99,3
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 5 <SEP> 100 <SEP> 0 <SEP> 98,
7
<tb>
Pour utiliser ces composés d'argile connue catalyseurs de cracking, la matière en granules contenant 85 de "Filtrol" et 15% d'argile figuline, mélange qu'on a représenté par "A"
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sur la figure 1, est mise en contact par exemple avec des vapeurs de gasoil provenant d'un brut de Somma Maria (Etats-Unis d'Amérique), dont la gamme d'ébullition est comprise entre 230 et 4800 C. et dont la densité A.P.I. (American Petroleum Institute) est de 33.
Les conditions de réaction sont les suivantes: température du lit, 495 C.; pression relative: 2,1 kg/cm2; débit, 1 volume d'huile (liquide) pur volume de catalyseur et par jour. La récupération totale en liquide est d'environ 92% en volume par rapport à la charge,avec des pertes d'environ 10% sous forme de gaz et de coke.
Le rendement en essence est d'environ 40% en volume. Un peut utiliser d'autres conditions de cracking, par exemple des tempéra- tures de 425 à 650 C., des pressions de 0 à 35 kg/cm (pressions relatives), des vitesses volumétriques horaires de 0,5 à 10.. On peut utiliser le même catalyseur dans des procédés de cracking en lit fluidisé en broyant les granules pour former des poudres d'une dimension d'environ 200 à 400 mailles (tamis normalisé) ou moins.
Dans tout procédé de cracking, il arrive que les particules de catalyseur deviennent relativement inactives par suite du dépôt de coke sur celles-ci. 'Par conséquent, elles sont ordinairement régénérées quand elles ont accumulé de 1 à 4% en poids de coke.
On accomplit la régénération par combustion avec de l'air ou de l'oxygène à une température comprise entre 480 et 815 C.
Pour utiliser ces composés d'argile comme adsorbants, on met la matière en granules contenant 85% de "Filtrol" et 15; d'argile figuline en contact avec le même gas oil de Santa aria à une température d'environ 370 C. et sous la pression atmosphérique,en utilisant un rapport catalyseur/huile de 5,0.
Dans ces conditions, 70 à 85% des composés azotés organiques sont retenus par l'adsorbant.? Quand on traite une essence brute conte- nant de l'azote à 205 C., sous la pression atmosphérique et aveo un rapport catalyseur/huile de 1,0, on élimine entre 60 à 80% des composés azotés ainsi que la plus grande partie des dioléfines
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formant des gommes.
COMPOSITIONS D'ARGILE ET D'ALUMINE
Des oxydes réfractaires tels que de l'alumine précipi- tée formant un gel, de la silice, de la silice-alumine, de' l'oxyde de titane, de la thorine, de l'oxyde de zirconium ou de la magnésie qui ne sont pas extrudables par eux-mêmes peuvent être transormés en mélanges facilement extrudubles quand on y incorpore d'environ lu à 70% en poids (anhydre) du mélange d'ar- giles décrit ci-avant. Ici encore, les proportions relatives des deux argiles dans le granule final obtenu est un facteur important, des mélanges dans lesquels le rapport, en poids, entre la bento- nite et le kaolin est @ is entre environ 2,5 et 30, étant .plus durs que ceux qui en contiennent d'autres rapports.
Un autre facteur important réside dans la dimension particulaire de l'alu:ine utilisée. un a constaté que la dureté des granules augmente quand on utilise davantage d'alumine finement divisée.
Ainsi, un mélange composé de 50% d'alumine de 230 mailles, de 42,5% d'argile "Filtrol" et 7,5% d'argile figuline peut être mouillé jusqu'à l'obtention de la plasticité, extrudé sous forme de granules de 4,76 mm comme décrit ci-avant, séché et calciné à 595 C. pendant 10 heures, après quoi on le soumet à l'essai de dureté comme décritci-avant en utilisant l'appareil Humble pour mesurer l'attrition. On constate que la dureté de ces granules est comprise entre 97,25 et 97,8, tandis que la dureté de granules similaires préparées à partir d'alumine d'une dimen- sion de 330 mailles est comprise entre 98,25 et 99. C'est pourquoi on préfère utiliser des alumines ou d'autres oxydes réfractaires dont lu dimension particulaire moyenne est inférieure à environ 300 vailles.
La dureté des compositions d'argile et d'alumine
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augmente légèrement quand on augmente.la teneur totale en mélan- ge d'argile au-dessus de 50%. Des mélangea contenant 50% d'alumine et 50% d'argile (85% de "Filtrol" et 15% d'argile figuline), quand ils sont préparés et soumis à l'essai comme décrit ci-avant ont une dureté de 97,5 environ tandis que des mélanges similaires ne contenant que 30% d'alumine et 70% du mélange d'argiles ont une dureté d'environ 97,8. Cette légère augmentation de la dureté est habituellement surpassée par une perte d'activité du composant aluminium et par conséquent, on préfère utiliser des catalyseurs argile-alumine contenant entre environ 40 et 65% d'alumine.
Les catalyseurs argile-alumine sont principalement utiles pour des procédés de conversion qui ne comportent pas principale- ment des réactions d'hydrogénation ou de déshydrogénation. Par exemple, on peut les utiliser pour le cracking, l'isomérisation ou le reforming de diverses fractions hydro-carburées à des tem- pératures comprises entre environ 4-oU et 650 C., sous des pressions comprises entre environ G et 70 kg/cm (relatives) et avec une vitesse volumétrique horaire comprise entre environ ,5 et 10,0. Ils sont également utiles dans des procédés d'adsorption.
COMPOSITIONS ARGILE-ALUMINE ET METAL LOURD
Dans leur forme préférée, les catalyseurs conformes à la présente invention contiennent, en plus du mélange d'argile et de l'alumine, un ou plusieurs des oxydes de métaux lourds dont le nombre atomique est égal ou supérieur à 22. Ceux-ci comprennent les métaux des groupes VI-B et VIII du tableau périodique, spécia- lement le chrome, le molybdène, le tungstène, l'uranium, le fer, le ruthénium, l'osmium, le cobalt, le rhodium, l'iridium, le nickel-palladium et la platine.
Un groupe particulièrement utile de catalyseurs servant dans des procédés de conversion dans lesquels il est désirable de favoriser l'hydrogénation et/ou la déshydrogénation, sont ceux qui contiennent un oxyde d'un métal
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du groupe VI-B spécialement le molybdène ou le chrome. Il est également désirable d'utiliser les oxydes de cobalt et de nickel en plus des métaux du groupe VI-B, spécialement si la matière de charge a une teneur élevée en composés organiques du soufre.
On peut mélanger des catalyseurs de ce groupe par l'un ou l'autre des deux procédés généraux suivants :
PROCEDE 1 - Dans ce procédé, la composition d'argile, de préférence comprenant encore d'environ 70 à 95% d'argile du type de la bentonite et de 3 à 30% d'argile du type du kaolin, est mélangée avec de l'alumine et avec un oxyde sec finement divisé constitué par un au moins des oxydes de métal lourd à utiliser, par exemple l'oxydé de molybdène.
Cn mouille ensuite le mélange pour l'amener à l'état plastique aveu un liquide approprié quel- conque, puis on l'extrude comme décrit ci-avant pour former des granules de dimensions appropriées, on le sèche et on le calcine. près le séchage ou la calcination, il peut être désirable d'im- prégner davantage le catalyseur avec une solution aqueuse d'un autre Sel d'un métal, par exemple du nitrate de cobalt ou du nitrate de nickel. Ensuite, on égoutte le catalyseur imprégné, on le sèche et finalement on le calcine pour réduire le sel de métal qui l'imprègne à sa forme oxyde.
PROCEDE 2 - Conformément à ce procédé, on incorpore d'abord les uns aux autres tuus les constituants destinés à en- trer dans le catalyseur terminé, puis on transforme le mélange en granules, par exemple par extrudage, on sèche les granules et on les calcine. Dans une variante de ce procédé, on peut broyer ensemble le composé d'argile, l'alumine et l'anhydride molybdique sec (MoO3) puis les mouiller avec une solution aqueuse de nitrate de cobalt ou de nitrate de nickel d'une concentration suffisante pour donner le rapport désiré d'oxyde de cobalt ou de nickel dans le catalyseur calciné quand on utilise la solution en une quantité juste suffisante pour donner la plasticité désirée au mélange en
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vue de l'extrudage.
Dans une autre variante, tous les métaux lourds à utiliser peuvent être ajoutés sous forme de solution aqueuse d'un sel ou de sels de ces métaux..ci cet effet, on peut utiliser du molybdate d'ammonium ammoniacal ou du chromate d'ammonium, ou en général n'importe quels autres sels de métaux lourds qui se décomposent sous forme d'oxydes quand on les chauffe par exemple à 250 à 650 C.
Un catalyseur contenant du molybdène et du cobalt,pré- paré par l'un uu. l'autre des procédés ci-avant, peut avoir une composition finale, après calcination, qui est sensiblement la suivante :
EMI19.1
<tb> Alumine <SEP> 35 <SEP> - <SEP> 65%
<tb>
<tb> Argile <SEP> bentonitique <SEP> 20 <SEP> - <SEP> 45%
<tb>
<tb> Argile <SEP> kaolinique <SEP> 2,5 <SEP> - <SEP> 12%
<tb>
<tb> Oxyde <SEP> de <SEP> molybdène <SEP> 5- <SEP> 15%
<tb>
<tb> Oxyde <SEP> de <SEP> cubdlt <SEP> 1 <SEP> - <SEP> 6%
<tb>
Les catalyseurs extrudés entrant dans la gamme de dom- positions sus-mentionnées ont, ainsi qu'on l'a constaté, une dureté sensiblement égale à celle des catalyseurs argile-alumine; les oxydes de métal lourds, quand ils sont pris dans la gamme de proportions précitée, ne modifient pas la dureté de manière appréciable.
Leur activité pour des conversions d'hydrocarbures telles que le reforming hydrogéné, l'hydrogénation, la déshydro- génation, l'aromatisation, la désulfuration et la dénitrification soutient favorablement la comparaison avec des catalyseurs cobalt-molybdène-alumine préparés par les procédés de la technique antérieure.
La figure 2 est une représentation graphique sur laquelle on a porté la dureté (en ordonnée) en fonction de la dimension en milles de l'alumine (en abscisse), ce graphique montrant également la dureté relative des catalyseurs contenant
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divers rapports alumine/argile et argile "Filtrol"/argile figuline.
La signification des détails de cette figure apparaîtra au cours de l'exemple suivant qui n'est donné qu'à titre illustratif.
EXEMPLE II
On prépare des catalyseurs calcines ayant la composition mentionnée sur le tableau 2 en mélangeant intimement l'alumine (type gel activé) avec les proportions indiquées d'argiles et de trioxyde de molybdène en poudre, en ajoutant suffisamment d'eau pour donner une consistance plastique rigide au. mélange et en l'extradant ensuite à travers des orifices circulaires de 4,76 mm de diamètre, un tronçonne le produit extradé en tronçons d'appro- ximativement 4,76 mm de long, on le sèche, on calcine à 595 C. pendant approximativement 7 heures et ensuite on le soumet à - l'essai relatif à la dureté dans l'appareil d'uttrition Humble.
Les résultats sont les suivants :
TABLEAU 2 Composition, pourcentage en noids sec
EMI20.1
<tb> Cata- <SEP> Al2O3 <SEP> Filtrol <SEP> argile <SEP> MoO3, <SEP> Dureté
<tb>
<tb> lyseur <SEP> 230 <SEP> 330 <SEP> figuli-
<tb>
<tb>
<tb> mailles <SEP> mailles <SEP> ne
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 1 <SEP> 30 <SEP> - <SEP> 31 <SEP> 9 <SEP> 10 <SEP> 97,8
<tb>
<tb> 50 <SEP> - <SEP> 34 <SEP> 6 <SEP> 10 <SEP> 97,5
<tb>
<tb> 3 <SEP> - <SEP> 50 <SEP> 34 <SEP> 6 <SEP> 10 <SEP> 98,5
<tb>
<tb> 4- <SEP> 50 <SEP> 34 <SEP> 6 <SEP> 10 <SEP> 98,4
<tb>
<tb> 5- <SEP> 30 <SEP> 40 <SEP> - <SEP> lu <SEP> 96,1
<tb>
Sur la flaire 2, on établi une corrélation entre les catalyseurs 2, 3 et 4 pour montrer l'effet sur la dureté d'une différence de la dimension de l'alumine (en mailles).
Le cata- lyseur 1 présente une dureté légèrement accrue par rapport au catalyseur 2 en raison de sa teneur plus élevée en argile. Le catalyseur 5 montre de manière frappante le résultat de l'omission du kaolin dans la composition, un buissement de la dureté de plus de deux points se produisant, comme on le voit quand on effectue la comparaison avec les catalyseurs : et 4.
Cette
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différence est très importante quand on.,passe de l'échelle commer- ciale à l'échelle indus'.lelle.
EMI21.1
E.. - JALE III On répète le processus utilisé pour préparer les cata-
EMI21.2
lyseurs o et 4 da l'exeple Il, à cette exception qu'on imprègne lo catalyseur final avec du cubait en l'immergeant dans une solu- tion aqueuse à 20,. de cotalto-nitrate hexahydraté, après quoi on l'égoutte, on le sèche et on le calcine de nouveau à 595 0. pendant 6 heures pour décomposer lesel en oxyde de cobalt.
Le
EMI21.3
catalyseur final contient environ 3,u de' CaC. uand on mesure la'dureté co:wu<3 ci-avant, on constate qu' elle est d'environ 98,6, la légère amélioration étant probablement due à lu seconde calcination.
EMI21.4
EA3.l.i}'LE IV On prépare un catalyseur nicl#l-all1illine-argile en mé- langeant d'abord 210 gr de "Filtrol" avec 24 gr d'argile figuline jusqu'à obtention d'une poudre homogène. On incorpore ensuite intimement le mélange d'argiles à 200 gr d'alumine précipitée et activée (320 mailles) et à 40 gr de trioxyde de molybdène sec pulvérulent. On mouille ensuite le mélange sec avec 150 gr de solution aqueuse à 40% de nitrate nickeleux hexahydraté.
Il se forme une pâte raide qu'on extrude ensuite à travers des filières
EMI21.5
de ,'7G mm sous une pression de 14 kg/cm2 (relative), et on de tronçonne le produit extrudé en trongons/j, 17 mi de longueur. .après séchage et calcination, pendant 8 heures à 650 C, on soumet les granules à l'essai d'attrition dans l'appareil Humble et on constate que la dureté est d'environ 97, et que leur composition est la suivante, sur une buse anhydre :
EMI21.6
<tb> Poids, <SEP> , <SEP>
<tb> Filtrol <SEP> 39,0
<tb>
<tb> Argile <SEP> figuline <SEP> 4,2
<tb>
EMI21.7
ài 205 4,0
EMI21.8
<tb> MoO3 <SEP> 8,9
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> NiO <SEP> 3,5
<tb>
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Les catalyseurs des exemples II, III et IV et d'autres compositions similaires contenant un ou plusieurs oxydes de métal lourd sunt tous hautement appropriés pour diverses réactions de conversion des hydrocarbures, telles que la désulfuratlon, la dénitrification, l'hydrogénation, l'hydroforming, le reforming, le cracking, l'hydrogénation destructive (par exemple l'hydrocracking hydrogéné) et des opérations analogues.
On effectue généralement ces réactions en mettant le catalyseur en contact avec un hydrocar- bure servant de charge, à une température comprise entre environ 260 et 815 C et, de préférence en présence d'hydrogène, tel que de l'hydrogène gazeux recyclé. Au cours de son utilisation, diver- ses quantités de dépôts, y compris principalement du carbone, de l'azote et des composés du soufre, s'accumulent sur le catalyseur et sont éliminées périodiquement par régénération. On réalise cel- le-ei en faisant passer de l'air dilué avec un gaz de carneau, de la vapeur d'eau, de l'azote ou un autre gaz inerte, sur le cataly- seur, peur brûler les dépôts tout en maintenant la température du catalyseur entre environ 425 et 565 C.
Un termine la com- bustion en présence d'air non dilué tout en maintenant la te@- rature du catalyseur entre environ 425 et 565 C. Le catalyseur régénéré,après réduction par l'hydrogène a pratiquement la même activité catalytique que le catalyseur fraîchement préparé même après un grand nombre de régénérations.
A l'effet de désulfurer des bruts de pétrole, des distillats d'huile de schistes et des produits analogues, on utilise les catalyseurs conformes à la présente invention dans les conditions suivantes: températures de réaction comprises entre environ 315 et 595 C; pressions relatives comprises entre une pression sensiblement égale à celle de l'atmosphère et 350 kg/cm ou plus ; vitessesvolumétriques comprises entre environ 0,2 et 10,0 volumes de charge constituée par le brut liquide/volume de catalyseur/heure et entre 8950 et 178.800 dm3 d'hydrogène
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ajouté par 100 litres de charge. L'ensemble particulier de conditions est déterminé par la charge à désulfurer et par la nature du produit désiré.
On peut également utiliser les catalyseurs décrits ici pour la dénitrification de matières brutes telles que les distillât* de goudron de houille, les huiles de schiste et les fractions lourdes provenant de la distillation des pétroles, ce qui fait qu'on peut éliminer simultanément jusqu'à 99% de l'azote et sensiblement la totalité du soufre.
Pour la dé @erifaction de ces matières, on utilise les conditions suivantes: températures dans le réacteur comprises entre environ 370 et 540 Ce;pressions comprises entre environ 35 et 700 kg/cm2 (relatives) ; débits compris entre environ 0,2 et 10,0 volumes de la matière brute liquide introduite/volume de catalyseur/heure et environ 17.880 à 178,800 dm3 d'hydrogène ajouté/100 litres de charge.
Pour éliminer l'azote, il est généralement désirable d'utiliser un procédé de dénitrification en deux phases dans lequel l'ammoniac soumis à'une synthèse dans la première phase est éliminé du pro- duit de la première phase avant son entrée dans le second étage de dénitrification, et' dans lequel on élimine l'ammoniac et l'hydrogène sulfuré des courant, d'hydrogène gazeux recyclé, dans chaque étage. Dans ces conditions, on obtient l'efficacité maxi- mum en ce qui concerne l'élimination de l'azote des matières de charge.
On peut également utiliser les catalyseurs conformes à la présente invention pour le reforming hydrogéné,procédé qui sert au reforming d'une matière hydrocarburée dont le point d'ébullition est compris dans la gamme d'ébullition de l'essence et à augmenter sa teneur en aromatiques. Pour traiter des matières premières dans le but de les soumettre au reforming et d'augmenter leur teneur en aromatiques, on utilise les conditions suivante : températures de réaction comprises entre environ
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425 et 650 C, pressionsscomprises entre environ 3,5 et 70 kg/cm2 (relatives), vitesses volumétriques comprises entre environ 0,2 et 4,0 volumes de charge liquide/vulume de catalyseur/heure et d'environ 17.880 à 178.800 dm3 d'hydrogène ajouté/100 litres de charge.
Les conditions particulières sunt déterminées par la nature de la matière brute particulaire utilisée et pur la qualité du produit désiré.
Gn mentionne l'exemple suivant pour montrer les résul- tats de traitement qu'on peut obtenir en utilisant les catalyseurs objet de l'invention pour le reforming hydrogéné d'une matière brute de charge.
EXEMPLE V
On prépare un catalyseur extrudé par le procédé décrit dans l'exemple III, en utilisant de l'alumine activée d'une dimension de 325 mailles, le catalyseur final donnant à l'analyse, à sec :
Pourcentage en poids
EMI24.1
<tb> Al2O3 <SEP> 48,5
<tb> "Filtrol" <SEP> 33,0
<tb>
<tb> Argile <SEP> figuline <SEP> 6,0
<tb>
<tb>
<tb> MoO3 <SEP> 9,5
<tb> CoO <SEP> 3,0
<tb>
un utilise ce catalyseur dans une opération de reforming hydrogéné sur une essence provenant d'une distillation directe et ayant une teneur élevée en naphtène, bouillant entre 99 et 126 C et cuntenant 0,01% de soufre.
Les conditions opératoires sont les suivantes :
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<tb> Pression <SEP> 14 <SEP> kg/cm2 <SEP> (relative)
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Vitesse <SEP> volumétrique
<tb>
<tb>
<tb> horaire <SEP> à <SEP> l'état <SEP> liquide <SEP> 1
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Hydrogène <SEP> 35.760 <SEP> dm3/l00 <SEP> litres <SEP> de
<tb>
<tb>
<tb> charge
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Température <SEP> 480 <SEP> C
<tb>
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Les résultats sont les solvants :
TABLEAU 5
EMI25.1
<tb> Charge <SEP> Produit
<tb>
<tb> Rendement <SEP> en <SEP> volume <SEP> @ <SEP> (C4+) <SEP> - <SEP> 85,0
<tb>
EMI25.2
Densité <>.!#. ï. à 16 C 55,6" 46,3 Teneur en oléfines, volume )i 0,E -1,0
EMI25.3
<tb> Teneur <SEP> en <SEP> aromatiques, <SEP> vol. <SEP> 13,2 <SEP> 4, <SEP>
<tb>
<tb> aromatiques <SEP> synthétiques, <SEP> vol. <SEP> - <SEP> 32,3
<tb>
<tb>
<tb> Nombre <SEP> d'octane
<tb>
EMI25.4
Claire 1-1 5L. ,5 9.3,5 F-l + 3 cm3 plomb 77,C iso + L,C4:
, t ét ra éthyle 1 Analyse des caz H2 produit en diab/lûu litres de chm:'!:8 7¯4. ;±r! C-.-C,produit en draS/100 litres de charge 5.27- Carbone, poids en 1" de la chmy¯. 1,0
Cet exemple illustre lu synthèse élevée des aromatique:.: et l'amélioration du nombre d'octane, ainsi que la production faible de gaz en C1-C3 et la production élevée en hydrogène
EMI25.5
qu'on peut réaliser avec les catalyseurs de Ici fii-'-eïlte invention.
On obtient des résultats similaires en remplaçant le cobalt par du nickel et le molybdène par du chrome.
EXEMPLE VI
On utilise le même catalyseur que dans l'exemple V pour soumettre à la désulfuration hydrogènes un gas-oil de
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distillation directe de Santa l..aria Valley (:tat de Californie) ayant une gamme d'ébullition de SUS-343 C et une densité 1.*I,.I.
. de ainsi qu'une teneur en soufre te 2,2;-. Les conditions de travail sont les suivantes :
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<tb> Température <SEP> 399 C
<tb>
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Pression 35 kg/em (relié)
EMI26.3
<tb> Hydrogène <SEP> 53640 <SEP> dm3/100 <SEP> 1.
<tb>
<tb>
<tb> Vitesse <SEP> volumétrique <SEP> horaire <SEP> 2,0
<tb>
<tb>
<tb> à <SEP> l'état <SEP> liquide
<tb>
Le produit recueilli lors d'un essai de 6 heures contient en Moyenne entre environ 0,04% et 0, ., de soufre, ce qui représente une élimination du soufre comprise entre approximativement 96,5 et 98.
De la description qui précède, il est évident qu'avec les catalyseurs et les adsorbants décrits ici, on réunit un procédé de fabrication très économique à une activité catalytique élevée, une bonne capacité d'adsorption et un degré élevé de résistance à l'usure. Cependant, il est évident que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre indicatif et nun limitatif et qu'on peut y apporter diverses modifications sans sortir pour cela du cadre de l'invention.
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The present invention relates to novel compositions of catalyst and / or adsorbent products having a high degree of hardness and resistance to abrasion; it also relates to the processes for the preparation of these products and the processes in which they are used. These catalysts are particularly useful in hydrocarbon conversion processes such as cracking, hydrogen cracking, reforming, hydroforming, desulfurization, denitrification, hydrogenation, dehydro-
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generation, isomerization, alkylation, dealkylation, eto ...
The present invention relates to a process for uniting small catalyst particles into larger granule forms having high abrasion resistance, and this process comprises: distributing these small catalyst particles intimately bonded to each other in a compound of clay, which has been prepared by thoroughly mixing with water, a powdered benzonitic clay washed with an acid and a powdered kaolinic clay, to form a wet plastic mass in which the kaolin / bentonite weight ratio is between about 55/65 and 5/95 on an anhydrous basis; in bringing this plastic mass to the shape desired for these catalyst granules; finally, to dry and calcine the shaped granules.
The present invention also relates to abrasion resistant catalyst granules and essentially comprising a compound formed by an intimate mixture of kaolin and acid washed bentonite, this compound having been obtained by a process which consists of intimately mixing with water, a pulverulent bentonic clay washed with an acid and a pulverulent kaolin clay, which makes it possible to form a wet plastic mass in which the kaolin / bentonite weight ratio is between approximately 35/65 and 5/95, on an anhydrous basis; shaping part of this plastic mass to bring it to the desired shape for these catalyst granules; finally, to dry and calcine the shaped granules.
Generally, the adsorbent and / or catalyst products described herein comprise, as an essential element, a compound of a non-swelling bentonite type clay washed with an acid with certain proportions of kaolin type clays.
This clay compound is then preferably further mixed with an alumina compound and even more desirably,
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with in addition one or more of the oxides of heavy metals, that is to say of metals whose atomic number is equal to or greater than 22. It is found that the particulate clay compounds mentioned herein impart to the finished composition a degree of hardness that cannot be achieved with either of these types of clays when used alone. It is found that the clay compound itself has good cracking properties and is useful primarily, though not exclusively, in this field. It is also useful per se as an adsorbent.
The addition of alumina increases the adsorption capacity of the catalyst as well as its activity to promote reforming reactions such as isomerization and cyclization. The further addition of a heavy metal oxide promotes reforming reactions and also promotes reactions of the hydrogenation-dehydrogenation type, which may result in aromatization, desulfurization or denitrification.
Modern catalytic processes require the use of catalysts which are not only especially active in the chemical reactions which are to be catalyzed, but which further possess physical characteristics necessary for satisfactory industrial operation. Bulk density and hardness, that is, resistance to attrition, are outstanding characteristics. The ability of a particle to retain its shape, regardless of the mechanical actions to which it is subjected during storage, transport and use, is a primary necessity for a satisfactory catalyst. in modern catalytic processes.
Catalytic processes can be classified into three categories. In fixed bed type processes, the catalyst is disposed as a bed through which the feed material flows. The bed is fixed. It is better to use
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catalyst particles having a particle size. predetermined and the particle sizes of which are distributed in a predetermined manner in order to obtain the required free space between the particles. To this end, the sieve analysis of the catalyst, if it is not transformed into granules or grains, or the size of the grains, if it has been put in this form, are carefully controlled during the manufacture of the catalyst.
It is desirable that the particles or granules retain their size during transportation, handling and loading of the catalyst bed and that they resist crushing caused by the weight of the catalyst forming the bed.
In moving bed type processes, the catalyst bed is continuously moving. Spent catalyst is continuously discharged from the lower part of the catalysis reactor and fresh catalyst is continuously admitted into the upper part of the reactor. The spent catalyst is regenerated in a regeneration zone and is returned to the catalysis reactor. In a process of this type, the mechanical strength of the catalyst is of great importance because it is subjected to considerable crushing and abrasion forces during its movement.
It is also subjected to these forces during its movement to the regeneration zone and when it passes through it to gain the catalysis reactor. In this type of process, it has been found that it is more advantageous to use the catalyst in the form of granules or pellets. The strength of the catalyst granules as well as the characteristics of the individual particles which constitute the granules are of the utmost importance.
In catalytic processes of the fluidized bed type, the catalyst is usually subdivided into small fragments or it is in powder form. It is sent into a moving stream of vapors subjected to catalysis and passes through a
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reactor while in suspension in the vapor stream. It is then discharged into a separation zone which can be either of the mechanical separation type, or of the Cottrell precipitator type, or a combination of the two. The separated catalyst is then sent to a regeneration zone and the regenerated particles are introduced again into the stream of fluid circulating in the catalysis reactor.
In this type of process, the individual particles are subjected to abrasion forces of some degree. importance, and particle breaking introduces undesirable variables into the process settings and further makes it difficult to separate catalyst fines.
In all three forms of catalytic processes, the hardness of the catalyst as manufactured and its hardness under the conditions of the process in which it is used are very important in maintaining the desired particle size and in preventing catalyst losses. .
The use of granular adsorbents such as silica, alumina, natural clays and the like raises problems analogous to those mentioned above for the fluidized bed catalysts. Fixed-bed and moving-bed type techniques are also used for adsorption processes the object of which is to selectively adsorb and remove one or more of the constituents from a gas or liquid mixture. The adsorption processes are usually carried out at lower temperatures, for example 0-300 ° C., than the catalytic processes, but the general contacting techniques are otherwise similar and problems are often encountered. similar abrasion.
Besides a suitable hardness; a catalyst must also possess a desirable degree of activity in the particular conversion process in which it is used. Obtaining these
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two @ @es qualities pose two related problems and, in practice, one cannot combine one of them to the exclusion of the other.
Occasionally, catalytic materials are combined in such a way that very hard but very low activity catalyst granules are formed. Conversely, one can mix the same materials by other methods and obtain a catalyst having high activity, but unsatisfactory hardness. These two factors must therefore be taken into account when determining the value of any given catalyst.
Catalysts or adsorbents in the form of aggregates or relatively large pieces are generally prepared by one of two processes, namely pelletizing or extrusion. The term "pelletizing" (as used herein) denotes a process in which powdery raw materials, to which a lubricant such as graphite has or has not been added or not, are first mixed, usually. but not necessarily in a substantially dry state, and in which purties of this mixture are placed in individual small compression molding molds and are compressed by means of a reciprocating piston.
The pellets are then calcined to activate the calcium materials and to drive off the lubricant by combustion. This process produces hard, adsorbent, smooth surface pellets of any size desired, depending on the size of the mold. This process is itself more expensive than the extrusion process.
By the term "extrusion" is meant in the present description a process in which the pulverulent raw materials are mixed with sufficient water or other liquid to form a paste which is then extruded through a die of given size. and of a given shape in cross-section, then the extrudate is cut or broken at regular intervals to form granules of any desired length.
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These granules are then dried and calcined, if desired.
Extrusion seldom requires the addition of a solid lubricant and therefore it is no longer necessary to burn the lubricant to remove it from the finished granules. Whether for pelletizing, or for extruding, any desired pressure can be used and the hardness of the resulting pellets or granules will generally vary as a direct function of the pressure used. However, for any given mixture of raw materials, it has generally been found that pelletizing results in a harder end product than extrusion.
However, by changing the composition of the mixture, it has now been found that extruded granules can be produced which compare favorably in activity and hardness with a mixture pelletized and containing the same. essential active ingredients.
Some catalytic and adsorbent materials, for example alumina, do not have sufficient plasticity as a wet mix to be efficiently extruded, and it was previously considered necessary to form these materials into pellets. It has now been found that such non-plastic materials can be incorporated into the clay mixtures described herein to produce an easy to extrude mass, and that the end product compares favorably with respect to catalytic activity, potency. adsorption and hardness, with the alumina-based compositions put in the form of pellets.
From the above, it can be seen that the object of the present invention is: - to form catalyst or adsorbent particles having a high degree of resistance to abrasion, regardless of the process used to form the particles; - to obtain compositions which are particularly suitable
<Desc / Clms Page number 8>
to form abrasion resistant granules by extrusion; - methods and devices for plasticizing certain non-plastic catalytic or adsorbent compositions with a view to making them suitable for undergoing extrusion to be formed into granules having a high degree of adsorption, hardness and catalytic activity ;
- To form catalysts having a high degree of activity for cracking, reforming, hydrdforming, desulfurization and denitrification of the hydrocarbon fractions, as well as for other similar materials and processes.
Other objects will become apparent to technicians during the description which follows.
OPPOSITE CLAY
The present invention is primarily based on the discovery of a particulate clay compound which gives a maximum degree of hardness to the catalyst or adsorbent compositions in which it is incorporated. This compound contains a major proportion, preferably between about 70 and 95%, of a non-swelling clay of the bentohite type washed with an acid, and a smaller amount, preferably between about 5 and 50 of a clay. of the kaolin type.
It has been found that mixtures of these clays, taken in the quantities mentioned, and transformed into extruded granules, then dried and calcined, exhibit a degree of hardness which is greater than that of either of these. clays taken singly or in other proportions. This mutual relationship is illustrated in the accompanying drawing, in which Fig. 1 is a graph showing the mutual relationship between the hardness of the particles and their composition. In this drawing, we can clearly see that a maximum hardness is reached when the composition contains between 85 and 90% of "Filtrol", which is a clay of the bentonite type.
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washed with acid.
It is found that this optimum relationship between proportions is also valid when materials other than alumina or molytene are incorporated into the mixture. Figure 1 will be explained in more detail later.
The quality of hardness or abrasion resistance is measured in the present invention using a Humble apparatus for measuring loss through attrition. This apparatus consists of a metal box of cylindrical shape in which are mounted two deflector plates which extend longitudinally along the opposite sides of the cylinder. During operation, the box is assembled with a view to its horizontal and axial rotation, then 100 g of particles and catalyst are introduced into it and then it is made to rotate at 60 revolutions / minute for one hour. At the end of this time, the solid material is removed and passed through a sieve to separate the fines which pass through a 20 mesh sieve.
The fines collected are then weighed and the loss is expressed by attrition by the following equation:
Weight of fines
A = x 100
Initial weight of / particles The loss through attrition is inversely proportional to the hardness of the particles and the hardness can be expressed as follows:
H = 100 - A
This hardness value thus represents the percentage by weight of initial material which was not detached by abrasion from the particles during the test.
The hardness values mentioned here all represent the hardness of the finished and calcined particles, not the hardness of the particles which are simply dried for example at 120-205 C. The calcined hardness is the hardness of the particles. which have been heated to a temperature between approximately 315 and 815 0. between 1 and 16 hours, which
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has the effect of removing combined water and ordinarily activating the composition by altering its crystal structure.
The activated bentonite type clays and the kaolin type clays used in the present invention can be distinguished from each other and other clays by any of their many different properties.
Clays of the bentonite type naturally contain. a high proportion of the montmorillonite-type minerals, including montmorillonite, beidellite, nontronite, hesorite, saponite and sauconite. Montmorillonite is often referred to by the formula Al2O3. 4SiOg. H2O + xH2O. Kaolin clays are rich in kaolinic minerals including kaolinite (, il 203 2SiO2. 2H20), dichite, nacrite, anauxite, hallyosite and endellite. It is found that kaolinic clays generally contain between about 30 and 40% of Al2O3 while bentonite clays usually contain less than 20% of this compound.
Another important characteristic of bentonite clays is their great capacity to act as cation exchange bases, which capacity is usually between 80 and 90 milli-equivalents per 100 g of air-dried clay; the crystal lattice obtained obviously has weak bonds. On the other hand, kaolin clays have a low capacity to act as cation exchange bases, a capacity which is of the order of 10 milli-equivalents per 100 g of dry clay.
The study of x-ray crystals shows that minerals of the montmorillonite type have three-layered crystal lattices while kaolinic minerals have two-layered crystal lattices. Differential thermal analysis curves established for montmorillonite show that there are three endothermic peaks at
<Desc / Clms Page number 11>
150-320 C., 695-730 C and 870-920 C. and a single exothermic peak at 925-1050 C. Similar curves laid out for kaolinite show a strongly endothermic peak at 620 C. and a strongly exothermic peak at 980. C, which clearly differentiates it from other groups of mineral clays.
Other important characteristics of these clays are mentioned in "Encyclopedia of Chemical Technology, Vol. 4, pp. 24-85; R. E. Kirk, Ed. Interscience Encyclopedia Inc., N.Y. 1949."
The non-swelling or sub-bentonite type clays used in the present invention are mined in regions very distant from each other, for example in the states of Arizona, California, Texas, United States of America. Arksnsas, Permissippi, Kentucky, Tennessee and many other places outside the United States of America. Swelling types of bentonites can also be found in the state of Wyoming, south of the state of Dakota, in the states of Montana, Utah,
from Nevada and California. It is preferred to use in the present invention non-swelling or sub-bentonite-type clays, since they are much easier to activate, for example by washing with acid, than swelling clays. For this purpose, it is preferred to use a high-quality sub-bentonite containing the major part of the mineral montmorillonite. These clays are usually activated by treatment with a mineral acid such as sulfuric acid.
45 kg of clay (on a volatile free basis) can be treated with, for example, about 9 to 68 kg of H2SO4. The concentration of the acid can be between about 5 and 60%, calculated on the basis of the total water content of the mixture, including the water content of the clay. The processing time can vary between about 1 and 12 hours and the temperature between about -17 and 1000 C. A desired degree of extraction is such as to give a final desirable content of Al2O3 at which
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A low FO3 content is added which is between 10 and 20%, preferably between approximately 15 and 20%.
For example, 45 kg of a typical Arizona sub-bentonite can be treated with 13.6 kg of H2SO4 as a 12% solution, for 6 hours at 93-1000 C. Analyzes of natural clay and acid-treated product show that the following characteristics are obtained (on an anhydrous basis).
Percentage of weight
EMI12.1
<tb> Before <SEP> After
<tb>
<tb> treatment <SEP> treatment
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> SiO2 <SEP> 67.5 <SEP> 71.5
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Al2O3 <SEP> 19.5 <SEP> 16.3
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Fe203 <SEP> 1.8 <SEP> 2.4
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> CaO <SEP> 3.2 <SEP> 2.3
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> MgO <SEP> 6.9 <SEP> 4.5
<tb>
If the catalyst is to be used for the treatment of crude hydrocarbons having a high content of sulfur compounds, it is desirable to reduce the Fe2O3 content of the bentonite clay to as low as is practicable. preferably below about 1%.
In this way the catalyst is made much more resistant to sulfur poisoning and retains its activity for longer periods of time.
However, the content of Al2O3 plus Fe2O3 should not be reduced by the acid treatment below 10%, preferably if the catalyst mixture is to be extruded, since more acid-treated clays pushed lose their plasticity and hence their extrudability.
A very suitable clay prepared in accordance with the general guidelines mentioned above is known as "Filtrol", and is sold by the "Filtrol Corporation" of Los
<Desc / Clms Page number 13>
Angeles in California. This material has the following composition in the calcined state:
EMI13.1
sio 2 70 H 103 17 FeZ03 .ig0 5
EMI13.2
<tb> CaO <SEP> 5
<tb>
EMI13.3
H 2 3
The kaolin clays used in the present invention are mined, for example, in North Carolina,
EMI13.4
in South Carolina, Georgia, Florida and Vermont (United States of America).
A type of highly plastic kaolin known as figulin clay, and which is mined in western Tennessee, Kentucky and New Jersey (United States of America) is particularly suitable for processing of the present invention. Usually, these clays do not require any special pretreatment other than grinding for the purpose of reducing coarse aggregates to powder. In some cases washing with dilute acid may be desirable.
For example, a suitable figulin clay can be obtained from the "Western Talc Company" in Los Angeles, California, and this clay presents the following analysis:
EMI13.5
<tb> SiO2 <SEP> 51.6
<tb>
EMI13.6
A 12 3 33.7
EMI13.7
<tb> Fe203 <SEP> 0.8
<tb>
<tb> CaO <SEP> 0.14
<tb>
<tb>
<tb> MgO <SEP> 0.27
<tb>
<tb>
<tb> H2O <SEP> 11.9
<tb>
EMI13.8
EXELiTLE 1
The above types of figulin clay and "Filtrol" clay were used to form the mixture (in their uncalcined state).
<Desc / Clms Page number 14>
used to obtain the; data shown in Figure 1 and Table 1.
In FIG. 1, we plotted on the abscissa, at the upper part the percentage by weight of figuline clay, at the lower part the percentage by weight of "Filtrol" and on the ordinate the hardness calculated using l Humble appliance, and the hardness of 93.4 corresponds to the use of 100% figulin clay (c). In all cases, the compositions are prepared by first mixing the two clays in powder form taken in the proportions indicated on an anhydrous basis, thick with the addition of sufficient water to obtain a plastic mass which can be obtained. extrusion, after which extrusion is carried out at a pressure of approximately 14 kg / cm 2 (relative pressure) through circular orifices of 4.76 mm.
The extrudate was cut into sections 4.76 mm long, dried at about 1050 0 and calcined at about 395 C for 2-6 hours. This product is designated "B" in Figure 1.
The hardness is determined as described above. The results are as follows:
TABLE 1
EMI14.1
<tb> Composition <SEP> Hardness
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>% <SEP> in <SEP> weight <SEP> Attrition <SEP> test <SEP> with
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> (anhydrous) <SEP> the device <SEP> Humble
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Catalyst <SEP> Filtrol <SEP> clay
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> ¯¯¯¯¯¯¯ <SEP> ¯¯¯¯¯ <SEP> figuline <SEP> ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 1 <SEP> 0 <SEP> 100 <SEP> 9.4
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 2 <SEP> 50 <SEP> 50 <SEP> 98.0
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 3 <SEP> 75 <SEP> 25 <SEP> 98.9
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 4 <SEP> 85 <SEP> 15 <SEP> 99.3
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 5 <SEP> 100 <SEP> 0 <SEP> 98,
7
<tb>
To use these known clay cracking catalyst compounds, the granular material containing 85% of "Filtrol" and 15% figulin clay, a mixture represented by "A"
<Desc / Clms Page number 15>
in Figure 1, is brought into contact for example with gas oil vapors from a crude Somma Maria (United States of America), whose boiling range is between 230 and 4800 C. and whose API density (American Petroleum Institute) is 33.
The reaction conditions are as follows: bed temperature, 495 C .; relative pressure: 2.1 kg / cm2; flow rate, 1 volume of oil (liquid) pure volume of catalyst and per day. The total liquid recovery is about 92% by volume based on the feed, with losses of about 10% as gas and coke.
The gasoline yield is about 40% by volume. One can use other cracking conditions, for example temperatures from 425 to 650 C., pressures from 0 to 35 kg / cm (relative pressures), hourly volumetric speeds from 0.5 to 10. can use the same catalyst in fluidized bed cracking processes by grinding the granules to form powders with a size of about 200 to 400 mesh (standard sieve) or less.
In any cracking process, it happens that the catalyst particles become relatively inactive as a result of the deposition of coke thereon. Therefore, they are ordinarily regenerated when they have accumulated 1 to 4% by weight of coke.
Regeneration is accomplished by combustion with air or oxygen at a temperature between 480 and 815 C.
To use these clay compounds as adsorbents, the material is pelletized containing 85% "Filtrol" and 15; of figuline clay in contact with the same Santa aria gas oil at a temperature of about 370 ° C. and at atmospheric pressure, using a catalyst / oil ratio of 5.0.
Under these conditions, 70 to 85% of the organic nitrogen compounds are retained by the adsorbent. When a crude gasoline containing nitrogen is treated at 205 ° C., at atmospheric pressure and with a catalyst / oil ratio of 1.0, between 60 and 80% of the nitrogen compounds are removed as well as most of the nitrogen compounds. diolefins
<Desc / Clms Page number 16>
forming gums.
CLAY AND ALUMINA COMPOSITIONS
Refractory oxides such as precipitated gel-forming alumina, silica, silica-alumina, titanium oxide, thoria, zirconium oxide or magnesia which does not are not extrudable by themselves can be made into easily extrudable mixtures when incorporated therein from about 1 to 70% by weight (anhydrous) of the clay mixture described above. Here again, the relative proportions of the two clays in the final granule obtained is an important factor, with mixtures in which the ratio, by weight, of bentonite to kaolin is between about 2.5 and 30, being. harsher than those which contain other reports.
Another important factor is the particle size of the aluminum used. It has been found that the hardness of the granules increases when more finely divided alumina is used.
Thus, a mixture composed of 50% 230 mesh alumina, 42.5% "Filtrol" clay and 7.5% figulin clay can be wetted until plasticity is obtained, extruded under form 4.76mm granules as described above, dried and calcined at 595 ° C. for 10 hours, after which it was subjected to the hardness test as described above using the Humble apparatus to measure the attrition. It is found that the hardness of these granules is between 97.25 and 97.8, while the hardness of similar granules prepared from alumina with a size of 330 mesh is between 98.25 and 99. Therefore, it is preferred to use aluminas or other refractory oxides which have an average particle size of less than about 300 vials.
The hardness of clay and alumina compositions
<Desc / Clms Page number 17>
increases slightly as the total clay mixture content is increased above 50%. Mixtures containing 50% alumina and 50% clay (85% "Filtrol" and 15% figulin clay), when prepared and tested as described above have a hardness of 97 , About 5 while similar mixtures containing only 30% alumina and 70% of the clay mixture have a hardness of about 97.8. This slight increase in hardness is usually overcome by a loss of activity of the aluminum component and therefore it is preferred to use clay-alumina catalysts containing between about 40 and 65% alumina.
Clay-alumina catalysts are primarily useful for conversion processes which do not primarily involve hydrogenation or dehydrogenation reactions. For example, they can be used for cracking, isomerizing or reforming various hydrocarbon fractions at temperatures between about 4 ° U and 650 ° C., at pressures of between about G and 70 kg /. cm (relative) and with an hourly volumetric speed between approximately, 5 and 10.0. They are also useful in adsorption processes.
CLAY-ALUMINA AND HEAVY METAL COMPOSITIONS
In their preferred form, the catalysts in accordance with the present invention contain, in addition to the mixture of clay and alumina, one or more of the heavy metal oxides having an atomic number equal to or greater than 22. These include metals of groups VI-B and VIII of the periodic table, especially chromium, molybdenum, tungsten, uranium, iron, ruthenium, osmium, cobalt, rhodium, iridium, nickel-palladium and platinum.
A particularly useful group of catalysts useful in conversion processes in which it is desirable to promote hydrogenation and / or dehydrogenation are those which contain an oxide of a metal.
<Desc / Clms Page number 18>
from group VI-B, especially molybdenum or chromium. It is also desirable to use the oxides of cobalt and nickel in addition to the metals of Group VI-B, especially if the feed material has a high content of organic sulfur compounds.
Catalysts from this group can be mixed by either of the following two general methods:
PROCEDURE 1 - In this process, the clay composition, preferably further comprising about 70 to 95% bentonite type clay and 3 to 30% kaolin type clay, is mixed with alumina and with a finely divided dry oxide consisting of at least one of the heavy metal oxides to be used, for example molybdenum oxide.
The mixture is then wetted to bring it to a plastic state without any suitable liquid, then it is extruded as described above to form granules of suitable size, dried and calcined. After drying or calcining, it may be desirable to further impregnate the catalyst with an aqueous solution of another salt of a metal, for example cobalt nitrate or nickel nitrate. Then, the impregnated catalyst is drained, dried and finally calcined to reduce the metal salt which impregnates it to its oxide form.
PROCESS 2 - In accordance with this process, the constituents intended to enter into the finished catalyst are firstly incorporated into one another, then the mixture is transformed into granules, for example by extrusion, the granules are dried and then sealed. calcines. In a variant of this process, the clay compound, alumina and dry molybdic anhydride (MoO3) can be ground together and then wet with an aqueous solution of cobalt nitrate or nickel nitrate of sufficient concentration. to give the desired ratio of cobalt or nickel oxide in the calcined catalyst when the solution is used in an amount just sufficient to give the desired plasticity to the mixture in
<Desc / Clms Page number 19>
view of the extrusion.
In another variant, all the heavy metals to be used can be added in the form of an aqueous solution of a salt or salts of these metals. For this purpose, ammoniacal ammonium molybdate or ammonium chromate can be used. , or in general any other heavy metal salts which decompose in the form of oxides when heated for example to 250 to 650 C.
A catalyst containing molybdenum and cobalt, prepared by one uu. the other of the above processes may have a final composition, after calcination, which is substantially the following:
EMI19.1
<tb> Alumina <SEP> 35 <SEP> - <SEP> 65%
<tb>
<tb> Bentonite <SEP> clay <SEP> 20 <SEP> - <SEP> 45%
<tb>
<tb> Kaolin clay <SEP> <SEP> 2.5 <SEP> - <SEP> 12%
<tb>
<tb> Molybdenum <SEP> <SEP> <SEP> 5- <SEP> 15%
<tb>
<tb> Oxide <SEP> of <SEP> cubdlt <SEP> 1 <SEP> - <SEP> 6%
<tb>
The extruded catalysts falling within the range of dom- positions mentioned above have, as has been observed, a hardness substantially equal to that of the clay-alumina catalysts; the heavy metal oxides, when taken in the above range of proportions, do not appreciably modify the hardness.
Their activity for hydrocarbon conversions such as hydrogen reforming, hydrogenation, dehydrogenation, aromatization, desulfurization and denitrification compares favorably with cobalt-molybdenum-alumina catalysts prepared by the processes of the prior art.
FIG. 2 is a graphical representation on which the hardness (on the y-axis) as a function of the dimension in miles of the alumina (on the x-axis) has been plotted, this graph also showing the relative hardness of the catalysts containing
<Desc / Clms Page number 20>
various alumina / clay and "Filtrol" clay / figuline clay ratios.
The meaning of the details of this figure will appear during the following example, which is given for illustrative purposes only.
EXAMPLE II
Calcined catalysts having the composition mentioned in Table 2 are prepared by intimately mixing alumina (activated gel type) with the indicated proportions of clays and molybdenum trioxide powder, adding enough water to give a plastic consistency. rigid at. mixture and then extruding it through circular orifices 4.76 mm in diameter, a cut the extruded product into sections approximately 4.76 mm long, dried, calcined at 595 ° C. for approximately 7 hours and then subjected to the - hardness test in the Humble attrition apparatus.
The results are as follows:
TABLE 2 Composition, percentage in dry nodes
EMI20.1
<tb> Cata- <SEP> Al2O3 <SEP> Filtrol <SEP> clay <SEP> MoO3, <SEP> Hardness
<tb>
<tb> lyseur <SEP> 230 <SEP> 330 <SEP> figuli-
<tb>
<tb>
<tb> meshes <SEP> meshes <SEP> ne
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 1 <SEP> 30 <SEP> - <SEP> 31 <SEP> 9 <SEP> 10 <SEP> 97.8
<tb>
<tb> 50 <SEP> - <SEP> 34 <SEP> 6 <SEP> 10 <SEP> 97.5
<tb>
<tb> 3 <SEP> - <SEP> 50 <SEP> 34 <SEP> 6 <SEP> 10 <SEP> 98.5
<tb>
<tb> 4- <SEP> 50 <SEP> 34 <SEP> 6 <SEP> 10 <SEP> 98.4
<tb>
<tb> 5- <SEP> 30 <SEP> 40 <SEP> - <SEP> lu <SEP> 96.1
<tb>
In Figure 2, a correlation between catalysts 2, 3 and 4 is established to show the effect on hardness of a difference in the size of the alumina (in mesh).
Catalyst 1 has a slightly increased hardness compared to catalyst 2 due to its higher clay content. Catalyst 5 strikingly shows the result of omitting kaolin from the composition, more than two points of hardness bushing occurring, as seen when comparing with catalysts: and 4.
This
<Desc / Clms Page number 21>
The difference is very important when we move from the commercial scale to the industrial scale.
EMI21.1
E .. - JALE III The process used to prepare the cata-
EMI21.2
Lysers 0 and 4 in Example II, with the exception that the final catalyst is impregnated with cubite by immersing it in a 20% aqueous solution. of cotalto-nitrate hexahydrate, after which it is drained, dried and again calcined at 595 0. for 6 hours to decompose the salt into cobalt oxide.
The
EMI21.3
final catalyst contains about 3 µ of CaC. When measuring the above hardness co: wu <3, it was found to be about 98.6, the slight improvement probably being due to the second calcination.
EMI21.4
EA3.l.i} 'LE IV A nicl # l-all1illin-clay catalyst is prepared by first mixing 210 g of "Filtrol" with 24 g of figuline clay until a homogeneous powder is obtained. The mixture of clays is then intimately incorporated into 200 g of precipitated and activated alumina (320 meshes) and 40 g of powdered dry molybdenum trioxide. The dry mixture is then wetted with 150 g of a 40% aqueous solution of nickelous nitrate hexahydrate.
A stiff dough forms which is then extruded through dies
EMI21.5
of, '7G mm under a pressure of 14 kg / cm2 (relative), and the extruded product is cut into sections / d, 17 mi in length. .after drying and calcination, for 8 hours at 650 C, the granules are subjected to the attrition test in the Humble apparatus and it is found that the hardness is about 97, and that their composition is as follows, on an anhydrous nozzle:
EMI21.6
<tb> Weight, <SEP>, <SEP>
<tb> Filtrol <SEP> 39.0
<tb>
<tb> Clay <SEP> figuline <SEP> 4.2
<tb>
EMI21.7
toi 205 4.0
EMI21.8
<tb> MoO3 <SEP> 8.9
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> NiO <SEP> 3.5
<tb>
<Desc / Clms Page number 22>
The catalysts of Examples II, III and IV and other similar compositions containing one or more heavy metal oxides are all highly suitable for various hydrocarbon conversion reactions, such as desulfurization, denitrification, hydrogenation, hydroforming. , reforming, cracking, destructive hydrogenation (eg hydrogenated hydrocracking) and the like.
These reactions are generally carried out by contacting the catalyst with a hydrocarbon feedstock at a temperature between about 260 and 815 ° C. and preferably in the presence of hydrogen, such as recycled hydrogen gas. During its use, various amounts of deposits, including mainly carbon, nitrogen and sulfur compounds, accumulate on the catalyst and are periodically removed by regeneration. This is done by passing air diluted with a flue gas, water vapor, nitrogen or other inert gas, over the catalyst, in order to burn the deposits while maintaining the catalyst temperature between approximately 425 and 565 C.
One completes the combustion in the presence of undiluted air while maintaining the temperature of the catalyst between about 425 and 565 C. The regenerated catalyst, after reduction with hydrogen, has substantially the same catalytic activity as the fresh catalyst. prepared even after a large number of regenerations.
For the purpose of desulfurizing crude petroleum, shale oil distillates and the like, the catalysts according to the present invention are used under the following conditions: reaction temperatures of between about 315 and 595 C; relative pressures between a pressure substantially equal to that of the atmosphere and 350 kg / cm or more; volumetric speeds of between approximately 0.2 and 10.0 volumes of feed constituted by the crude liquid / volume of catalyst / hour and between 8950 and 178.800 dm3 of hydrogen
<Desc / Clms Page number 23>
added per 100 liters of load. The particular set of conditions is determined by the feed to be desulfurized and the nature of the desired product.
The catalysts described herein can also be used for the denitrification of raw materials such as coal tar distillates, shale oils and heavy fractions from the distillation of petroleums, so that up to and including the removal can be done simultaneously. 99% nitrogen and substantially all sulfur.
For the derifaction of these materials, the following conditions are used: reactor temperatures between about 370 and 540 Ce; pressures between about 35 and 700 kg / cm2 (relative); flow rates between about 0.2 and 10.0 volumes of liquid raw material introduced / volume of catalyst / hour and about 17,880 to 178,800 dm3 of hydrogen added / 100 liters of feed.
To remove nitrogen, it is generally desirable to use a two-phase denitrification process in which ammonia synthesized in the first phase is removed from the product of the first phase before entering the second. denitrification stage, and 'in which ammonia and hydrogen sulfide are removed from the streams, of recycled hydrogen gas, in each stage. Under these conditions, the maximum efficiency in removing nitrogen from the feedstocks is achieved.
The catalysts according to the present invention can also be used for hydrogen reforming, a process which serves to reform a hydrocarbon material whose boiling point is within the boiling range of gasoline and to increase its content of gasoline. aromatic. To treat raw materials with the aim of subjecting them to reforming and increasing their aromatic content, the following conditions are used: reaction temperatures of between approximately
<Desc / Clms Page number 24>
425 and 650 C, pressures between approximately 3.5 and 70 kg / cm2 (relative), volumetric velocities between approximately 0.2 and 4.0 volumes of liquid feed / vulume of catalyst / hour and approximately 17,880 to 178,800 dm3 of hydrogen added / 100 liters of charge.
The particular conditions are determined by the nature of the particulate raw material used and the quality of the desired product.
The following example is mentioned to show the treatment results obtainable by using the catalysts of the invention for the hydrogenated reforming of a raw feed material.
EXAMPLE V
An extruded catalyst is prepared by the process described in Example III, using activated alumina with a size of 325 mesh, the final catalyst giving, on analysis, dry:
Percent by weight
EMI24.1
<tb> Al2O3 <SEP> 48.5
<tb> "Filtrol" <SEP> 33.0
<tb>
<tb> Clay <SEP> figuline <SEP> 6.0
<tb>
<tb>
<tb> MoO3 <SEP> 9.5
<tb> CoO <SEP> 3.0
<tb>
One uses this catalyst in a hydrogen reforming operation on a gasoline coming from a direct distillation and having a high content of naphthene, boiling between 99 and 126 C and containing 0.01% sulfur.
The operating conditions are as follows:
EMI24.2
<tb> Pressure <SEP> 14 <SEP> kg / cm2 <SEP> (relative)
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Volumetric <SEP> speed
<tb>
<tb>
<tb> hourly <SEP> to <SEP> state <SEP> liquid <SEP> 1
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Hydrogen <SEP> 35.760 <SEP> dm3 / l00 <SEP> liters <SEP> of
<tb>
<tb>
<tb> load
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Temperature <SEP> 480 <SEP> C
<tb>
<Desc / Clms Page number 25>
The results are the solvents:
TABLE 5
EMI25.1
<tb> Load <SEP> Product
<tb>
<tb> Yield <SEP> in <SEP> volume <SEP> @ <SEP> (C4 +) <SEP> - <SEP> 85.0
<tb>
EMI25.2
Density <>.! #. ï. at 16 C 55.6 "46.3 Olefin content, volume) i 0, E -1.0
EMI25.3
<tb> <SEP> content in aromatic <SEP>, <SEP> vol. <SEP> 13.2 <SEP> 4, <SEP>
<tb>
<tb> aromatics <SEP> synthetic, <SEP> vol. <SEP> - <SEP> 32.3
<tb>
<tb>
<tb> Number <SEP> of octane
<tb>
EMI25.4
Claire 1-1 5L. , 5 9.3.5 F-l + 3 cm3 lead 77, C iso + L, C4:
, t et ra ethyl 1 Analysis of the gases H2 produced in diab / lûu liters of chm: '!: 8 7¯4. ; ± r! C -.- C, produced in draS / 100 liters of feed 5.27- Carbon, weight in 1 "of the chmy¯. 1.0
This example illustrates the high synthesis of aromatics:.: And the improvement of the octane number, as well as the low production of C1-C3 gas and the high production of hydrogen.
EMI25.5
which can be achieved with the catalysts of this invention.
Similar results are obtained by replacing cobalt with nickel and molybdenum with chromium.
EXAMPLE VI
The same catalyst as in Example V is used to subject to hydrogen desulphurization a gas oil of
EMI25.6
straight-run distillation from Santa l..aria Valley (: state of California) having a boiling range of SUS-343 C and a specific gravity of 1. * I, .I.
. de as well as a sulfur content of 2,2; -. The working conditions are as follows:
<Desc / Clms Page number 26>
EMI26.1
<tb> Temperature <SEP> 399 C
<tb>
EMI26.2
Pressure 35 kg / em (connected)
EMI26.3
<tb> Hydrogen <SEP> 53640 <SEP> dm3 / 100 <SEP> 1.
<tb>
<tb>
<tb> Volumetric <SEP> speed <SEP> hourly <SEP> 2.0
<tb>
<tb>
<tb> to <SEP> the liquid <SEP> state
<tb>
The product collected during a 6 hour run contained on average between about 0.04% and 0., Sulfur, representing a sulfur removal of between approximately 96.5 and 98.
From the foregoing description, it is evident that with the catalysts and adsorbents described herein, a very economical manufacturing process is combined with high catalytic activity, good adsorption capacity and high degree of wear resistance. . However, it is obvious that the foregoing description has been given only as an indication and in no way limiting and that various modifications can be made to it without thereby departing from the scope of the invention.