EP3525926A1 - Catalyseur de cobalt a base d'un support contenant une phase d'oxyde mixte contenant du cobalt et/ou du nickel prepare par l'utilisation d'un compose hydrogenocarbone. - Google Patents

Catalyseur de cobalt a base d'un support contenant une phase d'oxyde mixte contenant du cobalt et/ou du nickel prepare par l'utilisation d'un compose hydrogenocarbone.

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Publication number
EP3525926A1
EP3525926A1 EP17765141.1A EP17765141A EP3525926A1 EP 3525926 A1 EP3525926 A1 EP 3525926A1 EP 17765141 A EP17765141 A EP 17765141A EP 3525926 A1 EP3525926 A1 EP 3525926A1
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EP
European Patent Office
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cobalt
support
catalyst
silica
alumina
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP17765141.1A
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German (de)
English (en)
Inventor
Dominique DECOTTIGNIES
Romain CHENEVIER
Antoine Fecant
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IFP Energies Nouvelles IFPEN
Original Assignee
IFP Energies Nouvelles IFPEN
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Filing date
Publication date
Application filed by IFP Energies Nouvelles IFPEN filed Critical IFP Energies Nouvelles IFPEN
Publication of EP3525926A1 publication Critical patent/EP3525926A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C10G2/00—Production of liquid hydrocarbon mixtures of undefined composition from oxides of carbon
    • C10G2/30—Production of liquid hydrocarbon mixtures of undefined composition from oxides of carbon from carbon monoxide with hydrogen
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    • C10G2/331—Production of liquid hydrocarbon mixtures of undefined composition from oxides of carbon from carbon monoxide with hydrogen with the use of catalysts characterised by the catalyst used containing group VIII-metals
    • C10G2/332—Production of liquid hydrocarbon mixtures of undefined composition from oxides of carbon from carbon monoxide with hydrogen with the use of catalysts characterised by the catalyst used containing group VIII-metals of the iron-group
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    • B01J23/005—Spinels
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    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2523/00—Constitutive chemical elements of heterogeneous catalysts

Definitions

  • the invention relates to a catalyst containing an active phase of cobalt, deposited on a support comprising alumina, silica or silica-alumina, said support also containing a mixed oxide phase containing cobalt and / or nickel, said catalyst having been prepared by introducing at least one organic hydrocarbon compound of formula C x H y .
  • the invention also relates to its method of preparation and its use in the field of Fischer-Tropsch synthesis methods.
  • the present invention relates to the field of Fischer-Tropsch synthesis processes which make it possible to obtain a broad range of hydrocarbon cuts from the CO + H 2 mixture, commonly called synthesis gas or syngas.
  • the catalysts used in Fischer-Tropsch synthesis are most often supported catalysts based on alumina, silica or silica-alumina or combinations of these supports, the active phase consisting mainly of iron (Fe) or cobalt ( Co) optionally doped with a noble metal such as Pt, Rh or Ru.
  • patents US 5,856,260 and US 5,856,261 respectively teach the introduction, during the preparation of the catalyst, of polyols of general formula CnH 2n + 2 O x with n an integer of between 2 and about 6, and x an integer between 2 and 1 1 or sugars of mono- or disaccharide type, sucrose being particularly preferred.
  • NTA nitrilotriacetic acid
  • CyDTA 2-cyclohexadiamine- ⁇ , ⁇ , ⁇ ', tetraacetic acid (CyDTA) or ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA).
  • EDTA ethylenediaminetetraacetic acid
  • WO2012 / 013866 discloses the use of a cyclic oligosaccharide, especially cyclodextrin, as additive of a Fischer-Tropsch catalyst. This document also describes the use of a silica-alumina support optionally containing a spinel.
  • US 2010/236988 discloses catalysts comprising a carrier loaded with an active metal which is contacted with a solution containing a hydrocarbon oil and a polar additive having a dipole moment of at least 0.45.
  • the subject of the invention is a catalyst containing an active phase of cobalt, deposited on a support comprising alumina, silica or silica-alumina, said support also containing a mixed oxide phase containing cobalt and or nickel, said catalyst being prepared by a process comprising at least: a) a step of contacting a support comprising alumina, silica or silica-alumina with at least one solution containing at least minus a precursor of cobalt and / or nickel, and then dried and calcined at a temperature between 700 and 1200 ° C, so as to obtain a mixed oxide phase containing cobalt and / or nickel in the support, then b) a step of contacting said support containing said mixed oxide phase with at least one solution containing at least one cobalt precursor, c) a step of contacting said support containing said mixed oxide phase with at least one solution comprising a com organic hydrocarbon-based compound of formula C x H y , it being understood that said organic hydro
  • an organic hydrocarbon compound of formula C x H y as an organic additive during the preparation of a catalyst containing an active phase of cobalt, deposited on a support comprising alumina, silica or silica-alumina, said support also containing a mixed oxide phase containing cobalt and / or nickel provided a catalyst for Fischer-Tropsch synthesis showing catalytic performance improved.
  • the catalyst according to the invention shows an increased activity and selectivity compared to catalysts containing a mixed oxide phase containing cobalt and / or nickel in their support but prepared without additivation with at least one organic hydrogen carbonate compound.
  • the use of such an organic compound during the preparation of a cobalt-containing catalyst containing a support containing a mixed oxide phase containing cobalt and / or nickel appears to have a synergistic effect on activity and selectivity in a Fischer-Tropsch process.
  • such a catalyst has a substantially greater cobalt dispersion than that exhibited by catalysts prepared in the absence of such an organic compound. This results in the presence of a larger number of active sites for the catalysts prepared in the presence of at least one organic hydrogen carbonate compound of formula C x H y , even if this organic hydrocarbon compound of formula C x H y is at least partially subsequently removed by drying and possibly calcination.
  • the mixed oxide phase content in the support is between 0.1 and 50% by weight relative to the weight of the support.
  • the mixed oxide phase comprises an aluminate of formula
  • the mixed oxide phase comprises a silicate of formula Co 2 SiO 4 or Ni 2 SiO 4 in the case of a support based on silica or silica-alumina.
  • the silica content of said support is between 0.5% by weight and 30% by weight relative to the weight of the support before the formation of the mixed oxide phase when the support is a silica-alumina.
  • the organic hydrocarbon compound of formula C x H introduced therein during step c) is chosen from a saturated or unsaturated, acyclic or cyclic hydrogenated carbonate compound with x> 5 and y> 6.
  • the molar ratio between the organic hydrogénocarboné compound of formula C x H y introduced during step c) with respect to the cobalt element introduced in step b) is between 0.01 and 5.0 mol / mol.
  • the content of cobalt element introduced during step b) as active phase is between 1 and 40% by weight, expressed as metallic cobalt element relative to the total weight of the catalyst.
  • the catalyst further comprises a member selected from VIIIB, IA, IB, MA, MB, NIA, IIIB and VA.
  • the catalyst further contains an organic compound other than the organic hydrocarbon compound of formula C x H y , said organic compound containing oxygen and / or nitrogen.
  • the organic compound is chosen from a compound comprising one or more chemical functional groups chosen from a carboxylic function, alcohol, ether, aldehyde, ketone, amine, nitrile, imide, oxime, urea and amide.
  • a calcination step e) is carried out at a temperature of between 200 and 550 ° C. under an inert atmosphere or under an atmosphere containing oxygen.
  • the catalyst obtained in the drying step d) or obtained in the calcining step e) is reduced to a temperature of between 200 ° C. and 500 ° C.
  • the invention also relates to the use of the catalyst according to the invention in a Fischer-Tropsch synthesis process in which the catalyst according to the invention is brought into contact with a feedstock comprising synthesis gas at a total pressure of between 0.degree. 1 and 15 MPa, at a temperature of between 150 and 350 ° C., and at an hourly space velocity of between 100 and 20000 volumes of synthesis gas per volume of catalyst and per hour with a H 2 / CO molar ratio of synthesis between 0.5 and 4.
  • group VIII according to CAS classification corresponds to the metals in columns 8, 9 and 10 according to the new IUPAC classification.
  • the textural and structural properties of the support and the catalyst described below are determined by the characterization methods known to those skilled in the art.
  • the total pore volume and the porous distribution are determined in the present invention by nitrogen porosimetry as described in the book “Adsorption by powders and porous solids. Principles, methodology and applications "written by F. Rouquérol, J. Rouquérol and K. Sing, Académie Press, 1999.
  • Specific surface area is defined as the BET specific surface area (S B AND in m 2 / g) determined by adsorption of nitrogen according to ASTM D 3663-78 established from the method BRUNAUER-EMMETT-TELLER described in the periodical "The Journal of American Society, 1938, 60, 309.
  • the catalyst according to the invention is a catalyst containing an active phase of cobalt, deposited on a support comprising alumina, silica or silica-alumina, said support also containing a mixed oxide phase containing cobalt and / or nickel, said catalyst being prepared by a process comprising at least: a) a step of contacting a support comprising alumina, silica or silica-alumina with at least one solution containing at least one cobalt and / or nickel precursor, then dried and calcined at a temperature between 700 and 1200 ° C, so as to obtain a mixed oxide phase containing cobalt and / or nickel in the support, then b) a step of contacting said support containing said mixed oxide phase with at least one solution containing at least one cobalt precursor, c) a step of contacting said support containing said mixed oxide phase with a solution that includes at least one organic hydrocarbon compound of formula C x H y , it being understood that said compound organic hydrogen carbonate is in liquid
  • step a) is the formation of a mixed oxide phase containing cobalt and / or nickel in a support comprising alumina, silica or silica-alumina by setting contacting a solution containing at least one cobalt and / or nickel precursor, followed by drying and calcining at a high temperature.
  • the formation of the mixed oxide phase in the support can be carried out by any method known to those skilled in the art. It is generally carried out by introducing cobalt and / or nickel in the form of a salt precursor, for example of the nitrate type, onto the initial support containing alumina, silica or silica-alumina. By calcination at a very high temperature, the mixed oxide phase containing cobalt and / or nickel is formed and stabilizes the entire support.
  • the cobalt and / or nickel contained in the mixed oxide phase is not reducible during the final activation of the Fischer-Tropsch catalyst (reduction).
  • the cobalt and / or nickel contained in the mixed oxide phase does not therefore constitute the active phase of the catalyst.
  • a step is performed to bring a support comprising alumina, silica or silica-alumina into contact with at least one solution containing at least one precursor of cobalt and / or nickel. and then dried and calcined at a temperature between 700 and 1200 ° C, so as to obtain a mixed oxide phase containing cobalt and / or nickel in the support.
  • the step a) of contacting can be carried out by impregnation, preferably dry, of a support comprising alumina, silica or silica-alumina, preformed or in powder form, with minus an aqueous solution containing the precursor cobalt and / or nickel, followed by drying and calcination at a temperature between 700 and 1200 ° C.
  • the cobalt is brought into contact with the support via any soluble cobalt precursor in the aqueous phase.
  • the cobalt precursor is introduced in aqueous solution, preferably in the form of nitrate, carbonate, acetate, chloride, complexes formed with acetylacetonates, or any other soluble inorganic derivative in aqueous solution, which is brought into contact with said support.
  • the cobalt precursor advantageously used is cobalt nitrate or cobalt acetate.
  • the nickel is brought into contact with the support via any soluble nickel precursor in the aqueous phase.
  • said nickel precursor is introduced in aqueous solution, for example in the form of nitrate, carbonate, acetate, chloride, hydroxide, hydroxycarbonate, oxalate, complexes formed with acetylacetonates, or any other soluble inorganic derivative in aqueous solution, which is contacted with said support.
  • the nickel precursor advantageously used is nickel nitrate, nickel chloride, nickel acetate or nickel hydroxycarbonate.
  • the total content of cobalt and / or nickel is advantageously between 1 and 20% by weight and preferably between 2 and 10% by weight relative to the total mass of the final support.
  • the drying is advantageously carried out at a temperature of between 60 ° C. and 200 ° C., preferably for a period ranging from 30 minutes to three hours.
  • the calcination is carried out at a temperature of between 700 and 1200 ° C., preferably between 850 and 1200 ° C., and preferably between 850 and 900 ° C, generally for a period of between one hour and 24 hours and preferably between 2 hours and 5 hours.
  • the calcination is generally carried out under an oxidizing atmosphere, for example under air, or under oxygen-depleted air; it can also be carried out at least partly under nitrogen. It makes it possible to transform cobalt and / or nickel precursors and alumina and / or silica in the mixed oxide phase containing cobalt and / or nickel.
  • the calcination can also be carried out in two stages, said calcination is advantageously carried out at a temperature of between 300 ° C. and 600 ° C. under air for a period of between half an hour and three hours, and then at a temperature of between 700 ° C and 1200 ° C, preferably between 850 and 1200 ° C and preferably between 850 and 900 ° C, generally for a period of between one hour and 24 hours, and preferably between 2 hours and 5 hours.
  • the support also comprises alumina, silica or silica-alumina.
  • alumina When the support comprises alumina, it contains more than 50% by weight of alumina relative to the weight of the support before the formation of the mixed oxide phase and, preferably, it contains only alumina.
  • the alumina may be present in a crystallographic form of gamma alumina, delta, theta or alpha type, taken alone or as a mixture.
  • the support comprises silica.
  • it contains more than 50% by weight of silica relative to the weight of the support before the formation of the mixed oxide phase and, preferably, it contains only silica.
  • Silicon sources are well known to those skilled in the art.
  • the support comprises a silica-alumina.
  • a support comprising a silica-alumina is meant a support in which the silicon and the aluminum is in the form of agglomerates of silica or alumina respectively, of amorphous aluminosilicate or any other mixed phase containing silicon and aluminum. aluminum, it being understood that the support is not mesostructured.
  • the alumina and the silica are present in the form of a mixture of oxides SiO 2 -Al 2 O 3 .
  • the silica content in the silica-alumina support ranges from 0.5% by weight to 30% by weight, preferably from 1% by weight to 25% by weight, and even more preferably from 1.5 to 20% by weight relative to the weight of the support before the formation of the mixed oxide phase.
  • the support outside the mixed oxide phase consists of alumina, silica or silica-alumina, and particularly preferably the support consists of silica-alumina.
  • the support also contains a mixed oxide phase containing cobalt and / or nickel.
  • Mixed oxide phase containing cobalt and / or nickel is understood to mean a phase in which cobalt and / or nickel cations are combined with the oxide O 2 - ions of the alumina and / or silica support thus a mixed phase containing aluminates and / or silicates containing cobalt and / or nickel
  • the mixed oxide phase may be in amorphous form or in crystallized form.
  • the mixed oxide phase can comprise an aluminate of formula CoAl 2 O 4 or NiAl 2 O 4 , in amorphous or crystallized form, for example in spinel form.
  • the mixed oxide phase may comprise a silicate of formula Co 2 SiO 4 or Ni 2 SiO 4 (cobalt- or nickelorthosilicate), in amorphous or crystallized form.
  • the mixed oxide phase may comprise an aluminate of formula CoAl 2 O 4 or NiAl 2 O 4 in amorphous or crystallized form, for example in spinel form, and / or a silicate of formula Co 2 SiO 4 or Ni 2 SiO 4 , in amorphous or crystalline form.
  • the content of the mixed oxide phase in the support is between 0.1 and 50% by weight relative to the support, preferably between 0.5 and 30% by weight, and more preferably between 1 and 20%. weight.
  • the presence of mixed oxide phase in the catalyst according to the invention is measured by programmed temperature reduction RTP (or TPR for "temperature programmed reduction” according to the English terminology) such as for example described in OH & Gas Science and Technology, Rev. IFP, Vol. 64 (2009), No. 1, pp. 11-12.
  • RTP programmed temperature reduction
  • the catalyst is heated under a stream of a reducing agent, for example under a flow of dihydrogen.
  • the measurement of dihydrogen consumed as a function of temperature gives quantitative information on the reducibility of the species present.
  • the presence of a mixed oxide phase in the catalyst is thus manifested by a consumption of dihydrogen at a temperature above about 800 ° C.
  • the support may have a morphology in the form of beads, extrudates (for example of trilobed or quadrilobic form) or pellets, especially when said catalyst is used in a reactor operating in fixed bed, or have a morphology in the form of variable particle size powder, especially when said catalyst is implemented in a bubble column type reactor (or "slurry bubble column” according to the English termination).
  • the size of the catalyst grains may be between a few microns and a few hundred microns.
  • the particle size of the catalyst is preferably between 10 microns and 500 microns, preferably between 10 microns and 300 microns, very preferably between 20 and 200 microns, and so even more preferred between 30 and 160 microns.
  • the specific surface of the support containing the mixed oxide phase is generally between 50 m 2 / g and 500 m 2 / g, preferably between 100 m 2 / g and 300 m 2 / g, more preferably between 150 m 2 / g and 250 2 / g.
  • the pore volume of said support is generally between 0.3 ml / g and 1.2 ml / g, and preferably between 0.4 ml / g and 1 ml / g.
  • said support comprising alumina, silica or silica-alumina further comprises a mixed oxide phase containing cobalt and / or nickel.
  • steps b) and c) can be performed separately, in any order, or simultaneously.
  • step b) is carried out simultaneously in step c).
  • step b) is carried out before step c).
  • step c) is carried out before step b).
  • Step b) bringing said support into contact with at least one solution containing at least one cobalt precursor can be carried out by any method that is well known to a person skilled in the art.
  • Said step b) is preferably carried out by impregnation of the support with at least one solution containing at least one cobalt precursor.
  • said step b) can be carried out by dry impregnation, by excess impregnation, or by precipitation-deposition (as described in US Pat. Nos. 5,874,381 and 6,534,436) according to methods that are well known in the art. 'Man of the trade.
  • said step b) is carried out by dry impregnation, which consists in bringing the catalyst support into contact with a solution containing at least one cobalt precursor whose volume is equal to the pore volume of the support to be impregnated.
  • This solution contains the cobalt precursor at the desired concentration.
  • the cobalt is brought into contact with said support by means of a solution in which any cobalt precursor is soluble.
  • step b) is carried out with respect to step c).
  • step b) is carried out before or after step c)
  • an aqueous solution or an organic solution in which the cobalt precursor is soluble When introduced in organic solution, said cobalt precursor is for example cobalt acetate or cobalt nitrate.
  • said cobalt precursor is introduced in aqueous solution, for example in the form of nitrate, carbonate, acetate, chloride, complexes formed with acetylacetonates, or any other soluble inorganic derivative in aqueous solution, which is brought into contact with said support.
  • Cobalt precursor is advantageously cobalt nitrate or cobalt acetate.
  • the content of cobalt element introduced is generally between 1 and 40% by weight, preferably between 2 and 30% by weight, and more preferably between 5 and 25% by weight expressed as cobalt metal element relative to the total weight of the dried catalyst.
  • the catalyst may advantageously furthermore comprise at least one element chosen from a group VIIIB, IA, IB, MA, MB, NIA, MB and / or VA element.
  • the possible elements of the group VIIIB that are preferred are platinum, ruthenium and rhodium.
  • the preferred group IA elements are sodium and potassium.
  • the preferred group IB elements are silver and gold.
  • the preferred MA group elements are manganese and calcium.
  • the element of the preferred MB group is zinc.
  • Preferred NIA group elements are boron and indium.
  • Preferred MB group elements are lanthanum and cerium.
  • the preferred VA group element is phosphorus.
  • the optional element content of groups VIIIB, IA, IB, MA, MB, MA, MB and / or VA is between 50 ppm and 20% by weight, preferably between 100 ppm and 15% by weight, and more preferably between 100 ppm and 10% weight expressed as element relative to the total weight of the catalyst.
  • the catalyst when the catalyst contains one or more additional elements of the groups VIIIB, IA, IB, MA, MB, MA, MB and / or VA, this or these elements may be either initially present on the support before the preparation of the catalyst, is introduced at any time of the preparation and by any method known to those skilled in the art.
  • step c) The contacting of the organic hydrocarbon compound employed for the implementation of said step c) with said support is carried out by impregnation, in particular by dry impregnation or excess impregnation, preferably by dry impregnation.
  • said organic hydrocarbon compound which is in liquid form is impregnated on said support after solubilization in a solvent-containing solution with which it is miscible to obtain a monophasic mixture.
  • the solvent may be ethanol, isopropanol, ethyl acetate, methyl acetate or tetrahydrofuran.
  • step c) does not involve a solvent in which the organic compound is solubilized, the impregnating solution consists of the organic hydrocarbon compound in the liquid phase.
  • Said organic compound is a hydrogenocarbon compound of formula C x H y . It can be chosen from a saturated or unsaturated, acyclic or cyclic hydrogen-carbon compound with x> 5 and y> 6.
  • the organic hydrocarbon compound of formula C x H y is selected from linear or branched alkanes or alicyclic compounds, preferably n-heptane, n-octane, n-nonane, n-decane, i heptane, i-octane, i-nonane, i-decane, cyclopentane, cyclohexane.
  • an unsaturated hydrogen carbonate compound it may be linear, branched or cyclic.
  • the organic hydrocarbon compound of formula C x H y is chosen from linear or branched alkenes or alkynes or unsaturated cyclic compounds or aromatic compounds, preferably heptene, octene, nonene, decene, cyclopentadiene, cyclohexene, toluene, cumene, styrene, xylene or ethylbenzene.
  • the molar ratio of organic compound hydrogénocarboné of formula C x H y introduced during step c) with respect to the cobalt element introduced in step b) is between 0.01 and 5.0 mol / mol, preferably between 0.05 and 1.0.
  • the catalyst according to the invention may comprise in addition to the organic hydrocarbon compound of formula C x H y another organic compound or a group of organic compounds known for their role as additives.
  • the function of the additives is to increase the catalytic activity compared to the non-additive catalysts.
  • the catalyst according to the invention may further comprise one or more organic compounds containing oxygen and / or nitrogen.
  • the organic compound is selected from a compound having one or more chemical functions selected from a carboxylic function, alcohol, ether, aldehyde, ketone, amine, nitrile, imide, oxime, urea and amide.
  • the oxygen-containing organic compound may be one or more selected from compounds having one or more chemical functions selected from a carboxylic function, alcohol, ether, aldehyde or ketone.
  • the oxygen-containing organic compound may be one or more selected from the group consisting of ethanol, ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, polyethylene glycol (with a molecular weight between 200 and 1500 g / mol), propylene glycol, 2-butoxyethanol, 2- (2-butoxyethoxy) ethanol, 2- (2-methoxyethoxy) ethanol, triethylene glycol dimethyl ether, glycerol, acetophenone, 2,4 pentanone, pentanone, acetic acid, maleic acid, malic acid, malonic acid, malic acid, oxalic acid, gluconic acid, tartaric acid, citric acid succinic acid, vetovaleric acid, ⁇ -valerolactone, 4-hydroxyvaleric acid, 2-pentenoic acid, 3-pen
  • the nitrogen-containing organic compound may be one or more of compounds having one or more chemical functions selected from an amino or nitrile function.
  • the nitrogen-containing organic compound may be one or more selected from the group consisting of ethylenediamine, diethylenetriamine, hexamethylenediamine, triethylenetetramine, tetraethylenepentamine, pentaethylenehexamine, acetonitrile octylamine, guanidine or carbazole.
  • the organic compound containing oxygen and nitrogen may be one or more chosen from compounds comprising one or more chemical functional groups chosen from a carboxylic acid, alcohol, ether, aldehyde, ketone, amine, nitrile or imide function. , amide, urea or oxime.
  • the compound organic oxygen and nitrogen containing may be one or more selected from the group consisting of 1, 2-cyclohexanediaminetetraacetic acid, monoethanolamine (MEA), N-methylpyrrolidone, dimethylformamide, acid ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA), alanine, glycine, proline, lysine, nitrilotriacetic acid (NTA), N- (2-hydroxyethyl) ethylenediamine-N, N ', N'-triacetic acid (HEDTA) , diethylene triaminepentaacetic acid (DTPA), tetramethylurea, glutamic acid, dimethylglyoxime, bicine or tricine, or a lactam.
  • MEA monoethanolamine
  • EDTA N-methylpyrrolidone
  • dimethylformamide acid ethylenediaminetetraacetic acid
  • EDTA ethylenediaminetetraacetic acid
  • NDA N- (2-hydroxyeth
  • the total molar ratio of organic compound (s) containing oxygen and / or nitrogen other than the organic hydrocarbon compound of formula C x H y relative to the cobalt element introduced at the stage b) is between 0.01 to 2 mol / mol, preferably between 0.1 to 2 mol / mol, preferably between 0.2 and 1.5 mol / mol, calculated on the basis of the components introduced in the solution (s) of impregnation.
  • this organic compound may be either initially present on the support before the preparation of the catalyst, or is incorporated into the catalyst at any time of the preparation and by any methods known to those skilled in the art.
  • the process for preparing the catalyst according to the invention comprises several modes of implementation. They are distinguished in particular by the moment of the introduction of the organic compound which can be carried out either at the same time as the impregnation of the cobalt of the active phase (co-impregnation), or after the impregnation of the cobalt of the active phase (post-impregnation), ie before the cobalt impregnation of the active phase (pre-impregnation). Moreover, the modes of implementation can be combined.
  • a first mode of implementation consists in performing said steps b) and c) simultaneously so that said organic compound and at least said cobalt precursor present in the active phase are co-impregnated on said support (co- impregnation).
  • This first mode of implementation advantageously comprises the implementation of one or more steps b).
  • one or more steps b) precedes (nt) and / or follows (nt) advantageously said co-impregnation step.
  • This first embodiment can also include several steps of co-impregnation.
  • a solvent will be chosen in which the cobalt precursor and the organic hydrocarbon compound are soluble so as to obtain a monophasic solution.
  • a solvent which consists of the organic hydrocarbon compound and in which the cobalt precursor is solubilized is used as co-impregnation solution.
  • a second mode of implementation consists in performing said step b) prior to said step c) (post-impregnation).
  • one or more steps b) of contacting at least cobalt present in the active phase of the catalyst precedes (s) said step c).
  • a third mode of implementation consists in performing said step c) prior to said step b) (pre-impregnation).
  • said step c) is followed by several steps b).
  • step b) is performed independently of step c)
  • the catalyst preparation process is more flexible in terms of the choice of solvent for solubilizing the cobalt precursor and the organic hydrocarbon compound.
  • a drying step is advantageously carried out between the impregnation steps.
  • the intermediate drying step is carried out at a temperature below 200 ° C, advantageously between 50 and 180 ° C, preferably between 70 and 150 ° C, very preferably between 75 and 130 ° C and optionally a period of maturation was observed between the impregnation step and the intermediate drying step.
  • Each of the three implementation modes described above can be carried out independently so that the catalyst according to the invention is prepared either according to said first implementation mode, or according to said second mode of implementation. implemented still according to said third embodiment.
  • both the cobalt present in the active phase and the organic compound are deposited at least twice on the catalyst support, namely at least once by co-impregnation and at least once by successive impregnation.
  • the impregnated support is allowed to mature.
  • the maturation allows the impregnating solution to disperse homogeneously within the support.
  • 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 of between 17 ° C. and 50 ° C., and preferably at ambient temperature.
  • a ripening time 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 improve.
  • Any impregnation solution described in the present invention may comprise any solvent known to those skilled in the art for solubilizing the cobalt precursor and / or the organic hydrocarbon compound in liquid form.
  • the solvent used for said step b) is advantageously chosen from the group formed by methanol, ethanol, water, phenol, cyclohexanol, isopropanol, ethyl acetate, methyl acetate, tetrahydrofuran. taken alone or mixed.
  • the solvent may also be advantageously chosen from the group formed by propylene carbonate, DMSO (dimethylsulfoxide), N-methylpyrrolidone (NMP) or sulfolane, alone or as a mixture.
  • a solvent selected from ethanol, isopropanol, acetic acid, methanol or ethylene glycol may be used. It is also possible to use, as co-impregnation solution, a solvent which consists of the organic hydrocarbon compound and in which the cobalt precursor is solubilized.
  • the impregnating solution containing the organic hydrocarbon compound in liquid form may consist of said organic compound, or comprise a solvent in which the organic hydrocarbon compound is solubilized.
  • each impregnation step is preferably followed by an intermediate drying step at a temperature below 200 ° C., advantageously between 50 and 180 ° C., preferably between 70 and 150 ° C. ° C, very preferably between 75 and 130 ° C and optionally a period of maturation was observed between the impregnation step and the intermediate drying step.
  • the drying is carried out at a temperature below 200 ° C, advantageously included between 50 and 180 ° C, preferably between 70 and 150 ° C, very preferably between 75 and 130 ° C.
  • the drying step is preferably carried out for a period of between 1 and 4 hours, preferably under an inert atmosphere or under an atmosphere containing oxygen.
  • the drying step may be performed by any technique known to those skilled in the art. It is advantageously carried out at atmospheric pressure or at pressure scaled down. Preferably, this step is carried out at atmospheric pressure. It is advantageously carried out in crossed bed using air or any other hot gas.
  • the gas used is either air or an inert gas such as argon or nitrogen.
  • the drying is carried out in a bed traversed in the presence of nitrogen and / or air.
  • 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.
  • the drying is carried out so as to preferably retain at least 30% of the organic hydrogen carbonate compound of formula C x Hy introduced during an impregnation step, preferably this amount is greater than 50% and so even more preferred, greater than 70%, calculated on the basis of the carbon remaining on the catalyst.
  • the drying step is carried out so as to preferably retain at least 30%, preferably at least 50%, and very preferably at least 70% of the amount added calculated on the basis of the carbon remaining on the catalyst.
  • a dried catalyst is then obtained, which will be subjected to an activation step for its subsequent implementation in Fischer-Tropsch synthesis.
  • a calcination step e) is carried out at a temperature of between 200 ° C. and 550 ° C., preferably between 250 ° C. and 500 ° C. under an inert atmosphere (nitrogen for example) or 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.
  • the cobalt of the active phase is thus in oxide form and the catalyst contains no more or very little organic compound introduced during its synthesis.
  • the introduction of The organic compound during its preparation has made it possible to increase the dispersion of the active phase thus leading to a more active and / or more selective catalyst.
  • the dried catalyst obtained in step d) or the calcined catalyst obtained in step e) advantageously undergoes a reducing treatment, for example with hydrogen, pure or diluted, at high temperature.
  • This treatment activates said catalyst and form metal cobalt particles in the zero state valent.
  • the temperature of this reducing treatment is preferably between 200 and 500 ° C and its duration is between 2 and 20 hours.
  • This reducing treatment is carried out either in situ (in the same reactor as that where the Fischer-Tropsch reaction is carried out according to the process of the invention), or ex situ before being loaded into the reactor.
  • Fischer-Tropsch process is carried out either in situ (in the same reactor as that where the Fischer-Tropsch reaction is carried out according to the process of the invention), or ex situ before being loaded into the reactor.
  • Another object of the invention is the use of the catalyst according to the invention in a Fischer-Tropsch synthesis process.
  • the Fischer-Tropsch process according to the invention leads to the production of essentially linear and saturated hydrocarbons C5 + (having at least 5 carbon atoms per molecule).
  • the hydrocarbons produced by the process of the invention are thus essentially paraffinic hydrocarbons, the fraction having the highest boiling points can be converted with a high yield of middle distillates (gasoil and kerosene cuts) by a process of hydroconversion such as hydrocracking and / or catalytic hydroisomerization (s).
  • the charge used for the implementation of the process of the invention comprises synthesis gas.
  • the synthesis gas is a mixture comprising in particular carbon monoxide and hydrogen having H 2 / CO molar ratios that can vary in a ratio of 0.5 to 4 depending on the process by which it was obtained.
  • the molar ratio H 2 / CO of the synthesis gas is generally close to 3 when the synthesis gas is obtained from the process of steam reforming hydrocarbons or alcohol.
  • the H 2 / CO molar ratio of the synthesis gas is of the order of 1.5 to 2 when the synthesis gas is obtained from a partial oxidation process.
  • the H 2 / CO molar ratio of the synthesis gas is generally close to 2.5 when it is obtained from a thermal reforming process.
  • the H 2 / CO molar ratio of the synthesis gas is generally close to 1 when it is obtained from a CO 2 gasification and reforming process.
  • the catalyst used in the hydrocarbon synthesis process according to the invention can be implemented in different types of reactors, for example in a fixed bed, in a moving bed, in a bubbling bed or in a three-phase fluidized bed.
  • the implementation of the catalyst in suspension in a three-phase fluidized reactor, preferably of the bubble column type, is preferred.
  • said catalyst is divided into a state of very fine powder, particularly of the order of a few tens of microns, this powder forming a suspension with the reaction medium.
  • This technology is also known by the terminology of "slurry" process by the skilled person.
  • the hydrocarbon synthesis process according to the invention is carried out under a total pressure of between 0.1 and 15 MPa, preferably between 0.5 and 10 MPa, at a temperature of between 150 and 350 ° C., preferably between 180 and 270 ° C.
  • the hourly volume velocity is advantageously between 100 and 20000 volumes of synthesis gas per volume of catalyst per hour (100 to 20000 h -1 ) and preferably between 400 and 10,000 volumes of synthesis gas per volume of catalyst and per hour (400 to 10000 hr -1 ).
  • the following examples demonstrate the performance gains on the catalysts according to the invention.
  • Example 1 (Comparative) Catalyst A of Formula Co / Al 2 O 3
  • a catalyst A comprising cobalt deposited on an alumina support is prepared by dry impregnation of an aqueous solution of cobalt nitrate so as to deposit in two successive stages of the order of 10% by weight of Co on a powder of gamma alumina (PURALOX® SCCa 5/170, SASOL) with a mean particle size equal to 80 ⁇ , a surface area of 1 65 m 2 / g and a pore volume measured by nitrogen adsorption isotherm at 0.4 ml / g .
  • PRALOX® SCCa 5/170, SASOL gamma alumina
  • the solid After a first dry impregnation, the solid is dried in a bed passed through at 120 ° C. for 3 hours in air and then calcined at 400 ° C. for 4 hours in a bed traversed under a stream of air.
  • the intermediate catalyst contains about 6% by weight of Co. It is subjected to a second dry impregnation step using a solution of cobalt nitrate.
  • the solid obtained is dried in a bed passed through at 120 ° C. for 3 hours in air and then calcined at 400 ° C. for 4 hours in a bed traversed under a stream of air.
  • the final catalyst A which contains 10.5% by weight of Co (in the form of oxide Co 3 O 4 ) is obtained.
  • Example 2 (Comparative): Catalyst B of the formula Co / Al 2 0 3 2 .Si0
  • a catalyst B comprising cobalt deposited on a silica-alumina support is prepared by dry impregnation of an aqueous solution of cobalt nitrate so as to deposit in one step approximately 10% by weight of Co on a silica-alumina initially containing 5 % weight of SiO 2 and having a specific surface area of 180 m 2 / g and a pore volume of 0.8 ml / g
  • Example 3 (Comparative) A catalyst C of the formula Co / C0AI 2 O4-Al 2 O 3 .S1O2
  • a catalyst C comprising cobalt deposited on a support, based on a mixed oxide phase (in the form of spinel) included in a silica-alumina, is prepared by dry impregnation of an aqueous solution of cobalt nitrate of to deposit in one step about 10% weight of cobalt on the support.
  • the spinel present in the support of the catalyst C is a simple spinel formed of cobalt aluminate, which is included in a silica-alumina containing 5% by weight of SiO 2 , and having a specific surface area of 180 m 2 / g and a volume of porous 0.8 ml / g.
  • the preparation of the spinel included in the silica-alumina is carried out by dry impregnation of an aqueous solution of cobalt nitrate so as to introduce 5% by weight of Co in said silica-alumina. After drying at 120 ° C for 3 hours, the solid is calcined at 850 ° C for 4 hours in air.
  • the support of the catalyst denoted C is formed of 5% by weight of cobalt in the form of cobalt aluminate (ie 15% by weight of spinel) in the silica-alumina.
  • the active phase based on cobalt is then deposited on said support in one step, by dry impregnation, according to a protocol identical to that described for the preparation of catalyst B.
  • the drying and calcination steps are also performed under the same conditions
  • the concentration of cobalt in the cobalt nitrate solution, used for successive impregnations, is chosen to obtain the catalyst C with the desired final Co content.
  • the final catalyst C has a total cobalt content of 15.7% by weight (the content of Co present in the spinel phase being included) and a cobalt content in the form of Co 3 0 4 oxide of 10.7% by weight.
  • Example 4 (Comparative): Catalyst D of Co / COAl 2 O 4 -Al 2 O 3 .SiO 2 Formula Containing Citric Acid (Co-Impregnation)
  • a catalyst D comprising cobalt and citric acid deposited on a support, based on a spinel included in a silica-alumina, is prepared by dry impregnation of an aqueous solution of cobalt nitrate and citric acid. so as to deposit about 10% by weight of cobalt on the support.
  • the active phase based on cobalt is deposited on the support C of Example 3 in one step, by dry impregnation of a solution containing cobalt nitrate and citric acid (Sigma Aldrich®,> 99%) in a molar ratio citric acid: Co of 0.5. After the dry impregnation, the solid is matured in a saturated water atmosphere for 9 hours at room temperature, then is dried in a bed passed through at 120 ° C. for 3 hours in air and then treated under nitrogen at 400 ° C. for 4 hours in crossed bed.
  • a solution containing cobalt nitrate and citric acid Sigma Aldrich®,> 99%
  • the final catalyst D has a total cobalt content of 14.1% by weight (the content of Co present in the spinel phase being included) and a cobalt content in the form of Co 3 0 4 oxide of 9.1% by weight.
  • Example 5 (Comparative) Catalyst E of formula Co / C0AI 2 O4-Al 2 O 3 .S1O 2 containing citric acid (post-infiltration).
  • a catalyst E comprising cobalt and citric acid deposited on a support, based on a spinel included in a silica-alumina, is prepared by dry impregnation with an aqueous solution of cobalt nitrate, followed by aqueous solution of citric acid so as to deposit about 10% by weight of cobalt on the support.
  • the active phase based on cobalt is deposited on the support C of Example 3 in one step, by dry impregnation of a solution containing cobalt nitrate. After the dry impregnation, the solid undergoes drying in a crossed bed. at 120 ° C for 3 hours in air.
  • the citric acid is deposited on the above solid in one step, by dry impregnation of a solution containing citric acid (Sigma Aldrich®,> 99%) at a concentration which makes it possible to reach a molar ratio on the final catalyst citric acid: Co 0.5.
  • a solution containing citric acid Sigma Aldrich®,> 99%
  • the solid is matured in a saturated water atmosphere for 9 hours at room temperature, then is dried in a bed passed through at 120 ° C. for 3 hours in air and then treated under nitrogen at 400 ° C. for 4 hours in crossed bed.
  • the final catalyst E has a total cobalt content of 14.0% by weight (the content of Co present in the spinel phase being included) and a cobalt content in the form of Co 3 0 4 oxide of 9.0% by weight.
  • Example 6 Catalyst F of the formula Co / C0AI 2 O4-Al 2 O 3 .S1O 2 containing n-octane
  • a catalyst F comprising cobalt and n-octane deposited on a support, based on a spinel included in a silica-alumina, is prepared by dry impregnation of an ethanolic solution of cobalt nitrate and n-octane of to deposit about 10% weight of cobalt on the support.
  • the active phase based on cobalt is deposited on the support C of Example 3 in one step, by dry impregnation of an ethanolic solution containing nitrate of cobalt and n-octane (Sigma Aldrich®,> 98%), in a molar ratio n-octane: Co of 1 .0.
  • the solid is matured in a saturated water atmosphere for 9 hours at room temperature, then is dried in a bed passed through at 120 ° C. for 3 hours in air and then treated under nitrogen at 400 ° C. for 4 hours in crossed bed.
  • the final catalyst F has a total cobalt content of 14.9% by weight (the content of Co present in the spinel phase being included) and a cobalt content in the form of Co 3 0 4 oxide of 9.9% by weight.
  • Example 7 Catalyst G of formula Co / C0AI 2 O4-Al 2 O 3 2 .S1O containing xylene.
  • a catalyst G comprising cobalt and xylene deposited on a support, based on a spinel included in a silica-alumina, is prepared by dry impregnation of an aqueous solution of cobalt nitrate, then an ethanolic solution of xylenes so as to deposit about 10% by weight of cobalt on the support.
  • the active phase based on cobalt is deposited on the support C of Example 3 in one step, by dry impregnation of a solution containing cobalt nitrate. After the dry impregnation, the solid undergoes drying in a bed passed through at 120 ° C. for 3 hours in air.
  • the xylene is deposited on the above solid in one step, by dry impregnation of a xylene-containing ethanol solution (mixture of the 3 xylenes Sigma Aldrich® isomers,> 98.5%) at a concentration allowing to reach a molar ratio on the final catalyst xylene: Co of 0.5.
  • a xylene-containing ethanol solution mixture of the 3 xylenes Sigma Aldrich® isomers,> 98.5%
  • the final catalyst G has a total cobalt content of 15.1% by weight (the content of Co present in the spinel phase being included) and a cobalt content in the form of Co 3 0 4 oxide of 10.1% by weight.
  • Example 8 (Invention): Catalyst H of the formula Co / C0AI 2 O4-Al 2 O 3 2 .S1O containing ethyl cyclohexane.
  • a catalyst H comprising cobalt and ethyl-cyclohexane deposited on a support, based on a spinel included in a silica-alumina, is prepared by dry impregnation of an ethanolic solution of ethyl-cyclohexane, followed by an aqueous solution of cobalt nitrate so as to deposit about 10% by weight of cobalt on the support.
  • the ethyl-cyclohexane is deposited on the support C of Example 3 in one step, by dry impregnation of an ethanolic solution containing ethylcyclohexane (Sigma Aldrich®,> 99%) at a concentration allowing to reach a molar ratio on the final catalyst ethyl-cyclohexane: Co of 1 .0.
  • the solid is matured in an atmosphere saturated with water for 9 hours at room temperature, and is then dried in a bed passed through at 120 ° C. for 3 hours in air.
  • the active phase based on cobalt is deposited on the previous solid in one step, by dry impregnation of a solution containing cobalt nitrate.
  • the solid is matured in a saturated water atmosphere for 9 hours at room temperature, then is dried in a bed passed through at 120 ° C. for 3 hours in air and then treated under nitrogen at 400 ° C. for 4 hours in crossed bed.
  • the final catalyst H has a total cobalt content of 14.7% by weight (the content of Co present in the spinel phase being included) and a cobalt content in the form of Co 3 0 4 oxide of 9.7% by weight.
  • Example 9 Catalyst I of the formula Co / C0AI 2 O4-Al 2 O 3 2 .S1O containing xylene
  • Catalyst I is prepared in a manner similar to catalyst G except that it is not subjected to thermal treatment under nitrogen at 400 ° C. at the end of the preparation.
  • Example 10 (Invention): Catalyst J of formula Co / IBOC 4 2 0 - AI 2 0 3 2 .Si0 containing xylene.
  • a catalyst J comprising cobalt and xylene deposited on a support, based on a spinel included in a silica-alumina, is prepared by dry impregnation of an aqueous solution of cobalt nitrate, then a mixture of xylenes so as to deposit about 10% by weight of cobalt on the support.
  • the active phase based on cobalt is deposited on the support C of Example 3 in one step, by dry impregnation of an aqueous solution containing cobalt nitrate. After the dry impregnation, the solid undergoes drying in a bed passed through at 120 ° C. for 3 hours in air.
  • the xylene is deposited on the above solid in one step, by dry impregnation of a mixture of xylenes (mixture of the 3 xylenes Sigma AIdrich® isomers,> 98.5%), so as to reach a ratio molar on the final xylene: Co catalyst of 2.0.
  • the solid is matured in a saturated water atmosphere for 9 hours at room temperature, then is dried in a bed passed through at 120 ° C. for 3 hours in air and then treated under nitrogen at 400 ° C. for 4 hours in crossed bed.
  • the final catalyst has a total cobalt content of 15.3% by weight (the content of Co present in the spinel phase being included) and a cobalt content in the form of Co 3 0 4 oxide of 10.3% by weight.
  • Catalysts A, B, C, D, E, F, G, H, I and J before being tested in Fischer-Tropsch synthesis are reduced in situ under a flow of pure hydrogen at 400 ° C. for 1 6 hours. hours.
  • the Fischer-Tropsch synthesis reaction is carried out in a continuous bed-type tubular reactor operating continuously.
  • Each of the catalysts is in the form of a powder with a diameter of between 40 and 150 microns.
  • VVH Hourly volume velocity

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Abstract

L'invention a pour objet un catalyseur contenant une phase active de cobalt, déposée sur un support comprenant de l'alumine, de la silice ou de la silice-alumine, ledit support contenant également une phase d'oxyde mixte contenant du cobalt et/ou du nickel, ledit catalyseur ayant été préparé en introduisant au moins un composé organique hydrogénocarboné de formule CxHy. L'invention porte également sur son utilisation dans le domaine des procédés de synthèse Fischer-Tropsch.

Description

CATALYSEUR DE COBALT A BASE D'UN SUPPORT CONTENANT UNE PHASE D'OXYDE MIXTE CONTENANT DU COBALT ET/OU DU NICKEL PREPARE PAR
L'UTILISATION D'UN COMPOSE HYDROGENOCARBONE
L'invention concerne un catalyseur contenant une phase active de cobalt, déposée sur un support comprenant de l'alumine, de la silice ou de la silice-alumine, ledit support contenant également une phase d'oxyde mixte contenant du cobalt et/ou du nickel, ledit catalyseur ayant été préparé en introduisant au moins un composé organique hydrogénocarboné de formule CxHy. L'invention porte également sur sa méthode de préparation et son utilisation dans le domaine des procédés de synthèse Fischer-Tropsch.
La présente invention se rapporte au domaine des procédés de synthèse Fischer- Tropsch qui permettent d'obtenir une large gamme de coupes hydrocarbonées à partir du mélange CO + H2, communément appelé gaz de synthèse ou syngas.
L'équation stœchiométrique simplifiée (limitée dans l'équation ci-dessous à la formation d'alcanes) de la synthèse Fischer-Tropsch s'écrit : n CO + (2n+1 ) H2 -> CnH2n+2 + n H2O
Les catalyseurs utilisés en synthèse Fischer-Tropsch sont le plus souvent des catalyseurs supportés à base d'alumine, de silice ou de silice-alumine ou de combinaisons de ces supports, la phase active étant principalement constituée de fer (Fe) ou de cobalt (Co) éventuellement dopée par un métal noble tel que le Pt, le Rh ou le Ru.
L'ajout d'un composé organique sur les catalyseurs Fischer-Tropsch pour améliorer leur activité a été préconisé par l'Homme du métier.
De nombreux documents décrivent l'utilisation de différentes gammes de composés organiques en tant qu'additifs, tels que des composés organiques contenant de l'azote et/ou des composés organiques contenant de l'oxygène.
En particulier, les brevets US 5.856.260 et US 5.856.261 enseignent respectivement l'introduction, lors de la préparation du catalyseur, de polyols de formule générale CnH2n+2Ox avec n un nombre entier compris entre 2 et environ 6, et x un entier compris entre 2 et 1 1 ou de sucres de type mono- ou disaccharides, le sucrose étant particulièrement préféré.
La demande de brevet US 2005/0026776 enseigne l'utilisation de composés chélatants de type acide nitrilotriacétique (NTA), acide trans-1 ,2-cyclohexadiamine- Ν,Ν,Ν',Ν' tétraacétique (CyDTA) ou acide éthylènediaminetétraacétique (EDTA), ou encore de glycine, d'acide aspartique ou acide citrique pour l'obtention d'un catalyseur à taille réduite de cristallites Co304. D'autres documents enseignent l'utilisation de polyéthers (WO2014/092278 et WO2015/183061 ), d'acide glyoxylique (WO2015/183059), d'acides dicarboxyliques insaturés (US201 1 /0028575) ou encore d'acides carboxyliques multifonctionnels de formule HOOC-(CRR1)n-COOH avec n> 1 dans la préparation de catalyseurs Fischer-Tropsch (W098/47618).
La demande de brevet US2014/0353213 décrit l'utilisation de lactames ou d'esters cycliques de type lactone contenant un atome d'oxygène dans le cycle (β- propiolactone, γ-butyrolactone, δ-valerolactone) ou plusieurs atomes d'oxygène dans le cycle (carbonate de propylène) pour augmenter l'activité d'un catalyseur de type CoMo ou NiMo utilisé en hydrodésulfuration d'une coupe diesel.
Le document WO2012/013866 divulgue l'utilisation d'un oligosaccharide cyclique, notamment de la cyclodextrine, comme additif d'un catalyseur Fischer-Tropsch. Ce document décrit aussi l'utilisation d'un support à base de silice-alumine contenant optionnellement une spinelle.
Le document US 2010/236988 décrit des catalyseurs comprenant un support chargé avec un métal actif qui est mis en contact avec une solution contenant une huile d'hydrocarbure et un additif polaire ayant un moment dipolaire d'au moins 0,45.
Cependant, aucun des documents portant sur les additifs ne décrit un catalyseur à base de cobalt déposé sur un support contenant une phase d'oxyde mixte contenant du cobalt et/ou du nickel préparé au moyen d'un composé organique hydrogénocarboné de formule CxHy.
Quels que soient les composés choisis, les modifications induites ne permettent pas toujours d'accroître suffisamment les performances du catalyseur pour rentabiliser le procédé. De plus, il est souvent très compliqué de procéder à leur déploiement industriel tant les méthodes sont complexes à mettre en œuvre. En conséquence, il ressort comme indispensable, pour les fabricants de catalyseurs, de trouver de nouveaux catalyseurs pour la synthèse Fischer-Tropsch à performances améliorées.
Résumé
L'invention a pour objet un catalyseur contenant une phase active de cobalt, déposée sur un support comprenant de l'alumine, de la silice ou de la silice-alumine, ledit support contenant en outre une phase d'oxyde mixte contenant du cobalt et/ou du nickel, ledit catalyseur étant préparé par un procédé comprenant au moins : a) une étape de mise en contact d'un support comprenant de l'alumine, de la silice ou de la silice-alumine avec au moins une solution contenant au moins un précurseur de cobalt et/ou de nickel, puis on sèche et on calcine à une température entre 700 et 1200°C, de manière à obtenir une phase d'oxyde mixte contenant du cobalt et/ou du nickel dans le support, puis on effectue b) une étape de mise en contact dudit support contenant ladite phase d'oxyde mixte avec au moins une solution contenant au moins un précurseur de cobalt, c) une étape de mise en contact dudit support contenant ladite phase d'oxyde mixte avec au moins une solution comprenant un composé organique hydrogénocarboné de formule CxHy, étant entendu que ledit composé organique hydrogénocarboné est sous forme liquide et que lorsque la solution comprend un solvant, ledit composé organique hydrogénocarboné est miscible dans le solvant, les étapes b) et c) pouvant être réalisées séparément, dans un ordre indifférent, ou simultanément, d) puis on effectue une étape de séchage à une température inférieure à 200°C.
La demanderesse a en effet constaté que l'utilisation d'un composé organique hydrogénocarboné de formule CxHy en tant qu'additif organique lors de la préparation d'un catalyseur contenant une phase active de cobalt, déposée sur un support comprenant de l'alumine, de la silice ou de la silice-alumine, ledit support contenant également une phase d'oxyde mixte contenant du cobalt et/ou du nickel permettait d'obtenir un catalyseur pour la synthèse Fischer-Tropsch montrant des performances catalytiques améliorées.
En effet, le catalyseur selon l'invention montre une activité et une sélectivité augmentées par rapport aux catalyseurs contenant une phase d'oxyde mixte contenant du cobalt et/ou du nickel dans leur support mais préparés sans additivation avec au moins un composé organique hydrogénocarboné de formule CxHy ou par rapport aux catalyseurs additivés ne comportant pas de phase d'oxyde mixte contenant du cobalt et/ou du nickel dans le support. L'utilisation d'un tel composé organique durant la préparation d'un catalyseur à base de cobalt contenant un support contenant une phase d'oxyde mixte contenant du cobalt et/ou du nickel semble avoir un effet synergique sur l'activité et la sélectivité dans un procédé Fischer-Tropsch.
Sans être lié à aucune théorie, il a été découvert qu'un tel catalyseur présente une dispersion du cobalt sensiblement supérieure à celle présentée par des catalyseurs préparés en l'absence d'un tel composé organique. Il en résulte la présence d'un plus grand nombre de sites actifs pour les catalyseurs préparés en présence d'au moins un composé organique hydrogénocarboné de formule CxHy, même si ce composé organique hydrogénocarboné de formule CxHy est au moins partiellement éliminé par la suite par un séchage et éventuellement une calcination.
Selon une variante, la teneur en phase d'oxyde mixte dans le support est comprise entre 0,1 et 50 % poids par rapport au poids du support.
Selon une variante, la phase d'oxyde mixte comprend un aluminate de formule
CoAI204 ou NiAI204 dans le cas d'un support à base d'alumine ou de silice-alumine.
Selon une variante, la phase d'oxyde mixte comprend un silicate de formule Co2Si04 ou Ni2Si04 dans le cas d'un support à base de silice ou de silice-alumine.
Selon une variante, la teneur en silice dudit support est comprise entre 0,5% poids à 30% poids par rapport au poids du support avant la formation de la phase d'oxyde mixte lorsque le support est une silice-alumine. De préférence, le composé organique hydrogénocarboné de formule CxHy introduit lors de l'étape c) est choisi parmi un composé hydrogénocarboné saturé ou insaturé, acyclique ou cyclique, avec x>5 et y>6.
De préférence, le rapport molaire entre le composé organique hydrogénocarboné de formule CxHy introduit lors de l'étape c) par rapport à l'élément de cobalt introduit à l'étape b) est compris entre 0,01 et 5,0 mol/mol.
Selon une variante, la teneur en élément cobalt introduit lors de l'étape b) en tant que phase active est comprise entre 1 et 40 % poids exprimé en élément cobalt métallique par rapport au poids total du catalyseur.
Selon une variante, le catalyseur comprend en outre un élément choisi parmi les groupes VIIIB, IA, IB, MA, MB, NIA, IIIB et VA.
Selon une variante, le catalyseur contient en outre un composé organique autre que le composé organique hydrogénocarboné de formule CxHy, ledit composé organique contenant de l'oxygène et/ou de l'azote. Selon cette variante, le composé organique est choisi parmi un composé comportant une ou plusieurs fonctions chimiques choisies parmi une fonction carboxylique, alcool, éther, aldéhyde, cétone, aminé, nitrile, imide, oxime, urée et amide.
Selon un mode de réalisation, après l'étape de séchage d), on effectue une étape de calcination e) à une température comprise entre 200 et 550°C, sous une atmosphère inerte ou sous une atmosphère contenant de l'oxygène.
Selon une variante, on réduit le catalyseur obtenu à l'étape de séchage d) ou obtenu à l'étape de calcination e) à une température comprise entre 200°C et 500°C.
L'invention concerne également l'utilisation du catalyseur selon l'invention dans un procédé de synthèse Fischer-Tropsch dans lequel le catalyseur selon l'invention est mis en contact avec une charge comprenant du gaz de synthèse sous une pression totale comprise entre 0,1 et 15 MPa, sous une température comprise entre 150 et 350°C, et à une vitesse volumique horaire comprise entre 100 et 20000 volumes de gaz de synthèse par volume de catalyseur et par heure avec un rapport molaire H2/CO du gaz de synthèse entre 0,5 et 4.
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, 81 ème 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.
Les propriétés texturales et structurales du support et du catalyseur décrits ci-après sont déterminées par les méthodes de caractérisation connues de l'homme du métier. Le volume poreux total et la distribution poreuse sont déterminés dans la présente invention par porosimétrie à l'azote tel que décrit dans l'ouvrage « Adsorption by powders and porous solids. Principles, methodology and applications » écrit par F. Rouquérol, J. Rouquérol et K. Sing, Académie Press, 1999. 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.
Description détaillée de l'invention
Le catalyseur selon l'invention est un catalyseur contenant une phase active de cobalt, déposée sur un support comprenant de l'alumine, de la silice ou de la silice- alumine, ledit support contenant en outre une phase d'oxyde mixte contenant du cobalt et/ou du nickel, ledit catalyseur étant préparé par un procédé comprenant au moins : a) une étape de mise en contact d'un support comprenant de l'alumine, de la silice ou de la silice-alumine avec au moins une solution contenant au moins un précurseur de cobalt et/ou de nickel, puis on sèche et on calcine à une température entre 700 et 1200°C, de manière à obtenir une phase d'oxyde mixte contenant du cobalt et/ou du nickel dans le support, puis on effectue b) une étape de mise en contact dudit support contenant ladite phase d'oxyde mixte avec au moins une solution contenant au moins un précurseur de cobalt, c) une étape de mise en contact dudit support contenant ladite phase d'oxyde mixte avec une solution comprenant au moins un composé organique hydrogénocarboné de formule CxHy, étant entendu que ledit composé organique hydrogénocarboné est sous forme liquide et que lorsque la solution comprend un solvant, ledit composé organique hydrogénocarboné est miscible dans le solvant les étapes b) et c) pouvant être réalisées séparément, dans un ordre indifférent, ou simultanément, d) puis on effectue une étape de séchage à une température inférieure à 200°C.
Les différentes étapes du procédé menant au catalyseur selon l'invention seront détaillées par la suite :
Etape a) Formation de la phase d'oxyde mixte contenant du cobalt et/ou du nickel
L'objectif de l'étape a) est la formation d'une phase d'oxyde mixte contenant du cobalt et/ou du nickel dans un support comprenant de l'alumine, de la silice ou de la silice-alumine par la mise en contact d'une solution contenant au moins un précurseur de cobalt et/ou de nickel, suivie d'un séchage et d'une calcination à haute température.
Il est connu que la présence d'une phase d'oxyde mixte contenant du cobalt et/ou du nickel dans un support de type alumine, silice ou silice-alumine permet d'améliorer la résistance au phénomène d'attrition chimique et mécanique dans un procédé Fischer-Tropsch, et donc de stabiliser le support.
La formation de la phase d'oxyde mixte dans le support, souvent appelé étape de stabilisation du support, peut être effectuée par toute méthode connue de l'Homme du métier. Elle est généralement effectuée en introduisant le cobalt et/ou le nickel sous forme d'un précurseur de sel par exemple de type nitrate sur le support initial contenant l'alumine, la silice ou la silice-alumine. Par calcination à très haute température, la phase d'oxyde mixte contenant du cobalt et/ou du nickel, est formée et stabilise l'ensemble du support. Le cobalt et/ou le nickel contenu dans la phase d'oxyde mixte n'est pas réductible lors de l'activation finale du catalyseur Fischer- Tropsch (réduction). Le cobalt et/ou le nickel contenu dans la phase d'oxyde mixte ne constitue donc pas la phase active du catalyseur. Selon l'étape a) on effectue une étape de mise en contact d'un support comprenant de l'alumine, de la silice ou de la silice-alumine avec au moins une solution contenant au moins un précurseur de cobalt et/ou de nickel, puis on sèche et on calcine à une température entre 700 et 1200°C, de manière à obtenir une phase d'oxyde mixte contenant du cobalt et/ou du nickel dans le support.
Plus particulièrement, l'étape a) de mise en contact peut être effectuée par imprégnation, de préférence à sec, d'un support comprenant de l'alumine, de la silice ou de la silice-alumine, préformé ou en poudre, avec au moins une solution aqueuse contenant le précurseur de cobalt et/ou de nickel, suivie d'un séchage et d'une calcination à une température comprise entre 700 et 1200°C.
Le cobalt est mis au contact du support par l'intermédiaire de tout précurseur de cobalt soluble en phase aqueuse. De manière préférée, le précurseur de cobalt est introduit en solution aqueuse, de préférence sous forme de nitrate, de carbonate, d'acétate, de chlorure, de complexes formés avec les acétylacétonates, ou de tout autre dérivé inorganique soluble en solution aqueuse, laquelle est mise en contact avec ledit support. Le précurseur de cobalt avantageusement utilisé est le nitrate de cobalt ou l'acétate de cobalt.
Le nickel est mis au contact du support par l'intermédiaire de tout précurseur de nickel soluble en phase aqueuse. De manière préférée, ledit précurseur de nickel est introduit en solution aqueuse, par exemple sous forme de nitrate, de carbonate, d'acétate, de chlorure, d'hydroxyde, d'hydroxycarbonate, d'oxalate, de complexes formés avec les acétylacétonates, ou de tout autre dérivé inorganique soluble en solution aqueuse, laquelle est mise en contact avec ledit support. Le précurseur de nickel avantageusement utilisé est le nitrate de nickel, le chlorure de nickel, l'acétate de nickel ou le hydroxycarbonate de nickel.
La teneur totale en cobalt et/ou en nickel est avantageusement comprise entre 1 et 20 % poids et de préférence entre 2 et 10 % poids par rapport à la masse totale du support final.
Le séchage est avantageusement effectué à une température comprise entre 60°C et 200°C, de préférence pendant une durée allant de 30 minutes à trois heures.
La calcination est effectuée à une température comprise entre 700 et 1200°C, de préférence comprise entre 850 et 1200°C, et de manière préférée comprise entre 850 et 900°C, généralement pendant une durée comprise entre une heure et 24 heures et de préférence comprise entre 2 heures et 5 heures. La calcination est généralement effectuée sous atmosphère oxydante, par exemple sous air, ou sous air appauvri en oxygène ; elle peut également être effectuée au moins en partie sous azote. Elle permet de transformer les précurseurs de cobalt et/ou de nickel et l'alumine et/ou la silice en phase d'oxyde mixte contenant du cobalt et/ou du nickel. Selon une variante, la calcination peut également être effectuée en deux étapes, ladite calcination est avantageusement réalisée à une température comprise entre 300°C et 600°C sous air pendant une durée comprise entre une demi-heure et trois heures, puis à une température comprise entre 700°C et 1200°C, de préférence comprise entre 850 et 1200°C et de manière préférée entre 850 et 900°C, généralement pendant une durée comprise entre une heure et 24 heures, et de préférence comprise entre 2 heures et 5 heures.
Le support comprend également de l'alumine, de la silice ou de la silice-alumine. Lorsque le support comprend de l'alumine, il contient plus de 50 % poids d'alumine par rapport au poids du support avant la formation de la phase oxyde mixte et, de façon préférée, il contient uniquement de l'alumine. L'alumine peut être présente sous une forme cristallographique de type alumine gamma, delta, thêta, alpha, prises seules ou en mélange.
Dans un autre cas préféré, le support comprend de la silice. Dans ce cas, il contient plus de 50 % poids de silice par rapport au poids du support avant la formation de la phase oxyde mixte et, de façon préférée, il contient uniquement de la silice. Les sources de silicium sont bien connues de l'homme du métier.
Dans un autre cas préféré, le support comprend une silice-alumine. On entend par un support comprenant une silice-alumine un support dans lequel le silicium et l'aluminium est sous forme d'agglomérats de silice ou d'alumine respectivement, d'aluminosilicate amorphe ou toute autre phase mixte contenant du silicium et de l'aluminium, étant entendu que le support n'est pas mésostructuré. De préférence, l'alumine et la silice sont présents sous forme de mélange d'oxydes SiO2-AI2O3. La teneur en silice dans le support silice-alumine varie de 0,5% poids à 30% poids, de manière préférée de 1 % poids à 25% poids, et de manière encore plus préférée de 1 ,5 à 20% poids par rapport au poids du support avant la formation de la phase oxyde mixte.
Selon une variante préférée, le support en dehors de la phase oxyde mixte, est constitué d'alumine, de silice ou de silice-alumine, et de manière particulièrement préférée le support est constitué de silice-alumine.
Le support contient également une phase d'oxyde mixte contenant du cobalt et/ou du nickel. On entend par phase d'oxyde mixte contenant du cobalt et/ou du nickel, une phase dans laquelle des cations de cobalt et/ou du nickel sont combinés avec les ions oxydes O2" du support d'alumine et/ou de silice formant ainsi une phase mixte contenant des aluminates et/ou des silicates contenant du cobalt et/ou du nickel. La phase d'oxyde mixte peut être sous forme amorphe ou sous forme cristallisée.
Lorsque le support est à base d'alumine, la phase d'oxyde mixte peut comprendre un aluminate de formule CoAI2O4 ou NiAI2O4, sous forme amorphe ou cristallisée, par exemple sous forme spinelle.
Lorsque le support est à base de silice, la phase d'oxyde mixte peut comprendre un silicate de formule Co2SiO4 ou Ni2SiO4 (cobalt- ou nickelorthosilicate), sous forme amorphe ou cristallisée.
Lorsque le support est à base de silice-alumine, la phase d'oxyde mixte peut comprendre un aluminate de formule CoAI2O4 ou NiAI2O4 sous forme amorphe ou cristallisée, par exemple sous forme spinelle, et/ou un silicate de formule Co2SiO4 ou Ni2SiO4, sous forme amorphe ou cristallisée.
Généralement, la teneur de la phase d'oxyde mixte dans le support est comprise entre 0,1 et 50 % poids par rapport au support, de préférence entre 0,5 et 30 % poids, et de manière plus préférée entre 1 et 20% poids.
La présence de phase d'oxyde mixte dans le catalyseur selon l'invention se mesure par réduction en température programmée RTP (ou TPR pour "température programmed réduction" selon la terminologie anglo-saxonne) tel que par exemple décrit dans OH & Gas Science and Technology, Rev. IFP, Vol. 64 (2009), No. 1, pp. 11-12. Selon cette technique, le catalyseur est chauffé sous flux d'un réducteur, par exemple sous flux de dihydrogène. La mesure du dihydrogène consommé en fonction de la température donne des informations quantitatives sur la réductibilité des espèces présentes. La présence d'une phase d'oxyde mixte dans le catalyseur se manifeste ainsi par une consommation de dihydrogène à une température supérieure à environ 800°C.
Le support peut présenter une morphologie sous forme de billes, d'extrudés (par exemple de forme trilobés ou quadrilobes) ou de pastilles, notamment lorsque ledit catalyseur est mis en œuvre dans un réacteur fonctionnant en lit fixe, ou présenter une morphologie sous forme de poudre de granulométrie variable, notamment lorsque ledit catalyseur est mis en œuvre dans un réacteur de type colonne à bulles (ou "slurry bubble column" selon la terminaison anglaise). La taille des grains du catalyseur peut être comprise entre quelques microns et quelques centaines de microns. Pour une mise en œuvre en réacteur "slurry", la taille des particules du catalyseur est préférentiellement comprise entre 10 microns et 500 microns, de manière préférée entre 10 microns et 300 microns, de manière très préférée entre 20 et 200 microns, et de manière encore plus préférée entre 30 et 1 60 microns.
La surface spécifique du support contenant la phase d'oxyde mixte est généralement comprise entre 50 m2/g et 500 m2/g, de préférence entre 100 m2/g et 300 m2/g, de façon plus préférée entre 150 m2/g et 2502/g. Le volume poreux dudit support est généralement compris entre 0,3 ml/g et 1 ,2 ml/g, et de préférence compris entre 0,4 ml/g et 1 ml/g.
Ainsi, à l'issue de ladite étape a), ledit support comprenant de l'alumine, de la silice ou de la silice-alumine comprend en outre une phase d'oxyde mixte contenant du cobalt et/ou du nickel.
Etape b) et c) : Introduction de la phase active et du composé organique hydrogénocarboné de formule CxHy
Après la formation de la phase d'oxyde mixte, on effectue les étapes suivantes dans la préparation du catalyseur selon l'invention : b) une étape de mise en contact dudit support contenant ladite phase d'oxyde mixte avec au moins une solution contenant au moins un précurseur de cobalt, c) une étape de mise en contact dudit support contenant ladite phase d'oxyde mixte avec une solution comprenant au moins un composé organique hydrogénocarboné de formule CxHy! étant entendu que ledit composé organique hydrogénocarboné est sous forme liquide que lorsque la solution comprend un solvant, ledit composé organique hydrogénocarboné est miscible dans le solvant . Selon l'invention, les étapes b) et c) peuvent être réalisées séparément, dans un ordre indifférent, ou simultanément.
Selon un premier mode de réalisation, que l'on désigne par le vocable "co- imprégnation" du composé organique hydrogénocarboné, l'étape b) est réalisée simultanément à l'étape c).
Selon un deuxième mode de réalisation, que l'on désigne par le vocable "postimprégnation" du composé organique hydrogénocarboné, l'étape b) est réalisée avant l'étape c).
Selon un troisième mode de réalisation, que l'on désigne par le vocable "préimprégnation" du composé organique hydrogénocarboné, l'étape c) est réalisée avant l'étape b).
L'étape b) de mise en contact dudit support avec au moins une solution contenant au moins un précurseur de cobalt, peut être réalisée par toute méthode bien connue de l'Homme du métier. Ladite étape b) est préférentiellement réalisée par imprégnation du support par au moins une solution contenant au moins un précurseur de cobalt. En particulier, ladite étape b) peut être réalisée par imprégnation à sec, par imprégnation en excès, ou encore par dépôt - précipitation (tel que décrit dans les brevets US 5.874.381 et US 6.534.436) selon des méthodes bien connues de l'Homme du métier. De manière préférée, ladite étape b) est réalisée par imprégnation à sec, laquelle consiste à mettre en contact le support du catalyseur avec une solution, contenant au moins un précurseur de cobalt, dont le volume est égal au volume poreux du support à imprégner. Cette solution contient le précurseur de cobalt à la concentration voulue.
Le cobalt est mis au contact dudit support au moyen d'une solution dans laquelle tout précurseur de cobalt est soluble.
Le choix du solvant dans lequel est dissous le précurseur du cobalt dépend de la manière dont est effectuée l'étape b) par rapport à l'étape c). Dans le cas où l'étape b) est opérée avant ou après l'étape c), on peut employer une solution aqueuse ou une solution organique dans laquelle le précurseur de cobalt est soluble. Lorsqu'il est introduit en solution organique, ledit précurseur de cobalt est par exemple l'acétate de cobalt ou le nitrate de cobalt. De manière préférée, ledit précurseur de cobalt est introduit en solution aqueuse, par exemple sous forme de nitrate, de carbonate, d'acétate, de chlorure, de complexes formés avec les acétylacétonates, ou de tout autre dérivé inorganique soluble en solution aqueuse, laquelle est mise en contact avec ledit support. On utilise avantageusement comme précurseur de cobalt, le nitrate de cobalt ou l'acétate de cobalt. La teneur en élément cobalt introduite est généralement comprise entre 1 et 40 % poids, de préférence entre 2 et 30 % poids, et de manière plus préférée entre 5 et 25 % poids exprimé en élément cobalt métallique par rapport au poids total du catalyseur séché.
Le catalyseur peut avantageusement comprendre en outre au moins un élément choisi parmi un élément des groupes VIIIB, IA, IB, MA, MB, NIA, MB et/ou VA.
Les éventuels éléments du groupe VIIIB préférés sont le platine, le ruthénium et le rhodium. Les éléments du groupe IA préférés sont le sodium et le potassium. Les éléments du groupe IB préférés sont l'argent et l'or. Les éléments du groupe MA préférés sont le manganèse et le calcium. L'élément du groupe MB préféré est le zinc. Les éléments du groupe NIA préférés sont le bore et l'indium. Les éléments du groupe MB préférés sont le lanthane et le cérium. L'élément du groupe VA préféré est le phosphore.
La teneur en élément éventuel des groupes VIIIB, IA, IB, MA, MB, MA, MB et/ou VA est comprise entre 50 ppm et 20 % poids, de préférence entre 100 ppm et 15 % poids, et de manière plus préférée entre 100 ppm et 10 % poids exprimé en élément par rapport au poids total du catalyseur.
Selon une variante, lorsque le catalyseur contient un élément ou plusieurs éléments supplémentaires des groupes VIIIB, IA, IB, MA, MB, MA, MB et/ou VA, ce ou ces éléments peuvent être soit initialement présent sur le support avant la préparation du catalyseur, soit introduit à n'importe quel moment de la préparation et par toutes méthodes connues de l'homme du métier.
La mise en contact du composé organique hydrogénocarboné employé pour la mise en œuvre de ladite étape c) avec ledit support est réalisée par imprégnation, notamment par imprégnation à sec ou imprégnation en excès, préférentiellement par imprégnation à sec. Selon un mode de réalisation, ledit composé organique hydrogénocarboné qui est sous forme liquide est imprégné sur ledit support après solubilisation dans une solution contenant en solvant avec lequel il est miscible permettant d'obtenir un mélange monophasique. De manière préférée, le solvant peut être l'éthanol, l'isopropanol, l'acétate d'éthyl, l'acétate de méthyl, le tetrahydrofurane. De manière très préférée le solvant est l'éthanol. Selon un autre mode de réalisation, l'étape c) ne fait pas intervenir un solvant dans lequel est solubilisé le composé organique, la solution d'imprégnation est constitué du composé organique hydrogénocarboné en phase liquide.
Ledit composé organique est un composé hydrogénocarboné de formule CxHy. Il peut être choisi parmi un composé hydrogénocarboné saturé ou insaturé, acyclique ou cyclique, avec x>5 et y>6.
Dans le cas d'un composé hydrogénocarboné saturé, il peut être linéaire, ramifié ou cyclique. Selon cette variante, le composé organique hydrogénocarboné de formule CxHy est choisi parmi les alcanes linéaires ou ramifiés ou les composés alicycliques, de préférence le n-heptane, le n-octane, le n-nonane, le n-décane, i-heptane, l'i- octane, l'i-nonane, l'i-décane, le cyclopentane, le cyclohexane.
Dans le cas d'un composé hydrogénocarboné insaturé, il peut être linéaire, ramifié ou cyclique. Selon cette variante, le composé organique hydrogénocarboné de formule CxHy est choisi parmi les alcènes ou alcynes linéaires ou ramifiés ou les composés cycliques insaturés ou les composés aromatiques, de préférence l'heptène, l'octène, le nonène, le décène, le cyclopentadiène, le cyclohexène, le toluène, le cumène, le styrène, le xylène ou l'éthylbenzène.
Le rapport molaire de composé organique hydrogénocarboné de formule CxHy introduit lors de l'étape c) par rapport à l'élément de cobalt introduit à l'étape b) est compris entre 0,01 et 5,0 mol/mol, de préférence compris entre 0,05 et 1 ,0.
Le catalyseur selon l'invention peut comprendre en plus du composé organique hydrogénocarboné de formule CxHy un autre 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 selon l'invention peut en outre comprendre un ou plusieurs composés organiques contenant de l'oxygène et/ou de l'azote.
Généralement, le composé organique est choisi parmi un composé comportant une ou plusieurs fonctions chimiques choisies parmi une fonction carboxylique, alcool, éther, aldéhyde, cétone, aminé, nitrile, imide, oxime, urée et amide.
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 ou cétone. A titre d'exemple, le composé organique contenant de l'oxygène peut être l'un ou plusieurs choisis dans le groupe constitué par l'éthanol, 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 triéthylèneglycol-diméthyléther, le glycérol, l'acétophénone, la 2,4-pentanedione, la pentanone, l'acide acétique, l'acide maléique, l'acide malique, l'acide malonique, l'acide malique, l'acide oxalique, l'acide gluconique, l'acide tartrique, l'acide citrique, l'acide succinique, l'acide v- cétovalérique, la γ-valérolactone, l'acide 4-hydroxyvalérique, l'acide 2-pentenoique, l'acide 3-pentenoique, l'acide 4-pentenoique, un succinate de dialkyle C1 -C4, l'acétoacétate de méthyle, le dibenzofurane, un éther couronne, l'acide orthophtalique et le glucose.
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 aminé ou nitrile. 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.
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 acide carboxylique, alcool, éther, aldéhyde, cétone, aminé, nitrile, imide, amide, urée ou oxime. 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 N-méthylpyrrolidone, le diméthylformamide, l'acide éthylènediaminetétraacétique (EDTA), l'alanine, la glycine, la proline, la lysine, 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 ou la tricine, ou encore un lactame. Le rapport molaire total de composé(s) organique(s) contenant de l'oxygène et/ou de l'azote autre que le composé organique hydrogénocarboné de formule CxHy par rapport à l'élément de cobalt introduit à l'étape b) est compris entre 0,01 à 2 mol/mol, de préférence compris entre 0,1 à 2 mol/mol, de manière préférée compris entre 0,2 et 1 ,5 mol/mol, calculé sur la base des composants introduits dans la ou les solution(s) d'imprégnation.
Lorsque le catalyseur contient un composé organique autre que le composé organique hydrogénocarboné de formule CxHy, ce composé organique peut être soit initialement présent sur le support avant la préparation du catalyseur, soit incorporé au catalyseur à n'importe quel moment de la préparation et par toutes méthodes connues de l'homme du métier.
Le procédé de préparation du catalyseur selon l'invention, notamment les étapes b) et c) comporte plusieurs modes de mises en œuvre. Ils se distinguent notamment par le moment de l'introduction du composé organique qui peut être effectuée soit en même temps que l'imprégnation du cobalt de la phase active (co-imprégnation), soit après l'imprégnation du cobalt de la phase active (post-imprégnation), soit avant l'imprégnation du cobalt de la phase active (pré-imprégnation). De plus, on peut combiner les modes de mise en œuvre. Un premier mode de mise en œuvre consiste à effectuer lesdites étapes b) et c) de façon simultanée de sorte que ledit composé organique et au moins ledit précurseur de cobalt présent dans la phase active sont co-imprégnés sur ledit support (co- imprégnation). Ce premier mode de mise en œuvre comprend avantageusement la mise en œuvre d'une ou plusieurs étapes b). En particulier, une ou plusieurs étapes b) précède(nt) et/ou suive(nt) avantageusement ladite étape de co-imprégnation. Ce premier mode de mise en œuvre peut également comprendre plusieurs étapes de co-imprégnation. Il est à noter que dans le mode de mise en œuvre par co- imprégnation, on choisira un solvant dans lequel le précurseur de cobalt et le composé organique hydrogénocarboné sont solubles de manière à obtenir une solution monophasique. Alternativement, on peut utiliser comme solution de co- imprégnation un solvant qui est constitué par le composé organique hydrogénocarboné et dans lequel est solubilisé le précurseur de cobalt.
Un deuxième mode de mise en œuvre consiste à effectuer ladite étape b) préalablement à ladite étape c) (post-imprégnation). Conformément audit deuxième mode de mise en œuvre, une ou plusieurs étapes b) de mise en contact d'au moins du cobalt présent dans la phase active du catalyseur précède(nt) ladite étape c). Un troisième mode de mise en œuvre consiste à effectuer ladite étape c) préalablement à ladite étape b) (pré-imprégnation). De manière avantageuse, ladite étape c) est suivie de plusieurs étapes b).
Comme précisé plus haut lorsque l'étape b) est réalisée indépendamment de l'étape c) , le procédé de préparation du catalyseur est plus flexible en termes de choix du solvant pour la solubilisation du précurseur de cobalt et du composé organique hydrogénocarboné.
Lorsque les étapes b) et c) sont réalisées séparément (post-imprégnation ou préimprégnation), une étape de séchage est avantageusement effectuée entre les étapes d'imprégnation. L'étape de séchage intermédiaire est effectuée à une température inférieure à 200°C, avantageusement comprise entre 50 et 180°C, de préférence entre 70 et 150°C, de manière très préférée entre 75 et 130°C et optionnellement une période de maturation a été observée entre l'étape d'imprégnation et l'étape de séchage intermédiaire. Chacun des trois modes de mises en œuvre décrits ci-dessus peut être effectué de manière indépendante de sorte que le catalyseur selon l'invention est préparé soit selon ledit premier mode de mise en œuvre, soit selon ledit deuxième mode de mise en œuvre soit encore selon ledit troisième mode de mise en œuvre. Toutefois, il peut être avantageux d'associer ledit premier mode avec ledit deuxième mode ou avec ledit troisième mode : aussi bien le cobalt présent dans la phase active que le composé organique sont déposés au moins à deux reprises sur le support du catalyseur, à savoir au moins une fois par co-imprégnation et au moins une fois par imprégnation successive.
Avantageusement, après chaque étape d'imprégnation, que ce soit une étape d'imprégnation du cobalt ou du composé organique, on laisse maturer le support imprégné. La maturation permet à la solution d'imprégnation de se disperser de manière homogène au sein du 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.
Toute solution d'imprégnation décrite dans la présente invention peut comprendre tout solvant connu de l'homme du métier permettant une solubilisation du précurseur de cobalt et/ou du composé organique hydrogénocarboné sous forme liquide.
Lorsque l'étape b) d'imprégnation du cobalt est effectuée indépendamment de l'imprégnation du composé organique hydrogénocarboné, le solvant utilisé pour ladite étape b) est avantageusement choisi dans le groupe formé par le méthanol, l'éthanol, l'eau, le phénol, le cyclohexanol, l'isopropanol, l'acétate d'éthyl, l'acétate de méthyl, le tetrahydrofurane. pris seuls ou en mélange. Le solvant peut également être avantageusement choisi dans le groupe formé par le carbonate de propylène, le DMSO (diméthylsulfoxyde), la N-méthylpyrrolidone (NMP) ou le sulfolane, pris seul ou en mélange. Une liste des solvants 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 seuls ou en mélange. Lorsque les étapes b) et c) sont réalisées simultanément (selon le mode de co-imprégnation du composé organique hydrogénocarbonée avec le cobalt), on veillera à utiliser un solvant dans lequel le précurseur de cobalt et le composé organique hydrogénocarboné sous forme liquide sont solubles de manière à fournir une solution d'imprégnation monophasique. Par exemple on peut utiliser un solvant choisi parmi l'éthanol, l'isopropanol, l'acide acétique, le méthanol ou l'éthylène glycol. On peut également utiliser comme solution de co-imprégnation un solvant qui est constitué par le composé organique hydrogénocarboné et dans lequel est solubilisé le précurseur de cobalt.
Lorsque l'étape c) est réalisée indépendamment de l'étape b), la solution d'imprégnation contenant le composé organique hydrogénocarboné sous forme liquide peut être constituée dudit composé organique, soit comprendre un solvant dans lequel est solubilisé le composé organique hydrogénocarboné.
Lorsqu'on effectue plusieurs étapes d'imprégnation, chaque étape d'imprégnation est de préférence suivie d'une étape de séchage intermédiaire à une température inférieure à 200°C, avantageusement comprise entre 50 et 180°C, de préférence entre 70 et 150°C, de manière très préférée entre 75 et 130°C et optionnellement une période de maturation a été observée entre l'étape d'imprégnation et l'étape de séchage intermédiaire.
Etape d) de séchage
Conformément à l'étape de séchage d) de la mise en œuvre pour la préparation du catalyseur, préparé selon au moins un mode de mise en œuvre décrit ci-dessus, le séchage est réalisé à une température inférieure à 200°C, avantageusement comprise entre 50 et 180°C, de préférence entre 70 et 150°C, de manière très préférée entre 75 et 130°C. L'étape de séchage est préférentiellement réalisée pendant une durée comprise entre 1 et 4 heures, de préférence sous une atmosphère inerte ou sous une atmosphère contenant de l'oxygène. L'étape de séchage peut être effectuée par toute technique connue de l'Homme du métier. Elle est avantageusement effectuée à pression atmosphérique ou à pression réduite. De manière préférée, cette étape est réalisée 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.
Selon une première variante, le séchage est conduit de manière à conserver de préférence au moins 30 % du composé organique hydrogénocarboné de formule CxHy introduit lors d'une étape d'imprégnation, 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. Lorsqu'un composé organique contenant de l'oxygène et/ou de l'azote autre que le composé organique hydrogénocarboné de formule CxHy est présent, l'étape de séchage est réalisée 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 introduite calculée sur la base du carbone restant sur le catalyseur.
A l'issue de l'étape de séchage d), on obtient alors un catalyseur séché, qui sera soumis à une étape d'activation pour sa mise en œuvre ultérieure en synthèse Fischer -Tropsch.
Selon une autre variante, à l'issue de l'étape d) de séchage, on effectue une étape de calcination e) à une température comprise entre 200°C et 550°C, de préférence comprise entre 250°C et 500°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 1 6 heures, de préférence entre 1 heure et 5 heures. Après ce traitement, le cobalt de la phase active se trouve ainsi sous forme oxyde et le catalyseur ne contient plus ou très peu de composé organique introduit lors de sa synthèse. 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 et/ou plus sélectif.
Activation (Réduction)
Préalablement à son utilisation dans le réacteur catalytique et la mise en œuvre du procédé Fischer-Tropsch selon l'invention, le catalyseur séché obtenu à l'étape d) ou le catalyseur calciné obtenu à l'étape e) subit avantageusement un traitement réducteur, par exemple avec de l'hydrogène, pur ou dilué, à haute température. Ce traitement permet d'activer ledit catalyseur et de former des particules de cobalt métallique à l'état zéro valent. La température de ce traitement réducteur est préférentiellement comprise entre 200 et 500°C et sa durée est comprise entre 2 et 20 heures.
Ce traitement réducteur est effectué soit in situ (dans le même réacteur que celui où est opérée la réaction de Fischer-Tropsch selon le procédé de l'invention), soit ex situ avant d'être chargé dans le réacteur. Procédé de Fischer-Tropsch
Enfin, un autre objet de l'invention est l'utilisation du catalyseur selon l'invention dans un procédé de synthèse Fischer-Tropsch.
Le procédé de Fischer-Tropsch selon l'invention conduit à la production d'hydrocarbures essentiellement linéaires et saturés C5+ (ayant au moins 5 atomes de carbone par molécule). Les hydrocarbures produits par le procédé de l'invention sont ainsi des hydrocarbures essentiellement paraffiniques, dont la fraction présentant les points d'ébullition les plus élevés peut être convertie avec un rendement élevé en distillats moyens (coupes gasoil et kérosène) par un procédé d'hydroconversion tel que l'hydrocraquage et/ou l'hydroisomérisation catalytique(s).
La charge employée pour la mise en œuvre du procédé de l'invention comprend du gaz de synthèse. Le gaz de synthèse est un mélange comprenant notamment du monoxyde de carbone et d'hydrogène présentant des rapports molaires H2/CO pouvant varier dans un rapport de 0,5 à 4 en fonction du procédé par lequel il a été obtenu. Le rapport molaire H2/CO du gaz de synthèse est généralement voisin de 3 lorsque le gaz de synthèse est obtenu à partir du procédé de vaporeformage d'hydrocarbures ou d'alcool. Le rapport molaire H2/CO du gaz de synthèse est de l'ordre de 1 ,5 à 2 lorsque le gaz de synthèse est obtenu à partir d'un procédé d'oxydation partielle. Le rapport molaire H2/CO du gaz de synthèse est généralement voisin de 2,5 lorsqu'il est obtenu à partir d'un procédé de reformage thermique. Le rapport molaire H2/CO du gaz de synthèse est généralement voisin de 1 lorsqu'il est obtenu à partir d'un procédé de gazéification et de reformage du C02.
Le catalyseur utilisé dans le procédé de synthèse d'hydrocarbures selon l'invention peut être mis en œuvre dans différents types de réacteurs, par exemple en lit fixe, en lit mobile, en lit bouillonnant ou encore en lit fluidisé triphasique. La mise en œuvre du catalyseur en suspension dans un réacteur fluidisé triphasique, préférentiellement de type colonne à bulle, est préférée. Dans cette mise en œuvre préférée du catalyseur, ledit catalyseur est divisé à l'état de poudre très fine, particulièrement de l'ordre de quelques dizaines de microns, cette poudre formant une suspension avec le milieu réactionnel. Cette technologie est également connue sous la terminologie de procédé "slurry" par l'homme du métier.
Le procédé de synthèse d'hydrocarbures selon l'invention est opéré sous une pression totale comprise entre 0,1 et 15 MPa, de préférence entre 0,5 et 10 MPa, sous une température comprise entre 150 et 350°C, de préférence entre 180 et 270°C. La vitesse volumique horaire est avantageusement comprise entre 100 et 20000 volumes de gaz de synthèse par volume de catalyseur et par heure (100 à 20000 h"1) et de préférence entre 400 et 10000 volumes de gaz de synthèse par volume de catalyseur et par heure (400 à 10000 h"1). Les exemples qui suivent démontrent les gains en performances sur les catalyseurs selon l'invention.
Exemples
Exemple 1 (comparatif) : Catalyseur A de formule Co/AI203.
Un catalyseur A comprenant du cobalt déposé sur un support d'alumine est préparé par imprégnation à sec d'une solution aqueuse de nitrate de cobalt de manière à déposer en deux étapes successives de l'ordre de 10% poids de Co sur une poudre d'alumine gamma (PURALOX® SCCa 5/170, SASOL) de granulométrie moyenne égale à 80 μηπ, de surface 1 65 m2/g et de volume poreux mesuré par isotherme d'adsorption d'azote à 0,4 ml/g.
Après une première imprégnation à sec, le solide est séché en lit traversé à 120°C pendant 3h sous air puis calciné à 400°C pendant 4h en lit traversé sous flux d'air. Le catalyseur intermédiaire contient environ 6% poids de Co. Il est soumis à une deuxième étape d'imprégnation à sec au moyen d'une solution de nitrate de cobalt. Le solide obtenu est séché en lit traversé à 120°C pendant 3h sous air puis calciné à 400°C pendant 4h en lit traversé sous flux d'air. On obtient le catalyseur final A qui contient 10,5% poids de Co (sous forme d'oxyde Co3O4).
Exemple 2 (comparatif) : Catalyseur B de formule Co / AI203.Si02
Un catalyseur B comprenant du cobalt déposé sur un support de silice-alumine est préparé par imprégnation à sec d'une solution aqueuse de nitrate de cobalt de manière à déposer en une étape environ 10% poids de Co sur une silice-alumine contenant initialement 5% poids de SiO2 et possédant une surface spécifique de 180 m2/g et un volume poreux de 0,8 ml/g
Après l'imprégnation à sec, le solide est séché en lit traversé à 120°C pendant 3h sous air puis calciné à 400°C pendant 4h en lit traversé. On obtient le catalyseur final B qui contient 9,9% poids de Co (sous forme d'oxyde Co3O4). Exemple 3 (comparatif) : Catalyseur C de formule Co / C0AI2O4-AI2O3.S1O2
Un catalyseur C comprenant du cobalt déposé sur un support, à base d'une phase d'oxyde mixte (sous forme de spinelle) incluse dans une silice-alumine, est préparé par imprégnation à sec d'une solution aqueuse de nitrate de cobalt de manière à déposer en une étape environ 10 % poids de cobalt sur le support. La spinelle présente dans le support du catalyseur C est une spinelle simple formée d'aluminate de cobalt, lequel est inclus dans une silice-alumine contenant 5% poids de SiO2, et présentant une surface spécifique de 180 m2/g et un volume poreux de 0,8 ml/g. La préparation de la spinelle incluse dans la silice-alumine est effectuée par imprégnation à sec d'une solution aqueuse de nitrate de cobalt de manière à introduire 5% poids de Co dans ladite silice-alumine. Après séchage à 120°C pendant 3 heures, le solide est calciné à 850°C pendant 4 heures sous air. Le support du catalyseur noté C est formé de 5% poids de cobalt sous forme d'aluminate de cobalt (soit 15% poids de spinelle) dans la silice-alumine.
La phase active à base de cobalt est ensuite déposée sur ledit support en une étape, par imprégnation à sec, selon un protocole identique à celui décrit pour la préparation du catalyseur B. Les étapes de séchage et de calcination sont également réalisées dans les mêmes conditions opératoires que celles de l'exemple 2. La concentration en cobalt dans la solution de nitrate de cobalt, utilisée pour les imprégnations successives, est choisie pour obtenir le catalyseur C avec la teneur finale en Co voulue.
Le catalyseur C final présente une teneur totale en cobalt de 15,7% poids (la teneur en Co présent dans la phase spinelle étant comprise) et une teneur en cobalt sous forme d'oxyde Co304 de 10,7 % poids. Exemple 4 (comparatif) : Catalyseur D de formule Co / C0AI2O4-AI2O3.S1O2 contenant de l'acide citrique (co-imprégnation).
Un catalyseur D comprenant du cobalt et de l'acide citrique déposés sur un support, à base d'une spinelle incluse dans une silice-alumine, est préparé par imprégnation à sec d'une solution aqueuse de nitrate de cobalt et d'acide citrique de manière à déposer environ 10 % poids de cobalt sur le support.
La phase active à base de cobalt est déposée sur le support C de l'exemple 3 en une étape, par imprégnation à sec d'une solution contenant du nitrate de cobalt et de l'acide citrique (Sigma Aldrich®, >99%) dans un ratio molaire acide citrique : Co de 0,5. Après l'imprégnation à sec, le solide subit une maturation en atmosphère saturée en eau pendant 9 heures à température ambiante, puis est séché en lit traversé à 120°C pendant 3h sous air, puis traité sous azote à 400°C pendant 4h en lit traversé.
Le catalyseur D final présente une teneur totale en cobalt de 14,1 % poids (la teneur en Co présent dans la phase spinelle étant comprise) et une teneur en cobalt sous forme d'oxyde Co304 de 9,1 % poids. Exemple 5 (comparatif) : Catalyseur E de formule Co / C0AI2O4-AI2O3.S1O2 contenant de l'acide citrique (post-imprégnation).
Un catalyseur E comprenant du cobalt et de l'acide citrique déposés sur un support, à base d'une spinelle incluse dans une silice-alumine, est préparé par imprégnation à sec d'une solution aqueuse de nitrate de cobalt, puis d'une solution aqueuse d'acide citrique de manière à déposer environ 10 % poids de cobalt sur le support.
La phase active à base de cobalt est déposée sur le support C de l'exemple 3 en une étape, par imprégnation à sec d'une solution contenant du nitrate de cobalt Après l'imprégnation à sec, le solide subit un séchage en lit traversé à 120°C pendant 3h sous air.
Dans une deuxième étape, l'acide citrique est déposé sur le solide précédent en une étape, par imprégnation à sec d'une solution contenant de l'acide citrique (Sigma Aldrich®, >99%) à une concentration permettant d'atteindre un ratio molaire sur le catalyseur final acide citrique : Co de 0,5. Après l'imprégnation à sec, le solide subit une maturation en atmosphère saturée en eau pendant 9 heures à température ambiante, puis est séché en lit traversé à 120°C pendant 3h sous air, puis traité sous azote à 400°C pendant 4h en lit traversé.
Le catalyseur E final présente une teneur totale en cobalt de 14,0% poids (la teneur en Co présent dans la phase spinelle étant comprise) et une teneur en cobalt sous forme d'oxyde Co304 de 9,0 % poids.
Exemple 6 (selon l'invention) : Catalyseur F de formule Co / C0AI2O4-AI2O3.S1O2 contenant du n-octane
Un catalyseur F comprenant du cobalt et du n-octane déposés sur un support, à base d'une spinelle incluse dans une silice-alumine, est préparé par imprégnation à sec d'une solution éthanolique de nitrate de cobalt et de n-octane de manière à déposer environ 10 % poids de cobalt sur le support.
La phase active à base de cobalt est déposée sur le support C de l'exemple 3 en une étape, par imprégnation à sec d'une solution éthanolique contenant du nitrate de cobalt et du n-octane (Sigma Aldrich®, >98%), dans un ratio molaire n-octane : Co de 1 .0. Après l'imprégnation à sec, le solide subit une maturation en atmosphère saturée en eau pendant 9 heures à température ambiante, puis est séché en lit traversé à 120°C pendant 3h sous air, puis traité sous azote à 400°C pendant 4h en lit traversé.
Le catalyseur F final présente une teneur totale en cobalt de 14,9% poids (la teneur en Co présent dans la phase spinelle étant comprise) et une teneur en cobalt sous forme d'oxyde Co304 de 9,9 % poids.
Exemple 7 (selon l'invention) : Catalyseur G de formule Co / C0AI2O4-AI2O3.S1O2 contenant du xylène.
Un catalyseur G comprenant du cobalt et du xylène déposés sur un support, à base d'une spinelle incluse dans une silice-alumine, est préparé par imprégnation à sec d'une solution aqueuse de nitrate de cobalt, puis d'une solution éthanolique de xylènes de manière à déposer environ 10 % poids de cobalt sur le support. La phase active à base de cobalt est déposée sur le support C de l'exemple 3 en une étape, par imprégnation à sec d'une solution contenant du nitrate de cobalt. Après l'imprégnation à sec, le solide subit un séchage en lit traversé à 120°C pendant 3h sous air.
Dans une deuxième étape, le xylène est déposé sur le solide précédent en une étape, par imprégnation à sec d'une solution éthanolique contenant du xylène (Mélange des 3 isomères xylènes Sigma Aldrich®, >98,5%) à une concentration permettant d'atteindre un ratio molaire sur le catalyseur final xylène: Co de 0,5. Après l'imprégnation à sec, le solide subit une maturation en atmosphère saturée en eau pendant 9 heures à température ambiante, puis est séché en lit traversé à 120°C pendant 3h sous air, puis traité sous azote à 400°C pendant 4h en lit traversé.
Le catalyseur G final présente une teneur totale en cobalt de 15,1 % poids (la teneur en Co présent dans la phase spinelle étant comprise) et une teneur en cobalt sous forme d'oxyde Co304 de 10,1 % poids. Exemple 8 (selon l'invention) : Catalyseur H de formule Co / C0AI2O4-AI2O3.S1O2 contenant de l'éthyl-cyclohexane.
Un catalyseur H comprenant du cobalt et de l'éthyl-cyclohexane déposés sur un support, à base d'une spinelle incluse dans une silice-alumine, est préparé par imprégnation à sec d'une solution éthanolique d'éthyl-cyclohexane, puis d'une solution aqueuse de nitrate de cobalt de manière à déposer environ 10 % poids de cobalt sur le support.
L'éthyl-cyclohexane est déposé sur le support C de l'exemple 3 en une étape, par imprégnation à sec d'une solution éthanolique contenant de l'éthyl-cyclohexane (Sigma Aldrich®, >99%) à une concentration permettant d'atteindre un ratio molaire sur le catalyseur final éthyl-cyclohexane : Co de 1 .0. Après l'imprégnation à sec, le solide subit une maturation en atmosphère saturée en eau pendant 9 heures à température ambiante, puis est séché en lit traversé à 120°C pendant 3h sous air.
Dans une deuxième étape, la phase active à base de cobalt est déposée sur le solide précédent en une étape, par imprégnation à sec d'une solution contenant du nitrate de cobalt. Après l'imprégnation à sec, le solide subit une maturation en atmosphère saturée en eau pendant 9 heures à température ambiante, puis est séché en lit traversé à 120°C pendant 3h sous air, puis traité sous azote à 400°C pendant 4h en lit traversé. Le catalyseur H final présente une teneur totale en cobalt de 14,7% poids (la teneur en Co présent dans la phase spinelle étant comprise) et une teneur en cobalt sous forme d'oxyde Co304 de 9,7 % poids.
Exemple 9 (selon l'invention) : Catalyseur I de formule Co / C0AI2O4-AI2O3.S1O2 contenant du xylène
Le catalyseur I est préparé d'une manière similaire au catalyseur G à ceci près qu'il ne subit pas de traitement thermique sous azote à 400°C en fin de de préparation. Exemple 10 (selon l'invention) : Catalyseur J de formule Co / CoAI204- AI203.Si02 contenant du xylène.
Un catalyseur J comprenant du cobalt et du xylène déposés sur un support, à base d'une spinelle incluse dans une silice-alumine, est préparé par imprégnation à sec d'une solution aqueuse de nitrate de cobalt, puis d'un mélange de xylènes de manière à déposer environ 10 % poids de cobalt sur le support.
La phase active à base de cobalt est déposée sur le support C de l'exemple 3 en une étape, par imprégnation à sec d'une solution aqueuse contenant du nitrate de cobalt. Après l'imprégnation à sec, le solide subit un séchage en lit traversé à 120°C pendant 3h sous air.
Dans une deuxième étape, le xylène est déposé sur le solide précédent en une étape, par imprégnation à sec d'un mélange de xylènes (Mélange des 3 isomères xylènes Sigma AIdrich®, >98,5%), de manière à atteindre un ratio molaire sur le catalyseur final xylène: Co de 2,0. Après l'imprégnation à sec, le solide subit une maturation en atmosphère saturée en eau pendant 9 heures à température ambiante, puis est séché en lit traversé à 120°C pendant 3h sous air, puis traité sous azote à 400°C pendant 4h en lit traversé.
Le catalyseur J final présente une teneur totale en cobalt de 15,3% poids (la teneur en Co présent dans la phase spinelle étant comprise) et une teneur en cobalt sous forme d'oxyde Co304 de 10,3 % poids.
Exemple 11 : Performances catalytiques des catalyseurs A à J en réaction Fischer-Tropsch
Les catalyseurs A, B, C, D, E, F, G, H, I et J avant d'être testés en synthèse Fischer- Tropsch, sont réduits in situ sous un flux d'hydrogène pur à 400°C pendant 1 6 heures. La réaction de synthèse Fischer-Tropsch est opérée dans un réacteur tubulaire de type lit fixe et fonctionnant en continu.
Chacun des catalyseurs se trouve sous forme de poudre de diamètre compris entre 40 et 150 microns.
Les conditions de test sont les suivantes: Température = 21 6°C
Pression totale = 2MPa
Vitesse volumique horaire (VVH) = 4100 NL/h"1/kgCataiyseur
Rapport molaire H2/CO = 2/1
Les résultats, exprimés en termes d'activité (conversion du CO en %) et de sélectivité (pourcentage massique d'hydrocarbures en C8 + sur l'ensemble des produits formés), figurent dans le tableau 1 .
Tableau 1 : performances catalvtiques de chaque catalyseur Les résultats figurant dans le tableau 1 démontrent que les catalyseurs selon l'invention sont plus actifs et/ou plus sélectifs que les catalyseurs connus de l'art antérieur.

Claims

REVENDICATIONS
1 ) Catalyseur contenant une phase active de cobalt, déposée sur un support comprenant de l'alumine, de la silice ou de la silice-alumine, ledit support contenant en outre une phase d'oxyde mixte contenant du cobalt et/ou du nickel, ledit catalyseur étant préparé par un procédé comprenant au moins : a) une étape de mise en contact d'un support comprenant de l'alumine, de la silice ou de la silice-alumine avec au moins une solution contenant au moins un précurseur de cobalt et/ou de nickel, puis on sèche et on calcine à une température entre 700 et 1200°C, de manière à obtenir une phase d'oxyde mixte contenant du cobalt et/ou du nickel dans le support, puis on effectue
b) une étape de mise en contact dudit support contenant ladite phase d'oxyde mixte avec au moins une solution contenant au moins un précurseur de cobalt,
c) une étape de mise en contact dudit support contenant ladite phase d'oxyde mixte avec une solution contenant au moins un composé organique hydrogénocarboné de formule CxHy, étant entendu que ledit composé organique hydrogénocarboné est sous forme liquide et que lorsque la solution comprend un solvant, ledit composé organique hydrogénocarboné est miscible dans le solvant,
les étapes b) et c) pouvant être réalisées séparément, dans un ordre indifférent, ou simultanément, puis on effectue
d) une étape de séchage à une température inférieure à 200°C.
2) Catalyseur selon la revendication 1 , dans lequel la teneur en phase d'oxyde mixte dans le support est comprise entre 0,1 et 50 % poids par rapport au poids du support.
3) Catalyseur selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel la phase d'oxyde mixte comprend un aluminate de formule CoAI2O4 ou NiAI2O4 dans le cas d'un support à base d'alumine ou de silice-alumine. 4) Catalyseur selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel la phase d'oxyde mixte comprend un silicate de formule Co2Si04 ou Ni2Si04 dans le cas d'un support à base de silice ou de silice-alumine.
5) Catalyseur selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel la teneur en silice dudit support est comprise entre 0,5% poids à 30% poids par rapport au poids du support avant la formation de la phase d'oxyde mixte lorsque le support est une silice-alumine.
6) Catalyseur selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel le composé organique hydrogénocarboné de formule CxHy introduit lors de l'étape c) est choisi parmi un composé hydrogénocarboné saturé ou insaturé, acyclique ou cyclique, avec x>5 et y>6.
7) Catalyseur selon la revendication 6, dans lequel le composé organique hydrogénocarboné de formule CxHy est choisi parmi n-heptane, le n-octane, le n- nonane, le n-décane, l'i-heptane, l'i-octane, l'i-nonane, l'i-décane, le cyclopentane, le cyclohexane, l'heptène, l'octène, le nonène, le décène, le cyclopentadiène, le cyclohexène, le toluène, le cumène, le styrène, le xylène et l'éthylbenzène.
8) Catalyseur selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel le rapport molaire de composé organique hydrogénocarboné de formule CxHy introduit lors de l'étape c) par rapport à l'élément de cobalt introduit à l'étape b) est compris entre 0,01 et 5,0 mol/mol.
9) Catalyseur selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel la teneur en élément cobalt introduit lors de l'étape b) en tant que phase active est comprise entre 1 et 40 % poids exprimé en élément cobalt métallique par rapport au poids total du catalyseur séché.
10) Catalyseur selon l'une des revendications 1 à 9, dans lequel le catalyseur comprend en outre un élément choisi parmi les groupes VIIIB, IA, IB, MA, MB, NIA, IIIB et VA.
1 1 ) Catalyseur selon l'une des revendications 1 à 1 0, dans lequel le catalyseur contient en outre un composé organique autre que le composé organique hydrogénocarboné de formule CxHy, ledit composé organique contenant de l'oxygène et/ou de l'azote. 12) Catalyseur selon la revendication 1 1 , dans lequel le composé organique est choisi parmi un composé comportant une ou plusieurs fonctions chimiques choisies parmi une fonction carboxylique, alcool, éther, aldéhyde, cétone, aminé, nitrile, imide, oxime, urée et amide.
13) Catalyseur selon l'une des revendications 1 à 12, dans lequel, après l'étape de séchage d), on effectue une étape de calcination e) à une température comprise entre 200 et 550°C, sous une atmosphère inerte ou sous une atmosphère contenant de l'oxygène.
14) Catalyseur selon l'une des revendications 1 à 13, dans lequel on réduit le catalyseur obtenu à l'étape de séchage d) ou obtenu à l'étape de calcination e) à une température comprise entre 200°C et 500°C.
15) Procédé Fischer-Tropsch de synthèse d'hydrocarbures dans lequel le catalyseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 14 est mis en contact avec une charge comprenant du gaz de synthèse sous une pression totale comprise entre 0,1 et 15 MPa, sous une température comprise entre 150 et 350°C, et à une vitesse volumique horaire comprise entre 100 et 20000 volumes de gaz de synthèse par volume de catalyseur et par heure avec un rapport molaire H2/CO du gaz de synthèse entre 0,5 et 4.
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