EP4259573A1 - Formulation liquide pour stockage d'hydrogène - Google Patents

Formulation liquide pour stockage d'hydrogène

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Publication number
EP4259573A1
EP4259573A1 EP21840654.4A EP21840654A EP4259573A1 EP 4259573 A1 EP4259573 A1 EP 4259573A1 EP 21840654 A EP21840654 A EP 21840654A EP 4259573 A1 EP4259573 A1 EP 4259573A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
weight
benzyltoluene
formulation
molar
dibenzyltoluene
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP21840654.4A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Jérôme BLANC
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Arkema France SA
Original Assignee
Arkema France SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Arkema France SA filed Critical Arkema France SA
Publication of EP4259573A1 publication Critical patent/EP4259573A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen; Reversible storage of hydrogen
    • C01B3/0005—Reversible storage of hydrogen, e.g. by hydrogen getters or electrodes
    • C01B3/001—Reversible storage of hydrogen, e.g. by hydrogen getters or electrodes characterised by the uptaking media; Treatment thereof
    • C01B3/0015—Organic compounds, e.g. liquid organic hydrogen carriers [LOHC] or metalorganic compounds; Solutions thereof
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/32—Hydrogen storage

Definitions

  • the present invention relates to the field of liquid formulations capable of transporting hydrogen, and more particularly the field of formulations based on benzyltoluene capable of transporting hydrogen.
  • Hydrogen today represents an alternative to fossil, natural or electrical energy sources.
  • the storage and transport of this energy source, hydrogen remains a major challenge for the rapid and accessible development of this energy source.
  • the principle of this LOHC technology consists in fixing hydrogen on a support molecule, which is preferably and most often liquid at room temperature, in a hydrogenation step, then in releasing the fixed hydrogen, at near the place of consumption, in a dehydrogenation step.
  • Patent EP2925669 thus shows the use of BT and/or DBT in LOHC technology, and describes the hydrogenation and dehydrogenation operations of these fluids for the storage and release of hydrogen.
  • the sequence of cycles and the maintenance of performance are key points for the economic aspect of this technology.
  • the hydrogen resulting from this LOHC technology finds uses in very many fields, such as for example in fuel cells, as well as in various industrial processes, or even as fuel for all means of transport, such as trains, ships, trucks, motor cars, planes, and others. Any impurity present in the hydrogen, even in trace amounts, could have a negative impact, both on the hydrogenation/dehydrogenation process in terms of yield, and on the quality of the products manufactured or even on the yields in end uses. hydrogen produced by this technique.
  • LOHC fluid in the remainder of this presentation.
  • benzyltoluene is a compound of choice, in particular because of its physico-chemical properties which are entirely compatible with the operations of hydrogenation/dehydrogenation and existing industrial preparation capacities.
  • BT is a well-known compound, commercially available and the method of preparation of which is also well known to those skilled in the art.
  • BT can easily be prepared by catalytic reaction of toluene with chlorotoluene, according to techniques now well known to those skilled in the art and in particular as described in patent EP0435737.
  • the present invention relates to a liquid formulation based on benzyltoluene (BT) containing low levels of diphenylmethane (DPM).
  • BT benzyltoluene
  • DPM diphenylmethane
  • diphenylmethane has a melting point (25° C.) much higher than that of benzyltoluene (-80° C.), but also of another LOHC fluid, dibenzyltoluene (-38.5° C.). VS). Consequently, the DPM can form a cloudiness or even precipitate, when it is present in too large quantities in the BT, which can prove to be annoying or even prohibitive, in particular during the operations of transport and transfer of the LOHC fluid through pipes. , pumps, valves and other equipment necessary for the use of said LOHC fluid envisaged in the present invention, and in particular during transport and during use in the hydrogenation/dehydrogenation cycles.
  • the present invention relates to a liquid formulation comprising:
  • BT benzyltoluene
  • DPM diphenylmethane
  • the formulation according to the present invention is a liquid formulation at ambient temperature and pressure, that is to say at 25° C. and 1 atmosphere (1013 mbar or 1013 hPA).
  • the formulation according to the present invention comprises an amount equal to or greater than 50% by weight of BT, preferably equal to or greater than 60%, more preferably equal to or greater than 70%, better still equal to or greater than greater than 80% and quite preferably equal to or greater than 90% by weight of BT.
  • the formulation according to the present invention comprises an amount equal to or greater than 98% by weight of benzyltoluene (BT).
  • the formulation according to the present invention preferably comprises benzyltoluene alone, or optionally with one or more other LOHC fluids as indicated below, that is to say without component other than DPM present in an amount less than 0, 5% molar.
  • the formulation according to the invention comprises an amount at most equal to 99.99% by weight of BT, preferably at most equal to 99.95% by weight of BT, more preferably at most equal to 99.9% by weight of BT.
  • the formulation may also comprise one or more other LOHC fluids well known to those skilled in the art, such as those derived from petroleum products and/or products synthesized from petroleum products, or even derived from petroleum products. renewables and/or products synthesized from renewable products. DPM is not considered to be an LOHC fluid of interest within the meaning of the present invention.
  • Such other LOHC fluids are, for example and without limitation, those chosen from dibenzyltoluene (DBT), diphenylethane (DPE), ditolyl ether (DT), phenylxylylethane (PXE), mono- and bi-xylylxylenes, 1,2,3,4-tetrahydro-(1-phenyl-ethyl)naphthalene, di-isopropylnaphthalene, mono-isopropylbiphenyl, phenylethyl-phenylethane (PEPE) , N-ethylcarbazole, phenylpyridines, tolylpyridines, diphenylpyridines, dipyridylbenzenes, dipyridinetoluenes, as well as mixtures of two or more of them, in all proportions, to cite only the main organic fluids known and usable in the scope of the present invention.
  • DBT dibenzylto
  • the formulation comprises at least 50% by weight of benzyltoluene (BT), and dibenzyltoluene (DBT).
  • BT benzyltoluene
  • DBT dibenzyltoluene
  • the formulation comprises from 70% to 80% by weight of BT and from 20% to 30% by weight of DBT (relative to the total weight of BT + DBT).
  • the formulation comprises from 80% to 99.9% by weight of BT and from 0.1% to 20% by weight of DBT (relative to the total weight of BT + DBT), preferably the formulation comprises from 90% to 99.9% by weight of BT and from 0.1% to 10% by weight of DBT (based on the total weight of BT + DBT), and more preferably the formulation comprises from 90% to 99.5% by weight of BT and 0.5% to 10% by weight of DBT (based on the total weight of BT + DBT).
  • the formulation according to the present invention comprises an amount of less than 0.5% molar, preferably equal to or less than 0.4% molar, advantageously equal to or less than 0.3% molar, more preferably equal to or less than 0.1 mol% of DPM, relative to the total number of moles BT + DPM.
  • DPM very often leads to numerous drawbacks, whether during the hydrogenation/dehydrogenation operations to which the LOHC formulations are subjected, but also in the hydrogen released during the dehydrogenation operations, hydrogen which may then not have the degree of purity required for the applications for which it is intended.
  • the LOHC fluid formulations are particularly well suited to the transport of hydrogen, in the form of liquid, and in a safe manner, these formulations must ensure that the hydrogen, released during the step of dehydrogenation, a purity at least as great as that of the hydrogen used for the hydrogenation of the support.
  • the hydrogen transported thanks to the formulation according to the present invention has a degree of purity that is entirely compatible in particular with applications such as, for example, fuel cells, and all other industrial applications requiring the use of high purity hydrogen, such as the electronics sector for the production of microprocessors, semiconductors, and others.
  • the DPM is present in the formulation at a content of between 1 ppm molar and 0.5% molar, limits excluded, preferably greater than 1 ppm molar and equal to or less than at 0.3% molar, more preferably still greater than 1 ppm molar and equal to or less than 0.1% molar, relative to the total number of moles BT+DPM.
  • the formulation according to the invention may further, although this does not form a preferred embodiment, comprise one or more additives and/or fillers well known to those skilled in the art, and for example, and in such a way non-limiting, selected from antioxidants, pigments, colorants, flavors, odor masking agents, viscosity modifiers, passivators, pour point depressants, decomposition inhibitors and mixtures thereof.
  • additives and/or fillers well known to those skilled in the art, and for example, and in such a way non-limiting, selected from antioxidants, pigments, colorants, flavors, odor masking agents, viscosity modifiers, passivators, pour point depressants, decomposition inhibitors and mixtures thereof.
  • antioxidants which can be advantageously used in the formulation of the invention, mention may be made, by way of non-limiting examples, of phenolic antioxidants, such as for example dibutylhydroxytoluene, butylhydroxyanisole, tocopherols, as well as the acetates of these phenolic antioxidants.
  • antioxidants of the amine type such as for example phenyl-o-naphthylamine, of the diamine type, for example N,N′-di-(2-naphthyl)-para-phenylenediamine, but also the acid ascorbic acid and its salts, esters of ascorbic acid, alone or in mixtures of two or more of them or with other components, such as for example green tea extracts, coffee extracts.
  • the present invention relates to a formulation comprising:
  • BT benzyltoluene
  • DBT dibenzyltoluene
  • the present invention relates to a formulation comprising: - an amount equal to or greater than 50%, preferably equal to or greater than 60%, more preferably equal to or greater than 70%, better still equal to or greater than 80% and most preferably equal to or greater than 90% by weight of benzyltoluene (BT), and
  • BT benzyltoluene
  • DBT dibenzyltoluene
  • Benzyltoluene is a well-known compound, commercially available and the method of preparation of which is also well known to those skilled in the art.
  • BT can easily be prepared by catalytic reaction of toluene with chlorotoluene, according to techniques now well known to those skilled in the art and in particular as described in patent EP0435737.
  • the synthetic crudes of BT, but also the LOHC liquids based on BT having been engaged in hydrogenation/dehydrogenation cycles can thus contain variable amounts of DPM, as described above.
  • the formulation according to the present invention can therefore be prepared, for example and typically, from these synthetic raw materials or liquid LOHCs based on BT, according to any method well known to those skilled in the art.
  • Another method could consist in using a starting toluene of very high purity, in particular free or comprising only minute traces of benzene in order to minimize the formation of DPM.
  • the “pure” BT formulation produced from this toluene ultra-pure would however be of a cost completely incompatible with use on an industrial scale.
  • the formulation according to the present invention can advantageously be obtained from a synthetic crude of BT or a crude from distillation of BT or even from a formulation based on BT having already undergone a greater or lesser number of hydrogenation/dehydrogenation cycles, by one or more treatment(s) on filtering agents and/or adsorbents.
  • the filtering agents which can be used in the context of the present invention can be of all types and are well known to those skilled in the art.
  • the filtering agents which have proved to be the most suitable are the adsorbent filtering agents, and more particularly the filtering agents comprising one or more compounds chosen from minerals based on silicates, carbonates, carbon, as well as mixtures of two or more of these minerals in all proportions.
  • inorganic or organic filtering agents and in particular those chosen from clays, zeolites, diatomaceous earth, ceramics, carbonates, and carbon derivatives, as well as mixtures of two or more of them, in any proportion.
  • filtering agents adsorbents and filter-adsorbents
  • clays including silicates, and for example magnesium silicates, such as and without limitation, attapulgites, montmorillonites, selenites, bentonites, talcs, and others,
  • carbonates for example of calcium and/or magnesium, and more particularly those known under the names of limestone or chalks,
  • Silicates in particular clays and zeolites, have proved to be very particularly effective for the preparation of the formulation of the present invention. Silicates have in fact shown themselves to be particularly suitable for the elimination, or at least for the significant reduction of the quantities of DPM present in a formulation comprising an amount equal to or greater than 50% by weight of benzyltoluene (BT).
  • BT benzyltoluene
  • filtering agents advantageously usable for the preparation of the formulation of the present invention
  • attapulgite Microsorb® 16/30 LVM from BASF (example of alumino-magnesian clay with the chemical formula (Mg, Al) 5 Si8O22(OH) 4 , SiC>2)
  • Amcol Rafinol 900 FF from Minerals Technologies
  • Amcol Rafinol 920 FF from Minerals Technologies
  • Amcol Mineral Bent aluminum hydrosilicate
  • Siliporite® in particular MK30B0 and MK30B2
  • ARKEMA preparations based on zeolite of the alumino silicate type
  • the filtering agent used for the preparation of the formulation according to the present invention is chosen from molecular sieves (also called “zeolitic adsorbents”), in particular molecular sieves allowing the adsorption , as selectively as possible, the DPM present in the formulation comprising at least 50% BT.
  • molecular sieves also called "zeolitic adsorbents”
  • zeolite adsorbent materials that is to say materials comprising one or more zeolites
  • zeolite adsorbent materials are advantageously chosen from molecular sieves based on synthetic zeolites which, by virtue of their wide variety of preparation methods , a wide variety of parameters which can be finely adjusted, such as for example the thermal stability, the mechanical resistance or even the facilitation of regeneration, and this in order to meet the specific criteria required for the use of interest.
  • zeolite adsorbent materials for use in the context of the present invention, mention may be made of natural or synthetic zeolites, and more particularly zeolite adsorbent materials chosen from natural zeolites, such as for example chabazite, and among synthetic zeolites, in particular LTA-type zeolites, FAU-type zeolites, EMT-type zeolites, MFI-type zeolites, and BEA-type zeolites.
  • the preparation of the formulation according to the invention by treatment on a filtering agent and/or adsorbent, in particular on zeolite, has the great advantage of tolerating a greater variety of raw materials at acceptable costs while making it possible to provide a final product (the BT) of very high purity.
  • a filtering agent and/or adsorbent in particular on zeolites, also makes it possible to eliminate all or part of one or more other impurities and undesired compounds inherently present in the preparation of BT, or produced during the numerous hydrogenation/dehydrogenation cycles of the formulation according to the present invention.
  • a BT formulation containing amounts greater than 0.5% molar of DPM, typically 0.7%, 0.8% and 0.9% molar, is advantageously passed over a bed of zeolite adsorbent, typically in the form of zeolite crystals agglomerated with a binder, generally a clay.
  • the zeolite crystals preferably comprise one or more cations, advantageously chosen from alkali and alkaline-earth metal cations, more specifically from lithium, sodium, potassium, magnesium, calcium, strontium and barium cations.
  • Examples of zeolite adsorbents include, but are not limited to, zeolite adsorbents from the Siliporite® range sold by ARKEMA.
  • the treatment on a bed of zeolite adsorbent can be carried out at any temperature, advantageously at a temperature between 5° C. and 80° C., typically around 40° C., and most often at atmospheric pressure, for obvious reasons. ease of the process, it being understood that the streams can be subjected to overpressures or depressions in order to promote and/or facilitate the passage of the stream through the bed of adsorbent.
  • the treatment on zeolitic adsorbent described above makes it possible in particular to lower the DPM content in a BT formulation to values below 0.20% molar, better still below 0.15% molar, even better still below 0.10% molars.
  • the present invention relates to the use of a formulation as defined above as LOHC fluid for the production of hydrogen comprising a low level of impurities and in particular for the production of hydrogen comprising a quantity less than 0.5 mol% of diphenylmethane, relative to the total number of moles H 2 + DPM.
  • the hydrogen stored and then released during the dehydrogenation step is a high purity hydrogen, and in particular a hydrogen containing no or only negligible amounts of benzene.
  • the hydrogen thus produced can therefore find uses in a very large number of applications, in particular for fuel cells, and all other industrial applications requiring the use of high purity hydrogen, such as the electronics sector for the production of microprocessors, semiconductors, and others.

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Abstract

La présente invention concerne une formulation liquide comprenant une quantité égale ou supérieure à 50% en poids de benzyltoluène et une quantité inférieure à 0,5% molaire de diphénylméthane. L'invention concerne également l'utilisation de ladite formulation comme fluide LOHC pour la production d'hydrogène comprenant une quantité inférieure à 0,5% molaire de diphénylméthane.

Description

FORMULATION LIQUIDE POUR STOCKAGE D’HYDROGÈNE
[0001] La présente invention concerne le domaine des formulations liquides aptes à transporter de l’hydrogène, et plus particulièrement le domaine des formulations à base de benzyltoluène aptes à transporter de l’hydrogène.
[0002] L’hydrogène représente aujourd’hui une alternative aux sources d’énergie fossiles, naturelles ou électriques. Le stockage et le transport de cette source d’énergie qu’est l’hydrogène reste cependant un enjeu majeur pour le développement rapide et accessible de cette source d’énergie.
[0003] Diverses approches ont été étudiées pour stocker et transporter plus facilement ce gaz très volatil et hautement explosif, et, parmi celles-ci, on peut citer le stockage sous pression, le stockage cryogénique, le stockage sur support. Parmi les types de support envisageables, la technologie basée sur les liquides organiques porteurs d’hydrogène (technologie dite LOHC pour « Liquid Organic Hydrogen Carrier » en langue anglaise) est une technologie prometteuse et particulièrement intéressante pour le transport longue distance, à des coûts tout à fait compatibles avec un développement à grande échelle.
[0004] Le principe de cette technologie LOHC consiste à fixer de l'hydrogène sur une molécule support, laquelle est de préférence et le plus souvent liquide à température ambiante, dans une étape d'hydrogénation, puis à libérer l’hydrogène fixé, à proximité du lieu de consommation, dans une étape de déshydrogénation.
[0005] Parmi les molécules LOHC étudiées aujourd’hui, les liquides aromatiques à deux ou trois noyaux, telles que par exemple le benzyltoluène (BT) et/ou le dibenzyltoluène (DBT) qui ont déjà fait l'objet de nombreuses études et de demandes de brevets, représentent des molécules particulièrement bien adaptées à cette utilisation. Le brevet EP2925669 montre ainsi l’utilisation de BT et/ou de DBT dans la technologie LOHC, et décrit les opérations d’hydrogénation et de déshydrogénation de ces fluides pour le stockage et la libération d’hydrogène.
[0006] Au-delà de la performance instantanée des étapes d'hydrogénation et de déshydrogénation, l'enchaînement des cycles et le maintien des performances (rendement de fixation/libération d'hydrogène) ainsi que la pureté de l’hydrogène déstocké (ou libéré) lors de l’étape de déshydrogénation, sont des points clés pour l'aspect économique de cette technologie. [0007] En effet, l’hydrogène issu de cette technologie LOHC trouve des utilisations dans de très nombreux domaines, comme par exemple dans les piles à combustibles, ainsi que dans divers procédés industriels, ou encore comme carburant pour tous les moyens de transport, tels que trains, bateaux, camions, voitures automobiles, avions, et autres. Toute impureté présente dans l’hydrogène, même à l’état de traces, pourrait avoir un impact négatif, tant sur le procédé hydrogénation/déshydrogénation en termes de rendement, que sur la qualité des produits fabriqués ou encore sur les rendements dans les utilisations finales de l’hydrogène produit par cette technique.
[0008] Afin de pallier ces éventuels problèmes, une des solutions est que l’hydrogène libéré lors de l’étape de déshydrogénation soit le plus pur possible. Or l’hydrogène libéré lors de l’étape de déshydrogénation entraîne inévitablement avec lui des impuretés issues de composés organiques souvent présentes dans le liquide organique à déshydrogéner.
[0009] Ces impuretés sont de natures diverses, et peuvent être présentes en quantités plus ou moins importantes, d’une part dans le fluide LOHC de départ, mais aussi dans le fluide LOHC après qu’il a subi de nombreux cycles hydrogénation/déshydrogénation (dit « fluide LOHC » dans la suite du présent exposé).
[0010] Parmi les fluides LOHC les plus largement étudiés aujourd’hui et les plus prometteurs, le benzyltoluène (BT) est un composé de choix, notamment en raison de ses propriétés physico-chimiques tout-à-fait compatibles avec les opérations d’hydrogénation/ déshydrogénation et des capacités existantes de préparation sur le plan industriel. En effet, le BT est un composé bien connu, disponible dans le commerce et dont le mode de préparation est également bien connu de l’homme du métier. Par exemple le BT peut aisément être préparé par réaction catalytique de toluène avec du chlorotoluène, selon des techniques maintenant bien connues de l’homme du métier et notamment comme décrit dans le brevet EP0435737.
[0011 ] Cependant, la synthèse de BT peut entraîner, notamment en raison de la présence de traces de benzène dans le toluène de départ, à la formation d’un sous-produit qui est le diphénylméthane (DPM) résultant du couplage entre le benzène et le chlorotoluène. Il est en outre possible que du diphénylméthane soit formé, de manière non désirable, lors des cycles hydrogénation/déshydrogénation du BT.
[0012] Ainsi, les bruts de synthèse de BT, mais aussi les fluides LOHC à base de BT ayant été engagés dans des cycles hydrogénation/déshydrogénation peuvent ainsi contenir des quantités variables de diphénylméthane qui peut s’avérer gênant lorsque présent en quantités trop importantes dans un fluide LOHC, tel que le BT. [0013] Il reste donc un besoin pour des fluides LOHC performants, tant du point de vue de rendement en termes de stockage (cycles hydrogénation/déshydrogénation) que du point de vue de la pureté de l’hydrogène libéré lors de l’étape de déshydrogénation. D’autres objectifs encore apparaîtront dans la suite de la description de l’invention qui est exposée plus en détail ci-dessous.
[0014] La Demanderesse a maintenant découvert une formulation de fluide LOHC tout à fait adaptée pour le stockage et le transport de l’hydrogène apte à libérer, lors de l’étape de déshydrogénation, de l’hydrogène de grande pureté.
[0015] Ainsi, et selon un premier aspect, la présente invention concerne une formulation liquide à base de benzyltoluène (BT) contenant de faibles teneurs en diphénylméthane (DPM). Ce type de formulation permet notamment de pallier tout ou partie des inconvénients relevés dans l’art antérieur pour les liquides LOHC, en répondant en particulier aux exigences de stockage, transport et déstockage d’hydrogène, dans des conditions industrielles et économiques optimales, et en permettant la libération, lors de l’étape de déshydrogénation de ladite formulation, d’hydrogène de grande pureté, et notamment d’hydrogène présentant de très faibles teneurs en produits indésirables, notamment le DPM et ses produits de dégradation éventuels, tel que le benzène, celui-ci étant particulièrement préjudiciable pour les utilisations d’hydrogène dans les piles à combustible par exemple.
[0016] En outre, le diphénylméthane présente un point de fusion (25°C) bien supérieur à celui du benzyltoluène (-80°C), mais aussi d’un aute fluide LOHC qu’est le dibenzyltoluène (-38,5°C). Par conséquent, le DPM peut former un trouble voire précipiter, lorsqu’il est présent en quantités trop importantes dans le BT, ce qui peut s’avérer gênant voire rédhibitoire, notamment lors des opérations de transport et transfert du fluide LOHC au travers de tuyauteries, pompes, vannes et autres équipements nécessaires à l’utilisation de dudit fluide LOHC envisagé dans la présente invention, et notamment lors du transport et lors de l’utilisation dans les cycles hydrogénation/déshydrogénation.
[0017] Par ailleurs, la présence de DPM dans une formulation liquide à base de benzyltoluène résulte principalement de la présence de benzène dans les matières premières mises en œuvre los de la synthèse de BT et permet de craindre des traces possibles de benzène dans le produit final, ce benzène pouvant alors contaminer l’hydrogène libéré lors de l’étape de déshydrogénation.
[0018] De manière analogue, la dégradation inévitable du DPM à haute température et au contact des catalyseurs mis en œuvre lors des cycles hydrogénation/déshydrogénation peut conduire à la formation de quantités non négligeables de benzène, lequel benzène pouvant alors contaminer l’hydrogène libéré lors de l’étape de déshydrogénation.
[0019] Plus spécifiquement, la présente invention concerne une formulation liquide comprenant :
- une quantité égale ou supérieure à 50%, de préférence égale ou supérieure à 60%, de préférence encore égale ou supérieure à 70%, mieux encore égale ou supérieure à 80% et de manière tout à fait préférée égale ou supérieure à 90% en poids de benzyltoluène (BT), par rapport au poids total de la formulation, et
- une quantité inférieure à 0,5% molaire de diphénylméthane (DPM), par rapport au nombre de moles total BT + DPM.
[0020] La formulation selon la présente invention est une formulation liquide à température et à pression ambiantes, c’est-à-dire à 25 °C et 1 atmosphère (1013 mbar ou 1013 hPA).
[0021] Comme indiqué précédemment, la formulation selon la présente invention comprend une quantité égale ou supérieure à 50% en poids de BT, de préférence égale ou supérieure à 60%, de préférence encore égale ou supérieure à 70%, mieux encore égale ou supérieure à 80% et de manière tout à fait préférée égale ou supérieure à 90% en poids de BT. Dans un mode de réalisation tout particulièrement préféré, la formulation selon la présente invention comprend une quantité égale ou supérieure à 98% en poids de benzyltoluène (BT).
[0022] La formulation selon la présente invention comprend de préférence du benzyltoluène seul, ou éventuellement avec un ou plusieurs autres fluide LOHC comme indiqué plus loin, c’est-à-dire sans composant autre que du DPM présent en quantité inférieure à 0,5% molaire. Ainsi, et dans un mode de réalisation préféré, la formulation selon l’invention comprend une quantité au plus égale à 99,99% en poids de BT, de préférence au plus égale à 99,95% en poids de BT, de préférence encore au plus égale à 99,9% en poids de BT.
[0023] Comme indiqué précédemment, la formulation peut également comprendre un ou plusieurs autres fluides LOHC bien connus de l’homme du métier tels que ceux issus de produits pétroliers et/ou de produits synthétisés à partir de produits pétroliers, ou encore issus de produits renouvelables et/ou de produits synthétisés à partir de produits renouvelables. Le DPM n’est pas considéré comme un fluide LOHC d’intérêt au sens de la présente invention.
[0024] De tels autres fluides LOHC sont par exemple et de manière non limitative ceux choisis parmi le dibenzyltoluène (DBT), le diphényléthane (DPE), le ditolyléther (DT), le phénylxylyléthane (PXE), les mono- et bi-xylylxylènes, le 1 ,2,3,4-tétrahydro-(1 -phényl- éthyl)naphtalène, le di-isopropylnaphtalène, le mono-isopropylbiphényle, le phényléthyl- phényléthane (PEPE), le N-éthylcarbazole, les phénylpyridines, les tolylpyridines, les diphénylpyridines, les dipyridylbenzènes, les dipyridinetoluènes, ainsi que les mélanges de deux ou plusieurs d’entre eux, en toutes proportions, pour ne citer que les principaux fluides organiques connus et utilisables dans le cadre de la présente invention.
[0025] Selon un mode de réalisation préféré de la présente invention, la formulation comprend au moins 50% en poids de benzyltoluène (BT), et du dibenzyltoluène (DBT). Selon un mode de réalisation de la présente invention, la formulation comprend de 70% à 80% en poids de BT et de 20% à 30% en poids de DBT (par rapport au poids total de BT + DBT). Selon un autre mode de réalisation, la formulation comprend de 80% à 99,9% en poids de BT et de 0,1% à 20% en poids de DBT (par rapport au poids total de BT + DBT), de préférence la formulation comprend de 90% à 99,9% en poids de BT et de 0,1% à 10% en poids de DBT (par rapport au poids total de BT + DBT), et de préférence encore la formulation comprend de 90% à 99,5% en poids de BT et de 0,5% à 10% en poids de DBT (par rapport au poids total de BT + DBT).
[0026] Comme indiqué précédemment, la formulation selon la présente invention comprend une quantité inférieure à 0,5% molaire, de préférence égale ou inférieure à 0,4% molaire, avantageusement égale ou inférieure à 0,3% molaire, de préférence encore égale ou inférieure à 0,1% molaire de DPM, par rapport au nombre de moles total BT + DPM. Comme indiqué précédemment, il a en effet pu être établi que le DPM conduit très souvent à de nombreux inconvénients, que ce soit au cours des opérations d’hydrogénation/déshydrogénation auxquelles sont soumises les formulations LOHC, mais aussi dans l’hydrogène libéré lors des opérations de déshydrogénation, hydrogène qui peut alors ne pas présenter le degré de pureté requis pour les applications auxquelles il est destiné.
[0027] En effet, si les formulations de fluides LOHC sont particulièrement bien adaptées au transport de l’hydrogène, sous la forme de liquide, et de manière sûre, ces formulations doivent assurer à l’hydrogène, libéré lors de l’étape de déshydrogénation, une pureté au moins aussi grande que celle de l’hydrogène utilisé pour l’hydrogénation du support.
[0028] Ainsi, l’hydrogène transporté grâce à la formulation selon la présente invention présente un degré de pureté tout à fait compatible notamment avec des applications telles que par exemple les piles à combustible, et toutes autres applications industrielles nécessitant l’utilisation d’hydrogène de haute pureté, telles que le secteur électronique pour la production de micro-processeurs, de semi-conducteurs, et autres. [0029] Dans un mode de réalisation préféré de la présente invention, le DPM est présent dans la formulation à une teneur comprise entre 1 ppm molaire et 0,5% molaire, bornes exclues, de préférence supérieure à 1 ppm molaire et égale ou inférieure à 0,3% molaire, de préférence encore supérieure à 1 ppm molaire et égale ou inférieure à 0,1% molaire, par rapport au nombre de moles total BT + DPM.
[0030] La formulation selon l’invention peut en outre, bien que cela ne forme pas un mode de réalisation préféré, comprendre un ou plusieurs additifs et/ou charges bien connus de l’homme du métier, et par exemple, et de manière non limitative, choisis parmi les antioxydants, les pigments, colorants, arômes, agents masquants d’odeur, les modificateurs de viscosité, les passivateurs, les abaisseurs de point d’écoulement, les inhibiteurs de décomposition et leurs mélanges.
[0031] Parmi les antioxydants qui peuvent être avantageusement utilisés dans la formulation de l’invention, on peut citer, à titre d’exemples non limitatifs, les antioxydants phénoliques, tels que par exemple le dibutylhydroxytoluène, le butylhydroxyanisole, les tocophérols, ainsi que les acétates de ces anti-oxydants phénoliques. On peut également citer les antioxydants de type amine, tels que par exemple la phényl-o-naphtylamine, de type diamine, par exemple la N,N’-di-(2-naphtyl)-para-phénylènediamine, mais aussi l’acide ascorbique et ses sels, les esters de l’acide ascorbique, seuls ou en mélanges de deux ou plusieurs d’entre eux ou avec d’autres composants, comme par exemple les extraits de thé vert, les extraits de café.
[0032] Dans un mode de réalisation, la présente invention concerne une formulation comprenant :
- une quantité égale ou supérieure à 50%, de préférence égale ou supérieure à 60%, de préférence encore égale ou supérieure à 70%, mieux encore égale ou supérieure à 80% et de manière tout à fait préférée égale ou supérieure à 90% en poids de benzyltoluène (BT), et
- éventuellement au moins un autre fluide LOHC, autre que le BT, de préférence éventuellement au moins un autre fluide LOHC qui est le dibenzyltoluène (DBT),
- une quantité comprise entre 1 ppm molaire et 0,5% molaire, bornes exclues, de préférence supérieure à 1 ppm molaire et égale ou inférieure à 0,3% molaire, de préférence encore supérieure à 1 ppm molaire et égale ou inférieure à 0,1% molaire, par rapport au nombre de moles total BT + DPM,
- éventuellement au moins un additif, comme défini précédemment.
[0033] Dans un autre mode de réalisation, la présente invention concerne une formulation comprenant : - une quantité égale ou supérieure à 50%, de préférence égale ou supérieure à 60%, de préférence encore égale ou supérieure à 70%, mieux encore égale ou supérieure à 80% et de manière tout à fait préférée égale ou supérieure à 90% en poids de benzyltoluène (BT), et
- une quantité de dibenzyltoluène (DBT) comprise entre 0,1 % et 30% en poids, par rapport au poids total des fluides LOHC présent dans ladite formulation,
- une quantité comprise entre 1 ppm molaire et 0,5% molaire, bornes exclues, de préférence supérieure à 1 ppm molaire et égale ou inférieure à 0,3% molaire, de préférence encore supérieure à 1 ppm molaire et égale ou inférieure à 0,1% molaire, par rapport au nombre de moles total BT + DPM,
- éventuellement au moins un additif et/ou charge, comme défini précédemment.
[0034] Le benzyltoluène (BT) est un composé bien connu, disponible dans le commerce et dont le mode de préparation est également bien connu de l’homme du métier. Par exemple le BT peut aisément être préparé par réaction catalytique de toluène avec du chlorotoluène, selon des techniques maintenant bien connues de l’homme du métier et notamment comme décrit dans le brevet EP0435737.
[0035] Les bruts de synthèse de BT, mais aussi les liquides LOHC à base de BT ayant été engagés dans des cycles hydrogénation/déshydrogénation peuvent ainsi contenir des quantités variables de DPM, comme décrit précédemment. La formulation selon la présente invention peut être par conséquent préparée par exemple et typiquement à partir de ces bruts de synthèse ou liquides LOHC à base de BT, selon toutes méthodes bien connues de l’homme du métier.
[0036] Des méthodes de préparation de la formulation selon la présente invention qui pourraient être envisagées et paraître tout à fait évidentes à l’homme du métier, sont par exemple la distillation d’une formulation de BT afin d’éliminer le DPM ou tout au moins de faire baisser la teneur en DPM dans le BT. Cette solution souffre cependant des nombreux inconvénients, parmi lesquels on peut citer des coûts élevés et des complications des installations industrielles mettant en œuvre des étapes de distillation (chauffage, mise sous vide ou pression partielle, etc.), d’autant plus que les quantités de DPM à éliminer sont souvent relativement peu élevées et la différence entre les points d’ébullition étant relativement faible (point ébullition du BT = 280°C point ébullition du DPM = 264°C).
[0037] Une autre méthode pourrait consister à utiliser un toluène de départ de très haute pureté, notamment exempt ou ne comportant que des traces infimes de benzène afin de minimiser la formation de DPM. La formulation de BT « pur » produit à partir de ce toluène ultra-pur serait cependant d’un coût tout à fait incompatible avec une utilisation à l’échelon industriel.
[0038] Selon un mode de réalisation préféré, la formulation selon la présente invention peut avantageusement être obtenue à partir d’un brut de synthèse de BT ou d’un brut de distillation de BT ou encore d’une formulation à base de BT ayant déjà subi un nombre plus ou moins important de cycles hydrogénation/déshydrogénation, par un ou plusieurs traitement(s) sur agents filtrants et/ou adsorbants.
[0039] Les agents filtrants qui peuvent être utilisés dans le cadre de la présente invention peuvent être de tous types et sont bien connus de l’homme du métier. Les agents filtrants qui se sont montrés les plus appropriés sont les agents filtrants adsorbants, et plus particulièrement les agents filtrants comprenant un ou plusieurs composés choisis parmi les minéraux à base de silicates, de carbonates, de charbon, ainsi que les mélanges de deux ou plusieurs de ces minéraux en toutes proportions.
[0040] À titre d’exemples non limitatifs, on peut citer les agents filtrants minéraux ou organiques, et en particulier ceux choisis parmi les argiles, les zéolithes, les terres de diatomée, les céramiques, les carbonates, et les dérivés de charbon, ainsi que les mélanges de deux ou plusieurs d’entre eux, en toutes proportions.
[0041] On peut citer plus particulièrement comme agents filtrants, adsorbants et filtrants- adsorbants :
• les argiles, dont les silicates, et par exemple les silicates de magnésium, tels que et de manière non limitative, attapulgites, montmorillonites, sélénites, bentonites, talcs, et autres,
• les silicates d’aluminium naturels ou synthétiques, en particulier kaolins, kaolinites, zéolithes,
• les carbonates, par exemple de calcium et/ou de magnésium, et plus particulièrement ceux connus sous les noms de calcaire ou craies,
• les dérivés de charbon, de bois, de coques par exemple de coques de noix de coco, noyaux ou grignons d’olives, et plus généralement ceux connus sous la dénomination de charbons actifs,
• et autres et leurs mélanges.
[0042] Les silicates, en particulier les argiles et les zéolithes, se sont montrés tout particulièrement efficaces pour la préparation de la formulation de la présente invention. Les silicates se sont en effet montrés tout particulièrement adaptés pour l’élimination, ou tout au moins pour la réduction importante des quantités de DPM présent dans une formulation comprenant une quantité égale ou supérieure à 50% en poids de benzyltoluène (BT).
[0043] Selon un mode de réalisation tout particulièrement préféré de la présente invention, à titre d’exemples d’agents filtrants avantageusement utilisables pour la préparation de la formulation de la présente invention, on peut citer l’attapulgite Microsorb® 16/30 LVM de BASF (exemple d’argile alumino-magnésienne de formule chimique (Mg, AI)5Si8O22(OH)4, SiC>2), l’Amcol Rafinol 900 FF de Minerais Technologies, l’Amcol Rafinol 920 FF de Minerais Technologies, l’Amcol Mineral Bent (hydrosilicate d'aluminium) de Minerais Technologies), et les Siliporite®, notamment MK30B0 et MK30B2, de ARKEMA (préparations à base de zéolithe de type alumino silicate).
[0044] Dans un mode de réalisation tout particulièrement préféré, l’agent filtrant utilisé pour la préparation de la formulation selon la présente invention est choisi parmi les tamis moléculaires (également dénommés « adsorbants zéolitiques »), notamment les tamis moléculaires permettant l’adsorption, de manière aussi sélective que possible, le DPM présent dans la formulation comprenant au moins 50% de BT.
[0045] Les matériaux adsorbants zéolithiques, c’est-à-dire les matériaux comprenant une ou plusieurs zéolithes, les plus appropriés sont avantageusement choisis parmi les tamis moléculaires à base de zéolithes synthétiques qui offrent, de par leur grande variété de procédés de préparation, une grande diversité de paramètres qui peuvent être finement ajustés, tels que par exemple la stabilité thermique, la résistance mécanique ou encore la facilitation de régénération, et ceci afin de répondre aux critères spécifiques requis pour l’utilisation d’intérêt.
[0046] Selon un mode de réalisation préféré, parmi les matériaux adsorbants zéolithiques les plus adaptés pour utilisation dans le cadre de la présente invention, on peut citer les zéolithes naturelles ou synthétiques, et plus particulièrement les matériaux adsorbants zéolithiques choisis parmi les zéolithes naturelles, comme par exemple la chabazite, et parmi les zéolithes synthétiques, notamment les zéolithes de type LTA, les zéolithes de type FAU, les zéolithes de type EMT, les zéolithes de type MFI, et les zéolithes de type BEA.
[0047] Les différents types de zéolithes précités sont aisément accessibles à l’homme du métier dans le commerce ou facilement synthétisables à partir de modes opératoires connus et disponibles dans la littérature scientifique et la littérature brevet. En outre les différents types de zéolithe sont clairement définis et exposés par exemple dans « Atlas of Zeolite Framework Types », 5e édition, (2001 ), Elsevier. [0048] Les traitements sur agents filtrants et/ou adsorbants tels qu’ils viennent d’être décrit et notamment les traitements sur zéolithes tels qu’ils viennent d’être décrits, sont des alternatives efficaces et économiques à la sélection d’un toluène ultra-pur comme matière première du procédé de synthèse, voire à des opérations coûteuses et complexes de distillation. La préparation de la formulation selon l’invention par traitement sur agent filtrant et/ou adsorbant, notamment sur zéolithe, présente le grand avantage de tolérer une plus grande variété de matières premières à des coûts acceptables tout en permettant de fournir un produit final (le BT) de très grande pureté. Par ailleurs, l’utilisation d’agents filtrants et/ou adsorbants, notamment de zéolithes, permet en outre d’éliminer tout ou partie d’une ou plusieurs autres impuretés et composés non désirés présents de manière inhérente à la préparation de BT, ou produits lors des nombreux cycles hydrogénation/déshydrogénation de la formulation selon la présente invention.
[0049] À titre d’exemple, une formulation de BT contenant des quantités supérieures à 0,5% molaire de DPM, typiquement 0,7%, 0,8% et 0,9% molaire, est avantageusement passé sur un lit d’adsorbant zéolithique, typiquement sous forme de cristaux de zéolithe agglomérés avec un liant, généralement une argile. Les cristaux de zéolithe comprennent de préférence un ou plusieurs cations, avantageusement choisis parmi les cations des métaux alcalins et alcalino-terreux, plus spécifiquement parmi les cations de lithium, sodium, potassium, magnésium, calcium, strontium et baryum. Des exemples d’adsorbants zéolithiques comprennent, sans toutefois être limités à, les adsorbants zéolithiques de la gamme Siliporite® commercialisée par la société ARKEMA.
[0050] Le traitement sur lit d’adsorbant zéolithique peut être effectué à toute température, avantageusement à une température comprise entre 5 °C et 80 °C, typiquement environ 40 °C, et le plus souvent à pression atmosphérique, pour des raisons évidentes de facilité du procédé, étant entendu que les flux peuvent être soumis à surpressions ou dépressions afin de favoriser et/ou faciliter le passage du flux au travers du lit d’adsorbant.
[0051] Le traitement sur adsorbant zéolithique décrit ci-dessus permet notamment d’abaisser la teneur en DPM dans une formulation de BT à des valeurs inférieures à 0,20% molaire, mieux inférieures à 0,15% molaire, mieux encore inférieures à 0,10% molaires.
[0052] Selon un autre aspect, la présente invention concerne l’utilisation d’une formulation telle que définie précédemment comme fluide LOHC pour la production d’hydrogène comprenant un faible taux d’impuretés et notamment pour la production d’hydrogène comprenant une quantité inférieure à 0,5% molaire de diphénylméthane, par rapport au nombre total de moles H2 + DPM. [0053] Grâce à la formulation de la présente invention, l’hydrogène stocké puis libéré lors de l’étape de déshydrogénation est un hydrogène de haute pureté, et notamment un hydrogène ne contenant pas ou seulement des quantités négligeables de benzène. L’hydrogène ainsi produit peut dès lors trouver des utilisations dans un très grand nombre d’applications, notamment pour les piles à combustible, et toutes les autres applications industrielles nécessitant l’utilisation d’hydrogène de haute pureté, telles que le secteur électronique pour la production de micro-processeurs, de semi-conducteurs, et autres.

Claims

REVENDICATIONS
1. Formulation liquide comprenant :
- une quantité égale ou supérieure à 50%, de préférence égale ou supérieure à 60%, de préférence encore égale ou supérieure à 70%, mieux encore égale ou supérieure à 80% et de manière tout à fait préférée égale ou supérieure à 90% en poids de benzyltoluène (BT), par rapport au poids total de la formulation, et
- une quantité inférieure à 0,5% molaire de diphénylméthane (DPM), par rapport au nombre de moles total BT + DPM.
2. Formulation selon la revendication 1 , comprenant une quantité égale ou supérieure à 98% en poids de benzyltoluène.
3. Formulation selon la revendication 1 ou la revendication 2, comprenant un ou plusieurs autres fluides LOHC issus de produits pétroliers et/ou de produits synthétisés à partir de produits pétroliers, ou encore issus de produits renouvelables et/ou de produits synthétisés à partir de produits renouvelables.
4. Formulation selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant un ou plusieurs autres fluides LOHC choisis parmi dibenzyltoluène, diphényléthane, ditolyléther, phénylxylyléthane, mono- et bi-xylylxylènes, 1 ,2,3,4-tétrahydro-(1 -phényl- éthyl)naphtalène, di-isopropylnaphtalène, mono-isopropylbiphényle, phényléthylphényl- éthane, N-éthylcarbazole, phénylpyridines, tolylpyridines, diphénylpyridines, dipyridyl- benzènes, dipyridinetoluènes, ainsi que les mélanges de deux ou plusieurs d’entre eux, en toutes proportions.
5. Formulation selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant au moins 50% en poids de benzyltoluène et du dibenzyltoluène, de préférence de 70% à 80% en poids de benzyltoluène et de 20% à 30% en poids de dibenzyltoluène, par rapport au poids total de benzyltoluène + dibenzyltoluène.
6. Formulation selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, comprenant de 80% à 99,9% en poids de benzyltoluène et de 0,1% à 20% en poids de dibenzyltoluène (par rapport au poids total de benzyltoluène + dibenzyltoluène), de préférence la formulation comprend de 90% à 99,9% en poids de benzyltoluène et de 0,1% à 10% en poids de dibenzyltoluène, par rapport au poids total de benzyltoluène + dibenzyltoluène.
7. Formulation selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant une quantité égale ou inférieure à 0,4% molaire, de préférence égale ou inférieure à
0,3% molaire, de préférence encore égale ou inférieure à 0,1 % molaire de DPM, par rapport au nombre de moles total BT + DPM.
8. Utilisation d’une formulation selon l’une quelconque des revendications précédentes, comme fluide LOHC pour la production d’hydrogène comprenant une quantité inférieure à 0,5% molaire de diphénylméthane.
9. Utilisation selon la revendication précédente, pour la production d’hydrogène utilisable dans les piles à combustible, ou dans le secteur électronique pour la production de micro-processeurs, de semi-conducteurs, et autres.
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