FR2692814A1 - Alkylation catalyst for paraffin(s) - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne un catalyseur comprenant un support poreux organique ou minéral et au moins un mélange constitué d'au moins un halogénure d'aluminium et/ou de bore et d'au moins un halohydrate d'amine, et son utilisation en alkylation catalytique d'isobutane et/ou d'isopentane au moyen d'au moins une oléfine comprenant de 2 à 6 atomes de carbone par molécule, c'est-à-dire d'une oléfine C2-C6, qui permet d'obtenir des composés paraffiniques à haut degré de ramification et à haut indice d'octane. The present invention relates to a catalyst comprising an organic or inorganic porous support and at least one mixture consisting of at least one aluminum halide and / or boron and at least one amine hydrohalide, and its use in catalytic alkylation. of isobutane and / or isopentane by means of at least one olefin comprising from 2 to 6 carbon atoms per molecule, that is to say a C2-C6 olefin, which makes it possible to obtain compounds paraffinic compounds with high degree of branching and high octane number.
On sait que, pour alimenter les moteurs à combustion interne et à allumage commandé, et notamment les moteurs à taux de compression élevé, il est particulièrement intéressant de disposer de carburants à haut indice d'octane, c'est-à-dire constitués essentiellement par des hydrocarbures paraffiniques fortement ramifiés. L'alkylation des isoparaffines (isobutane et/ou isopentane) par les oléfines contenant de 2 à 6 atomes de carbone par molécule permet d'obtenir de tels produits. Cette réaction nécessite la mise en oeuvre de catalyseurs très acides, dans le but notamment de réduire les réactions parasites telles que les réactions d'abstraction d'hydrure de l'oléfine et de polymérisation, qui fournissent des hydrocarbures peu ramifiés de faible indice d'octane et des hydrocarbures insaturés, les réactions de craquage et les réactions de dismutation. It is known that, for supplying internal combustion engines and spark ignition engines, and in particular engines with a high compression ratio, it is particularly advantageous to have fuels with a high octane number, that is to say constituted essentially by highly branched paraffinic hydrocarbons. The alkylation of isoparaffins (isobutane and / or isopentane) with olefins containing from 2 to 6 carbon atoms per molecule makes it possible to obtain such products. This reaction requires the use of highly acidic catalysts, in particular to reduce parasitic reactions such as olefin hydride abstraction and polymerization reactions, which provide poorly branched low-indexed hydrocarbons. octane and unsaturated hydrocarbons, cracking reactions and disproportionation reactions.
Les procédés industriels existants pour la production d'hydrocarbures par alkylation de l'isobutane et/ou de l'isopentane par les oléfines C2-C6 utilisent soit l'acide sulfurique soit I'acide fluorhydrique comme catalyseur. Dans ces procédés le catalyseur acide constitue une phase liquide qui est mise en contact avec le mélange liquide isoparaffine(s)-oléfine(s) pour former une émulsion. Ces procédés sont coûteux et posent d'importants problèmes vis-à-vis de la sécurité des personnes et vis-à-vis de l'environnement. Afin de remédier à ces problèmes, des systèmes catalytiques différents des acides sulfurique et fluorhydrique en phase liquide ont été recherchés. Existing industrial processes for the production of hydrocarbons by the alkylation of isobutane and / or isopentane by C2-C6 olefins use either sulfuric acid or hydrofluoric acid as a catalyst. In these processes, the acid catalyst constitutes a liquid phase which is brought into contact with the isoparaffin liquid mixture (s) -olefin (s) to form an emulsion. These processes are expensive and pose significant problems with respect to the safety of people and the environment. In order to remedy these problems, different catalytic systems of sulfuric and hydrofluoric acid in the liquid phase have been sought.
Pour catalyser les réactions d'alkylation des isoparaffines par les oléfines, on a déjà proposé de mettre au point des catalyseurs acides à partir de nombreux solides acides de natures différentes. Parmi les familles de catalyseurs acides on peut citer les tamis moléculaires (voir par exemple
US-A-3.236.762, US-A-3.251.902, US-A-3.644.565, US-A-4.377.721,
US-A-4.384.1 61 et US-A-4.300.01 5), les résines macroréticulaires éventuellement associées avec BF3 (voir par exemple US-A-3.855.342,
US-A-3.855.343, US-A-3.862.258 et US-A-3.879.489), les résines perfluorées de type NAFION (voir par exemple US-A-4.056.578 et US-A-4.038.213), les acides de Lewis et/ou de Bronsted déposés sur divers supports inorganiques (voir par exemple US-A-3.975.299, US-A-3.852.371 et US-A-3.979.476), les alumines chlorées (voir par exemple US-A-3.240.840, US-A-3.523.142,
US-A-3.607.859, US-A-3.523.1 42, US-A-4.066.716, US-A-4.083.800 et
US-A-4.066.716), les graphites intercalés par des acides de Lewis et/ou de
Bronsted (voir par exemple US-A-4.083.885, US-A-4.116.880,
US-A-4.128.596 et US-A-3.976.714) et les anions déposés sur supports oxydes tels que ZrO2/SO4 (voir par exemple J-01 288329, J-01 1245854-A,
J-01245953, J-61242641-A et J-61242641).Ces solides conduisent à la production d'isoparaffines ramifiées mais souffrent de plusieurs défauts majeurs, parmi lesquels on peut citer l'utilisation d'un rapport molaire isoparaffine(s)-oléfine(s) souvent très élevé pour limiter l'importance des réactions secondaires et la faible stabilité dans le temps de l'activité catalytique (inhibition du catalyseur par dépôt d'oligomères insaturés) ; ces catalyseurs doivent alors être fréquemment régénérés. De plus, la faible acidité de certains solides acides, tels que les tamis moléculaires par exemple, impose l'utilisation de températures de réaction élevées ce qui est préjudiciable à l'obtention d'hydrocarbures d'indice d'octane élevé.To catalyze the isoparaffin alkylation reactions by olefins, it has been proposed to develop acid catalysts from many acidic solids of different natures. Among the families of acid catalysts include molecular sieves (see for example
US-A-3,236,762, US-A-3,251,902, US-A-3,644,565, US-A-4,377,721,
US-A-4,384,111 and US-A-4,300.01 5), macroreticular resins optionally combined with BF3 (see for example US-A-3 855 342,
US-A-3,855,343, US-A-3,862,258 and US-A-3,879,489), perfluorinated resins of NAFION type (see for example US-A-4,056,578 and US-A-4,038,213). ), Lewis and / or Bronsted acids deposited on various inorganic supports (see for example US-A-3,975,299, US-A-3,852,371 and US-A-3,979,476), chlorinated aluminas (see for example US-A-3,240,840, US-A-3,523,142,
US-A-3,607,859, US-A-3,523,141, US-A-4,066,716, US-A-4,083,800 and
US-A-4,066,716), graphites intercalated with Lewis acids and / or
Bronsted (see for example US-A-4.083.885, US-A-4.116.880,
US-A-4,128,596 and US-A-3,976,714) and anions deposited on oxide supports such as ZrO 2 / SO 4 (see for example J-01 288329, J-01 1245854-A,
J-01245953, J-61242641-A and J-61242641). These solids lead to the production of branched isoparaffins but suffer from several major defects, among which may be mentioned the use of a molar ratio isoparaffine (s) - olefin (s) often very high to limit the importance of side reactions and low stability over time of catalytic activity (catalyst inhibition by deposition of unsaturated oligomers); these catalysts must then be frequently regenerated. In addition, the low acidity of certain acidic solids, such as molecular sieves for example, requires the use of high reaction temperatures which is detrimental to obtaining hydrocarbons of high octane number.
D'autre part, la demande de brevet français 92/00802 décrit un catalyseur d'alkylation comprenant un support poreux organique ou minéral et le mélange constitué d'au moins un halogénure d'aluminium et/ou de bore et d'au moins un halogénure d'ammonium quaternaire.On the other hand, the French patent application 92/00802 describes an alkylation catalyst comprising a porous organic or inorganic support and the mixture consisting of at least one aluminum halide and / or boron and at least one quaternary ammonium halide.
L'invention concerne un nouveau catalyseur permettant d'obtenir des composés paraffiniques à haut degré de ramification et haut indice d'octane par alkylation de l'isobutane et/ou de l'isopentane, de préférence de l'isobutane, au moyen d'au moins une oléfine comprenant de 2 à 6 atomes de carbone par molécule. The invention relates to a novel catalyst for obtaining high branching and high octane paraffinic compounds by alkylation of isobutane and / or isopentane, preferably isobutane, by means of at least one olefin comprising from 2 to 6 carbon atoms per molecule.
Le catalyseur de la présente invention renferme un support poreux organique ou minéral et au moins un mélange constitué d'au moins un halogénure de composé choisi dans le groupe formé par le bore et l'aluminium, c'est-à-dire d'au moins un halogénure d'aluminium et/ou de bore, de préférence un halogénure d'aluminium, et d'au moins un halohydrate d'amine, de préférence un chlorhydrate ou un bromhydrate d'amine, le support étant imprégné par au moins un mélange constitué d'au moins un halogénure d'aluminium et/ou de bore et d'au moins un halohydrate d'amine. The catalyst of the present invention contains an organic or inorganic porous support and at least one mixture consisting of at least one compound halide selected from the group consisting of boron and aluminum, that is to say from less an aluminum halide and / or boron, preferably an aluminum halide, and at least one amine hydrohalide, preferably an amine hydrochloride or hydrobromide, the support being impregnated with at least one mixture consisting of at least one aluminum halide and / or boron and at least one amine hydrohalide.
Ledit mélange est un complexe ionique non miscible à la phase hydrocarbure communément appelé "sel fondu". II peut être obtenu liquide à température ambiante, mais aussi à température plus élevée de préférence inférieure à 1500C et de manière encore plus préférée inférieure à 100"C. Dans tous les cas, il est liquide lors de son imprégnation sur le support.Said mixture is an ionic complex immiscible with the hydrocarbon phase commonly called "molten salt". It can be obtained liquid at ambient temperature, but also at a higher temperature, preferably below 1500C and even more preferably below 100 ° C. In all cases, it is liquid when it is impregnated on the support.
Le support est choisi parmi les supports poreux organiques ou minéraux connus de l'homme du métier. Parmi les supports organiques que l'on peut utiliser, on peut citer à titre d'exemples non limitatifs les résines macroréticulaires, les résines perfluorées et le charbon. Parmi les supports minéraux que l'on peut utiliser on peut citer les oxydes tels que par exemple
SiO2, ZrO2, TiO2, SnO2, Al203, Fe203, HfO2 et toute combinaison de deux au moins de ces composés (ZrO2-TiO2 par exemple). Le support préféré est la silice.The support is chosen from porous organic or inorganic supports known to those skilled in the art. Among the organic supports that may be used include, but are not limited to, macroreticular resins, perfluorinated resins and charcoal. Among the mineral supports that can be used include oxides such as for example
SiO 2, ZrO 2, TiO 2, SnO 2, Al 2 O 3, Fe 2 O 3, HfO 2 and any combination of at least two of these compounds (ZrO 2 -TiO 2 for example). The preferred support is silica.
La surface spécifique du support que l'on peut utiliser doit être comprise entre 0,01 et 1500 m2/g, de préférence entre 0,01 et 150 m2/g et de manière encore plus préférée entre 0,01 et 50 m2/g. Le volume poreux total du support doit être compris entre 0,005 et 1,5 cm3/g, de préférence entre 0,005 et 1 cm3/g et de manière encore plus préférée entre 0,005 et 0,8 cm3/g. Lors de l'imprégnation dudit support par au moins un mélange constitué d'au moins un halogénure d'aluminium et/ou de bore et d'au moins un halohydrate d'amine, le(s)dit(s) mélange(s) doi(ven)t occuper une fraction du volume poreux total du support oxyde comprise entre 5 et 100 %. Le catalyseur ainsi obtenu est caractérisé par une surface spécifique comprise entre 0,01 et 500 m2/g, de préférence entre 0,01 et 150 m2/g et de manière encore plus préférée entre 0,01 et 40 m2/g. The specific surface of the support that can be used must be between 0.01 and 1500 m 2 / g, preferably between 0.01 and 150 m 2 / g and even more preferably between 0.01 and 50 m 2 / g. . The total pore volume of the support should be between 0.005 and 1.5 cm3 / g, preferably between 0.005 and 1 cm3 / g and even more preferably between 0.005 and 0.8 cm3 / g. During the impregnation of said support with at least one mixture consisting of at least one aluminum halide and / or boron and at least one amine hydrohalide, said mixture (s) it is necessary to occupy a fraction of the total pore volume of the oxide support between 5 and 100%. The catalyst thus obtained is characterized by a specific surface area of between 0.01 and 500 m 2 / g, preferably between 0.01 and 150 m 2 / g and even more preferably between 0.01 and 40 m 2 / g.
Les halogénures d'aluminium et/ou de bore plus particulièrement utilisables dans la présente invention sont les trifluorures, les trichlorures et/ou les tribromures d'aluminium et/ou de bore tels que Ait13, AlBr3, BC13 ou BBr3, de préférence le trifluorure, le trichlorure et/ou le trifluorure d'aluminiumtels que AIC13 et AlBr3. Ils peuvent être mis en oeuvre purs ou en mélange, par exemple, dans des proportions variables allant de 99% de l'un des halogénures jusqu'à 99% de l'autre. On peut ainsi mélanger AIC13 avec AlBr3, AIC13 avec BC13 ou AlBr3 avec BBr3. The aluminum and / or boron halides that can more particularly be used in the present invention are trifluorides, trichlorides and / or tribromides of aluminum and / or boron, such as Ait13, AlBr3, BC13 or BBr3, preferably trifluoride. , trichloride and / or aluminum trifluoride such as AIC13 and AlBr3. They can be used pure or in a mixture, for example, in variable proportions ranging from 99% of one of the halides to 99% of the other. It is thus possible to mix AIC13 with AlBr3, AIC13 with BC13 or AlBr3 with BBr3.
Les halohydrates d'amines plus particulièrement utilisables selon l'invention comportent une mole d'acide halohydrique par mole d'amine, mais peuvent également comporter au moins deux moles d'acide halohydrique par mole d'amine, et de préférence deux moles d'acide halohydrique par mole d'amine.The amine halohydrates which are more particularly usable according to the invention comprise one mole of hydrohalic acid per mole of amine, but may also comprise at least two moles of hydrohalic acid per mole of amine, and preferably two moles of amine. hydrohalic acid per mole of amine.
II est aussi possible d'utiliser des mélanges d'halohydrates à au moins une mole d'acide halohydrique, par exemple des mélanges d'halohydrates à une et deux moles d'acide halohydrique. It is also possible to use mixtures of halohydrates with at least one mole of hydrohalic acid, for example mixtures of hydrohalides with one and two moles of hydrohalic acid.
Lesdits halo hydrates d'amines dérivent d'amines ou de diamines cycliques ou d'amines faisant partie d'un cycle qui peut comporter au moins un atome d'azote, et ils répondent aux formules générales suivantes
R1R2R3NH+ X- (I)
dans lesquelles R1, R2, R3, R4 ou Rs identiques ou différents, représentent des restes hydrocarbyles, par exemple alkyl, cycloalkyl, aryl, aralkyl ou alkylaryl, ou bien encore représentent l'hydrogène, R5 pouvant être également un reste hydrocarbyle substitué comprenant par exemple au moins un atome différent de l'hydrogène et du carbone, comme l'azote.Pour obtenir un halohydrate d'amine, il est encore possible qu'un radical puisse unir deux molécules dont au moins l'une d'entre elles est telle que ci-dessus comme, par exemple, R1HN+=CR3-R6-CR3=N+ RIR2 (X-)2 o u R1 HN+=CR3-R6-CR3=N+R1 H (X-)2 ,R6 étant un radical et pouvant être un reste alkylène ou encore phénylène. Les cycles des formules (III) et (IV) sont constitués de 4 à 19 atomes, de préférence de 5 à 6 atomes, et peuvent comprendre, outre l'azote de l'amine, des atomes de carbone ou éventuellement d'autres atomes d'azote ces cycles pouvent être aromatiques ou non. Les cycles des formules (III) et (IV) peuvent être condensés avec d'autres cycles et porter des substituants hydrocarbonés tels que ceux définis pour Ri, des fonctions amines, des atomes de fluor, de chlore ou de brome.Said halo hydrates of amines are derived from cyclic amines or diamines or amines forming part of a ring which may comprise at least one nitrogen atom, and they correspond to the following general formulas:
R1R2R3NH + X- (I)
in which R1, R2, R3, R4 or Rs, which are identical or different, represent hydrocarbyl residues, for example alkyl, cycloalkyl, aryl, aralkyl or alkylaryl residues, or else represent hydrogen, R5 may also be a substituted hydrocarbyl residue comprising, for example, at least one atom other than hydrogen and carbon, such as nitrogen.To obtain an amine hydrohalide, it is still possible for a radical to unite two molecules, at least one of which is as above such as, for example, R1HN + = CR3-R6-CR3 = N + RIR2 (X-) 2 or R1 HN + = CR3-R6-CR3 = N + R1 H (X-) 2, R6 being a radical and may be an alkylene or phenylene residue. The rings of the formulas (III) and (IV) are composed of 4 to 19 atoms, preferably of 5 to 6 atoms, and may comprise, in addition to the nitrogen of the amine, carbon atoms or possibly other atoms. nitrogen these cycles can be aromatic or not. The rings of formulas (III) and (IV) can be condensed with other rings and carry hydrocarbon substituents such as those defined for R 1, amine functions, fluorine, chlorine or bromine atoms.
Parmi les groupements R1, R2, R3, R4 et R5 on peut mentionner l'atome d'hydrogène, les radicaux, méthyl, éthyl, propyl, isopropyl, butyl, secondaire butyl, tertiaire butyl, amyl, méthylène, éhtylidène, phényl ou benzyl ; R6 peut être un groupement méthylène, éthylène, propylène ou phénylène. Les cycles tels que décrits dans la formule (IV) sont représentés par les familles des pyridines, des imidazoles, des triazines, des pyrazoles, des pyrimidines, des triazo les. Among the groups R 1, R 2, R 3, R 4 and R 5 there may be mentioned the hydrogen atom, the radicals, methyl, ethyl, propyl, isopropyl, butyl, secondary butyl, tertiary butyl, amyl, methylene, ethylidene, phenyl or benzyl radicals. ; R6 may be a methylene, ethylene, propylene or phenylene group. The rings as described in formula (IV) are represented by the families of pyridines, imidazoles, triazines, pyrazoles, pyrimidines, triazoles.
Dans ces formules X- représente un ion halogénure, de préférence l'ion bromure ou l'ion chlorure. In these formulas X represents a halide ion, preferably the bromide ion or the chloride ion.
Comme exemple de chlorhydrates ou de bromhydrates d'amines qui sont utilisables selon l'invention, on peut citer plus particulièrement les sels de pyridinium tels que les chlorhydrates et bromhydrates de pyridinium, les chlorhydrates et bromhydrates de 2-picolinium, 3-picolinium ou 4-picolinium, les chlorhydrates et bromhydrates de pipéridinium, de pipérazinium,de morpholinium, de méthyl-2 pyrazinium, et de pyrrolidinium. As examples of hydrochlorides or hydrobromides of amines which can be used according to the invention, mention may be made more particularly of pyridinium salts such as pyridinium hydrochloride and hydrobromide, hydrochlorides and hydrobromides of 2-picolinium, 3-picolinium or 4-pyridinium. -picolinium, the hydrochlorides and hydrobromides of piperidinium, piperazinium, morpholinium, methyl-2 pyrazinium, and pyrrolidinium.
Pour des composants de nature déterminée les proportions relatives d'halogénure(s) d'aluminium et/ou de bore et d'halohydrate(s) d'amines déterminent à la fois l'acidité (ou la basicité) du milieu et son point de cristallisation. Quand la fraction molaire d'halogénure(s) d'aluminium et/ou de bore est inférieure à 0,5, le mélange est très peu acide, voire basique. Si elle est supérieure à 0,5, le milieu est d'autant plus acide que cette fraction molaire est grande. On dispose donc d'une gamme d'acidité très étendue que l'on peut faire varier en fonction de la réactivité de l'oléfine, ce qui a l'avantage de minimiser les réactions parasites d'oligomérisation en maximisant la vitesse de réaction. For components of a certain nature, the relative proportions of aluminum halide (s) and / or boron and of amine hydrohalide (s) determine both the acidity (or basicity) of the medium and its point. of crystallization. When the mole fraction of aluminum and / or boron halide (s) is less than 0.5, the mixture is very slightly acidic or even basic. If it is greater than 0.5, the medium is all the more acidic as this molar fraction is large. There is therefore a very wide range of acidity that can be varied according to the reactivity of the olefin, which has the advantage of minimizing parasitic oligomerization reactions by maximizing the reaction rate.
Le procédé de préparation du catalyseur selon l'invention comprend deux étapes. Dans une première étape le support est calciné à une température supérieure à 50 "C, de préférence supérieure à 80 "C et de manière encore plus préférée comprise entre 200 et 600CC, par exemple égale à environ 500 "C. La durée de cette étape de calcination est habituellement comprise entre 10 minutes et 50 heures. La calcination peut être effectuée en présence d'air ou de mélange air/azote, le débit étant compris entre 0,001 et 10 I/h/g. La seconde étape consiste en l'imprégnation du produit calciné par au moins un mélange constitué d'au moins un halogénure d'aluminium et/ou de bore et d'au moins un halohydrate d'amine.La température d'imprégnation est telle que le(s)dit(s) mélange(s) est(sont) liquide(s) lors de l'imprégnation du support. Pour réaliser cette étape on peut utiliser toutes les techniques bien connues de l'homme du métier. Le solide ainsi obtenu est alors conservé à l'abri de l'humidité. Le catalyseur selon la présente invention est ainsi constitué d'un support poreux organique ou minéral imprégné par au moins un mélange constitué d'au moins un halogénure d'aluminium et/ou de bore et d'au moins un halohydrate d'amine. The process for preparing the catalyst according to the invention comprises two stages. In a first step the support is calcined at a temperature greater than 50 ° C, preferably greater than 80 ° C and even more preferably between 200 and 600 ° C, for example equal to about 500 ° C. The duration of this step The calcination may be carried out in the presence of air or an air / nitrogen mixture, the flow rate being between 0.001 and 10 I / h / g. impregnation of the calcined product with at least one mixture consisting of at least one aluminum halide and / or boron and at least one amine hydrohalide.The impregnation temperature is such that the said (s) ) mixture (s) is (are) liquid (s) during the impregnation of the support.To achieve this step can be used all the techniques well known to those skilled in the art.The solid thus obtained is then stored at the The catalyst of the present invention is protected from moisture. thus consists of a porous organic or inorganic support impregnated with at least one mixture consisting of at least one aluminum halide and / or boron and at least one amine hydrohalide.
Le catalyseur selon la présente invention peut être utilisé pur ou dilué avec divers matériaux présentant peu d'activité catalytique dans la réaction considérée comme par exemple la silice, I'alumine, la magnésie ou encore diverses argiles telles que par exemple la bentonite, la montmorillonite ou le kaolin. The catalyst according to the present invention can be used pure or diluted with various materials having little catalytic activity in the reaction considered, for example, silica, alumina, magnesia or various clays, such as, for example, bentonite or montmorillonite. or kaolin.
Ledit catalyseur est avantageusement mis en oeuvre dans un procédé où l'oléfine et/ou un mélange d'oléfines est introduit(e) dans le réacteur en phase liquide et en mélange avec l'isoparaffine et/ou un mélange d'isoparaffines. Le catalyseur peut être mis en oeuvre en lit fixe, lit mobile ou lit fluide, ou encore en suspension dans la phase liquide des réactifs soumise à une agitation efficace. Said catalyst is advantageously used in a process where the olefin and / or a mixture of olefins is introduced into the reactor in the liquid phase and in mixture with the isoparaffin and / or a mixture of isoparaffins. The catalyst may be used in fixed bed, moving bed or fluid bed, or in suspension in the liquid phase of the reagents subjected to efficient stirring.
Le mélange isoparaffine(s)-oléfine(s) peut être introduit dans le réacteur à une vitesse spatiale horaire, exprimée en poids d'oléfine introduite par unité de poids du catalyseur et par heure comprise entre 0,001 et 10 h-1 et de préférence comprise entre 0,002 et 2 h 1 Ledit mélange peut aussi être réalisé à l'intérieur du réacteur. Dans tous les cas le mélange ainsi constitué est dans le réacteur dans des conditions de pression et de température telles que le mélange d'hydrocarbures reste liquide sur le catalyseur. The isoparaffin (s) -olefin mixture (s) may be introduced into the reactor at a space velocity per hour, expressed by weight of olefin introduced per unit weight of the catalyst and per hour of between 0.001 and 10 h -1, and preferably between 0.002 and 2 h 1 Said mixture can also be carried out inside the reactor. In all cases, the mixture thus formed is in the reactor under conditions of pressure and temperature such that the hydrocarbon mixture remains liquid on the catalyst.
La température de réaction est comprise entre -50 et 150 OC, mais les performances catalytiques sont améliorées lorsque la température de réaction est inférieure à 5"C, de préférence inférieure à 0 C et de manière encore plus préférée inférieure à -5 "C. La pression du réacteur doit être suffisante pour maintenir les hydrocarbures à l'état liquide dans le réacteur quelle que soit la température. The reaction temperature is between -50 and 150 ° C., but the catalytic performances are improved when the reaction temperature is less than 5 ° C., preferably less than 0 ° C. and even more preferably less than -5 ° C. The reactor pressure must be sufficient to maintain the hydrocarbons in the liquid state in the reactor whatever the temperature.
Afin de limiter les réactions secondaires, on utilise généralement un excès d'isoparaffine(s) par rapport à I' (aux) oléfine(s). A titre d'exemple, dans le cas de l'alkylation de I'isobutane par un butène, l'isobutane est introduit pur dans la charge ou sous la forme d'un mélange de butanes contenant par exemple au moins 40 % d'isobutane. De plus, on peut introduire un butène pur ou encore un mélange de butènes isomères. Dans tous les cas, le rapport molaire isobutane/butène(s) dans la charge est compris entre 1 et 100, de préférence entre 3 et 50 et de manière souvent préférée entre 5 et 10. In order to limit the side reactions, an excess of isoparaffin (s) with respect to the olefin (s) is generally used. By way of example, in the case of the alkylation of isobutane with a butene, isobutane is introduced pure into the feedstock or in the form of a mixture of butanes containing, for example, at least 40% of isobutane. . In addition, pure butene or a mixture of isomeric butenes can be introduced. In all cases, the molar ratio of isobutane / butene (s) in the feed is between 1 and 100, preferably between 3 and 50 and often preferably between 5 and 10.
Les produits de la réaction peuvent être contrôlés régulièrement par mesure de l'indice de brome, par exemple selon le projet de Norme Française
Pr. M. 07.071 de mars 1969.The products of the reaction can be checked regularly by measuring the bromine index, for example according to the draft French Standard
Pr. M. 07.071 of March 1969.
Lorsque la nature du catalyseur et les conditions de travail du catalyseur sont judicieusement choisies (et en particulier la température), le catalyseur selon l'invention permet la production de produits d'alkylation de paraffine(s) par au moins une oléfine qui sont intéressants comme carburants pour les moteurs et constituants d'essence et qui comprennent par exemple au moins 60 % (en moles) de paraffines possédant 8 atomes de carbone par molécule et moins de 1 % (en moles) de composés non saturés, les paraffines possédant 8 atomes de carbone par molécule étant composées de 70 à 98 % (en moles) de triméthylpentanes. When the nature of the catalyst and the working conditions of the catalyst are judiciously chosen (and in particular the temperature), the catalyst according to the invention allows the production of paraffin alkylation products with at least one olefin which are of interest. as fuels for engines and gasoline constituents and which comprise for example at least 60% (in moles) of paraffins having 8 carbon atoms per molecule and less than 1% (in moles) of unsaturated compounds, paraffins having 8 carbon atoms per molecule being composed of 70 to 98% (in moles) of trimethylpentanes.
Un autre avantage du catalyseur selon la présente invention est la possibilité d'alkyler, à basse température, 'isobutane avec des mélanges d'oléfines comportant de 2 à 6 atomes de carbone par molécule, où la proportion d'oléfines comportant au moins 5 atomes de carbone par molécule est très importante (au moins 10% en poids. de préférence au moins 40% en poids). Another advantage of the catalyst according to the present invention is the possibility of alkylating, at low temperature, isobutane with mixtures of olefins having from 2 to 6 carbon atoms per molecule, wherein the proportion of olefins having at least 5 atoms carbon per molecule is very important (at least 10% by weight, preferably at least 40% by weight).
Les exemples suivants illustrent l'invention sans toutefois en limiter la portée. The following examples illustrate the invention without, however, limiting its scope.
Exemple 1
Préparation du catalyseur
On prépare un complexe ionique de normalité 0,67 N de la façon suivante à une suspension de 24,8 g d'AIC13 fraîchement sublimé, dans l'heptane on ajoute lentement 11,5 g de chlorhydrate de pyridinium, en agitant à l'aide d'un barreau magnétique. On obtient ainsi un mélange, liquide à température ambiante, très faiblement coloré. Ce mélange est conservé sous argon à l'abri de l'humidité.Example 1
Catalyst preparation
An ionic complex of normality 0.67 N is prepared in the following manner to a suspension of 24.8 g of freshly sublimed AIC13, in heptane 11.5 g of pyridinium hydrochloride are slowly added, with stirring at room temperature. using a magnetic bar. This gives a mixture, liquid at room temperature, very slightly colored. This mixture is stored under argon in the absence of moisture.
On active 13 g de silice macroporeuse, de surface spécifique égale à 27 m2/g par calcination sous air pendant 4 heures à 500"C. Le solide ainsi activé est conservé sous argon. On procède alors à une imprégnation à sec de 13 g du solide calciné par 8,8 g de mélange préparé comme indiqué ci-dessus. Le catalyseur ainsi obtenu contient 8,8 g de mélange iet 13 g de silice et est conservé sous argon à -18 "C. 13 g of macroporous silica with a specific surface area of 27 m 2 / g are activated by calcination in air for 4 hours at 500 ° C. The solid thus activated is kept under argon, followed by dry impregnation with 13 g of solid calcined with 8.8 g of mixture prepared as indicated above The catalyst thus obtained contains 8.8 g of mixture and 13 g of silica and is stored under argon at -18 ° C.
Alkylation de l'isobutane par le butène-2
On introduit le catalyseur préparé selon la méthode décrite ci-dessus dans un réacteur en verre du type Fischer & Porter d'un volume de 360 ml préalablement purgé sous débit d'argon. Le réacteur contenant le catalyseur est alors fermé puis mis sous vide primaire, puis il est refroidi à la température de -15"C. Alkylation of isobutane by butene-2
The catalyst prepared according to the method described above is introduced into a Fischer & Porter type glass reactor with a volume of 360 ml previously purged under an argon flow. The reactor containing the catalyst is then closed and placed under primary vacuum, and then cooled to -15 ° C.
80,6g d'isobutane sont alors ajoutés dans le réacteur contenant le catalyseur sous agitation, ledit réacteur étant immergé dans un bain froid à -15 "C. On laisse sous agitation le système catalyseur + isobutane pendant une durée de 30 minutes afin d'homogénéiser la température. 80.6 g of isobutane are then added to the reactor containing the catalyst with stirring, said reactor being immersed in a cold bath at -15 ° C. The catalyst + isobutane system is left stirring for a period of 30 minutes in order to homogenize the temperature.
On ajoute régulièrement 16,5 g de butène-2 pendant une durée totale de 3 heures, la température du réacteur étant maintenue à -15 "C pendant toute la durée de l'injection. 16.5 g of butene-2 are added regularly for a total duration of 3 hours, the temperature of the reactor being maintained at -15 ° C. throughout the duration of the injection.
Après réaction, la phase hydrocarbure est soutirée du réacteur, l'isobutane est évaporé lentement. On recueille l'alkylat qui est analysé par chromatographie en phase vapeur ; sa composition pondérale est donnée ci-dessous. La conversion de l'oléfine est de 100 %. La composition de l'alkylat, en % poids, est reportée dans le tableau 1 ci-dessous. After reaction, the hydrocarbon phase is withdrawn from the reactor, the isobutane is evaporated slowly. The alkylate is collected and analyzed by vapor phase chromatography; its weight composition is given below. The conversion of the olefin is 100%. The composition of the alkylate, in% by weight, is reported in Table 1 below.
Tableau 1
Table 1
<tb> iCg <SEP> I <SEP> 0,9
<tb> <SEP> C6 <SEP> 1.1
<tb> Ce/ <SEP> 1,3 <SEP>
<tb> <SEP> C8 <SEP> 93,3 <SEP>
<tb> <SEP> Cg <SEP> 1,2 <SEP>
<tb> C9+ <SEP> 2.2 <SEP>
<tb>
La fraction Cg contient 93,2% poids de triméthylpentanes, l'indice d'octane recherche calculé est de 98,6.<tb> iCg <SEP> I <SEP> 0.9
<tb><SEP> C6 <SEP> 1.1
<tb> This / <SEP> 1,3 <SEP>
<tb><SEP> C8 <SEP> 93.3 <SEP>
<tb><SEP> Cg <SEP> 1,2 <SEP>
<tb> C9 + <SEP> 2.2 <SEP>
<Tb>
The fraction Cg contains 93.2% by weight of trimethylpentanes, the calculated research octane number is 98.6.
Exemple 2
On répète le test catalytique d'alkylation de I'isobutane par le butène-2 avec le même catalyseur que celui de l'exemple 1, et on effectue une série de tests à différentes températures. Les résultats sont rassemblés dans le tableau 2 ci-dessous.Example 2
The isobutane alkylation catalytic test is repeated with butene-2 with the same catalyst as in Example 1, and a series of tests are carried out at different temperatures. The results are collated in Table 2 below.
Tableau 2
Table 2
<tb> T <SEP> 0G <SEP> C5-C7 <SEP> <SEP> C8 <SEP> <SEP> C9+ <SEP> RON <SEP>
<tb> <SEP> -20 <SEP> | <SEP> 2,1 <SEP> 0 <SEP> 95,2 <SEP> 2,7 <SEP> | <SEP> 99,5
<tb> <SEP> -10 <SEP> 4,0 <SEP> 89,9 <SEP> 4,9 <SEP> 97,3
<tb> <SEP> 0 <SEP> 5,9 <SEP> 87,8 <SEP> 7,3 <SEP> 96,1
<tb>
Ce tableau met en évidence l'intérêt qu'il y a à travailler à basse température.<tb> T <SEP> 0G <SEP> C5-C7 <SEP><SEP> C8 <SEP><SEP> C9 + <SEP> RON <SEP>
<tb><SEP> -20 <SEP> | <SEP> 2.1 <SEP> 0 <SEP> 95.2 <SEP> 2.7 <SEP> | <SEP> 99.5
<tb><SEP> -10 <SEP> 4.0 <SEP> 89.9 <SEP> 4.9 <SEP> 97.3
<tb><SEP> 0 <SEP> 5.9 <SEP> 87.8 <SEP> 7.3 <SEP> 96.1
<Tb>
This table highlights the interest of working at low temperatures.
Exemple 3
Préparation du catalyseur
On prépare un complexe ionique de normalité 0,67 N de la façon suivante à 28,8 g de AIC13 fraîchement sublimé, dans l'heptane on ajoute lentement 12,9 g de chlorhydrate de 4-picolinium, en agitant à l'aide d'un barreau magnétique. On obtient ainsi un mélange, liquide à température ambiante,très faiblement coloré. Ce mélange est conservé sous argon à l'abri de l'humidité.Example 3
Catalyst preparation
An ionic complex of normality 0.67 N is prepared as follows at 28.8 g of freshly sublimed AIC13, in heptane 12.9 g of 4-picolinium hydrochloride are slowly added, with stirring with the aid of a magnetic bar. This gives a mixture, liquid at room temperature, very slightly colored. This mixture is stored under argon in the absence of moisture.
On active 13 g de silice macroporeuse, de surface spécifique égale à 27 m2/g par calcination sous air pendant 4 heures à 500"C. Le solide ainsi activé est conservé sous argon. On procède alors à une imprégnation à sec de 13 g du solide calciné par 8,5 g de mélange préparé comme indiqué ci-dessus. Le catalyseur ainsi obtenu contient 8,5 g de mélange et 13 g de silice et est conservé sous argon à -18 "C. 13 g of macroporous silica with a specific surface area of 27 m 2 / g are activated by calcination in air for 4 hours at 500 ° C. The solid thus activated is kept under argon, followed by dry impregnation with 13 g of solid calcined with 8.5 g of mixture prepared as indicated above The catalyst thus obtained contains 8.5 g of mixture and 13 g of silica and is stored under argon at -18 ° C.
Alkylation de l'isobutane par le butène-2
On introduit le catalyseur préparé selon la méthode décrite ci-dessus dans un réacteur en verre du type Fischer & Porter d'un volume de 360 ml préalablement purgé sous débit d'argon. Le réacteur contenant le catalyseur est alors fermé puis mis sous vide primaire, puis il est refroidi à la température de -15 C. Le même test catalytique, d'alkylation de l'isobutane par le butène2, que celui réalisé dans l'exemple I à -15tC est alors répété. Les résultats sont rassemblés dans le tableau 3 ci-après. Alkylation of isobutane by butene-2
The catalyst prepared according to the method described above is introduced into a Fischer & Porter type glass reactor with a volume of 360 ml previously purged under an argon flow. The reactor containing the catalyst is then closed and then placed under primary vacuum, and then it is cooled to -15 C. The same catalytic test, alkylation of isobutane with butene 2, that carried out in Example I at -15tC is then repeated. The results are summarized in Table 3 below.
Tableau 3
Table 3
<tb> iC5 <SEP> 1,1
<tb> <SEP> C6 <SEP> 0,8
<tb> C7 <SEP> 1,4
<tb> C8 <SEP> 93,6
<tb> C9 <SEP> 1,0 <SEP>
<tb> Cg+ <SEP> 2,1 <SEP>
<tb>
La fraction C8 contient 94,0% poids de triméthylpentanes, I'indice d'octane recherche calculé est de 98,9. <tb> iC5 <SEP> 1,1
<tb><SEP> C6 <SEP> 0.8
<tb> C7 <SEP> 1,4
<tb> C8 <SEP> 93.6
<tb> C9 <SEP> 1.0 <SEP>
<tb> Cg + <SEP> 2.1 <SEP>
<Tb>
The C8 fraction contains 94.0% by weight of trimethylpentanes, the calculated research octane number is 98.9.
Claims (8)
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