FR2780314A1 - Procede de sulfuration de catalyseurs en presence de carbone et de soufre elementaire - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un procédé de sulfuration de catalyseurs supportés contenant au moins un élément choisi parmi le groupe IIIB y compris les lanthanides et les actinides, le groupe IVB, le groupe VB, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'on sulfure ledit catalyseur par un mélange contenant au moins une source de soufre élémentaire et au moins une source de carbone sous une atmosphère autogène ou inerte.L'invention concerne également les catalyseurs sulfurés obtenus par le procédé de l'invention.L'invention concerne également l'utilisation des catalyseurs dans un procédé d'hydroraffinage ou d'hydroconversion.

Description

I La présente invention concerne un procédé de sulfuration d'un catalyseur

d'hydroraffinage ou d'hydroconversion supporté contenant au moins un élément choisi parmi le groupe IIIB y compris les lanthanides et les actinides, le groupe IVB, le groupe VB (groupe 3, 4, 5 selon la nouvelle notation de la classification périodique des éléments: Handbook of Chemistry and Physics, 76ième édition, 1995-1996, intérieur lère page de couverture), associé à au moins une matrice poreuse généralement de type oxyde amorphe ou mal cristallisée, et éventuellement au moins un tamis moléculaire zéolithique ou non zéolithique et éventuellement associé à au moins un métal du groupe VIB et éventuellement au moins un élément du groupe VIII (groupe 6, 8, 9 et 10 selon la nouvelle notation de la classification périodique des éléments) et éventuellement au moins un élément choisi dans le groupe: P, B, et Si, et éventuellement au moins un élément du groupe VIIA (groupe 17). L'invention est caractérisée en ce que le catalyseur est sulfuré par un mélange contenant au moins une source de soufre élémentaire et au moins une source de carbone

sous une atmosphère autogène et/ou inerte.

La présente invention concerne également les catalyseurs sulfures obtenus par

le procédé de sulfuration de la présente invention.

La présente invention concerne également l'utilisation des catalyseurs sulfures comme catalyseurs pour l'hydroraffinage et l'hydrocraquage de charges hydrocarbonées contenant au moins un composé de type aromatique, et/ou oléfinique, et/ou naphténique, et/ou paraffinique, les dites charges contenant éventuellement des métaux, et/ou de l'azote, et/ou de l'oxygène et/ou du soufre. Les sulfures de métaux de transitions et de terres rares trouvent aussi des applications comme lubrifiants, pigments, électrodes pour batteries électriques, matériaux pour détecteurs de soufre, matériaux aux propriétés optiques spécifiques, additifs pour matériaux luminescent, et revêtements anticorrosion

dans des atmosphères contenant du soufre.

La synthèse de sulfures peut être réalisée par de nombreuses méthodes bien

connues de l'homme du métier.

La synthèse des sulfures des métaux de transition ou de terres rares cristallisés par réaction des éléments de type métaux de transition ou terres rares avec le soufre élémentaire à haute température est un procédé bien connu en chimie du solide par l'homme de l'art mais coûteux en particulier pour une application industrielle. La synthèse de sulfures par réaction d'un précurseur approprié sous la forme d'oxyde mixte des métaux de transition ou de terres rares imprégné avec un composé du soufre en phase liquide suivi d'un traitement sous hydrogène dans

un réacteur à lit traversé est bien connue de l'homme de l'art.

La synthèse de catalyseurs sulfures sur une matrice poreuse par traitement d'un précurseur oxyde massique ou supporté sur une matrice poreuse sous hydrogène avec une charge hydrocarbonée soufrée et en particulier les coupes pétrolières soufrées telles que essence, kérosène, gazole auxquelles on rajoute éventuellement un composé du soufre, par exemple le diméthyldisulfure, est

également bien connue de l'homme de l'art.

La synthèse de sulfures massiques peut être également réalisée par la technique de coprécipitation en milieu basique de complexes soufrés en solution contenant les deux cations. Cette méthode peut être mis en oeuvre à pH contrôlé et se dénomme précipitation homogène de sulfure. Elle a été employée pour préparer un sulfure mixte de cobalt et de molybdène (G. Hagenbach,

P. Courty, B. Delmon, Journal of Catalysis, volume 31, page 264, 1973).

La synthèse de catalyseurs sulfures massiques ou supportés sur une matrice poreuse par traitement d'un précurseur oxyde massique ou supporté sur une matrice poreuse sous un mélange hydrogène/hydrogène sulfuré ou

azote/hydrogène sulfuré est également bien connue de l'homme de l'art.

Le brevet US 4491639 décrit la préparation de composé sulfuré par réaction avec le soufre élémentaire de sels de V, Mo, W et en particulier des sulfures de V, Mo et W contenant éventuellement au moins un des éléments de la série C,

Si, B, Ce, Th, Nb, Zr, Ta, U en association avec Co ou Ni.

D'autre méthodes ont été proposées pour la synthèse de sulfures simples. Par exemple la synthèse des sulfures simples de terres rares cristallisés décrite dans le brevet US 3748095 et FR 2100551 procède par réaction de l'hydrogène sulfuré ou du sulfure de carbone sur un oxyde ou un oxycarbonate amorphe de terre

rare à une température supérieure à 1000 C.

Les Brevets EP 0 440516A1 et US 5279801 décrivent quant à eux, un procédé de synthèse de composé soufrés simples des métaux de transition ou de terres rares par réaction d'un composé des métaux de transition ou de terres rares avec un composé carboné du soufre à l'état gazeux en enceinte fermée à une

température modérée de 350 C à 600 C.

Il est bien connu cependant que certains éléments tels que les éléments du groupe IIIB y compris les lanthanides et les actinides, du groupe IVB, du groupe VB, sont très difficiles à sulfurer. Les méthodes de sulfuration bien connues de l'homme de l'art et couramment employées industriellement et en laboratoire telle que la sulfuration sous mélange gazeux hydrogène/hydrogène sulfuré ou la sulfuration en phase liquide sous pression d'hydrogène par un mélange d'une charge hydrocarbure et d'un composé soufré tel que le diméthyl

disulfure sont ainsi inefficaces pour sulfurer de tels solides.

Les importants travaux de recherche effectués par le demandeur sur la préparation de catalyseurs sulfures à base de sulfures des éléments des groupes fIB, IVB, VB et de nombreux autres éléments de la Classification périodique des éléments, seuls ou en mélange, associés à une matrice, l'ont conduit à découvrir que, de façon surprenante, en faisant réagir simultanément du soufre élémentaire et du carbone sur une poudre contenant au moins un élément choisi parmi le groupe IIIB y compris les lanthanides et les actinides, le groupe IVB, le groupe VB, et éventuellement au moins un élément du groupe VIB, et éventuellement au moins un élément du groupe VIII, en enceinte fermée ou ouverte sous une atmosphère autogène ou inerte on obtient un composé sulfure amorphe ou cristallisé. Sans vouloir être lié par une quelconque théorie, il semble que la sulfuration soit obtenue par une réduction du composé précurseur contenant le ou les éléments choisis parmi le groupe IIIB y compris les lanthanides et les actinides, le groupe IVB, le groupe VB et éventuellement au moins un élément du groupe VIB, et éventuellement au moins un élément du groupe VIII par le carbone avec simultanément sulfuration de l'élément réduit par le soufre et ceci jusqu'à épuisement du précurseur contenant le ou les éléments choisis parmi le groupe IIIB y compris les lanthanides et les actinides, le groupe IVB, le groupe VB et éventuellement au moins un élément du groupe

VIB, et éventuellement au moins un élément du groupe VIII.

Le procédé de sulfuration selon la présente invention comprend les étapes suivantes: a) on forme un mélange réactionnel en une ou plusieurs fois qui renferme: une poudre ou un mélange de poudre contenant au moins un élément choisi parmi le groupe IIIB y compris les lanthanides et les actinides, le groupe IVB, le groupe VB, au moins une matrice poreuse généralement de type oxyde amorphe ou mal cristallisée, éventuellement associé à un tamis moléculaire zéolithique ou non zéolithique et éventuellement au moins un élément du groupe VIB, et éventuellement au moins un élément du groupe VIII, et éventuellement au moins une source d'un élément choisi dans le groupe: P. B, et Si, et éventuellement au moins une source d'anions du groupe VIIA et au moins une source de soufre élémentaire et au moins une

source de carbone et éventuellement de l'eau.

b) on maintient le mélange réactionnel obtenu après l'étape a) à une température de chauffage supérieure à 40 C sous une pression supérieure à

0,01 MPa dans un réacteur.

Le réacteur peut être un réacteur à enceinte fermée. Dans ce cas le chargement peut se réaliser à l'air libre et après fermeture et réaction, la pression exercée sera la pression autogène des gaz produits par les réactions de réduction et de sulfuration. Le réacteur peut également être chargé sous une atmosphère d'un

gaz inerte.

Le réacteur peut éventuellement être un réacteur à lit traversé, tel que un lit fixe, un lit mobile, un lit bouillonnant, un lit fluidisé. Dans ce cas la pression

exercée est celle d'un gaz inerte.

On utilise de préférence un réacteur à enceinte fermée.

La source de soufre est le soufre élémentaire sous ces différentes formes, fleur de soufre, soufre en suspension en milieu aqueux ou soufre en suspension en

milieu organique.

La source de carbone peut se présenter sous toutes les formes connues de l'homme du métier, par exemple le graphite, le coke de pétrole, le coke de houille, le carbone amorphe, le noir de carbone, les charbons obtenus par combustion partielle ou par décomposition ou encore par déshydrogénation de composés végétaux ou de composés animaux ou encore d'hydrocarbures. La source de carbone contient généralement de l'hydrogène et une de ses caractéristiques est son rapport atomique H/C. On utilisera de préférence une source de carbone ayant un rapport H/C inférieur à 2 et de manière préférée un rapport H/C inférieur à 1,7 et de manière encore plus préférée un rapport

H/C inférieur à 1,4.

La réaction est réalisée sous pression autogène ou sous pression d'un gaz inerte.

l0 La pression autogène est produite par la génération des produits de réactions tels que CO, CO2, H20. Le gaz inerte peut renfermer au moins un des composés suivant, de l'azote, un gaz rare tel que l'hélium, le néon, l'argon, le krypton, le xénon ou le radon, l'eau surchauffée ou encore une combinaison de

au moins deux de ces composés.

La présente invention concerne également les catalyseurs sulfures obtenus par le procédé de sulfuration de la présente invention renfermant généralement en % poids par rapport à la masse totale du catalyseur au moins un métal choisi dans les groupes suivants et avec les teneurs suivantes: - 0,01 à 40%, de préférence de 0,01 à 35% et de manière encore plus préférée de 0,01 à 30% d'au moins un métal choisi parmi les éléments des groupes IIIB,

IVB, VB,

- 0,1 à 99%, de préférence 1 à 98% d'au moins un support choisi dans le groupe constitué par les matrices amorphe et les matrices mal cristallisées - 0,001 à 30%, de préférence de 0,01 à 55% de soufre, - 0 à 30%, de préférence de 0,01 à 25% d'au moins un métal choisi parmi les éléments des groupes VIB et VIII, - 0 à 90%, de préférence de 0,1 à 85% et de manière encore plus préférée de 0,1 à 80% d'une zéolithe, - 0 à 40%, de préférence de 0,1 à 30% et de manière encore plus préférée de 0,1 à 20% d'au moins un élément choisi dans le groupe constitué par le bore, le

silicium et le phosphore.

- 0 à 20%, de préférence de 0,1 à 15% et de manière encore plus préférée de 0,1

à 10% d'au moins un élément choisi dans le groupe VIIA.

Parmi les composés contenant au moins un élément dont le numéro atomique est compris dans l'ensemble constitué des éléments du groupe IIIB incluant les lanthanides et les actinides, du groupe IVB et du groupe VB, éventuellement les groupes VIB et VIII, on peut utiliser les oxydes, les hydroxydes, les oxyhydroxydes, les acides, les polyoxométallates, les alkoxydes, les oxalates, les sels d'ammonium, les nitrates, les carbonates, les hydroxycarbonates, les carboxylates, les halogénures, les oxyhalogénures, les phosphates, les thiosels en particulier d'ammonium. On utilise de préférence les oxydes et les sels des

métaux de transition, des lanthanides et des actinides.

La source de phosphore préférée est l'acide phosphorique H3PO4, mais ses sels et esters comme les phosphates alcalins, phosphates d'ammonium, conviennent également. Le phosphore peut par exemple être introduit sous la forme d'un mélange d'acide phosphorique et un composé organique basique contenant de l'azote telle que l'ammoniac, les amines primaires et secondaires, les amines cycliques, les composés de la famille de la pyridine, les composés

de la famille des quinoléines et les composés de la famille du pyrrole.

De nombreuses sources de silicium peuvent être employées. Ainsi, on peut utiliser un hydrogel, un aérogel ou une suspension colloïdale d'oxyde de silicium, les oxydes de précipitation, les oxydes provenant de l'hydrolyse d'esters tel que l'orthosilicate d'éthyle Si(OEt)4, les silanes et polysilanes, les siloxanes et polysiloxanes, les silicates d'halogénures comme le fluorosilicate d'ammonium (NH4)2SiF6 ou le fluorosilicate de sodium Na2SiF6. Le silicium peut être ajouté par exemple par imprégnation de silicate d'éthyle en solution

dans un alcool.

La source de bore peut être un borate amorphe, tel que le biborate ou le pentaborate d'ammonium, le borate d'aluminium. Le bore peut être introduit

par exemple par une solution d'acide borique dans un alcool.

Les sources d'élément du groupe VIIA qui peuvent être utilisées sont bien connues de l'homme du métier. Par exemple, les anions fluorures peuvent être introduits sous forme d'acide fluorhydrique ou de ses sels. Ces sels sont formés avec des métaux alcalins, l'ammonium ou un composé organique. Dans ce dernier cas, le sel est avantageusement formé dans le mélange réactionnel par réaction entre le composé organique et l'acide fluorhydrique. Il est également possible d'utiliser des composés hydrolysables pouvant libérer des anions fluorures dans l'eau, comme le fluorosilicate d'ammonium (NH4)2SiF6, le tétrafluorure de silicium SiF4 ou de sodium Na2SiF6. Le fluor peut être introduit par exemple par imprégnation d'une solution aqueuse d'acide

fluorhydrique ou de fluorure d'ammonium.

Les anions chlorures peuvent être introduit sous la forme d'acide chlorhydrique, ou de ses sels. Ces sels sont formés avec des métaux alcalins, l'ammonium ou un composé organique. Dans ce dernier cas, le sel est avantageusement formé dans le mélange réactionnel par réaction entre le

composé organique et l'acide chlorhydrique.

La matrice minérale poreuse habituellement amorphe ou mal cristallisée est

habituellement choisie dans le groupe formé par l'alumine, la silice, la silice-

alumine, ou un mélange de aux moins deux des oxydes cités ci dessus. On préfère utiliser des matrices contenant de l'alumine, sous toutes ces formes

connues de l'homme du métier, par exemple l'alumine gamma.

Le catalyseur peut également renfermer en outre au moins un composé choisi dans le groupe formé par la famille des tamis moléculaires de type aminosillicate cristallisé ou zéolithes synthétiques ou naturelles telles que la zéolithe Y, X, L, la zéolithe bêta, la mordénite, les zéolithes oméga, NU-10,

TON, ZSM-22, ZSM-5.

La première étape du procédé de sulfuration selon l'invention consiste à réaliser le mélange de la source de soufre élémentaire et la source de carbone et d'une poudre contenant un ou des composés comprenant au moins un élément choisi parmi le groupe IIIB y compris les lanthanides et les actinides, le groupe IVB, le groupe VB, la matrice poreuse et éventuellement au moins un élément du groupe VIB, et éventuellement au moins un élément du groupe VIII, éventuellement la source de l'élément choisi parmi P, B et Si, éventuellement la source d'arnions du groupe VILA. Cette première étape peut être réalisée en

plusieurs fois.

La matrice peut être préalablement mise en forme et calcinée avant introduction dans le mélange. La mise en forme peut être réalisée par exemple par extrusion, par pastillage, par la méthode de la goutte d'huile (oil-drop), par granulation au plateau tournant ou par toute autre méthode bien connue de l'homme du métier. La matrice préformée est alors habituellement calcinée sous air, usuellement à une température d'au moins 100 C, couramment d'environ

à 1000 C.

La matrice peut être préalablement imprégnée par le sel du métal de transition ou de terre rare, ou un sel contenant l'élément choisi parmi P. B et Si ou l'anion du groupe VIIA. Par exemple l'imprégnation du Mo peut être facilitée par ajout d'acide phosphorique dans les solutions, ce qui permet d'introduire aussi le phosphore de façon à promouvoir l'activité catalytique. D'autres composés du phosphore peuvent être utilisés comme il est bien connu de l'homme du métier. L'imprégnation de la matrice est de préférence effectuée par la méthode

d'imprégnation dite "à sec" bien connue de l'homme du métier.

L'imprégnation peut être effectuée en une seule étape par une solution

contenant l'ensemble des éléments constitutifs du catalyseur final.

Les éléments choisi parmi le groupe IIIB y compris les lanthanides et les actinides, le groupe IVB, le groupe VB, le groupe VIB, et du groupe VIII, de même que le ou les élément(s) choisi(s) dans le groupe formé par P, B et Si, et le ou les élément(s) choisi(s) parmi les anions du groupe VIIA, peuvent être introduits par une ou plusieurs opérations d'échange ionique sur la matrice choisie, à l'aide d'une solution contenant au moins un sel précurseur de métal

de transition ou de terre rare.

Dans le cas o les métaux sont introduits en plusieurs imprégnations des sels précurseurs correspondants, une étape de séchage intermédiaire du catalyseur

devra être effectuée à une température comprise entre 60 et 250 C.

Le mélange des poudres contenant tout ou partie des ingrédients peut être mis en forme par exemple par extrusion, par pastillage, par la méthode de la goutte d'huile (oil-drop), par granulation au plateau tournant ou par toute autre

méthode bien connue de l'homme du métier.

La seconde étape consiste en la réaction du mélange formé dans la première étape pour obtenir le composé soufré. Une première méthode pour réaliser la réaction consiste à chauffer le mélange de poudre à une température comprise entre 40 et 1000 C, de préférence entre 60 et 700 C sous pression autogène. On utilise de préférence un autoclave en acier résistant à la corrosion par les composés du soufre. La durée du chauffage du mélange réactionnel nécessaire à la sulfuration dépend de la composition du mélange réactionnel et de la

température de réaction.

Les catalyseurs sulfures obtenus par la présente invention sont utilisés comme catalyseurs pour l'hydrogénation, l'hydrodéazotation, l'hydrodéoxygénation, l'hydrodéaromatisation, l'hydrodésulfuration, l'hydrodémétallisation, l'hydroisomérisation, et l'hydrocraquage de charges hydrocarbonées contenant des composés aromatiques, et/ou oléfiniques, et/ou naphténiques, et/ou paraffiniques, les dites charges contenant éventuellement des métaux, et/ou de l'azote, et/ou de l'oxygène et/ou du soufre. Dans ces utilisations, les catalyseurs obtenus par la présente invention présentent une activité améliorée

par rapport à l'art antérieur.

Les charges employées dans le procédé d'hydrotraitement et d'hydrocraquage sont des essences, des kérosènes, des gas-oils, des gas-oils sous vide, des

résidus désasphaltés ou non, des huiles paraffiniques, des cires et paraffines.

Elles peuvent contenir des hétéroatomes tels que soufre, oxygène et azote et des métaux. La température de réaction est en général supérieure à 200 C et souvent comprise entre 280 C et 480 C. La pression est supérieure à 0,1 MPa et en général supérieure à 5 MPa. Le taux de recyclage d'hydrogène est au minimum de 80 et souvent compris entre 200 et 4000 litres d'hydrogène par litre de charge. La vitesse volumique horaire est comprise en général entre 0,1

et 20 h1.

Les résultats qui importent au raffineur sont l'activité en HDS, en HDN et en conversion. Les objectifs fixés doivent être réalisés dans des conditions compatibles avec la réalité économique. Ainsi le raffineur cherche-t-il à diminuer la température, la pression, le taux de recyclage d'hydrogène et à maximiser la vitesse volumique horaire. Il est connu que l'activité peut être augmentée par une élévation de température, mais c'est souvent au détriment de la stabilité du catalyseur. La stabilité ou durée de vie s'améliore avec une augmentation de la pression ou du taux de recyclage d'hydrogène, mais ceci se

fait au détriment de l'économie du procédé.

Les exemples suivants illustrent la présente invention sans toutefois en limiter

la portée.

Exemple 1

Préparation du support alumine entrant dans la composition des catalyseurs.

Nous avons fabriqué un support à base d'alumine de façon à pouvoir préparer les catalyseurs décrit ci après à partir du support mis en forme. Pour ce faire, nous avons utilisé une matrice composée de boehmite tabulaire ultrafine ou gel d'alumine commercialisée sous le nom SB3 par la société Condéa Chemie Gmbh. Ce gel a été mélangé à une solution aqueuse contenant de l'acide nitrique à 66% (7% poids d'acide par gramme de gel sec) puis malaxé pendant 15 minutes. A l'issue de ce malaxage, la pâte obtenue est passée à travers une filière ayant des orifices cylindriques de diamètre égal à 1,3 mm. Les extrudés sont ensuite séchés pendant une nuit à 120 C puis calcinés à 550 C pendant 2 heures sous air humide contenant 7,5% volume d'eau. On obtient ainsi des extrudés cylindriques de 1,2 mm de diamètre, ayant une surface spécifique de 243 m2/g, un volume poreux de 0,61 cm3/g et une distribution en taille de pore monomodale centrée sur 10 nm. L'analyse de la matrice par la diffraction des rayons X révèle que celle ci est composée uniquement d'alumine gamma

cubique de faible cristallinité.

Exemple 2

Préparation d'un catalyseur d'hydrotraitement Nb/alumine.

Nous avons ajouté du niobium sur le support alumine extrudé de l'exemple 1 par imprégnation à sec d'une solution de pentaoxyde de niobium Nb(OEt)5 dans l'éthanol. Après imprégnation à sec, les extrudés sont séchés une nuit à C. Le catalyseur Nb/alumine obtenu est préparé avec une teneur finale en

pentaoxyde de diniobium de 13,1% poids.

Exemple 3

Préparation d'un catalyseur d'hydrotraitement CoNb/alumine.

Nous avons ajouté du cobalt sur le catalyseur Nb/alumine de l'exemple 2 par imprégnation à sec d'une solution de nitrate de cobalt Co(NO3)2.6H20 de

manière à obtenir une teneur finale en oxyde de cobalt CoO de 2,9% poids.

Après imprégnation à sec, les extrudés sont séchés une nuit à 80 C. Le catalyseur CoNb/alumine obtenu contient 12,7 % poids de Nb205 et 2,8%

poids de CoO.

Il

Exemple 4

Préparation d'un catalyseur d'hydrotraitement Ce/alumine.

Nous avons ajouté du cérium sur le support alumine extrudé de l'exemple 1 par imprégnation à sec d'une solution de nitrate de cérium Ce(NO3)4. xH2O. Après imprégnation à sec, les extrudés sont séchés une nuit à 80 C puis calcinés à 350 C pendant 2 heures sous air sec. Le catalyseur Ce/alumine

obtenu est préparé avec une teneur finale en CeO2 de 5,1% poids.

Exemple 5

Préparation d'un catalyseur d'hydrotraitement CoCe/alumine.

Nous avons imprégné à sec le catalyseur de l'exemple 4 par une solution aqueuse de nitrate de cobalt Co(NO3)2.6H20. Après maturation à température ambiante dans une atmosphère saturée en eau, les extrudés imprégnés sont séchés pendant une nuit à 80 C puis calcinés à 350 C pendant 2 heures sous air sec. La teneur finale en oxyde de cérium est de 14,5% poids. La teneur finale

en oxyde de cobalt CoO est de 2,0% poids.

Exemple 6

Sulfuration S1 des catalyseurs (conforme à l'invention).

On introduit 50 g de catalyseur fraîchement calciné dans un autoclave et on ajoute la quantité de poudre de soufre élémentaire (soufre sublimé de chez AUROS, ref. 2012546) correspondant à 120% de la stoechiométrie théorique de la réaction et la quantité de poudre de carbone (carbon NORIT, 211, 660 m2/g de chez AUROS, ref. 4040250) correspondant à 110% de la stoechiométrie théorique basée sur la formation de CoS, NbS2, Ce2S4 à partir de CoO, Nb2O5,

et CeO2 respectivement selon le type de catalyseur des exemples 2 à 5.

On ferme ensuite l'autoclave et on chauffe à 400 C pendant 10 heures. Après refroidissement, on dépressurise l'autoclave en pompant les gaz qu'il contient, on referme l'autoclave et on le transfère dans une boite à gant sous atmosphère inerte afin de protéger le produit de la réaction de l'oxydation par l'oxygène de l'air. Après ouverture on récupère les extrudés de couleur noir, que l'on

conserve sous gaz inerte en ampoule scellée.

Les quantités de soufre élémentaire et de poudre de carbone utilisées pour la sulfuration S1 de 50 g de chaque catalyseur des exemples 2 à 5 sont indiquées dans le tableau 1. Les quantités de soufre fixées et les quantités de carbone résiduelles sur les catalyseurs sulfurés sont également reportées dans le tableau 1. On constate dans ce tableau que la méthode de sulfuration S1 permet d'obtenir un taux de sulfuration très satisfaisant du métal du groupe VB, le niobium, et du métal du groupe des lanthanides, le cérium, lorsque ceux-ci sont

supportés sur alumine.

Tableau 1 Catalyseur Quantité de Quantité de Teneur en Teneur en Taux de soufre carbone S après C après sulfuration (g/50g cata.) (g/50g cata.) sulfuration sulfuration (%) (% pds) (%pds) Nb 3,78 0,98 5,90 1,7 100 CoNb 4,39 1,19 6,65 1,3 98 Ce 1,14 0,2 1,76 0,1 95 CoCe 1,63 0,37 2,47 0,3 94

Exemple 7

Sulfuration S2 des catalyseurs (non conforme à l'invention).

On introduit 50 g de catalyseur fraîchement calciné dans un réacteur à lit fixe de catalyseur balayé par un courant de gaz contenant 15% en volume d'H2S dans l'hydrogène à pression atmosphérique. Pour 50 g de solide on fait passer 2 litres par heure du mélange gazeux et on chauffe le catalyseur à une température de 400 C pendant 10 heures. Cette sulfuration, dénommée S2, est couramment employée en laboratoire et encore parfois de nos jours en milieu industriel. Les quantités de soufre fixées et les quantités de carbone résiduelles sur les catalyseurs des exemples 2 à 5 sulfurés selon cette méthode S2 sont reportées dans le tableau 2. On constate dans ce tableau que la méthode de sulfuration S2 permet d'obtenir des taux de sulfuration des catalyseurs contenant le métal du groupe VB, le niobium, ou le métal du groupe des lanthanides, le cérium, très faibles. Ceci est attribué au fait que ces métaux sont supportés sur alumine et en

forte interaction avec celle-ci.

Tableau 2

Catalyseur Teneur en Teneur en Taux de S après C après sulfuration sulfuration sulfuration (%) (% pds) (% pds) Nb 0,85 <0,05 14 CoNb 1,06 <0,05 16 Ce 0,2 <0,05 10 CoCe 0,7 <0,05 26

Exemple 8

Sulfuration S3 des catalvseurs (conforme à l'invention). On imprègne 50 g de catalyseur fraîchement calciné par 23 ml d'une suspension de soufre élémentaire dans le toluène, la dite solution contenant la quantité de poudre de soufre élémentaire (soufre sublimé de chez AUROS, ref. 2012546) correspondant à 120% de la stoechiométrie théorique de la réaction et laquantité de poudre de carbone (carbon NORIT, 211, 660 m2/g de chez AUROS, ref. 4040250) correspondant à 110% de la stoechiométrie théorique basée sur la formation de CoS, NbS2, Ce2S4 à partir de CoO, Nb205, et CeO2

respectivement selon le type de catalyseur des exemples 2 à 5.

On ferme ensuite l'autoclave et on chauffe à 400 C pendant 10 heures. Après refroidissement, on dépressurise l'autoclave en pompant les gaz qu'il contient, on referme l'autoclave et on le transfère dans une boite à gant sous atmosphère inerte afin de protéger le produit de la réaction de l'oxydation par l'oxygène de l'air. Après ouverture on récupère les extrudés de couleur noir, que l'on conserve sous gaz inerte en ampoule scellée. Cette sulfuration est dénommée S3. Les quantités de soufre élémentaire et de poudre de carbone utilisées pour la sulfuration S3 de 50 g de chaque catalyseur des exemples 2 à 5 sont indiquées dans le tableau 3. Les quantités de soufre fixées et les quantités de carbone résiduelles sur les catalyseurs sulfurés sont également reportées dans le tableau 3. On constate dans ce tableau que la méthode de sulfuration S3 permet d'obtenir un taux de sulfuration très satisfaisant du métal du groupe VB, le niobium, et un taux de sulfuration moyen pour le catalyseur de l'exemple 5 contenant un métal du groupe des lanthanides, le cérium. On notera également que l'utilisation du solvant aromatique, le toluène, conduit à une plus grande

quantité de carbone sur les catalyseurs sulfurés.

Tableau 3 Catalyseur Quantité Quantité Teneur en Teneur en Taux de de soufre de carbone S après C après sulfuration (g/50g (g/50g sulfuration sulfuration (%) cata.) cata.) (% pds) (% pds) Nb 3,78 0,98 5,9 3,7 100 CoNb 4,39 1,42 6,75 3,5 100 Ce 1,14 0,2 1,2 4,2 65 CoCe 1,63 0,66 1,9 3,3 72

Exemple 9

Tests en HDS de gas-oil des catalyseurs Les catalyseurs des exemples 2 à 5 ont été sulfurés selon les trois méthodes S1, S2 et S3 des exemples 6, 7 et 8 et ont été comparés en test d'hydrodésulfuration

de gas-oil.

Les principales caractéristiques du gazoles sont données dans le tableau suivant: Densité à 15 C: 0,856 Indice de Réfraction à 20 C: 1,4564 Viscosité à 50 C: 3,72 cSt Soufre: 1,57%poids Distillation Simulée

PI: 153 C

%: 222 C

%: 315 C

%: 415 C

PF: 448 C

Le test d'HDS de gas-oil est mené dans les conditions opératoires suivantes: Pression totale: 3 MPa Volume de catalyseur: 40 cm3 Température: 340 C Débit d'hydrogène: 20 1/h Débit de charge: 80 cm3/h Pour ces tests, les catalyseurs déjà sulfurés selon les méthodes S1, S2 et S3 ont été chargés dans le réacteur catalytique puis ensuite mouillés par la charge à une température de 150 C. On élève ensuite la température de l'unité jusqu'à

340 C.

Un test de référence est réalisé pour chaque catalyseur en chargeant dans l'unité de test catalytique le catalyseur et en procédant à une étape de sulfuration en passant la charge de test défini ci-dessus à laquelle on a ajouter 2% poids de diméthyldisulfure (DMDS) dans les conditions du test du tableau ci-dessus sauf en ce qui concerne la température qui est de 350 C, la dite température étant maintenue pendant 10 heures. Après cette étape, la température est abaissée à la température du test, 340 C, et la charge pure est

injectée. Cette méthode de sulfuration est dénommée SO.

Les performances catalytiques des catalyseurs testés sont données dans les tableaux 4 et 5 suivant. Elles sont exprimées en activité d'ordre 1, 5. La relation liant l'activité et la conversion (%HDS) est dans ce cas la suivante: Activité = [100/(100-%HDS)]0,5 - 1 Afin de comparer les activités des catalyseurs Nb, dans le tableau 4 on pose que l'activité du catalyseur monométallique nb /alumine sulfuré par la

méthode SO est égale à 1.

TABLEAU 4

Activité des catalyseurs Nb /alumine en hydrodésulfuration de gazole Activité relative Catalyseur Sulfuration Nb CoNb

SO 1 1,5

S1 3,25 8

S2 1,05 1,5

S3 2,72 7,2

Afin de comparer les activités des catalyseurs Ce, dans le tableau 5 on pose que l'activité du catalyseur monométallique Ce/alumine sulfuré par la

méthode SO est égale à 1.

TABLEAU 5

Activité des catalyseurs Ce/alumine en hydrodésulfuration de gazole Activité relative Catalyseur Sulfuration Ce CoCe

SO 1 1,3

S1 2,25 4,15

S2 0,95 1,05

S3 1,93 2,86

On constate dans les tableaux 4 et 5 que les performances des catalyseurs sulfurés par le mélange de poudre de soufre élémentaire et de poudre de carbone S1 donnent des résultats d'activité meilleurs que les catalyseurs sulfurés par le mélange du gazole et du DMDS (SO) ou sulfuré par l'H2S en phase gazeuse (S2). Les catalyseurs sulfurés par la méthode S3, c'est à dire avec la suspension de soufre élémentaire dans le toluène donne également une performance meilleure que SO ou S2. Cet effet pourrait être due à une meilleure dispersion de la phase sulfure formée grâce à la présence dès le début de la sulfuration de la poudre de carbone qui joue un rôle de réducteur doux comparativement à l'hydrogène habituellement employé comme dans les méthodes de sulfuration SO et S2. Le procédé de sulfuration de la présente invention permet donc d'obtenir des catalyseurs sulfurés ayant des propriétés catalytiques améliorées. On observera également que les catalyseurs métalliques voient leur activité améliorée par la présence de l'élément du groupe VIII. La méthode de sulfuration de l'invention permet donc d'obtenir également des phases sulfure multimétalliques supportées sur alumine aux

propriétés catalytiques améliorées.

s18

Claims (15)

REVENDICATIONS

1. Procédé de sulfuration de catalyseurs supportés contenant au moins un élément choisi parmi le groupe IIIB y compris les lanthanides et les actinides, le groupe IVB, le groupe VB, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'on sulfure ledit catalyseur par un mélange contenant au moins une source de soufre élémentaire et au moins une source de carbone sous une atmosphère

autogène ou inerte.

2. Procédé selon la revendication 1 tel que la source de soufre est le soufre élémentaire sous la forme, fleur de soufre, soufre en suspension en milieu

aqueux ou soufre en suspension en milieu organique.

3. Procédé selon l'une des revendications 1 à 2 tel que la source de carbone est

du carbone solide tel que le graphite, le carbone amorphe, le noir de carbone, les carbones obtenus par combustion partielle ou décomposition de composés végétaux ou de composés animaux ou encore d'hydrocarbures

avec un rapport atomique hydrogène/carbone inférieur à 2.

4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3 dans lequel le catalyseur

renferme en outre au moins un métal choisi parmi les métaux du groupe VIB

et du groupe VIII.

5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4 dans lequel le catalyseur

renferme en outre au moins un tamis moléculaire zéolithique ou non zéolithique.

6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5 dans lequel le catalyseur

renferme en outre au moins un élément choisi dans le groupe P. B, Si.

7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6 dans lequel le catalyseur

renferme en outre au moins une source d'anions du groupe VIIA.

8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que

a) on forme un mélange réactionnel en une ou plusieurs fois qui renferme une poudre ou un mélange de poudres contenant au moins un élément choisi parmi le groupe IIIB, le groupe IVB, le groupe VB, et éventuellement au moins un élément du groupe VIII, et éventuellement au moins un élément du groupe VIB et contenant au moins une matrice poreuse, éventuellement au moins un tamis moléculaire zéolithique ou non zéolithique, éventuellement au moins une source d'un élément choisi dans le groupe: P, B, et Si, éventuellement au moins une source d'anions du groupe VIIA et au moins une source de soufre élémentaire et

au moins une source de carbone et éventuellement de l'eau.

b) on maintient le mélange réactionnel obtenu après l'étape a) à une température de chauffage supérieure à 40 C sous une pression

supérieure à 0,01MPa dans un réacteur.

9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8 tel dans lequel on procède à la

sulfuration du mélange réactionnel à une température comprise 60 et 700 C

sous pression autogène.

10. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9 tel que la zone de réaction est à

enceinte fermée avec une pression autogène des gaz produits par les

réactions de réduction et de sulfuration.

11. Procédé selon l'une des revendications 1 à 10 tel que la zone de réaction est

à enceinte fermée, chargée sous une atmosphère d'un gaz inerte.

12. Procédé selon l'une des revendications 1 à 11 tel que la pression autogène

est produite par la génération des produits de réactions tels que CO, CO2,

H20.

13. Procédé selon l'une des revendications 1 à 12 tel que l'on imprègne

préalablement la matrice, en une ou plusieurs étapes, par le sel du métal de transition ou de terre rare, et éventuellement un sel contenant l'élément choisi parmi P,B, et Si et éventuellement l'anion du groupe VIIA, et tel qu'on effectue une étape de séchage intermédiaire du catalyseur à une

température comprise entre 60 et 250 C entre chaque imprégnation.

14. Composés sulfures obtenus selon le procédé d'une des revendications

1 à 13.

15. Utilisation des composés sulfures selon la revendication 14 ou obtenus

selon le procédé décrit dans l'une des revendications 1 à 13 comme

catalyseurs dans un réacteur de raffinage ou d'hydroconversion de charges hydrocarbonées.