FR2785279A1 - Zeolithe euo comprenant des cristaux et des agregats de cristaux de granulometries specifiques et son utilisation comme catalyseur d'isomerisation des c8 aromatiques - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne une zéolithe de type structural EUO comprenant des cristaux de zéolithe EUO de taille inférieure à 5 m, au moins une partie des cristaux de zéolithe EUO étant sous la forme d'agrégats de zéolithe EUO, caractérisée en ce que la granulométrie des agrégats est telle que Dv, 90 est inférieure ou égale à 500 m. L'invention concerne également la préparation de la zéolithe et l'utilisation de la zéolithe comme catalyseur, par exemple dans un procédé d'isomérisation des composés aromatiques à 8 atomes de carbone par molécule.
Description
Domaine technique La présente invention concerne une zéolithe de type
structural EUO, caractérisée en ce qu'elle est présente sous forme d'agrégats de cristaux de zéolithe de granulométrie spécifique. L'invention concerne également l'utilisation de la zéolithe comme catalyseur, plus particulièrement comme catalyseur d'isomérisation des composés aromatiques à 8 atomes de carbone encore
appelés " coupes C8 aromatiques ".
Les zéolithes de type structural EUO comprennent les zéolithes EU-1, TPZ3 et ZSM-50. Ces zéolithes comprennent généralement au moins un élément X choisi parmi le silicium et le germanium et au moins un élément T choisi dans le groupe formé par l'aluminium, le fer, le gallium, le bore, le titane, le vanadium, le zirconium, le molybdène, I'arsenic, I'antimoine, le chrome et le manganèse, de préférence l'aluminium, le gallium, le fer et le bore, le rapport atomique global
X/T étant supérieur ou égal à 5.
L'isomérisation en xylènes de l'éthylbenzène ou d'un mélange de xylènes et d'éthylbenzène nécessite la présence d'une fonction acide et d'un métal du groupe VIII. Le but principal de l'isomérisation des coupes C8 aromatiques est de produire du paraxylène. Ainsi il est intéressant de trouver de nouveaux catalyseurs actifs en conversion d'un mélange de xylènes et d'éthylbenzène et sélectifs, c'est-à-dire pour lesquels les réactions parasites sont minimisées. Ces réactions parasites qui constituent des pertes nettes pour la réaction résultent de l'ouverture de cycles naphténiques suivie ou non de craquage ou encore de réactions de dismutation et de transalkylation des aromatiques en C8 qui
conduisent à la formation d'aromatiques non recherchés.
Art Antérieur Les brevets US 4,723,051, 4,665,258 décrivent des formulations optimisées à base de zéolithes mordénites et d'un métal du groupe VIII qui conduisent à des
catalyseurs avec lesquels les réactions parasites restent non négligeables.
Les demandes de brevet FR 97/16.456 et 97/16.458 décrivent un catalyseur à base de zéolithe EUO caractérisé par une bonne dispersion et une bonne répartition du métal du groupe VIII ainsi que par une bonne résistance mécanique et son utilisation en isomérisation des C8 aromatiques. Ce catalyseur conduit à une relativement bonne sélectivité mais l'activité,
particulièrement en conversion de l'éthylbenzène, est encore à améliorer.
La zéolithe EU-1 de type structural EUO, décrite dans le brevet EP-B1- 42 226, présente un réseau microporeux monodimensionnel, dont le diamètre des pores t10 est de 4,1 x 5,7 À (1 À = 1 Angstrôm = 1.10'1 m) (,, Atlas of Zeolites Structure
types", W.M. Meier et D.H. Oison, 4ème Edition, 1996). D'autre part, N.A.
Briscoe et ai ont enseigné dans un article de la revue Zeolites (1988, 8, 74) que ces canaux monodimensionnels possèdent des poches latérales de profondeur 8,1 À et de diamètre 6,8 x 5,8 A. La taille des cristallites encore appelés cristaux de zéolithe EU-1 est comprise entre 1 et 3 microns et la taille des agrégats est
comprise entre 425 et 1000 microns.
Le brevet US-4 640 829 concerne la zéolithe ZSM-50, qui d'après 1', Atlas of Zeolites Structure types,, W.M. Meier et D.H. Oison, 4ème Edition, 1996, présente le même type structural EUO que la zéolithe EU-1. Ledit brevet présente un mode de synthèse de la ZSM-50 comprenant le mélange d'une source d'ions de métal alcalin, d'ions dibenzyldiméthylammonium, d'oxyde de
silicium, d'eau et d'oxyde d'aluminium.
Le brevet EP-A1-51 318 traite de la zéolithe TPZ-3, qui présente d'après I', Atlas of Zeolites Structure types,, W.M. Meier et D.H. Oison, 4ème Edition, 1996, le même type structural EUO que la zéolithe EU-1. Ce brevet décrit l'utilisation de la zéolithe TPZ-3 comme catalyseur, par exemple pour
l'isomérisation des C8 aromatiques.
Résumé de l'invention La présente invention concerne une zéolithe de type structural EUO comprenant des cristaux de zéolithe EUO de taille inférieure à 5 pm, au moins une partie des cristaux de zéolithe EUO étant sous la forme d'agrégats de zéolithe EUO, caractérisée en ce que lesdits agrégats présentent une granulométrie telle que la valeur de Dv, 90 est inférieure ou égale à 500 pm. L'invention concerne tout
particulièrement la zéolithe EU-1, de type structural EUO.
Intérêt de l'invention La zéolithe EUO, par exemple la zéolithe EU-1 telle que définie selon la présente invention, utilisée comme catalyseur en association avec au moins un liant, au moins un métal choisi parmi les éléments du groupe VIII de la classification périodique des éléments, ledit métal étant déposé de préférence sur le liant, présente des performances catalytiques améliorées en transformations d'hydrocarbures en terme d'activité, comme par exemple en isomérisation des coupes C8 aromatiques, c'est-à-dire de mélanges constitués
de xylènes et éventuellement d'éthylbenzène.
Description
La zéolithe de type structural EUO selon l'invention doit présenter des cristaux et des agrégats de cristaux ayant des caractéristiques spécifiques en terme de taille. La zéolithe de type structural EUO selon l'invention peut être la zéolithe EU-1, la zéolithe TPZ-3 ou la zéolithe ZSM-50. On entend, au sens de la
présente description, par agrégat, un ensemble formé par au moins deux
cristaux de zéolithes ayant au moins un point de contact entre eux.
La taille des agrégats est déterminée par granulométrie à diffraction laser. Cette
mesure est réalisée sur la poudre de zéolithe mise en suspension dans de l'eau.
Après une première mesure, la suspension est soumise à des ultrasons pendant trente secondes puis une nouvelle mesure est réalisée. Les ultrasons utilisés
sont caractérisés par une puissance de 50 W et une fréquence de 50 kHz.
Cette procédure est répétée jusqu'à ce que le résultat ne varie plus (à + 5 %).
La distribution en taille des agrégats définie en volume est calculée à partir des
signaux lumineux collectés par les détecteurs et avec la théorie de Fraunhofer.
On définit Dv,X comme étant le diamètre de la sphère équivalente telle que X%
en volume des agrégats a une taille inférieure audit diamètre, après ultrasons.
Ces caractéristiques seront obtenues directement lors de la synthèse de la zéolithe et/ou par toute méthode permettant de diminuer la taille des agrégats comme par exemple le broyage post-synthèse ou encore un malaxage adéquat avant mise en forme. La zéolithe de type structural EUO selon l'invention, contient au moins un élément X choisi parmi le silicium et le germanium et au moins un élément T choisi dans le groupe formé par l'aluminium, le fer, le gallium, le bore, le titane, le vanadium, le zirconium, le molybdène, I'arsenic, I'antimoine, le chrome et le manganèse, de préférence l'aluminium, le gallium, le fer et le bore, le rapport atomique global X/T étant supérieur ou égal à 5. La zéolithe est caractérisée en ce que la taille des cristaux de zéolithe doit être, bornes comprises, inférieure à pm, de préférence inférieure à 0,5 pm et de manière encore plus préférée inférieure à 0,2 pm, au moins une partie des cristaux de zéolithe étant regroupée sous forme d'agrégats, lesdits agrégats de cristaux présentant une granulométrie telle que la valeur de Dv,90 est inférieure ou égale à 500pm, de manière préférée Dv,90 est inférieure ou égale à 400 pm, de manière plus préférée Dv,90 est inférieure ou égale à 200pm et de manière encore plus
préférée Dv,90 est inférieure ou égale à 50pm.
Selon un premier mode de préparation de la zéolithe EUO selon l'invention, le contrôle de la taille des cristaux de zéolithe et des agrégats de cristaux peut se faire pendant la synthèse et dépend de l'ensemble des processus de cristallisation qui sont contrôlés par les paramètres de synthèse. Parmi ces paramètres, on peut citer la sursaturation (concentration des réactifs), le pH (alcalinité), la force ionique (ajout de sels), I'ajout de germes solides, le profil de
température et les caractéristiques de mélange et d'agitation.
La zéolithe de type structural EUO selon l'invention est obtenue par exemple selon un mode de synthèse comprenant la réaction d'un mélange aqueux avec au moins une source d'au moins un élément X choisi parmi le silicium et le germanium, au moins une source d'au moins un élément T choisi parmi l'aluminium, le fer, le gallium, le bore, le titane, le vanadium, le zirconium, le molybdène, I'arsenic, I'antimoine, le chrome et le manganèse, au moins un composé organique azoté Q choisi parmi les dérivés alkylés de sel polymethylène as-o diammonium, un produit de dégradation d'amine du dérivé, des précurseurs du dérivé, le sel de dibenzyldiméthylammonium et les s précurseurs dudit sel. La réaction du mélange est maintenue jusqu'à cristallisation de la zéolithe. Le dérivé alkylé de sel polymethylène (-co diammonium, utilisé plus particulièrement pour la synthèse de la zéolithe EU-1 est défini par la formule: RlR2R3 N* (CH2)n N* R4R5R6 n étant compris entre 3 et 14 et R, à R6, identiques ou différents, pouvant représenter des radicaux alkyl l0 ou hydroxyalkyl ayant de 1 à 8 atomes de carbone et comportant un ou plusieurs groupes hydroxyl, jusqu'à cinq radicaux R1 à Ri pouvant être de l'hydrogène. Le mélange réactionnel est mis sous agitation. Par exemple, on procède a une agitation du mélange effectuée en appliquant au moins deux vitesses d'agitation sensiblement différentes. De manière préférée, on agite avec une première vitesse d'agitation puis on agite avec une deuxième vitesse d'agitation sensiblement plus élevée que la première vitesse d'agitation. Ainsi par exemple, la deuxième vitesse d'agitation est au moins 5% plus élevée que la première vitesse d'agitation, ou bien au moins 20% plus élevée que la première vitesse d'agitation, ou bien au moins 50% plus élevée que la première vitesse d'agitation. La durée d'agitation pendant laquelle on agite en appliquant la première vitesse d'agitation représente par exemple 90% du temps total
d'agitation ou bien par exemple 95% du temps total d'agitation.
Dans une mise en oeuvre particulière, indépendante ou non de la mise en oeuvre précédente, des germes S d'au moins une zéolithe identique ou différente de la zéolithe EUO peuvent être éventuellement utilisés lors de la synthèse. En général, la taille des particules de germes doit être calibrée entre
0,005 et 500 pm, préférentiellement entre 0,01 et 250 pm.
Ainsi, on pourra utiliser des germes d'au moins une zéolithe par exemple de type structural LTA, LTL, FAU, MOR, MAZ, OFF, FER, ERI, BEA, MFI, MTW, MTT, LEV, TON et NES, IM-5 ou une zéolithe NU-85, NU-86, NU-88, ou une zéolithe de type structural EUO. De préférence, on utilise comme germes des
germes d'au moins une zéolithe de type structural LTA, FAU, MOR, MFI, EUO.
Dans une mise en oeuvre particulière, les germes sont différents de la zéolithe EUO. Ils peuvent être différents de la zéolithe EUO selon l'invention par leur
type structural ou par la composition chimique de leur charpente cristalline.
Les germes S sont introduits directement après leur synthèse ou après avoir subi au moins l'une des étapes choisies parmi les étapes après synthèse suivantes: lavage, séchage, calcination et échange ionique. Les germes peuvent être introduits à n'importe quel moment de la préparation de la zéolithe EUO. Les germes peuvent être introduits en même temps que les précurseurs des oxydes métalliques, le structurant organique, ou les germes peuvent être introduits en premier dans le mélange aqueux ou encore les germes peuvent être introduits après l'introduction des précurseurs des oxydes et du structurant, de préférence, les germes sont introduits après homogénéisation au moins en partie du mélange aqueux contenant les précurseurs des oxydes métalliques et
le structurant.
Dans une autre mise en oeuvre particulière, indépendante ou non des mises en oeuvre précédentes, il peut être avantageux d'ajouter au milieu réactionnel au moins un sel de métal alcalin ou d'ammonium P. On peut citer par exemple des radicaux acides forts tels que du bromure, du chlorure, de l'iodure, du sulfate, du phosphate ou du nitrate, ou des radicaux acides faibles tels que les radicaux acides organiques, par exemple du citrate ou de l'acétate. Ce sel peut accélérer la cristallisation des zéolithes de type structural EUO, par exemple la zéolithe EU-1, à partir du mélange réactionnel et il peut affecter la taille et la forme des
cristaux desdites zéolithes.
Le mélange utilisé dans la synthèse de la zéolithe de type structural EUO a généralement la composition suivante, exprimée sous forme d'oxydes: XO2/T203 au moins 10
OH'/XO2 0,002 à 2,0
Q/XO2 0,002 à 2,0
Q/(M+ + Q) 0,1 à 1,0
H20/X02 1 à 500
P/XO2 0 à 5
S/XO2 0 à 0,1
o X est le silicium et/ou le germanium, T est au moins un élément choisi parmi l'aluminium, le fer, le gallium, le bore, le titane, le vanadium, le zirconium, le molybdène, I'arsenic, I'antimoine, le chrome et le manganèse, M+ représente un métal alcalin ou l'ion ammonium, Q représente le structurant organique, ou les produits de décomposition du dérivé ou les précurseurs du dérivé, S représente les germes de zéolithe exprimés sous la forme séchée, calcinée ou échangée,
P représente le sel de métal alcalin ou d'ammonium.
M+ et/ou Q peuvent être présents sous forme d'hydroxydes ou de sels d'acides
inorganiques ou organiques à la condition que le critère OH'/ XO2 soit satisfait.
Le métal alcalin (M+) préféré est le sodium.
Le mélange de réaction est habituellement mis à réagir sous la pression autogène, éventuellement avec apport d'un gaz, par exemple d'azote, à une température située entre 85 et 250 C jusqu'à ce qu'il se forme des cristaux de la zéolithe de type structural EUO, ce qui peut durer de 1 minute à plusieurs mois suivant la nature et la composition des réactifs, le mode de chauffage et de
mélange, la température de travail et l'agitation.
Au terme de la réaction, la phase solide est collectée sur un filtre et lavée et est alors prête pour les opérations suivantes comme le séchage, la calcination et
l'échange d'ions.
Dans le cas o la préparation du matériau de type structural EUO est la zéolithe EU-1, les dérivés alkylé de polymethylène cú-o diammonium sont, entre autres, les dérivés alkylés d'hexaméthylène a-c diammonium et spécialement les hexaméthylène oa-w diammonium méthylées et encore plus préférentiellement les sels de 1,6-N,N,N,N',N,Nhexaméthylhexaméthylènediammonium, par exemple l'halogénure, I'hydroxyde, le sulfate, le silicate, I'aluminate. Les dérivés alkylés de polyméthylène ca-w diammonium peuvent être obtenus à partir de précurseurs. Des précurseurs appropriés des dérivés alkylés de polyméthylène Oa-w diammonium peuvent être utilisés et sont notamment les diamines apparentées conjointement avec des alcools, des halogénures d'alkyl, ou des alcanediols ou des halogénures d'alcane apparentés conjointement avec des alkylamines, de manière préférée les trialkylamines. Ils peuvent être utilisés tels quels in situ ou peuvent être préchauffés ensemble dans le récipient de réaction de préférence en solution avant l'addition des autres réactifs nécessaires pour
la synthèse de la zéolithe EU-1.
Dans le cas de la préparation de la zéolithe ZSM-50, le structurant organique Q peut être un sel de dibenzyldiméthylammonium tel l'halogénure, I'hydroxyde, le sulfate, le silicate, I'aluminate. Les sels de dibenzyldiméthylammonium peuvent être obtenus à partir de précurseurs. Les précurseurs appropriés sont la benzyldiméthylamine et l'halogénure de benzyl ou l'alcool benzylique. Ils peuvent être utilisés tels quels in situ ou peuvent être préchauffés ensemble dans le récipient de réaction de préférence en solution avant l'addition des
autres réactifs nécessaires pour la synthèse de la zéolithe ZSM-50.
L'élément préféré X est le silicium, l'élément T préféré est l'aluminium.
La source de silicium peut être l'une quelconque de celles dont l'utilisation est normalement envisagée pour la synthèse des zéolithes, par exemple la silice
solide en poudre, I'acide silicique, la silice colloïdale ou la silice en solution.
Parmi les silices en poudre utilisables, il convient de citer les silices précipitées, spécialement celles obtenues par précipitation à partir d'une solution d'un
silicate de métal alcalin, comme les ZEOSIL ou TIXOSIL produites par Rhône-
Poulenc, les silices pyrogénées telles que les aerosils produites par Degussa et les Cabosil produites par Cabot et les gels de silice. Des silices colloïdales de diverses granulométries peuvent être utilisées, comme celles vendues sous les marques déposées << LUDOX " de Dupont, et < SYTON, de Monsanto. Les silices dissoutes utilisables sont notamment les verres solubles ou silicates commercialisés contenant: 0,5 à 6,0 et spécialement 2,0 à 4,0 moles de SiO2 par mole d'oxyde de métal alcalin et les silicates obtenus par dissolution de silice dans un hydroxyde de métal alcalin, un hydroxyde d'ammonium
quaternaire ou un mélange de ceux-ci.
La source d'aluminium est le plus avantageusement l'aluminate de sodium, mais peut aussi être l'aluminium, un sel d'aluminium, par exemple le chlorure, le nitrate ou le sulfate, un alcoolate d'aluminium ou l'alumine elle-même qui devrait de préférence se trouver sous une forme hydratée ou hydratable comme l'alumine colloïdale, la pseudoboehmite, la boehmite, I'alumine gamma, ou le
trihydrate alpha ou bêta.
On peut utiliser des mélanges des sources citées ci-dessus. Des sources combinées de silicium et d'aluminium peuvent aussi être mises en oeuvre telles
que les silice-alumines amorphes ou certaines argiles.
Afin d'obtenir la forme hydrogène de la zéolithe de structure EUO selon l'invention, on peut effectuer un échange d'ions avec un acide, spécialement un acide minéral fort comme l'acide chlorhydrique, sulfurique ou nitrique, ou un composé d'ammonium comme un sel d'ammonium tel que le chlorure, le sulfate ou le nitrate d'ammonium. L'échange d'ions peut être effectué par dilution en une ou plusieurs fois avec la solution d'échange d'ions. La zéolithe est habituellement calcinée avant ou après l'échange d'ions, de préférence avant afin d'éliminer toute substance organique adsorbée, dans la mesure o
l'échange d'ions s'en trouve facilité.
Dans un autre mode de préparation de la zéolithe selon l'invention, indépendant ou non des modes de préparation précédents, la zéolithe selon l'invention est obtenue par broyage réalisé post-synthèse. Ce broyage est effectué sur une zéolithe présentant un Dv,90 des agrégats supérieur à 500im. Toute technique de broyage connue de l'homme du métier convient. Ce broyage peut être effectué sur la zéolithe brute de synthèse, après calcination ou après échange cationique, de manière préférée il sera réalisé sur la zéolithe calcinée et échangée, en voie sèche ou humide à la condition que le broyage n'affecte pas
la cristallinité de la zéolithe.
Dans un autre mode de préparation de la zéolithe selon l'invention, indépendant ou non des modes de réalisation précédents, le contrôle de la taille des agrégats de cristaux peut encore être obtenu par l'adaptation des conditions de
malaxage avant mise en forme.
L'invention concerne également un catalyseur comprenant une zéolithe EUO caractérisée par des granulométries de ses cristaux et de ses agrégats de cristaux telles que les cristaux de zéolithe EUO ont une taille inférieure à 5 pm, au moins une partie desdits cristaux de zéolithe étant regroupés sous forme d'agrégats tels que les agrégats présentent une valeur de Dv,90 inférieure ou
égale à 500 pm.
Le catalyseur, mis en forme, contient: * au moins une zéolithe de structure EUO, par exemple la zéolithe EU-1, caractérisée par des granulométries de ses cristaux et de ses agrégats de cristaux telles que les cristaux de zéolithe EUO ont une taille inférieure à 5 pm, de préférence inférieure à 0,5 pm et de manière encore plus préférée inférieure à 0,2 pm, et les agrégats de cristaux doivent présenter une granulométrie telle que Dv,90 < 500pm, de manière préférée Dv,90 < 400 pm, de manière plus préférée Dv,90 < 200pm et de manière encore plus
préférée Dv,90 < 50pm.
1! * au moins un métal du groupe VIII de la classification périodique des éléments, Handbook of Physics and Chemistry, 76ème édition, choisi de préférence dans le groupe constitué par le palladium et le platine et de manière encore plus préférée le platine, * au moins un liant, de préférence l'alumine, * éventuellement au moins un élément appartenant au groupe formé par les éléments des groupes lB, IIB, IIIA, IVA, VIB et VIIB de la classification périodique des éléments, de préférence l'étain ou l'indium, * éventuellement du soufre, De manière plus précise, le catalyseur comprend généralement par rapport au poids de catalyseur: * de 1 à 90 % bornes incluses, de préférence de 3 à 60 % bornes incluses et de manière encore plus préférée de 4 à 40 % bornes incluses en poids, d'au moins une zéolithe de structure EUO dont les cristaux et les agrégats de cristaux présentent les granulométries décrites dans la présente invention, la zéolithe comprenant au moins un élément X choisi parmi le germanium et le silicium et au moins un élément T choisi dans le groupe formé par I'aluminium, le fer, le gallium, le bore, le titane, le vanadium, le zirconium, le molybdène, l'arsenic, I'antimoine, le chrome et le manganèse, de préférence
l'aluminium et le bore, dont le rapport atomique X/T est supérieur ou égal à 5.
* de 0,01 à 10% bornes incluses, de préférence de 0,01 à 2 % bornes incluses et de manière encore plus préférée de 0,05 à 1,0 % bornes incluses en poids, d'au moins un métal du groupe VIII de la classification périodique des éléments, de préférence choisi dans le groupe formé par le platine et le palladium et de manière encore plus préférée le platine, * éventuellement de 0,01 à 10 % bornes incluses, de préférence de 0,01 à 2% bornes incluses et de manière encore plus préférée entre 0,05 et 1,0 % bornes incluses en poids, d'au moins un élément du groupe formé par les groupes lB, IIB, IIIA, IVA, VIB et VIIB de la classification périodique des éléments, de préférence choisi dans le groupe formé par l'étain et l'indium, * éventuellement du soufre dont la teneur est telle que le rapport du nombre d'atomes de soufre sur le nombre d'atomes de métal du groupe VIII déposés est compris entre 0,5 et 2 bornes incluses, * le complément à 100 % en poids d'au moins un liant, de préférence de lI'alumine. Toute méthode de mise forme convient pour le présent catalyseur. On pourra utiliser, par exemple, le pastillage ou l'extrusion. Le catalyseur peut également
se présenter sous forme de billes.
La mise en forme du catalyseur selon l'invention est généralement telle que le catalyseur est de préférence sous forme d'extrudés ou de billes en vue de son utilisation. Les conditions de cette opération sont ajustées de manière à ce que la taille des agrégats de zéolithe EUO présente une granulométrie telle que
Dv,90 < 500pm.
Toute zéolithe de type structural EUO connue de l'homme du métier et présentant les critères de granulométrie de la présente invention peut être utilisée dans le catalyseur. Ainsi par exemple, la zéolithe utilisée comme base pour préparer ledit catalyseur peut être la zéolithe EU-1 brute de synthèse ayant les spécificités requises concernant le rapport X/T. La zéolithe utilisée peut aussi être la ZSM- 50 ou la TPZ-3. On pourra procéder généralement à une calcination, puis à au moins un échange ionique dans au moins une solution de NH4NO3 de manière à obtenir une zéolithe dont la teneur en sodium résiduel
est plus ou moins importante.
La zéolithe de type structural EUO, par exemple la zéolithe EU-1, comprise dans le catalyseur selon l'invention, est au moins en partie, de préférence pratiquement totalement, sous forme acide, c'est-à-dire sous forme hydrogène (H+), la teneur en sodium étant de préférence telle que le rapport atomique Na/T est inférieur à 0,5, de préférence inférieur à 0,1, de manière encore plus
préférée inférieur à 0,02.
Le liant (ou matrice) compris dans le catalyseur utilisé dans la présente invention consiste généralement en au moins un élément choisi dans le groupe formé par les argiles, la magnésie, les alumines, les silices, I'oxyde de titane, l'oxyde de bore, la zircone, les phosphates d'aluminium, les phosphates de titane, les phosphates de zirconium et les silices alumines. On peut aussi utiliser
du charbon. De préférence le liant est une alumine.
Les métaux peuvent être introduits soit tous de la même façon soit par des techniques différentes, à tout moment de la préparation, avant ou après mise en forme et dans n'importe quel ordre. De plus, des traitements intermédiaires tels o10 que par exemple une calcination et/ou une réduction peuvent être appliqués
entre les dépôts des différents métaux.
La préparation du catalyseur pourra être effectuée par toute méthode connue de l'homme du métier. Au moins un élément du groupe VIII est introduit dans la
zéolithe ou sur le liant, de préférence sur le liant avant ou après mise en forme.
Une méthode préférée consiste à réaliser un mélange de la matrice et de la zéolithe suivie d'une mise en forme. La mise en forme est généralement suivie d'une calcination, généralement à une température comprise entre 250 C et 600 C bornes incluses. Au moins un élément du groupe VIII de la classification périodique des éléments est introduit après cette calcination, de préférence par dépôt sélectif sur le liant. Lesdits éléments sont déposés pratiquement à plus de % bornes incluses totalement sur le liant de la manière connue de l'homme du métier par contrôle des paramètres utilisés lors dudit dépôt, comme par
exemple la nature du précurseur utilisé pour effectuer ledit dépôt.
Au moins un élément du groupe VIII est déposé de manière préférée sur le mélange zéolithe-liant préalablement mis en forme par tout procédé connu de l'homme du métier. Un tel dépôt est par exemple effectué par la technique d'imprégnation à sec, d'imprégnation par excès ou d'échange ionique. Tous les précurseurs conviennent pour le dépôt de ces éléments. De préférence, on mettra en oeuvre un échange anionique avec de l'acide hexachloroplatinique et/ou de l'acide hexachloropalladique en présence d'un agent compétiteur, par exemple l'acide chlorhydrique. Dans ce cas, le métal est pratiquement à plus de % déposé totalement sur le liant et il présente une bonne dispersion et une bonne répartition macroscopique à travers le grain de catalyseur ce qui
constitue une méthode préférée de préparation.
Par exemple, une des méthodes de préparation du catalyseur, utilisée dans la présente invention consiste à malaxer la zéolithe dans un gel humide de matrice (obtenu généralement par mélange d'au moins un acide et d'une poudre de matrice), par exemple l'alumine, pendant une durée nécessaire àl'obtention d'une bonne homogénéité de la pâte ainsi obtenue, soit par exemple pendant une dizaine de minutes, puis à passer la pâte à travers une filière pour former des extrudés. Puis après séchage, par exemple pendant quelques heures à environ 120 C en étuve et après calcination, par exemple pendant deux heures à environ 500 C, au moins un élément, par exemple le platine, est déposé, par exemple par échange anionique avec de l'acide hexachloroplatinique en présence d'un agent compétiteur (par exemple l'acide chlorhydrique), ledit dépôt étant suivi d'une calcination par exemple pendant environ 2 heures à environ
5000C.
Eventuellement, au moins un élément appartenant au groupe formé par les éléments des groupes lB, IIB, IIIA, IVA, VIB et VIIB est ajouté. On peut ajouter les éléments du groupe VIII et des groupes lB, [iB, IIIA, IVA, VIB et VIIB soit séparément à n'importe quelle étape de la préparation dudit catalyseur soit simultanément dans au moins une étape unitaire. Lorsqu'un élément au moins des groupes lB, IIB, IIIA, IVA, VIB et VIIB est ajouté séparément, il est préférable qu'il soit ajouté préalablement à l'élément du groupe VIII. Toutes les techniques
de dépôt connues de l'homme du métier et tous les précurseurs conviennent.
Le platine est généralement introduit dans la matrice sous forme d'acide hexachloroplatinique, mais pour tout métal noble peuvent être également utilisés des composés ammoniaques avec dans ce cas dépôt du métal noble dans la zéolithe, ou peuvent être utilisés des composés tels que par exemple le chloroplatinate d'ammonium, le dichlorure de platine dicarbonyle, I'acide
hexahydroxyplatinique, le chlorure de palladium, le nitrate de palladium.
On peut également citer par exemple les sels de platine Il tétramines de formule Pt(NH3)4X2, les sels de platine IV hexamines de formule Pt(NH3)6X4; les sels de platine IV halogénopentamines de formule (PtX(NH3)5)X3; les sels de platine IV tétrahalogénodiamines de formule PtX4(NH3)2; les complexes de platine avec les halogènes-polycétones et les composés halogénés de formule H(Pt(acac)2X); X étant un halogène choisi dans le groupe formé par le chlore, le fluor, le brome et l'iode, et de préférence X étant le chlore, et acac
représentant le groupe C5H702 dérivé de l'acétylacétone.
o10 L'introduction du métal noble de la famille du platine est de préférence effectuée par imprégnation à l'aide d'une solution aqueuse ou organique de l'un des composés organométalliques cités ci-dessus. Parmi les solvants organiques utilisables, on peut citer les hydrocarbures paraffiniques, naphténiques ou aromatiques contenant de 4 à 12 atomes de carbone, et les composés organiques halogénés ayant par exemple de 1 à 12 atomes de carbone par molécule. On peut citer par exemple le n- heptane, le méthylcyclohexane, le
toluène et le chloroforme. On peut aussi utiliser les mélanges de solvants.
L'élément additionnel, éventuellement introduit en plus, choisi dans le groupe formé par les éléments des groupes lB, IIB, IIIA, IVA, VIB et VIIB, peut être introduit par l'intermédiaire de composés tels que par exemple les chlorures, les bromures et les nitrates, les alkyls d'éléments des groupes lB, IIB, IIIA, IVA, VIB et VIIB, soit par exemple l'étain et l'indium, les alkyl étain, le nitrate et le chlorure d'indium. Cet élément peut également être introduit sous la forme d'au moins un composé organique choisi dans le groupe constitué par les complexes dudit élément, en particulier les complexes polycétoniques du métal et les hydrocarbylmétaux tels que les alkyles, les cycloalkyles, les aryles, les alkylaryles métaux. Dans ce dernier cas, I'introduction du métal est avantageusement effectuée à l'aide d'une solution du composé organométallique dudit métal dans un solvant organique. On peut également employer des composés organohalogénés du métal. Comme composés du métal, on peut citer en particulier le tétrabutylétain
dans le cas de l'étain, et le triphénylindium dans le cas de l'indium.
Le solvant d'imprégnation est choisi dans le groupe constitué par les hydrocarbures paraffiniques, naphténiques ou aromatiques contenant de 4 à 12 atomes de carbone par molécule et les composés organiques halogénés contenant de 1 à 12 atomes de carbone par molécule. On peut citer par exemple le n-heptane, le méthylcyclohexane et le chloroforme. On peut aussi
utiliser des mélanges des solvants définis ci-dessus.
Le métal additionnel peut être éventuellement introduit à tout moment de la préparation, de préférence préalablement au dépôt d'un ou plusieurs métaux du groupe VIII. Si ce métal est introduit avant le métal noble, le composé du métal utilisé est généralement choisi dans le groupe constitué par l'halogénure, le nitrate, I'acétate, le tartrate, le carbonate et l'oxalate du métal. L'introduction est alors avantageusement effectuée en solution aqueuse. Mais il peut également être introduit à l'aide d'une solution d'un composé organométallique du métal par exemple le tétrabutylétain. Dans ce cas, avant de procéder à l'introduction
d'au moins un métal noble, on procède à une calcination sous air.
La préparation du catalyseur comprend généralement une calcination, habituellement à une température comprise entre environ 250 C et 600 C bornes incluses, pour une durée d'environ 0,5 à 10 heures, de préférence précédée d'un séchage, par exemple à l'étuve, à une température comprise
entre la température ambiante et 250 C, de préférence entre 40 et 200 C.
Ladite étape de séchage est de préférence menée pendant la montée en
température nécessaire pour effectuer ladite calcination.
Dans le cas o le catalyseur de la présente invention contient du soufre, le soufre est introduit sur le catalyseur mis en forme, calciné, contenant le ou les
métaux cités précédemment, soit in-situ avant la réaction catalytique, soit ex-
situ. La sulfuration éventuelle intervient après la réduction. Dans le cas d'une sulfuration in situ, la réduction, si le catalyseur n'a pas été préalablement réduit, intervient avant la sulfuration. Dans le cas d'une sulfuration ex-situ, on effectue la réduction puis la sulfuration. La sulfuration s'effectue en présence d'hydrogène en utilisant tout agent sulfurant bien connu de l'homme de métier, tel que par exemple le sulfure de diméthyle ou le sulfure d'hydrogène. Par exemple, le catalyseur est traité avec une charge contenant du sulfure de diméthyle en présence d'hydrogène, avec une concentration telle que le rapport atomique soufre/métal soit de 1,5. Le catalyseur est ensuite maintenu pendant environ 3 heures à environ 400 C sous débit d'hydrogène avant l'injection de la charge. Le catalyseur de la présente invention est mis en oeuvre dans les réactions d'isomérisation d'une coupe C8 aromatique, comprenant par exemple soit un mélange de xylène(s), soit de l'éthylbenzène, soit un mélange de xylène(s) et d'éthylbenzène. Ledit procédé est mis en oeuvre généralement selon les conditions opératoires suivantes: * une température comprise entre 300 C et 500 C bornes incluses, de préférence entre 320 0C et 450 C bornes incluses et de manière encore plus préférée entre 340 C et 430 0C bornes incluses, * une pression partielle d'hydrogène comprise entre 0,3 et 1,5 MPa bornes incluses, de préférence entre 0,4 et 1,2 MPa bornes incluses et de manière encore préférée entre 0,6 et 1,2 MPa bornes incluses, * une pression totale comprise entre 0,45 et 1,9 MPa bornes incluses, de préférence entre 0,6 et 1,5 MPa bornes incluses, * une vitesse spatiale d'alimentation, exprimée en kilogramme de charge introduite par kilogramme de catalyseur et par heure, comprise entre 0,25 et h-' bornes incluses, de préférence entre 1 et 25 h-' bornes incluses, et de
manière encore plus préférée entre 2 et 15 h-' bornes incluses.
Les exemples suivants illustrent l'invention Exemples 1 et 2 (comparatifs): Zéolithes EU-1 de différents rapports Si/AI et de granulométries d'agrégats de cristaux non conformes à l'invention et
catalyseurs contenant ces zéolithes.
Les zéolithes EU-1 Zl et Z2 brutes de synthèse, comprenant le structurant organique, du silicium et de l'aluminium, ont, respectivement, un rapport atomique Si/AI global égal à 14,2 et 36,1, des tailles de cristaux comprises entre et 30 nm et entre 30 et 50 nm et une teneur pondérale en sodium par rapport
au poids en zéolithe EU-1 sèche d'environ 0,85 % et 0,5 %.
Ces zéolithes EU-1 subissent tout d'abord une calcination dite sèche à 550 C sous flux d'air (1 I/g/h) durant 6 heures. Puis les solides obtenus sont soumis à trois échanges ioniques dans une solution de NH4NO3 1ON, à environ 100 C pendant 4 heures pour chaque échange et avec un rapport volume de solution
sur masse de zéolithe sèche de 10 cm3/g.
o10 A l'issue de ces traitements, les zéolithes EU-1, Zl' et Z2' sous forme NH4, ont, respectivement, un rapport Si/AI atomique global égal à 15,6 et 36,1 et une teneur pondérale en sodium par rapport au poids de zéolithe EU-1 sèche de 55
ppm et 80 ppm.
Dans le cas de la zéolithe Zl', la mesure par granulométrie laser conduit, avant ultrasons, à Dv,90 = 905 pm et après 15,5 min cumulées d'ultrasons à Dv,90 =
580 pm.
Dans le cas de la zéolithe Z2', on obtient par cette technique, avant ultrasons,
Dv,90 = 715 pm et après 15,5 min cumulées d'ultrasons Dv,90 = 565 pm.
Les zéolithes EU-1 sont ensuite mises en forme par extrusion avec un gel d'alumine de manière à obtenir, après séchage et calcination sous air sec, des supports Sl et S2 constitués d'extrudés de 1,4 mm de diamètre, qui contiennent
en poids 10 % de zéolithe EU-1 sous forme H et 90 % d'alumine.
Les supports Sl et S2 ainsi obtenus sont soumis à des échanges anioniques avec de l'acide hexachloroplatinique en présence d'un agent compétiteur (acide chlorhydrique), de manière à déposer 0,3 % poids de platine par rapport au catalyseur. Les solides humides sont ensuite séchés à 120 C pendant 12 heures et calcinés sous un débit d'air sec à la température de 500 C pendant
une heure.
Les catalyseurs A et B ainsi obtenus contiennent en poids, 10,0 % de zéolithe
EU-1 forme hydrogène, 89,7 % d'alumine et 0,3 % de platine.
Exemples 3 et 4 (invention): Zéolithes EU-1 de différents rapport Si/AI d'une granulométrie conforme à l'invention obtenues par broyage des zéolithes ZI' et
Z2' et catalyseurs correspondants.
On utilise les zéolithes EU-1, Zl' et Z2', décrites dans l'exemple précédent.
Avant extrusion, on intercale une étape de broyage à sec conduisant aux zéolithes référencées Z3 et Z4. Les diagrammes de diffraction des rayons X montrent que le taux de cristallinité des zeolithes n'est pas modifié lors de l'étape de broyage et la microscopie MEB révèle que les cristaux n'ont pas été
altérés (taille comprise entre 20-50 nm).
i5 Les mesures par granulométrie laser conduisent pour Z3 à Dv,90 = 56, 4 pm avant ultrasons, et Dv,90 = 45,9 pm après 3,5 min d'ultrasons; et dans le cas de Z4 à Dv,90 = 11,0 pm avant ultrasons, et Dv,90 = 10,6 pm après 0,5 min d'ultrasons. Ces zéolithes EU-1 sont ensuite mises en forme par extrusion comme cela a
déjà été décrit dans l'exemple précédent.
Les supports S3 et S4 ainsi obtenus sont utilisés pour la préparation des catalyseurs C et D par les mêmes méthodes que celles utilisées dans le cas des catalyseurs A et B. Les catalyseurs C et D ainsi obtenus contiennent en poids, 10,0 % de zéolithe
EU-1 forme hydrogène, 89,7 % d'alumine et 0,3 % de platine.
Exemples 5 et 6 (invention): Zéolithes EU-1 de différents rapports Si/AI, de granulométries d'agrégats de cristaux conformes à l'invention obtenues lors de
la synthèse et catalyseurs correspondants.
On prépare la solution 1 composée de silicium et de structurant en diluant le bromure d'hexaméthonium (Fluka, 97 %) dans 80 % de l'eau nécessaire à la formation du gel puis en ajoutant le sol de silice colloïdal (Ludox HS40, Dupont, % SiO2). On dissout ensuite l'hydroxyde de sodium solide (Prolabo, 99 %) et I'aluminate de sodium solide (Prolabo, 46% A1203, 33% Na20) dans 10 % de l'eau nécessaire à la formation du gel pour former la solution 2. On ajoute la solution 2 dans la solution 1 sous agitation puis le restant d'eau (10 %). On mélange jusqu'à homogénéisation. On fait réagir le mélange résultant dans un autoclave de 1000 ml sous agitation à 300 tours/minute pendant 120 heures puis sous agitation à 450 tours/minute pendant 5 heures (exemple 5) et sous agitation à 300 tours minute pendant 92 h puis sous agitation à 450
tours/minute pendant 4 heures (exemple 6) à 180 C sous la pression autogène.
Après refroidissement, on filtre le produit et on le lave avec 3,5 litre d'eau déminéralisée puis on le sèche en étuve ventilée à 120 C. Les compositions molaires des mélanges de synthèse et les quantités de réactifs introduites sont reportées dans les tableaux 1 et 2:
Tableau 1
exemples 5 (Si/AI=15) 6 (Si/AI=40) SiO2 (mol) 420 420 A1203 (mol) 14 5,25 Na2O (mol) 70 52,5 HxBr2 (mol) 140 140 H2O (mol) 19600 19600 Hx Br2 = bromure d'hexaméthonium = Me3 N (CH2)6 N Me3:+ (Br')2
Tableau 2
exemples 5 (Si/AI=15) 6 (Si/AI=40) silice colloïdale (g) 101,5 102,0 aluminate de sodium (g) 5,0 1,9 soude (g) 6,9 6,0 HxBr2 (g) 84,2 84,5 eau (g) 502,4 505, 6 Hx Br2= bromure d'hexaméthonium = Me3 N (CH2)6 N Me32+ (B)2 Les résultats de diffraction des rayons X et d'analyses chimiques montrent que l'on obtient, dans ces conditions, les zéolithes Z5 et Z6 (EU-1 pures et avec un
rendement maximal).
Ces zéolithes EU-1 brutes de synthèse, Z5 et Z6, comprenant le structurant organique, du silicium et de l'aluminium, ont respectivement un rapport atomique Si/AI global égal à 13,8 et 37,2, des tailles de cristaux comprises entre et 100 nm et entre 30 et 50 nm et une teneur pondérale en sodium par
rapport au poids en zéolithe EU-1 sèche d'environ 1,0 % et 0,3 %.
La mesure par granulométrie laser conduit, pour la zéolithe EU-1 de rapport Si/AI de 13,8, avant ultrasons, à Dv,90 = 16,8 pm et après 0,5 min cumulées d'ultrasons à Dv,90 = 16,4 pm; et pour la zéolithe EU-1 de rapport Si/AI de 37,2, avant ultrasons, à Dv,90 = 25,6 pm et après 0,5 min cumulées d'ultrasons
à Dv,90 = 25,5 pm.
Les zéolithes EU-1, Z5 et Z6, subissent tout d'abord une calcination dite sèche à 550 C sous flux d'air (1 I/g/h) durant 6 heures. Puis les solides obtenus sont soumis à trois échanges ioniques dans une solution de NH4NO3 1 ON, à environ 100 C pendant 4 heures pour chaque échange et avec un rapport volume de
solution sur masse de zéolithe sèche de 10 cm3/g.
A l'issue de ces traitements, les zéolithes EU-1 sous forme NH4, référencées Z5' et Z6', ont respectivement un rapport Si/AI atomique global égal à 14,8 et 37,3, une teneur pondérale en sodium par rapport au poids de zéolithe EU-1
sèche de 49 ppm et 65 ppm.
La mesure par granulométrie laser conduit, pour Z5', avant ultrasons, à Dv,90 = 16,3 pm et après 0,5 min cumulées d'ultrasons à Dv,90 = 16,1 pm; et pour Z6', avant ultrasons, à Dv,90 = 25,2 pm et après 0,5 min cumulées d'ultrasons à
Dv,90 = 25,1 pm.
Ces zéolithes sont ensuite mises en forme dans les mêmes proportions et selon la méthode déjà décrite précédemment de manière à obtenir les supports S5 et S6. Les catalyseurs E et F obtenus à partir des supports S5 et S6, selon les méthodes déjà décrites dans les exemples 1 et 2, contiennent en poids, 10,0 %
de zéolithe EU-1 forme hydrogène, 89,7 % d'alumine et 0,3 % de platine.
Exemples 7 à 11 (invention): Zéolithes EU-1 de différents rapports Si/AI, de granulométries d'agrégats de cristaux conformes à l'invention obtenues lors de la synthèse en présence de germes (7 et 8), de précurseurs du structurant (9)
ou de germes et de précurseurs de structurant (10 et 11).
On prépare la solution 1 composée de silicium et de structurant en diluant le bromure d'hexaméthonium (Fluka, 97 %) ou les deux précurseurs (dibromohexane et triméthylamine) dans 80 % de l'eau nécessaire à la formation du gel puis en ajoutant le sol de silice colloïdal (Ludox HS40, Dupont, % SiO2). On dissout ensuite l'hydroxyde de sodium solide (Prolabo, 99 %) et l'aluminate de sodium solide (Prolabo, 46% A1203, 33% Na20) dans 10 % de I'eau nécessaire à la formation du gel pour former la solution 2. On ajoute la solution 2 dans la solution 1 sous agitation puis le restant d'eau (10 %). On mélange jusqu'à homogénéisation et les germes de zéolithe EU-1, s'ils sont utilisés, sont introduits à ce stade. On fait réagir le mélange résultant dans un autoclave de 125 ml sous agitation à 180 C sous la pression autogène. Après refroidissement, on filtre le produit et on le lave avec 0,5 litre d'eau déminéralisée puis on le sèche en étuve ventilée à 120 C. Les compositions molaire des mélanges de synthèse et les quantités de réactifs introduites sont reportées dans les tableaux 3 et 4:
Tableau 3
exemples 7 8 9 10 11 Si/AI=15 Si/AI=40 Si/AI=15 Si/AI=l 5 Si/AI=40 SiO2 (mol) 60 60 60 60 60 A1203 (mol) 2 0, 75 2 2 0,75 Na2O (mol) 10 10 10 10 10 HxBr2 (mol) 20 20 0 0 0 DBH (mol) 0 0 20 20 20 TMA (mol) 0 0 40 40 40 H20 (mol) 2800 2800 2800 2800 2800 EU- 1/ SiO2 (g/g) 0,04 0,04 0 0,04 0,04 Hx Br2 = bromure d'hexaméthonium = Me3 N (CH2)6 N Me32+ (Br')2 DBH = dibromohexane TMA = triméthylamine
Tableau 4
exemples 7 8 9 10 11 Si/AI=15 Si/AI=40 SiIAI=15 Si/AI=15 Si/AI=40 silice colloïdale (g) 14,50 14,53 14,50 14,50 14,53 aluminate de sodium (g) 0, 72 0,27 0,72 0,72 0,27 soude (g) 0,99 1,18 0,99 0,99 1,18 HxBr2 (g) 12,03 12,05 0 0 0 DBH (g) 0 0 8,02 8,02 8,04 TMA (g) 0 0 8, 45 8,45 8,47 eau (g) 71,77 71,97 67,33 67,33 67,52 germes EU-1 (g) 0,23 0,23 0 0,23 0,23 Hx Br2 = bromure d'hexaméthonium = Me3 N (CH2)6 N Me32+ (Br')2 DBH = dibromohexane TMA = triméthylamine Les temps de synthèse utilisés sont présentés dans le tableau 5 (EU-1 pures et avec un rendement maximal). Les analyses chimiques et les résultats obtenus
par diffraction laser sont également donnés dans le tableau 5.
Tableau 5
exemples 7 8 9 10 1 1 Si/AI=15 Si/AI=40 Si/AI=15 Si/AI=15 Si/AI=40 temps (h) 96 72 110 85 65 Si/AI (FX) 13,4 36, 9 14,4 14,2 34,6 Dv,90 sans US 18,0 28,1 21,2 32,2 25,3 Dv,90 avec US 17,3 22,5 19,4 26,8 22,8 US ultra-sons Par ailleurs la microscopie MEB révèle que les cristaux de zéolithe EU-1 ainsi
obtenus ont une taille comprise entre 20 et 100 nm.
L'analyse des résultats montre que ces différentes méthodes de synthèse, avec germes, avec précurseurs du structurant ou avec germes et précurseurs du structurant conduisent toutes à des solides présentant des critères de
granulométrie conformes à l'invention.
Exemple 12: Performances catalytiques comparées des exemples comparatifs
et selon l'invention en isomérisation d'une coupe C8 aromatique.
Les performances catalytiques des six catalyseurs A à F ont été évaluées dans
l'isomérisation d'une coupe C8 aromatique contenant principalement du méta-
xylène, de l'ortho-xylène et de l'éthylbenzène. Les tests sont effectués sur 5 9 de catalyseur sans recyclage d'hydrogène. Les conditions opératoires sont les suivantes: - température: 390 0C, - pression totale: 15 bar (1 bar = 0,1 MPa)
- pression partielle d'hydrogène: 12 bar.
Les catalyseurs sont préalablement traités avec une charge contenant du disulfure de diméthyle (DMDS) en présence d'hydrogène, avec une concentration telle que le rapport atomique soufre/métal soit de 1,5. Le catalyseur est ensuite maintenu pendant 3 heures à 400 C sous débit
d'hydrogène puis la charge est injectée.
Les catalyseurs ont été comparés en terme d'activité (par l'approche à l'équilibre du para-xylène et par la conversion de l'éthylbenzène), et en terme de
sélectivité par les pertes nettes à iso-approche à l'équilibre du paraxylène.
Les réactions parasites conduisent à trois types de pertes: les pertes vers les paraffines résultant essentiellement de réactions d'ouverture de cycles naphténiques suivies de craquage, les pertes vers les aromatiques formés par réactions de dismutation et de transalkylation des aromatiques à 8 atomes de C (AC8), et enfin les pertes vers les naphtènes dont les naphtènes à 8 atomes de carbone (N8) dus à l'hydrogénation des aromatiques. Les N8 pouvant être recyclés, on comparera les pertes nettes correspondant à la somme des pertes par craquage et par dismutation/transalkylation incluant les naphtènes autres
que N8.
Pour le calcul d'approche à l'équilibre (AEQ), les concentrations en para-xylène
(%pX) sont exprimées par rapport aux trois isomères xylènes.
L' approche à l'équilibre (AEQ) est définie de la manière suivante: pX AEQ (%) = 100 x (%pXeffluent - %pXcharge) / (%pXéquilibre - %pXcharge) Les pertes par craquage (P1) sont des pertes en AC8 sous forme de paraffines (PAR) de Cl à C8: P1(%poids) = 100 X [(%PARe.l,,uen.txpOids d'effluent) (%PARcha.,gexpoids de charge)] / (%AC8chargexpoids de charge) Les pertes par dismutation/transalkylation (P2) sont des pertes en AC8 sous forme de naphtènes autres que NS, de toluène, de benzène et de C9+ aromatiques (OAN): P2(%poids) = 100 X [(%OANef,,,uentxpOids d'effluent) (%OANchargexpoids de charge)] / (%AC8chargexpoids de charge)
La somme des pertes P1 et P2 représente les pertes nettes.
Les données présentées dans le tableau 6 ont été obtenues à isoconditions
expérimentales et permettent de comparer les catalyseurs en terme d'activité.
Tableau 6
Catalyseur A B C D E F (comparatif) (comparatif pX AEQ (%) 98,4 95,9 98,5 96,3 98,3 96,5 conversion EB (%) 56,2 46,5 59,1 48,4 59,4 48,6 On constate d'après les résultats du tableau 6 que les catalyseurs présentant la granulométrie requise (C, D, E et F) présentent une activité nettement améliorée en terme de conversion de l'éthylbenzène par rapport aux catalyseurs de l'art antérieur (A et B) pour un rapport Si/AI équivalent. La méthode d'obtention de la granulométrie requise n'influe pas sur le résultat catalytique puisque les catalyseurs C et D (utilisation du broyage) et E et F (méthode de synthèse
adaptée) sont équivalents à même rapport Si/AI.
Par ailleurs, ces catalyseurs ont été comparés en terme de sélectivité à iso pX AEQ en faisant varier les débits massiques de charge. Ces résultats sont
présentés dans le tableau 7.
Tableau 7
Catalyseur A B C D E F (comparatif) (comparatif) pX AEQ (%) 95,6 95,3 95,7 95,5 95,3 95,2 conversion EB (%) 49,2 45,6 52,0 47,8 51,8 47,7 pertes nettes (%pds) 4,9 5,4 5,0 5,5 4,8 5,3 A iso pX AEQ et à rapport Si/AI identique, on constate, d'après les résultats présentés dans le tableau 7, que la granulométrie n'affecte pas la sélectivité
puisque les pertes nettes sont identiques.
Les catalyseurs préparés selon la présente invention sont donc plus actifs que les catalyseurs de l'art antérieur, particulièrement en terme de conversion de
l'éthylbenzène, et aussi sélectifs.
Claims (26)
1. Zéolithe de type structural EUO comprenant des cristaux de zéolithe EUO de taille inférieure à 5 pm, au moins une partie des cristaux de zéolithe EUO étant sous la forme d'agrégats de zéolithe EUO, lesdits agrégats présentant une granulométrie telle que la valeur de Dv, 90 est inférieure ou égale à 500pm.
2. Zéolithe selon la revendication 1 telle que la valeur de Dv,90 des agrégats
est inférieure ou égale à 400pm.
3. Zéolithe selon l'une des revendications 1 à 2 telle que la valeur de Dv,90 des
agrégats est inférieure ou égale à 200pm.
4. Zéolithe selon l'une des revendications 1 à 3 telle que la valeur de Dv,90 des
agrégats est inférieure ou égale à 50pm.
5. Zéolithe selon l'une des revendications 1 à 4 tel que les cristaux de zéolithe
ont une taille inférieure à 0,5 pm.
6. Zéolithe selon l'une des revendications 1 à 5 tel que les cristaux de zéolithe
ont une taille inférieure à 0,2 pm.
7. Zéolithe selon l'une des revendications 1 à 6 comprenant au moins un
élément X choisi parmi le silicium et le germanium et au moins un élément T choisi dans le groupe formé par l'aluminium, le fer, le gallium, le bore, le titane, le vanadium, le zirconium, le molybdène, I'arsenic, I'antimoine, le chrome et le manganèse, le rapport atomique global X/T étant supérieur ou
égal à 5.
8. Zéolithe selon la revendication 7 telle que l'élément X est le silicium et
I'élément T est l'aluminium.
9. Zéolithe selon l'une des revendications 1 à 8 tel que la zéolithe est la zéolithe
EU-1.
10. Procédé de préparation d'une zéolithe selon l'une des revendications 1 à 9
comprenant la réaction d'un mélange aqueux avec au moins une source d'au moins un élément X, au moins une source d'au moins un élément T, au moins un composé organique azoté Q choisi parmi les dérivés alkylés de sel polymethylène cc-o diammonium, un produit de dégradation d'amine du dérivé, des précurseurs du dérivé, le sel de dibenzyldiméthylammonium et les
précurseurs dudit sel.
11. Procédé selon la revendication 10 tel que l'on agite le mélange réactionnel par l'application d'au moins deux vitesses d'agitation sensiblement différentes.
12. Procédé selon la revendication 1 1 tel qu'on agite sous une première vitesse d'agitation puis on agite sous une deuxième vitesse d'agitation sensiblement
supérieure à la première vitesse d'agitation.
I0
13. Procédé selon l'une des revendications 10 à 12 tel que l'on ajoute des
germes S d'au moins une zéolithe au mélange réactionnel.
14. Procédé selon la revendications 13 tel que les germes de zéolithe sont
introduits après l'homogénéisation au moins en partie du mélange aqueux contenant la source d'élément X, la source d'élément T, la source de
structurant organique.
15. Procédé selon l'une des revendication 10 à 14 tel que le composé organique azoté Q est choisi parmi les dérivés alkylés de sel polymethylène (z-o diammonium défini par la formule: R1R2R3 N+ (CH2)n N+ R4RsR6 n étant compris entre 3 et 14 et R1 à R6, identiques ou différents, pouvant représenter des radicaux alkyl ou hydroxyalkyl ayant de 1 à 8 atomes de
carbone, jusqu'à cinq radicaux R1 à R6 pouvant être de l'hydrogène.
16. Procédé selon l'une des revendications 10 à 15 tel que l'on ajoute au moins
un sel P de métal alcalin ou d'ammonium.
17. Procédé selon l'une des revendications 10 à 16 dans lequel le mélange
aqueux a la composition suivante: XO2/T203 au moins 10
OH /XO2 0,002 à 2,0
Q/XO2 0,002 à 2,0
Q/(M+ + Q) 0,1 à 1,0
H20/X02 1 à 500
P/X02 0 à5
S/XO2 Oà 0,1
18. Procédé de préparation d'une zéolithe selon l'une des revendication 1 à 9 tel que l'on broye une zéolithe brute de synthèse de Dv,90 des agrégats
supérieure à 500gm.
19. Catalyseur comprenant une zéolithe EUO selon l'une des revendication 1 à
9 ou préparée selon l'une des revendications 10 à 18.
20. Catalyseur selon la revendication 19 comprenant au moins un liant et au
moins un métal du groupe VIII de la classification périodique des éléments.
21. Catalyseur selon l'une des revendications 19 à 20 dans lequel la zéolithe
est au moins en partie sous forme acide.
o0
22. Catalyseur selon l'une des revendications 19 à 21 comprenant au moins un
métal sélectionné dans le groupe constitué par les éléments des groupes lB,
IIB, IIIA, IVA, VIB et VIIB de la classification périodique des éléments.
23. Catalyseur selon l'une des revendications 19 à 22 comprenant du soufre.
24. Procédé de préparation d'un catalyseur selon l'une des revendications 19 à
23 comprenant le mélange de la zéolithe EUO et d'un liant, la mise en forme du mélange, I'introduction d'au moins un métal du groupe VIII et au moins
une étape de calcination.
25. Procédé de préparation selon la revendication 24 comprenant l'introduction d'au moins un élément sélectionné dans le groupe constitué par les éléments des groupes IB, lIB, IIIA, IVA, VIB et VIIB de la classification périodique des éléments.
26. Utilisation du catalyseur selon l'une des revendication 19 à 25 dans un procédé d'isomérisation des composés aromatiques à 8 atomes de carbone par molécule à une température comprise entre 300 C et 500 C bornes incluses, à une pression partielle d'hydrogène comprise entre 0,3 et 1,5 MPa bornes incluses, à une pression totale comprise entre 0,45 et 1,9 MPa bornes incluses, avec une vitesse spatiale d'alimentation, exprimée en kilogramme de charge introduite par kilogramme de catalyseur et par heure, comprise
entre 0,25 et 30 h1 bornes incluses.
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9816421A FR2785279B1 (fr) | 1998-11-02 | 1998-12-23 | Zeolithe euo comprenant des cristaux et des agregats de cristaux de granulometries specifiques et son utilisation comme catalyseur d'isomerisation des c8 aromatiques |
| ZA9907664A ZA997664B (en) | 1998-12-23 | 1999-12-14 | Euo zeolite comprising crystals and aggregates of crystals with specific granulometrys and its use as a catalyst in the isomerisation of C8 aromatic compounds. |
| NL1013892A NL1013892C2 (nl) | 1998-12-23 | 1999-12-20 | Zeoliet EUO, die kristallen en aggregaten van kristallen met bepaalde korrelgrootten bevat, en zijn toepassing als katalysator voor de isomerisatie van C8 aromatische verbindingen. |
| DE19961405A DE19961405A1 (de) | 1998-12-23 | 1999-12-20 | Kristalle und Kristallaggregate unterschiedlicher Korngrößen enthaltender EUO-Zeolith und seine Anwendung als Isomerisierungskatalysator |
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| US09/471,323 US6514479B1 (en) | 1998-12-23 | 1999-12-23 | EUO zeolite comprising crystals and aggregates of crystals with specific granulometrys and its use as a catalyst in the isomerisation of C8 aromatic compounds |
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