FR2806092A1

FR2806092A1 - Procede d'elimination d'arsenic en presence d'une masse d'absorption comprenant de l'oxyde de plomb partiellement presulfure

Info

Publication number: FR2806092A1
Application number: FR0003065A
Authority: FR
Inventors: Blaise Didillon; Laurent Savary
Original assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Current assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Priority date: 2000-03-08
Filing date: 2000-03-08
Publication date: 2001-09-14
Anticipated expiration: 2020-03-08
Also published as: ID29636A; MY122815A; US20010027939A1; CN1312348A; US6623629B2; FR2806092B1; CN1253535C

Abstract

L'invention concerne un procédé d'élimination d'arsenic d'une coupe d'hydrocarbures dans lequel ladite coupe est mise en contact avec une masse d'absorption, au moins partiellement présulfurée, comprenant un support et de l'oxyde de plomb. Le support de ladite masse présente de préférence une surface spécifique comprise entre 10 et 300 m2/g, un volume poreux total compris entre 0,2 et 1,2 cm3/g et un volume macroporeux compris entre 0,1 et 0,5 cm3/g. La teneur en plomb, de ladite masse, exprimée en oxyde de plomb, est de préférence comprise entre 5 et 50 % poids. La fraction de masse sulfurée représente de préférence au moins 1/20ème du volume total de la masse d'absorption.

Description

L'objet de cette invention concerne un procédé de captation d'arsenic utilisant une masse au plomb, déposé sur alumine, dont la phase active est sous forme oxyde pour ce concerne une partie du lit catalytique, de préférence majeure partie du lit catalytique, et sous forme présulfurée pour ce qui concerne l'autre partie. En effet, il est connu que les mercaptans sont de puissants inhibiteurs de captation d'arsenic. Toutefois, il a été observé qu'une présulfuration d'une partie du catalytique permet d'obtenir un très bon gradient de captation de l'arsenic sur le reste du lit même en présence de mercaptans dans la charge, contrairement à ce est observé en l'absence de cette étape de présulfuration ANTERIEUR procédés de craquage de coupes lourdes issues du pétrole, par exemple le craquage catalytique, la viscoréduction ou la cokéfaction produisent des coupes légeres fortement contaminées par divers composés contenant soufre, de l'azote et de 'oxygène. A côté de ces impuretés, on détecte très souvent l'arsenic.

composés sulfurés sont le plus souvent l'hydrogène sulfure des mercaptans. composés azotés, présents dans les coupes légères, sont principalement l'ammoniac ou des amines légères. L'arsenic est lui-même aussi présent sous forme composés dont la formule générale est AsR3, R pouvant être un radical hydrocarboné tel que CH3 ou un atome d'hydrogène.

entend, ici, par coupes légères, celles qui sont gazeuses dans les conditions normales de pression et de température, c'est-à-dire les coupes C2, C3, C4. Ces coupes sont généralement traitées pour en éliminer les composés sulfurés. En particulier, les coupes C3 et C4 subissent usuellement un traitement de lavage aux amines, suivi d'un traitement de lavage à la soude. Ces divers lavages éliminent quasi totalement H2S, en partie seulement les composés sulfurés organiques tels que les mercaptans, mais n'extraient COS que de façon très incomplète.

D'une manière générale, les coupes C3 et C4, qui contiennent une forte proportion d'oléfines, constituent une matière première de valeur pour la fabrication de carburants ou de produits chimiques tels que, par exemple, certains polymères. Ces transformations impliquent des traitements catalytiques divers dans lesquels les catalyseurs sont plus ou moins rapidement empoisonnés par les composes sulfurés ou arsenies.

II a " " décrit récemment un procédé de captation de l'arsenic contenu dans les hydrocarbures en phase gazeuse (brevet US 3,782,076) ou liquide (brevet US 4, ,577), c'est-à-dire à des pressions relativement élevées (supérieures à 2 MPa) en présence de composés sulfurés. Ce procédé utilise une masse absorbante renfermant de l'oxyde de plomb et un support "non acide" c' -à-dire qu'il ne doit pas catalyser les réactions connues par l'homme du métier comme étant catalysées par les solides acides, à savoir les réactions d'isomérisation squelette hydrocarboné, de craquage et de polymérisation.

La coupe C3 provenant du craquage catalytique en lit fluidisé (FCC) contient encore, après les traitements de lavage cités plus haut, des teneurs en et/ou en mercaptans de l'ordre de 1 à 50 ppm poids et en arsenic de l'ordre 0,1 à 5 ppm poids.

Il est donc utile de disposer d'une masse de captation d'arsenic permettant une décontamination de la charge, y compris lorsque ladite charge contient composés tels que des mercaptans, susceptibles de contaminer la dite masse.

La mise en oeuvre de cette masse de captation est réalisée selon toute méthode permettant de mettre en contact le fluide à décontaminer avec la masse plomb. RESUME DE L'INVENTION L'invention concerne un procédé d'élimination d'arsenic d'une coupe d'hydrocarbures dans lequel ladite coupe est mise en contact avec une masse d'absorption au moins partiellement présulfurée comprenant un support et de l'oxyde de plomb.

Le support de ladite masse présente de préférence une surface spécifique comprise entre 10 et 300 m2/g, un volume poreux total compris entre 0,2 et 1,2 cm3/g et un volume macroporeux compris entre 0,1 et 0,5 cm3/g. La teneur en plomb, ladite masse, exprimée en oxyde de plomb, est de préférence comprise entre 5 et %poids.

fraction de masse sulfurée représente de préférence au moins 1I20 ème volume total de la masse d'absorption.

DESCRITION DETAILLEE DE L'INVENTION présente invention concerne un procédé d'élimination d'arsenic d'une coupe d'hydrocarbures dans lequel on met ladite coupe en contact avec une masse d'absorption au moins partiellement présulfurée et comprenant un support et de l'oxyde de plomb.

support utilisé dans la présente invention peut être tout support connu de l'homme métier. On utilisera par exemple et de préférence de l'alumine, de la silice de la magnésie, et de manière plus préférée l'alumine, avec laquelle on peut obtenir, à la fois, des surfaces spécifiques assez grandes et une résistance mécanique suffisante.

support préconisé dans l'invention est de préférence une alumine d'une surface comprise entre 10 et 300 m2 /g et de préférence entre 50 et 200 m2 /g. lume poreux total est de préférence compris entre 0,2 et 1,2 cm3/g et de manière plus préférée comprise entre 0,5 et 1,2 cm 3/g. Le volume macroporeux, défini comme celui correspond aux pores supérieurs à 100 nm, est de préférence compris entre 0,1 et 0 cm3/g, de manière plus préférée entre 0,15 et 0,45 cm3/g.

masse absorbante contenant l'oxyde de plomb peut être préparée moyen de toute technique connu de l'homme du métier. Elle est de préférence préparée par melange d'un composé de plomb avec le support, selon les techniques connues. Un protocoles de préparation qui conduit actuellement à une masse performante est 'imprégnation "à sec", c'est-à-dire le remplissage de la porosité du support avec une solution aqueuse d'un sel de plomb d'un volume égal au volume poreux du support. Tout sel de plomb suffisamment soluble, tel que par exemple le nitrate de plomb ou l'acétate de plomb, peuvent être utilisés. On utilise de préférence l'acétate de plomb possède une solubilité satisfaisante et permet d'obtenir une masse captation presentant une efficacité élevée.

Après imprégnation du support par la solution du composé de plomb, masse est chauffée jusqu'à une température comprise entre 300 et 700 C, et de préference entre et 550 C, pour convertir le composé de plomb en oxyde de plomb. opère de preférence en atmosphère renfermant de l'oxygène.

masses obtenues renferment avantageusement de 5 à 50% en poids plomb, de preférence de 10 à 45 % poids de plomb et de manière plus préférée à 40 poids de plomb, ces pourcentages étant exprimés en oxyde de plomb.

L'adsorption est conduite à une température de préférence comprise entre et 150 C, manière plus préférée comprise entre 10 et 100 C, sous une pression adéquate pour maintenir la coupe à traiter soit en phase gaz, soit en phase liquide, exemple entre 0,1 MPa et 4 MPa, de préférence entre 0,5 MPa et 2,5 MPa. masse adsorbante se présente donc sous des formes chimiques différentes : une forme oxyde forme présulfurée.

# Lorsque la teneur en contaminants soufrés (COS, H2S, mercaptans) est faible, on utilise de préférence dans le procédé selon l'invention une masse de captation ne comprenant de préférence qu'une très faible proportion de masse présulfurée, par exemple 1/20ème à 1/10ème du volume total du ou des lits d'absorption, de manière plus préférée de 1/20ème à 1/15ème du volume total du ou des lits d'absorption.

# Lorsque la charge à traiter présente une teneur plus élevée en contaminants soufrés, et plus particulièrement en mercaptans, on utilise de préférence une masse de captation sous une forme au moins partiellement présulfurée, de préférence dans une proportion égale à au moins 1/15eme du volume total du lit catalytique, de manière plus préférée au moins 1/10e` de manière très préférée au moins 1/5eme. En effet, il a été montré la masse adsorbante d'arsenic présente un mauvais gradient de captation d'arsine lorsque la charge à décontaminer présente une teneur non négligeable en mercaptans. Ces derniers entraînent en effet le plus souvent une inhibition très importante de captation d'arsenic.

En revanche, une pré-sulfuration de la masse de captation, permet d'obtenir un très bon gradient de captation reste du lit catalytique, resté sous la forme d'oxyde de plomb PbO, déposé sur support.

Cette première couche d'adsorbant présulfuré permet une décomposition des mercaptans en composés sulfurés, qui ne sont pas des poisons et n'empêchent pas la captation d'arsine sur le reste lit catalytique, resté sous une forme oxyde.

La présulfuration de la masse captation sera de préférence réalisée avec n'importe quel composé soufré à l'exclusion des mercaptans. On citera par exemple le COS ou l'hydrogène sulfuré seul ou en mélange avec un gaz inerte ou de l'hydrogène.

Cette présulfuration peut être effectuée in-situ, c'est-à-dire dans le réacteur d'absorption, ou ex-situ, est-a-dire en dehors du réacteur d'absorption et de préférence hors site, c' -à-dire généralement dans une société habilitée à la sulfuration hors site des catalyseurs.

Lorsque le traitement est effectué in-situ, il est préférable d'isoler la fraction de lit catalytique à présulfurer, exemple en disposant éventuellement la masse d'absorption en plusieurs lits successifs à l'intérieur du même réacteur, ou en disposant la fraction de masse d'absorption à présulfurer dans un réacteur séparé, de préférence situé en amont ou des autres réacteurs.

Ainsi, de préférence, la fraction sulfurée et la fraction oxydée de ladite masse sont réparties dans au moins deux réacteurs disposés en série. De manière plus préférée, la fraction sulfurée de ladite masse est disposée dans un réacteur séparé situé en aval d'au moins un autre réacteur contenant la fraction de la dite masse sous forme oxyde. II est toutefois possible de disposer la fraction présulfurée et la fraction oxydée de ladite masse dans un seul réacteur.

Les exemples suivants illustrent la présente invention. Exemple 1 # Preparation de la masse au plomb oxydé La masse d'absortion d'arsenic est préparée par imprégnation à sec d'une solution aqueuse contenant de l'acétate de plomb, suivie d'un séchage pendant 3 heures à 1 et d'une calcination pendant 5 heures à 500 C.

# Presulfuration de la masse au plomb 10 g masse au plomb sont traités sous un mélange H2SIH2 à 00 C pendant 7 heures avec un débit de 41/h. La redescente en température s'effectue sous H2S/H2 jusqu'à température à laquelle le circuit est purgé à l'Ar. L'anal au moyen d'un appareillage de diffraction des rayons X (DRX) montre la présence PbS cristallisé. La taille moyenne des cristallites est de 4 nanomètres (nm), avec quelques particules présentant une taille de 10 à 20 nm.

Le taux de soufre dans la masse est de 3.8 % poids, ce qui correspond bien à une stoechiométrie Pb/S voisine de 1, significative d'une sulfuration totale échantillons. Exemple 2 : Test de captation.

Le test de captation (absorption d'arsenic) a été effectué dans les conditions opératoires suivantes : 200 ppm d'arsenic sous forme AsH3 sont introduits dans un mélange H2/CH3SH qui alimente la zone de test avec un débit de 1,6 litre par heure à température ambiante. La masse présulfurée est placée en tête de réacteur (lit 1 et 2), les 8 autres lits suivant sont constitués au moyen de masse non sulfurée. Le tableau suivant rassemble les résultats du test

As <SEP> % <SEP> S%
<tb> 1 <SEP> 0.135 <SEP> 3.66
<tb> 2 <SEP> 0.13 <SEP> 3.76
<tb> 3 <SEP> 1.72 <SEP> 2.12
<tb> 4 <SEP> 1.15 <SEP> 1.84
<tb> 5 <SEP> 0.63 <SEP> 2
<tb> 6 <SEP> 0.31 <SEP> 1.9
<tb> 7 <SEP> 0.15 <SEP> 2.2
<tb> 8 <SEP> 0.074 <SEP> 2.21
<tb> 9 <SEP> 0.02 <SEP> 1.59
<tb> 10 <SEP> < <SEP> 50 <SEP> ppm <SEP> 0.127 La captation d'arsenic en présence de mercaptans est donc satisfaisante sur la partie non présulfurée du lit catalytique.

Exemple 3 : Comparaison des performances en captation d'arsenic entre une masse non présulfurée et une masse présulfurée sur les deux premiers lits.

Les tests sont menés dans conditions opératoires identiques à celles de l'exemple 1.

Un premier test est effectué avec lits identiques comprenant chacun 10 g de masse d'absorption au plomb oxydé (figure 1).

Un second test est effectué avec deux premiers lits de masse au plomb présulfurée, puis 8 lits de masse au plomb oxydée (figure 2).

Les résultats presentés dans les figures 1 et 2, permettent de mettre en évidence les bonnes performances de la masse présulfurée sur les deux premiers lits en comparaison de masse non présulfurée. Dans ces figures, les carrés représentent teneur en soufre poids) dans chaque lit de masse d'absorption et les losanges teneur en arsenic capté par chaque lit (ppm poids d'arsenic). La masse présulfuree capte l'arsenic ' la sortie du deuxième lit de manière très importante (figure 2), ce qui permet de ne plus avoir de quantité importante d'arsenic à absorber sur derniers lits (8, 9 et 10). Au contraire, dans le test effectué avec une masse entièrement oxydée (figure 1), l'arsenic est capté de manière importante sur derniers lits, une partie de l'arsenic n'est donc pas capté.

Claims

REVENDICATIONS

1. Procedé d'élimination d'arsenic d'une coupe d'hydrocarbures dans lequel ladite coupe est mise en contact avec une masse d'absorption au moins partiellement présulfurée comprenant un support et de l'oxyde de plomb.

2. Procedé selon la revendication 1 dans lequel ladite masse est presulfurée ex-situ.

3. Procedé selon la revendication 1 dans lequel ladite masse est presulfurée in-situ.

4. Procedé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 dans lequel la fraction sulfurée et la fraction oxydée de ladite masse sont réparties dans au moins deux réacteurs disposés en série.

5. Procedé selon l'une la revendication 4 dans lequel la fraction sulfurée de ladite masse est disposée dans un réacteur séparé, situé en aval moins un autre réacteur contenant la fraction de la dite masse sous forme oxyde.

6. Procedé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 dans lequel la fraction présulfurée et la fraction oxydée de ladite masse sont disposees dans un seul réacteur.

7. Procedé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 dans lequel le support présente une surface spécifique comprise entre 10 et 300 m2/g, volume poreux total compris entre 0,2 et 1,2 cm 3/g et un volume macroporeux compris entre 0,1 et 0,5 cm3/g.

8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 dans lequel la teneur en plomb, exprimée en oxyde de plomb, est comprise entre 5 et 50 % poids.

9. Procédé selon l'une quelconque revendications 1 à 8, dans lequel l'absorption est conduite à une température comprise entre 5 C et 150 C et une pression comprise 0,1 MPa et 4 MPa.

10. Procédé selon l'une quelconque revendications 1 à 9, dans lequel la fraction de masse présulfurée représente au moins 1/20ème du volume total de la masse d'absorption.