FR2834915A1 - Removal or nitrogen oxides and unsaturated hydrocarbons from gas stream, especially air, comprises contacting the gas stream with adsorbent containing first-series transition metal - Google Patents

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Abstract

Removal or nitrogen oxides and unsaturated hydrocarbons from a gas stream comprises contacting the gas stream with an adsorbent containing vanadium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel and/or copper.

Description

<Desc/Clms Page number 1> <Desc / Clms Page number 1>

L'invention concerne un procédé de purification d'un gaz, tel l'air, en ses impuretés oxydes d'azote (NxOy) et hydrocarbures (CnHm) insaturés, tels C2H4, C2H2, et CsHe, et éventuellement HzO, CO2 et/ou hydrocarbures saturés par procédé TSA ou PSA, plus particulièrement appliqué à la purification d'air avant distillation cryogénique.  The invention relates to a process for purifying a gas, such as air, into its impurities nitrogen oxides (NxOy) and unsaturated hydrocarbons (CnHm), such as C2H4, C2H2, and CsHe, and optionally HzO, CO2 and / or saturated hydrocarbons by TSA or PSA process, more particularly applied to the purification of air before cryogenic distillation.

Avant de pouvoir être utilisés dans un procédé industriel, certains gaz nécessitent d'être débarrassés au préalable des impuretés qu'ils contiennent.  Before they can be used in an industrial process, certain gases need to be rid of the impurities they contain beforehand.

Ainsi, l'air contient habituellement des composés à point d'ébullition élevé, comme le dioxyde de carbone et l'eau. Si ces éléments ne sont pas éliminés avant l'entrée de l'air dans l'échangeur principal de l'unité de séparation cryogénique d'air, ils vont se condenser et former de la glace à mesure que l'air sera refroidi à température cryogénique. L'échangeur sera rapidement bouché.  Thus, air usually contains high boiling compounds, such as carbon dioxide and water. If these elements are not removed before the air enters the main exchanger of the cryogenic air separation unit, they will condense and form ice as the air is cooled to temperature. cryogenic. The exchanger will be quickly blocked.

De nombreuses unités de séparation cryogénique d'air sont situées à proximité de sites industriels ou d'axes routiers qui peuvent induire des quantités significatives d'oxydes d'azote (NxOy) dans l'air ambiant. Ces impuretés peuvent inclure le monoxyde d'azote (NO), le dioxyde d'azote (N02) et le protoxyde d'azote (N20). Ces derniers peuvent de plus réagir entre eux ou avec l'oxygène pour former d'autres oxydes d'azote (N203, N204, N205). Les oxydes d'azote sont peu solubles dans l'oxygène liquide (respectivement 6,15 et 180 ppm en vol. pour NO, N02 et N20) et leurs points de congélation sont supérieurs à ceux de l'azote et l'oxygène.  Many cryogenic air separation units are located near industrial sites or highways which can induce significant quantities of nitrogen oxides (NxOy) in the ambient air. These impurities can include nitric oxide (NO), nitrogen dioxide (NO2) and nitrous oxide (NO2). The latter can also react with each other or with oxygen to form other nitrogen oxides (N203, N204, N205). Nitrogen oxides are not very soluble in liquid oxygen (6.15 and 180 ppm in vol. For NO, NO2 and N2 respectively) and their freezing points are higher than those of nitrogen and oxygen.

Par ailleurs, la colonne de distillation cryogénique concentre les composés à point d'ébullition plus élevé que l'oxygène présents dans l'air dans le bain liquide de sa cuve.  In addition, the cryogenic distillation column concentrates the compounds with a higher boiling point than the oxygen present in the air in the liquid bath of its tank.

Pour empêcher les composés indésirables de pénétrer dans des zones à température cryogénique, les unités cryogéniques de séparation d'air sont en particulier équipées d'une unité de pré-purification d'air.  To prevent unwanted compounds from entering cryogenic temperature zones, cryogenic air separation units are in particular equipped with an air pre-purification unit.

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Cette pré-purification est habituellement effectuée à l'aide d'adsorbants qui opèrent en cycle TSA (Temperature Swing Adsorption), PSA (Pressure
Swing Adsorption) ou PTSA (Pressure and Temperature Swing Adsorption).
This pre-purification is usually carried out using adsorbents which operate in TSA (Temperature Swing Adsorption), PSA (Pressure
Swing Adsorption) or PTSA (Pressure and Temperature Swing Adsorption).

Un cycle PTSA classique est un dispositif comprenant deux adsorbeurs dans lesquels s'effectue l'adsorption des impuretés dont les cycles sont en opposition de phase.  A conventional PTSA cycle is a device comprising two adsorbers in which adsorption of impurities takes place, the cycles of which are in phase opposition.

Les adsorbeurs sont classiquement remplis d'un premier lit d'adsorbant qui arrête la vapeur d'eau, telle une alumine activée, du gel de silice ou une zéolite A ou X, et d'un deuxième lit d'adsorption qui arrête le CO2 et certaines autres impuretés secondaires de l'air. Typiquement, ce deuxième lit est de la zéolite X, telle une zéolite 13X car cet adsorbant est particulièrement efficace pour arrêter de faibles quantités de CO2 et d'eau résiduelle, étant donné qu'il présente une forte affinité et une sélectivité élevée pour ces molécules polaires.  The adsorbers are conventionally filled with a first bed of adsorbent which stops water vapor, such as an activated alumina, silica gel or a zeolite A or X, and with a second adsorption bed which stops CO2. and certain other secondary air impurities. Typically, this second bed is zeolite X, such as a 13X zeolite because this adsorbent is particularly effective in stopping small amounts of CO2 and residual water, since it has a high affinity and a high selectivity for these molecules. polar.

Une unité de pré-purification strictement dimensionnée pour l'arrêt du dioxyde de carbone avec une zéolite standard, telle typiquement la zéolite 13X, 4A ou 5A, n'arrête que partiellement l'éthylène, le propane, le protoxyde et le monoxyde d'azote et quasiment pas le méthane et l'éthane.  A strictly sized pre-purification unit for stopping carbon dioxide with a standard zeolite, typically such as zeolite 13X, 4A or 5A, only partially stops ethylene, propane, protoxide and carbon monoxide. nitrogen and almost no methane and ethane.

Ceci est rappelé, pour les hydrocarbures, par Dr. J. Reyhing, Removing hydrocarbons from the process air of air-separation plants using molecular-sieve adsorbers dz Linde Reports on science and technology, 36/1983.  This is recalled, for hydrocarbons, by Dr. J. Reyhing, Removing hydrocarbons from the process air of air-separation plants using molecular-sieve adsorbers dz Linde Reports on science and technology, 36/1983.

De même, pour le protoxyde d'azote, U. Wenning de Linde AG constate l'inefficacité de la zéolithe 5A pour l'arrêt du N20 par rapport au CO2, dans le document Nitrous oxide in air separation plants, MUST'96, Munich Meeting on Air Separation Technology, October 10-11,1996 (ISSN 0151-1637, ISBN 2- 903633-86X).  Likewise, for nitrous oxide, U. Wenning of Linde AG notes the ineffectiveness of the zeolite 5A for stopping N20 compared to CO2, in the document Nitrous oxide in air separation plants, MUST'96, Munich. Meeting on Air Separation Technology, October 10-11,1996 (ISSN 0151-1637, ISBN 2- 903633-86X).

Dans la pratique, il a été constaté que sur une unité de pré-purification d'air industrielle équipée d'alumine activée et de tamis 13X la percée en N20 à chaque cycle est très importante bien qu'aucune percée en CO2 n'est généralement mesurée.  In practice, it has been found that on an industrial air pre-purification unit equipped with activated alumina and 13X sieve, the breakthrough in N20 at each cycle is very significant although no breakthrough in CO2 is generally measured.

En outre, le document EP-A-992274 enseigne l'emploi de Na-mordenite ou d'une zéolite X échangée au baryum ou au calcium pour arrêter le N20 et  In addition, document EP-A-992274 teaches the use of Na-mordenite or of a zeolite X exchanged with barium or calcium to stop N20 and

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l'éthylène, mais aucune mention n'est faite des autres oxydes d'azote et hydrocarbures. De plus, l'adsorbant doit être protégé du COz en étant positionné en aval d'un lit d'un autre adsorbant pour arrêter le CO2.  ethylene, but no mention is made of other nitrogen oxides and hydrocarbons. In addition, the adsorbent must be protected from COz by being positioned downstream of a bed of another adsorbent to stop the CO2.

De même, le document EP-A-1092465 propose l'arrêt des oxydes d'azote et des hydrocarbures par une zéolithe X ou LSX échangée de préférence au calcium et protégée par un adsorbant arrêtant le CO2.  Likewise, document EP-A-1092465 proposes stopping nitrogen oxides and hydrocarbons by an X or LSX zeolite preferably exchanged with calcium and protected by an adsorbent stopping CO2.

Le document EP-A-1072300 décrit un procédé visant à éliminer l'eau, le CO2, le protoxyde d'azote, l'éthylène et le propane, mais pas les autres oxydes d'azote et hydrocarbures. Il propose, pour ce faire, d'utiliser un adsorbant échangé qu'il est préférable de placer en aval d'une disposition classique dimensionnée pour l'arrêt de l'eau et du CO2.  EP-A-1072300 describes a process for removing water, CO2, nitrous oxide, ethylene and propane, but not the other nitrogen oxides and hydrocarbons. It proposes, to do this, to use an exchanged adsorbent which it is preferable to place downstream of a conventional arrangement sized for stopping water and CO2.

Dans EP-A-995477 et EP-A-1064978, les impuretés secondaires citées sont le protoxyde d'azote N20, l'éthylène, le propane et d'éventuels autres hydrocarbures présents dans l'air. Aucune mention n'est faite des autres oxydes d'azote.  In EP-A-995477 and EP-A-1064978, the secondary impurities mentioned are nitrous oxide N20, ethylene, propane and possible other hydrocarbons present in the air. No mention is made of other nitrogen oxides.

Partant de là, le problème qui se pose est de pouvoir purifier un flux gazeux de ses impuretés oxydes d'azote (NxOy) et hydrocarbures insaturés de manière efficace, fiable et simultanée, c'est-à-dire en une seule étape de purification, et ce sans avoir à protéger du C02 t'adsorbant utilisé lors de cette étape.  From there, the problem is to be able to purify a gas stream of its nitrogen oxide impurities (NxOy) and unsaturated hydrocarbons in an efficient, reliable and simultaneous manner, that is to say in a single purification step. , without having to protect the adsorbent C02 used during this step.

La solution de l'invention est alors un procédé de purification d'un flux gazeux en au moins une partie des impuretés oxydes d'azote (NxOy) et hydrocarbures insaturés (CnHm) qu'il contient, dans lequel : a) on met le flux gazeux contenant lesdites impuretés oxydes d'azote et hydrocarbures insaturés en contact avec un adsorbant contenant au moins un métal de transition de la première série choisi parmi V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni et Cu, (b) on adsorbe sur ledit adsorbant, de manière concomitante, au moins une partie des impuretés oxydes d'azote et hydrocarbures insaturés présentes dans le flux gazeux de l'étape (a), (c) on récupère, après l'étape (b), un flux gazeux débarrassé d'au moins une partie desdites impuretés.  The solution of the invention is then a process for purifying a gas stream into at least part of the nitrogen oxide impurities (NxOy) and unsaturated hydrocarbons (CnHm) which it contains, in which: a) the gas flow containing said impurities nitrogen oxides and unsaturated hydrocarbons in contact with an adsorbent containing at least one transition metal of the first series chosen from V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni and Cu, (b) adsorbed on said adsorbent, concomitantly, at least a portion of the nitrogen oxide impurities and unsaturated hydrocarbons present in the gas flow from step (a), (c) a gas flow is recovered after step (b) freed from at least part of said impurities.

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Par"adsorption de manière concomitante", on entend que lesdites impuretés s'adsorbent simultanément sur le même lit d'adsorbant.  By "concomitant adsorption" is meant that said impurities adsorb simultaneously on the same bed of adsorbent.

Selon le cas, le procédé de l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques techniques suivantes :

Figure img00040001

- les oxydes d'azote sont choisis parmi NO, N02, N20, N203, N204, N205. - les hydrocarbures insaturés sont choisis dans le groupe formé par C2H4, C2H2 et C3Ha. Depending on the case, the method of the invention may include one or more of the following technical characteristics:
Figure img00040001

- the nitrogen oxides are chosen from NO, N02, N20, N203, N204, N205. - the unsaturated hydrocarbons are chosen from the group formed by C2H4, C2H2 and C3Ha.

- le flux gazeux contient, en outre, des impuretés CO2 et/ou un ou plusieurs hydrocarbures saturés, lesdites impuretés CO2 et/ou des hydrocarbures saturés étant adsorbées à l'étape (b) sur ledit adsorbant.  - The gas stream contains, in addition, CO2 impurities and / or one or more saturated hydrocarbons, said CO2 impurities and / or saturated hydrocarbons being adsorbed in step (b) on said adsorbent.

- il comprend, en outre, au moins une étape d'élimination d'au moins une partie d'au moins une impureté parmi le CO2, l'eau et les hydrocarbures saturés, tels le propane.  - It further comprises at least one step of removing at least part of at least one impurity from among CO2, water and saturated hydrocarbons, such as propane.

- l'étape d'élimination d'au moins une partie du CO2 est réalisée par mise en contact avec une zéolithe X ou LSX, de préférence ladite zéolithe X ou LSX est associée à l'adsorbant contenant au moins un métal de transition au sein de grains composites ou en mélange de grains.  the step of eliminating at least part of the CO2 is carried out by bringing it into contact with an X or LSX zeolite, preferably said X or LSX zeolite is associated with the adsorbent containing at least one transition metal within of composite or mixed grain.

- l'adsorbant comprend une phase solide inorganique contenant au moins

Figure img00040002

un métal de transition de la première série ou au moins un sel ou un oxyde d'un tel métal. the adsorbent comprises an inorganic solid phase containing at least
Figure img00040002

a transition metal of the first series or at least a salt or an oxide of such a metal.

- la phase solide inorganique est choisie dans le groupe formé par les alumines, les gels de silices, les oxydes de métaux, les hydrotalcites, les perovskites et les zéolites ayant un rapport Si/AI s : 1.  - The inorganic solid phase is chosen from the group formed by aluminas, silica gels, metal oxides, hydrotalcites, perovskites and zeolites having a Si / AI s: 1 ratio.

- l'adsorbant est une zéolite ZSM-5 échangée au cuivre, au cobalt, au nickel ou leurs combinaisons.  - The adsorbent is a ZSM-5 zeolite exchanged with copper, cobalt, nickel or their combinations.

- le procédé est un procédé TSA.  - the process is a TSA process.

- l'adsorption est opérée à une température de-10 C à +60 C, de préférence de +10 C à +40 C.  - the adsorption is carried out at a temperature of -10 C to +60 C, preferably from +10 C to +40 C.

- le flux de gaz est de l'air.  - the gas flow is air.

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- le flux de gaz débarrassé d'au moins une partie de ses impuretés est soumis à une étape de distillation cryogénique pour produire de l'azote, de l'oxygène et/ou de l'argon.  - The gas stream freed from at least part of its impurities is subjected to a cryogenic distillation step to produce nitrogen, oxygen and / or argon.

- l'adsorbant est une zéolite ZSM-5 échangée et/ou contenant de 30% à 300% au cuivre, au cobalt, au nickel ou leurs combinaisons, de préférence de 70% à 180%. Par un taux d'échange supérieur à 100%, on entend que, en plus de l'échange d'ions, du sel métallique est déposé sur la zéolithe ZSM-5 par imprégnation.  - The adsorbent is a ZSM-5 zeolite exchanged and / or containing from 30% to 300% with copper, cobalt, nickel or their combinations, preferably from 70% to 180%. By an exchange rate greater than 100%, it is meant that, in addition to the ion exchange, metal salt is deposited on the ZSM-5 zeolite by impregnation.

Le concept de la présente invention repose donc sur un procédé de purification d'un gaz en ses impuretés oxydes d'azote (NxOy) de préférence choisis parmi NO, N02 et N20 et éventuellement N203, N204 et N20s ; hydrocarbures insaturés tels C2H4, C2H2 et CsHe ; et éventuellement HsO, CO2 et/ou hydrocarbures saturés te) s CsHg et CzHg, comprenant une étape d'adsorption sur un adsorbant contenant un métal de transition de la première série, c'est-à-dire appartenant à l'ensemble vanadium, chrome, manganèse, fer, cobalt, nickel et cuivre, ou leurs mélanges.  The concept of the present invention is therefore based on a process for purifying a gas into its nitrogen oxide impurities (NxOy) preferably chosen from NO, N02 and N20 and optionally N203, N204 and N20s; unsaturated hydrocarbons such as C2H4, C2H2 and CsHe; and optionally HsO, CO2 and / or saturated hydrocarbons te) s CsHg and CzHg, comprising an adsorption step on an adsorbent containing a transition metal of the first series, that is to say belonging to the vanadium group, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel and copper, or mixtures thereof.

En effet, ce type d'adsorbant adsorbe beaucoup d'oxydes d'azote et d'hydrocarbures et éventuellement du CO2, et présente en outre la propriété de ne pas avoir à être placé en aval d'un lit capable d'adsorber le CO2.  Indeed, this type of adsorbent adsorbs a lot of nitrogen oxides and hydrocarbons and possibly CO2, and also has the property of not having to be placed downstream of a bed capable of absorbing CO2 .

L'adsorbant est constitué d'une phase solide inorganique, telle de l'alumine, du gel de silice, un oxyde du genre Zr02, Ti02, hydrotalcite ou perovskite, Fe203, MgO ou une zéolithe ayant un rapport Si/AI supérieur ou égal à 1, ou bien encore un charbon actif, contenant au moins un métal de transition de la première série ou au moins un composé (sel ou oxyde) d'un métal de transition de la première série.  The adsorbent consists of an inorganic solid phase, such as alumina, silica gel, an oxide of the genus Zr02, Ti02, hydrotalcite or perovskite, Fe203, MgO or a zeolite having a Si / AI ratio greater than or equal to 1, or alternatively an activated carbon, containing at least one transition metal from the first series or at least one compound (salt or oxide) of a transition metal from the first series.

Par exemple, parmi les adsorbants utilisables, on trouve la zéolithe ZSM- 5 contenant des cations cuivre, cobalt, nickel, chrome ou fer ou leurs mélanges.  For example, among the adsorbents that can be used, there is the zeolite ZSM-5 containing copper, cobalt, nickel, chromium or iron cations or their mixtures.

On peut aussi utiliser une zéolite de type A, LSX (Si/AI de 1 à 1.15 environ), X, Y, ferrierite, offrettite ou mordénite
Le métal de transition ou son composé peut avoir été échangé chimiquement ou déposé ou incorporé dans ou sur la phase inorganique.
One can also use a zeolite of type A, LSX (Si / AI from 1 to 1.15 approximately), X, Y, ferrierite, offrettite or mordenite
The transition metal or its compound may have been chemically exchanged or deposited or incorporated in or on the inorganic phase.

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En plus du métal de transition de la première série, on peut mettre un ou plusieurs cations di-ou trivalent, tel qu'un (ou plusieurs) cation alcalino-terreux ou lanthanide.  In addition to the transition metal of the first series, one can put one or more di- or trivalent cations, such as one (or more) alkaline earth or lanthanide cation.

A noter que plusieurs métaux de transition de la première série peuvent aussi être utilisés en mélange.  Note that several transition metals from the first series can also be used as a mixture.

La préparation de l'adsorbant est importante, particulièrement les étapes de mise en contact du composé du métal de transition avec le support inorganique, ainsi que le traitement final appliqué.  The preparation of the adsorbent is important, particularly the steps of bringing the transition metal compound into contact with the inorganic support, as well as the final treatment applied.

Dans le cas où le support est un oxyde minéral, l'aire massique et le volume poreux du matériau sont importants ; de manière générale, il est préférable d'avoir une aire massique supérieure à 20 m2/g et un volume poreux supérieur à 0. 1 cm3/g.  In the case where the support is a mineral oxide, the mass area and the pore volume of the material are important; in general, it is preferable to have a mass area greater than 20 m2 / g and a pore volume greater than 0.1 cm3 / g.

La mise en contact peut être un échange d'ions, une imprégnation par imbibition ou un trempage. Les concentrations en sel, la nature de l'anion, le pH, la température et le temps de contact sont à prendre en compte.  The contacting can be an ion exchange, an impregnation by imbibition or a soaking. The salt concentrations, the nature of the anion, the pH, the temperature and the contact time must be taken into account.

Dans l'échange d'ions, on met par exemple une zéolite en contact avec une solution d'un ion qui va remplacer les cations échangeables de la zéolite.  In the ion exchange, for example, a zeolite is brought into contact with a solution of an ion which will replace the exchangeable cations of the zeolite.

En conséquence, il rentre en équivalent autant de cations qu'il en sort.  Consequently, it returns as many cations as its equivalent.

Ainsi par exemple, on peut utiliser une solution d'un chlorure à concentration de 1 M, le pH étant maintenu au-dessus de 4 mais suffisamment bas pour maintenir le sel en solution. Thus, for example, one can use a chloride solution at a concentration of 1 M, the pH being maintained above 4 but low enough to keep the salt in solution.

La zéolite est immergée dans la solution pendant au moins 3 heures avec agitation ou recirculation de la solution, à une température comprise entre 250C et 90 C.  The zeolite is immersed in the solution for at least 3 hours with stirring or recirculation of the solution, at a temperature between 250C and 90 C.

Après échange, la zéolite est rincée à l'eau déminéralisée jusqu'à pH entre 6 et 8, séchée à 120 C, puis activée entre 300 C et 500 C.  After exchange, the zeolite is rinsed with demineralized water until pH between 6 and 8, dried at 120 C, then activated between 300 C and 500 C.

De manière générale, l'homme de l'art saura adapter les conditions d'échange en fonction des règles suivantes : - le cation à échanger doit être bien solubilisé, c'est-à-dire sous forme d'un cation hydraté ; il faut éviter la formation d'hydroxi-cations,  Generally, those skilled in the art will be able to adapt the exchange conditions according to the following rules: - the cation to be exchanged must be well dissolved, that is to say in the form of a hydrated cation; avoid the formation of hydroxi-cations,

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- la zéolite doit être préservée de l'attaque par les ions H+ présents dans la solution, - les cations doivent être, dans la phase activée, sous forme de cations sans molécule d'eau, et placés dans les sites de la zéolite où ils seront accessibles aux molécules de gaz.  - the zeolite must be preserved from attack by the H + ions present in the solution, - the cations must be, in the activated phase, in the form of cations without water molecule, and placed in the zeolite sites where they will be accessible to gas molecules.

Pour l'imprégnation, on dépose en plus du sel sur le support, qui peut être lui-même échangeur d'ions ou pas. Dans ce cas, les cations introduits sont accompagnés de leur anion de compensation et il n'est pas nécessaire que des cations présents dans le support en sortent.  For the impregnation, in addition salt is deposited on the support, which can itself be an ion exchanger or not. In this case, the cations introduced are accompanied by their compensating anion and it is not necessary for cations present in the support to leave it.

Dans la procédure d'imbibition, on met le support en contact avec une solution du sel de manière à toujours rester avec une phase solide sans présence de liquide ; tout le sel utilisé restera alors dans le support. Dans le procédé par trempage, on place le support en contact avec un excès de solution liquide que l'on élimine par la suite.  In the imbibition procedure, the support is brought into contact with a solution of the salt so as to always remain with a solid phase without the presence of liquid; all the salt used will then remain in the support. In the soaking process, the support is placed in contact with an excess of liquid solution which is subsequently eliminated.

Le trempage permet de déposer des sels peu solubles, ou de contrôler

Figure img00070001

précisément les conditions physico-chimiques de l'échange tel le pH et la température, ou encore d'assurer une répartition plus homogène du sel dans le solide. Soaking makes it possible to deposit sparingly soluble salts, or to control
Figure img00070001

precisely the physico-chemical conditions of the exchange such as pH and temperature, or even to ensure a more homogeneous distribution of the salt in the solid.

Pour l'imprégnation, il peut être nécessaire de bien solubiliser le cation en ajustant le pH et en choisissant bien le sel mais toujours en respectant l'intégrité du support. En effet, certains supports sont de nature acide (gel de silice), basique (MgO), amphotère (Al203) ou oxydable (charbon actif) ; il faudra donc s'assurer que le support choisi ne va pas réagir avec la solution par mécanisme acido-basique ou d'oxydo-réduction.  For the impregnation, it may be necessary to dissolve the cation well by adjusting the pH and choosing the salt well but always respecting the integrity of the support. Indeed, some supports are acidic (silica gel), basic (MgO), amphoteric (Al203) or oxidizable (activated carbon); it will therefore be necessary to ensure that the support chosen will not react with the solution by an acid-base or redox mechanism.

Un traitement complémentaire peut être effectué en vue de fixer ou stabiliser le composé du métal déposé. Par exemple, on peut mettre le solide déjà imprégné en contact avec une autre solution capable de conduire à la formation d'un composé insoluble avec le métal (sel insoluble, hydroxyde, sel double...).  An additional treatment can be carried out in order to fix or stabilize the compound of the deposited metal. For example, the already impregnated solid can be brought into contact with another solution capable of leading to the formation of an insoluble compound with the metal (insoluble salt, hydroxide, double salt, etc.).

Après la mise en contact avec le composé métallique, le solide obtenu peut être séché tel quel, c'est-à-dire sans rinçage, ou bien rincé à l'eau pure.  After being brought into contact with the metal compound, the solid obtained can be dried as it is, that is to say without rinsing, or else rinsed with pure water.

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Une autre méthode consiste encore à faire co-précipiter le métal et son support sous forme d'un sel ou d'un oxyde mixte, comme dans le cas d'un perovskite ou d'une hydrotalcite. Dans ce cas, le métal est inséré dans la structure support.  Another method also consists in making the metal and its support co-precipitate in the form of a salt or a mixed oxide, as in the case of a perovskite or a hydrotalcite. In this case, the metal is inserted into the support structure.

Le traitement final peut être un chauffage à température modérée vers 100 C à 120 C pour retirer l'eau, ou bien à température plus élevée entre 200 C et 500 C pour décomposer le sel (par exemple un nitrate ou un acétate) et conduire à l'oxyde, ou bien encore un chauffage sous conditions réductrices, par exemple entre 150 C et 300 C en présence d'un mélange gazeux de 10% H2 dans N2 pour obtenir le métal.  The final treatment can be heating to a moderate temperature at around 100 ° C. to 120 ° C. to remove the water, or else to a higher temperature between 200 ° C. and 500 ° C. to decompose the salt (for example a nitrate or an acetate) and lead to the oxide, or alternatively heating under reducing conditions, for example between 150 ° C. and 300 ° C. in the presence of a gaseous mixture of 10% H2 in N2 to obtain the metal.

La montée en température peut être ou bien brutale, par introduction directe de l'échantillon dans le four déjà chaud, ou bien progressive, par exemple à 1 à 10 C/min. Toutefois, elle peut aussi être effectuée par paliers de température, par exemple d'abord à 120 C, puis à 180 C, puis à 250 C, enfin à 4000C ou 500 C.  The rise in temperature may either be sudden, by direct introduction of the sample into the already hot oven, or else gradual, for example at 1 to 10 ° C./min. However, it can also be carried out in temperature steps, for example first at 120 ° C., then at 180 ° C., then at 250 ° C., finally at 4000 ° C. or 500 ° C.

Le degré d'oxydation du métal après traitement est important. Par degré d'oxydation, on entend l'état de valence de l'élément : 0 pour le métal, +1 ou +11

Figure img00080001

pour les sels cuivre, +11 ou +111 pour les sels de fer... L'homme de l'art trouvera dans les encyclopédies de chimie les valences usuelles de différents éléments de transition. Le degré d'oxydation, lorsqu'il est positif, définit la charge de l'ion métallique et donc son pouvoir polarisant qui est important pour les propriétés d'adsorption et la localisation du cation dans la structure zéolitique. Le degré d'oxydation zéro correspond au métal'libre'capable de piéger les molécules possédant des électrons Tt par interaction avec les électrons de la structure de bande du métal. The degree of oxidation of the metal after treatment is important. By degree of oxidation is meant the state of valence of the element: 0 for the metal, +1 or +11
Figure img00080001

for copper salts, +11 or +111 for iron salts ... Those skilled in the art will find in chemical encyclopedias the usual valences of different transition elements. The degree of oxidation, when positive, defines the charge of the metal ion and therefore its polarizing power which is important for the adsorption properties and the location of the cation in the zeolitic structure. The zero degree of oxidation corresponds to the metal 'free' capable of trapping molecules having Tt electrons by interaction with the electrons of the band structure of the metal.

Le degré de division du métal ou du sel métallique ou encore de l'oxyde métallique doit être aussi élevé que possible pour favoriser le contact avec le gaz.  The degree of division of the metal or the metal salt or the metal oxide should be as high as possible to promote contact with the gas.

L'accessibilité du métal doit aussi être optimale, c'est-à-dire qu'il doit être situé dans la porosité ouverte du matériau. Il appartiendra à l'homme de l'art de définir les conditions opératoires optimales en fonction de la nature du support  The accessibility of the metal must also be optimal, that is to say that it must be located in the open porosity of the material. It will be up to those skilled in the art to define the optimal operating conditions according to the nature of the support.

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et du métal et ce, en jouant sur les conditions de synthèse du support et de l'échange : concentrations et conditions de température, d'agitation et de pH.  and metal, by playing on the conditions of synthesis of the support and of the exchange: concentrations and conditions of temperature, stirring and pH.

Le procédé d'adsorption de l'invention est, de préférence, réalisé suivant un cycle TSA. L'adsorption est alors menée à température proche de l'ambiante, c'est-à-dire de-10 C à 60oC, de préférence de 10 C à 40 C. La désorption est par ailleurs réalisée entre 70 C et 350 C, de préférence entre 100 C et 250 C. Pendant la désorption, l'adsorbant peut éventuellement servir de catalyseur pour la décomposition des oxydes d'azote, avec formation de 02 et N2.  The adsorption process of the invention is preferably carried out according to an TSA cycle. The adsorption is then carried out at a temperature close to ambient, that is to say from −10 ° C. to 60 ° C., preferably from 10 ° C. to 40 ° C. Desorption is moreover carried out between 70 ° C. and 350 ° C., preferably between 100 C and 250 C. During desorption, the adsorbent can optionally serve as a catalyst for the decomposition of nitrogen oxides, with the formation of O 2 and N 2.

Parmi les hydrocarbures de préférence adsorbés se trouvent les hydrocarbures insaturés tels que l'éthylène, le propylène et l'acétylène.  Among the preferably adsorbed hydrocarbons are unsaturated hydrocarbons such as ethylene, propylene and acetylene.

II est à noter que les produits désorbés peuvent être différents de ceux initialement adsorbés, de par des réactions d'oxydoréduction entre les oxydes d'azote et les hydrocarbures, ou bien par une décomposition catalytique des oxydes d'azote, pouvant se produire pendant l'adsorption, c'est-à-dire au contact du matériau adsorbant.  It should be noted that the products desorbed may be different from those initially adsorbed, by redox reactions between the nitrogen oxides and the hydrocarbons, or else by a catalytic decomposition of the nitrogen oxides, which may occur during l adsorption, that is to say in contact with the adsorbent material.

L'étape d'adsorption d'au moins une partie des oxydes d'azote et des hydrocarbures insaturés sur l'adsorbant avec métal de transition peut être précédée ou suivie d'au moins une étape d'adsorption d'au moins une autre impureté, comme la vapeur d'eau, le CO2 ou un hydrocarbure saturé.  The step of adsorption of at least part of the nitrogen oxides and of the unsaturated hydrocarbons on the adsorbent with transition metal can be preceded or followed by at least one step of adsorption of at least one other impurity , such as water vapor, CO2 or a saturated hydrocarbon.

Pour ce faire, le matériau adsorbant peut aussi être associé à une zéolite spécifique du COs, comme la 13X ou la LSX, ou à un adsorbant spécifique de l'eau comme une alumine. Par association, on entend un lit granulaire constitué de particules composites, ou bien d'un mélange de particules de différentes compositions.  To do this, the adsorbent material can also be associated with a specific COs zeolite, such as 13X or LSX, or with a specific adsorbent for water, such as an alumina. By association is meant a granular bed consisting of composite particles, or else a mixture of particles of different compositions.

Afin de démontrer l'efficacité de l'invention, les essais comparatifs suivants ont été réalisés.  In order to demonstrate the effectiveness of the invention, the following comparative tests were carried out.

Exemple 1 : Selon l'art antérieur
Un lit d'adsorption de 6 cm de diamètre et 20 cm de hauteur de zéolithe 13X classique est mis en contact avec un débit de 10 Nm3/h d'air à 200C et 6 bar contenant les impuretés suivantes :
Example 1: According to the prior art
An adsorption bed 6 cm in diameter and 20 cm in height of conventional 13X zeolite is brought into contact with a flow rate of 10 Nm3 / h of air at 200C and 6 bar containing the following impurities:

<Desc/Clms Page number 10><Desc / Clms Page number 10>

- 400 ppm en volume de C02 - 0, 3 ppm en volume de N20

Figure img00100001

- 1 ppm en volume de NO - 1 ppm en volume d'éthylène - 1 ppm en volume d'acétylène - 1 ppm en volume de propylène. - 400 ppm by volume of C02 - 0.3 ppm by volume of N20
Figure img00100001

- 1 ppm by volume of NO - 1 ppm by volume of ethylene - 1 ppm by volume of acetylene - 1 ppm by volume of propylene.

On constate que, lorsque le CO2 perce, c'est-à-dire lorsque le CO2 apparaît en aval du lit d'adsorbant, les teneurs en aval du lit en monoxyde d'azote, protoxyde d'azote et éthylène sont environ égales à leurs teneurs en amont du lit.  It is found that, when the CO 2 pierces, that is to say when the CO 2 appears downstream of the adsorbent bed, the contents downstream of the bed of nitrogen monoxide, nitrous oxide and ethylene are approximately equal to their contents upstream of the bed.

A l'inverse, le propylène et l'acétylène percent après le CO2.  Conversely, propylene and acetylene pierce after CO2.

Etant donné que les installations de prépurification des unités de séparation d'air sont habituellement dimensionnées pour l'arrêt du CO2, cela implique que le monoxyde et le protoxyde d'azote et l'éthylène ne sont pas totalement arrêtés et qu'ils pénètrent dans les installations cryogéniques, au risque de les colmater ou les détériorer.  Since the prepurification installations of the air separation units are usually designed to stop CO2, this implies that the monoxide and nitrous oxide and ethylene are not completely shut down and that they enter cryogenic installations, at the risk of clogging or damaging them.

Exemple 2 : Selon l'invention
La même expérience est réalisée avec un lit de 6 cm de diamètre composé d'une première couche de zéolithe ZSM5 échangée (taux d'échange environ 80%) au cuivre de 5 cm de hauteur et d'une deuxième couche de zéolithe 13X de 15 cm de hauteur en aval.
Example 2: According to the invention
The same experiment is carried out with a bed 6 cm in diameter composed of a first layer of ZSM5 zeolite exchanged (exchange rate about 80%) with copper 5 cm in height and a second layer of 13X zeolite of 15 cm in height downstream.

Dans ce cas, lorsque le CO2 perce, le monoxyde et le protoxyde d'azote, l'éthylène, l'acétylène et le propylène sont complètement arrêtés.  In this case, when the CO2 breaks through, the monoxide and nitrous oxide, ethylene, acetylene and propylene are completely stopped.

Exemple 3 : Selon l'invention
La même expérience est réalisée avec un lit de 6 cm de diamètre et de 20 cm de hauteur composé d'un mélange de particules de zéolithe 13X et de zéolithe ZSM5 échangée (taux d'échange environ 140%) au cuivre, dans la proportion d'environ 75% de zéolithe 13X et 25% de zéolithe ZSM5 au cuivre.
Example 3: According to the invention
The same experiment is carried out with a bed 6 cm in diameter and 20 cm in height composed of a mixture of particles of 13X zeolite and ZSM5 zeolite exchanged (exchange rate about 140%) with copper, in the proportion of '' about 75% 13X zeolite and 25% copper ZSM5 zeolite.

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A nouveau, le monoxyde et le protoxyde d'azote, l'éthylène, l'acétylène et le propylène apparaissent tous après la percée de CO2.  Again, nitrous oxide and monoxide, ethylene, acetylene, and propylene all appear after the breakthrough of CO2.

Les configurations des exemples 2 et 3 selon l'invention permettent donc d'ôter le monoxyde et le protoxyde d'azote, l'éthylène, l'acétylène, le propylène et le CO2 simultanément et ce, sans avoir un lit protecteur situé en amont pour éliminer le CO2 auparavant. The configurations of Examples 2 and 3 according to the invention therefore make it possible to remove the monoxide and nitrous oxide, ethylene, acetylene, propylene and CO2 simultaneously, without having a protective bed located upstream. to remove CO2 before.

Claims (14)

REVENDICATIONS 1. Procédé de purification d'un flux gazeux en au moins une partie des impuretés oxydes d'azote (NxOy) et hydrocarbures insaturés (CnHm) qu'il contient, dans lequel : a) on met le flux gazeux contenant lesdites impuretés oxydes d'azote et hydrocarbures insaturés en contact avec un adsorbant contenant au moins un métal de transition de la première série choisi parmi V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni et Cu, (b) on adsorbe sur ledit adsorbant, de manière concomitante, au moins une partie des impuretés oxydes d'azote et hydrocarbures insaturés présentes dans le flux gazeux de l'étape (a), (c) on récupère, après l'étape (b), un flux gazeux débarrassé d'au moins une partie desdites impuretés. 1. Method for purifying a gas stream into at least part of the nitrogen oxide impurities (NxOy) and unsaturated hydrocarbons (CnHm) which it contains, in which: a) the gas stream containing said oxide impurities d nitrogen and unsaturated hydrocarbons in contact with an adsorbent containing at least one transition metal from the first series chosen from V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni and Cu, (b) is adsorbed on said adsorbent, concomitantly, at least part of the nitrogen oxide and unsaturated hydrocarbon impurities present in the gas stream from step (a), (c) a gas stream is recovered after step (b), free of at least a portion said impurities. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les oxydes d'azote sont choisis parmi NO, N02, N20, N203, N204, N2Os.  2. Method according to claim 1, characterized in that the nitrogen oxides are chosen from NO, N02, N20, N203, N204, N2Os. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les hydrocarbures insaturés sont choisis dans le groupe formé par C2H4, C2H2 et C3Hs.  3. Method according to one of claims 1 or 2, characterized in that the unsaturated hydrocarbons are chosen from the group formed by C2H4, C2H2 and C3Hs. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le flux gazeux contient, en outre, des impuretés CO2 et/ou un ou plusieurs hydrocarbures saturés, lesdites impuretés CO2 et/ou des hydrocarbures saturés étant adsorbés à l'étape (b) sur ledit adsorbant.  4. Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the gas stream contains, in addition, CO2 impurities and / or one or more saturated hydrocarbons, said CO2 impurities and / or saturated hydrocarbons being adsorbed to l 'step (b) on said adsorbent. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, au moins une étape d'élimination d'au moins une partie d'au moins une impureté parmi le CO2, l'eau et les hydrocarbures saturés, tels le propane.  5. Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that it further comprises at least one step of removing at least part of at least one impurity from among CO2, water and saturated hydrocarbons, such as propane. <Desc/Clms Page number 13> <Desc / Clms Page number 13> 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'étape d'élimination d'au moins une partie du C02 est réalisée par mise en contact avec une zéolithe X ou LSX, de préférence ladite zéolithe X ou LSX est associée à l'adsorbant contenant au moins un métal de transition au sein de grains composites ou en mélange de grains.  6. Method according to claim 5, characterized in that the step of eliminating at least part of the C02 is carried out by bringing into contact with an X or LSX zeolite, preferably said X or LSX zeolite is associated with l adsorbent containing at least one transition metal within composite grains or as a mixture of grains. 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'adsorbant comprend une phase solide inorganique contenant au moins un métal de transition de la première série ou au moins un sel ou un oxyde d'un tel métal.  7. Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that the adsorbent comprises an inorganic solid phase containing at least one transition metal from the first series or at least one salt or an oxide of such a metal. 8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la phase solide inorganique est choisie dans le groupe formé par les alumines, les gels de silices, les oxydes de métaux, les hydrotalcites, les perovskites et les zéolites ayant un rapport Si/AI 1.  8. Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that the inorganic solid phase is chosen from the group formed by aluminas, silica gels, metal oxides, hydrotalcites, perovskites and zeolites having an Si / AI ratio 1. 9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'adsorbant est une zéolite ZSM-5 échangée au cuivre, au cobalt, au nickel ou leurs combinaisons.  9. Method according to one of claims 1 to 8, characterized in that the adsorbent is a ZSM-5 zeolite exchanged with copper, cobalt, nickel or their combinations. 10. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le procédé est un procédé TSA.  10. Method according to one of claims 1 to 9, characterized in that the method is a TSA process. 11. Procédé selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que l'adsorption est opérée à une température de-10 C à +60 C, de préférence de +10 C à +40 C.  11. Method according to one of claims 1 to 10, characterized in that the adsorption is carried out at a temperature of -10 C to +60 C, preferably from +10 C to +40 C. 12. Procédé selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que le flux de gaz est de l'air.  12. Method according to one of claims 1 to 11, characterized in that the gas flow is air. <Desc/Clms Page number 14> <Desc / Clms Page number 14> 13. Procédé selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que le flux de gaz débarrassé d'au moins une partie de ses impuretés est soumis à une étape de distillation cryogénique pour produire de l'azote, de  13. Method according to one of claims 1 to 12, characterized in that the gas stream freed from at least part of its impurities is subjected to a cryogenic distillation step to produce nitrogen,
Figure img00140001
Figure img00140001
l'oxygène et/ou de l'argon.  oxygen and / or argon.
14. Procédé selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que l'adsorbant est une zéolite ZSM-5 échangée de 30% à 300% au cuivre, au cobalt, au nickel ou leurs combinaisons, de préférence de 70% à 180%. 14. Method according to one of claims 1 to 13, characterized in that the adsorbent is a ZSM-5 zeolite exchanged from 30% to 300% to copper, cobalt, nickel or their combinations, preferably 70% 180%.
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