WO2018007734A1 - Procédé de formulation d'une suspension catalytique - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a method of formulating a catalytic suspension for use in depositing catalyst in the millimeter channels of a reactor-exchanger.
  • the reforming reactor referred to in this invention is an integral unit consisting of different parts, represented by FIGS. 1 and 2.
  • integral reactor is meant a reactor having no assembly interface.
  • the inlet and outlet 2 of the exchanger-reactor are directly connected to the distribution zone 3, which supplies the exchange zone 4.
  • the exchange zone 4 consists of straight and parallel channels: straight channels the reactive channels 5, the product channels 6 and the junctions 7 between two reactive channels 5 and a product channel.
  • millimetric channel is meant a channel of millimeter size.
  • reactive channels is meant the millimeter channels where a catalytic reaction takes place and the “product channels” the millimeter channels allowing the circulation of the product stream.
  • Only the inlet 1, the distribution zone 3 and the reactive channels 6 are coated with a catalyst 8. In addition to the catalyst deposit 8, these channels may also be coated with a protective coating against corrosion 9 applied to the surface 10 of the reactive channels.
  • the reactor itself is shown in FIG. 3.
  • the reactor is a closed assembly, the reactive channels of which are accessible only through inlet 1 and outlet 2.
  • a solution of the present invention is a method of formulating a catalytic suspension comprising the following steps:
  • the method for formulating the catalytic suspension according to the invention may have one or more of the following characteristics:
  • the suspension is a suspension for use for depositing catalyst in the millimeter channels of a reactor-exchanger and in step b) the wetting agent is added so as to allow a homogeneous coating and a control of the thickness of the reactor; deposit over the entire area of the surface of the channels to be coated
  • the suspension is a suspension for use for depositing catalyst in the millimeter channels of a reactor exchanger and in step a) the catalyst is in the form of a powder having grains of diameter 2 to 10 times smaller than the arithmetic mean roughness Ra of the internal surface of the millimeter channels.
  • the organic or aqueous solvent is chosen from water, light alcohols or heavy alcohols and their mixtures in variable proportions with ketones.
  • the wetting agent is chosen from silicone surfactant additives.
  • the dispersant is steric or electrosteric and selected from C ⁇ NaC h S (SDS) (C 16 H 33) N ⁇ CH 3) 3 Br (CTAB), and phosphoric ester (CP213 BEYCOSTAT ).
  • the viscosity of the suspension is adjusted by increasing or decreasing the amount of catalyst dispersed in step a) so as to obtain a viscosity of between 2 m Pas.s and 20 mPa.s.
  • step a) at least one binder is added to the solvent.
  • step a) at least one plasticizer is added to the solvent.
  • the suspension is obtained by dispersing a catalyst in the form of a powder of controlled particle size, adapted as a function of the surface roughness of the microchannels to be coated.
  • the dispersion of the suspension is carried out in an organic or aqueous solvent.
  • the surface tension of the suspension and the wettability at the surface of the microchannels, for a given solvent, is adjusted by the addition of wetting agents of the polydimethylsiloxane type (eg BYK 333).
  • the suspension is stabilized by the presence of steric dispersants or electrostatic dispersants used in a range of pH and ionic strength favoring the repulsion of the catalyst grains.
  • the viscosity of the suspension is between 2 mPa.s and 20 mPa.s.
  • the viscosity of the slurry can be adjusted by increasing or decreasing the amount of dispersed catalyst powder.
  • the dispersed catalyst powder content in the suspension is between 5% vol. and 15% vol.
  • the cohesion and adhesion of the raw deposit on the surface of the micro-channels is ensured by the presence of binders and optionally plasticizers.
  • the binders can also be used as control agents for the rheology of the suspension.
  • the powder (225 g) is introduced into the ball mill, added with a solvent (butan-2-one / ethanol in the proportions 60:40, 900 ml) so that the powder load in the suspension is about 7% flight.
  • a steric ester-type phosphoric dispersant (2% m relative to the powder introduced), a binder of polymethyl methacrylate type (4% m relative to to the powder introduced) and a wetting agent of polydimethylsiloxane type (0.5% m with respect to the powder introduced).
  • a steric ester-type phosphoric dispersant (2% m relative to the powder introduced)
  • a binder of polymethyl methacrylate type 4% m relative to to the powder introduced
  • a wetting agent of polydimethylsiloxane type (0.5% m with respect to the powder introduced

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Abstract

Procédé de formulation d'une suspension catalytique comprenant les étapes suivantes : a) dispersion d'un catalyseur dans un solvant organique ou aqueux, de préférence EtOH/MEK de préférence encore contenant un liant poly (méthyl méthacrylate), b) ajustement de la tension de surface de la dispersion par ajout d'au moins un agent mouillant, de préférence un additif tensioactif au silicone, de préférence BYK-333, et c) stabilisation de la dispersion au moyen d'au moins un dispersant, de préférence SDS, CTAB ou l'ester phosphorique CP213 Beycostat.

Description

PROCEDE DE FORMULATION D'UNE SUSPENSION CATALYTIQUE
La présente invention est relative à un procédé de formulation d'une suspension catalytique pour utilisation pour dépôt de catalyseur dans les canaux millimétriques d'un échangeur-réacteur.
Actuellement le procédé le plus répandu de production de gaz de synthèse est le vaporeformage du méthane. Cette réaction est catalytique et endothermique. La chaleur nécessaire pour la réaction est obtenue par combustion dans un four radiatif. Le gaz de synthèse est donc obtenu à haute température (aux environs de 900°C). Une optimisation déjà largement répandue propose le déroulement de la réaction dans un échangeur-réacteur millistructuré afin d'améliorer les transferts de chaleur et de matière au sein du réacteur.
Le réacteur de reformage dont il est question dans cette invention est un ensemble d'un seul tenant, constitué de différentes parties, représentées par les figures 1 et 2. Par « réacteur d'un seul tenant » on entend un réacteur ne présentant pas d'interface d'assemblage. L'entrée et la sortie 2 de l'échangeur-réacteur sont directement reliées à la zone de distribution 3, qui alimente la zone d'échange 4. La zone d'échange 4 est constituée de canaux droits et parallèles : on distingue parmi ces canaux droits les canaux réactifs 5, les canaux produits 6 et les jonctions 7 entre deux canaux réactifs 5 et un canal produit. Par « canal millimétrique » on entend un canal de dimension millimétrique. Par « canaux réactifs » on entend les canaux millimétriques où a lieu une réaction catalytique et par « canaux produits » les canaux millimétriques permettant la circulation du flux produit. Seuls l'entrée 1, la zone de distribution 3 et les canaux réactifs 6 sont enduits d'un catalyseur 8. En plus du dépôt de catalyseur 8, ces canaux peuvent être également enduits d'un revêtement protecteur contre la corrosion 9 appliqué à la surface 10 des canaux réactifs.
Le réacteur lui-même est représenté figure 3. Le réacteur est un ensemble fermé, dont les canaux réactifs sont uniquement accessibles par l'entrée 1 et la sortie 2.
A l'heure actuelle il n'existe pas de suspension catalytique adaptée pour le dépôt de catalyseur dans les canaux millimétriques d'un échangeur-réacteur. U ne solution de la présente invention est un procédé de formulation d'une suspension catalytique comprenant les étapes suivantes :
a) dispersion d'un catalyseur dans un solvant organique ou aqueux,
b) ajustement de la tension de surface de la dispersion par ajout d'au moins un agent mouillant, et
c) stabilisation de la dispersion au moyen d'au moins un dispersant.
Selon le cas le procédé de formulation de la suspension catalytique selon l'invention peut présenter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
- la suspension est une suspension pour utilisation pour dépôt de catalyseur dans les canaux millimétriques d'un échangeur-réacteur et à l'étape b) l'agent mouillant est ajouté de manière à permettre une enduction homogène et un control de l'épaisseur de dépôt sur toute la zone de la surface des canaux à enduire
- la suspension est une suspension pour utilisation pour dépôt de catalyseur dans les canaux millimétriques d'un échangeur-réacteur et à l'étape a) le catalyseur est sous forme d'une poudre présentant des grains de diamètre 2 à 10 fois inférieurs à la rugosité moyenne arithmétique Ra de la surface interne des canaux millimétriques.
- à l'étape a) le solvant organique ou aqueux est choisi parmi l'eau, les alcools légers ou les alcools lourds et leurs mélanges en proportions variables avec des cétones.
- à l'étape b) l'agent mouillant est choisi parmi les additifs tensioactifs au silicone.
- à l'étape c) le dispersant est stérique ou électrostérique et choisi parmi C^h NaC S (SDS) , (C16H33)N{CH3)3Br (CTAB), et l'ester phosphorique (CP213 Beycostat).
- la viscosité de la suspension est ajustée en augmentant ou en diminuant la quantité de catalyseur dispersée à l'étape a) de manière à obtenir une viscosité comprise entre 2 m Pas.s et 20 mPa.s.
- à l'étape a) au moins un liant est ajouté au solvant.
- à l'étape a) au moins un plastifiant est ajouté au solvant.
La suspension est obtenue par dispersion d'un catalyseur sous forme de poudre de granulométrie contrôlée, adaptée en fonction de la rugosité de surface des micro-canaux à enduire. La dispersion de la suspension est réalisée dans un solvant organique ou aqueux. La tension de surface de la suspension et la mouillabilité en surface des micro-canaux, pour un solvant donné, est ajustée par l'adjonction d'agents mouillants de type polydiméthylsiloxane (ex : BYK 333).
La suspension est stabilisée par la présence de dispersants stériques ou de dispersants électrostériques utilisés dans un domaine de pH et de force ionique favorisant la répulsion des grains de catalyseurs.
La viscosité de la suspension est comprise entre 2 mPa.s et 20 mPa.s. La viscosité de la suspension peut être ajustée en augmentant ou en diminuant la quantité de poudre de catalyseur dispersée. La teneur en poudre de catalyseur dispersée au sein de la suspension est comprise entre 5%vol. et 15%vol.
La cohésion et l'adhérence du dépôt à cru, en surface des micro-canaux, est assurée par la présence de liants et éventuellement de plastifiants. Les liants peuvent également être utilisés comme agents de contrôle de la rhéologie de la suspension.
Exemple :
Une suspension est préparée par dispersion d'une poudre de catalyseur, préalablement broyée par attrition en voie humide afin d'en ajuster la granulométrie (d50 = 0.6 μιη) pour l'adapter à la rugosité du substrat à enduire. La poudre (225g) est introduite dans le broyeur à boulets, additionnée d'un solvant (butan-2-one / éthanol dans les proportions 60 : 40 ; 900mL) afin que la charge en poudre dans la suspension soit d'environ 7%vol. Après mise en rotation de la jarre, pour homogénéisation du mélange, on ajoute à la suspension un dispersant stérique de type ester phosphorique (2%m par rapport à la poudre introduite), un liant de type polymethacrylate de méthyle (4%m par rapport à la poudre introduite) et un agent mouillant de type polydiméthylsiloxane (0.5%m par rapport à la poudre introduite). L'ensemble est homogénéisé et désagloméré pendant 12h, avant d'être stocké sur un tourne jarre.

Claims

Revendications
1. Procédé de formulation d'une suspension catalytique comprenant les étapes suivantes : a) dispersion d'un catalyseur dans un solvant organique ou aqueux,
b) ajustement de la tension de surface de la dispersion par ajout d'au moins un agent mouillant, et
c) stabilisation de la dispersion au moyen d'au moins un dispersant.
2. Procédé de formulation selon la revendication 1, caractérisé en ce que la suspension est une suspension pour utilisation pour dépôt de catalyseur dans les canaux millimétriques d'un échangeur-réacteur et à l'étape b) l'agent mouillant est ajouté de manière à permettre une enduction homogène et un control de l'épaisseur de dépôt sur toute la zone de la surface des canaux à enduire
3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la suspension est une suspension pour utilisation pour dépôt de catalyseur dans les canaux millimétriques d'un échangeur-réacteur et à l'étape a) le catalyseur est sous forme d'une poudre présentant des grains de diamètre 2 à 10 fois inférieurs à la rugosité moyenne arithmétique Ra de la surface interne des canaux millimétriques.
4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'à l'étape a) le solvant organique ou aqueux est choisi parmi l'eau, les alcools légers ou les alcools lourds et leurs mélanges en proportions variables avec des cétones.
5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'à l'étape b) l'agent mouillant est choisi parmi les additifs tensioactifs au silicone.
6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'à l'étape c) le dispersant est stérique ou électrostérique et choisi parmi C^h sNaC S (SDS) , {€ι6Η33) ((¾)3Βί' (CTAB), et l'ester phosphorique (CP213 Beycostat).
7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la viscosité de la suspension est ajustée en augmentant ou en diminuant la quantité de catalyseur dispersée à l'étape a) de manière à obtenir une viscosité comprise entre 2 mPas.s et 20 mPa.s.
8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'à l'étape a) au moins un liant est ajouté au solvant.
9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'à l'étape a) au moins un plastifiant est ajouté au solvant.
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