BE531538A - - Google Patents
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Description
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On sait que l'on peut obtenir des mélanges de substances aromatiques contenant du para-xylène par aronatisation (déshydrocyclisation) des hydrocarbures aliphatiques en C8. A partir du n-octane, par exemple, on ohtient un mélange contenant 85% d'orthoxylène, 2% de méta-xylène, 3% de paraxylène et 10% d'éthylbenzène. Du 3-méthylheptane et du 2-méthylhexène-(l), on tire des mélanges d'ortho- et de para-xylène et d'éthylbenzène. Le 2.5- diméthylhexane donne un produit contenant 36% de xylène.
Dans les procédés mentionnés ci-dessus, on utilise des catalyseurs à l'oxyde de chrome ou à l'oxyde de chrome/oxyde d'aluminium ou encore des catalyseurs au carbone platiné. On sait aussi que l'on peut aromatiser du 2.2.4-triméthylpentane à environ 550 en présence d'un catalyseur à l'oxyde de chrome/oxyde d'aluminium ou au molybdène/oxyde d'aluminium, Par ces procédés on obtient, dans le premier cas, seulement de l'ortho-xylène et, dans le second cas, avec un rendement d'environ 10% un mélange composé principalement d'ortho- et de para-xylène outre une petite quantité de métaxylène.
Or, la demanderesse à trouvé que l'on pouvait obtenir des hydrocarbures aromatiques, particulièrement le para-xylène, en faisant passer des vapeurs de 2.4.4-triméthylpentène-(1) et/ou de 2.4.4-triméthylpentène- (2) le cas échéant en mélange avec des vapeurs de triméthylpentane, à des températures comprises entre environ 450 et environ 650 , de préférence entre 475 et 550 , sur des catalyseurs d'aromatisation comprenant des oxydes de métaux du 6ième groupe du système périodique et/ou des composés mixtes et/ ou des mélanges de ces oxydes les uns avec les autres ou avec des oxydes de titane, de zirconium., de thorium ou de vanadium, le cas échéant contenant des additions de platine ou de palladium métalliques, avec ou sans supports constitués par des oxydes du 3ième groupe du système pèriodique, et, le cas échéant, contenant,
comme substances activantes, des oxydes du groupe des métaux alcalins et/ou des métaux alcalinoterreux et/ou des'terres rares. On peut aussi effectuer la;réaction en présence de gaz véhiculeurs constitués avantageusement d'hydrogène et d'hydrocarbures aliphatiques à bas poids moléculaire contenant au plus 4 atomes de carbone, de préférence d'isobutylène.
Le procédé objet de la présente invention est particulièrement avantageux étant donné que l'on obtient un produit spécifique à partir d'une substance spécifique en utilisant des catalyseurs d'un type défini. De cette manière on obtient du para-xylène relativement pur, ce qui est d'une grande importance dans l'industrie.
Gomme catalyseurs, on peut utiliser des catalyseurs à l'oxyde de chrome/oxyde d'aluminium. Les catalyseurs se composant d'oxyde de chrome, d'oxyde de potassium, d'oxyde de cérium et d'oxyde gamma d'aluminium sont particulièrement avantageux, la proportion des oxydes pouvant varier entre 5-40, 1-10, 0,5-5 et 93,5-45%.
La proportion la plus avantageuse est de 12,1/1, 7/1, 5/84, 7%. On peut aussi utiliser des catalyseurs composés d'oxyde de chrome, d'oxyde d'aluminium et de platine métallique ou de palladium métallique. Si l'on utilise les catalyseurs mentionnés en premiers lieu, le rendement en para-xylène obtenu par le procédé objet de l'invention est d'environ 65% en utilisant les catalyseurs mentionnés en dernier lieu, le rendement est d'environ 55%; du para-xylène à 98% est obtenu, par exemple, par l'utilisation de catalyseurs composés d'oxyde de chrome, d'oxyde de potassium, d'oxyde de cérium et d'oxy- de gamma d'aluminium dans les proportions indiquées plus haut, à des températures comprises entre 475 et 550 au cours d'un temps de contact de 1 à 12 secondes.
Comme catalyseurs convenant à la réaction d'après l'invention, on peut citer, par exemple,, l'oxyde de chrome et les catalyseurs mixtes suivants: oxyde de chrome/oxyde d'aluminium; oxyde de molybdène/oxyde d'aluminium; oxyde de tungstène/oxyde d'aluminium; oxyde de chrome/oxyde de molyb- dène/oxyde d'aluminium; oxyde de chrome/oxyde de zinc/oxyde d'aluminium; oxyde
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de chrome/oxyde de zirconium/oxyde d'aluminium; oxyde de chrome/oxyde de thorium/oxyde d'aluminium; oxyde de chrome/oxyde de titane/oxyde d'aluminium; oxyde de chrome/platine métal/oxyde d'aluminium; oxyde de chrome/palladium métal/oxyde d'aluminium; oxyde de chrome/oxyde de sodium/oxyde d'aluminium; oxyde de chrome/oxyde de potassium/oxyde d'aluminium;
oxyde de chrome/oxyde' de potassium/oxyde d'aluminium/oxyde de cérium; oxyde de chrome/oxyde de potassium/oxyde d'aluminium/platiné métal ; oxyde de chrome/oxyde de potassium/ oxyde d'aluminium/platine métal/oxyde de cérium; oxyde de chrome/oxyde de magnésium/oxyde d'aluminium; oxyde de chrome/oxyde de molydbène/oxyde d'alu- minium/oxyde de vanadium ; oxyded'aluminium/oxyde de vanadium/oxyde de zinc/ oxyde de chrome; oxyde de chrome/oxyde de calcium/oxyde de zinc/oxyde d'âllimirrhnn.
Les catalyseurs contiennent avantageusement au moins 2% et au plus 100% d'oxydes de chrome, de molybdène et dé tungstène, 'de préférence d'oxyde de chrome et d'oxyde de molybdène, ou des mèlanges de ces oxydes. Dans certains cas, il est particulièrement avantageux d'uti- liser l'oxyde de chrome. On utilise avantageusement les oxydes sur un support d'oxyde d'aluminium.
Pour la réaction selon l'invention, on peut aussi utiliser des catalyseurs contenant, à côté d'oxyde de chrome, d'oxyde de molybdène, d'oxyde de tungstène et, le cas échéant, d'oxyde d'aluminium, 0,1 à 30% d'oxyde de titane, d'oxyde de zirconium, d'oxyde de thorium ou d'oxyde de va- nadiu@ et 0,5 à 5% d'oxydes de terres rares, de préférence de cérium, ainsi que 1 à 10% d'onde de métaux alcalins et 0,5 à 20% d'oxydes de métaux alca- linoterreux ou d'oxyde de zinc, et 0,1 à 5% depalladium ou de platine. Au lieu d'un oxyde ou d'un métal isolé, on peut utiliser dans tous les cas un mélange de plusieurs oxydes ou de métaux des groupes mentionnés ci-dessus.
Les quantités d'oxyde d'aluminium utilisées pour la préparation des catalyseurs décrits ci-dessus peuvent varier comme suit: - entre 0 et 98% si, à c8té d'oxyde d'aluminium, les catalyseurs ne renferment que des oxydes de chrome, de molybdène et de tungstène; - entre 0 et 97% si l'on utilise en outre des oxydes alcalins; - entre 0 et 97,5% si, à côté d'oxyde de chrome, d'oxyde de molybdène et/ou, d'oxyde de tungstène, les catalyseurs contiennent de l'oxyde de magnésium, de l'oxyde de calcium, de l'oxyde de strontium, de l'oxyde de baryum et de l'oxyde de zinc, ou des mélanges et de ces-oxydes;
- entre 0 et 97,9% si, à c8té d'oxyde de chrome, d'oxyde de molybdène et d'oxyde de tungstène, ou de leurs mélanges, les catalyseurs contiennent de l'oxyde de titane, de l'oxyde de zirconium, de l'oxyde de thorium et de l'oxyde de vanadium, ou des mélanges de ces oxydes; - entre 0 et 96,5% si l'on a ajouté des oxydes de terras.rares ainsi que des oxydes de métaux alcalins aux oxydes de chrome, de molybdène ou de tungstène, ou aux mélanges de ces oxydes; - entre 0 et 96,4% si les catalyseurs contiennent aussi de l'oxyde de titane, de 3'oxyde de zirconium, de l'oxyde de thorium et de @ @ l'oxyde de vanadium ou des mélanges de ces oxydes;
- entre 0 'et 96,9%, si les catalyseurs mentionnés en dernier lieu ne contiennent pas des oxydes de terres rares ; - entre 0 et 97,9% si, à côté d'oxyde de chrome, d'oxyde de molybdène et d'oxyde de tungstène, les catalyseurs contiennent du platine et,/ ou du palladium; entre 0 et 96,9% si les catalyseurs contiennent, de plus, des oxydes de métaux alcalinp et entre 0 et 96,4% si les catalyseurs contiennent aussi des oxydes de terres rares. L'oxyde d'aluminium peut être présent dans toute forme désirée., l'oxyde gamma d'aluminium, toutefois, étant parti- culièrement avantageux.
On utilise avantageusement de l'oxyde de tungstène, del'oxyde de molybdène et de l'oxyde de chrome en quantités allant de 10 à 20%. De plus, il
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y a avantage à ajouter les oxydes aux catalyseurs en quantités au moins égales ou supérieures à la quantité totale de toutes les autres substances actives ou activantes que l'on a ajoutées, l'oxyde d'aluminium n'étant pas considéré comme substance de ce genre.
L'oxyde d'aluminium ne joue que le rôle de support, tandis que l'oxyde de titane, l'oxyde de zirconium et l'oxyde de thorium ont un effet faiblement aromatisant. Pour le vanadium cet effet se trouve augmenté pour se produire d'une manière encore plus prononcée avec l'oxyde de chrome, l'oxyde de molybdène et l'oxyde de tungstène, l'oxyde de chrome, surtout, agissant très puissamment pour la formation de para-xylène par aromatisation.
Comme substances activantes pour la préparation du para-xylène, on peut avantageusement utiliser des oxydes de métaux alcalins, par exemple l'oxyde de potassium en mélange avec des oxydes de terres rares, par exemple l'oxyde de cérium. D'autres substances activantes, telles que les oxydes de métaux alcalino-terreux, l'oxyde de zinc et l'oxyde de magnésium, augmentent encore le rendement en substances aromatiques ; cependant, dans certains cas, la proportion du para-xylène n'est que de 30%. Dans des conditions appropriées, on obtient à partir des 2.4.4-triméthylpentènes un produit aromatique contenant jusqu'à 90% de para-xylène.
La manière dont le catalyseur a été préparé importe aussi pour l'exécution de la réaction selon l'invention. Bien que l'on puisse précipiter les composantes ensemble ou que l'on puisse les mélanger, il est plus avan- tageux de faire absorber les composantes actives par la surface du catalyseur.
On peut obtenir un catalyseur très convenable en procédant comme suit: on transforme de l'hydroxyde d'aluminium, obtenu à partir d'une solution de ni- trate d'aluminium par précipitation avec une quantité équivalente d'une solution d'ammoniaque à 15%, en l'oxyde gamma d'aluminium par chauffage à 750 au cours de 5 heures. On divise la masse en petits morceaux et on en tamise les grains d'un diamètre de 3 à 5 millimètres. On ajoute à ces grains, goutte à goutte, en secouant, une solution d'acide chromique, de nitrate de potassium et de nitrate de cérium pour arriver à une distribution uniforme, en quantité telle qu'elle soit complètement absorbée par les grains d'oxyde d'aluminium.
150 grammes d'oxyde d'aluminium granuleux absorbent complètement une solution de 31,5 grammes d'acide chronique, 4,5 grammes de nitrate de potassium et 1,5 gramme de nitrate de cérium dissous dans 110 cm3 d'eau. Après un séchage à 550 au cours de 3 heures et une réduction dans un courant d'hydrogène, le catalyseur peut être utilisé.
La vie de ce catalyseur est de plus de 100 heures sans régénération. Le rendement en para-xylène obtenu au bout de 100 heures est de 95% de celui obtenu au bout de 25 heures. Après régénération (effectuée à 5500 en soufflant de l'air sur le catalyseur), le catalyseur a la même activité qu'au commencement de la réaction.
Le rendement en para-xylène et en hydrocarbures aromatiques obtenu par le procédé objet de l'invention dépend de la température et du temps de contact, c'est-à-dire, de la durée de séjour du triméthyl-pentane dans le tube de réaction. Si l'on élève la température, le degré de l'aromatisation et simultanément le degré de scission s'élèvent. Par conséquent, une plus petite quantité de la matière première est récupérée et le rendement est inférieur à celui que l'on obtient en opérant à des températures plus basses.
L'influence du temps de contact sur la réaction est analogue à celle de la température. Si l'on prolonge le temps de contact sans changer la température, le degré de l'aromatisation et le degré de scission s'élèvent.
Etant donné que le degré de scission augmente dans une mesure plus grande, le rendement en hydrocarbures aromatiques et en para-xylène est plus petit.
Si l'on réduit le temps de contact et qu'on élève la température de sorte que ces deux facteurs sont de même valeur (se compensent) en ce qui concerne la scission, on obtient un effet d'aromatisation plus fort. Cependant, on ne
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peut pas réduire à volonté le temps de contact au cours duquel la cyclisation, l'isomérisation et l'aromatisation par déshydrogénation doivent s'effectuer, car la déshydrogénation ne se produit qu'insuffisamment si le temps de con- tact est trop court. On peut donc effectuer la réaction selon l'invention à des températures comprises entre 450 et 650 et en un temps de contact de 0,1 à 60 secondes, de préférence à des températures comprises entre 475 et 550 , en un temps de contact de 1 à 12 secondes.
Au cours de la réaction, une partie du 2.4.4-triméthyl-pentène utilisé est scindée en produits gazeux. Jusqu'à 90% ces hydrocarbures à bas poids moléculaire consistent en isobutylène que l'on peut dimériser en 2.4.
4-triméthylpentène et puis utiliser de nouveau.
Comme gaz véhiculeurs, on utilise de l'azote, de l'hydrogène ou des hydrocarbures aliphatiques à bas poids moléculaire contenant au plus 4 atomes de carbone ou un mélange d'azote ou d'hydrogène avec ces hydrocarbu- res. Comparé avec l'azote, l'hydrogène offre l'avantage de réduire considé- rablement la quantité de carbone et de produits de condensation à poids molé- culaire plus élevé se déposant sur le catalyseur et, ainsi, de prolonger la vie du catalyseur. Il est particulièrement avantageux d'utiliser un mélange d'hydrogène et d'isobutylène étant donné que la présence de l'isobutylène réduit considérablement le dédoublement de la matière première en isobutylè- ne.
Cependant, on ne peut utiliser ces hydrocarbures comme gaz véhiculeurs qu'à des températures inférieures à 550 .
On peut effectuer le procédé selon l'invention d'une manière con- tinue et, le cas échéant, en cycle fermé.
On a déjà décrit dans la littérature l'utilisation de catalyseurs composés d'oxyde d'aluminium, d'oxyde de chrome, d'oxyde de potassium et d'o- xyde de cérium, mais cela n'a pas été fait sans constater expressément qué, comme matière première pour cette réaction, on ne peut utiliser que des hy- drocarbures contenant au moins 6 atomes de carbone dans une chaîne ouverte.
Par conséquent, on ne pouvait pas prévoir que l'on puisse obtenir des hydro- carbures aromatiques, particulièrement le para-xylène, à partir du 2.4.4-tri- méthylpentène-(l) et du 2.4.4-triméthylpentène-(2). En particulier, on ne pouvait pas s'attendre à ce qu'on obtienne le para-xylène en quantité extra- ordinairement grande en utilisant les catalyseurs décrits ci-dessus composés d'oxyde de chrome, d'oxyde de potassium, d'oxyde de cérium et d'oxyde d'alu- minium.
EXEMPLE 1 : On fait passer 121,8 grammes d'un mélange composé de 80% de 2.4.4triméthylpentène-(1) et de 20% de 2.4.4-triméthylpentène-(2) sous forme de vapeur, à 500 et avec un débit de 40.6 grammes par heure, sur 120 cm3 d'un catalyseur composé d'oxyde de chrome, d'oxyde de potassium, d'oxyde de cérium et d'oxyde gamma d'aluminium (12,1/1,7/1,5/84,7). On dilue les vapeurs avec 13,20 litres par heure (60,0 pour cent en volume) d'hydrogène, Le temps de contact est de 7,5 secondes.La charge par unité de volume et de temps est de 0,47 cm3 de 2.4.4-triméthylpentène par cm3 de chambre de contact et par heure.
On obtient 92,4 grammes (76,0% de la quantité de matière à traiter) d'un produit liquide qui contient 78,1 grammes de matière première n'ayant pas réagi et 14,3 grammes de substances aromatiques dont 14,0 grammes sont du para-xylène, 0,2 gramme est du méta-xylène et 0,1 gramme d'ortho-xylène.
Le taux de transformation est de 43,7 grammes (35,9% de la quantité de matiè- re à traiter). Le rendement en para-xylène à 98% est de 32,8 pour cent en poids (34,8% de ce qu'indique la théorie). 2,3 grammes de la matière premiè- re sont perdus sous forme de carbone, 27,1 grammes sont transformés en gaz, Le gaz contient 25,2 grammes d'isobutylène qui donnent 21,4 grammes de 2.4.4- triméthylpentène après dimèrisation. Le rendement final en para-xylène à 98% est ainsi de 64,2 pour cent en poids de la quantité de matière à traiter (67,8% de ce qu'indique la théorie).
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EXEMPLE 2:
On fait passer des vapeurs de 2.4.4-trimèthylpentène à 480 avec un débit de 15 cm3 par heure (10,9 grammes par heure) sur 70 cm3 du catalyseur décrit dans l'exemple 1. Le temps de contact est de 20,9 secondes. On obtient 7,5 grammes par heure d'un produit liquide = 68,6% calculé par rapport au poids de la matière première utilisée. Le produit contient 14,0% de substances aromatiques (para-xylène à 99%),le reste est du triméthylpentène n'ayant pas réai.
EXEMPLE 3:
On fait passer des vapeurs de 2.4.4-triméthylpentène à 5750 avec un temps de contact de 17,1 secondes, sur le catalyseur décrit dans l'exemple 1. On obtient un produit liquide avec un rendement de 17,5%, calculé par rapport au poids de la matière première. Le liquide contient 61,7% de substances aromatiques dont 85,5% sont du para-xylène.
EXEMPLE4 :
On fait passer des vapeurs de 2.4.4-trimèthylpentène à 525 avec un temps de contact de 60,5 secondes sur le catalyseur décrit dans l'exemple 1.
On obtient un produit liquide avec un rendement de 10,1%, calculé par rapport au poids de la matière première. Le produit contient 95,5% de substances aromatiques (para-xylène à 79,8%).
EXEMPLE 5:
On fait passer des vapeurs de 2.2.4-trimèthylpentène à 525 avec un temps de contact de 4,1 secondes sur le catalyseur décrit dans l'exemple 1.
On obtient un produit liquide avec un rendement de 68,2%, calculé par rapport au poids de la matière première. Le liquide contient 18,8% de substances aromatiques (para-xylène à 97%).
Les exemples 6 à 19 sont indiqués dans le tableau suivant:
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TABLEAU
EMI6.1
<tb>
<tb> Catalyseur <SEP> Tempé: <SEP> Temps
<tb> :ratu-: <SEP> de
<tb> : <SEP> re <SEP> :réaction
<tb> : <SEP> en <SEP> sec.
<tb>
EMI6.2
... - -----¯ . ---¯ 6) : cr2o 525 7,3 7): Cr20J1ïaz0/A1203(49,5/,0/44a5) : 525 : 6,8 8): Mo03/A1203(16,4/83,6) 525 : 7,1 9): Crz03JMmz03(22,2/23,4I54,4) : 525 : 5,8 10): crzo3/Zno/.2o3(z$,z/.,?/60,1) : 550 : 6,9 11): Cr203/Nlgo/A120 (18,?/3,6/??,?) : 525 : g, 6 12): cr0/ca0/zn0/à10(26,4/$,5, /7,5/57,6) : 550 : 7,0 13): :Cr/ZrO/&l (26,2/12,1/61,7) : 525 : 4, 9 14) : cr203/noz/..203(.9,5/$,1/as4) : 525 :. 5,5 15): Crz03/Pd/.zo3(l,o/3a6/?g,4) : 500 4,2 16): Cr203/pt/A,203 (165OA15/82,5) : 500 4,6 17): Cr203fgz0%e203fPt/A1.203(12,?/0,?/3,6/0?I2n : 525 3,7 18): cr203/IyIo03/VZ05/A7.z03(14,4/1?,6I1,5/49,5) : 500 8e5 19):
Gr/V/ZnO/&l(20,5/l8,4A4/46,3) : 525 6,5 T A B L E A U (suite)
EMI6.3
<tb>
<tb> Produit <SEP> liquide <SEP> de <SEP> : <SEP> Pourcentage <SEP> du <SEP> produit
<tb> la <SEP> matière <SEP> à <SEP> liquide <SEP> en
<tb> traiter <SEP> en <SEP> % <SEP> para-xylène <SEP> : <SEP> substances <SEP> aromatiques
<tb> 6): <SEP> 52,0 <SEP> 14,2 <SEP> 15,1
<tb>
EMI6.4
7) : 69,z z4,0 : 14.7.
EMI6.5
<tb>
<tb>
8): <SEP> 59,0 <SEP> 3,0 <SEP> 9,3
<tb> 9): <SEP> 41,0 <SEP> 3,5 <SEP> 20,1
<tb> la): <SEP> 32,5 <SEP> il.,6 <SEP> 32,7
<tb> 11) <SEP> : <SEP> 47,2 <SEP> 6,9 <SEP> : <SEP> 22,2
<tb> 12): <SEP> 30,9 <SEP> 12,8 <SEP> 33,6
<tb> 13) <SEP> : <SEP> 67,9 <SEP> 8,3 <SEP> 11,0
<tb>
EMI6.6
14): z5 9,0 : lz,l
EMI6.7
<tb>
<tb> 15): <SEP> 63,5 <SEP> 12,1 <SEP> : <SEP> 13,4
<tb> 16): <SEP> 62,0 <SEP> Il,6 <SEP> : <SEP> 13,0
<tb> 17): <SEP> 66,2 <SEP> 17, <SEP> 9 <SEP> : <SEP> 19,1
<tb>
EMI6.8
18): 40,5: 4,2 : 20a9
EMI6.9
<tb>
<tb> 19): <SEP> 31,0 <SEP> 8,9 <SEP> 28,5
<tb>
Claims (1)
- RESUME La présente invention comprend notamment : 1 ) Un procédé de préparation d'hydrocarbures aromatiques, en particulier de para-xylène, par passage d'hydrocarbures aliphatiques contenant 8 atomes de carbone à des températures élevées sur des catalyseurs solides,comprenant des oxydes de métaux du 6ième groupe du système périodique et/ou des composés mixtes et/ou des mélanges de ces oxydes les uns avec les autres ou avec des oxydes de titane, de zirconium, de thorium ou de vanadium, le cas ébhéant avec addition de platine ou de palladium métalliques, avec ou sans supports se composant d'oxydes du 3ième groupe du système périodique et, le cas échéant, contenant, comme substances activantes,des oxydes du groupe de métaux alcalins et/ou de métaux alcalino-terreux et/ou du zinc et/ou du groupe de terres rares,procédé qui consiste à utiliser, pour la réaction,. des vapeurs de 2.4.4-triméthylpentène-(1) et/ou des vapeurs de 2.4.4-trimé- thylpentène-(2) le cas échéant en mélange avec des vapeurs de trimèthylpentane, à des températures comprises'entre environ 450 et environ 650 , de préférence entre 475 et 550 .2 ) Des modes d'exécution du procédé spécifié sous 1 , présentant les particularités suivantes, prises séparément ou selon les diverses combinaisons possibles: a) on utilise un catalyseur se composant d'oxyde de chrome, d'cxyde de potassium, d'oxyde de cérium et d'oxyde gamme d'aluminium (12,1/1,7/1, 5/84,7); b) les temps de contact sont de 0,1 à 60 secondes,, de préférence de 1 à 12 secondes; c) on effectue la réaction en présence d'un gaz véhiculeur, de préférence l'hydrogène ou des hydrocarbures à bas poids moléculaire contenant au plus 4 atomes de carbone ou un mélange d'hydrogène avec ces hydrocarbures; d) on fait absorber par l'oxyde d'aluminium les substances acti- ves et activantes contenues dans les catalyseurs.3 ) A titre de produits industriels nouveaux: les produits obtenus suivant le procédé spécifié sous 1 et 2 et leur application dans l'industrie.
Publications (1)
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