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"perfectionnements relatifs au raffinage d'hydrocarbures de pétrole"
La présente invention est relative à l'hydrogénation partielle d'essences (c'est-à-dire des fractions de pétrole bouillant dans la gamme de C4 - 200 C) qui tendent à former des gommes du fait de la présence d'un ou plusieurs composés hydrocarbures non saturés, tels que des styrènes, des cyclopentadiènes ou d'autres diènes conjugués.
On connaît des procédés pour le cracking thermique d'hydrocarbures de pétrole, par exemple des naphtas issus de distil-
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lation directe, à une température supérieure à environ 460 C.
La limite supérieure de température est habituellement de 760 C nais elle peut atteindre 900 C. Lorsque le cracking est réali- sa pour obtenir des oléfinea, le procédé est mis oeuvre à des températures supérieures à 590 C. De tels procédés à haute température peuvent, si on le désire, être mis en oeuvre en présence de vapeur, auquel cas ils sont couramment appelés cracking à la vapeur, ou en présence de particules solides iner- tes de transfert de chaleur, par exemple du sable.
Les produits principaux sont des hydrocarbures non saturés normalement ga- zeux, mais une certaine quantité d'essence est également produi- te, qui est fortement non saturée et tend à former une gomme, la peut-être du fait de/présence de styrène, de cyclopentadiène et d'autres diènes conjugués. L'esssence contient également habi- tuellement de 0,005 à 0,04; en poids de soufre mais, à cause de la température élevée du cracking, pratiquement tout c e sou- fre est contenu dans des anneaux de thiophène. On a récemment trouvé que les essences dans lesquelles le soufre est contenu dans des anneaux de thiophène peuvent être partiellement hydro- génées pour enlever les composés formateurs de gomme, sans hy- drogénation appréciable des mono-oléfines et/ou des aromatiques à indice d'octane élevé.
A titre d'exemple, un procédé est dé- crit dans le brevet britannique n 848.232 pour l'amélioration d'une essence par la destruction de ses constituants formateurs de gomme, une telle essence contenant des mono-oléfines acycli- ques de même qu'au moins une dioléfine, ce procédé comprenant le passage de cette essence avec de l'hydrogène sur un cataly- seur sur support,contenant du nickel qui, sous les conditions opératoires, est présent en proportion majeure sous forme de nickel élémentaire, ces conditions comprenant une combinaison de température, de pression, de taux de circulation de charge d'alimentation et de taux de circulation d'hydrogène,
qui cons-
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trtue uns rigueur d'hydrogénation telle que les dioléfines sont converties pratiqueront totalement en mono-oléfines, sans conver- sion appréciable de ces mono-oléfines acycliques en hydrocarbu- res saturés. l'utilisation de taux de traitement -l'hydrogénation rela- tivement élevés, par exemple de l'ordre de 300 à 2000 pieds cu- bes standard par baril a été suggérée dans ce brevet antérieur pour assurer que la pression partielle d'hydrogène soit suffi- sante pour maintenir la réaction à l'allure requise et pour ré- duire au minimum toute perte d'activité du catalyseur.
Les rai- sons pour lesquelles ces taux élevée de traitement par hydro- gène étaient considérés comme nécessaires peuvent être.. résumées de la manière suivante: (a)Des consommations relativement élevées d'hydrogène, de de l'ordre/ 60 à 250 pieds cubes standard par baril,étaient re- cuises pour obtenir des produits satisfaisants et on considérait que des pressions partielles élevées d'hydrogène étaient néces- saires pour assurer que ces consommations d'hydrogène soient obtenues.
(b) 11 était bien connu que, dans des procédés hydrocata- lytiques, tels qu'un reforming et une désulfuration, la présence d'un excès considérable d'hydrogène était avantageux dans la réduction de la quantité de dépôts formés sur les catalyseurs, en augmentant ainsi la période de temps avant que le catalyseur ne doive être régénéré ou remplacé.
Il était également connu que des problèmes de formation de dépota étaient plus élevés avec des charges d'alimentation non saturées, et comme les charges d'alimentation utilisées étaient fortement non saturées, on con- sidérait qu'un excès considérable d'hydrogène était spécialement avantageux pour donner de longues durées de traitement, avant qu'une régénération ou un remplacement du catalyseur ne soient nécessaires.
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(c) Des expériences ont montré qu'un catalyseur partiellement désactivé pouvait être réactivé par traitement avec de l'hydrogène. Ceci indiquait également un avantage possible de l'utilisation d'un excès considérable d'hydrogène durant le traitement.
On a maintenant trouvé, de façon surprenante, que la présence d'un grand excès d'hydrogène n'est pas essentielle et qu'un petit. excès seulement d'hydrogène par rapport à la quantité consommée peut être employé sans affecter la consommation d'hydrogène ou Inactivité du catalyseur. Avec le petite excès d'hydrogène utilisé, l'opération sans recyclage de gaz (c'est-
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à-dire à passage unique) est prati-,.cable, ce qui élimine ainsi la nécessité d'une installation de recyclage du gaz et ce qui réduit les frais d'investissement et de fonctionnement de l'installation.
La raison de cette amélioration inattendue n'est pas connue avec exactitude, mais elle peut être liée jusqu'à un certain point au fait que le procédé agit à de faibles températures avec une proportion importante de la charge d'alimentation en phase liquide.
Suivant la présente invention, un procédé pour l'hydrogénation partielle d'une essence, contenant des hydrocarbures non saturés formateurs de gomme, qui a été produite par un procédé de cracking thermique de sorte que pratiquement tout le soufre présent soit sous la forme d'anneaux de thiophène,est @
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".u.t-Lt:> on una 'VIIIIiiJ,w,l;'9..Q.,t ..t60 u.o V c:&. 'v v o.u.'" .L.v'DviL#'Q" u. \.oU..&. catalyseur d'hydrogénation et d'hydrogène, sans recyclage de l'hydrogène, à un taux de traitement par hydrogène de moins de 300 pieds cubes standard par baril et avec un excès d'hydrogène par rapport à la quantité consommée, de moins de 50 pieds cubes standard par baril.
La consommation d'hydrogène et l'excès d'hydrogène par
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rapport à la quantité consommée peuvent être facilement déter- minés par mesure et, si nécessaire, par analyse continue du gaz pénétrant et du gaz quittant l'installation. Comme il n'y a pas de recyclage du gaz, il est désirable d'avoir un excès aussi faible que compatible avec une opération satisfaisante, une gamme préférée étant de 5 à 30 pieds cubes standard d'excès d'hydrogène par baril. Une opération satisfaisante avec un dé- clin similaire d'activité du catalyseur à celui obtenu lorsqu'on opère par recyclage de gaz à 300-2000 pieds cubes standard par baril a été trouvée possible et ceci donne des durées de traitement d'au moins six mois avant la nécessité d'un remplacement ou d'une régénération du catalyseur.
La méthode opératoire présente les avantages suivants par rapport à une opération de recyclage utilisant un excès plus grand d'hydrogène: 1. La conception de l'installation est simplifiée par l'exclu- sion de l'installation de recyclage.
2. Le fonctionnement de l'installation est simplifié.
3. La possibilité d'une hydrogénation excessive accidentelle est éliminée.
Comme signalé précédemment, les charges d'alimentation préférées sont les essences produites par un procédé de cracking thermique mis en oeuvre à des températures de 590 à 900 C.
Des exemples de charges d'alimentation convenables sont les essences issues d'un appareil de cracking à la vapeur et les essences issues.-d'un cracking avec du sable.
La consommation d'hydrogène dépendra de -la charge d'ali- mentation particulière employée et du degré d'amélioration requis de la tendance à la formation de gomme. la consommation d'hydrogène par poids unitaire de charge d'alimentation est une mesure du degré de saturation des dioléfines et des styrènes:et de ce fait du degré d'amélioration de la stabilité à la gomme
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de l'essence. La consommation est de préférence d'au moins
60 pieds cubes standard par baril, plus particulièrement d'au moins 120 pieds cubes standard, cette consommation pouvant être supérieure à 150 pieds cubes.
La limite supérieure de consommation d'hydrogène sera déterminée par le caractère indésirable d'une réduction importante de l'indice d'octane de l'essence par l'hydrogénation de mono-oléfines et/ou d'aromatiques. En pratique, une consommation d'hydrogène de moins de 250 pieds cubes standard par baril serait convenable. L'indice d'octane théorique (avec 1,5 ml de plomb tétraéthyle par gallon impérial) de l'essence produite n'est pas plus qu'un indice d'octane en dessous de l'indice d'octane théorique de la charge d'alimentation avec la mène quantité de plomb. Les indices d'octane théoriques au plomb sont préférées comme base de comparaison car bien qu'il puisse y avoir une certaine chute légère des indices d'octane théoriques (nets..) entre l'alimentation et le produit, ceci est compensé par une sensibilité accrue au plomb dans le produit.
Les caractéristiques d'une essence commerciale acceptable sont déterminées par son comportement à l'usage. Cependant, certains tests peuvent être utilisés pour donner une indication du comportement d'une essence dans un moteur ou durant l'emmagasinage, ces tests comprenant:
Méthode ASTM D 873-57T, intitulée "Ozidation Stability of Aviation Fuels"(méthode du rénidu potentiel) également appelée test accéléré de la gomme, méthode ASTM D 525-55, intitulée "Oxidation Stability of Gasoline" (méthode de la période d'amor- çage), et le test de Lauson qui est décrit dans "Petroleum Engineer" Vol.27, aux pages C19-C30 (novembre 1955).
A titre de guide lorsqu'on utilise ces test.:, le produit devrait de préférence avoir un chiffre de gomme accélérée non supérieur à 5 mg par 100 ml, une période d'amorçage non inférieu-
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re à 240 minutes et de préférence rien inférieure à 360 minutes, et une cotation de Lauson avec vieillissement non supérieure à 100 mg pour 3,25 gallons USA. nécessairement
L'hydrogène utilisé ne doit pas être/de l'hydrogène pur et on peut employer des mélanges d'hydrogène avec des constituant inertes, de préférence des mélanges avec une quantité importan- te d'hydrogène.
Par exemple, l'excès de gaz provenant d'un appareil de reforming peut être utilisé, ce gaz contenant normalement 50 à 8U moles% d'hydrogène et 50 à 20 moles % d'hydrocarbures paraf- finique C1-C4. D'autres gaz convenables peuvent être un gaz de queue d'un appareil de cracking à la vapeur ou un gaz de queue d'un appareil de cracking catalytique.
La température préférée est de 80 à 180 C et les autres conditions d'hydrogénation convenables peuvent être:
Pression 0 à 1000 livres par pouce carré (de préférence de 200 à 500)
Vitesse spatiale 0,5 à 10 volumes par volume par heure (de préférence 1,5).
L'essence traitée peut être stabilisée pour donner un produit de faible teneur en C4 et peut également être retraitée pour enlever une petite proportion de produits de queue lourds, par exemple 6% en poids ou moins. Un retraitement à une tempé- rature non supérieure à 250 C, de préférence non supérieure à 205 C, peut être à conseiller, car des températures de retraite- ment élevées peuvent affecter la stabilité de la gomme.
Le catalyseur d'hydrogénation utilisé a de préférence un métal du groupe VIII comme composant hydrogénant. Le nickel, qui est présent en une proportion importante sous forme de ni- ckel élémentaire sous les conditions opératoires, est le métal préféré et la quantité de ce nickel peut être de 1 à 50%, de préférence de 5 à 15% en poids du catalyseur total. Le métal du groupe VIII est sur un support d'oxyde réfractaire, par exem-
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pie de 1 * alumine , une terre minérale, ou. une matière siliceure telle que du Kieselguhr.
Un support spécialement préféré est la sépiolite. La sépiolite est une terre minérale disponible sur le marché, qui se présente dans la nature et qui peut éga- lement être préparée synthétiquement. Elle a la formule idéa H4Ng9Si12O30(OH)10 et elle est connue sous le nom de "meer- schaum" .
Lescatalyseurs préférés peuvent être préparés par imp gnation du support avec un sel de nickel, par exemple du nit te ou de l'acétate de nickel, avec ensuite une réduction du @ pour activer le catalyseur. Dans le cas de sels tels que le citrate ou de l'acétate, l'activation peut se faire en deux phases, d'abord la conversion du sel en oxyde de nickel par calcination suivie par une réduction de l'oxyde dans un cour nt d'hydrogène ou d'un gaz contenant de l'hydrogène à 150-600 ' Le sel préféré est, cependant, du formiate de nickel qui pe être mélangé mécaniquement avec un support ou de préférence dissous dans une solution ammoniacale aqueuse et ajouté au support par imprégnation.
L'avantage de cette méthode de p @ paration est qu'un sel,. tel que du formiate de nickel, se r duit directement en nickel (sans passer par le stade de l'c yde) dans une atmosphère non oxydante, par exemple dans un c urant de gaz inerte, à une température de 150 à 300 C, de pr férence d'environ 250 C. Bien qu'une température de 150 à 3C C ait été considérée normalement comme convenable, on peut ég lement utiliser des températures supérieures avec des résulta s avantageux. l'invention est illustrée par les exemples suivants.
Exemple
Une essence d'un appareil de cracking à la vapeur, optenue par le cracking thermique d'un naphta en présence de vapeur à une température de 737 C présentait les résultats suivant:;à
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<tb>
<tb> l'inspection:
<tb> Poids <SEP> spécifique <SEP> à <SEP> 60 F/60 F <SEP> 0,7320
<tb> Distillation <SEP> ASTM
<tb> Point <SEP> d'ébullition <SEP> initial <SEP> 32 C
<tb> 10% <SEP> distillés <SEP> à <SEP> 46 C
<tb> 50% <SEP> distillés <SEP> à <SEP> 86 C
<tb> 90% <SEP> distillés <SEP> à <SEP> 147,5 C
<tb> Point <SEP> d'ébullition <SEP> final <SEP> 176 C
<tb> Soufre, <SEP> % <SEP> en <SEP> poids <SEP> 0,006
<tb> Sonne <SEP> existante, <SEP> mg/100 <SEP> ml <SEP> 8
<tb> Gomme <SEP> accélérée <SEP> (120 <SEP> sinutes) <SEP> mg/100 <SEP> m1 <SEP> 15
<tb> Gomme <SEP> accélérée <SEP> (240 <SEP> minutes)
<SEP> mg/100 <SEP> ml <SEP> 56
<tb> Période <SEP> d'amorçage <SEP> @ <SEP> -.inules <SEP> 380
<tb> Indice <SEP> de <SEP> brome <SEP> 73
<tb> Indice <SEP> de <SEP> diène <SEP> 4,24
<tb> Indice <SEP> d'octane <SEP> théorique <SEP> net <SEP> 89,5
<tb> Indice <SEP> d'octane <SEP> théorique <SEP> (+ <SEP> 1,5 <SEP> m1 <SEP> de
<tb> plomb <SEP> tétraéthyle/gallon <SEP> impérial) <SEP> 94,5
<tb>
Cette essence était hydrogénée sur un catalyseur de 10% en poids de nickel sur de la sépiolite sous des conditions propres à donner une consommation d'hydrogène d'au moins 130 pieds cubes standard par baril.
Ce chiffre était choisi en considérant des opérations antérieures qui montraient que ce niveau de consommation d'hydrogène donnait un produit satisfaisant ayant les caractéristiques suivantes :
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<tb>
<tb> Gomme <SEP> existante <SEP> mg/100 <SEP> ml <SEP> moins <SEP> de <SEP> 4
<tb> Gomme <SEP> accélérée <SEP> (120 <SEP> minutes),mg/100ml. <SEP> moins <SEP> de <SEP> 5
<tb> Période <SEP> d'amorçage <SEP> minutes <SEP> plus <SEP> de <SEP> 480
<tb> Taux <SEP> de <SEP> Lauson <SEP> avec <SEP> vieillissement
<tb> mg/3,25 <SEP> gallons <SEP> USA <SEP> moins <SEP> de <SEP> 100
<tb>
Durant le traitement, qui utilisait un gaz de reforming au platine à passage unique, contenant 70 moles % d'hydrogène, le taux de gaz était modifié pour donner différentes quantités
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d'excès i'hylrogène.
Les conditions opératoires et les résultats obtenus sont dormes au tableau 1 suivant.
Tableau 1
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<tb>
<tb> Période <SEP> de <SEP> test <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 4
<tb>
EMI10.3
Heures sous traitement 372-369 469-541 541-679 679-817 1023Tenpérature C 110 110 110 110 15
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<tb>
<tb> Pression <SEP> livre <SEP> par <SEP> 350 <SEP> 350 <SEP> 350 <SEP> 350 <SEP> 350
<tb> pouce <SEP> carré
<tb> Vitesse <SEP> spatiale <SEP> v/v/h <SEP> 2,0: <SEP> 2,0: <SEP> 2,0: <SEP> 2,0: <SEP> 2,0
<tb> Taux <SEP> de <SEP> gaz <SEP> à <SEP> passage
<tb> unique <SEP> -pieds <SEP> cubes <SEP> stan-: <SEP> : <SEP> : <SEP> :
<SEP> :
<tb> dard <SEP> par <SEP> baril <SEP> 324 <SEP> 497 <SEP> 236 <SEP> 318 <SEP> 214
<tb> Absorption <SEP> d'hydrogène
<tb> pieds <SEP> cubes <SEP> standard
<tb> par <SEP> baril <SEP> 139 <SEP> 135 <SEP> 140 <SEP> 131 <SEP> 132
<tb> Gaz <SEP> de <SEP> reforming <SEP> au <SEP> platine <SEP> pour <SEP> donner <SEP> du <SEP> H2
<tb> en <SEP> vue <SEP> d'une <SEP> absorption'
<tb>
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J hydrogène - pieds cu- I I I
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<tb>
<tb> bes <SEP> standard <SEP> par <SEP> baril <SEP> 199 <SEP> 193 <SEP> 200 <SEP> 187 <SEP> : <SEP> 189
<tb> Excès <SEP> de <SEP> gaz <SEP> d'admission
<tb> pieds <SEP> cubes <SEP> standard
<tb> par <SEP> baril <SEP> 125 <SEP> 304 <SEP> 36 <SEP> 131 <SEP> 25
<tb> Excès <SEP> de <SEP> H2 <SEP> dans <SEP> le <SEP> gaz
<tb>
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d'admission - pieds cil-.
I I I
EMI10.8
<tb>
<tb> bes <SEP> standard <SEP> par <SEP> baril <SEP> 88 <SEP> 213 <SEP> 25 <SEP> 92 <SEP> : <SEP> 18
<tb>
Le tableau montre que, sous des conditions similaires de température, de pression et de vitesse spatiale, il était possible de modifier le taux de gaz et de ce fait la quantité d'excès d'hydrogène, sans effet quelconque sur la consommation d'hydro- gène ou sur l'activité catalytique. La qualité du produit dans toutes les périodes de test était satisfaisante et était de l'ordre des chiffres caractéristiques déjà donnés.
Les périodes se situant dans le cadre de la présente invention sont les périodes 3 et 5, et dans la période 5 il est spécialement à noter qu'une période de plus de 500 heures d'opération constante donnant un produit satisfaisant, était obtenue avec un excès
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d'hydrogène de 13 pieds cubes standard par baril.
Exemple 2
Des essences contenant des composés non satures instables étaient partiellement hydrogénées sur 'un. catalyseur de sépiolite granulaire contenant 10 en poids de nickel pour enlever la ma- tière formatrice de gomme, sur une grande échelle, en utilisant une très petite quantité d'hydrogène en excès de la quantité requise pour la réaction d'hydrogénation.
Les conditions opé- ratoires et les résultats obtenus sont donnes ci-après :
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<tb>
<tb> Heures <SEP> sous <SEP> traitement <SEP> 0-4557
<tb> Température <SEP> d'entrée <SEP> C <SEP> 72-106
<tb> Pression <SEP> du <SEP> réacteur <SEP> livre/pouce <SEP> carré <SEP> 400
<tb> Vitesse <SEP> spatiale <SEP> - <SEP> volume/volume/heure <SEP> 1,8
<tb> Taux <SEP> de <SEP> gaz <SEP> à <SEP> passage <SEP> unique <SEP> - <SEP>
<tb> pied:; <SEP> cubes <SEP> standard/baril <SEP> 260
<tb> Teneur <SEP> de <SEP> H2 <SEP> du <SEP> gaz <SEP> à <SEP> passage <SEP> unique
<tb> moles <SEP> :;
<SEP> 81,2
<tb> Absorption <SEP> de <SEP> H2 <SEP> - <SEP> pieds <SEP> cubes <SEP> standard
<tb> par <SEP> baril <SEP> 205
<tb> Gaz <SEP> à <SEP> passage <SEP> unique <SEP> pour <SEP> donner <SEP> du <SEP> H2
<tb> pour <SEP> une <SEP> absorption <SEP> d'hydrogène <SEP> - <SEP> pieds <SEP> cubes <SEP> standard
<tb> par <SEP> baril <SEP> 252
<tb> Excès <SEP> de <SEP> gaz <SEP> d'admission <SEP> - <SEP> pieds <SEP> cubes
<tb> standard <SEP> par <SEP> baril <SEP> 8
<tb> Excès <SEP> le <SEP> H2 <SEP> dans <SEP> le <SEP> gaz <SEP> d'admission <SEP> - <SEP>
<tb> pieds <SEP> cubes <SEP> standard <SEP> par
<tb> baril <SEP> 7
<tb>
EMI11.2
Le tableau --.1...,.... que c?H? unité opérait avec succès pendant 4557 heures de traitement avec un. très petit excès d'hydrogèneà savoir 7 pieds cubes standard par baril.
La température d'entrée était élevée pour maintenir l'absorption d'hydrogène au niveau requis comme dans la pratique normale.
Les charges d'alimentation traitées de la manière décrite ci-dessus étaient des essences issues d'un appareil de cracking à la vapeur ou des essences issues d'un procédé de cracking à support thermique solide, ou des mélanges de telles
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essences. Les résultats obtenus à l'inspection sur des charges d'alimentation à l'appareil de traitement par hydrogène étaient les suivants:
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<tb>
<tb> Poids <SEP> spécifique <SEP> 60 F/60 F <SEP> 0,80
<tb> Distillation <SEP> ASTM
<tb> Point <SEP> d'ébullition <SEP> initial <SEP> C <SEP> 42
<tb> 10% <SEP> en <SEP> volume <SEP> distillés <SEP> à <SEP> C <SEP> 58
<tb> 50% <SEP> en <SEP> volume <SEP> distillés <SEP> à <SEP> C <SEP> 93
<tb> 90% <SEP> en <SEP> volume <SEP> distillés <SEP> à <SEP> C <SEP> 165
<tb> Point <SEP> d'ébullition <SEP> final <SEP> C <SEP> 196
<tb> Gomme <SEP> existante, <SEP> mg/10 <SEP> ml <SEP> : <SEP> 42
<tb> Gomme <SEP> accélérée <SEP> (120 <SEP> minutes) <SEP> mg/100 <SEP> ml <SEP> : <SEP> 100
<tb> Période <SEP> d'amorçage <SEP> minutes <SEP> 280
<tb> Indice <SEP> de <SEP> brome <SEP> 69
<tb>
Les résultats d'inspection sur un produit typique donné ci-dessous montre que le traitement donnait des essences satisfaisantes:
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<tb>
<tb> Gomme <SEP> existante <SEP> mg/100 <SEP> ml <SEP> : <SEP> moins <SEP> de <SEP> 1
<tb> Gomme <SEP> accélérée <SEP> (120 <SEP> minutes) <SEP> mg/100 <SEP> ml <SEP> : <SEP> 2
<tb> Période <SEP> d'amorçage <SEP> minutes <SEP> : <SEP> plus <SEP> de <SEP> 720
<tb> Indice <SEP> de <SEP> brome <SEP> 50
<tb>
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RMIIDICATIOITS
1.
Un procédé pour l'hydrogénation partielle d'une essence, contenant des hydrocarbures non saturés formateurs de gomme, et qui a été produite par un procédé de cracking thermique de sorte que pratiquement tout le soufre présent est sous la forme d'anneaux de thiophène, dans lequel l'essence est par-
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ûit3iiêuitéiî .'t3,y"t't-s.'ügî7i2ct.â ïiïsc température de - à 2OG C en- presenoa #t d'un catalyseur d'hydrogénation et d'hydrogène, sans recyclage de l'hydrogène, à un taux de traitement à l'hydrogène de moins de 300 pieds cubes standard par baril et avec un excès d'hydro- gène par rapport à celui consommé de moins de 50 pieds cubes standard par baril.