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Fabrication d'essence et de carburant diesel de qualité supérieur* par hydrocracking d'une huile de cyclage réfractaire.
La présente invention concerne le cracking. Elle se rapporte en particulier à un procédé de transformation de chargea réfractaires en essence et en carburant diesel de qualité supérieure.
On salt que les chargea de cyclage r#fracaires obtenues par cracking catalytique ne trouvent telles quelles que de* applica- tions relativement limitées. 'Elles sont quelquefois recyclées au cracking, mais ce cracking est difficile en raison de la nature ré- tractaire de ces produits.
Ces matières sont également utilisées pour obtenir du carburant diesel et du fuel cil domestique* Ces emplois ne sont cependant pas avantageux parce que les produits de cyclage sont de qualité relativement médiocre et doivent être sou- mis à d'autres traitements avant de pouvoir être utilisés.
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Dans les opérations d'hydroeracking décrites par exea-j, Pal@# da" les deâ"dto brevets améri:tins 51-151 (1953) pie, dans 1*$ dMttahdes de brevets américains n* 351.151 (1953) et 9yr 418.166 (1954), on obtient généralement une fraction de fuel oeil de qualité rtlati#em64tr raé.* L'essence obtenue au cours de cette opération, cependant, a un Indice d'octane relativement bas.
Par conséquent, elle doit être soumise au reforming pour porter son indice d'octane à la valeur qu'exigent les moteurs modernes* I1 serait évidemment très désirable d'obtenir de l'essence à indice d'octane élevé et du fuel oil ayant un indice decétane élevé en une seule opération et de trouver un moyen de convertir des produit$'
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de cyclage réfraetalres en produits utiles.
On a découvert à présent que les produits de cyclane réfractaires peuvent être transformé* en produits utiles par un procédé relativement simple et se prêtant à une exécution industriel-
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le. On a découvert qu'une charge de cyclage réfractaire peut être transformée en essences ayant un indice d'octane, d'au moins 95 (Y-1+) d3 TEPB) et ait un carburant diesel ayant un indice de cétane d'au moins 35 et une excellente stabilité au stockage en la mettant en contact avec un catalyseur contenant un métal de la série du platine ou du palladium en présence d'hydrogène dans des conditions soigneusement réglées,
Un but de l'invention est de procurer un procédé pour transformer des charges réfractâmes en matières {utiles.
Un autre but est de procurer un procédé pour produire de l'essence à Indice d'oc- tarie élevé et du carburant diesel de qualité supérieure dans la même
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opération. ttn but particulier est de procurer un, procédé pour trans- former des charges réfractaires en une seule opération en essence
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ayant un indice d'octane d'au moins 95 (F-1+3 TEPb)
et en un carbu- rant diesel ayant un indice de cétane d'au moins 35 et une meilleure stabilité au stockage. On autre but plus particulier est de procurer un procédé pour transformer des charges de cyclage réfractaires en essence à indice d'octane élevé et en carburant diesel de qualité supérieure en les mettant en contact, en présence d'hydrogène, avec
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un catalyseur contenant un métal de la série du platine ou du palla- dium dans des conditions soigneusement réglées.
D'autres buts et avantages de la présente invention ressortiront de la description détaillée faite ci-après avec réfé- rence aux dessins dans lesquels ;
Fig. 1 est un diagramme montrant la relation entre l'indice d'octane" de l'essence contenant du plomb et la conversion , en volume pour-cent en produits bouillant à des températures infé- rieures à environ 410 F (210 C) obtenus en mettant en contact une charge de cydage réfractaire typique avec un catalyseur contenant du platine suivant le procédé de l'invention;
Fig. 2 établit sous forme graphique une relation entre l'indice de cétane du carburant diesel et la conversion en volume pour-cent en produits bouillant à des températures inférieures à environ 410*F (210 C) obtenus en Mettant en contact une charge de cyclage réfractaire typique avec un catalyseur contenant du platine suivant le procédé de l'invention? et, Fig, 3 établit la relation graphique entre la conversion en volume pour-cent en produits bouillant à des températures infé- rieures à environ 410 F (210 C) et la température lors du contact d'un gasoil typique avec un catalyseur contenant du platine à deux vitesses spatiales différentes, suivant le procédé de l'invention.
En général, l'invention procure un procédé de transforma- tion de charges réfractaires en essence ayant un taux d'octane, avec plombe d'au moins 95 et en carburant diesel ayant un indice de cétane d'au moins 35 et une meilleure stabilité au stockage, suivant lequel on met en contact une charge réfractaire dont le point d'ébullition initial est compris entre environ 300 et 500 F (149 et 260*C) et le point d'ébullition final est compris entre environ 600 et 900"F (316 et 482 C) et qui contient au moins 1% en poids de soufre, avec un catalyseur qui comprend environ 0,05% à 20% en poids, sur la base du catalyseur, d'au Moins un Métal choisi dans le groupe formé par les métaux ayant un nombre atomique de 44 à 46 inclusivement,
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çt 40 76 z 78 inclusivement, sur une matière composite ayn th4tique formée par le oxydes solides d'au moins deux élément de$ groupes IX4. IHN et IV du tableau périodique des éléments, cette matière composite ayant un indice d'activité d'au moins 25,en.prr $once d'hydrogène en quantités exprimées par le rapport molaire hydrogène-hydrocarbure introduit variant entre environ 10 et 80, à une vitesse spatiale horaire liquide variât entre environ 0,25 et $ sauts une pression d'hydrogène variant entre environ 500 livres/
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pouce carré (35 kg/ cm ) et 3000 livrer/pouce carr'3 (210 icg/ea)
au manomètre et à une température comprise entre environ 600 çt OOOOP (316 et 4Z7*C)j on choisit la température et la,vite se spatiale horaire liquide pour Maintenir le degré de conversion en produit?
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bouillant à des températures inférieure à 4100? (210*C) environ entre environ 5 et 25 volumes pour-cent*
Dans la description et les revendications, le tenu
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.cutlyer.1on. est un ter'te général désignant la quantité de produite bouillant à des température. inférieures à environ 410 F (210"C) (recyclage 100), essence ou carburant diesel, obtenus dans le procès dé.
La conversion est exprimée en pour-cent en volume de la charge initiale transformée dans le procède. La quantité de produit bouil-
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lant à des températures inférieures a 43O*F (2iq"c) environ est calculée en soustrayant le pourcentage en volume de charge de cyclage (carburât diesel) de 100%$ c'est-à-dire du volume initial de la charge,
L$expresolon "recyclage 1009 est une abréviation pour cette soustraction. Comme la charge de cyclage obtenue dans le pro- cédé est un excellent carburât diesel* la conversion en carburant diesel est le % en volume de produits bouillant des températures
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supérieures à 410*P (ZIOOC) environ. Le .gaz sec" désigne le méthane l'éthane, 1* propane, I>éthylène et le propylène obtenus dans le procède de cracking, exprimé en pour-cent en poids de la charge ini-
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t1lo.
Le naphte léger est le produit qui bout entre 125 et 170*<f (52 et 77*C) aviron, Le Wnapht. lourd est le produit touillant entre 70 et 4109F (77 et 2100C) env1rQn..L'1adit de çéta4em, du
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carburant diesel est une mesure de ses qualités de combustion et
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est déterré par le procédé décrit en annexe dans l'Esla:!..AS .
D975-53T. L'activité de cracking d'un support est exprimée en teraes de pour-cent en volume d'une charge hydrocarbonée normale craquât dans des conditions spécifiées dans l'essai de "Catégorie A". Cet
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essai est décrit par Alexander et tlh1tnp dans National Petroleum Nova 36, page R-537 (2 août 1944)* L'unité pour évaluer l'activité de cracking de la matière est appelée l'"indice d'activité" (IAA.).
Les catalyseurs qu'on peut utiliser sont ceux décrits
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dans les demandes de brevets américains n* 3$ltl5l (1953) et nt 418.166 (1954). En bref, ces catalyseurs comprennant environ 0,05 à 20% en poids -sur la base du catalyseur final, de préférence 0,1 à 5% en poids d'au moins un métal de la série du platine et du pilla-
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dits, c'est'-a'dire ceux qui ont des nombres atomiques de 44 à Â6 inclusivement et de 76 à 78 inclusivement, déposés sur des matières
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composites synthétiques forcées de deux ou plusieurs oxydes rrac taires.
Le support est une matière composite synthétique de deux ou plusieurs oxydes réfractalreg des métaux des groupes ttA, 8! IVA et IVB du tableau périodique des éléments 'ce, Chem. Ed. 2& 409 (1937)J, Ces matières composites synthétiques d'oxydes réfractaires doivent avoir un indice d'activité d'au moins environ 25. Elles peu- vent également contenir des halogènes et d'autres matières connues comme activeur du catalyseur de cracking ou de petites quantités de Métaux alcalins ajoutées pour régler l'indice d'activité du support.
Des exemples non limitatifs des matières composites envisagées sont
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la silice-alumine, la silice-fcircone, la s11ice*glUM1nZ1rcone, 1' alumine-oxyde de bore, la silice-alumine-fluor, etc. Le support préféré est une matière composite synthétique de silice et d'alumine contenant environ 1% à 90% en poids d'alumine. Ces matières composi- tes synthétiques de deux ou plusieurs oxydes réfractaires peuvent être préparées par l'un ou l'autre des procédés connus de prépara- tion de catalyseurs. Des exemples de procédés de préparation sont donnés dans les demandes de brevets précitées.
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L'exemple qui suit illustre un procéda de préparation d'un Catalyseur contenant du platine convenant pour le procédé de l'invention.
EXEMPLE, 1 - On prépare un support silice-alumine synthétique conte- nant 10% en poids d'alumine en mélangeant une solution aqueuse de silicate de sodium (contenant 158 g par litre de silice) avec un
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poids égal d'une solution aqueuse acide de sulfate d'aluminium coiltto nant 39,4 g de A12(so et 26,6 < de H 2 804 concentré par litre. Ctt mélange de solutions tombe goutte à goutte dans une colonne d'huile où l'hydrogel gélifie en perlas.
L'hydrogel en perles est trempé
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dans de l'eau chaude (environ 120*F (49*C)) pendant environ 3 heures Le sodium de l'hydrogel est alors éliminé par échange à l'aide d:un, solution aqueuse de sulfate d'aluminium ,1,,5 de A12(80 4)3 en poid%j7 contenant une petite quantité (0,2% en poids) de sulfate d'ammonium, Les perles d'hydrogel ainsi échangées sont lavées à l'eau.
Ensuite,' on les traite par la vapeur surchauffera environ 50.340 F (138- 171*C)) pendant environ 3 heures et, finalement, on les calcine à ' 4pfft¯ 1300*F (704*C) sous une faible tension partielle de vapeur d'eau pendant 10 heures environ ,
On pulvérise alors une solution aqueuse d'acide chloro- platinique sur une parti* dû support calciné, la concentration de la solution étant suffisante pour Introduire la quantité désirée de métal dans le catalyseur achevé. Le support ainsi imprégné est en*
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suite vieilli dans un récipient couvert à ;31"F; (J:xC C) pendant 24 heures.
Le catalyseur est chauffé à 4500F (232*C) en atmosphère d'azote puis traité par de l'hydrogène pendant 2 heures à .0P' (232*C)t Avant l'utilisation, on l'active dans l'hydrogène pendant 2 heures à 900*? (48260) environ. Le catalyseur ainsi préparé contient 0,53% de platine, en poids du catalyseur, et le support silice-alumine a un indice d'activité de 46.
Les charges utilisées dans le procédé de l'invention sont les matières dites réfractaires, c'est-à-dire les fractions
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hydrocarbonées résistant normalement au cracking classique. Les charges généralement préférées sont les charges de cyclage réfrac- taires qu'on obtient par cracking classique de gasoils, par exemple par cracking en présence de catalyseurs à la silice-alumine ou à l'argile. On peut également utiliser, dans certaines circonstances, les gasoils de coker et les gasoils thermiques. Un gasoil de distil- lation directe cependant, ne peut être utilisé.
La charge doit avoir un point d'ébullition initial compris entre 300 et 500 F (149 et 260*C) environ et un point d'ébullition final compris entre 600 et 900*F (316 et 482*C) environ. Une charge de cyclage réfractaire pré- férée obtenue par cracking classique bout entre 400 et 700 F (204 et 371*C) environ. Il est essentiel pour le procédé de l'invention que la charge contienne au moins 1% de soufre en poids et de préfé- rence plus.
Le procédé de l'invention doit être exécuté à une vitesse spatiale horaire liquide variant entre 0,25 et 5 environ, de préfé- rence entre 0,5et 3 environ. La quantité d'hydrogène introduit doit être suffisante pour obtenir le raffinage du carburant diesel.
Pour éviter la réduction du taux d'octane du naphte produit, toute- fois, la quantité d'hydrogène ne peut être trop élevée. Par consé- quent, la quantité d'hydrogène introduite est exprimée par le rap- port molaire hydrogène: charge hydrocarbonée qui doit être comprise entre 10 et 40 environ et de préférence entre 10 et 30 environ. La température doit être choisie en fonction de la vitesse spatiale horaire liquide afin de maintenir le degré de conversion eu produits bouillant en dessous de 410*F (210 C) environ entre 5 et 25 volumes pour-cent environ. Ces conditions ressortent de l'exemple suivant.
EXEMPLE 2. -
La charge utilisée dans les essais décrits dans cet exemple est une charge de cyclage réfractaire obtenue en craquant un gasoil de raffinerie dans un appareil de cracking catalytique "thermofor" en présence d'un catalyseur silice-alumine.
Cette charge de cyclage à les propriétés suivantes :
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Doutt4 Àepozo z0 Dla è1U. tlon ASTM
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<tb> Point <SEP> d'ébullition <SEP> initia <SEP> F <SEP> 419 <SEP> (215 C)
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
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50% *? 538 (283,*C) Point doibullitton final 'F 634 (3346c)
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<tb> Indice <SEP> de <SEP> cutané <SEP> 31,8
<tb>
<tb> $outre, <SEP> poids <SEP> pour-cent <SEP> 1,55
<tb>
Pana une série d'essais, cette charge est mise en contact
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avec le catalyseur décrit dans l'exemple 1, en présence d* hydrogène* Chaque *osai est exécuté sous Une pression d'environ 1000 livres/
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pouce carré (70 lIe#2)
au Twiométre à une vitesse spatiale horaire Iiquid' :1 J 1 'f en utilisant un rapport molaire hydrogène t hydrocerbi4m 1 là de % Chaque essai est exécuté à une température différente. Les fltiirent au tableau I.
Urie Auttg par'de de la charge est mise en contact avec la c... t1l7UUJ: décrit 4ana *9xeMpJLe 1 à une température de 76,..., (407'C) en utilisant une vitesse spatiale horaire liquide de 2. La pression et le rapport molaire hydrogène:
hydrocarbures sont les mines que dans le paragraphe précèdent. Les renseignements pour cet essai sont donnés au tableau I.
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llsoa'4 1 2 4 V3HL Vif",,' ji Température moyenne du catalyseur, 673, .712, ! 745, 765N (356) (378) (396) (407) CQn\l'1I:1!"d±l{ (10049*? (;31'3-I'UO;;:) 8,6 2,6 19,5 Convic rM (10<00"F (M-*0"C) 8s6 2,1 ' 24e6 1985 W&hJte Cé-170aF (77*0), vol u ia our-citf 0,5 | 1,0 '1,8 3 Volume pour-cent 10,6 14..4 z,2 M, 5 Densité APl 36#1 138,6 414 A0,$ Indice 4#oCtune CJ93 de TF.Pb) 97<4 if95,,5 93eo 94..2 Cw.rStI de cJc'laie, 41Q P # (2J.O'C *)t
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ALE,AU. 1.
( pt4jbe>
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<tb> Essai <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4
<tb>
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Volume pour-cent 91>4 87,9 75,4 80,5 Densité 6,API 3004 31,9 32,9 30,0 Point dtanilinê.*F (,le) 123,0 12501 123,6 U7,9 (506)2,00,9(47,72) Indice de cétane z0,2 42,0 42,3 38,9
Les Figs. 1, 2 et 3 sont basées sur les chiffres du tableau I. Là Fig. 1 présente la relation entre l'indice d'octane, avec plomb, de l'essence et la conversion en pour-cent en volume en produits bouillant à des températures inférieures à 410 F (210*C) environ qu'on obtient en mettent en contact la charge de cyclage avec le catalyseur au platine.
On notera qu'à des taux de conversion supérieurs à 15 volumes pour-cent environ, l'indice d'octane tombe en dessous de 95, lorsqu'on utilise la charge de l'exemple. A des températures de conversion donnant moins de 15 volumes pour-cent, l'indice d'octane augmente en raison inverse du degré de conversion.
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Lorsque d'autres'charges sont utilisées, cependant le degré maximum de conversion peut être plus élevé* Ainsi, pour satisfaire à une des conditions du procédé de l'invention, le taux de conversion ne doit pas dépasser en général, plus de 25 volumes pour-cent suivant la charge particulière.
Afin. d'assurer en mme temps la production d'un carburant diesel ayant un indice de cétane élevé, supérieur à 35 et de préfé- rence à 37, le degré de conversion en essence dans le procédé doit être d'au moins 5 volumes pour-cent environ. Ceci ressort de la Fig. 2 qui montre la relation entre l'indice de cétane du carburant diesel et la conversion en pour-cent en volume en produits bouillant à des températures inférieures à 410*F (2lO*C) environ qu'on obtient en même temps que l'essence, comme indiqué à la Fig. 1.
On notera qu'à mesure que le taux de conversion augmente, ? indice de cétane s'élève au-dessus de 35, pour un taux de conversion d'environ 3 Tolu- mes pour-cent et au-dessus de 37 pour un taux de conversion d'environ
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5 volumes pour-cent* Par conséquent, pour obtenir simultanément de l'essence ayant un indice d'octane, avec plomba d'au moins 95 et du carburant diesel ayant un indice de cétane supérieur à 37, le degré de conversion dans le procédé doit être maintenu entre 5 et 25 volu- mea pour-cent environ et de préférence entre 5 et 15 volumes pour- cent environ*
Afin d'obtenir le degré de conversion désiré, il faut établir une corrélation étroite entre la vitesse spatiale horaire liquide et la température.
Cette corrélation est illustrée par les courbes de la Fig. 3. Lacourbe 1 montre la relation existant entre la température et le degré de conversion en produits bouillant à des températures Inférieures à 410 F (210 C) environ lorsqu'on met en contact la charge de cyclage réfractaire avec le catalyseur conte- nant du platine à une vitesse spatiale de 1. La courbe 2 représente une relation semblable, mais pour une vitesse spatiale de 2. On no- tera qu'à la vitesse spatiale la plus élevée, une température ne dépassant pas 750 F (399*C) peut être utilisée pour maintenir le taux de conversion en dessous de 15 volumes pour-cent. A la vitesse spa- tiale inférieure (courbe 1), la température maximum pouvant être utilisée est d'environ 720 F (382*C).
D'autre part, afin demaintenir' une conversion d'au moins 5% en volume, la température à la vitesse ' spatiale inférieure doit être d'au moins 625*F ,(329 C) environ.
Pour d'autres vitesses spatiales, les relations température-conver- sion varient comme indiqué à la Fig. 3, avec un accroissement ou une réduction de la vitesse spatiale. En général, par conséquent, l'in- tervalle des températures utiles pour établir une relation avec la vitesse spatiale pour obtenir les résultats favorables du procédé de l'invention s'étend d'environ 500 à 800 F (260 à 427 C), et de préférence d'environ 650 à 800 F (343 à 427 C).
EXEMPLE 3. -
Pour montrer la stabilité au stockage des produits de l'invention, les produits des essais 1 à 4 de l'exemple 2 sent soumis à l'essai de stockage suivant :
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. On place un échantillon de 500 cm3 du carburant'soumis à l'essai dans une étuve à convection maintenue à 110 F (43 C) pendant 12 semaines. On filtre ensuite l'échantillon sur un filtre d'amiante taré (creuset-de Gooch) pour séparer les matières insolubles. Le poids de ces matières en milligrammes est la quantité de sédiment.
Des échantillons des produits des essais 1 à 4 sont sou- mis à cet essai et comparés à un fuel oil typique obtenu à partir d'huile de distillation craquée. Les valeurs obtenues sont indiquées au tableau II.
TABLEAU II
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<tb> Fuel <SEP> oil <SEP> de <SEP> Essai <SEP> Essai <SEP> Essai <SEP> Essai
<tb> distillation <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4
<tb> craqué
<tb>
<tb> Couleur <SEP> initiale
<tb> N.P.A. <SEP> D-l <SEP> L-3 <SEP> D-2 <SEP> L/2 <SEP> L-3 <SEP> L-4
<tb>
<tb> 12 <SEP> semaines. <SEP> 110 F
<tb> (43 C)
<tb>
<tb> Couleur <SEP> N.P.A. <SEP> L-5 <SEP> D-2 <SEP> D-2 <SEP> 1/2 <SEP> D/2 <SEP> 1/2 <SEP> L-31/2
<tb> Sédiment, <SEP> mg/litre <SEP> 243 <SEP> 26 <SEP> 39 <SEP> 37 <SEP> 43
<tb>
Il ressort du tableau II que les fuel oils obtenus par le procédé de l'invention ont une excellente stabilité au stockage.
La bonne stabilité au stockage et l'indice de cétane élevé rendent ces matières très supérieures aux fuel cils actuels.
-Bien que certains modes et détails d'exécution aient été décrits pour illustrer l'Invention, il va de soi que celle-ci est susceptible de nombreuses variantes et modifications sans sortir de son cadre.
REVENDICATIONS.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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Manufacture of premium gasoline and diesel fuel * by hydrocracking refractory cycling oil.
The present invention relates to cracking. It relates in particular to a process for converting refractory charges into high quality gasoline and diesel fuel.
It is argued that the r # fracary cycling charges obtained by catalytic cracking only find relatively limited applications as such. 'They are sometimes recycled for cracking, but cracking is difficult due to the retractable nature of these products.
These materials are also used to obtain diesel fuel and household fuel oil. These uses are not, however, advantageous because the cycling products are of relatively poor quality and must be subjected to other treatments before they can be used. .
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In the hydroeracking operations described by exea-j, Pal @ # da "the deâ" dto US patents: tins 51-151 (1953) pie, in 1 * $ dMttahdes of US patents # 351,151 (1953) and 9yr 418,166 (1954), a fraction of rtlati # em64tr raé grade eye fuel is usually obtained. * The gasoline obtained during this operation, however, has a relatively low Octane Number.
Therefore, it must be reformed to bring its octane number up to the value demanded by modern engines. Obviously it would be very desirable to obtain high octane gasoline and fuel oil having a high octane number. high decetane number in one operation and find a way to convert product $ '
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of cycling refraetalres in useful products.
It has now been discovered that refractory cyclane products can be converted into useful products by a relatively simple process and suitable for industrial performance.
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the. It has been found that a refractory cycling feed can be made into gasolines having an octane number of at least 95 (Y-1 +) d3 TEPB) and has a diesel fuel having a cetane number of at least And excellent storage stability by contacting it with a catalyst containing a metal of the platinum or palladium series in the presence of hydrogen under carefully controlled conditions,
An object of the invention is to provide a method for converting refractory fillers into useful materials.
Another object is to provide a process for producing high-grade gasoline and high quality diesel fuel in the same.
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surgery. A particular object is to provide a process for converting refractory fillers in a single operation into gasoline
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having an octane number of at least 95 (F-1 + 3 TEPb)
and a diesel fuel having a cetane number of at least 35 and improved storage stability. Another more particular object is to provide a process for converting refractory cycling charges into high octane gasoline and high quality diesel fuel by contacting them, in the presence of hydrogen, with.
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a catalyst containing a metal of the platinum or palladium series under carefully controlled conditions.
Other objects and advantages of the present invention will emerge from the detailed description given below with reference to the drawings in which;
Fig. 1 is a diagram showing the relationship between the octane number "of leaded gasoline and the conversion, in volume percent, to products boiling at temperatures below about 410 F (210 C) obtained in contacting a typical refractory cydizing charge with a platinum-containing catalyst according to the process of the invention;
Fig. 2 graphically relates the cetane number of diesel fuel to the conversion by volume percent to products boiling at temperatures below about 410 * F (210 C) obtained by contacting a refractory cycling charge typical with a platinum-containing catalyst according to the process of the invention? and, Fig, 3 graphically relates the conversion by volume percent to products boiling at temperatures below about 410 F (210 C) and the temperature upon contact of a typical gas oil with a catalyst containing carbon. stage at two different space speeds, according to the process of the invention.
In general, the invention provides a process for converting refractory fillers into gasoline having an octane rating, with lead of at least 95 and diesel fuel having a cetane number of at least 35 and improved stability. in storage, whereby a refractory charge is brought into contact with an initial boiling point of between approximately 300 and 500 F (149 and 260 ° C) and a final boiling point of between approximately 600 and 900 "F (316 and 482 C) and which contains at least 1% by weight sulfur, with a catalyst which comprises about 0.05% to 20% by weight, based on the catalyst, of at least one Metal selected from the group formed by metals having an atomic number from 44 to 46 inclusive,
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40 76 z 78 inclusive, on an synthetic composite material formed by the solid oxides of at least two elements of groups IX4. IHN and IV of the periodic table of the elements, this composite material having an activity index of at least 25, in.prr $ ounce of hydrogen in quantities expressed by the molar ratio of hydrogen-hydrocarbon introduced varying between approximately 10 and 80, at an hourly liquid space velocity varied between about 0.25 and $ jumps a hydrogen pressure varying between about 500 pounds /
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square inch (35 kg / cm) and 3000 deliver / square inch (210 icg / ea)
with a manometer and at a temperature between about 600 çt OOOOP (316 and 4Z7 * C) j the temperature is chosen and the liquid hourly space quickly to maintain the degree of conversion into product?
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boiling at temperatures below 4100? (210 * C) approximately between about 5 and 25 volume percent *
In the description and the claims, the held
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.cutlyer.1on. is a general term designating the quantity of product boiling at temperature. less than about 410 F (210 "C) (recycling 100), gasoline or diesel fuel, obtained in the dice process.
The conversion is expressed in percent by volume of the initial charge transformed in the process. The amount of boiled product
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lant at temperatures below approximately 43O * F (2iq "c) is calculated by subtracting the percentage by volume of cycling charge (diesel fuel) from 100% $ i.e. from the initial volume of the charge,
L $ expresolon "recycling 1009 is an abbreviation for this subtraction. As the cycling charge obtained in the process is an excellent diesel fuel * the conversion to diesel fuel is the% by volume of products boiling in temperatures.
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greater than approximately 410 * P (ZIOOC). Dry gas "denotes methane, ethane, propane, ethylene and propylene obtained in the cracking process, expressed in percent by weight of the initial charge.
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t1lo.
Light naphtha is the product that boils between 125 and 170 * <f (52 and 77 * C) oar, Wnapht. heavy is the product stirring between 70 and 4109F (77 and 2100C) env1rQn..L'1adit de çéta4em, du
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diesel fuel is a measure of its combustion qualities and
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is unearthed by the process described in the appendix in Esla:! .. AS.
D975-53T. The cracking activity of a carrier is expressed in teraes of percent by volume of a normal hydrocarbon feed cracked under conditions specified in the "Category A" test. This
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test is described by Alexander and tlh1tnp in National Petroleum Nova 36, page R-537 (August 2, 1944) * The unit for evaluating the cracking activity of the material is called the "activity index" (IAA.) .
The catalysts which can be used are those described
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in U.S. Patent Applications Nos. 3 $ lt15l (1953) and nt 418,166 (1954). Briefly, these catalysts comprise about 0.05 to 20% by weight - based on the final catalyst, preferably 0.1 to 5% by weight of at least one metal of the platinum and pilla series -
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said, that is, those which have atomic numbers from 44 to 6 inclusive and from 76 to 78 inclusive, deposited on materials
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synthetic composites forced from two or more rrac tary oxides.
The support is a synthetic composite material of two or more refractory oxides of the metals of the groups ttA, 8! IVA and IVB of the Periodic Table of the Elements CE, Chem. Ed. 2 & 409 (1937) J, These synthetic composite materials of refractory oxides should have an activity index of at least about 25. They may also contain halogens and other materials known to act as catalyst activators. cracking or small amounts of alkali metals added to adjust the activity index of the support.
Non-limiting examples of the composite materials envisaged are
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silica-alumina, silica-circonia, s11ica * glUM1nZ1rcone, alumina-boron oxide, silica-alumina-fluorine, etc. The preferred support is a synthetic composite of silica and alumina containing about 1% to 90% by weight of alumina. These synthetic composite materials of two or more refractory oxides can be prepared by any of the known catalyst preparation methods. Examples of preparation processes are given in the aforementioned patent applications.
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The following example illustrates a process for preparing a platinum-containing catalyst suitable for the process of the invention.
EXAMPLE 1 - A synthetic silica-alumina support containing 10% by weight of alumina is prepared by mixing an aqueous solution of sodium silicate (containing 158 g per liter of silica) with a
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equal weight of an acidic aqueous solution of aluminum sulphate coiltto ning 39.4 g of A12 (so and 26.6 <of H 2 804 concentrated per liter. Ctt mixture of solutions drop by drop into an oil column where the hydrogel gels into perlas.
The beaded hydrogel is soaked
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in hot water (about 120 * F (49 * C)) for about 3 hours The sodium in the hydrogel is then removed by exchange using: an, aqueous solution of aluminum sulfate, 1, , 5 of A12 (80 4) 3 by weight% j7 containing a small amount (0.2% by weight) of ammonium sulfate. The hydrogel beads thus exchanged are washed with water.
Then they are steam treated to superheat about 50,340 F (138-171 * C)) for about 3 hours and finally calcined at 4pfftt 1300 * F (704 * C) under a low partial voltage of water vapor for about 10 hours,
An aqueous solution of chloroplatinic acid is then sprayed onto a calcined support, the concentration of the solution being sufficient to introduce the desired amount of metal into the completed catalyst. The support thus impregnated is in *
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then aged in a covered container at; 31 "F; (J: xC C) for 24 hours.
The catalyst is heated to 4500F (232 ° C) in a nitrogen atmosphere then treated with hydrogen for 2 hours at .0P '(232 ° C) t Before use, it is activated in hydrogen for 2 hours at 900 *? (48260) approx. The catalyst thus prepared contains 0.53% platinum, by weight of the catalyst, and the silica-alumina support has an activity index of 46.
The fillers used in the process of the invention are the so-called refractory materials, that is to say the fractions
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hydrocarbons normally resistant to conventional cracking. The generally preferred charges are the refractory cycling charges which are obtained by conventional cracking of gas oils, for example by cracking in the presence of silica-alumina or clay catalysts. It is also possible, under certain circumstances, to use coker gas oils and thermal gas oils. Direct distillation gasoline, however, cannot be used.
The feed should have an initial boiling point of approximately 300 to 500 F (149 and 260 * C) and a final boiling point of approximately 600 to 900 * F (316 and 482 * C). A preferred refractory cycling charge obtained by conventional cracking boils between about 400 and 700 F (204 and 371 ° C). It is essential for the process of the invention that the feed contains at least 1% sulfur by weight and preferably more.
The process of the invention should be carried out at a liquid hourly space velocity varying between about 0.25 and 5, preferably between about 0.5 and 3. The quantity of hydrogen introduced must be sufficient to obtain the refining of diesel fuel.
To avoid the reduction of the octane content of the naphtha produced, however, the amount of hydrogen cannot be too high. Consequently, the quantity of hydrogen introduced is expressed by the molar ratio of hydrogen: hydrocarbon feed, which should be between 10 and 40 approximately and preferably between 10 and 30 approximately. The temperature should be chosen according to the hourly liquid space velocity in order to maintain the degree of conversion of products boiling below about 410 ° F (210 C) between about 5 and 25 volume percent. These conditions emerge from the following example.
EXAMPLE 2. -
The feed used in the tests described in this example is a refractory cycling feed obtained by cracking a refinery gas oil in a “thermofor” catalytic cracking apparatus in the presence of a silica-alumina catalyst.
This cycling load has the following properties:
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Doutt4 Àepozo z0 Dla è1U. tlon ASTM
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<tb> Boiling point <SEP> <SEP> initia <SEP> F <SEP> 419 <SEP> (215 C)
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
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50% *? 538 (283, * C) Final doibullitton point 'F 634 (3346c)
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<tb> Cutaneous <SEP> <SEP> index <SEP> 31.8
<tb>
<tb> $ addition, <SEP> weight <SEP> percent <SEP> 1.55
<tb>
For a series of tests, this load is put in contact
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with the catalyst described in Example 1, in the presence of hydrogen * Each * osai is run under a pressure of about 1000 pounds /
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square inch (70 lIe # 2)
with a Twiometer at an hourly space velocity Iiquid ': 1 J 1' f using a hydrogen t hydrocerbi4m 1 molar ratio of% Each test is performed at a different temperature. They appear in Table I.
Urie Auttg par'de of the load is contacted with the c ... t1l7UUJ: describes 4ana * 9xeMpJLe 1 at a temperature of 76, ..., (407 ° C) using a liquid hourly space velocity of 2. The pressure and the hydrogen molar ratio:
hydrocarbons are the mines that in the previous paragraph. Information for this test is given in Table I.
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llsoa'4 1 2 4 V3HL Vif ",, 'ji Average catalyst temperature, 673, .712,! 745, 765N (356) (378) (396) (407) CQn \ l'1I: 1!" d ± l {(10049 *? (; 31'3-I'UO ;; :) 8.6 2.6 19.5 Convic rM (10 <00 "F (M- * 0" C) 8s6 2.1 '24e6 1985 W & hJte Cé-170aF (77 * 0), vol u ia our-citf 0.5 | 1.0 '1.8 3 Volume percent 10.6 14..4 z, 2 M, 5 Density APl 36 # 1 138.6 414 A0, $ Index 4 # oCtune CJ93 of TF.Pb) 97 <4 if95,, 5 93eo 94..2 Cw.rStI of cJc'laie, 41Q P # (2J.O'C *) t
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AT THE WATER. 1.
(pt4jbe>
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<tb> Test <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4
<tb>
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Volume Percent 91> 4 87.9 75.4 80.5 Specific Gravity 6, API 3004 31.9 32.9 30.0 Dtaniline Point. * F (, le) 123.0 12501 123.6 U7.9 ( 506) 2.00.9 (47.72) Cetane number z0.2 42.0 42.3 38.9
Figs. 1, 2 and 3 are based on the figures in Table I. There Fig. 1 shows the relationship between the octane number, with lead, of gasoline and the conversion in percent by volume of products boiling at temperatures below about 410 F (210 * C) which one obtains in putting contacting the cycling feed with the platinum catalyst.
It will be appreciated that at conversion rates greater than about 15 volume percent, the octane number drops below 95, when using the charge of the example. At conversion temperatures of less than 15 volume percent, the octane number increases inversely with the degree of conversion.
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When other fillers are used, however, the maximum degree of conversion may be higher. Thus, in order to satisfy one of the conditions of the process of the invention, the rate of conversion should generally not exceed more than 25 volumes. percent according to the particular load.
To. to ensure at the same time the production of a diesel fuel having a high cetane number, greater than 35 and preferably 37, the degree of conversion to gasoline in the process must be at least 5 volumes per- a hundred or so. This emerges from FIG. 2 which shows the relationship between the cetane number of diesel fuel and the percent conversion by volume of products boiling at temperatures below about 410 * F (2lO * C) which are obtained together with the gasoline, as shown in Fig. 1.
Note that as the conversion rate increases,? cetane number rises above 35, for a conversion rate of about 3 Tolum percent and above 37 for a conversion rate of about
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5 volume percent * Therefore, to simultaneously obtain gasoline with an octane number with lead of at least 95 and diesel fuel with a cetane number greater than 37, the degree of conversion in the process should be kept between 5 and 25 volumea percent approximately and preferably between 5 and 15 volum percent approximately *
In order to achieve the desired degree of conversion, a close correlation between liquid hourly space velocity and temperature must be established.
This correlation is illustrated by the curves of FIG. 3. Curve 1 shows the relationship between temperature and degree of conversion to products boiling at temperatures below about 410 F (210 C) when the refractory cycling charge is contacted with the platinum-containing catalyst. at a space speed of 1. Curve 2 represents a similar relationship, but for a space speed of 2. Note that at the highest space speed, a temperature not exceeding 750 F (399 * C) can be used to keep the conversion rate below 15 volume percent. At the lower space speed (curve 1), the maximum temperature that can be used is approximately 720 F (382 * C).
On the other hand, in order to maintain a conversion of at least 5% by volume, the temperature at the lower space speed should be at least about 625 ° F, (329 C).
For other space velocities, the temperature-conversion relationships vary as shown in Fig. 3, with an increase or decrease in space speed. In general, therefore, the range of temperatures useful in establishing a relationship with space velocity to obtain favorable results from the process of the invention ranges from about 500 to 800 F (260 to 427 C), and preferably about 650 to 800 F (343 to 427 C).
EXAMPLE 3. -
To show the storage stability of the products of the invention, the products of tests 1 to 4 of Example 2 are subjected to the following storage test:
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. A 500 cc sample of the fuel being tested is placed in a convection oven maintained at 110 F (43 C) for 12 weeks. The sample is then filtered through a tared asbestos filter (Gooch crucible) to separate the insoluble matter. The weight of these materials in milligrams is the amount of sediment.
Samples of the products of runs 1 to 4 are subjected to this test and compared to a typical fuel oil obtained from cracked distillation oil. The values obtained are shown in Table II.
TABLE II
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<tb> Fuel <SEP> oil <SEP> from <SEP> Test <SEP> Test <SEP> Test <SEP> Test
<tb> distillation <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4
<tb> cracked
<tb>
<tb> Initial <SEP> color
<tb> N.P.A. <SEP> D-l <SEP> L-3 <SEP> D-2 <SEP> L / 2 <SEP> L-3 <SEP> L-4
<tb>
<tb> 12 <SEP> weeks. <SEP> 110 F
<tb> (43 C)
<tb>
<tb> Color <SEP> N.P.A. <SEP> L-5 <SEP> D-2 <SEP> D-2 <SEP> 1/2 <SEP> D / 2 <SEP> 1/2 <SEP> L-31/2
<tb> Sediment, <SEP> mg / liter <SEP> 243 <SEP> 26 <SEP> 39 <SEP> 37 <SEP> 43
<tb>
It appears from Table II that the fuel oils obtained by the process of the invention have excellent storage stability.
The good storage stability and the high cetane number make these materials much superior to current eyelash fuel.
-Although certain embodiments and details of execution have been described to illustrate the invention, it goes without saying that the latter is susceptible of numerous variations and modifications without departing from its scope.
CLAIMS.
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