ES2277821T3 - Catalizador bimetalico que comprende fluor y cloro y su utilizacion para la hidrogenacion de compuestos aromaticos. - Google Patents

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Abstract

Catalizador que comprende al menos una matriz de óxido amorfo, cloro y flúor y al menos dos metales del grupo VIII, distintos uno del otro, caracterizado porque la cantidad de flúor representa de 1, 8 a 15% en peso de la masa total de dicho catalizador.

Description

Catalizador bimetálico que comprende flúor y cloro y su utilización para la hidrogenación de compuestos aromáticos.
Ámbito técnico
La presente invención se refiere a un catalizador, tal como el definido en la reivindicación independiente soportado a base de metales del grupo VIII, distintos uno del otro, e incluyendo al menos dos halógenos. La invención se refiere igualmente a la utilización de este catalizador en un procedimiento para el hidrotratamiento de cargas hidrocarbonadas que contiene pequeños contenidos en azufre y en particular para la hidrogenación de compuestos aromáticos incluidos en estas cargas.
Los procedimientos de hidrotratamiento se utilizan frecuentemente en las operaciones de refinado de las fracciones petroleras para mejorar las características de los productos acabados en términos de especificaciones requeridas para alcanzar la calidad de los productos y las normas de contaminación.
Actualmente, las fracciones de gasóleo, ya provengan de la destilación o procedan de un procedimiento de conversión tal como un craqueo catalítico, contienen cantidades nada despreciables de compuestos aromáticos, nitrogenados y azufrados. En el marco legislativo actual de la mayoría de los países industrializados, el combustible utilizable en los motores debe contener una cantidad de azufre inferior a 500 partes por millón en peso (ppm). En un futuro muy próximo, esta cantidad máxima se dejará en 350 ppm en las perspectivas del año 2000, luego en 50 ppm en las perspectivas del año 2005 para los países miembros de la Comunidad Europea. Respecto al contenido en compuestos poliaromáticos en los gasóleos, este contenido corre el riesgo de ser bajado a un valor muy bajo (del orden de 1 al 2%) a partir del 2005. En este marco, la hidrogenación de los poliaromáticos contenidos en las fracciones de gasóleo reviste por consiguiente también una importancia muy particular, debido a las nuevas normas sobre azufre y compuestos aromáticos en este tipo de combustibles.
La desulfuración se realiza generalmente en condiciones y en catalizadores que no son capaces de asegurar simultáneamente la hidrogenación de los compuestos aromáticos. Es necesario realizar entonces un primer tratamiento de la fracción para disminuir el contenido en azufre seguido de un segundo tratamiento con el fin de hidrogenar los compuestos aromáticos contenidos en esta fracción. Esta segunda etapa se realiza generalmente por la puesta en contacto de la fracción, en presencia de hidrógeno, con un catalizador, generalmente a base de metal noble. Sin embargo, debido a que el procedimiento de desulfuración no permite nunca eliminar totalmente los compuestos azufrados y nitrogenados, los catalizadores utilizados deben poder operar en presencia de estos compuestos y por consiguiente contener fases activas con buenas propiedades tio-resistentes.
El objetivo de la presente invención es proporcionar un nuevo catalizador para la desulfuración de fracciones petroleras y para la hidrogenación de aromáticos y poliaromáticos presentes en estas mismas fracciones.
Técnica anterior
Los catalizadores a base de metales nobles son conocidos por su rendimiento en materia de hidrogenación de los aromáticos. Sin embargo, son extremadamente sensibles a la presencia de azufre que es un inhibidor potente de la actividad de los metales nobles. Para evitar el envenenamiento por el azufre de la fase hidrogenante, parece preferible que los metales sean depositados en un soporte ácido tal como la alúmina o la sílice alúmina.
En el caso de la utilización de soporte de tipo alúmina (patente US-A-3.943.953), se indica que es necesario controlar precisamente los contenidos en metal, así como las condiciones de preparación. Esta obligación produce inconvenientes evidentes en términos de flexibilidad en la extrapolación industrial de estas formulaciones. La utilización de soportes a base de sílice-alúmina ha sido por otro lado indicada. Se pueden por ejemplo citar las patentes US-A-4.960.505, 5.308.814 y 5.151.172. Estos distintos documentos indican que el tipo de zeolita que permite obtener las propiedades buscadas es muy específico. Por otra parte, la utilización de tales soportes presenta varios inconvenientes principales, entre los cuales su preparación, que incluye una etapa de conformación que necesita la utilización de ligantes minerales, tales como las alúminas. Los métodos de preparación deben por consiguiente permitir depósitos selectivos de los metales nobles sobre el material zeolítico con relación al depósito sobre el ligante, lo cual presenta una especificidad suplementaria relacionada con este tipo de catalizadores.
Para aumentar la acidez de catalizadores de tipo platino/alúmina, J.P. Frank et al. (CR Acad. Sci. Paris, Serie C, t284 (1977) 297) y J. Cosyns et al. (CR Acad. Sci. Paris, Serie C, t284 (1978) 85) han incorporado a la composición catalítica una cantidad limitada de halógeno y en particular de flúor.
Varias patentes describen procedimientos de hidrogenación de compuestos aromáticos gracias a catalizadores cuya composición comprende un halógeno. En particular, la solicitud de patente EP 0 751 204 describe un procedimiento de hidrogenación de aromáticos con inyección de cloro en un catalizador a base de un metal noble y conteniendo al menos un 1% de un halógeno para aumentar la actividad hidrogenante del catalizador.
La patente US 3.943.053 se refiere a un método para la hidrogenación de los compuestos aromáticos con la ayuda de un catalizador que comprende dos metales nobles, a saber el platino y el paladio, y una cantidad de cloro comprendida entre 1,2 y 2,5% en peso.
La patente FR-A-2.413.127 describe un catalizador que contiene metales del grupo VIII que presentan una resistencia mejorada al azufre, para la hidrogenación de aromáticos.
La solicitud de patente EP 0 955 090 describe un catalizador que comprende dos metales nobles (Pt y Pd), flúor y del cloro. La composición catalítica es tal que el contenido en flúor esté comprendida entre 0,5 y 1,5% en peso y el contenido en cloro entre 0,3 y 2% en peso.
Interés de la invención
Ha sido descubierto por la Firma solicitante que un catalizador, tal como el definido en la reivindicación 1, utilizado en los procedimientos de hidrotratamiento y en particular en la hidrogenación de los compuestos aromáticos que comprende al menos dos metales distintos del grupo VIII de la clasificación periódica de los elementos, cloro y flúor y al menos una matriz de óxido amorfo, siendo tal la composición catalítica que la cantidad de flúor se encuentra comprendida entre 1,8 y 15% en peso de la masa total de dicho catalizador, conduce a mejores rendimientos en términos de porcentajes de hidrogenación de los compuestos aromáticos que los catalizadores de la técnica anterior que comprenden bien sea un solo metal del grupo VIII, o una pequeña cantidad de halógeno. El porcentaje elevado de conversión de los compuestos aromáticos en compuestos saturados correspondientes obtenido con el catalizador de la presente invención está relacionado con los efectos sinérgicos sorprendentes de la asociación de los metales por una parte, y por la combinación de halógenos, presentes en contenidos más elevados que los de la técnica anterior, por otra parte. Resulta de este porcentaje de hidrogenación elevado una resistencia muy buena del catalizador al
azufre.
El catalizador según la invención permite realizar ventajosamente la hidrodesulfuración y la hidrogenación de los compuestos aromáticos presentes en cargas hidrocarbonadas que contienen compuestos azufrados. Más particularmente, las cargas hidrocarbonadas que pueden ser tratadas son fracciones de gasóleo procedentes de la destilación del petróleo bruto y de los diversos procedimientos de conversión tales como las fracciones llamadas "cycle oils", procedentes de los procedimientos de craqueo catalítico. La carga que se puede tratar por el procedimiento que utiliza el catalizador de la invención presenta contenidos en azufre inferiores a 2000 ppm en peso, de preferencia de 0,01 a 500 ppm en peso. Este catalizador puede también ser adecuado para cualquier procedimiento que trate de hidrogenar la totalidad o parte de los compuestos aromáticos de una carga que contiene trazas de compuestos azufrados, tal como la hidrogenación de los aromáticos en los aceites alimentarios y en los disolventes.
Descripción de la invención
El catalizador según la invención se define en la redacción de la reivindicación 1 y contiene al menos dos metales del grupo VIII de la clasificación periódica de los elementos, distintos uno del otro, al menos una matriz de óxido amorfo, cloro y flúor, la cantidad de flúor se encuentra comprendida entre 1,8 y 15% en peso de la masa total del catalizador.
En todo lo que sigue, se entiende por matriz amorfa, una matriz que no comprende, en su estructura, elementos activos en el sentido catalítico.
El indicado catalizador asocia al menos un metal M1 del grupo VIII seleccionado entre el grupo constituido por el paladio, el rodio, el níquel y el cobalto con un metal M2 del grupo VIII seleccionado entre el grupo constituido por el platino, el iridio, el osmio y el rutenio. La relación atómica M1/M2 se encuentra de preferencia comprendida entre 0,1/1 y 10/1.
El catalizador de la presente invención comprende en % en peso con relación a la masa total del catalizador:
-
del 78 al 98,3% de al menos una matriz de óxido amorfo,
-
de 0,1 a 10% de al menos dos metales del grupo VIII de la clasificación periódica tal como al menos un primer metal M1 bien sea elegido de preferencia entre el grupo constituido por el paladio, el rodio, el níquel y el cobalto, y al menos un segundo metal M2 o bien de preferencia entre el grupo constituido por el platino, el iridio, el osmio y el rutenio. La relación atómica M1/M2 se encuentra ventajosamente comprendida entre 0,1/1 y 10/1,
-
la cantidad de flúor se encuentra comprendida entre 1,8 y 15% y de forma preferida entre 2 y 10% en peso.
-
de 0,1 a 10% de cloro.
La matriz de óxido amorfo que sirve de soporte al catalizador es elegida entre las alúminas de transición, las sílices y las sílices alúminas y sus mezclas. Este tipo de soportes presenta una superficie específica, determinada por las técnicas conocidas por el experto en la materia, comprendida entre 100 y 600 m^{2}/g, de preferencia entre 150 y 500 m^{2}/g. La matriz de óxido amorfo puede ser utilizada en forma de polvo o preformada en forma de bolas o de extrusionados.
El catalizador soportado de la presente invención puede ser preparado según todos los métodos bien conocidos por el experto en la materia.
De una forma preferida, el catalizador se obtiene por el depósito del cloro y de los metales del grupo VIII sobre un soporte que contiene la matriz de óxido amorfo y el flúor, a continuación llamado el soporte fluorado. El soporte fluorado se obtiene de preferencia por introducción del flúor en forma de ácido fluorhídrico, de fluoruro de amonio, de hidrogenofluoruro de amonio o también de compuestos organofluorados en la conformación de la matriz de óxido amorfo. El soporte fluorado obtenido presenta generalmente una superficie específica, determinada por las técnicas conocidas por el experto en la materia, comprendida entre 100 y 500 m^{2}/g, de preferencia entre 150 y 420 m^{2}/g.
A continuación, los otros componentes del catalizador pueden ser introducidos de forma separada en el catalizador, según etapas sucesivas de adición que utilizan soluciones de uno o varios elementos, o simultáneamente, utilizando una solución común de los elementos. Se puede recurrir a varias etapas de impregnación para obtener el catalizador. Resulta entonces ventajoso proceder entre cada etapa de impregnación a etapas de secado y/o de activación (calcinación o reducción).
Según un modo de preparación preferido de la invención, la matriz de óxido amorfo se pone en contacto con el compuesto fluorado para formar un soporte que contiene al menos 1,5% en peso de flúor, luego se introduce el compuesto clorado, bien por separado, o simultáneamente, en la impregnación de metales, al indicado soporte fluorado.
La preparación del catalizador se termina generalmente por una etapa de tratamiento en temperatura bajo aire (calcinación). Antes de la utilización, el catalizador se reduce eventualmente por el paso de una mezcla gaseosa que contiene hidrógeno sobre el catalizador llevado a una temperatura generalmente comprendida entre 50ºC y 600ºC.
Los compuestos halogenados utilizados para la preparación del catalizador se añaden de preferencia con la ayuda de una solución acuosa preparada a partir de los ácidos minerales correspondientes, por ejemplo el ácido fluorhídrico HF o el ácido clorhídrico HCl. La descomposición de un compuesto organofluorado y/u organoclorado en el catalizador es un método que puede igualmente ser adecuado para la preparación del catalizador según la invención. Este método resulta particularmente ventajoso en el caso del flúor pues permite evitar, en la preparación del catalizador, la utilización de soluciones de ácido fluorhídrico, que está ahora reglamentada. El compuesto organoclorado es por ejemplo el diclorometano, el triclorometano, el dicloroetano, el tricloroetano, el tetracloroetileno, el hexacloroetano, el cloroformo.
Los precursores de metales del grupo VIII utilizados son precursores convencionales bien conocidos del experto en la materia. Ventajosamente, para los metales no nobles, se utilizan los nitratos, los sulfatos, los fosfatos, los halogenuros por ejemplo, cloruros, bromuros y fluoruros, los carboxilatos por ejemplo acetatos y carbonatos. Para los metales nobles se utilizan preferentemente los nitratos cuando existen, los halogenuros por ejemplo los cloruros, los ácidos tales como el ácido cloroplatínico, cloroirídico, los clorometalatos de metales alcalinos, complejos cloro- o hidroxi-aminados, los oxicloruros tales como el oxicloruro amoniacal de rutenio. Se pueden igualmente utilizar complejos de coordinación solubles en los disolventes orgánicos, tales como por ejemplo los complejos acetilacetonatos. Se pueden utilizar igualmente los complejos carbonilos.
El catalizador según la invención se puede utilizar para el tratamiento de fracciones hidrocarbonadas. En particular, es utilizable en un procedimiento de hidrogenación de compuestos aromáticos presentes en las cargas que contienen compuestos azufrados.
Es preferible que la carga a tratar por el procedimiento que utiliza el catalizador de la invención presente contenidos en azufre inferiores a 2000 ppm en peso y de preferencia de 0,01 a 500 ppm en peso.
También, en función del contenido en azufre de la carga a tratar, puede resultar ventajoso pretratar la carga con el fin de disminuir su contenido en azufre mediante procedimientos convencionales de hidrotratamiento.
Una ventaja del catalizador de la invención es que presenta buenas propiedades tio-resistentes, si bien pequeños contenidos residuales de azufre no perturban la actividad de dicho catalizador.
El procedimiento de hidrogenación de aromáticos según la invención se realiza en general a temperaturas de 100 a 400ºC, de preferencia de 150 a 380ºC. La presión operativa es generalmente de 0,1 a 30 MPa, de preferencia de 1 a 20 MPa. La velocidad espacial (VVH), expresada en volumen de carga líquida tratada por volumen de catalizador y por hora, es en general de 0,1 a 20 h^{-1}. La relación de hidrógeno/carga utilizada se expresa en volumen de hidrógeno medido en las condiciones normales por volumen de carga líquido; es generalmente de 50/1 a 2000/1.
Los ejemplos que siguen ilustran la invención sin limitar por ello el alcance.
\newpage
Ejemplo nº 1
Preparación de un soporte de alúmina
Se fabricó un soporte a base de alúmina en gran cantidad con el fin de poder preparar los catalizadores descritos a continuación a partir del mismo soporte conformado. Para ello, se utilizó una matriz compuesta por boehmita tabular ultrafina o gel de alúmina comercializado bajo el nombre SB3 por la Sociedad Condéa CEIME GMBH. Este gel se mezcló con una solución acuosa que contiene ácido nítrico al 66% (7% en peso de ácido por gramo de gel seco) luego se amasó durante 15 minutos. Al inicio de este amasado, la pasta obtenida se pasó a través de una hilera con orificios cilíndricos de diámetro igual a 1,3 mm. Los extrusionados se secaron seguidamente durante una noche a 120ºC luego se calcinaron a 550ºC durante 2 horas bajo aire húmedo conteniendo un 7.5% en volumen de agua. Se obtuvieron así extrusionados cilíndricos de 1,2 mm de diámetro, con una superficie específica de 243 m^{2}/g, un volumen poroso de 0,61 cm^{3}/g y una distribución de tamaño de poros monomodal centrada en 10 nm. El análisis de la matriz por la difracción de los rayos X reveló que esta está compuesta únicamente por alúmina gamma cúbica de baja
cristalinidad.
Ejemplo nº 2
Preparación de un soporte fluorado
Se fabricó un soporte a base de alúmina conteniendo flúor. Para ello, se utilizó una matriz compuesta por boehmita tabular ultrafina o gel de alúmina comercializado bajo el nombre SB3 por la Sociedad Condéa CEIME GMBH. Este gel se mezcló con una solución acuosa que contiene ácido nítrico al 66% (7% en peso de ácido por gramo de gel seco) luego se amasó durante 15 minutos en un amasador con brazo en forma de Z. Se introdujo seguidamente el flúor en forma de fluoruro de amonio con el fin de introducir un 4% en masa de flúor y se amasó también 10 minutos. Al inicio de este amasado, la pasta obtenida se pasó a través de una hilera con orificios cilíndricos de diámetro igual a 1,3 mm. Los extrusionados se secaron seguidamente durante una noche a 120ºC luego se calcinaron a 550ºC durante 2 horas bajo aire húmedo conteniendo un 7,5% en volumen de agua. Se obtuvieron así extrusionados cilíndricos de 1,2 mm de diámetro, con una superficie específica de 223 m^{2}/g, un volumen poroso de 0,66 cm^{3}/g, conteniendo un 3,76% de flúor. El análisis de la matriz por la difracción de los rayos X muestra que esta está compuesta únicamente por alúmina gamma cúbica de baja cristalinidad.
Ejemplo nº 3
Preparación de un catalizador A: Pt-Pd/Alúmina+Cl+F (no conforme)
El método utilizado consistió en introducir sucesivamente los elementos utilizando un exceso de solución a partir del soporte del ejemplo 1. Se introdujo primeramente el cloro, luego el flúor y seguidamente el platino. El soporte se trató sucesivamente con una solución de ácido clorhídrico al 2% en Cl durante 30 minutos con el fin de obtener la cantidad de cloro buscada en el soporte. Después de la eliminación de la solución, una solución de ácido fluorhídrico se pudo en contacto con el soporte clorado durante 1 h 30 min. El soporte se aclaró seguidamente y la impregnación del platino se realizó con la ayuda de ácido hexacloroplatínico. Después de 12 horas de intercambio, el catalizador se secó bajo aire seco durante 2 horas a 530ºC. Después de la reducción de este catalizador, se depositó el paladio, bajo atmósfera neutra, por impregnación en exceso de una cantidad precisa de bis-acetilacetonato de paladio. El catalizador se secó y luego se calcinó 2 horas a 350ºC.
El catalizador (A) obtenido contiene entonces:
-
0,15% en peso de platino
-
0,55% en peso de paladio
-
0,95 en peso de cloro
-
0,52 en peso de flúor.
Ejemplo nº 4
Preparación de un catalizador B. Pt-Pd/Alúmina fluorada (conforme)
El método utilizado consiste en introducir sucesivamente los elementos utilizando un exceso de solución a partir del soporte fluorado del ejemplo 2. Se introdujo el platino con el cloro y seguidamente el paladio. La impregnación del platino se realizó con la ayuda de ácido hexacloroplatínico disuelto en una solución de ácido clorhídrico al 2% en Cl. Después de 12 horas de intercambio, el catalizador se secó bajo aire seco durante 2 horas a 530ºC. Después de la reducción de este catalizador, el paladio se depositó, bajo atmósfera neutra, por impregnación en exceso de una cantidad precisa de bis-acetilacetonato de paladio. El catalizador se secó y luego se calcinó 2 horas a 350ºC. El catalizador (B) obtenido contiene entonces:
-
0,15% en peso de platino
-
0,54% en peso de paladio
-
0,76% en peso de cloro
-
3,44% en peso de flúor.
Ejemplo nº 5
Conversión hidrogenante para una carga de tipo LCO
En este ejemplo, los catalizadores obtenidos, como se ha descrito en los ejemplos anteriores, se evaluaron por medio de un ensayo catalítico, cuyas condiciones operativas generales son las siguientes:
- Presión total: 60 bares
- Carga: LCO hidrotratado
- Reactor: de corriente ascendente.
Antes de la utilización, el catalizador experimenta una etapa de activación bajo corriente de hidrógeno a 450ºC durante 2 horas. Esta reducción puede realizarse, bien sea en el reactor del ensayo catalítico (condiciones in situ), o bien en una célula de reducción anexa (condiciones ex situ).
En la tabla 2 siguiente, se han indicado las características de la carga de tipo LCO hidrotratado.
\vskip1.000000\baselineskip
TABLA 2
1
\hskip2.5cm
(*) CA = Carbono aromático medido por RMN
\newpage
Los rendimientos catalíticos de los catalizadores cuya descripción se ha realizado en los ejemplos precedentes se evaluaron seguidamente en el transcurso del ensayo catalítico cuyas condiciones operativas son las siguientes:
- Presión total 60 bares
- VVH (velocidad espacial) 1 litro de carga/litro de catalizador/hora
- Temperatura 280ºC
- Relación H_{2}/carga 450 Nl/Nl de carga
En la tabla 3 siguiente, se indica la conversión de los aromáticos obtenida con los catalizadores A y B. La carga LCO utilizada contiene 128 ppm de S en peso.
TABLA 3
2
(*) CA = Carbono aromático medido por RMN
(**) HDCA = porcentaje de hidrogenación del carbono aromático.
Se observa que el catalizador B se muestra superior en términos de conversión, y por consiguiente de resistencia al azufre, al catalizador A debido al fuerte contenido en flúor presente en el catalizador B. Una fuerte contenido en flúor se muestra por consiguiente positivo sobre la actividad de una asociación de dos metales del grupo VIII. Este tipo de catalizador permite por consiguiente tratar cargas que contienen las cantidades relativamente importantes de azufre presentando un nivel elevado de actividad hidrogenante.

Claims (10)

1. Catalizador que comprende al menos una matriz de óxido amorfo, cloro y flúor y al menos dos metales del grupo VIII, distintos uno del otro, caracterizado porque la cantidad de flúor representa de 1,8 a 15% en peso de la masa total de dicho catalizador.
2. Catalizador según la reivindicación 1, caracterizado porque la cantidad de flúor se encuentra comprendida entre 2 y 10% en peso de la masa total del catalizador.
3. Catalizador según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque contiene, con relación a su masa total, del 78 al 98,3% de al menos una matriz de óxido amorfo, de 0,1 a 10% de al menos dos metales del grupo VIII y de 0,1 al 10% de cloro.
4. Catalizador según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque contiene al menos un metal M1 del grupo VIII seleccionado entre el grupo constituido por el paladio, el rodio, el níquel y el cobalto y al menos un metal M2 del grupo VIII seleccionado entre el grupo constituido por el platino, el iridio, el osmio y el rutenio.
5. Catalizador según la reivindicación 4, caracterizado porque la relación atómica M1/M2 está comprendida entre 0,1/1 y 10/1.
6. Catalizador según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la matriz de óxido amorfo es elegida entre la alúmina, la sílice y la sílice alúmina.
7. Procedimiento de preparación de un catalizador según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el flúor se pone previamente en contacto con la matriz de óxido amorfo para formar un soporte fluorado, luego se introduce el cloro y los metales del grupo VIII, simultáneamente o por separado.
8. Utilización de un catalizador según una de las reivindicaciones 1 a 6 o preparado según la reivindicación 7, para el tratamiento de fracciones hidrocarbonadas.
9. Utilización según la reivindicación 8, en un procedimiento de hidrogenación de compuestos aromáticos presentes en fracciones hidrocarbonadas que comprenden azufre.
10. Utilización según una de las reivindicaciones 8 a 9, en un procedimiento realizado a temperaturas de 100 a 400ºC, a una presión operativa de 0,1 a 30 MPa, a una velocidad espacial, expresada en volumen de carga líquida tratada por volumen de catalizador y por hora, comprendida entre 0,1 y 20, con una relación hidrógeno/carga de 50/1 a 2000/1 en volumen de hidrógeno por volumen de carga.
ES00403037T 1999-11-10 2000-10-31 Catalizador bimetalico que comprende fluor y cloro y su utilizacion para la hidrogenacion de compuestos aromaticos. Expired - Lifetime ES2277821T3 (es)

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