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FR2762004A1 - Procede pour l'elimination d'arsenic dans les charges hydrocarbonees liquides - Google Patents

Procede pour l'elimination d'arsenic dans les charges hydrocarbonees liquides Download PDF

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FR2762004A1
FR2762004A1 FR9704576A FR9704576A FR2762004A1 FR 2762004 A1 FR2762004 A1 FR 2762004A1 FR 9704576 A FR9704576 A FR 9704576A FR 9704576 A FR9704576 A FR 9704576A FR 2762004 A1 FR2762004 A1 FR 2762004A1
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arsenic
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mass
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Laurent Savary
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    • C10G25/00—Refining of hydrocarbon oils in the absence of hydrogen, with solid sorbents
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  • Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)

Abstract

L'objet de la présente invention est un procédé pour la désarsenification des hydrocarbures liquides avec une masse contenant au moins un sulfure ou un oxyde de cuivre déposé sur un support, opérant à des températures comprises entre 0 et 100degreC, à faible pression et en absence totale d'hydrogène. La décontamination est obtenue même si cette charge renferme des composés organométalliques de l'arsenic.

Description

II est connu que les condensats liquides, sous-produits de la production du gaz (gaz naturel, gaz associé) et les pétroles bruts, peuvent contenir de nombreux composés métalliques à l'état de traces, généralement présents sous forme de complexes organométalliques, dans lesquels le métal forme au moins une liaison avec un ou plusieurs atomes de carbone d'au moins un radical organique.
Ces composés métalliques sont des poisons des catalyseurs utilisés dans les procédés de transformation du pétrole. En particulier, ils empoisonnent les catalyseurs d'hydrotraitement et d'hydrogénation en se déposant progressivement sur la surface active de ces catalyseurs. Des composés métalliques se trouvent notamment dans les coupes lourdes provenant de la distillation du brut pétrolier (nickel, vanadium, arsenic, mercure) ou encore dans les condensats de gaz naturel (mercure, arsenic).
Les traitements par craquage thermiques ou catalytiques des coupes d'hydrocarbures ci-dessus, par exemple leur vapocraquage, pour conversion en coupes d'hydrocarbures plus légers et oléfiniques ou aromatiques, peuvent permettre l'élimination de certains métaux (par exemple le nickel, le vanadium...); par contre, certains autres métaux (par exemple l'arsenic) susceptibles de former des composés volatils se retrouvent au moins en partie dans les coupes plus légères et peuvent, de ce fait, empoisonner les catalyseurs des procédés de transformation subséquents.
Des procédés antérieurs sont connus pour éliminer l'arsenic dans les hydrocarbures en phase liquide; on opère notamment en présence de masses solides, lesquelles peuvent être dénommées indifféremment: masse d'adsorption, de captation, de piégeage, d'extraction, de transfert de métaux.
Concernant les masses pour désarsenifier, le brevet US5169516 décrit des masses à base de PbO ou CuO/ZnO/Al2O3 après une étape de lavage à la soude et après oxydation des mercaptans.
Le brevet FR 2.619.120 de la demanderesse décrit une masse à base d'oxyde de plomb permettant la captation en phase liquide de COS et d'arsines légères (type
AsH2CH3), dans les coupes gazeuses et fonctionnant à 30 bars et 50"C.
Donc, certains des produits décrits dans l'art antérieur présentent de bonnes performances pour la décontamination d'arsine dans les gaz ou d'arsines légères dans les liquides.
L'objet de l'invention est un procédé pour l'élimination de l'arsenic de charges hydrocarbonées liquides à une température comprise entre 0 et 1000 C, à faible pression et en l'absence totale d'hydrogène, en présence d'une masse de captation contenant au moins un sulfure ou un oxyde de cuivre déposé sur un support. Selon la présente invention, la masse de captation permet notamment l'élimination des composés organométalliques de l'arsenic dans des conditions douces de température et de pression et en absence d'hydrogène. L'invention s'applique particulièrement au traitement des charges liquides à température ambiante et pression atmosphérique tels que par exemple les condensats de gaz naturel, les coupes de distillation de pétrole ainsi que les coupes naphta, gasoil...
La manière de procéder consiste a faire passer la charge au contact d'une masse de captation contenant au moins du sulfure et"ou de l'oxyde de cuivre.
Lorsque la charge contient de l'arsenic sous forme organométallique, celui-ci est éliminé. On opère de préférence avec la charge en totalité liquide.
De façon plus précise, le procédé de préparation préféré de la masse solide de captation comprend les étapes suivantes: a) I'incorporation d'au moins un composé de cuivre, autre qu'un sulfure, à un support
ou dispersant minéral solide.
b) la calcination éventuelle du produit obtenu à l'étape (a) de manière à transformer
au moins en partie le ou les composés de cuivre qu'il contient en oxyde de cuivre,
(CuO eVou Cu2O).
c) la mise en contact du produit obtenu à l'étape (b), ou à l'étape (a) s'il n'y a pas eu
d'étape (b), avec du soufre élémentaire, dissous éventuellement au moins en
partie dans un solvant organique.
d) la soumission du produit obtenu à l'étape (c), et appelé précurseur, à un traitement
thermique en atmosphère non oxydante, sous balayage de gaz, à une température
et pendant un temps suffisant pour permettre la formation de sulfure du ou des
métaux présents et notamment pour combiner au moins 50% du cuivre sous forme
de sulfure de cuivre CuxSy où x et y sont chacun un nombre entier de 1 à 10.
Les supports ou dispersants minéraux solides qui peuvent être utilisés pour la masse comprenant le sulfure de cuivre sont habituellement choisis dans le groupe formé par le charbon, le charbon actif, le coke, la silice, le carbure de silicium, le gel de silice, les silicates synthétiques ou naturels, les argiles, les terres à diatomées, les terres à foulon, le kaolin, les oxydes inorganiques réfractaires tels que par exemple l'alumine,
L'oxyde de titane, la zircone, la magnésie, les silices-alumines, les silices-magnésies et les silices-zircones, les mélanges alumines-oxydes de bore, les aluminates, les silico-aluminates, les alumino-silicates zéolitiques cristallins, synthétiques ou naturels, par exemple les mordénites, les faujasites, les offrétites, les érionites, les ferriérites, les zéolites ZSM5 et ZSM11, les mazzites et les ciments tels que par exemple ceux de type Secar produits par la société Lafarge.
On utilise de préférence un support choisi dans le groupe formé par le charbon, le charbon actif, le coke, la silice, les alumines, les silices-alumines, les silicates, les aluminates et les silico-aluminates (zéolitiques par exemple).
De façon avantageuse le support est choisi dans le groupe formé par la silice, les alumines, les silices-alumines, les silicates, les aluminates et les silico-aluminates et on utilise très avantageusement l'alumine.
Le support préconisé dans l'invention est de préférence une alumine d'une surface comprise entre 10 et 300 m2/g et de préférence entre 50 et 200 m2/g. Son volume poreux total est avantageusement compris entre 0.2 et 1.2 cm3/g et de préférence entre 0.5 et 1.2 cm3/g comme décrit dans le brevet FR2619120 de la demanderesse.
Lorsque les masses de captation d'arsenic sont destinées à être utilisées dans le traitement de charges contenant des hydrocarbures condensables (par exemple C4 ou supérieur à C4) à une température située dans la gamme de température à laquelle s'effectue la captation, on a constaté que les masses ayant un diamètre moyen de pores au moins égal à 100 Angströms (10-8 m) présentent une stabilité accrue.
Les conditions d'obtention de masses (ou de supports destinés à fabriquer ces masses) présentant un diamètre moyen de pores d'au moins 100 Angströms (108 m) sont suffisamment bien connues de l'Homme du métier pour ne pas être répétées ici, dans le cadre de la présente invention (voir par exemple US 4094777).
Les supports préférés ont habituellement une surface spécifique d'environ 20 à 300 m2g~', ces valeurs n'étant pas limitatives.
L'incorporation d'un composé de cuivre, autre qu'un sulfure, à un support ou dispersant minéral solide peut être effectuée par toutes méthodes connues de l'homme du métier, par exemple par un mélange avec un composé de cuivre ou par imprégnation à l'aide d'une solution d'un composé de cuivre. Les composés de cuivre que l'on emploie habituellement sont des composés facilement transformables en oxyde de cuivre à des températures relativement basses.
Comme exemple de composé de cuivre, on peut citer à titre non limitatif: les oxydes de cuivre; I'hydroxyde de cuivre (Cu(OH)2; les sels basiques de cuivre, en particulier les carbonates de formules de formules CuCO3, Cu(OH)2 et 2CuCO3, Cu (OH)2; les sels et les complexes organiques du cuivre tels que les sels des acides carboxyliques, par exemple les formiates, les acétates, les tartrates, les citrates, les benzoates, les oxalates, les malonates, les succinates, les glycolates, les lactates et l'acétylacétonate et le nitrate de cuivre.
On préfère habituellement introduire le composé de cuivre par imprégnation du support à l'aide d'une solution aqueuse ou organique d'un composé de cuivre et de préférence à l'aide d'une solution aqueuse d'un composé de cuivre. On utilise avantageusement une solution aqueuse de nitrate de cuivre.
La sulfuration est alors effectuée par exemple, selon la méthode préconisée dans le brevet US 4094777 de la demanderesse ou encore au moyen d'un polysulfure organique tel que décrit dans la demande de brevet français 87/07442 de la demanderesse. De préférence, la sulfuration est effectuée en utilisant comme agent de sulfuration du soufre élémentaire, éventuellement au moins pour partie sous forme d'une solution organique. Toute autre technique de sulfuration convient pour l'invention.
La quantité de sulfure de cuivre sur le support est comprise entre 2 et 65% (exprimée en poids de cuivre), de préférence 6 à 40%.
Les masses de captation obtenues par une méthode synthétique appropriée sont utilisées selon la présente invention pour purifier des liquides contenant des composés de l'arsenic. Ces masses solides sont habituellement mises en oeuvre en lit fixe à travers lequel on fait passer le fluide à purifier, ascendant ou descendant mais d'autres mises en oeuvre peuvent aussi convenir.
Le domaine de température où les masses de captation sont efficaces est compris avantageusement entre la température ambiante et 100 C et par exemple 10-1 00C C ou encore 20-100"C. La captation d'arsenic peut être réalisée à pression atmosphérique. Le débit volumique horaire de charge liquide par volume de catalyseur est avantageusement compris entre 0.5 et 10 et de préférence entre 1 et 5 h-'.
Les exemples suivant, donnés de façon non limitative, illustrent la présente invention.
EXEMPLE 1 (selon l'invention)
On imprègne 1 kg de billes d'alumine autoclavée de 170 m2/g de surface spécifique et de volume poreux 1.2 cm3/g par 1.2 1 d'une solution aqueuse renfermant 370 g de nitrate de cuivre trihydraté Cu(NO3)2, 3H2O. On sèche et on calcine des billes d'alumine ainsi imprégnées durant 7 heures à 400"C sous courant d'air à une VVH de 5000 h.'. On obtient des billes d'oxyde de cuivre dite masse A. Une partie de ces billes sont imprégnées au drageoir au moyen de îl contenant 0.52 1 d'eau et 0.48 1 d'une solution aqueuse à 20% en poids de sulfure d'ammonium. L'excès de soufre est éliminé par séchage à 200"C durant 10h sous courant d'azote (VVH de 5000 h ').
La masse B obtenue renferme du sulfure de cuivre en quantité de 15% par rapport au poids de la masse. L'analyse par diffraction X indique que tout le cuivre est sous forme de sulfure de cuivre.
EXEMPLE 2 (selon l'invention)
Une solution arséniée préparée en dissolvant 0.4 g d'arsenic sous forme As(CóHs)3 dans 50 ml de n-heptane est mise en contact avec 10 9 de catalyseur non broyé. Afin d'optimiser le contact liquide-solide, le système est soit maintenu sous un faible débit d'azote soit disposé sur un banc d'agitation.
Les échantillons sont maintenus dans la solution arséniée 24h. Afin de déterminer la quantité d'As réellement captée par la phase active, une étape de lavage avec du n-heptane pur, a été également effectuée pour éliminer le As(C6Hs)3 présent dans le volume poreux et non-capté. Les billes de catalyseurs sont finalement séchées à 1 000C pendant 1h sous courant d'azote.
Le tableau 3 rassemble les résultats des dosages correspondant aux différents échantillons de solution après captation. La concentration de la solution mère déterminée en absorption atomique est de 545 mg/l.
Tableau 1
Figure img00060001
<tb> <SEP> Masse <SEP> A <SEP> Massez <SEP>
<tb> As <SEP> (ppm) <SEP> dans <SEP> la <SEP> < 5 <SEP> < 5
<tb> <SEP> solution
<tb>
Ces résultats montrent qu'il est possible de capter la triphénylarsine à température ambiante sur les masses A et B.
EXEMPLE 3 (selon l'invention)
Un essai a été effectué sur les masses au Cu dans les conditions suivantes: 0,8 g de triphénylarsine sont dissous dans 10 ml ortho-xylène auquel on additionne 40 ml de n-heptane. La solution préparée contient alors 1380 mg/l d'As.
Les teneurs en As captées par les catalyseurs A et B après lavage à l'heptane sont rassemblées dans le tableau 4. La masse de catalyseur utilisée est 10 g.
Tableau 2
Figure img00060002
<tb> <SEP> A <SEP> | <SEP> B
<tb> Efficacité <SEP> % <SEP> | <SEP> 58% <SEP> | <SEP> 100%
<tb>
Cet exemple montre les bonnes performances de captation à température ambiante de ces masses au cuivre et plus particulièrement de la masse B, même sur des solutions d'hydrocarbures très riches en arsenic.
EXEMPLE 4 (selon l'invention)
Un essai dans les mêmes conditions que l'exemple 3 a été effectué (T ambiante, sans hydrogène) sur la masse B. La charge utilisée est un gasoil contenant 353 ug/l d'arsenic (100 ppm de soufre, point final: 453"C, 90% dist: 365"C). Les teneurs en
As capté sont présentées dans le tableau 5.
Tableau 3
Figure img00070001
<tb> As <SEP> dans <SEP> la <SEP> charge <SEP> ug/l <SEP> j <SEP> <SEP> As <SEP> après <SEP> 24 <SEP> h <SEP> pg/l <SEP>
<tb> <SEP> 353 <SEP> < 10
<tb>
La quantité d'As présente dans la charge après le test est inférieure aux limites de détection. L'efficacité de captation de la masse B est supérieure à 97.2 %, sur des charges naturelles sans traitement préalable.
EXEMPLE 5 (selon l'invention)
Ce test a été effectué en lit traversé à température ambiante (25"C) sur une charge initiale de Naphta auquel on a ajouté 6b0 ll9/l (750 ppb) d'As sous forme (C6H5)3As, pendant 168 h sur la masse de captation B, dans les conditions suivantes:
P : P atm
WH : 4 h
T: ambiante 4 lits: lit 1: m= 2.75 g (bas du réacteur)
lit 2 : m=4.95 g
lit 3 : m=4.95 g
lit 4 : m=4.95 g
Nous obtenons sur l'ensemble des lits une captation moyenne de 12 mg d'arsenic, ce qui représente 96% de la quantité initiale d'arsenic présent dans la charge.

Claims (4)

REVENDICATIONS
1. Procédé pour l'élimination de l'arsenic de charges hydrocarbonées liquides à une
température comprise entre 0 et 100" C, à faible pression et en l'absence totale
d'hydrogène, en présence d'une masse de captation contenant au moins un
sulfure ou un oxyde de cuivre déposé sur un support.
2. Procédé selon la revendication dans lequel la charge contient des composés
organométalliques de l'arsenic.
3. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la masse est
préparé par un procédé comprenant les étapes suivantes: a) I'incorporation d'au moins un composé de cuivre, autre qu'un sulfure, à un support
ou dispersant minéral solide.
(CuO et/ou Cu2O).
au moins en partie le ou les composés de cuivre qu'il contient en oxyde de cuivre,
b) la calcination éventuelle du produit obtenu à l'étape (a) de manière à transformer
partie dans un solvant organique.
d'étape (b), avec du soufre élémentaire, dissous éventuellement au moins en
c) la mise en contact du produit obtenu à l'étape (b), ou à l'étape (a) s'il n'y a pas eu
de sulfure de cuivre CuxSy où x et y sont chacun un nombre entier de 1 à 10.
métaux présents et notamment pour combiner au moins 50% du cuivre sous forme
et pendant un temps suffisant pour permettre la formation de sulfure du ou des
thermique en atmosphère non oxydante, sous balayage de gaz, à une température
d) la soumission du produit obtenu à l'étape (c), et appelé précurseur, à un traitement
4. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel la charge est
choisie dans le groupe formé par les condensats de gaz naturel, les coupes de
distillation du pétrole, les coupes naphta, les gasoils.
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