FR3014432A1 - PROCESS FOR THE DEHYDROGENATION OF HYDROCARBONS BY A HETEROGENEOUS PHOTOCATALYST IN ABSENCE OF DIOXYGEN. - Google Patents
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Abstract
L'invention décrit un procédé de déshydrogénation d'une charge d'hydrocarbures contenant au moins une molécule ayant au moins 2 atomes de carbone et au moins une liaison C-C simple ou double en présence d'un photocatalyseur hétérogène sous irradiation comprenant les étapes suivantes : a) on met en contact ladite charge d'hydrocarbures avec un photocatalyseur hétérogène, b) on irradie le photocatalyseur hétérogène par au moins une source d'irradiation produisant au moins une longueur d'onde adaptée à l'activation dudit photocatalyseur de manière à déshydrogéner ladite charge d'hydrocarbures en présence dudit photocatalyseur activé par ladite source d'irradiation pour transformer ladite molécule de la charge ayant au moins ladite liaison C-C simple ou double en molécule ayant un degré d'insaturation supérieur de ladite liaison C-C, de manière à obtenir un effluent contenant au moins une molécule au moins partiellement déshydrogénée et de l'hydrogène, les étapes a) et b) étant effectuées en absence de dioxygène.The invention describes a process for dehydrogenating a hydrocarbon feedstock containing at least one molecule having at least 2 carbon atoms and at least one single or double CC bond in the presence of a heterogeneous photocatalyst under irradiation comprising the following steps: a) said hydrocarbon feedstock is brought into contact with a heterogeneous photocatalyst, b) the heterogeneous photocatalyst is irradiated with at least one irradiation source producing at least one wavelength suitable for activating said photocatalyst so as to dehydrogenate said hydrocarbon feedstock in the presence of said photocatalyst activated by said irradiation source for converting said feed molecule having at least said single or double CC bond into a molecule having a higher degree of unsaturation of said DC bond, so as to obtain an effluent containing at least one at least partially dehydrogenated molecule and hydrogen, the steps a) and b) being carried out in the absence of oxygen.
Description
Le domaine de l'invention est celui de la déshydrogénation d'hydrocarbures par l'emploi d'un photocatalyseur hétérogène sous irradiation en absence de dioxygène. Une grande variété de molécules insaturées telles que l'éthylène, le propène, les butènes linéaires, l'isobutène, les pentènes, le styrène, ainsi que des molécules insaturées contenant jusqu'à environ 20 atomes de carbone, trouvent des applications dans les procédés de pétrochimie, tels que les unités de polymérisation. Ces hydrocarbures insaturés présentent donc un grand intérêt d'un point de vue industriel. Les principales sources de molécules insaturées sont les procédés de vapocraquage 10 et de craquage catalytique. Cependant, ces deux procédés produisent également des sous-produits et la demande croissante est orientée vers des alcènes spécifiques qu'il serait peu économique de produire par craquage. On connait ainsi la réaction de déshydrogénation d'hydrocarbures saturés tels que les paraffines, produisant des hydrocarbures insaturés, tels que les oléfines, et de 15 l'hydrogène. La déshydrogénation peut être représentée par l'équation suivante : CnHm_* CnHm-2 + H2 De manière conventionnelle, les réactions de déshydrogénation sont conduites en présence d'un catalyseur généralement à base de métaux ou d'oxydes métalliques des groupes VIB et VIII de la classification périodique des éléments, à haute 20 température, entre 400 et 800°C, et en forte dilutbn avec un gaz inerte ou quasi- inerte pour déplacer l'équilibre thermodynamique vers la formation des hydrocarbures insaturés. Ce type de réaction peut également être réalisé en présence d'un oxydant, tel que l'oxygène, lequel consomme l'hydrogène formé lors de l'étape de déshydrogénation et déplace ainsi l'équilibre thermodynamique vers la 25 formation des hydrocarbures insaturés. Ce type de mise en oeuvre pour la réaction de déshydrogénation d'hydrocarbures est néanmoins fortement consommatrice d'énergie en raison des hauts niveaux thermiques nécessaires mais également en raison de la dilution importante des charges. De plus, des phénomènes importants de désactivation sont connus dû notamment à la formation de coke en surface de la 30 phase active des catalyseurs. Des revues de la littérature exposent largement les principes de fonctionnement de ce type de réaction (S.F. Hakonsen et al., "Oxidative dehydrogenation of alkanes" in G. Ertl et al. eds., Handbook of Heterogeneous Catalysis, Vol. 7, Wiley-VCH Verlag, Weinheim, Germany (2008), p 3384-3400 ; K.J.The field of the invention is that of the dehydrogenation of hydrocarbons by the use of a heterogeneous photocatalyst under irradiation in the absence of oxygen. A wide variety of unsaturated molecules such as ethylene, propene, linear butenes, isobutene, pentenes, styrene, as well as unsaturated molecules containing up to about 20 carbon atoms find applications in the processes. petrochemicals, such as polymerization units. These unsaturated hydrocarbons are therefore of great interest from an industrial point of view. The main sources of unsaturated molecules are steam cracking and catalytic cracking processes. However, both these processes also produce by-products and the increasing demand is directed to specific alkenes that would be uneconomical to produce by cracking. The dehydrogenation reaction of saturated hydrocarbons such as paraffins, producing unsaturated hydrocarbons, such as olefins, and hydrogen is thus known. The dehydrogenation can be represented by the following equation: CnHm_ * CnHm-2 + H2 Conventionally, the dehydrogenation reactions are conducted in the presence of a catalyst generally based on metals or metal oxides of groups VIB and VIII of the periodic classification of the elements, at high temperature, between 400 and 800 ° C, and in high dilution with an inert or quasi-inert gas to shift the thermodynamic equilibrium to the formation of unsaturated hydrocarbons. This type of reaction can also be carried out in the presence of an oxidant, such as oxygen, which consumes the hydrogen formed during the dehydrogenation step and thus displaces the thermodynamic equilibrium towards the formation of unsaturated hydrocarbons. This type of implementation for the dehydrogenation reaction of hydrocarbons is nevertheless a major energy consumer because of the high thermal levels required but also because of the significant dilution of the charges. In addition, significant deactivation phenomena are known due in particular to the formation of coke on the surface of the active phase of the catalysts. Reviews of the literature largely explain the operating principles of this type of reaction (SF Hakonsen et al., "Oxidative dehydrogenation of alkanes" in G. Ertl et al., Handbook of Heterogeneous Catalysis, Vol 7, Wiley VCH Verlag, Weinheim, Germany (2008), p 3384-3400;
Caspary et al., "Dehydrogenation of alkanes", in G. Ertl et al. eds., Handbook of Heterogeneous Catalysis, Vol. 7, Wiley-VCH Verlag, Weinheim, Germany (2008), p 3206-3229). Par ailleurs, il est connu de conduire des réactions de déshydrogénation par voie photocatalytique. Ainsi, il est connu de la littérature de déshydrogéner des alcanes linéaires ou cycliques par activation photolitique des liaisons C-H via l'utilisation de photocatalyseurs homogènes en utilisant des complexes de métaux nobles tels que des complexes d'osmium (H. Kunkely et aL, Inorganic Chemistry Communications, 13, p 134, 2010), d'iridium (M.J. Burk et al., Journal of American Chemical Society, 109, p 8025, 1987 ; M.J. Burk et al., Journal of Chemical Society, Chemical Communications, p 1829, 1985 ; B. Rabay et al. Dalton Transaction, 42, p 8058, 2013) ou de ruthenium (H. Itagaki et al., Bulletin of the Chemical Society of Japan, 67, p 1254, 1994 ; K. Nomura et al., Journal of Chemical Society, Chemical Communications, p 161, 1988 ; J.A. Maguire et al., Journal of American Chemical Society, 111, p 7088, 1989). Cependant, l'emploi de ce type de photocatalyseur homogène permet d'atteindre des rendements quantiques très faibles, revendiqués entre 0,07% et 1,6%, induisant des productivités très faibles. De plus, des cas de désactivation par dégradation des complexes métalliques sous l'effet de l'irradiation sont parfois mentionnés.Caspary et al., "Dehydrogenation of alkanes", in G. Ertl et al. eds., Handbook of Heterogeneous Catalysis, Vol. 7, Wiley-VCH Verlag, Weinheim, Germany (2008), p 3206-3229). Moreover, it is known to carry out dehydrogenation reactions by photocatalytic route. Thus, it is known from the literature to dehydrogenate linear or cyclic alkanes by photolitic activation of CH bonds via the use of homogeneous photocatalysts using complexes of noble metals such as osmium complexes (H. Kunkely et al., Inorganic Chemistry Communications, 13, p 134, 2010), Iridium (MJ Burk et al., Journal of the American Chemical Society, 109, p 8025, 1987, MJ Burk et al., Journal of Chemical Society, Chemical Communications, p 1829 1985, B. Rabay et al., Dalton Transaction, 42, p 8058, 2013) or ruthenium (H. Itagaki et al., Bulletin of the Chemical Society of Japan, 67, p 1254, 1994; K. Nomura et al. Journal of Chemical Society, Chemical Communications, 161, 1988, JA Maguire et al., Journal of the American Chemical Society, 111, p 7088, 1989). However, the use of this type of homogeneous photocatalyst makes it possible to achieve very low quantum yields, claimed between 0.07% and 1.6%, inducing very low productivities. In addition, cases of deactivation by degradation of metal complexes under the effect of irradiation are sometimes mentioned.
Y. Wada et al. (Studies in Surface Science and Catalysis, 75, p 2163, 1993) ont proposé d'immobiliser un complexe de rhodium, RhCI(CO)(PMe3)2, sur un support poreux en verre. Par l'emploi de ce système photocatalytique, ces travaux présentent la déshydrogénation d'isobutane en isobutène sous irradiation UV. Ce système présente une bonne stabilité, résolvant donc la potentielle dégradation du photocatalyseur, mais la productivité reste très faible en raison de rendement quantique toujours très bas. D'autre part, la déshydrogénation photocatalytique oxydante de cyclohexane en benzène par l'emploi d'un photocatalyseur hétérogène composé d'une association de semi-conducteur MoOx et TiO2 est connue de la littérature (P. Ciambelli et al., Catalysis Today, 99, p 143, 2005). La mise en oeuvre de cette réaction se fait en présence d'oxygène, oxydant, jouant le rôle d'élément sacrificiel. Cependant, l'emploi d'oxygène en tant qu'élément sacrificiel, implique parfois l'obtention de composés oxygénés lors de la conversion du cyclohexane, cyclohexanone ou cyclohexanol (C.B. Almquist et al., Applied Catalysis A: General, 214, p259, 2001), et toujours la production de dioxyde de carbone, produit de dégradation ultime de l'hydrocarbure. Cette production de composés oxygénés et de CO2 implique des baisses de sélectivités vers la production des hydrocarbures insaturés recherchés. L'objet de l'invention est de proposer un procédé alternatif de déshydrogénation de synthèse d'hydrocarbures insaturés par l'emploi d'un photocatalyseur hétérogène sous irradiation en absence de dioxygène. Cette voie de synthèse permet d'atteindre des rendements quantiques très élevés par rapport aux performances des procédés photocatalytiques décrits dans l'art antérieur. De plus, contrairement au procédé de déshydrogénation oxydante par photocatalyse, dans lesquels l'hydrogène issu de la déshydrogénation est consommé au fur et à mesure par de l'oxygène introduit dans le milieu réactionnel, le procédé selon l'invention permet de produire de l'hydrogène qui est un coproduit valorisable. D'autre part, la voie de synthèse selon l'invention se distingue de la voie catalytique conventionnelle de déshydrogénation par des niveaux thermiques très bas, de l'ordre de la température ambiante, et la possibilité de convertir des charges d'hydrocarbures sans l'emploi de diluants. De plus, la déshydrogénation selon l'invention peut être effectuée en phase liquide ou en phase gazeuse, à haute ou à basse pression. Plus particulièrement, la présente invention concerne un procédé de déshydrogénation d'une charge d'hydrocarbures contenant au moins une molécule ayant au moins 2 atomes de carbone et au moins une liaison C-C simple ou double en présence d'un photocatalyseur hétérogène sous irradiation comprenant les étapes suivantes : a) on met en contact ladite charge d'hydrocarbures avec un photocatalyseur hétérogène, b) on irradie le photocatalyseur hétérogène par au moins une source d'irradiation produisant au moins une longueur d'onde adaptée à l'activation dudit photocatalyseur de manière à déshydrogéner ladite charge d'hydrocarbures en présence dudit photocatalyseur activé par ladite source d'irradiation pour transformer ladite molécule de la charge ayant au moins ladite liaison C-C simple ou double en molécule ayant un degré d'insaturation supérieur de ladite liaison C-C, de manière à obtenir un effluent contenant au moins une molécule au moins partiellement déshydrogénée et de l'hydrogène, les étapes a) et b) étant effectuées en absence de dioxygène.Y. Wada et al. (Studies in Surface Science and Catalysis, 75, p 2163, 1993) have proposed to immobilize a rhodium complex, RhCI (CO) (PMe3) 2, on a porous glass support. By using this photocatalytic system, these studies show the dehydrogenation of isobutane to isobutene under UV irradiation. This system has a good stability, thus resolving the potential degradation of the photocatalyst, but the productivity remains very low due to always very low quantum efficiency. On the other hand, the oxidative photocatalytic dehydrogenation of cyclohexane to benzene by the use of a heterogeneous photocatalyst composed of a combination of semiconductor MoOx and TiO2 is known from the literature (Ciambelli P. et al., Catalysis Today, 99, p 143, 2005). The implementation of this reaction is in the presence of oxygen, oxidizing, playing the role of sacrificial element. However, the use of oxygen as a sacrificial element sometimes involves obtaining oxygenated compounds during the conversion of cyclohexane, cyclohexanone or cyclohexanol (CB Almquist et al., Applied Catalysis A: General, 214, p259, 2001), and still produces carbon dioxide, the ultimate degradation product of the hydrocarbon. This production of oxygenated compounds and CO2 implies decreases in selectivities towards the production of the desired unsaturated hydrocarbons. The object of the invention is to propose an alternative method of dehydrogenation of synthesis of unsaturated hydrocarbons by the use of a heterogeneous photocatalyst under irradiation in the absence of oxygen. This synthetic route makes it possible to achieve very high quantum efficiencies with respect to the performance of the photocatalytic processes described in the prior art. In addition, unlike the process of oxidative dehydrogenation by photocatalysis, in which the hydrogen from the dehydrogenation is consumed as and when oxygen introduced into the reaction medium, the method according to the invention makes it possible to produce hydrogen which is a valuable co-product. On the other hand, the synthetic route according to the invention is distinguished from the conventional catalytic dehydrogenation pathway by very low thermal levels, of the order of ambient temperature, and the possibility of converting hydrocarbon feeds without the use of thinners. In addition, the dehydrogenation according to the invention can be carried out in the liquid phase or in the gas phase, at high or at low pressure. More particularly, the present invention relates to a process for the dehydrogenation of a hydrocarbon feedstock containing at least one molecule having at least 2 carbon atoms and at least one single or double CC bond in the presence of a heterogeneous photocatalyst under irradiation comprising the the following steps: a) the said hydrocarbon feedstock is brought into contact with a heterogeneous photocatalyst; and b) the heterogeneous photocatalyst is irradiated with at least one irradiation source producing at least one wavelength suitable for activating said photocatalyst. in order to dehydrogenate said hydrocarbon feed in the presence of said photocatalyst activated by said irradiation source to transform said feed molecule having at least said single or double CC bond into a molecule having a higher degree of unsaturation of said CC bond, in order to obtain an effluent containing at least one molecule at least partially shydrogénée and hydrogen, steps a) and b) being carried out in the absence of oxygen.
On entend par une molécule ayant « un degré d'insaturation supérieur de ladite liaison C-C » la transformation d'une molécule ayant une liaison C-C simple (paraffine) en une molécule ayant une liaison C-C double (oléfine) ou triple (acétylénique) ou en une molécule ayant une liaison C-C cyclique ou encore la transformation d'une molécule ayant une liaison C-C double (oléfine) en une molécule ayant une liaison C-C triple (acétylénique) ou en une molécule ayant une liaison C-C cyclique. Selon une variante, le photocatalyseur hétérogène est choisi parmi le TiO2, le CdO, le Ce203, le CoO, le Cu2O, le FeTiO3, l'In203, le NiO, le PbO, le ZnO, l'Ag2S, le CdS, le Ce2S3, le Cu2S, le CuInS2, l'In2S3, le ZnS et le ZrS2 Selon une variante, le photocatalyseur est dopé avec un ou plusieurs ions choisis parmi des ions métalliques, des ions non-métalliques, ou par un mélange d'ions métalliques et non-métalliques. Selon une variante, le photocatalyseur comprend en outre au moins un co-catalyseur choisi parmi un métal, un oxyde métallique ou un sulfure métallique. Selon une variante, la source d'irradiation est une source d'irradiation artificielle émettant dans le spectre ultra-violet et/ou visible. Selon une variante, la source d'irradiation émet à une longueur d'onde nominale au maximum 50 nm inférieure à la longueur d'onde maximale absorbable par le photocatalyseur et produit une irradiation telle qu'au moins 50% en nombre de photons sont absorbables par le photocatalyseur. Selon une variante, le procédé de déshydrogénation est effectué à une température de -10°C à + 200°C, et à une pression entre 0,01 NPa à 70 MPa. Selon une variante, ladite charge d'hydrocarbures contient au moins une molécule paraffinique, naphténique, alkylaromatique et/ou oléfinique contenant de 2 à 20 atomes de carbone. Selon une variante, la mise en contact se fait en lit fixe traversé, en lit fixe léchant ou en suspension dans laquelle le photocatalyseur est sous forme de particules. Selon une variante, le procédé de déshydrogénation est effectué en phase liquide ou en phase gazeuse. Selon une variante, la mise en contact se fait en présence d'un fluide diluant gazeux ou liquide. Selon une variante, l'effluent contenant au moins une molécule au moins partiellement déshydrogénée et de l'hydrogène est soumis à au moins une étape de séparation de manière à séparer l'hydrogène produit et d'obtenir une fraction enrichie 35 en au moins une molécule au moins partiellement déshydrogénée.By a molecule having "a higher degree of unsaturation of said CC bond" is meant the transformation of a molecule having a single CC bond (paraffin) into a molecule having a double CC (olefin) or triple (acetylenic) bond or a molecule having a cyclic CC bond or the transformation of a molecule having a double CC bond (olefin) into a molecule having a triple CC bond (acetylenic) or a molecule having a cyclic CC bond. According to one variant, the heterogeneous photocatalyst is selected from TiO2, CdO, Ce203, CoO, Cu2O, FeTiO3, In203, NiO, PbO, ZnO, Ag2S, CdS, Ce2S3 , Cu2S, CuInS2, In2S3, ZnS and ZrS2 According to one variant, the photocatalyst is doped with one or more ions chosen from metal ions, non-metallic ions, or a mixture of metal ions and non-metallic. According to one variant, the photocatalyst further comprises at least one co-catalyst chosen from a metal, a metal oxide or a metal sulphide. According to one variant, the irradiation source is a source of artificial irradiation emitting in the ultraviolet and / or visible spectrum. According to a variant, the irradiation source emits at a nominal wavelength at maximum 50 nm less than the maximum wavelength absorbable by the photocatalyst and produces an irradiation such that at least 50% by number of photons are absorbable. by the photocatalyst. According to one variant, the dehydrogenation process is carried out at a temperature of -10 ° C. to + 200 ° C. and at a pressure of between 0.01 NPa and 70 MPa. According to a variant, said hydrocarbon feedstock contains at least one paraffinic, naphthenic, alkylaromatic and / or olefinic molecule containing from 2 to 20 carbon atoms. According to one variant, the contacting is done in fixed bed crossed, in a fixed bed licking or in suspension in which the photocatalyst is in the form of particles. According to one variant, the dehydrogenation process is carried out in the liquid phase or in the gas phase. According to one variant, the placing in contact is in the presence of a gaseous or liquid diluent fluid. According to one variant, the effluent containing at least one at least partially dehydrogenated molecule and hydrogen is subjected to at least one separation step so as to separate the product hydrogen and to obtain an enriched fraction in at least one at least partially dehydrogenated molecule.
Selon une autre variante, l'effluent contenant au moins une molécule au moins partiellement déshydrogénée et de l'hydrogène est soumis à une étape d'hydrogénation sélective en présence d'un catalyseur d'hydrogénation sélective et d'hydrogène dans des conditions opératoires d'hydrogénation sélective permettant d'obtenir un effluent enrichi en au moins une molécule insaturée au degré d'insaturation inférieur par rapport à l'effluent contenant au moins une molécule au moins partiellement déshydrogénée. Selon une variante, au moins une partie de l'hydrogène utilisé dans l'étape d'hydrogénation sélective est l'hydrogène produit lors de l'étape c). Selon une variante, l'étape d'hydrogénation sélective est effectuée avant ou après l'étape de séparation. Dans la suite, les groupes d'éléments chimiques sont donnés selon la classification CAS (CRC Handbook of Chemistry and Physics, éditeur CRC press, rédacteur en chef D.R. Lide, 81ème édition, 2000-2001). Par exemple, le groupe VIII selon la classification CAS correspond aux métaux des colonnes 8, 9 et 10 selon la nouvelle classification IUPAC. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION Selon l'étape a) du procédé selon l'invention, on met en contact ladite charge d'hydrocarbures avec un photocatalyseur hétérogène an absence de dioxygène. La charge d'hydrocarbures traitée selon le procédé de l'invention contient au moins une molécule ayant au moins 2 atomes de carbone et au moins une liaison C-C simple ou double. On entend par liaison double une liaison oléfinique ou allylique et non une liaison aromatique. La charge contient généralement au moins une molécule paraffinique, naphténique, alkylaromatique et/ou oléfinique contenant de 2 à 20 atomes de carbone. La charge peut contenir des impuretés telles que l'eau à l'état de traces. La molécule ayant au moins 2 atomes de carbone et au moins une liaison CC simple ou double transformée par déshydrogénation ne contient pas d'hétéroatomes tels que l'azote, l'oxygène, le soufre ou un halogène. La charge hydrocarbure peut provenir d'une coupe spécifique ou d'un mélange de coupe issue de la distillation atmosphérique du pétrole, de gaz naturel ou encore être issue de la biomasse. A titre d'exemple, la charge peut contenir une molécule telle que l'éthane, le propane, les butanes, les butènes, les pentanes, les hexanes, les heptanes, les octanes, ou l'éthylbenzène.According to another variant, the effluent containing at least one at least partially dehydrogenated molecule and hydrogen is subjected to a selective hydrogenation step in the presence of a selective hydrogenation and hydrogenation catalyst under operating conditions. selective hydrogenation for obtaining an effluent enriched in at least one unsaturated molecule with a lower degree of unsaturation relative to the effluent containing at least one at least partially dehydrogenated molecule. According to one variant, at least part of the hydrogen used in the selective hydrogenation stage is the hydrogen produced during stage c). According to one variant, the selective hydrogenation step is carried out before or after the separation step. In the following, groups of chemical elements are given according to the CAS classification (CRC Handbook of Chemistry and Physics, publisher CRC Press, editor in chief D.R. Lide, 81st edition, 2000-2001). For example, group VIII according to the CAS classification corresponds to the metals of columns 8, 9 and 10 according to the new IUPAC classification. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION According to step a) of the process according to the invention, said hydrocarbon feedstock is brought into contact with a heterogeneous photocatalyst in the absence of dioxygen. The hydrocarbon feedstock treated according to the process of the invention contains at least one molecule having at least 2 carbon atoms and at least one single or double C-C bond. By double bond is meant an olefinic or allylic bond and not an aromatic bond. The filler generally contains at least one paraffinic, naphthenic, alkylaromatic and / or olefinic molecule containing from 2 to 20 carbon atoms. The filler may contain impurities such as trace water. The molecule having at least 2 carbon atoms and at least one single or double CC bond converted by dehydrogenation does not contain heteroatoms such as nitrogen, oxygen, sulfur or halogen. The hydrocarbon feed may come from a specific cut or a mixture of cut resulting from the atmospheric distillation of oil, natural gas or be derived from biomass. By way of example, the feedstock may contain a molecule such as ethane, propane, butanes, butenes, pentanes, hexanes, heptanes, octanes, or ethylbenzene.
Le photocatalyseur hétérogène utilisé selon le procédé de l'invention comprend au moins un semi-conducteur inorganique, organique ou hybride organique-inorganique, supporté ou non. La largeur de bande interdite du semi-conducteur inorganique, organique ou hybride organique-inorganique est généralement entre 0,1 et 4 eV.The heterogeneous photocatalyst used according to the method of the invention comprises at least one inorganic, organic or hybrid organic-inorganic semiconductor, supported or not. The band gap width of inorganic, organic or hybrid organic-inorganic semiconductor is generally between 0.1 and 4 eV.
Selon une première variante, le photocatalyseur hétérogène comprend au moins un semi-conducteur inorganique. Le semi-conducteur inorganique peut être l'un ou plusieurs choisi parmi un ou plusieurs éléments du groupe IVA, tels que le silicium, le germanium, le carbure de silicium ou le silicium-germanium. Il peut être également composé d'éléments des groupes IIIA et VA, tels que GaP, GaN, InP et InGaAs, ou d'éléments des groupes IIB et VIA, tels que CdS, ZnO et ZnS, ou d'éléments des groupes IB et VIIA, tels que CuCI et AgBr, ou d'éléments des groupes IVA et VIA, tels que PbS, PbO, SnS et PbSnTe, ou d'éléments des groupes VA et VIA, tels que Bi2Te3 et Bi203, ou d'éléments des groupes IIB et VA, tels que Cd3P2, Zn3P2 et Zn3As2, ou d'éléments des groupes IB et VIA, tels que CuO, Cu2O et Ag2S, ou d'éléments des groupes VIIIB et VIA, tels que CoO, PdO, Fe2O3 et NiO, ou d'éléments des groupes VIB et VIA, tels que MoS2 et W03, ou d'éléments des groupes VB et VIA, tels que V205 et Nb2O5, ou d'éléments des groupes IVB et VIA, tels que TiO2 et HfS2, ou d'éléments des groupes IIIA et VIA, tels que In2O3 et 1n253, ou d'éléments des groupes VIA et des lanthanides, tels que Ce203, Pr203, Sr1253, Tb2S3 et La2S3, ou d'éléments des groupes VIA et des actinides, tels que UO2 et UO3. De manière préférée, le photocatalyseur hétérogène est choisi parmi le TiO2, le CdO, le Ce203, le CoO, le Cu2O, le FeTiO3, rin203, le NiO, le PbO, le ZnO, l'Ag2S, le CdS, le Ce2S3, le Cu2S, le CulnS2, rin2S3, le ZnS et le ZrS2.According to a first variant, the heterogeneous photocatalyst comprises at least one inorganic semiconductor. The inorganic semiconductor may be one or more selected from one or more Group IVA elements, such as silicon, germanium, silicon carbide or silicon-germanium. It can also be composed of elements of groups IIIA and VA, such as GaP, GaN, InP and InGaAs, or elements of groups IIB and VIA, such as CdS, ZnO and ZnS, or elements of groups IB and VIIA, such as CuCl and AgBr, or elements of groups IVA and VIA, such as PbS, PbO, SnS and PbSnTe, or elements of groups VA and VIA, such as Bi2Te3 and Bi203, or elements of groups IIB and VA, such as Cd3P2, Zn3P2 and Zn3As2, or elements of groups IB and VIA, such as CuO, Cu2O and Ag2S, or elements of groups VIIIB and VIA, such as CoO, PdO, Fe2O3 and NiO, or elements of groups VIB and VIA, such as MoS2 and WO3, or elements of groups VB and VIA, such as V205 and Nb2O5, or elements of groups IVB and VIA, such as TiO2 and HfS2, or of elements of groups IIIA and VIA, such as In2O3 and 1n253, or elements of VIA groups and lanthanides, such as Ce203, Pr203, Sr1253, Tb2S3 and La2S3, or elements of VIA groups and actinides, such as U O2 and UO3. Preferably, the heterogeneous photocatalyst is selected from TiO2, CdO, Ce203, CoO, Cu2O, FeTiO3, R203, NiO, PbO, ZnO, Ag2S, CdS, Ce2S3, Cu2S, CulnS2, Rins2S3, ZnS and ZrS2.
Selon une autre variante, le photocatalyseur hétérogène comprend au moins un semi-conducteur organique. Parmi les semi-conducteurs organiques, on peut citer le tétracène, l'anthracène, le polythiophène, le polystyrènesulfonate et les fullerènes. Selon une autre variante, le photocatalyseur hétérogène comprend au moins un semi-conducteur hybride organique-inorganique. Parmi les semi-conducteurs hybrides organiques-inorganiques, on peut citer les solides cristallisés de type MOF (pour Metal Organic Frameworks selon la terminologie anglo-saxonne). Les MOFs sont constitués de sous-unités inorganiques (métaux de transition, lanthanides...) et connectées entre elles par des ligands organiques (carboxylates, phosphonates, imidazolates...), définissant ainsi des réseaux hybrides cristallisés, parfois poreux.According to another variant, the heterogeneous photocatalyst comprises at least one organic semiconductor. Among the organic semiconductors, mention may be made of tetracene, anthracene, polythiophene, polystyrene sulphonate and fullerenes. According to another variant, the heterogeneous photocatalyst comprises at least one hybrid organic-inorganic semiconductor. Among the organic-inorganic hybrid semiconductors, mention may be made of crystalline solids of the MOF type (for Metal Organic Frameworks according to the English terminology). The MOFs consist of inorganic subunits (transition metals, lanthanides, etc.) connected to each other by organic ligands (carboxylates, phosphonates, imidazolates, etc.), thus defining crystallized hybrid networks, sometimes porous.
Le photocatalyseur peut éventuellement être dopé avec un ou plusieurs ions choisi parmi des ions métalliques, tels que par exemple des ions de V, Ni, Cr, Mo, Fe, Sn, Mn, Co, Re, Nb, Sb, La, Ce, Ta, Ti, des ions non-métalliques, tels que par exemple C, N, S, F, P, ou par un mélange d'ions métalliques et non-métalliques. Éventuellement, le photocatalyseur peut contenir en plus du semi-conducteur au moins un co-catalyseur. De préférence, le photocatalyseur contient un co-catalyseur. Le co-catalyseur peut être tout métal, oxyde métallique ou sulfure métallique. Le cocatalyseur est de préférence en contact avec au moins un semi-conducteur constitutif du photocatalyseur. Parmi les métaux, on peut citer par exemple le Pt, l'Au, le Pd, l'Ag, le Cu, le Ni, le Rh et l'Ir. Parmi les oxydes métalliques on peut citer par exemple le Cr2O3, le NiO, le Pt02, le RuO2, le lrO2, le CuO, le Mn203. Parmi les sulfures métalliques, on peut citer par exemple le MoS2, le ZnS, l'Ag2S, le PtS2, le RuS2 et le PbS. Dans une variante, le photocatalyseur peut être déposé sur un support non activable par irradiation UV proche (irradiation de longueur d'onde jusqu'à 280 nm). Ce support est soit un isolant électrique, tel que par exemple A1203, SiO2 et ZrO2, soit un conducteur électrique tel que par exemple du noir de carbone, des nanotubes de carbone et du graphite. Le mode de synthèse du photocatalyseur peut être n'importe quel mode de synthèse connu de l'homme du métier et adapté au photocatalyseur souhaité. Le mode d'ajout d'éventuels co-catalyseurs peut se faire par toutes méthodes connues de l'homme du métier. De manière préférée, le co-catalyseur est introduit par imprégnation à sec, imprégnation en excès ou par photo-déposition. Selon l'étape b) du procédé selon l'invention, on irradie en absence de dioxygène le photocatalyseur hétérogène par au moins une source d'irradiation produisant au moins une longueur d'onde adaptée à l'activation dudit photocatalyseur de manière à déshydrogéner ladite charge d'hydrocarbures en présence dudit photocatalyseur activé par ladite source d'irradiation pour transformer ladite molécule de la charge ayant au moins ladite liaison C-C simple ou double en molécule ayant un degré d'insaturation supérieur de ladite liaison C-C, de manière à obtenir un effluent contenant au moins une molécule au moins partiellement déshydrogénée et de l'hydrogène.The photocatalyst may optionally be doped with one or more ions selected from metal ions, such as, for example, ions of V, Ni, Cr, Mo, Fe, Sn, Mn, Co, Re, Nb, Sb, La, Ce, Ta, Ti, non-metallic ions, such as for example C, N, S, F, P, or by a mixture of metallic and non-metallic ions. Optionally, the photocatalyst may contain in addition to the semiconductor at least one co-catalyst. Preferably, the photocatalyst contains a cocatalyst. The cocatalyst can be any metal, metal oxide or metal sulfide. The cocatalyst is preferably in contact with at least one constituent semiconductor of the photocatalyst. Among the metals, there may be mentioned, for example, Pt, Au, Pd, Ag, Cu, Ni, Rh and Ir. Examples of metal oxides that may be mentioned include Cr 2 O 3, NiO, PtO 2, RuO 2, IrO 2, CuO and Mn 2 O 3. Among the metal sulphides, mention may be made, for example, of MoS2, ZnS, Ag2S, PtS2, RuS2 and PbS. In a variant, the photocatalyst can be deposited on a non-activatable support by close UV irradiation (wavelength irradiation up to 280 nm). This support is either an electrical insulator, such as for example Al 2 O 3, SiO 2 and ZrO 2, or an electrical conductor such as, for example, carbon black, carbon nanotubes and graphite. The mode of synthesis of the photocatalyst may be any synthesis mode known to those skilled in the art and adapted to the desired photocatalyst. The mode of adding possible cocatalysts can be done by any method known to those skilled in the art. Preferably, the cocatalyst is introduced by dry impregnation, excess impregnation or by photo-deposition. According to step b) of the process according to the invention, the heterogeneous photocatalyst is irradiated in the absence of oxygen by at least one irradiation source producing at least one wavelength suitable for activating said photocatalyst so as to dehydrogenate said photocatalyst. hydrocarbon feedstock in the presence of said photocatalyst activated by said irradiation source for transforming said feed molecule having at least said single or double CC bond into a molecule having a higher degree of unsaturation of said DC bond, so as to obtain a effluent containing at least one at least partially dehydrogenated molecule and hydrogen.
La photocatalyse repose sur le principe d'activation d'un semi-conducteur, ou photocatalyseur, à l'aide de l'énergie apportée par l'irradiation. La photocatalyse peut être définie comme l'absorption d'un photon, dont l'énergie est supérieure à la largeur de bande interdite ou "bandgap" selon la terminologie anglo-saxonne entre la bande de valence et la bande de conduction, qui induit la formation d'une paire électron-trou dans le semi-conducteur. On a donc l'excitation d'un électron au niveau de la bande de conduction et la formation d'un trou sur la bande de valence. Cette paire électron-trou va permettre la formation de radicaux libres qui vont soit réagir avec des composés présents dans le milieu ou alors se recombiner suivant divers mécanismes. Chaque photocatalyseur possède une différence d'énergie entre sa bande de conduction et sa bande de valence, ou "bandgap", qui lui est propre. Un photocatalyseur peut être activé par l'absorption d'au moins un photon. Les photons absorbables sont ceux dont l'énergie est supérieure à la largeur de bande interdite, au "bandgap", du photocatalyseur. Autrement dit, les photocatalyseurs sont activables par au moins un photon d'une longueur d'onde correspondant à l'énergie associée à la largeur de bande interdite du photocatalyseur ou d'une longueur d'onde inférieure. On calcule la longueur d'onde maximale absorbable par le photocatalyseur à l'aide de l'équation suivante : hxc Eg Avec Àmax la longueur l'onde maximale absorbable par le photocatalyseur (en m), h la constante de Planck (4,13433559.10-15 eV.$), c la vitesse de la lumière dans le vide (299 792 458 m.s-1) et Eg la largeur de bande interdite ou "bandgap" du photocatalyseur (en eV). Toute source d'irradiation émettant au moins une longueur d'onde adaptée à l'activation dudit photocatalyseur c'est-à-dire absorbable par le photocatalyseur peut être utilisée selon l'invention. On peut par exemple utiliser l'irradiation solaire naturelle ou une source d'irradiation artificielle de type laser, Hg, lampe à incandescence, tube fluorescent, plasma ou diode électroluminescente (DEL, ou LED en anglais pour Light-Emitting Diode). De manière préférée, la source d'irradiation est artificielle. La source d'irradiation produit un rayonnement dont au moins une partie des longueurs d'onde est inférieure à la longueur d'onde maximale absorbable (Àmax) par le photocatalyseur. La source d'irradiation émet généralement dans le spectre ultra-violet et/ou visible, c'est-à-dire elle émet une gamme de longueur d'onde supérieure à 280 nm, de préférence de 315 à 800 nm. Selon une première variante, la source d'irradiation peut être une source monochromatique. On entend par source d'irradiation monochromatique une source 5 émettant des photons à une longueur d'onde donnée, aussi appelée longueur d'onde nominale. Dans ce cas, la source d'irradiation est de préférence de type laser. Selon une deuxième variante, la source d'irradiation émet des photons dans une gamme de longueur d'onde de plus ou moins 50 nm, de manière préférée de plus ou moins 20 nm, par rapport à la longueur d'onde nominale. Dans ce cas, la source 10 d'irradiation est de préférence de type diode électroluminescente (DEL, ou LED en anglais pour Light-Emitting Diode). On peut utiliser une ou plusieurs sources d'irradiation. Selon une première variante, la source d'irradiation peut être centralisée, comme dans le cas d'un laser unique. Selon une autre variante, la source d'irradiation peut être dispersée, comme dans le 15 cas d'une multitude de diodes électroluminescentes. La source d'irradiation fournit un flux de photons qui irradie le milieu réactionnel contenant le photocatalyseur. L'interface entre le milieu réactionnel et la source lumineuse varie en fonction des applications et de la nature de la source lumineuse. 20 Selon une première variante, la source d'irradiation peut ainsi être localisée à l'extérieur du réacteur, l'interface entre les deux se fait alors au moyen d'un guide d'onde optique comme par exemple de la fibre optique. Cette variante est particulièrement indiquée dans le cas de source de type laser et ce d'autant plus que la puissance de la source est grande. 25 Selon une seconde variante, la source d'irradiation est localisée dans le réacteur, préférentiellement à proximité du photocatalyseur pour limiter les pertes. Cette mise en oeuvre est par exemple adaptée à l'utilisation de DEL. Que ce soit pour l'une ou l'autre des variantes, on préférera en général la disposition des sources ou des guides d'ondes de façon à maximiser la surface de l'interface 30 entre la source d'irradiation et le milieu réactionnel par unité de volume de photoréacteur. La puissance de la source est telle que celle-ci est supérieure à l'objectif de conversion de la charge en termes d'énergie de réaction affecté du rendement 35 électrique de la source, à savoir le ratio de la puissance d'irradiation émise par la source sur la puissance électrique requise pour la générer, du rendement quantique, à savoir le ratio entre les actes catalytiques induits par photocatalyse et le nombre de photons absorbés par le photocatalyseur affecté des coefficients stoechiométriques de la réaction photocatalysée et d'un rendement optique tenant compte de la dispersion de l'irradiation entre la source et le photocatalyseur, par exemple du fait de la nature absorbante du solvant et des interfaces optiques ou lors de la conduite de l'irradiation dans un guide d'onde. Le rendement énergétique de la source lumineuse est défini par l'équation suivante : 1 1 irradiation - Pflux lumineux relectrique avec P flux lumineux la puissance de l'irradiation de la source lumineuse en Watt et Pelectrique la puissance consommée par la source lumineuse. Le rendement énergétique de la source d'irradiation est de préférence supérieur à 20%, de manière préférée supérieur à 30%.Photocatalysis is based on the principle of activation of a semiconductor, or photocatalyst, using the energy provided by the irradiation. Photocatalysis can be defined as the absorption of a photon whose energy is greater than the forbidden bandgap or "bandgap" according to the English terminology between the valence band and the conduction band, which induces the forming an electron-hole pair in the semiconductor. We therefore have the excitation of an electron at the level of the conduction band and the formation of a hole on the valence band. This electron-hole pair will allow the formation of free radicals that will either react with compounds present in the medium or then recombine according to various mechanisms. Each photocatalyst has a difference in energy between its conduction band and its valence band, or "bandgap", which is its own. A photocatalyst can be activated by the absorption of at least one photon. Absorbable photons are those whose energy is greater than the bandgap, the photocatalyst. In other words, the photocatalysts can be activated by at least one photon of a wavelength corresponding to the energy associated with the bandgap width of the photocatalyst or of a lower wavelength. The maximum wavelength absorbable by the photocatalyst is calculated using the following equation: ## EQU1 ## With A max the maximum wavelength absorbable by the photocatalyst (in m), h the Planck constant (4,13433559.10 -15 eV. $), C the speed of light in a vacuum (299 792 458 ms-1) and Eg the band gap or "bandgap" of the photocatalyst (in eV). Any irradiation source emitting at least one wavelength suitable for activating said photocatalyst, that is to say absorbable by the photocatalyst can be used according to the invention. For example, it is possible to use natural solar irradiation or an artificial irradiation source of the laser, Hg, incandescent lamp, fluorescent tube, plasma or light emitting diode (LED) type (LED or Light-Emitting Diode). Preferably, the irradiation source is artificial. The irradiation source produces radiation of which at least a portion of the wavelengths is less than the maximum absorbable wavelength (λmax) by the photocatalyst. The irradiation source generally emits in the ultraviolet and / or visible spectrum, that is to say it emits a wavelength range greater than 280 nm, preferably 315 to 800 nm. According to a first variant, the irradiation source may be a monochromatic source. By monochromatic irradiation source is meant a source 5 emitting photons at a given wavelength, also called the nominal wavelength. In this case, the irradiation source is preferably of the laser type. According to a second variant, the irradiation source emits photons in a wavelength range of plus or minus 50 nm, preferably plus or minus 20 nm, with respect to the nominal wavelength. In this case, the irradiation source 10 is preferably of the light-emitting diode type (LED, or LED in English for Light-Emitting Diode). One or more sources of irradiation can be used. According to a first variant, the irradiation source can be centralized, as in the case of a single laser. According to another variant, the irradiation source may be dispersed, as in the case of a multitude of light-emitting diodes. The irradiation source provides a photon flux that irradiates the reaction medium containing the photocatalyst. The interface between the reaction medium and the light source varies depending on the applications and the nature of the light source. In a first variant, the irradiation source can thus be located outside the reactor, the interface between the two is then by means of an optical waveguide such as optical fiber. This variant is particularly indicated in the case of a laser source and this especially as the power of the source is large. According to a second variant, the irradiation source is located in the reactor, preferably near the photocatalyst to limit losses. This implementation is for example adapted to the use of LEDs. Whether for one or the other of the variants, the arrangement of the sources or waveguides will generally be preferred so as to maximize the surface of the interface between the irradiation source and the reaction medium by unit of photoreactor volume. The power of the source is such that it is greater than the conversion objective of the load in terms of response energy affected by the electrical efficiency of the source, namely the ratio of the irradiation power emitted by the source on the electric power required to generate it, the quantum efficiency, namely the ratio between the catalytic acts induced by photocatalysis and the number of photons absorbed by the photocatalyst affected stoichiometric coefficients of the photocatalyzed reaction and a holding optical efficiency account of the dispersion of the irradiation between the source and the photocatalyst, for example because of the absorbing nature of the solvent and the optical interfaces or during the conduct of the irradiation in a waveguide. The energy efficiency of the light source is defined by the following equation: 1 1 irradiation - Reflectric luminous flux with P luminous flux the power of the irradiation of the light source in watts and electric the power consumed by the light source. The energy yield of the irradiation source is preferably greater than 20%, preferably greater than 30%.
Afin d'optimiser le rendement global énergétique du procédé selon l'invention, la source d'irradiation produit de préférence un rayonnement dont la longueur d'onde est adaptée à l'activation du photocatalyseur. Selon une variante préférée du procédé selon l'invention, on utilise une source d'irradiation qui émet à une longueur d'onde nominale au maximum 50 nm inférieure, de préférence au maximum 20 nm inférieure, à la longueur d'onde maximale absorbable par le photocatalyseur (et donc supérieure à l'énergie correspondante à la largeur de bande interdite) et qui produit une irradiation telle qu'au moins 50 % en nombre de photons sont absorbables par le photocatalyseur. A titre d'exemple, dans le cas d'un photocatalyseur à base de TiO2 ayant une bande interdite de 3,2 eV (soit une longueur d'onde maximale absorbable de 390 nm), la source d'irradiation produit de préférence une irradiation entre 370 et 390 nm. De manière préférée, l'irradiation générée est telle qu'au moins 50% en nombre de photons, de préférence au moins 80%, de manière préférée au moins 90%, de manière très préférée au moins 95% en nombre de photons sont absorbables par le photocatalyseur. Autrement dit, au moins 50% des photons, de préférence au moins 80 %, de manière préférée au moins 90%, de manière très préférée au moins 95% des photons ont une énergie supérieure ou égale à la largeur de bande interdite dudit photocatalyseur.In order to optimize the overall energy efficiency of the process according to the invention, the irradiation source preferably produces a radiation whose wavelength is suitable for activation of the photocatalyst. According to a preferred variant of the process according to the invention, an irradiation source is used which emits at a nominal wavelength at most 50 nm less, preferably at most 20 nm below, the maximum wavelength absorbable by the photocatalyst (and therefore greater than the energy corresponding to the forbidden bandwidth) and which produces an irradiation such that at least 50% in number of photons are absorbable by the photocatalyst. By way of example, in the case of a TiO 2 photocatalyst having a band gap of 3.2 eV (ie a maximum absorbable wavelength of 390 nm), the irradiation source preferably produces an irradiation between 370 and 390 nm. Preferably, the irradiation generated is such that at least 50% by number of photons, preferably at least 80%, preferably at least 90%, very preferably at least 95% by number of photons are absorbable. by the photocatalyst. In other words, at least 50% of the photons, preferably at least 80%, preferably at least 90%, very preferably at least 95% of the photons have an energy greater than or equal to the forbidden band width of said photocatalyst.
La mise en contact de la charge d'hydrocarbures et du photocatalyseur peut se faire par tout moyen connu de l'homme du métier. De manière préférée, la mise en contact de la charge d'hydrocarbure et du photocatalyseur se fait en lit fixe traversé, en lit fixe léchant ou en suspension (aussi appelé "slurry" selon la terminologie anglo- saxonne). Lorsque la mise en oeuvre est en lit fixe traversé, le photocatalyseur est déposé en couche sur un support poreux, par exemple de type fritté céramique ou métallique, et la charge d'hydrocarbures à convertir sous forme gazeuse et/ou liquide est envoyée à travers le lit photocatalytique.The contacting of the hydrocarbon feedstock and the photocatalyst can be done by any means known to those skilled in the art. Preferably, the contacting of the hydrocarbon feedstock and the photocatalyst is fixed bed crossed, fixed bed licking or suspension (also called "slurry" according to the English terminology). When the implementation is in fixed bed traversed, the photocatalyst is layered on a porous support, for example of ceramic or metallic sintered type, and the hydrocarbon feedstock to be converted into gaseous and / or liquid form is sent through the photocatalytic bed.
Lorsque la mise en oeuvre est en lit fixe léchant, le photocatalyseur est déposé en couche sur un support et la charge d'hydrocarbures à convertir sous forme gazeuse et/ou liquide est envoyée sur le lit photocatalytique. Lorsque que la mise en oeuvre est en suspension, le photocatalyseur est sous forme de particules en suspension dans une charge liquide d'hydrocarbure à convertir. En suspension, la mise en oeuvre peut se faire en batch et en continu. La réalisation de la déshydrogénation photocatalysée est conditionnée par la fourniture d'un photon adapté au système photocatalytique pour la réaction envisagée et de ce fait n'est pas limitée à une gamme de pression ou de température spécifique en dehors de celles permettant d'assurer la stabilité du ou des produit(s). La gamme de température employée pour la déshydrogénation photocatalytique de la charge d'hydrocarbures est généralement de -10°C à + 200°C, de manière préférée de 0 à 150°C. La gamme de pression employée pour la déshydrogénation photocatalytique de la charge d'hydrocarbure est généralement de 0,01 MPa à 70 MPa (0,1 à 700 bar), de manière préférée de 0,1 MPa à 2 MPa (1 à 20 bar). Le procédé selon l'invention peut être effectué en phase liquide ou en phase gazeuse, et de préférence en phase liquide. Le procédé selon l'invention se fait en absence de dioxygène, c'est-à-dire dans un milieu anoxique. Par exemple, lorsque les étapes a) et b) se font en phase liquide, on entend par absence de dioxygène que le photocatalyseur est entièrement immergé dans le milieu réactionnel contenant la charge, lequel peut être mis sous atmosphère inerte (azote ou argon). Par exemple, lorsque les étapes a) et b) se font en phase gazeuse, on entend par absence de dioxygène le fait que l'oxygène (ou l'air) a été évacué de l'enceinte réactionnelle, puis purgée avec un gaz inerte (azote ou argon) et dans laquelle on effectue la mise en contact de la charge avec le photocatalyseur et l'irradiation dudit photocatalyseur sans ajouter du dioxygène. Lorsque le procédé est effectué en phase liquide ou en phase gazeuse, un fluide diluant gazeux ou liquide peut être présent dans le milieu réactionnel. La présence d'un fluide diluant n'est pas requis pour la réalisation de l'invention, cependant il peut être utile d'en adjoindre à la charge pour assurer la dispersion de la charge dans le milieu, la dispersion du photocatalyseur, un contrôle de l'absorption des réactifs/produits à la surface du photocatalyseur, la dilution des produits pour limiter leur recombinaison et autres réactions parasites du même ordre, le contrôle de la température du milieu réactionnel par le choix d'une température adaptée pouvant compenser l'éventuelle exo/endo-thermicité de la réaction photocatalysée. La nature du fluide diluant est choisie de telle façon que son influence soit neutre sur le milieu réactionnel ou que son éventuelle réaction ne nuise pas à la réalisation de la déshydrogénation souhaitée. A titre d'exemple, on peut choisir de l'azote en tant que fluide diluant gazeux ou encore du toluène dans le cas d'une déshydrogénation en phase liquide et à basse température. L'effluent obtenu après la réaction de déshydrogénation contient d'une part au moins une molécule au moins partiellement déshydrogénée issue de la réaction de déshydrogénation et de l'hydrogène et d'autre part de la charge non réagie, ainsi que l'éventuel fluide diluant, mais aussi des produits de réactions parallèles tels que les produits résultants de la poursuite de la réaction au delà d'une simple déshydrogénation comme par exemple la formation de molécules dioléfiniques ou acétylénique à partir d'une molécule paraffinique, et des éventuelles impuretés telles que l'eau contenue initialement dans la charge.When the implementation is fixed bed licking, the photocatalyst is layered on a support and the hydrocarbon feedstock to be converted into gaseous and / or liquid form is sent to the photocatalytic bed. When the implementation is in suspension, the photocatalyst is in the form of particles suspended in a hydrocarbon liquid feedstock to be converted. In suspension, the implementation can be done in batch and continuously. The photocatalyzed dehydrogenation is conditioned by the provision of a photon adapted to the photocatalytic system for the reaction envisaged and is therefore not limited to a specific pressure or temperature range apart from those for providing the photocatalytic system. stability of the product (s). The temperature range employed for the photocatalytic dehydrogenation of the hydrocarbon feedstock is generally -10 ° C to + 200 ° C, more preferably 0 to 150 ° C. The pressure range employed for the photocatalytic dehydrogenation of the hydrocarbon feed is generally from 0.01 MPa to 70 MPa (0.1 to 700 bar), more preferably from 0.1 MPa to 2 MPa (1 to 20 bar). ). The process according to the invention can be carried out in the liquid phase or in the gas phase, and preferably in the liquid phase. The process according to the invention is carried out in the absence of oxygen, that is to say in an anoxic medium. For example, when steps a) and b) are in the liquid phase, the absence of oxygen is understood to mean that the photocatalyst is completely immersed in the reaction medium containing the charge, which can be placed under an inert atmosphere (nitrogen or argon). For example, when steps a) and b) are in the gas phase, the absence of oxygen means that the oxygen (or air) has been removed from the reaction chamber and then purged with an inert gas. (Nitrogen or argon) and in which the charging is brought into contact with the photocatalyst and the irradiation of said photocatalyst without adding dioxygen. When the process is carried out in the liquid phase or in the gas phase, a gaseous or liquid diluent fluid may be present in the reaction medium. The presence of a diluent fluid is not required for the realization of the invention, however it may be useful to add to the charge to ensure the dispersion of the charge in the medium, the dispersion of the photocatalyst, a control of the absorption of the reagents / products on the surface of the photocatalyst, the dilution of the products to limit their recombination and other similar parasitic reactions, the control of the temperature of the reaction medium by the choice of a suitable temperature which can compensate for the possible exo / endothermicity of the photocatalyzed reaction. The nature of the diluent fluid is chosen such that its influence is neutral on the reaction medium or that its possible reaction does not interfere with the achievement of the desired dehydrogenation. By way of example, nitrogen may be chosen as gaseous diluent or toluene in the case of dehydrogenation in the liquid phase and at low temperature. The effluent obtained after the dehydrogenation reaction contains, on the one hand, at least one at least partially dehydrogenated molecule resulting from the dehydrogenation reaction and hydrogen and, on the other hand, the unreacted filler, as well as the possible fluid. diluent, but also products of parallel reactions such as the products resulting from the continuation of the reaction beyond a simple dehydrogenation such as the formation of diolefinic or acetylenic molecules from a paraffinic molecule, and possible impurities such as than the water initially contained in the charge.
La déshydrogénation permet d'obtenir à partir d'une charge contenant une molécule paraffinique un effluent contenant notamment une molécule oléfinique et/ou dioléfinique et/ou acétylénique ou encore une molécule naphténique. Lorsque le produit final recherché est une molécule oléfinique, l'effluent peut être soumis à une étape d'hydrogénation sélective décrite ci-dessous.The dehydrogenation makes it possible to obtain from a feedstock containing a paraffinic molecule an effluent containing in particular an olefinic and / or diolefinic and / or acetylenic molecule or a naphthenic molecule. When the desired end product is an olefinic molecule, the effluent can be subjected to a selective hydrogenation step described below.
La déshydrogénation permet d'obtenir à partir d'une charge contenant une molécule oléfinique un effluent contenant notamment une molécule dioléfinique et/ou acétylénique ou encore une molécule cyclique oléfinique et/ou acétylénique.Dehydrogenation makes it possible to obtain, from a feedstock containing an olefinic molecule, an effluent containing in particular a diolefinic and / or acetylenic molecule or else an olefinic and / or acetylenic cyclic molecule.
La déshydrogénation permet d'obtenir à partir d'une charge contenant une molécule naphténique un effluent contenant notamment une molécule cyclique oléfinique et/ou aromatique. La déshydrogénation permet d'obtenir à partir d'une charge contenant une molécule alkylaromatique un effluent contenant notamment une molécule alkénylaromatique. Etapes optionnelles Une ou plusieurs étapes optionnelles peuvent compléter le procédé selon l'invention afin d'améliorer le rendement énergétique du procédé et le rendement final du produit recherché.Dehydrogenation makes it possible to obtain, from a feedstock containing a naphthenic molecule, an effluent containing in particular an olefinic and / or aromatic cyclic molecule. Dehydrogenation makes it possible to obtain from a feedstock containing an alkylaromatic molecule an effluent containing in particular an alkenylaromatic molecule. Optional Steps One or more optional steps may complete the process according to the invention in order to improve the energy efficiency of the process and the final yield of the desired product.
Selon une première variante, l'effluent contenant au moins une molécule au moins partiellement déshydrogénée obtenu à l'issu de l'étape c) du procédé selon l'invention peut être soumis à au moins une étape de séparation permettant de séparer l'hydrogène produit et d'obtenir une fraction enrichie en molécule au moins partiellement déshydrogénée.According to a first variant, the effluent containing at least one at least partially dehydrogenated molecule obtained at the end of step c) of the process according to the invention may be subjected to at least one separation step allowing hydrogen to be separated. product and to obtain an enriched fraction in at least partially dehydrogenated molecule.
L'étape de séparation peut être effectuée par toutes méthodes connues par l'homme du métier, par exemple par vaporisation, distillation, distillation extractive, extraction par solvant, par absorption, par adsorption sur solide, par membranes ou encore par une combinaison de ces techniques. De préférence, on effectue une séparation de l'effluent obtenu à l'étape c) par distillation.The separation step can be carried out by any method known to those skilled in the art, for example by vaporization, distillation, extractive distillation, extraction by solvent, by absorption, by adsorption on solid, by membranes or by a combination of these. techniques. Preferably, the effluent obtained in step c) is separated by distillation.
De manière préférée, l'effluent contenant au moins une molécule au moins partiellement déshydrogénée obtenu à l'issu de l'étape c) est envoyé dans un système de colonnes à distiller comprenant une ou plusieurs colonnes qui permet de séparer d'une part l'hydrogène et la fraction enrichie en molécule déshydrogénée recherchée, et d'autre part la charge non réagie et les éventuels impuretés contenues dans la charge telles que l'eau, ou encore des produits issus de réactions parasites, voire éventuellement le fluide diluant. La charge non réagie, ainsi que l'éventuel fluide diluant peut(vent) être avantageusement recyclée dans l'étape a) de la mise en contact. L'hydrogène peut être avantageusement recyclé au moins en partie dans l'éventuelle étape d'hydrogénation sélective décrite ci-dessous.Preferably, the effluent containing at least one at least partially dehydrogenated molecule obtained at the end of stage c) is sent to a system of distillation columns comprising one or more columns which makes it possible to separate, on the one hand, hydrogen and the enriched fraction of the desired dehydrogenated molecule, and secondly the unreacted filler and any impurities contained in the feed such as water, or products from parasitic reactions, or possibly the diluent fluid. The unreacted filler, as well as any diluent fluid may (wind) be advantageously recycled in step a) of the contacting. The hydrogen may advantageously be recycled at least partly in the optional selective hydrogenation step described below.
Selon une deuxième variante, l'effluent contenant au moins une molécule au moins partiellement déshydrogénée obtenu à l'issu de l'étape c) du procédé selon l'invention peut être soumis à une étape d'hydrogénation sélective permettant d'hydrogéner sélectivement les composés les plus insaturés vers les alcènes ou aromatiques correspondants en évitant la saturation totale et donc la formation des alcanes ou naphtènes correspondants grâce à l'hydrogène produit par la déshydrogénation et présent dans l'effluent produit à l'étape c). L'hydrogénation sélective représente donc une "réhydrogénation" de la liaison déshydrogénée auparavant lors de la déshydrogénation, mais effectuée sélectivement sur une molécule ayant un degré d'insaturation trop élevé par rapport au produit recherché sans pour autant hydrogéner les molécules déshydrogénées ayant le degré d'insaturation recherché. Généralement, l'hydrogénation sélective vis à hydrogéner des molécules dioléfiniques ou acétyléniques en molécules monooléfiniques sans hydrogéner les molécules monooléfiniques issues de la déshydrogénation. L'étape d'hydrogénation sélective permet ainsi d'augmenter le rendement du produit oléf inique recherché. Les catalyseurs d'hydrogénation sélective sont bien connus de l'homme du métier et comprennent généralement une phase active à base de métaux du groupe VIII du tableau périodique, de préférence le palladium ou le nickel et un support d'oxyde réfractaire. Le(s)dit(s) métal(ux) du groupe VIII se présente(nt) sous la forme de particules métalliques déposées sur ledit support. De manière générale, la teneur en métal(ux) du groupe VIII dans le catalyseur est comprise entre 0,01 et 50% poids de la masse du catalyseur, de manière préférée entre 0,05 et 30% poids de la masse du catalyseur.According to a second variant, the effluent containing at least one at least partially dehydrogenated molecule obtained at the end of stage c) of the process according to the invention may be subjected to a selective hydrogenation step enabling the hydrogenation of the compounds to be selectively hydrogenated. the most unsaturated compounds to the corresponding alkenes or aromatics, avoiding total saturation and thus the formation of the corresponding alkanes or naphthenes by virtue of the hydrogen produced by the dehydrogenation and present in the effluent produced in step c). The selective hydrogenation therefore represents a "rehydrogenation" of the dehydrogenated bond previously during the dehydrogenation, but carried out selectively on a molecule having a degree of unsaturation that is too high relative to the desired product without, however, hydrogenating the dehydrogenated molecules having the degree of unsaturation sought. Generally, the selective hydrogenation aims to hydrogenate diolefinic or acetylenic molecules into monoolefinic molecules without hydrogenating the monoolefinic molecules resulting from the dehydrogenation. The selective hydrogenation step thus makes it possible to increase the yield of the desired olefinic product. Selective hydrogenation catalysts are well known to those skilled in the art and generally comprise an active phase based on Group VIII metals of the periodic table, preferably palladium or nickel and a refractory oxide support. The group VIII metal (s) is in the form of metal particles deposited on said support. In general, the metal content (ux) of the group VIII in the catalyst is between 0.01 and 50% by weight of the catalyst mass, preferably between 0.05 and 30% by weight of the catalyst mass.
De manière préférée, lorsque la phase active comprend du palladium, la teneur en palladium est avantageusement comprise entre 0,01 et 5 % poids de la masse du catalyseur, de préférence entre 0,05 et 2 % poids de la masse du catalyseur, et de manière encore plus préférée entre 0,05 et 1 % poids de la masse du catalyseur. De manière préférée, lorsque la phase active comprend du nickel, la teneur en nickel 30 est avantageusement comprise entre 1 et 50 % poids de la masse du catalyseur, plus préférentiellement entre 5 et 40 % poids de la masse du catalyseur et encore plus préférentiellement entre 5 et 30% poids de la masse du catalyseur. La promotion de catalyseurs d'hydrogénation sélective à base de palladium ou de nickel a fréquemment été proposée afin d'améliorer les performances en 35 hydrogénation sélective. La phase active dudit catalyseur peut ainsi comprendre en outre au moins un métal additionnel choisi parmi les métaux du groupe VIII (autre que le palladium ou le nickel), les métaux du groupe IB et/ou de l'étain. De manière préférée, le métal additionnel du groupe VIII est choisi parmi le platine, le ruthénium et le rhodium, ainsi que le palladium (dans le cas d'un catalyseur à base de nickel) et le nickel (dans le cas d'un catalyseur à base de palladium). Avantageusement, le métal additionnel du groupe IB est choisi parmi le cuivre, l'or et l'argent. Le(s)dit(s) métal(ux) additionnel(s) du groupe VIII et/ou du groupe IB est(sont) préférentiellement présent(s) dans une teneur représentant de 0,01 à 20 % poids de la masse du catalyseur, de préférence de 0,05 à 10 % poids de la masse du catalyseur et de manière encore plus préférée de 0,05 à 5 % poids de la masse dudit catalyseur. L'étain est préférentiellement présent dans une teneur représentant de 0,02 à 15 % poids de la masse du catalyseur, de telle sorte que le ratio Sn/métal(ux) du groupe VIII soit compris entre 0,01 et 0,2, de préférence entre 0,025 à 0,055, et de manière encore plus préférée entre 0,03 à 0,05.Preferably, when the active phase comprises palladium, the palladium content is advantageously between 0.01 and 5% by weight of the catalyst mass, preferably between 0.05 and 2% by weight of the catalyst mass, and more preferably between 0.05 and 1% by weight of the catalyst mass. Preferably, when the active phase comprises nickel, the nickel content is advantageously between 1 and 50% by weight of the catalyst mass, more preferably between 5 and 40% by weight of the catalyst mass and even more preferably between 5 and 30% by weight of the catalyst mass. The promotion of selective hydrogenation catalysts based on palladium or nickel has frequently been proposed in order to improve the performance of selective hydrogenation. The active phase of said catalyst may thus additionally comprise at least one additional metal chosen from Group VIII metals (other than palladium or nickel), Group IB metals and / or tin. Preferably, the additional metal of group VIII is chosen from platinum, ruthenium and rhodium, as well as palladium (in the case of a nickel-based catalyst) and nickel (in the case of a catalyst). based on palladium). Advantageously, the additional metal of group IB is chosen from copper, gold and silver. The said additional metal (s) of the group VIII and / or of the group IB is (are) preferably present in a content representing from 0.01 to 20% by weight of the mass of the catalyst, preferably from 0.05 to 10% by weight of the catalyst mass and even more preferably from 0.05 to 5% by weight of the mass of said catalyst. The tin is preferably present in a content representing from 0.02 to 15% by weight of the mass of the catalyst, such that the ratio Sn / metal (ux) of group VIII is between 0.01 and 0.2, preferably between 0.025 to 0.055, and even more preferably between 0.03 to 0.05.
Le support sur lequel est déposée ladite phase active est avantageusement formé d'au moins un oxyde réfractaire préférentiellement choisi parmi les oxydes de métaux des groupes lIA, IIIB, IVB, IIIA et IVA selon la notation CAS de la classification périodique des éléments. De manière préférée, ledit support est formé d'au moins un oxyde simple choisi parmi l'alumine (Al2O3), la silice (SiO2), l'oxyde de titane (T102), la cérine (Ce02) et la zircone (ZrO2). De manière préférée, ledit support est choisi parmi les alumines, les silices et les silices-alumines. De manière très préférée, ledit support est une alumine. Le volume poreux du support est généralement compris entre 0,1 cm3/g et 1,5 cm3/g, de préférence compris entre 0,5 cm3/g et 1,3 cm3/g. La surface spécifique du support est généralement comprise entre 10 m2/g et 250 m2/g, de préférence entre 30 m2/g et 220 m2/g. Le volume poreux total est mesuré par porosimétrie au mercure selon la norme ASTM D4284-92 avec un angle de mouillage de 140°, telle que décrite dans l'ouvrage Rouquerol F.; Rouquerol J.; Singh K. « Adsorption by Powders & Porous Solids: Principle, methodology and applications », Academic Press, 1999, par exemple au moyen d'un appareil modèle Autopore IIITM de la marque MicromériticsTM, la surface spécifique est déterminée par la méthode B.E.T., décrite dans le même ouvrage. Ledit support poreux se présente avantageusement sous forme de billes, d'extrudés, de pastilles, ou d'agglomérats irréguliers et non sphériques dont la forme spécifique peut résulter d'une étape de concassage. De manière très avantageuse, ledit support se présente sous forme de billes ou d'extrudés.The support on which said active phase is deposited is advantageously formed of at least one refractory oxide preferentially chosen from metal oxides of groups IIA, IIIB, IVB, IIIA and IVA according to the CAS notation of the periodic table of elements. Preferably, said support is formed of at least one single oxide selected from alumina (Al2O3), silica (SiO2), titanium oxide (T102), cerine (CeO2) and zirconia (ZrO2) . Preferably, said support is chosen from aluminas, silicas and silica-aluminas. Very preferably, said support is an alumina. The pore volume of the support is generally between 0.1 cm3 / g and 1.5 cm3 / g, preferably between 0.5 cm3 / g and 1.3 cm3 / g. The specific surface area of the support is generally between 10 m 2 / g and 250 m 2 / g, preferably between 30 m 2 / g and 220 m 2 / g. The total pore volume is measured by mercury porosimetry according to ASTM D4284-92 with a wetting angle of 140 °, as described in the book Rouquerol F .; Rouquerol J .; Singh K. "Adsorption by Powders & Porous Solids: Principle, methodology and applications", Academic Press, 1999, for example by means of an Autopore IIITM model apparatus of the Microméritics ™ brand, the specific surface is determined by the BET method, described in the same book. Said porous support is advantageously in the form of balls, extrudates, pellets, or irregular and non-spherical agglomerates, the specific shape of which may result from a crushing step. Very advantageously, said support is in the form of balls or extrudates.
La préparation du catalyseur d'hydrogénation sélective peut être réalisée par toute méthode connue de l'homme du métier. Elle comprend généralement l'imprégnation consécutive ou simultanément des métaux sur le support, un séchage, une calcination puis une réduction. Éventuellement, une étape de séchage et/ou une étape de calcination peuvent être réalisées entre les étapes d'imprégnation consécutives. Préalablement à l'introduction du catalyseur et de son utilisation subséquente dans le réacteur catalytique et la mise en oeuvre de l'étape d'hydrogénation sélective, le catalyseur est soumis au moins à une étape de traitement réducteur, par mise en contact avec un gaz réducteur, par exemple avec de l'hydrogène, pur ou dilué, à haute température, typiquement supérieure ou égale à 50°C pendant une durée supérieure ou égale à 2 heures. Ce traitement permet d'activer ledit précurseur et de former des particules de métal, en particulier de métal du groupe VIII, à l'état zéro valent. Ledit traitement réducteur peut être réalisé in-situ ou ex-situ c'est-à-dire avant le chargement du catalyseur dans le réacteur d'hydrogénation sélective. D'une manière générale, l'étape d'hydrogénation sélective s'effectue à une température comprise entre 0°C et 500°C, une pressIn comprise entre 0,1 et 20 MPa, une vitesse volumique horaire V. V. H. (définie comme le rapport du débit volumique de charge sur le volume du catalyseur par heure) comprise entre 0,1 et 200 h-1 pour une charge liquide, entre 100 et 50 000 h-1 pour une charge gazeuse, et un ratio molaire hydrogène/(composés polyinsaturés à hydrogéner) entre 0,1 et 200. Plus particulièrement, dans le cas d'une réaction d'hydrogénation en phase liquide, la pression est généralement comprise entre 1 et 6,5 MPa, plus préférentiellement comprise entre 1 et 5 MPa, la température est comprise entre 2 et 200°C et le ratio molaire hydrogène/(composés polyinsaturés à hydrogéner) est compris entre 0,1 et 10, de préférence entre 1 et 8. Les vitesses horaires volumiques sont comprises entre 1 et 200 h-1. Dans le cas d'une réaction d'hydrogénation en phase gazeuse, la pression est généralement comprise entre 1 et 3 MPa, la température est comprise entre 40 et 120°C et le ratio molaire hydrogène/(composés polyhsaturés à hydrogéner) est compris entre 0,1 et 200. Les vitesses horaires volumiques sont comprises entre 100 et 50 000h-1. La mise en oeuvre technologique de l'étape d'hydrogénation sélective est par exemple réalisée par injection, en courant ascendant ou descendant, de l'effluent 35 contenant au moins une molécule au moins partiellement déshydrogénée obtenu à l'issu de l'étape c) du procédé selon l'invention et de l'hydrogène dans au moins un réacteur à lit fixe. Ledit réacteur peut être de type isotherme ou de type adiabatique. Un réacteur adiabatique est préféré. L'effluent injecté peut avantageusement être diluée par une ou plusieurs ré-injection(s) de l'effluent issu dudit réacteur d'hydrogénation sélective où se produit la réaction d'hydrogénation sélective, en divers points du réacteur, situés entre l'entrée et la sortie du réacteur. La mise en oeuvre technologique du procédé d'hydrogénation sélective peut également être avantageusement réalisée par l'implantation d'un catalyseur supporté dans une colonne de distillation réactive ou dans des réacteurs - échangeurs. Le flux d'hydrogène peut être introduit en même temps que la charge à hydrogéner et/ou en un point différent du réacteur. L'étape d'hydrogénation sélective peut être effectuée avant ou après l'étape de séparation.The preparation of the selective hydrogenation catalyst can be carried out by any method known to those skilled in the art. It generally comprises the subsequent or simultaneous impregnation of the metals on the support, a drying, a calcination and then a reduction. Optionally, a drying step and / or a calcination step may be performed between the consecutive impregnation steps. Prior to the introduction of the catalyst and its subsequent use in the catalytic reactor and the implementation of the selective hydrogenation step, the catalyst is subjected to at least one reducing treatment step, by contact with a gas reducing agent, for example with hydrogen, pure or diluted, at high temperature, typically greater than or equal to 50 ° C for a duration greater than or equal to 2 hours. This treatment makes it possible to activate said precursor and to form particles of metal, in particular of group VIII metal, in the zero-valent state. Said reducing treatment can be carried out in situ or ex situ, that is to say before the catalyst is loaded into the selective hydrogenation reactor. In a general manner, the selective hydrogenation step is carried out at a temperature of between 0 ° C. and 500 ° C., a pressure in the range 0.1 to 20 MPa, a volume hourly velocity VVH (defined as the ratio the volume flow rate of the feedstock over the volume of the catalyst per hour) of between 0.1 and 200 h -1 for a liquid feed, between 100 and 50 000 h -1 for a gaseous feedstock, and a molar ratio of hydrogen / (polyunsaturated compounds) to hydrogenate) between 0.1 and 200. More particularly, in the case of a hydrogenation reaction in the liquid phase, the pressure is generally between 1 and 6.5 MPa, more preferably between 1 and 5 MPa, the temperature is between 2 and 200 ° C and the molar ratio hydrogen / (polyunsaturated compounds to be hydrogenated) is between 0.1 and 10, preferably between 1 and 8. The hourly volume rates are between 1 and 200 h -1 . In the case of a hydrogenation reaction in the gas phase, the pressure is generally between 1 and 3 MPa, the temperature is between 40 and 120 ° C and the molar ratio hydrogen / (polyunsaturated compounds to be hydrogenated) is between 0.1 and 200. The hourly volume speeds are between 100 and 50 000h-1. The technological implementation of the selective hydrogenation step is carried out, for example, by injection, in ascending or descending current, of the effluent containing at least one at least partially dehydrogenated molecule obtained at the end of step c. ) of the process according to the invention and hydrogen in at least one fixed bed reactor. Said reactor may be of the isothermal or adiabatic type. An adiabatic reactor is preferred. The injected effluent may advantageously be diluted by one or more re-injection (s) of the effluent from said selective hydrogenation reactor where the selective hydrogenation reaction occurs at various points of the reactor located between the inlet and the reactor outlet. The technological implementation of the selective hydrogenation process can also be advantageously carried out by the implantation of a supported catalyst in a reactive distillation column or in reactor-exchangers. The flow of hydrogen can be introduced at the same time as the feedstock to be hydrogenated and / or at a different point of the reactor. The selective hydrogenation step may be carried out before or after the separation step.
Ainsi, selon une troisième variante, l'effluent contenant au moins une molécule au moins partiellement déshydrogénée obtenu à l'issu de l'étape c) du procédé selon l'invention peut être soumis à une étape de séparation permettant de séparer l'hydrogène produit et d'obtenir une fraction enrichie en au moins une molécule déshydrogénée, puis ladite fraction enrichie en au moins une molécule déshydrogénée est soumise à une étape d'hydrogénation sélective permettant d'obtenir un effluent enrichi en au moins une molécule insaturée au degré d'insaturation inférieur par rapport à l'effluent contenant au moins une molécule au moins partiellement déshydrogénée. L'effluent enrichi en au moins une molécule insaturée au degré d'insaturation inférieur contient ainsi des molécules insaturées au degré d'insaturation souhaité obtenues par la déshydrogénation (par exemple une oléfine à partir d'une paraffine) et des molécules insaturées au degré d'insaturation souhaité obtenues via une « sur » déshydrogénation (par exemple une molécule dioléfinique ou acétylènique à partir d'une paraffine) mais « rehydrogénées » par hydrogénation sélective en molécule oléfinique). Cette variante est particulièrement avantageuse lorsque la conversion de la déshydrogénation photocatalytique est faible et que l'effluent de la déshydrogénation contient une fraction importante de charge non réagie. Cette fraction importante de charge non réagie est ainsi avantageusement séparée de la fraction enrichie en au moins une molécule déshydrogénée avant que cette dernière soit soumise à l'étape d'hydrogénation sélective. De façon avantageuse, la fraction de charge non réagie est au moins en partie et de préférence en totalité recyclée dans l'étape a) du procédé selon l'invention. De façon avantageuse, l'hydrogène séparé lors de l'étape de séparation est au moins en partie introduit dans l'étape d'hydrogénation sélective. Selon une sous-variante, l'effluent obtenu après l'hydrogénation sélective enrichi en molécule insaturée au degré d'insaturation inférieur peut être soumis à une étape de séparation supplémentaire permettant de séparer le produit recherché des éventuelles impuretés telles que l'eau ou encore des produits issus de réactions parasites. Cette étape de séparation peut être effectuée par toutes méthodes connues par l'homme du métier, par exemple par vaporisation, distillation, distillation extractive, extraction par solvant, par absorption, par adsorption sur solide, par membranes ou encore par une combinaison de ces techniques. De préférence, on effectue une séparation de l'effluent obtenu à l'étape d'hydrogénation sélective par distillation.Thus, according to a third variant, the effluent containing at least one at least partially dehydrogenated molecule obtained at the end of step c) of the process according to the invention can be subjected to a separation step making it possible to separate the hydrogen product and to obtain a fraction enriched in at least one dehydrogenated molecule, then said fraction enriched in at least one dehydrogenated molecule is subjected to a selective hydrogenation stage making it possible to obtain an effluent enriched in at least one unsaturated molecule at the degree of lower unsaturation with respect to the effluent containing at least one at least partially dehydrogenated molecule. The effluent enriched in at least one unsaturated molecule with a lower degree of unsaturation thus contains unsaturated molecules with the desired degree of unsaturation obtained by the dehydrogenation (for example an olefin from a paraffin) and unsaturated molecules at the d desired unsaturation obtained via "over" dehydrogenation (for example a diolefinic or acetylenic molecule from a paraffin) but "rehydrogenated" by selective hydrogenation to olefinic molecule). This variant is particularly advantageous when the conversion of the photocatalytic dehydrogenation is low and the effluent of the dehydrogenation contains a large fraction of unreacted filler. This large fraction of unreacted filler is thus advantageously separated from the fraction enriched in at least one dehydrogenated molecule before the latter is subjected to the selective hydrogenation step. Advantageously, the unreacted filler fraction is at least partly and preferably entirely recycled in step a) of the process according to the invention. Advantageously, the hydrogen separated during the separation step is at least partly introduced into the selective hydrogenation step. According to a sub-variant, the effluent obtained after the selective hydrogenation enriched in unsaturated molecule with a lower degree of unsaturation may be subjected to an additional separation step making it possible to separate the desired product from any impurities such as water or products resulting from parasitic reactions. This separation step can be carried out by any method known to those skilled in the art, for example by vaporization, distillation, extractive distillation, extraction by solvent, by absorption, by adsorption on solid, by membranes or by a combination of these techniques. . Preferably, the effluent obtained in the selective hydrogenation step is separated by distillation.
Selon une quatrième variante, l'effluent contenant au moins une molécule au moins partiellement déshydrogénée obtenu à l'issu de l'étape c) du procédé selon l'invention est soumis à une étape d'hydrogénation sélective permettant d'hydrogéner sélectivement des molécules présentant un degré d'insaturation trop élevé par rapport au produit recherché de manière à obtenir un effluent enrichi en au moins une molécule insaturée au degré d'insaturation inférieur par rapport à l'effluent contenant au moins une molécule au moins partiellement déshydrogénée, puis ledit effluent enrichi en au moins une molécule insaturée au degré d'insaturation inférieur est soumis à une étape de séparation permettant de séparer d'une part une fraction enrichie en au moins une molécule insaturée au degré inférieur, et d'autre part la charge non réagie et les éventuels impuretés telles l'eau, ou encore des produits issus de réactions parasites, voire éventuellement le fluide diluant. La fraction enrichie en au moins une molécule insaturée au degré inférieur par rapport à l'effluent contenant au moins une molécule au moins partiellement déshydrogénée comprend au moins une molécule insaturée hydrogénée sélectivement lors de l'hydrogénation sélective mais aussi au moins une molécule au moins partiellement déshydrogénée issu de la déshydrogénation n'ayant pas réagie lors de l'hydrogénation sélective. L'hydrogène nécessaire à l'hydrogénation sélective peut provenir directement de l'effluent contenant au moins une molécule au moins partiellement déshydrogénée obtenu à l'issu de l'étape c). De façon avantageuse, la fraction de charge non réagie est au moins en partie et de préférence en totalité recyclée dans l'étape a) du procédé selon l'invention. Les figures 1 à 3 présentent schématiquement le procédé selon l'invention : La figure 1 décrit le procédé de déshydrogénation selon l'invention, suivie d'une étape optionnelle de séparation. Une charge d'hydrocarbure (100) à déshydrogéner est introduite dans un photoréacteur (1000) dans lequel la mise en contact de la charge et du photocatalyseur hétérogène est effectuée en absence de dioxygène (étape a). Les conditions de pression et de températures sont adaptées à la déshydrogénation que l'on souhaite réaliser. Ce photoréacteur est caractérisé en ce qu'il est adapté à la pression d'opération souhaitée et en ce qu'il permet le contrôle de la température de la réaction par la fourniture d'utilités chaudes ou froides. Un fluide (300) diluant peut être introduit dans le photoréacteur. Le photocatalyseur peut soit être amené en suspension dans la charge, dans le diluant ou dans le milieu réactionnel. Le photocatalyseur est disposé dans le photoréacteur de telle façon à ce qu'il soit à la fois en contact avec le milieu réactionnel et soumis à l'irradiation de la source. L'irradiation est fournie par une source d'irradiation (2000). Cette source (2000) fournit un flux de photons (200) qui irradie le photocatalyseur hétérogène par au moins une source d'irradiation produisant au moins une longueur d'onde adaptée à l'activation dudit photocatalyseur (étape b). L'interface entre le milieu réactionnel contenant le photocatalyseur et la source lumineuse varie en fonction des applications et de la nature de la source lumineuse, la source (2000) pouvant être localisée à l'extérieur du réacteur (1000) ou dans le réacteur (1000). La charge (100) est au moins partiellement déshydrogène en présence dudit photocatalyseur activé par la source d'irradiation (2000) pour transformer ladite molécule de la charge ayant au moins ladite liaison C-C simple ou double en molécule ayant un degré d'insaturation supérieur de ladite liaison C-C, de manière à obtenir un effluent (101) contenant au moins une molécule au moins partiellement déshydrogénée, de l'hydrogène, la charge non réagie, éventuellement le fluide diluant et des impuretés issues de réactions parasites. L'effluent (101) est ensuite soumis à une étape de séparation, par exemple dans un système de colonnes à distiller (4000) permettant de séparer d'une part l'hydrogène produit (600) et la fraction enrichie en au moins une molécule déshydrogénée recherchée (103), et d'autre part la charge non réagie (400) en présence de l'éventuel fluide diluant et les éventuels impuretés (500) telles que l'eau ou encore des produits issus de réactions parasites. La charge non réagie (400), ainsi que l'éventuel fluide diluant sont avantageusement recyclés dans le photoréacteur (1000). La figure 2 décrit le procédé de déshydrogénation selon l'invention, suivie d'une étape optionnelle d'hydrogénation sélective et d'une étape optionnelle de séparation. Les références de la figure 2, identiques à celles de la figure 1, désignent les mêmes éléments. L'eff nt (101) sortant de l'étape de déshydrogénation est soumis à une étape d'hydrogénation sélective (3000) dans les conditions opératoires d'hydrogénation sélective en présence d'un catalyseur d'hydrogénation sélective et éventuellement d'hydrogène d'appoint (301) et permettant d'hydrogéner sélectivement les molécules présentant un degré d'insaturation trop élevé par rapport au produit recherché de manière à obtenir un effluent enrichi en au moins une molécule insaturée au degré d'insaturation inférieur par rapport à l'effluent contenant au moins une molécule au moins partiellement déshydrogénée. L'effluent de l'étape d'hydrogénation sélective (102) est soumis ensuite à une étape de séparation, par exemple dans un système de colonnes à distiller (4000) permettant de séparer d'une part l'hydrogène non consommé (600) et la fraction enrichie en au moins une molécule insaturée au degré d'insaturation inférieur par rapport à l'effluent contenant au moins une molécule au moins partiellement déshydrogénée (103), et d'autre part la charge non réagie (400) en présence de l'éventuel fluide diluant et les éventuels impuretés (500) telles que l'eau ou encore des produits issus de réactions parasites. La charge non réagie (400), ainsi que l'éventuel fluide diluant sont avantageusement recyclés dans le photoréacteur (1000). Au moins une partie de l'hydrogène (601) peut être avantageusement recyclée dans l'étape d'hydrogénation sélective (3000). Il est à noter que la fraction enrichie en au moins une molécule insaturée au degré d'insaturation inférieur par rapport à l'effluent contenant au moins une molécule au moins partiellement déshydrogénée (103), la charge non réagie (400) ou encore l'hydrogène produit (600) peuvent être fournis à une pression adaptée à leur utilisation ultérieure ou à leur recycle dans le procédé, par exemple par une recompression (non représentée). La figure 3 décrit le procédé de déshydrogénation selon l'invention, suivie d'une première étape optionnelle de séparation, puis d'une étape optionnelle d'hydrogénation sélective, puis d'une deuxième étape optionnelle de séparation. Les références de la figure 3, identiques à celles de la figure 1, désignent les mêmes éléments. La fraction enrichie en au moins une molécule déshydrogénée (103) obtenu après a la première séparation (4000) (tel que décrite par exemple dans la figure 1) est soumise à une étape d'hydrogénation sélective (3001) dans les conditions opératoires d'hydrogénation sélective et en présence d'un catalyseur d'hydrogénation sélective, d'hydrogène (303) issu d'un appoint en hydrogène ou du recyclage de l'hydrogène produit et séparé (601) (605) lors des étapes de séparation (4000) et/ou (4001) permettant d'hydrogéner sélectivement les molécules présentant un degré d'insaturation trop élevé par rapport au produit recherché de manière à obtenir un effluent enrichi en au moins une molécule insaturée au degré d'insaturation inférieur par rapport à l'effluent contenant au moins une molécule au moins partiellement déshydrogénée (104). L'hydrogène (601) nécessaire pour l'hydrogénation peut au moins en partie provenir de l'étape de séparation (4000). L'effluent de l'étape d'hydrogénation sélective (104) est ensuite soumis à une deuxième étape de séparation, par exemple dans un système de colonnes à distiller (4001) permettant de séparer d'une part l'hydrogène non consommé lors de l'hydrogénation sélective (604) et la fraction enrichie en au moins une molécule insaturée au degré d'insaturation inférieur par rapport à l'effluent contenant au moins une molécule au moins partiellement déshydrogénée (105), et d'autre part les éventuels impuretés telles que l'eau ou encore des produits issus de réactions parasites (501). Au moins une partie de l'hydrogène (605) peut être avantageusement recyclée dans l'étape d'hydrogénation sélective (3001). Les exemples suivants illustrent l'invention sans en limiter la portée. 25 EXEMPLES Exemple 1 : Photocatalyseur A (TiO2) Le photocatalyseur A est un semi-conducteur à base de TiO2 commercial (Aeroxide® P25, Aldrich, pureté > 99,5%). La granulométrie du photocatalyseur est de 21 nm et la surface spécifique mesurée par méthode BET est égale à 52 m2/g. Par analyse 30 d'absorption en réflexion diffuse, le bandgap du photocatalyseur A est mesuré à 3,23 eV. Exemple 2 : Photocatalyseur B (CdS) Le photocatalyseur B est un semi-conducteur à base de CdS commercial (Aldrich()). La surface spécifique mesurée par méthode BET est égale à 70 m2/g. Par analyse d'absorption en réflexion diffuse, le bandgap du photocatalyseur B est mesuré à 2,49 eV. Exemple 3 : Photocatalyseur C (Pt/T102) Le photocatalyseur C est composé du semi-conducteur TiO2 et de platine en tant que co-catalyseur. Pour préparer le photocatalyseur C, on prépare un volume de 50 mL d'eau distillée dans lequel est introduit 7,12 mg de précurseur de platine H2PtC16,6H20 (Aldrich®, 37,5 % Pt basis) et 3 mL de méthanol. 250 mg de TiO2 (Aeroxide® P25, Aldrich, pureté > 99,5%) sont ajoutés au mélange. Le mélange est ensuite soumis à une irradiation UV, à l'aide d'une lampe Hg HPKTM de 125 W, pendant 2h sous agitation. Le mélange est ensuite centrifugé pendant 10 minutes à 8000 tpm. Le solide récupéré subit ensuite 2 lavages successifs à l'eau distillée, chacun des lavages étant suivi d'une étape de centrifugation dans les mêmes conditions que celles citées précédemment. Le solide récupéré est ensuite séché en étuve à 110°C pendant au moins 12h. Le solide obtenu contient 0,93% poids de platine sur TiO2 et correspond au photocatalyseur C.According to a fourth variant, the effluent containing at least one at least partially dehydrogenated molecule obtained at the end of stage c) of the process according to the invention is subjected to a selective hydrogenation stage allowing the selective hydrogenation of molecules. having a degree of unsaturation that is too high relative to the desired product so as to obtain an effluent enriched in at least one unsaturated molecule with a lower degree of unsaturation relative to the effluent containing at least one at least partially dehydrogenated molecule, and then said effluent enriched in at least one unsaturated molecule with a lower degree of unsaturation is subjected to a separation step which makes it possible to separate, on the one hand, a fraction enriched in at least one unsaturated molecule to the lower degree and, on the other hand, the unreacted charge and any impurities such as water, or products resulting from spurious reactions, or possibly the e diluent fluid. The fraction enriched in at least one lower unsaturated molecule with respect to the effluent containing at least one at least partially dehydrogenated molecule comprises at least one unsaturated molecule hydrogenated selectively during the selective hydrogenation but also at least one molecule at least partially dehydrogenated from unreacted dehydrogenation during selective hydrogenation. The hydrogen required for the selective hydrogenation may come directly from the effluent containing at least one at least partially dehydrogenated molecule obtained at the end of step c). Advantageously, the unreacted filler fraction is at least partly and preferably entirely recycled in step a) of the process according to the invention. Figures 1 to 3 show schematically the process according to the invention: Figure 1 describes the dehydrogenation process according to the invention, followed by an optional separation step. A hydrocarbon feed (100) to be dehydrogenated is introduced into a photoreactor (1000) in which the contacting of the feedstock and the heterogeneous photocatalyst is carried out in the absence of oxygen (step a). The conditions of pressure and temperatures are adapted to the dehydrogenation that is desired. This photoreactor is characterized in that it is adapted to the desired operating pressure and in that it allows the control of the temperature of the reaction by the provision of hot or cold utilities. A diluent fluid (300) can be introduced into the photoreactor. The photocatalyst may either be suspended in the feedstock, in the diluent or in the reaction medium. The photocatalyst is arranged in the photoreactor so that it is both in contact with the reaction medium and subjected to irradiation of the source. Irradiation is provided by an irradiation source (2000). This source (2000) provides a photon flux (200) which irradiates the heterogeneous photocatalyst by at least one irradiation source producing at least one wavelength suitable for activating said photocatalyst (step b). The interface between the reaction medium containing the photocatalyst and the light source varies according to the applications and the nature of the light source, the source (2000) being able to be located outside the reactor (1000) or in the reactor ( 1000). The filler (100) is at least partially dehydrogenated in the presence of said photocatalyst activated by the irradiation source (2000) to transform said filler molecule having at least said single or double CC bond into a molecule having a higher degree of unsaturation of said bond CC, so as to obtain an effluent (101) containing at least one molecule at least partially dehydrogenated, hydrogen, the unreacted filler, optionally the diluent fluid and impurities from parasitic reactions. The effluent (101) is then subjected to a separation step, for example in a system of distillation columns (4000) making it possible to separate, on the one hand, the product hydrogen (600) and the fraction enriched in at least one molecule dehydrogenated sought (103), and secondly the unreacted filler (400) in the presence of the optional diluent fluid and any impurities (500) such as water or products from parasitic reactions. The unreacted filler (400) and the optional diluent fluid are advantageously recycled to the photoreactor (1000). FIG. 2 describes the dehydrogenation process according to the invention, followed by an optional selective hydrogenation step and an optional separation step. The references of FIG. 2, identical to those of FIG. 1, designate the same elements. The effect (101) leaving the dehydrogenation step is subjected to a selective hydrogenation step (3000) under the operating conditions of selective hydrogenation in the presence of a selective hydrogenation catalyst and optionally hydrogenation. (301) and for selectively hydrogenating the molecules having a degree of unsaturation too high relative to the desired product so as to obtain an effluent enriched in at least one unsaturated molecule with a lower degree of unsaturation compared to the effluent containing at least one at least partially dehydrogenated molecule. The effluent of the selective hydrogenation step (102) is then subjected to a separation step, for example in a system of distillation columns (4000) making it possible to separate, on the one hand, the unconsumed hydrogen (600). and the fraction enriched in at least one unsaturated molecule with a lower degree of unsaturation relative to the effluent containing at least one at least partially dehydrogenated molecule (103), and secondly the unreacted filler (400) in the presence of the possible diluent fluid and any impurities (500) such as water or products from parasitic reactions. The unreacted filler (400) and the optional diluent fluid are advantageously recycled to the photoreactor (1000). At least a portion of the hydrogen (601) may be advantageously recycled to the selective hydrogenation step (3000). It should be noted that the fraction enriched in at least one unsaturated molecule with a lower degree of unsaturation relative to the effluent containing at least one at least partially dehydrogenated molecule (103), the unreacted filler (400) or the The product hydrogen (600) can be supplied at a pressure suitable for subsequent use or recycling in the process, for example by recompression (not shown). FIG. 3 describes the dehydrogenation process according to the invention, followed by a first optional separation step, then an optional selective hydrogenation step and then a second optional separation step. The references of FIG. 3, identical to those of FIG. 1, designate the same elements. The fraction enriched in at least one dehydrogenated molecule (103) obtained after the first separation (4000) (as described for example in FIG. 1) is subjected to a selective hydrogenation step (3001) under the operating conditions of selective hydrogenation and in the presence of a selective hydrogenation catalyst, hydrogen (303) resulting from a hydrogen booster or the recycling of hydrogen produced and separated (601) (605) during the separation steps (4000) and / or (4001) for selectively hydrogenating the molecules having a degree of unsaturation that is too high relative to the desired product so as to obtain an effluent enriched with at least one unsaturated molecule with a lower degree of unsaturation compared to effluent containing at least one at least partially dehydrogenated molecule (104). The hydrogen (601) required for the hydrogenation can at least partly come from the separation step (4000). The effluent of the selective hydrogenation step (104) is then subjected to a second separation step, for example in a system of distillation columns (4001) making it possible to separate, on the one hand, the hydrogen that is not consumed during the selective hydrogenation (604) and the fraction enriched in at least one unsaturated molecule with a lower degree of unsaturation relative to the effluent containing at least one at least partially dehydrogenated molecule (105), and secondly any impurities such as water or products resulting from parasitic reactions (501). At least a portion of the hydrogen (605) may be advantageously recycled to the selective hydrogenation step (3001). The following examples illustrate the invention without limiting its scope. EXAMPLES Example 1: Photocatalyst A (TiO2) Photocatalyst A is a commercial TiO2 semiconductor (Aeroxide® P25, Aldrich, purity> 99.5%). The particle size of the photocatalyst is 21 nm and the specific surface area measured by BET method is equal to 52 m 2 / g. By diffuse reflection absorption analysis, the bandgap of photocatalyst A is measured at 3.23 eV. Example 2 Photocatalyst B (CdS) Photocatalyst B is a semiconductor based on commercial CdS (Aldrich ()). The specific surface area measured by BET method is equal to 70 m 2 / g. By absorption analysis in diffuse reflection, the bandgap of photocatalyst B is measured at 2.49 eV. Example 3 Photocatalyst C (Pt / T102) Photocatalyst C is composed of TiO2 semiconductor and platinum as co-catalyst. To prepare the photocatalyst C, a volume of 50 ml of distilled water is prepared in which is introduced 7,12 mg platinum precursor H2PtC16,6H20 (Aldrich®, 37.5% Pt basis) and 3 ml of methanol. 250 mg of TiO2 (Aeroxide® P25, Aldrich, purity> 99.5%) are added to the mixture. The mixture is then subjected to UV irradiation, using a 125 W Hg HPKTM lamp, for 2 hours with stirring. The mixture is then centrifuged for 10 minutes at 8000 rpm. The recovered solid then undergoes 2 successive washings with distilled water, each washing being followed by a centrifugation step under the same conditions as those mentioned above. The recovered solid is then dried in an oven at 110 ° C. for at least 12 hours. The solid obtained contains 0.93% by weight of platinum on TiO 2 and corresponds to photocatalyst C.
Exemple 4 : Photocatalyseur D (Au/T102) Le photocatalyseur D est composé du semi-conducteur TiO2 et d'or en tant que cocatalyseur. Pour préparer le photocatalyseur D, on prépare un volume de 50 mL d'eau distillée dans lequel est introduit 5,10 mg de précurseur d'or HAuCI4,xH2O (Aldrich®, >49 % Au basis) et 3 mL de méthanol. 250 mg de TiO2 (Aeroxide® P25, Aldrich, pureté > 99,5%) sont ajoutés au mélange. Le mélange est ensuite soumis à une irradiation UV, à l'aide d'une lampe Hg HPKTM de 125 W, pendant 2h sous agitation. Le mélange est ensuite centrifugé pendant 10 minutes à 8000 tpm. Le solide récupéré subit ensuite 2 lavages successifs à l'eau distillée, chacun des lavages étant suivi d'une étape de centrifugation dans les mêmes conditions que celles citées précédemment. Le solide récupéré est ensuite séché en étuve à 110°C pendant au moins 12h. Le solide obtenu contient 0,97% poids d'or sur TiO2 et correspond au photocatalyseur D.35 Exemple 5 : Photocatalyseur E (Ru/CdS) Le photocatalyseur E est composé du semi-conducteur CdS et de ruthénium en tant que co-catalyseur. Pour préparer le photocatalyseur E, on prépare un volume de 50 mL d'eau distillée dans lequel est introduit 5,29 mg de précurseur de ruthenium RuCI3,xH2O (Aldrich®,) et 3 mL de méthanol. 250 mg de CdS (Aldrich®) sont ajoutés au mélange. Le mélange est ensuite soumis à une irradiation UV, à l'aide d'une lampe Hg HPKTM de 125 W, pendant 2h sous agitation. Le mélange est ensuite centrifugé pendant 10 minutes à 8000 tpm. Le solide récupéré subit ensuite 2 lavages successifs à l'eau distillée, chacun des lavages étant suivi d'une étape de centrifugation dans les mêmes conditions que celles citées précédemment. Le solide récupéré est ensuite séché en étuve à 110°C pendant au moins 12h. Le solide obtenu contient 0,81% poids de ruthénium sur CdS et correspond au photocatalyseur E. Exemple 6 : Déshydrogénation photocatalytique d'éthylbenzène en styrène Les photocatalyseurs A, B, C, D et E sont soumis à un test photocatalytique en phase liquide de déshydrogénation d'éthylbenzène en styrène et dihydrogène dans un réacteur semi-ouvert agité en pyrex muni d'une double enveloppe pour réguler la température de test. Pour ce faire, 150 mg de photocatalyseur sont mis en suspension dans 50 mL d'éthylbenzène anhydre (Aldrich®, pureté 99,8%). Les tests sont réalisés à 25°C sous pression atmosphérique avec un débit d'argon de 10 mL/min pour entrainer le gaz dihydrogène produit, lequel gaz est analysé par chromatographie en phase gazeuse. Par prélèvements périodiques, la phase liquide est également analysée par chromatographie en phase gazeuse pour mesurer la formation de styrène. La source d'irradiation est fournie par un panneau de LED UV centré autour de 365 nm (350-380 nm) délivrant 415 W/m2 à travers une fenêtre optique de 4,15 cm2. Avant d'allumer la source d'irradiation, le flux d'argon est laissé pendant 2h. Le tableau 1 ci-dessous résume les performances des photocatalyseurs tirés des exemples.Example 4 Photocatalyst D (Au / T102) Photocatalyst D is composed of TiO2 semiconductor and gold as cocatalyst. To prepare photocatalyst D, a volume of 50 ml of distilled water is prepared in which 5.10 mg of HAuCl 4, xH 2 O gold precursor (Aldrich®,> 49% by weight) and 3 ml of methanol are introduced. 250 mg of TiO2 (Aeroxide® P25, Aldrich, purity> 99.5%) are added to the mixture. The mixture is then subjected to UV irradiation, using a 125 W Hg HPKTM lamp, for 2 hours with stirring. The mixture is then centrifuged for 10 minutes at 8000 rpm. The recovered solid then undergoes 2 successive washings with distilled water, each washing being followed by a centrifugation step under the same conditions as those mentioned above. The recovered solid is then dried in an oven at 110 ° C. for at least 12 hours. The solid obtained contains 0.97% weight of gold on TiO2 and corresponds to photocatalyst D.35. Example 5 Photocatalyst E (Ru / CdS) Photocatalyst E is composed of CdS semiconductor and ruthenium as co-catalyst . To prepare the photocatalyst E, a volume of 50 ml of distilled water is prepared in which 5.29 mg of ruthenium precursor RuCl3, xH2O (Aldrich®,) and 3 ml of methanol are introduced. 250 mg of CdS (Aldrich®) are added to the mixture. The mixture is then subjected to UV irradiation, using a 125 W Hg HPKTM lamp, for 2 hours with stirring. The mixture is then centrifuged for 10 minutes at 8000 rpm. The recovered solid then undergoes 2 successive washings with distilled water, each washing being followed by a centrifugation step under the same conditions as those mentioned above. The recovered solid is then dried in an oven at 110 ° C. for at least 12 hours. The solid obtained contains 0.81% by weight of ruthenium on CdS and corresponds to photocatalyst E. Example 6: Photocatalytic dehydrogenation of ethylbenzene to styrene Photocatalysts A, B, C, D and E are subjected to a photocatalytic test in the liquid phase of dehydrogenation of ethylbenzene to styrene and dihydrogen in a semi-open stirred Pyrex reactor with a jacket to regulate the test temperature. To do this, 150 mg of photocatalyst are suspended in 50 ml of anhydrous ethylbenzene (Aldrich®, purity 99.8%). The tests are carried out at 25 ° C. under atmospheric pressure with an argon flow rate of 10 mL / min to entrain the hydrogen gas product, which gas is analyzed by gas chromatography. By periodic sampling, the liquid phase is also analyzed by gas chromatography to measure the formation of styrene. The irradiation source is provided by a UV LED panel centered around 365 nm (350-380 nm) delivering 415 W / m2 through a 4.15 cm2 optical window. Before switching on the irradiation source, the argon flow is left for 2 hours. Table 1 below summarizes the performance of the photocatalysts drawn from the examples.
Tableau 1 : Productions de styrène et rendements quantiques apparents Photocatalyseur Production de Rendement quantique styrène (pmol/h) apparent (%) A (TiO2) 11 1,2 B (CdS) 59 6,2 C (Pt/Ti02) 335 35,4 D (Au/Ti02) 318 33,6 E (Ru/CdS) 382 40,3 Les valeurs répertoriées dans ce tableau sont des performances initiales mesurées après 10 minutes de test. Le rendement quantique apparent est calculé par le ratio du nombre de moles d'H2 formé multiplié par 2 et du nombre de mole de photons incidents, car il faut 2 photons pour générer une molécule de styrène et une molécule de H2. Le flux de photons incidents a été calculé à 1,89.10-3 E/h. Exemple 7 : Déshydrogénation photocatalytique de n-octane en octène Les photocatalyseurs A, B, C, D et E sont soumis à un test photocatalytique en phase liquide de déshydrogénation de n-octane en octène et dihydrogène dans un réacteur semi-ouvert agité en pyrex muni d'une double enveloppe pour réguler la température de test. Pour ce faire, 150 mg de photocatalyseur sont mis en suspension dans 50 mL d'octane anhydre (Aldrich®, pureté > 99%).Table 1: Styrene production and apparent quantum yields Photocatalyst Production of apparent styrene quantum yield (pmol / h) (%) A (TiO2) 11 1.2 B (CdS) 59 6.2 C (Pt / TiO2) 335 35, 4D (Au / TiO2) 318 33.6 E (Ru / CdS) 382 40.3 The values listed in this table are initial performance measured after 10 minutes of testing. The apparent quantum yield is calculated by the ratio of the number of moles of H2 formed multiplied by 2 and the number of moles of incident photons, because it takes 2 photons to generate a molecule of styrene and a molecule of H2. The incident photon flux was calculated at 1.89 × 10 -3 E / h. EXAMPLE 7 Photocatalytic dehydrogenation of octene n-octane Photocatalysts A, B, C, D and E are subjected to a photocatalytic liquid phase test for the dehydrogenation of n-octane to octene and dihydrogen in a semi-open pyrex stirred reactor. equipped with a double jacket to regulate the test temperature. For this purpose, 150 mg of photocatalyst are suspended in 50 ml of anhydrous octane (Aldrich®, purity> 99%).
Les tests sont réalisés à 25°C sous pression atmosphérique avec un débit d'argon de 10 mL/min pour entrainer le gaz dihydrogène produit, lequel gaz est analysé par chromatographie en phase gazeuse. Par prélèvements périodiques, la phase liquide est également analysée par chromatographie en phase gazeuse pour mesurer la formation d'octène. La source d'irradiation est fournie par un panneau de LED UV centré autour de 365 nm (350-380 nm) délivrant 415 W/m2 à travers une fenêtre optique de 4,15 cm2. Avant d'allumer la source d'irradiation, le flux d'argon est laissé pendant 2h. Le tableau 2 ci-dessous résume les performances des photocatalyseurs tirés des exemples.25 Tableau 2 : Productions d'octène et rendements quantiques apparents Photocatalyseur Production d'octène Rendement quantique (pmol/h) apparent (%) A (TiO2) 7 0,74 B (CdS) 20 2,11 C (Pt/Ti02) 212 22,4 D (Au/Ti02) 276 29,2 E (Ru/CdS) 139 14,7 Les valeurs répertoriées dans ce tableau sont des performances initiales mesurées après 10 minutes de test. Le rendement quantique apparent est calculé par le ratio du nombre de moles d'H2 formé multiplié par 2 et du nombre de mole de photons incidents, car il faut 2 photons pour générer une molécule d'octène et une molécule de H2. Le flux de photons incidents a été calculé à 1,89.10-3 E/h. Exemple 8 : Déshydrogénation photocatalytique de butène en 1,3-butadiène Les photocatalyseurs A, B, C, D et E sont soumis à un test photocatalytique en phase gaz de déshydrogénation de 1-butène en 1,3-butadiène et dihydrogène dans un réacteur lit fixe muni d'une fenêtre optique en quartz de 4,15 cm2 et muni d'un fritté céramique sur lequel est déposé en couche mince 250 mg de photocatalyseur. Les tests sont réalisés à température ambiante soit 23°C et sous pression atmosphérique avec un débit de 1-butène (Air Liquide, pureté > 99%) de 3 mL/min, lequel gaz est analysé en sortie de réacteur par chromatographie en phase gazeuse. La source d'irradiation est fournie par un panneau de LED UV centré autour de 365 nm (350-380 nm) délivrant 415 W/m2 à travers la fenêtre optique. Avant d'allumer la source d'irradiation, le flux de 1-butène est laissé pendant 2h à 10 mL/min. Le tableau 3 ci-dessous résume les performances des photocatalyseurs tirés des 20 exemples. Tableau 3 : Productions de 1,3-butadiène et rendements quantiques apparents Photocatalyseur Production de 1,3- Rendement quantique butadiène (pmol/h) apparent (%) A (TiO2) 32 3,4 B (CdS) 113 11,9 C (Pt/Ti02) 567 59,9 D (Au/Ti02) 498 52,0 E (Ru/CdS) 602 63,6 Les valeurs répertoriées dans ce tableau sont des performances initiales mesurées après 10 minutes de test. Le rendement quantique apparent est calculé par le ratio du nombre de moles d'H2 formé multiplié par 2 et du nombre de mole de photons incidents, car il faut 2 photons pour générer une molécule de 1,3-butadiène et une molécule de H2. Le flux de photons incidents a été calculé à 1,89.10-3 E/h. Exemple 9 Déshydrogénation photocatalytique d'éthylbenzène en styrène en optimisant le rendement de styrène via une hydrogénation sélective Cet exemple se base sur la description de la figure 2. On considère une charge (100) constituée d'éthylbenzène. Dans cet exemple il n'est pas nécessaire d'apporter de fluide diluant (300). La source d'irradiation est ici un laser par exemple un laser excimère de type XeF de longueur d'onde 351 nm, et dont le rendement est de 30% entre l'énergie électrique fournie à la source et l'énergie transportée par le flux de photons. On considère un rendement quantique de 30% pour la réaction de déshydrogénation de l'éthylbenzène en styrène sur un catalyseur hétérogène Au/TiO2 (préparé tel que décrit dans l'article de X. Wang et al., Advanced Materials Research, Vols. 148-149, p. 1258, 2011). La charge éthylbenzène (100) est introduite dans le photoréacteur de déshydrogénation à raison d'une tonne par heure à une pression de 1 MPa (10 bar) et à une température de 50 °C. Le système comprend une recycle de charge non convertie (400) de 5,8 t/h. La composition de la charge (100) additionnée de la charge non réagie recyclée (400) est de 99,8 % d'éthylbenzène, de 1,4% de styrène et de 0,01 % de phénylacétylène.The tests are carried out at 25 ° C. under atmospheric pressure with an argon flow rate of 10 mL / min to entrain the hydrogen gas product, which gas is analyzed by gas chromatography. By periodic sampling, the liquid phase is also analyzed by gas chromatography to measure octene formation. The irradiation source is provided by a UV LED panel centered around 365 nm (350-380 nm) delivering 415 W / m2 through a 4.15 cm2 optical window. Before switching on the irradiation source, the argon flow is left for 2 hours. Table 2 below summarizes the performance of the photocatalysts from the examples. Table 2 Octene Productions and Apparent Quantum Yields Photocatalyst Octene Production Quanal Yield (pmol / h) apparent (%) A (TiO 2) 7 0, 74 B (CdS) 2.11 C (Pt / TiO2) 212 22.4 D (Au / TiO2) 276 29.2 E (Ru / CdS) 139 14.7 The values listed in this table are initial measured performances after 10 minutes of testing. The apparent quantum yield is calculated by the ratio of the number of moles of H 2 formed multiplied by 2 and the number of moles of incident photons, because it takes 2 photons to generate an octene molecule and a molecule of H2. The incident photon flux was calculated at 1.89 × 10 -3 E / h. Example 8 Photocatalytic dehydrogenation of butene to 1,3-butadiene Photocatalysts A, B, C, D and E are subjected to a photocatalytic test in the gas phase of dehydrogenation of 1-butene to 1,3-butadiene and dihydrogen in a reactor fixed bed provided with a quartz optic window of 4.15 cm 2 and provided with a ceramic sinter on which is deposited in a thin layer 250 mg of photocatalyst. The tests are carried out at ambient temperature, ie 23 ° C. and under atmospheric pressure, with a flow rate of 1-butene (Air Liquide, purity> 99%) of 3 mL / min, which gas is analyzed at the outlet of the reactor by gas chromatography. . The irradiation source is provided by a UV LED panel centered around 365 nm (350-380 nm) delivering 415 W / m2 through the optical window. Before igniting the irradiation source, the flow of 1-butene is left for 2 hours at 10 ml / min. Table 3 below summarizes the photocatalyst performance from the examples. Table 3: 1,3-Butadiene Productions and Apparent Quantum Yields Photocatalyst Production of 1,3-butadiene quantum yield (pmol / h) apparent (%) A (TiO2) 32 3.4 B (CdS) 113 11.9 C (Pt / TiO2) 567 59.9 D (Au / TiO2) 498 52.0 E (Ru / CdS) 602 63.6 The values listed in this table are initial performance measured after 10 minutes of testing. The apparent quantum efficiency is calculated by the ratio of the number of moles of H 2 formed multiplied by 2 and the number of moles of incident photons, because it takes 2 photons to generate a molecule of 1,3-butadiene and a molecule of H2. The incident photon flux was calculated at 1.89 × 10 -3 E / h. EXAMPLE 9 Photocatalytic dehydrogenation of ethylbenzene to styrene by optimizing the yield of styrene via selective hydrogenation This example is based on the description of FIG. 2. A charge (100) consisting of ethylbenzene is considered. In this example it is not necessary to provide diluent fluid (300). The irradiation source is here a laser for example a XeF type excimer laser of wavelength 351 nm, and whose output is 30% between the electric energy supplied to the source and the energy transported by the flux of photons. A 30% quantum yield is considered for the dehydrogenation reaction of ethylbenzene to styrene on a heterogeneous Au / TiO 2 catalyst (prepared as described in the article by X. Wang et al., Advanced Materials Research, Vols. -149, 1258, 2011). The ethylbenzene feed (100) is introduced into the dehydrogenation photoreactor at a rate of one ton per hour at a pressure of 1 MPa (10 bar) and at a temperature of 50 ° C. The system includes an unconverted (400) load recycle of 5.8 t / h. The composition of the feedstock (100) supplemented with the unreacted recycled feedstock (400) is 99.8% ethylbenzene, 1.4% styrene and 0.01% phenylacetylene.
La source d'irradiation (2000) fournit 1,61 MW sous la forme d'un flux de photons (200) de longueur d'onde 351 nm. Cette énergie va induire la conversion de 15 % de l'éthylbenzène en styrène et de 1,3 % du styrène en phénylacétylène. Il en résulte un effluent (101) à 73,9 kmol/h de composition : Pourcentage molaire (%) Ethylbenzène C6H6-CH2-CH3 73,6 Styrène C6H6-CH=CH2 13,0 Phénylacétylène C6H6-CE CH 0,2 Dihydrogène 13,2 L'effluent (101) est ensuite soumis à une étape d'hydrogénation sélective L'hydrogène présent dans l'effluent (101) n'est pas séparé préalablement et on choisit de ne pas fournir d'appoint d'hydrogène (301). Le réacteur d'hydrogénation (3000) contient un catalyseur d'hydrogénation sélective à base de palladium. Cette réaction est exothermique, il en résulte un flux (102) hydrogéné sélectivement à 100 °C pour un débit de 73,1 kmol/h. Cela correspond à une conversion de 93 % de phénylacétylène et de 7,5% du styrène et il en résulte une composition de : Pourcentage molaire (%) Ethylbenzène 75,5 Styrène 12,3 Phénylacétylène 0,01 Dihydrogène 12,2 Cette hydrogénation sélective laisse le phénylacétylène à l'état de traces de l'ordre de 0,01 %mol. On effectue ensuite un refroidissement, une séparation et recompression du styrène tel que l'on fournit : - 18,8 kg/h de dihydrogène (600) à 50 °C et 1 MPa (10 bar) avec une pureté correspondant à 99,9 %mol de dihydrogène et 0,1% de styrène, - 983 kg/h de styrène (103) à 50°C et 1 MPa (10 bai) avec une pureté de 94% de styrène, 6% d'éthylbenzène et 0,01% de phénylacétylène, - 5810 kg/h de recycle (400) d'éthylbenzène à 99,8%mol, 1,4% de styrène et 0,01 %mol de phénylacétylène à 50°C et 1 MPa (10 ber). 20 ,The irradiation source (2000) provides 1.61 MW in the form of a photon flux (200) with a wavelength of 351 nm. This energy will induce the conversion of 15% of ethylbenzene to styrene and 1.3% of styrene to phenylacetylene. This results in an effluent (101) at 73.9 kmol / h of composition: molar percentage (%) Ethylbenzene C6H6-CH2-CH3 73.6 Styrene C6H6-CH = CH2 13.0 Phenylacetylene C6H6-CE CH 0.2 Dihydrogen 13.2 The effluent (101) is then subjected to a selective hydrogenation step. The hydrogen present in the effluent (101) is not separated beforehand and it is chosen not to supply additional hydrogen ( 301). The hydrogenation reactor (3000) contains a selective hydrogenation catalyst based on palladium. This reaction is exothermic, resulting in a flow (102) selectively hydrogenated at 100 ° C for a flow rate of 73.1 kmol / h. This corresponds to a conversion of 93% phenylacetylene and 7.5% styrene and results in a composition of: Percent molar (%) Ethylbenzene 75.5 Styrene 12.3 Phenylacetylene 0.01 Dihydrogen 12.2 This selective hydrogenation leaves the phenylacetylene in the form of traces of the order of 0.01 mol%. The styrene is then cooled, separated and recompressed as follows: - 18.8 kg / h of dihydrogen (600) at 50 ° C. and 1 MPa (10 bar) with a purity corresponding to 99.9 % mol dihydrogen and 0.1% styrene, - 983 kg / h styrene (103) at 50 ° C and 1 MPa (10 bai) with a purity of 94% styrene, 6% ethylbenzene and 0, 01% phenylacetylene, 5810 kg / h recycle (400) ethylbenzene 99.8 mol%, 1.4% styrene and 0.01 mol% phenylacetylene at 50 ° C and 1 MPa (10 ber) . 20,
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Non-Patent Citations (3)
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| BATTIST RÁBAY ET AL: "Photolytic C-H activation and dehydrogenation of alkanes at cyclopentadienyl iridium complexes in a perfluorinated solvent", DALTON TRANSACTIONS, vol. 42, no. 22, 1 January 2013 (2013-01-01), pages 8058, XP055138061, ISSN: 1477-9226, DOI: 10.1039/c3dt33022b * |
| CIAMBELLI P ET AL: "Photocatalysed selective oxidation of cyclohexane to benzene on MoOx/TiO2", CATALYSIS TODAY, ELSEVIER, NL, vol. 99, no. 1-2, 15 January 2005 (2005-01-15), pages 143 - 149, XP027834449, ISSN: 0920-5861, [retrieved on 20050115] * |
| KUNKELY H ET AL: "Dehydrogenation of 1,3-cyclohexadiene photocatalyzed by osmocene", INORGANIC CHEMISTRY COMMUNICATIONS, ELSEVIER, AMSTERDAM, NL, vol. 13, no. 1, 1 January 2010 (2010-01-01), pages 134 - 136, XP026820208, ISSN: 1387-7003, [retrieved on 20091030] * |
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Legal Events
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| PLFP | Fee payment |
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| ST | Notification of lapse |
Effective date: 20180831 |