Brevet FR2821075A1 — publié le 20020823

La présente invention concerne l'utilisation d'un catalyseur par exemple dans les réactions de transformation des hydrocarbures aromatiques. De manière plus précise, elle concerne un procédé de dismutation et/ou de transalkylation d'hydrocarbures alkylaromatiques réalisé en présence d'un catalyseur à base d'une zéolithe EUO. De préférence, le procédé de dismutation visé par la présente invention est la dismutation du toluène et le procédé de transalkylation d'hydrocarbures alkylaromatiques visé par la présente invention est la transalkylation du toluène et de composés aromatiques contenant au moins 9 atomes de carbone, pour produire des xylènes, en présence d'un catalyseur à base d'une zéolithe EUO. La réaction de transalkylation consiste généralement à convertir une charge contenant du toluène et des hydrocarbures alkylaromatiques à au moins 9 atomes de carbone en vue de produire un mélange de xylènes (orthoxylène, métaxylène et paraxylène). Un autre composé aromatique à 8 atomes de carbone est également formé, l'éthylbenzène. Le paraxylène présente un réel intérêt industriel notamment pour l'industrie des textiles et il convient de le séparer des autres composés aromatiques à huit atomes de carbone. Ainsi, en sortie du réacteur de transalkylation l'ensemble des produits formés est introduit dans une colonne de séparation de manière à séparer les composés à au moins six atomes de carbone des composés les plus légers. La fraction la plus lourde est soumise à plusieurs séparations de façon à extraire le benzène et le toluène puis l'effluent constitué de composés à au moins huit atomes de carbone est introduit dans une colonne de séparation permettant de récupérer en fond de colonne une fraction contenant essentiellement des composés à au moins neuf atomes de carbone et également une partie de l'orthoxylène et en tête de colonne une fraction formée de composés aromatiques à huit atomes de carbone (xylènes + éthylbenzène), cette fraction étant ensuite traitée dans une étape de séparation du paraxylène. Cette étape de séparation du paraxylène est d'autant plus facilitée que la proportion d'éthylbenzène dans ladite fraction formée de composés aromatiques à huit atomes de carbone est plus faible. Ainsi la répartition des composés produits par la réaction de transalkylation influe sur la facilité de la séparation du paraxylène. Il paraît donc essentiel que la sélectivité du catalyseur utilisé dans la réaction de transalkylation soit telle que le rendement en éthylbenzène soit faible. Les catalyseurs de dismutation et/ou de transalkylation, déjà décrits dans l'art antérieur, sont à base de mordénite (US-A-3.506. 731, US-A-4.151. 120, US-A-4.180. 693, US-A- 4. 210. 770, US-A-3.281. 483, US-A-3.780. 121 ou US-A-3.629. 351) ou à base de zéolithe oméga (US-A-5. 210. 356, US-A-5. 371. 311). Le brevet EP-A1-0. 731. 071 enseigne d'ajouter notamment un métal choisi parmi les groupes VIB, VIIB et VIII à un catalyseur zéolithique, notamment à base de zéolithe mordénite. Il a également déjà été enseigné d'utiliser une zéolithe de type structural EUO en association avec un métal notamment du groupe VIII en transalkylation (EP-A1-0 051 318). Toutefois ces catalyseurs antérieurs, utilisés en transalkylation, conduisent à la production d'une quantité non négligeable d'éthylbenzène, indésirable pour l'étape de séparation ultérieure du paraxylène. Aussi l'un des buts essentiels de la présente invention est de fournir un procédé de transalkylation d'hydrocarbures alkylaromatiques, lequel, intégré dans un procédé plus complet comprenant notamment une étape de séparation du paraxylène et une étape de réaction d'isomérisation des composés aromatiques à huit atomes de carbone (chaîne aromatique), permet de faciliter ladite étape de séparation du paraxylène et également de valoriser des charges contenant de fortes teneurs en composés aromatiques à dix atomes de carbone. Résumé L'invention concerne un procédé de dismutation et/ou de transalkylation d'hydrocarbures alkylaromatiques réalisé en présence d'un catalyseur comprenant au moins un liant, au moins une zéolithe de type structural EUO, présente au moins en partie sous forme acide et comprenant du silicium et au moins un élément T choisi dans le groupe formé par l'aluminium, le fer, le gallium et le bore, ledit catalyseur comprenant en outre au moins un métal choisi dans le groupe formé par les métaux des groupes V. IIB et VIB de la Classification périodique des Eléments et l'iridium. La zéolithe EU-1 et le choix du rhénium comme métal sont particulièrement préférés. Eventuellement, le catalyseur contient, en plus, au moins un métal choisi dans le groupe formé par les éléments des groupes A et IVA de la Classification périodique des Eléments, de préférence l'indium et l'étain. Intérêt Il a été découvert qu'un catalyseur, utilisé dans les réactions de transalkylations d'hydrocarbures alkylaromatiques tels que le toluène et les alkylaromatiques à au moins 9 atomes de carbone, et comprenant au moins une zéolithe de type structural EUO, de préférence la zéolithe EU-1, au moins en partie, de préférence pratiquement totalement, sous forme acide, et au moins un métal choisi dans le groupe formé par les métaux des groupes VIIB et VIB et l'iridium, de préférence le rhénium, présente une sélectivité différente vis-à-vis des produits de la réaction de transalkylation de celle des catalyseurs de l'art antérieur. En particulier, le catalyseur mis en oeuvre dans le procédé selon l'invention présente des propriétés désalkylantes intéressantes : il s'ensuit notamment un faible rendement en éthylbenzène, ce qui est favorable pour la facilité de la séparation du paraxylène et une augmentation du rendement en composés légers au détriment du rendement en produits lourds. Par ailleurs, ce catalyseur permet de traiter des charges aromatiques C9+ contenant un pourcentage élevé de molécules aromatiques à 10 atomes de carbone et plus (supérieur à 5 % poids) et ainsi de valoriser ces molécules lourdes (comme par exemple les diméthyléthylbenzènes, les diéthylbenzènes etc). Ledit catalyseur à base de zéolithe de type structural EUO est également utilisé avec intérêt dans les procédés de dismutation d'hydrocarbures alkylaromatiques et notamment du toluène. Description L'invention concerne un procédé de dismutation et/ou de transalkylation d'hydrocarbures alkylaromatiques en présence d'un catalyseur contenant au moins une zéolithe de type structural EUO, de préférence une zéolithe EU-1 à raison de 30 à 90 %, de préférence de 50 à 85% et de manière encore plus préférée de 60 à 85 % poids et au moins une matrice (ou liant) en complément à 100 % du catalyseur. Ladite zéolithe, de préférence la EU-1, comprenant du silicium et au moins un élément T choisi dans le groupe formé par l'aluminium, le fer, le gallium et le bore, de préférence l'aluminium, est, au moins en partie, de préférence pratiquement totalement, sous forme acide. Le rapport Si/T atomique global de ladite zéolithe est généralement compris entre 5 et 100, bornes incluses, de préférence entre 5 et 80, et de manière encore plus préférée entre environ 5 et 50. La teneur en sodium est de préférence telle que le rapport atomique Na/T est inférieur à 0, 5, de préférence encore inférieur à 0,02. Ledit catalyseur utilisé pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention comprend en outre au moins un métal choisi dans le groupe formé par les métaux des groupes VIIB et VIB et l'iridium, de préférence le rhénium, à une teneur comprise entre 0,01 et 5 % et de préférence entre 0,05 et 3 % poids, et éventuellement au moins un élément choisi dans l'ensemble formé par les groupes IIIA et IVA de la Classification périodique des Eléments, de préférence choisi dans le groupe formé par l'indium et l'étain à une teneur comprise entre 0,01 et 5 % et de préférence entre 0,05 et 3 % poids. De manière très préférée, l'iridium est le seul élément du groupe VIII qui peut être compris dans le catalyseur de l'invention. La matrice, présente à une teneur comprise entre 10 et 70 %, de préférence entre 15 et 50% et de manière encore plus préférée entre 15 et 40 % poids par rapport au poids total de catalyseur, est choisie généralement parmi les éléments du groupe formé par les argiles (par exemple parmi les argiles naturelles telles que le kaolin ou la bentonite), la magnésie, les alumines, les silices, l'oxyde de titane, l'oxyde de bore, la zircone, les phosphates d'aluminium, les phosphates de titane, les phosphates de zirconium, les silice-alumines et le charbon, de préférence parmi les éléments du groupe formé par les alumines et les argiles, de manière encore plus préférée parmi les alumines. La zéolithe EUO comprise dans le catalyseur utilisé pour la mise en oeuvre du procédé selon la présente invention est de préférence la zéolithe EU-1 préparée selon le brevet EPA1-0 042 226. Ainsi, la préparation de la zéolithe EU-1 comprend le mélange d'une source de silicium et d'une source d'un élément T, un cation alcalin et un structurant organique choisi parmi les sels de cations de polyméthylène diammonium, par exemple le bromure de décaméthonium. La préparation du catalyseur peut être poursuivie selon toute méthode connue de l'homme du métier. En général, elle est obtenue par mélange de la matrice et de la zéolithe puis par mise en forme. L'élément choisi dans le groupe constitué par les éléments des groupes VIIB et VIB et par l'iridium peut être introduit soit avant la mise en forme, soit lors du mélange, ou encore, et de préférence, après la mise en forme. On comprend ainsi que le mélange matrice + zéolithe est un support pour le catalyseur contenant l'élément choisi dans le groupe constitué par les éléments des groupes VIIB et VIB et par l'iridium. La mise en forme est généralement suivie d'une calcination, généralement à une température comprise entre 250 et 600 C. L'élément du groupe formé par le groupe VIIB, le groupe VIB et l'iridium peut être introduit après ladite calcination. Dans tous les cas, ledit élément est généralement déposé au choix soit pratiquement totalement sur. Ia zéolithe, soit pratiquement totalement sur la matrice, soit en partie sur la zéolithe et en partie sur la matrice, ce choix s'effectuant de la manière qui est connue de l'homme du métier, par les paramètres utilisés lors dudit dépôt, comme par exemple la nature du précurseur choisi pour effectuer ledit dépôt. L'élément du groupe formé par le groupe VIIB, le groupe VIB et l'iridium, de préférence le rhénium, peut donc être déposé sur le mélange zéolithe-matrice préalablement mis en forme par tout procédé connu de l'homme de l'art. Un tel dépôt est généralement effectué par la technique d'imprégnation à sec, d'échange (s) ionique (s) ou de coprécipitation. Parmi les précurseurs, on peut citer de manière non limitative, l'acide perrhénique et le perrhénate d'ammonium, déposés par exemple par imprégnation à sec. Le dépôt d'élément du groupe formé par les éléments des groupes VIIB et VIB et l'iridium est suivi en général d'une calcination sous air ou oxygène, généralement entre 300 et 600 C, de préférence entre 350 et 550 C, et pour une durée comprise entre 0,5 et 10 heure (s), de préférence entre 1 et 4 heure (s). Dans le cas où le catalyseur contient plusieurs métaux, ces derniers peuvent être introduits soit tous de la même façon, soit par des techniques différentes, avant ou après mise en forme et dans n'importe quel ordre. Dans le cas où la technique utilisée est celle de l'échange ionique, plusieurs échanges successifs peuvent être nécessaires pour introduire les quantités requises de métaux. La mise en forme du catalyseur utilisé dans le procédé selon l'invention est généralement telle que le catalyseur est sous forme de pastilles, d'agrégats, d'extrudés ou de billes, en vue de son utilisation, de préférence sous forme d'extrudés ou de billes. Par exemple, une des méthodes préférées de préparation du catalyseur utilisé dans le procédé de dismutation et/ou de transalkylation selon l'invention consiste à malaxer la zéolithe dans un gel humide de matrice (obtenu généralement par mélange d'au moins un acide et d'une poudre de matrice), par exemple d'alumine, pendant une durée nécessaire pour l'obtention d'une bonne homogénéité de la pâte ainsi obtenue, soit par exemple pendant une dizaine de minutes, puis à passer ladite pâte à travers une filière pour former des extrudés, par exemple de diamètre compris entre 0,4 et 4 mm. Puis, après séchage pendant quelques heures à 100 C en étuve et après calcination, par exemple pendant 2 heures à 400 C, l'élément, par exemple le rhénium, peut être déposé, par exemple par Imprégnation à sec d'une solution de perrhénate d'ammonium, ledit dépôt étant suivi d'une calcination finale, par exemple pendant 2 heures à 400 C. De manière préférée, le catalyseur obtenu est caractérisé par un coefficient de répartition macroscopique du métal, obtenu à partir de son profil déterminé par microsonde de Castaing, défini comme le rapport des concentrations dudit métal au coeur du grain par rapport au bord de ce même grain, compris de préférence entre 0,7 et 1,3, bornes incluses, et de manière encore plus préférée entre 0,8 et 1,2. De plus, de manière préférée, le catalyseur selon la présente invention, sous forme de billes ou d'extrudés, présente une valeur de l'écrasement en lit, déterminée selon la méthode Shell (SMS 1471-74) supérieure à 0,7 MPa. La préparation du catalyseur se termine généralement par une calcination, dite calcination finale, habituellement à une température comprise entre 250 et 600 C, de préférence précédée d'un séchage, par exemple à l'étuve, à une température généralement comprise entre la température ambiante et 250 C, de préférence entre 40 et 200 C. Ladite étape de séchage est de préférence menée pendant la montée en température nécessaire pour effectuer ladite calcination. On peut procéder ensuite à une réduction sous hydrogène, généralement à une température comprise entre 300 et 600 C, de préférence entre 350 et 550 C, et pour une durée comprise entre 1 et 10 heure (s), de préférence entre 2 et 5 heures. Une telle réduction peut avoir lieu ex situ ou in situ, par rapport au lieu d'utilisation dudit catalyseur dans une réaction donnée. Le catalyseur utilisé pour la mise en oeuvre du procédé de dismutation et/ou de transalkylation d'hydrocarbures alkyaromatiques selon la présente invention peut éventuellement contenir du soufre. Dans ce cas, le soufre est introduit sur le catalyseur mis en forme, calciné, contenant le ou les élément (s) cité (s) précédemment, soit in situ avant la réaction catalytique, soit ex situ. La sulfuration s'effectue en utilisant tout agent sulfurant bien connu de l'homme de métier, tel que par exemple le disulfure de diméthyle ou le sulfure d'hydrogène. La sulfuration éventuelle intervient après la réduction. Dans le cas d'une sulfuration in situ, la réduction, si le catalyseur n'a pas été préalablement réduit, Intervient avant la sulfuration. Dans le cas d'une sulfuration ex situ, on effectue la réduction puis la sulfuration. Conformément à l'invention, le catalyseur à base de zéolithe EUO, et en particulier de zéolithe EU-1, et d'un métal choisi dans le groupe formé par les métaux des groupes VIIB et VIB et l'iridium, de préférence le rhénium, est mis en oeuvre dans un procédé de dismutation et/ou de transalkylation d'hydrocarbures alkylaromatiques. De préférence l'invention vise la dismutation du toluène et la transalkylation du toluène et d'hydrocarbures alkylaromatiques généralement en Cg+ (c'est à dire à au moins 9 atomes de carbone par molécule), avec des mélanges totuène-ACg (où Arc9+ désigne lés hydrocarbures alkylaromatiques comportant au moins 9 atomes de carbone par molécule) pouvant contenir de 0 à 100% de ACg par rapport au mélange total. Par ailleurs, ce catalyseur permet de traiter des charges aromatiques C9+ contenant un pourcentage élevé de molécules aromatiques à 10 atomes de carbone et plus (supérieur à 5 % poids) et ainsi de valoriser ces molécules lourdes (comme par exemple les diméthyléthylbenzènes, les d ! éthytbenzènes, tes propytéthytbenzènes etc) Les conditions opératoires pour l'utilisation en dismutation et en transalkylation d'hydrocarbures alkylaromatiques sont généralement les suivantes : une température comprise entre 250 et 650 C et de préférence entre 350 et 550 C ; une pression comprise entre 1 et 6 MPa et de préférence entre 2 et 4, 5 MPa ; une vitesse spatiale d'alimentation (pph), exprimée en kilogramme de charge introduite par kilogramme de catalyseur et par heure, comprise entre 0, 1 et 10 h-1, de préférence entre 0, 5 et 6 h 1 et de manière très préférée entre 0, 5 et 4 h-1 ; un rapport molaire hydrogène sur hydrocarbures compris entre 2 et 20 et de préférence entre 3 et 12 mollmol. EXEMPLES Exemple 1 : Préparation d'un catalyseur à base de zéolithe EU-1 et de rhénium, conforme à l'invention. La matière première utilisée est une zéolithe de type structurai EUO, la zéolithe EU-1, brute de synthèse, comprenant le structurant organique, du silicium et de l'aluminium qui possède un rapport atomique Si/AI global égal à 13,7, et une teneur pondérale en sodium par rapport au poids en zéolithe EU-1 sèche d'environ 0,85 %. Cette zéolithe EU-1 subit tout d'abord une calcination dite sèche à 550 C sous flux d'air durant six heures. Puis le solide obtenu est soumis à trois échanges ioniques dans une solution de NH4NO3 10N, à environ 100 C, pendant 4 heures pour chaque échange. A l'issue de ces traitements, la zéolithe EU-1 sous forme NH4 a un rapport Si/AI atomique global égal à 15,2, et une teneur pondérale en sodium par rapport au poids de zéolithe EU- 1 sèche de 50 ppm. La zéolithe EU-1 est ensuite mise en forme par extrusion avec un gel d'alumine de manière à obtenir, après séchage et calcination sous air sec, un support S1 qui contient en poids 80% de zéolithe EU-1 et 20 % d'alumine. Une solution d'acide perrhénique est ensuite déposée par imprégnation à sec sur le support S1 de manière à déposer 0,31% poids de rhénium sur le solide. Le solide humide est ensuite séché à 120 C pendant 12 heures et calciné sous un débit d'air sec à la température de 500 C pendant une heure. Le catalyseur C1 ainsi obtenu contient en poids 79,8% de zéolithe EU-1 sous forme H, 19,9% d'alumine et 0,31% de rhénium. Il présente un coefficient de répartition du rhénium de 0, 93 déterminé par microsonde de Castaing. Exemple 2 : Performances catalytiques du catalyseur C1 en transalkylation d'hydrocarbures alkylaromatiques Les performances catalytiques du catalyseur C1 sont comparées avec celles d'un catalyseur antérieur (C2) à base de mordénite, de rapport Si/AI égal à 60, et préparé par imprégnation à sec d'un support constitué de 80% de mordénite et de 20% d'alumine par une solution de perrhénate d'ammonium pour introduire 0,29% poids de rhénium par rapport au catalyseur. Le catalyseur antérieur C2 présente un coefficient de répartition du rhénium de 0, 84 déterminé par microsonde de Castaing. Chacun des catalyseurs C1 et C2 est préalablement réduit sous hydrogène à 450 C pendant 2 heures. La masse de catalyseur chargée est de 5 grammes. Les tests catalytiques ont été réalisés dans les conditions opératoires suivantes : - température : 400 C pour le catalyseur C2 et 470 C pour le catalyseur C1. pression totale : 30 bar g - H2/HC : 5 mol/mol pour le catalyseur C2 et 5, 6 mol/mol pour le catalyseur C1. Le pph est ajusté de manière à pouvoir comparer les performances des catalyseurs à isoconversion avec une charge à traiter contenant 20 % de toluène et 80 % d'une charge A1, formée essentiellement de composés aromatiques à 9 (AC9) et 10 (AC10) atomes de carbone par molécule, contenant environ 15% d'AC10, dont la composition est donnée dans le tableau 1. Tableau 1 : Composition de la charge A1 Composés inclus dans % poids la charge A1 (%) Propylbenzène 6,13 Ethyltoluène 30,65 Triméthylbenzène 45, 25 Indane + Indène 1,46 Alkylbenzène (C10) 14,25 Méthylindane + 0,57 Méthylindène Naphtalène 0,71 AC11 0, 98 Les résultats des tests catalytiques pour chacun des catalyseurs C1 et C2 sont présentés dans le tableau 2. Tableau 2 Charge 20 % Toluène/80 % A1 Catalyseurs C1 C2 (conforme) (non conforme) Conv. globale (%) 52,0 52,0 Rendements (% poids) Légers C1-C4 13,1 11,5 Benzène 7,6 5,7 Xylènes 31,1 33,3 Ethylbenzène 0,2 1, 0 Lourds (AC11) 3, 3 4, 2 Le catalyseur à base de zéolithe EU-1 et comprenant du rhénium présente une sélectivité envers les différents produits de la réaction de transalkylation sensiblement différente de celle du catalyseur antérieur à base de mordénite (C2). En effet, même si le rendement benzène+xylènes obtenu avec chacun des deux catalyseurs est quasi identique, il convient de noter que le catalyseur à base de zéolithe EU-1 et de rhénium conduit à une production de benzène plus importante que celle obtenue avec le catalyseur antérieur alors que la production de xylènes est quant à elle amoindrie. Le faible rendement en éthylbenzène (0, 2% avec le catalyseur à base de zéolithe EU-1 contre 1, 0% avec le catalyseur à base de mordénite) constitue un avantage sensible de l'utilisation d'un catalyseur comprenant une zeolithe EU-1 et du rhénium dans un procédé de transalkylation car la séparation ultérieure du para-xylène du mélange de xylènes produit s'en trouve facilitée. Enfin, le rendement en légers est augmenté, notamment au détriment du rendement en lourds ce qui favorise en particulier la stabilité du catalyseur. Cette augmentation de la fraction légère C1-C4 est essentiellement due aux propriétés désalkylantes du catalyseur à base de zéolithe EU-1 et de rhénium. En effet, on peut constater à l'aide des résultats présentés dans le tableau 2 que le catalyseur C1, conforme à l'invention, désalkyle l'éthylbenzène, conduisant donc à la formation de molécules en C2. Le catalyseur à base de EU-1 est par conséquent plus performant que le catalyseur à base de mordénite pour la réaction de désalkylation, ce qui permet de valoriser les alkylaromatiques lourds comportant des groupements éthyles, propyles etc en xylènes et également en benzène. REVENDICATIONS 1 Procédé de dismutation et/ou de transalkylation d'hydrocarbures alkylaromatiques réalisé en présence d'un catalyseur comprenant au moins un liant, au moins une zéolithe de type structural EUO, présente au moins en partie sous forme acide et comprenant du silicium et au moins un élément T choisi dans le groupe formé par l'aluminium, le fer, le gallium et le bore, ledit catalyseur comprenant en outre au moins un métal choisi dans le groupe formé par les métaux des groupes VIIB et VIB de la Classification périodique des Eléments et l'iridium. 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le rapport Si/T atomique global de la zéolithe de type structural EUO est compris entre 5 et 100. 3 Procédé selon l'une des revendications 1 et 2 caractérisé en ce que la zéolithe de type structural EUO est la zéolithe EU-1. 4 Procédé selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que ledit métal choisi dans le groupe formé par les métaux des groupes VIIB et VIB et l'iridium est le rhénium. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que ledit catalyseur contient en outre au moins un métal choisi dans le groupe formé par les métaux des groupes IIIA et IVA de la Classification périodique des Eléments. 6 Procédé selon la revendication 5 caractérisé en ce que les métaux choisis dans le groupe formé par les métaux des groupes IIIA et IVA sont l'indium et l'étain. 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que ledit catalyseur comprend du soufre. 8 Procédé selon l'une des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que le métal choisi dans le groupe constitué par les métaux des groupes VIIB et VIB et l'iridium présente un coefficient de répartition macroscopique compris entre 0, 7 et 1, 3. 9 Procédé selon l'une des revendications 1 à 8 caractérisé en ce que la charge d'hydrocarbures alkylaromatiques à traiter par transalkylation comprend au moins 5% poids d'aromatiques ayant au moins 10 atomes de carbone 10 Procédé selon l'une des revendications 1 à 9 caractérisé en ce qu'il est réalisé à une température comprise entre 250 et 650 C ; à une pression comprise entre 1 et 6 MPa ; une vitesse spatiale d'alimentation, exprimée en kilogramme de charge introduite par kilogramme de catalyseur et par heure, comprise entre 0, 1 et 10 h-1 ; un rapport molaire hydrogène sur hydrocarbures compris entre 2 et 20.