Brevet FR3119556A1 — publié le 20220812

Procédé de préparation d’un catalyseur contenant une phase active à base d’un métal du groupe VIII et un support poreux comprenant les étapes suivantes : - mise en contact dudit support avec un composé organique comportant au moins de l’oxygène et/ou de l’azote ; - mise en contact du support poreux avec une solution contenant un précurseur de la phase active comprenant un métal du groupe VIII ; - séchage du précurseur de catalyseur à une température inférieure à 200°C pour obtenir un précurseur de catalyseur séché ; - calcination du précurseur de catalyseur séché à une température comprise entre 200°C et 1100°C sous flux de gaz inerte et/ou de gaz oxydant, étant entendue que la vitesse dudit flux gazeux, définie comme le débit massique dudit flux gazeux par volume de catalyseur par heure, est supérieure à 1 litre par gramme de catalyseur et par heure. Procédé de préparation d’un catalyseur de Fischer-Tropsch en présence d’un additif et d’une étape de calcination spécifique La présente invention concerne le domaine des réactions de synthèse d'hydrocarbures à partir d'un mélange de gaz comprenant du monoxyde de carbone et de l'hydrogène, généralement appelée synthèse Fischer-Tropsch. Plus particulièrement, la présente invention concerne le domaine de la préparation de catalyseurs utilisés dans les synthèses Fischer-Tropsch. Etat de la technique Les procédés de synthèse Fischer-Tropsch permettent d'obtenir une large gamme de coupes hydrocarbonées à partir du mélange CO + H 2 , communément appelé gaz de synthèse. L'équation globale de la synthèse Fischer-Tropsch peut s'écrire de la manière suivante : La synthèse Fischer-Tropsch est au cœur des procédés de conversion du gaz naturel, du charbon ou de la biomasse en carburants ou en intermédiaires pour l'industrie chimique. Ces procédés sont appelés GTL (« Gas to Liquids » selon la terminologie anglo-saxonne) dans le cas de l'utilisation de gaz naturel comme charge initiale, CTL (« Coal to Liquids » selon la terminologie anglo-saxonne) pour le charbon, et BTL (« Biomass to Liquids » selon la terminologie anglo-saxonne) pour la biomasse. Dans chacun de ces cas, la charge initiale est tout d'abord gazéifiée en un gaz de synthèse qui comprend un mélange de monoxyde de carbone et de dihydrogène. Le gaz de synthèse est ensuite transformé majoritairement en paraffines grâce à la synthèse Fischer-Tropsch, et ces paraffines peuvent ensuite être transformées en carburants par un procédé d'hydroisomérisation-hydrocraquage. Par exemple, des procédés de transformation tels que l'hydrocraquage, le déparaffinage, et l'hydroisomérisation des coupes lourdes (C16+) permettent de produire différents types de carburants dans la gamme des distillats moyens: gazole (coupe 180-370°C) et kérosène (coupe 140-300°C). Les fractions plus légères C5-C15 peuvent être distillées et utilisées comme solvants. La réaction de synthèse Fischer-Tropsch peut être réalisée dans différents types de réacteurs (lit fixe, mobile, ou triphasique (gaz, liquide, solide) par exemple de type autoclave parfaitement agité, ou colonne à bulles), et les produits de la réaction présentent notamment la caractéristique d'être exempts de composés soufrés, azotés ou de type aromatique. Dans une mise en œuvre dans un réacteur de type colonne à bulles (ou " slurry bubble column " selon la terminologie anglaise, ou encore " slurry " dans une expression simplifiée), qui met en œuvre un catalyseur divisé à l'état de poudre très fines, typiquement de l'ordre de quelques dizaines de micromètres, cette poudre formant une suspension avec le milieu réactionnel. La réaction Fischer-Tropsch se déroule de manière classique entre 1 et 4 MPa (10 et 40 bars), à des températures comprises traditionnellement entre 200°C et 350°C. La réaction est globalement exothermique, ce qui nécessite une attention particulière à la mise en œuvre du catalyseur. Les catalyseurs utilisés en synthèse Fischer-Tropsch sont le plus souvent des catalyseurs supportés à base d'alumine, de silice ou de silice-alumine ou de combinaisons de ces supports, la phase active étant principalement constituée de fer (Fe) ou de cobalt (Co) éventuellement dopée par un métal noble tel que le Pt, le Rh ou le Ru. L'ajout d'un composé organique sur les catalyseurs Fischer-Tropsch pour améliorer leur activité a été préconisé par l'Homme du métier. De nombreux documents décrivent l'utilisation de différentes gammes de composés organiques en tant qu’additifs, tels que des composés organiques contenant de l’azote et/ou des composés organiques contenant de l’oxygène. En particulier, les brevets US 5,856,260 et US 5,856,261 enseignent respectivement l'introduction, lors de la préparation du catalyseur, de polyols de formule générale CnH 2n+2 O x avec n un nombre entier compris entre 2 et environ 6, et x un entier compris entre 2 et 11 ou de sucres de type mono- ou disaccharides, le sucrose étant particulièrement préféré. La demande de brevet US 2005/0026776 enseigne l’utilisation de composés chélatants de type acide nitrilotriacétique (NTA), acide trans-1,2-cyclohexadiamine-N,N,N’,N’ tétraacétique (CyDTA) ou acide éthylènediaminetétraacétique (EDTA), ou encore de glycine, d’acide aspartique ou d’acide citrique pour l'obtention d'un catalyseur à taille réduite de cristallites Co 3 O 4 . D’autres documents enseignent l’utilisation de polyéthers (WO2014/092278 et WO2015/183061), d’acide glyoxylique (WO2015/183059), d’acides dicarboxyliques insaturés (US2011/0028575) ou encore d’acides carboxyliques multifonctionnels de formule HOOC-(CRR 1 ) n -COOH avec n≥ 1 dans la préparation de catalyseurs Fischer-Tropsch (WO98/47618). La demande de brevet US2014/0353213 décrit l’utilisation de lactames ou d’esters cycliques de type lactone contenant un atome d’oxygène dans le cycle (β-propiolactone, γ-butyrolactone, δ-valerolactone) ou plusieurs atomes d’oxygène dans le cycle (carbonate de propylène) pour augmenter l’activité d’un catalyseur de type CoMo ou NiMo utilisé en hydrodésulfuration d’une coupe diesel. Le document WO2012/013866 divulgue l’utilisation d’un oligosaccharide cyclique, notamment de la cyclodextrine, comme additif d’un catalyseur Fischer-Tropsch. Ce document décrit aussi l’utilisation d’un support à base de silice-alumine contenant optionnellement une spinelle. Enfin, le document FR3050659 divulgue un catalyseur contenant une phase active de cobalt, déposée sur un support comprenant de l'alumine, de la silice ou de la silice-alumine, ledit support contenant une phase d'oxyde mixte contenant du cobalt et/ou du nickel, ledit catalyseur ayant été préparé en introduisant au moins un composé organique comportant au moins une fonction ester lors de sa préparation. Poursuivant ses recherches dans l’amélioration des performances des catalyseurs dans le domaine de la synthèse de Fischer-Tropsch, la Demanderesse a découvert de manière surprenante que le recours à une étape de calcination spécifique après l’ajout de la phase active et du composé organique (additif) sur le support permet d’augmenter de manière significative l’activité catalytique du catalyseur tout en conservant une bonne sélectivité. Quand bien même l’étape de calcination du précurseur de catalyseur engendre la décomposition au moins en partie, voire totale, du composé organique présent sur le support du catalyseur, ce dernier a laissé une empreinte sur le catalyseur. Objets de l’invention La présente invention a pour objet un procédé de préparation d’un catalyseur contenant une phase active à base d’au moins un métal du groupe VIII et un support poreux à base d’alumine, de silice, ou de silice-alumine, ledit catalyseur étant préparé par au moins les étapes suivantes : a) une étape de mise en contact dudit support avec au moins un composé organique comportant au moins de l’oxygène et/ou de l’azote ; b) une étape de mise en contact dudit support poreux avec au moins une solution contenant au moins un précurseur de la phase active comprenant au moins un métal du groupe VIII, les étapes a) et b) pouvant être réalisées séparément, dans un ordre indifférent, ou simultanément, c) une étape de séchage du précurseur de catalyseur obtenu à l’issue de l’enchaînement des étapes a) et/ou b) à une température inférieure à 200°C pour obtenir un précurseur de catalyseur séché ; d) une étape de calcination du précurseur de catalyseur séché obtenu à l’issue de l’étape c) à une température comprise entre 200°C et 1100°C sous flux de gaz inerte et/ou de gaz oxydant, étant entendue que la vitesse dudit flux gazeux, définie comme le débit volumique dudit flux gazeux par masse de catalyseur par heure, est supérieure à 1 litre par gramme de catalyseur et par heure. Avantageusement, la vitesse du flux gazeux à l’étape d) est comprise entre 1,5 et 5 litres par gramme de catalyseur et par heure. Avantageusement, l’étape a) est réalisée avant l’étape b). Selon un ou plusieurs modes de réalisation, ledit composé organique est choisi parmi un composé comportant une ou plusieurs fonctions chimiques choisies parmi une fonction carboxylique, alcool, ester, amine, amide, éther, dilactone, carboxyanhydride, aldéhyde, cétone, nitrile, imide, oxime, urée. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, ledit composé organique comporte au moins une fonction carboxylique choisi parmi l’acide éthanedioïque (acide oxalique), l’acide propanedioïque (acide malonique), l’acide butanedioïque (acide succinique), l’acide 4-oxopentanoïque (acide lévulinique) et l’acide 3-carboxy-3-hydroxypentanedioïque (acide citrique). Selon un ou plusieurs modes de réalisation, ledit composé organique comporte au moins une fonction alcool choisi parmi le méthanol, l’éthanol, le phénol, l’éthylène glycol, le propane-1,3-diol, le glycérol, le sorbitol, le diéthylène glycol, les polyéthylène glycol ayant une masse molaire moyenne inférieure à 600 g/mol, le glucose, le fructose et le sucrose sous l’une quelconque de leurs formes isomères. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, ledit composé organique comporte au moins une fonction ester choisi parmi une γ-lactone ou une δ-lactone contenant entre 4 et 8 atomes de carbone, la γ-butyrolactone, la g-valérolactone, le laurate de méthyle, le malonate de diméthyle, le succinate de diméthyle et le carbonate de propylène. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, ledit composé organique comporte au moins une fonction amine choisi parmi l’aniline, l’éthylènediamine, le diaminohexane, la tétraméthylènediamine, l’hexaméthylènediamine, la tétraméthyléthylènediamine, la tétraéthyléthylènediamine, la diéthylènetriamine et la triéthylènetétramine. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, ledit composé organique comporte au moins une fonction amide choisi parmi la formamide, la N-méthylformamide, la N,N-diméthylformamide, la 2-pyrrolidone, la N-méthyl-2-pyrrolidone, la gamma-valérolactame et la N,N′-diméthylurée. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, ledit composé organique comporte au moins une fonction carboxyanhydride choisi dans le groupe des O-carboxyanhydrides constitué par la 5-méthyl-1,3-dioxolane-2,4-dione et l’acide 2,5-dioxo-1,3-dioxolane-4-propanoïque, ou dans le groupe des N-carboxyanhydrides constitué par la 2,5-oxazolidinedione et la 3,4-diméthyl-2,5-oxazolidinedione. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, ledit composé organique comporte au moins une fonction dilactone choisi dans le groupe des dilactones cycliques de 4 chaînons constitué par la 1,2-dioxétanedione, ou dans le groupe des dilactones cycliques de 5 chaînons constitué par la 1,3-dioxolane-4,5-dione, la 1,5-dioxolane-2,4-dione, et la 2,2-dibutyl-1,5-dioxolane-2,4-dione, ou dans le groupe des dilactones cycliques de 6 chaînons constitué par la 1,3-dioxane-4,6-dione, la 2,2-diméthyl-1,3-dioxane-4,6-dione, la 2,2,5-triméthyl-1,3-dioxane-4,6-dione, la 1,4-dioxane-2,5-dione, la 3,6-diméthyl-1,4-dioxane-2,5-dione, la 3,6-diisopropyl-1,4-dioxane-2,5-dione, et la 3,3-ditoluyl-6,6-diphényl-1,4-dioxane-2,5-dione, ou dans le groupe des dilactones cycliques de 7 chaînons constitué par la 1,2-dioxépane-3,7-dione, la 1,4-dioxépane-5,7-dione, la 1,3-dioxépane-4,7-dione et la 5-hydroxy-2,2-diméthyl-1,3-dioxépane-4,7-dione. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, ledit composé organique comporte au moins une fonction éther comportant au maximum deux fonctions éthers, et ne comportant pas de groupe hydroxyle, choisi dans le groupe des éthers linéaires constitué par le diéthyl éther, le dipropyl éther, le dibutyl éther, le methyl tert-butyl éther, le diisopropyl éther, le di-tert-butyl éther, le méthoxybenzène, le phényl vinyl éther, l’isopropyl vinyl éther et l’isobutyl vinyl éther, ou dans le groupe des éthers cycliques constitué par le tétrahydrofurane, 1,4-dioxane et la morpholine. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le rapport molaire de composé organique comportant introduit lors de l’étape a) par rapport à l’élément de métal du groupe VIII introduit à l’étape b) est compris entre 0,01 et 2,0 mol/mol. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, la teneur en métal du groupe VIII introduit lors de l’étape b) est comprise entre 1 et 60 % poids exprimé en élément métallique du groupe VIII par rapport au poids total du catalyseur. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, le métal du groupe VIII est le cobalt. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, ledit procédé comprend une étape a0) dans laquelle on met en contact ledit support poreux avec au moins une solution contenant au moins un précurseur de cobalt et/ou de nickel, puis on sèche et on calcine à une température entre 700°C et 1200°C, de manière à obtenir une phase d’oxyde mixte contenant du cobalt et/ou du nickel dans le support. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, la teneur de la phase d’oxyde mixte dans le support est comprise entre 0,1 et 50% en poids par rapport au poids total du support. Selon un ou plusieurs modes de réalisation, la teneur en silice dudit support est comprise entre 0,5% poids à 30% poids par rapport au poids du support avant la formation de la phase d’oxyde mixte lorsque le support est une silice-alumine. Un autre aspect de l’invention concerne un procédé Fischer-Tropsch de synthèse d'hydrocarbures comprenant la mise en contact d'une charge comprenant du gaz de synthèse avec au moins un catalyseur obtenu par le procédé de préparation selon l’invention sous une pression totale comprise entre 0,1 et 15 MPa, sous une température comprise entre 150°C et 350°C, et à une vitesse volumique horaire comprise entre 100 et 20000 volumes de gaz de synthèse par volume de catalyseur et par heure avec un rapport molaire H 2 /CO du gaz de synthèse entre 0,5 et 4. Procédé de préparation d’un catalyseur contenant une phase active à base d’au moins un métal du groupe VIII et un support poreux à base d’alumine, de silice, ou de silice-alumine, ledit catalyseur étant préparé par au moins les étapes suivantes : a) on met en contact ledit support avec au moins un composé organique comportant au moins de l’oxygène et/ou de l’azote ; b) on met en contact ledit support poreux avec au moins une solution contenant au moins un précurseur de la phase active comprenant au moins un métal du groupe VIII, les étapes a) et b) pouvant être réalisées séparément, dans un ordre indifférent, ou simultanément, c) on sèche le précurseur de catalyseur obtenu à l’issue de l’enchaînement des étapes a) et b) à une température inférieure ou égale à 200°C pour obtenir un précurseur de catalyseur séché ; d) on calcine le précurseur de catalyseur séché obtenu à l’issue de l’étape c) à une température supérieure à 200°C et inférieure ou égale à 1100°C sous flux de gaz inerte et/ou de gaz oxydant, étant entendue que la vitesse dudit flux gazeux, définie comme le débit massique dudit flux gazeux par volume de catalyseur par heure, est supérieure à 1 litre par gramme de catalyseur et par heure. Procédé selon la revendication 1, dans lequel à l’étape d) la vitesse du flux gazeux est comprise entre 1,5 et 5 litres par gramme de catalyseur et par heure. Procédé selon l’une des revendications 1 ou 2, dans lequel l’étape a) est réalisée avant l’étape b). Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel ledit composé organique est choisi parmi un composé comportant une ou plusieurs fonctions chimiques choisies parmi une fonction carboxylique, alcool, ester, amine, amide, éther, dilactone, carboxyanhydride, aldéhyde, cétone, nitrile, imide, oxime, urée. Procédé selon la revendication 4, dans lequel ledit composé organique comporte au moins une fonction carboxylique choisi parmi l’acide éthanedioïque (acide oxalique), l’acide propanedioïque (acide malonique), l’acide butanedioïque (acide succinique), l’acide 4-oxopentanoïque (acide lévulinique) et l’acide 3-carboxy-3-hydroxypentanedioïque (acide citrique). Procédé selon la revendication 4, dans lequel ledit composé organique comporte au moins une fonction alcool choisi parmi le méthanol, l’éthanol, le phénol, l’éthylène glycol, le propane-1,3-diol, le glycérol, le sorbitol, le diéthylène glycol, les polyéthylène glycol ayant une masse molaire moyenne inférieure à 600 g/mol, le glucose, le fructose et le sucrose sous l’une quelconque de leurs formes isomères. Procédé selon la revendication 4, dans lequel ledit composé organique comporte au moins une fonction ester choisi parmi une γ-lactone ou une δ-lactone contenant entre 4 et 8 atomes de carbone, la γ-butyrolactone, la g-valérolactone, le laurate de méthyle, le malonate de diméthyle, le succinate de diméthyle et le carbonate de propylène. Procédé selon la revendication 4, dans lequel ledit composé organique comporte au moins une fonction amine choisi parmi l’aniline, l’éthylènediamine, le diaminohexane, la tétraméthylènediamine, l’hexaméthylènediamine, la tétraméthyléthylènediamine, la tétraéthyléthylènediamine, la diéthylènetriamine et la triéthylènetétramine. Procédé selon la revendication 4, dans lequel ledit composé organique comporte au moins une fonction amide choisi parmi la formamide, la N-méthylformamide, la N,N-diméthylformamide, la 2-pyrrolidone, la N-méthyl-2-pyrrolidone, la gamma-valérolactame et la N,N′-diméthylurée. Procédé selon la revendication 4, dans lequel ledit composé organique comporte au moins une fonction carboxyanhydride choisi dans le groupe des O-carboxyanhydrides constitué par la 5-méthyl-1,3-dioxolane-2,4-dione et l’acide 2,5-dioxo-1,3-dioxolane-4-propanoïque, ou dans le groupe des N-carboxyanhydrides constitué par la 2,5-oxazolidinedione et la 3,4-diméthyl-2,5-oxazolidinedione. Procédé selon la revendication 4, dans lequel ledit composé organique comporte au moins une fonction dilactone choisi dans le groupe des dilactones cycliques de 4 chaînons constitué par la 1,2-dioxétanedione, ou dans le groupe des dilactones cycliques de 5 chaînons constitué par la 1,3-dioxolane-4,5-dione, la 1,5-dioxolane-2,4-dione, et la 2,2-dibutyl-1,5-dioxolane-2,4-dione, ou dans le groupe des dilactones cycliques de 6 chaînons constitué par la 1,3-dioxane-4,6-dione, la 2,2-diméthyl-1,3-dioxane-4,6-dione, la 2,2,5-triméthyl-1,3-dioxane-4,6-dione, la 1,4-dioxane-2,5-dione, la 3,6-diméthyl-1,4-dioxane-2,5-dione, la 3,6-diisopropyl-1,4-dioxane-2,5-dione, et la 3,3-ditoluyl-6,6-diphényl-1,4-dioxane-2,5-dione, ou dans le groupe des dilactones cycliques de 7 chaînons constitué par la 1,2-dioxépane-3,7-dione, la 1,4-dioxépane-5,7-dione, la 1,3-dioxépane-4,7-dione et la 5-hydroxy-2,2-diméthyl-1,3-dioxépane-4,7-dione. Procédé selon la revendication 4, dans lequel ledit composé organique comporte au moins une fonction éther comportant au maximum deux fonctions éthers, et ne comportant pas de groupe hydroxyle, choisi dans le groupe des éthers linéaires constitué par le diéthyl éther, le dipropyl éther, le dibutyl éther, le methyl tert-butyl éther, le diisopropyl éther, le di-tert-butyl éther, le méthoxybenzène, le phényl vinyl éther, l’isopropyl vinyl éther et l’isobutyl vinyl éther, ou dans le groupe des éthers cycliques constitué par le tétrahydrofurane, 1,4-dioxane et la morpholine. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 12, dans lequel le rapport molaire du composé organique introduit lors de l’étape a) par rapport à l’élément de métal du groupe VIII introduit à l’étape b) est compris entre 0,01 et 2,0 mol/mol. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 13, dans lequel la teneur en métal du groupe VIII introduit lors de l’étape b) est comprise entre 1 et 60 % poids exprimé en élément métallique du groupe VIII par rapport au poids total du catalyseur. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 14 dans lequel le métal du groupe VIII est le cobalt. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 15, comprenant une étape a0) dans laquelle on met en contact ledit support poreux avec au moins une solution contenant au moins un précurseur de cobalt et/ou de nickel, puis on sèche et on calcine à une température entre 700°C et 1200°C, de manière à obtenir une phase d’oxyde mixte contenant du cobalt et/ou du nickel dans le support. Procédé selon la revendication 16 dans lequel la teneur de la phase d’oxyde mixte dans le support est comprise entre 0,1 et 50% en poids par rapport au poids total du support. Procédé selon l’une des revendications 16 ou 17, dans lequel la teneur en silice dudit support est comprise entre 0,5% poids à 30% poids par rapport au poids du support avant la formation de la phase d’oxyde mixte lorsque le support est une silice-alumine. Procédé Fischer-Tropsch de synthèse d'hydrocarbures comprenant la mise en contact d'une charge comprenant du gaz de synthèse avec au moins un catalyseur obtenu par le procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 18 sous une pression totale comprise entre 0,1 et 15 MPa, sous une température comprise entre 150°C et 350°C, et à une vitesse volumique horaire comprise entre 100 et 20000 volumes de gaz de synthèse par volume de catalyseur et par heure avec un rapport molaire H 2 /CO du gaz de synthèse entre 0,5 et 4.