Brevet FR3129611A1 — publié le 20230602

L’invention décrit un catalyseur d’hydrocraquage sélectif envers la coupe naphta et le procédé d’hydrocraquage utilisant ledit catalyseur, ledit catalyseur comprenant au moins un élément hydro-déshydrogénant choisi dans le groupe formé par les éléments du groupe VIB et du groupe VIII non noble pris seul ou en mélange de la classification périodique, et un support comprenant au moins une matrice minérale poreuse, une zéolithe Y présentant un paramètre cristallin initial a0 de la maille élémentaire supérieur à 24,42 Å, et une zéolithe Beta, dans lequel le rapport pondéral de ladite zéolithe Y sur ladite zéolithe Beta dans le catalyseur est strictement supérieur à 12. CATALYSEUR D’HYDROCRAQUAGE COMPRENANT UNE ZEOLITHE Y SPECIFIQUE POUR LA PRODUCTION DE NAPHTA Domaine de l'invention L’invention concerne un catalyseur d’hydrocraquage à base de zéolithe USY ainsi que son utilisation pour la production de naphta par hydrocraquage de coupes pétrolières de type distillats sous vide et gazole. Ce type de procédé est notamment utilisé dans les schémas destinés à la conversion de charges hydrocarbonées pour la production d’intermédiaires pétrochimiques et carburants essences. Les catalyseurs d’hydrocraquage sont généralement classés sur la base de la nature de leur fonction acide, en particulier les catalyseurs comprenant une fonction acide amorphe de type silice alumine et les catalyseurs comprenant une fonction craquante zéolithique telle que la zéolithe Y ou la zéolithe beta. Les catalyseurs d’hydrocraquage sont également classés en fonction du produit majoritaire obtenu lors de leur utilisation dans un procédé d’hydrocraquage, les deux produits principaux étant les distillats moyens et le naphta. On entend par coupe naphta ou naphta, la fraction pétrolière ayant un point d’ébullition inférieur à la coupe distillats moyens. La coupe distillats moyens présente généralement un point de coupe compris entre 150°C et 370°C pour maximiser la production de kérosène et de gazole. Néanmoins, dans le cas de procédé orienté spécifiquement à la production de naphta par exemple, le point de coupe inférieur de la coupe distillats moyens peut être augmenté pour accroître les rendements en naphta. Dans ce but, la coupe naphta peut présenter des points d’ébullition compris entre celui des composés hydrocarbonés ayant 6 atomes de carbones par molécule (ou 68°C de point d’ébullition) jusqu’à 216°C et inclut la coupe essence. Il existe une forte demande pour les coupes essences et naphta. C’est la raison pour laquelle les raffineurs se sont focalisés depuis plusieurs années sur les catalyseurs d’hydrocraquage sélectifs envers la coupe naphta. Il est connu d’utiliser des catalyseurs à base de zéolithe de type FAU pour produire une coupe naphta. Le brevet US7611689 (Shell) décrit une zéolithe Y de type FAU, un catalyseur comprenant ladite zéolithe, sa préparation et son utilisation dans un procédé d’hydrocraquage. En particulier, la zéolithe FAU présente un paramètre de maille compris entre 24,40 et 24,50 angströms (Å), un rapport molaire silice sur alumine (SAR) compris entre 5 et 10, et une teneur en métal alcalin inférieure à 0,15% poids. Il est mis en évidence que de telles zéolithes présentent une sélectivité élevée envers la coupe naphta et en particulier une sélectivité élevée envers la coupe naphta lourde, lorsqu’elles sont utilisées dans un procédé d’hydrocraquage. La demande de brevet WO11067258 (Shell) décrit la préparation d’une zéolithe FAU ayant un paramètre de maille compris entre 24,42 et 24,52 angströms (Å), un rapport molaire silice sur alumine (SAR) compris entre 10 et 15, et une surface comprise entre 910 et 1020 m2/g. la famille enseigne que le catalyseur comprenant cette zéolithe est particulièrement sélectif envers la coupe naphta lorsqu’il est utilisé dans un procédé de conversion de coupes hydrocarbonées. La demande de brevet WO040487988 (Shell) décrit un procédé d’hydrocraquage utilisant un catalyseur comprenant une zéolithe Y ayant un paramètre de maille faible compris entre 24,10 et 24,40 angströms (Å), un rapport molaire silice sur alumine (SAR) supérieur à 12 et de préférence compris entre 20 et 100 et une surface spécifique BET supérieure à 850 m2/g et un volume microporeux supérieur à 0,28 ml/g. WO040487988 enseigne que les zéolithes ayant un faible paramètre de maille sont connues pour être sélectives envers la coupe distillats moyens mais moins actives que les zéolithes ayant un paramètre de maille plus élevé. Les catalyseurs comprenant les zéolithes à faible paramètre de maille selon l’invention de WO040487988 permettent néanmoins d’obtenir l’activité élevée combinée à une bonne sélectivité en distillats moyens. D’autres catalyseurs à base de zéolithe Y et Beta peuvent également être utilisés. Le brevet US7510645 (UOP) décrit un catalyseur d’hydrocraquage contenant une zéolithe Beta et une zéolithe Y, la zéolithe Y ayant un paramètre de maille compris entre 24,38 et 24,50 angströms (Å), le catalyseur étant caractérisé par un ratio massique Y/Beta compris entre 5 et 12. Le catalyseur présente une proportion en zéolithe Y relativement élevée par rapport à la proportion en zéolithe Beta. Il est mis en évidence que ces catalyseurs présentent une sélectivité et une activité améliorée comparées aux catalyseurs classiques commerciaux. Il est également décrit un procédé d’hydrocraquage utilisant lesdits catalyseurs à haute température et haute pression pour convertir une charge hydrocarbonée en un produit ayant un point d’ébullition et un poids moléculaire inférieur. En particulier, le produit obtenu comprend une large proportion en composant bouillant dans la gamme de température de la coupe naphta (C6-216°C). En tentant de développer un nouveau catalyseur d’hydrocraquage sélectif envers la coupe naphta, le demandeur a découvert, de manière surprenante, qu’un catalyseur comprenant au moins un élément hydro-déshydrogénant choisi dans le groupe formé par les éléments du groupe VIB et du groupe VIII non nobles de la classification périodique, et un support comprenant au moins une matrice minérale poreuse, une zéolithe Y présentant un paramètre cristallin initial a0 de la maille élémentaire strictement inférieur à 24,40 Å, une surface spécifique BET comprise entre 700 et 1000 m2/g, un volume microporeux déterminée par adsorption d’azote supérieur à 0,28 ml/g et une acidité de Bronsted supérieure à 300 micromole/g permet d’obtenir une sélectivité améliorée vers la coupe naphta, notamment par rapport aux catalyseurs de l’état de la technique. Objet de l'invention Plus précisément, la présente invention concerne un catalyseur d’hydrocraquage sélectif envers la coupe naphta, comprenant au moins un élément hydro-déshydrogénant choisi dans le groupe formé par les éléments du groupe VIB et du groupe VIII non noble pris seul ou en mélange de la classification périodique, et un support comprenant au moins une matrice minérale poreuse, une zéolithe Y présentant un paramètre cristallin initial a0 de la maille élémentaire strictement inférieur à 24,40 Å, une surface spécifique BET comprise entre 700 et 1000 m2/g, un volume microporeux déterminée par adsorption d’azote supérieur à 0,28 ml/g et une acidité de Bronsted supérieure à 300 micromole/g. La présente invention concerne avantageusement un catalyseur d’hydrocraquage comprenant au moins un élément hydro-déshydrogénant choisi dans le groupe formé par les éléments du groupe VIB et du groupe VIII non noble pris seul ou en mélange de la classification périodique, et un support comprenant au moins une matrice minérale poreuse, une zéolithe Y présentant un paramètre cristallin initial a0 de la maille élémentaire inférieur à 24,40 Å, une surface spécifique BET comprise entre 700 et 1000 m2/g, un volume microporeux déterminée par adsorption d’azote supérieur à 0,28 ml/g et une acidité de Bronsted supérieure à 300 micromole/g. Un autre objet de la présente invention est un procédé d’hydrocraquage d’une charge hydrocarbonée en présence dudit catalyseur. Un avantage de la présente invention est de fournir un catalyseur d’hydrocraquage permettant l’obtention d’une sélectivité améliorée vers la coupe naphta lorsque ledit catalyseur est utilisé dans un procédé d’hydrocraquage selon l’invention, comparativement aux catalyseurs de l’état de l’art. Dans la présente invention, la sélectivité des catalyseurs d’hydrocraquage pour la production de naphta est déterminée pendant un test catalytique et correspond à la fraction, en pourcentage poids, du produit bouillant dans la gamme de la coupe naphta, c’est-à-dire entre la température d’ébullition des composés hydrocarbonés ayant 6 atomes de carbones par molécule (ou 68°C de point d’ébullition) jusqu’à 216°C, par rapport à la masse totale de produit en sortie du procédé. Selon un mode de réalisation avantageux, le catalyseur selon l’invention comprend également une zéolithe beta. Un avantage du mode de réalisation avantageux de la présente invention est de fournir un catalyseur d’hydrocraquage comprenant ladite zéolithe Y présentant les caractéristiques spécifiques revendiquées et une zéolithe béta dans un rapport massique Y/beta spécifique permettant non seulement l’obtention d’une sélectivité améliorée vers la coupe naphta lorsque ledit catalyseur est utilisé dans un procédé d’hydrocraquage selon l’invention, mais également une activité améliorée par rapport aux catalyseurs de l’art antérieur. Dans la présente invention, l’activité convertissante des catalyseurs d’hydrocraquage pour la production de naphta est déterminée pendant un test catalytique en comparant la température à laquelle le catalyseur doit être mis en œuvre pour produire au moins 65%pds de produits ayant un point d’ébullition inférieur à 216°C. Plus la température requise est faible, plus le catalyseur est actif. Cette diminution de température permet par exemple de limiter la consommation énergétique du procédé et d’accroître la durée de cycle d’utilisation du catalyseur, voire de traiter des charges moins réactives sans modification de la capacité et du schéma de procédé. Dans toute la suite du texte, on entend par surface spécifique, la surface spécifique B.E.T (SBET) déterminée par adsorption d’azote conformément à la norme ASTM 4365-19 établie à partir de la méthode BRUNAUER-EMMETT-TELLER décrite dans le périodique « The Journal of American Society », 60, 309, (1938). L’analyse de la texture par adsorption d’azote permet également de déterminer le volume microporeux, i.e. volume de pores dont l’ouverture est inférieure à 2 nm. Avant analyse, la poudre de zéolithe est activée à 500°C pendant 5h. De la même manière, le volume des mésopores est déterminé par adsorption d’azote. Dans toute la suite du texte, par « micropores », on entend des pores dont l’ouverture est inférieure à 2 nm, et par « mésopores », les pores dont l’ouverture est supérieure à 2 nm. Dans toute la suite du texte, l’acidité de Brønsted de la zéolithe Y est mesurée par adsorption et thermodésorption consécutive de pyridine suivie par spectroscopie infrarouge (FTIR). Cette méthode est conventionnellement utilisée pour caractériser les solides acides telles que les zéolithes Y comme décrit dans le périodique C. A. Emeis « Journal of Catalysis», 141,347, (1993). Avant analyse, la poudre de zéolithe est compactée sous la forme d’une pastille de 16 mm de diamètre et est activée sous vide secondaire à 450°C. L’introduction de la pyridine en phase gazeuse en contact avec la pastille activée ainsi que l’étape de thermodésorption sont réalisées à 150°C. La concentration d’ion pyridinium détectée par FTIR après thermodésorption à 150°C correspond à l’acidité de Brønsted de la zéolithe et est exprimée en micromole/g. Dans le sens de la présente invention, les différents modes de réalisation présentés peuvent être utilisés seul ou en combinaison les uns avec les autres, sans limitation de combinaison. Dans le sens de la présente invention, les différentes plages de paramètres pour une étape donnée telles que les plages de pression et les plages de température peuvent être utilisées seules ou en combinaison. Par exemple, dans le sens de la présente invention, une plage préférée de valeurs de pression peut être combinée avec une plage de valeurs de température plus préférée. Dans la suite du texte, 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, et le groupe VIB aux métaux de la colonne 6. Dans la suite du texte, les expressions « compris entre … et … » et « entre …. et … » sont équivalentes et signifient que les valeurs limites de l’intervalle sont incluses dans la gamme de valeurs décrite. Si tel n’était pas le cas et que les valeurs limites n’étaient pas incluses dans la gamme décrite, une telle précision sera apportée par la présente invention. Catalyseur d’hydrocraquage comprenant au moins un élément hydro-déshydrogénant choisi dans le groupe formé par les éléments du groupe VIB et du groupe VIII non nobles de la classification périodique, pris seuls ou en mélange, et un support comprenant au moins une matrice minérale poreuse, une zéolithe Y présentant un paramètre cristallin initial a0 de la maille élémentaire strictement inférieur à 24,40 Å, une surface spécifique BET comprise entre 700 et 1000 m2/g, un volume microporeux déterminée par adsorption d’azote supérieur à 0,28 ml/g et une acidité de Bronsted supérieure à 300 micromole/g . Catalyseur selon la revendication 1 dans lequel les éléments du groupe VIII sont choisis parmi le fer, le cobalt, le nickel, pris seuls ou en mélange et de manière préférée parmi le nickel et le cobalt, la teneur en élément du groupe VIII étant comprise entre 0,5 et 8% en poids d'oxyde, de manière préférée entre 0,5 et 6% en poids d'oxyde et de manière très préférée entre 1,0 et 4% en poids d'oxyde, par rapport au poids total dudit catalyseur. Catalyseur selon l'une des revendications 1 ou 2 dans lequel les éléments du groupe VIB sont choisis parmi le tungstène et le molybdène, pris seuls ou en mélange, la teneur en élément du groupe VIB étant comprise entre 1 et 30% en poids d'oxyde, de manière préférée entre 2 et 25% en poids d'oxyde, de manière très préférée entre 5 et 20% en poids d'oxyde, et de manière encore plus préférée entre 5 et 16% en poids d’oxyde, par rapport au poids total dudit catalyseur. Catalyseur selon l'une des revendications 1 à 3 dans lequel ladite zéolithe Y présente une acidité de Bronsted supérieure à 300 micromole/g, de préférence comprise entre 320 et 500 micromole/g et de manière préférée entre comprise entre 325 et 425 micromole/g. Catalyseur selon l'une des revendications 1 à 4 dans lequel le paramètre cristallin initial a0 de la maille élémentaire de la zéolithe Y est compris entre 24,30 et 24,39 Å, de préférence compris entre 24,32 et 24,39 Å, de manière préférée compris entre 24,32 et 24,38 Å, et de manière très préférée compris entre 24,34 Å et 24,38 Å. Catalyseur selon l'une des revendications 1 à 5 dans lequel le support comprend également une zéolithe Béta, le rapport pondéral de ladite zéolithe Y sur ladite zéolithe Beta dans le catalyseur est compris entre 1 et 40. Catalyseur selon l'une des revendications 1 à 6 dans lequel le catalyseur présente une teneur en zéolithe Y comprise entre 7 et 78% poids par rapport au poids total dudit catalyseur. Catalyseur selon l'une des revendications 1 à 7 dans lequel dans le cas où une zéolithe Béta est présente dans la formulation du catalyseur, ledit catalyseur présente une teneur en zéolithe Béta comprise entre 2 et 39% poids par rapport au poids total dudit catalyseur. Catalyseur selon l'une des revendications 1 à 8 dans lequel ledit catalyseur présente une teneur en au moins une matrice minérale poreuse comprise entre 4 et 81% poids par rapport au poids total dudit catalyseur. Procédé d'hydrocraquage d'au moins une charge hydrocarbonée dont au moins 50% poids des composés présentent un point d’ébullition initial supérieur à 300°C et un point d’ébullition final inférieur à 650°C, à une température comprise entre 200°C et 480°C, à une pression totale comprise entre 1 MPa et 25 MPa, avec un ratio volume d’hydrogène par volume de charge hydrocarbonée compris entre 80 et 5000 litres par litre et à une Vitesse Volumique Horaire (VVH) définie par le rapport du débit volumique de charge hydrocarbonée par le volume de catalyseur chargé dans le réacteur comprise entre 0,1 et 50 h-1, en présence du catalyseur selon l’une des revendications 1 à 9.