Nouveau liquide ionique Gemini pour la désulfuration oxydative du gazole

Mar 19, 2024

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 6198 (2023) Citer cet article

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Le liquide ionique dichlorure de N1,N1,N3,N3-tétraméthyl –N1,N3-diphénylpropane-1,3-diaminium (ILc) est un catalyseur respectueux de l'environnement pour la désulfuration oxydative-extractive du gazole (teneur en soufre = 2400 ppm) dans le présence de H2O2 comme agent oxydant. La structure précise de l'IL préparée a été confirmée par spectroscopie FT-IR et 1H-RMN. La température de réaction, les ratios IL, le dosage de H2O2 et le temps de réaction ont été étudiés pour évaluer leurs effets sur l'efficacité de la désulfuration. Les paramètres thermodynamiques de la réaction d'oxydation ont été déterminés. Une efficacité de désulfuration de 84,7 % a été obtenue après le processus de désulfuration extractive utilisant de l'acétonitrile comme solvant organique à un rapport solvant/alimentation de 1:1 (v/v). De plus, l'IL préparé peut être réutilisé pendant au moins six cycles sans aucun changement significatif dans ses performances de désulfuration ou sa structure chimique, ce qui confirme sa grande réutilisabilité.

Les composés soufrés présents dans les combustibles fossiles représentent un défi important pour les raffineries de pétrole1. Les oxydes de soufre (SOx) formés lors de la combustion de combustibles fossiles contenant du soufre contribuent largement à une grave pollution atmosphérique, en particulier les pluies acides et le temps brumeux2. L'hydrodésulfuration (HDS) est un processus important dans le raffinage du pétrole. Il est couramment utilisé pour la désulfuration du pétrole, utilisant des catalyseurs métalliques pour convertir le soufre organique présent dans les carburants en sulfure d'hydrogène et en hydrocarbures associés3,4,5. Le HDS est largement utilisé dans l’industrie pour éliminer efficacement les sulfures avec de faibles points d’ébullition et sans obstacle stérique tels que les thioéthers et les mercaptans6,7. Cependant, cette technique nécessite une consommation importante d’hydrogène, des catalyseurs coûteux et des conditions de réaction extrêmement dures8,9. Une désulfuration efficace peut être obtenue par une désulfuration par extraction en plusieurs étapes (EDS)10,11 ; cependant, les coûts du processus sont élevés en raison de la grande quantité d'agent d'extraction utilisée et des problèmes de régénération qui peuvent survenir au cours du processus1,12,13. De grandes quantités de catalyseurs sont nécessaires pour la désulfuration oxydative (ODS)14,15,16,17. De plus, des difficultés de régénération et une mauvaise répétabilité sont causées par la perte de sites catalytiques actifs au cours du processus. Il est donc essentiel de développer de nouveaux catalyseurs et agents d’extraction à haute efficacité de désulfuration18,19,20,21. L'oxydation des sulfures aromatiques pour générer leurs sulfones correspondantes, suivie de leur élimination ultérieure par extraction dans un processus ODS typique15,22,23,24. Le H2O2 est l'oxydant le plus utilisé dans les SAO en raison de sa forte réactivité, de son faible coût et de sa compatibilité environnementale25,26,27,28. Des solvants organiques inflammables et volatils sont généralement utilisés comme agents d'extraction, ce qui peut générer d'autres problèmes de sécurité et d'environnement. Le développement des méthodes EDS est limité par l’exigence d’un rapport solvant/huile élevé et par le manque de solvants d’extraction respectueux de l’environnement2,29,30. Les solvants organiques peuvent être utilisés comme milieu d'extraction dans l'EDS ; cependant, ils présentent des limites importantes en raison de leur forte volatilité, de leur faible sélectivité envers les composés soufrés et de leur forte toxicité31. Par conséquent, de nouveaux solvants d'extraction respectueux de l'environnement, c'est-à-dire biodégradables, non volatils et non toxiques, doivent être développés. L’utilisation de liquides ioniques (LI) pour l’ED est une méthode respectueuse de l’environnement qui est de plus en plus utilisée pour éliminer les composés S réfractaires8. Les IL sont des sels à bas points de fusion, généralement inférieurs à 100 °C. Les IL présentent des caractéristiques uniques telles que des caractéristiques physicochimiques contrôlables, une forte stabilité thermique, une faible volatilité et une stabilité à long terme. En raison de leurs propriétés uniques, ils sont utilisés comme solvants verts pour la synthèse chimique, la désulfuration des carburants et la bioséparation32,33. De plus, les IL ont une grande capacité à former des complexes avec les composés soufrés aromatiques et sont non miscibles avec les fiouls34. Zhang et coll. 200435 utilisaient du tétrafluoroborate de l-alkyl-3-méthylimidazolium [AMIM], de l'hexafluorophosphate et du chlorhydrate de triméthylamine (TMAC) dans (AlCl3 – TMAC) comme liquides ioniques. EMIMBF4 (E = éthyle), BMIMPF6 (B = butyle), BMIMBF4 et le plus lourd AMIMPF6 ont présenté une bonne sélectivité, en particulier envers les composés aromatiques soufrés et azotés, dans la désulfuration extractive et la déazotation des carburants de transport. Les liquides ioniques utilisés sont facilement régénérés par distillation ou déplacement d'eau des molécules absorbées. Les composés aromatiques contenant du S qui ont été absorbés peuvent également être récupérés quantitativement. Les composés organiques avec une plus grande densité électronique π aromatique sont absorbés plus efficacement. En raison d'un effet stérique, la substitution alkyle sur les cycles aromatiques diminue considérablement la capacité d'absorption. La taille et la structure des cations et des anions dans les IL affectent leur capacité d’absorption des composés aromatiques. Sans obstacle mutuel, l'extraction de composés contenant du S et du N peut être obtenue à de faibles concentrations. Généralement, les IL AlCl3-TMAC présentent des capacités d’absorption élevées pour les composés aromatiques. Pour éliminer les composés soufrés des huiles légères, Lo et al.36 ont utilisé des IL à température ambiante (RTIL), à savoir le tétrafluoroborate de 1-butyl-3-méthylimidazolium et l'hexafluorophosphate de 1-butyl-3-méthylimidazolium, grâce à une combinaison d'extraction par solvant et d'oxydation chimique. . Dans les huiles légères, les composés soufrés peuvent être extraits à l’aide de RTIL, et les sulfones correspondants peuvent ensuite être produits par S-oxydation (H2O2-acide acétique) dans une opération en un seul pot. L'oxydation et l'extraction simultanées des composés soufrés du pétrole léger augmentent le rendement de désulfuration. Les RTIL peuvent ensuite être réutilisés et recyclés sans perdre leur activité.