Catalyseurs supportés pour la conversion des liquéfiats de charbon

Supported catalysts for the upgrading of coal liquids

• Auteur / Autrice : Jérôme Stihle
• Direction : Christophe Geantet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie analytique. Catalyse
• Date : Soutenance le 07/10/2011
• Etablissement(s) : Lyon 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Chimie (Lyon ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherches sur la Catalyse et l'Environnement de Lyon (Villeurbanne, Rhône)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Marc Lancelin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Denis Uzio, Nadège Charon, Yuji Yoshimura
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Hélène Budzinski, Françoise Maugé

Mots clés

Mots clés contrôlés

Porosité

Catalyseurs

Asphaltènes

Charbon -- Liquéfaction

Mots clés libres

Liquéfiat de charbon

Hydroconversion

Asphaltènes

Préasphaltènes

Catalyseur

Porosité

Acidité

Coal liquid

Hydroconversion

Asphaltenes

Preasphaltenes

Catalysts

Porosity

Acidity

Résumé

Ce travail porte sur la compréhension des paramètres du catalyseur (texture, effet de support) permettant d’améliorer la réaction de conversion de liquéfiats de charbon. En effet, le catalyseur actuellement employé est un catalyseur du type conversion de résidu sous vide de brut de pétrole. Or ces matrices sont différentes en termes de poids moléculaires et de teneur en hétéroélément (O et N). Pour atteindre l’objectif de cette thèse, une caractérisation poussée du liquéfiat a été menée à l’aide de diverses techniques (GCxGC, HR-13C-RMN, FT-ICR/MS,…). Cette analyse détaillée du liquéfiat a mis avant son caractère fortement aromatique. Les extractions aux solvants ont permis d’isoler les asphaltènes et préasphaltènes de ce liquéfiat. Leurs analyses montrent que ces familles de composés sont de plus faible masse moléculaire que les asphaltènes des résidus pétroliers, et que leur teneur en hétéroélément est plus importante. Les tests catalytiques de conversion de liquéfiat ont été réalisés à 420°C 15MPa d’H2 pendant 8h. Ils montrent que l’augmentation de la taille de pore (mésoporeux) ainsi que l’apport d’une bimodalité du support (méso+macroporosité) permettent d’augmenter le transfert de matière et donc d’augmenter le coefficient de diffusion ce qui a pour conséquence d’améliorer le rendement en produits plus légers. Concernant la nature du support, de part sa capacité à favoriser les réactions d’HDO le TiO2 (vs Al2O3) permet de limiter la compétition entre les composés oxygénés et les composés hydrocarbonés. En conclusion, ce travail montre que plusieurs paramètres sont susceptibles d’améliorer les performances des catalyseurs de conversion des liquéfiats de charbon

This work focuses on the comprehension of the catalyst parameters (textural properties and support effect) that increase the yield of the coal liquid upgrading. The current in use catalyst was design for the petroleum vacuum residue conversion. However, these two feeds present different characteristics such as the average molecular weight and the amount of heteroelement (especially O and N). To reach our goal, an in-depth characterization of the coal liquid was carried out using techniques such as GCxGC, HR-13C-NMR, FT-ICR/MS. This coal liquid analysis pointed out its strong aromatic character. Extractive solvent experiments isolated the asphaltenes and preasphaltenes and their analysis show that they have a smaller average molecular weight distribution than that of petroleum asphaltenes. Catalytic experiments were carried out at 420°C, 15MPa of H2 for 8h. It shows that the increasing mesoporous size and the bimodality (meso + macroporosity) enable to raise the mass transfer thus the diffusion coefficient which enhances the yield in lighter products. The capability of TiO2 (as a support vs Al2O3) to promote HDO reaction, enables to restrain the competition between oxygen containing compounds and pure hydrocarbons. To conclude, this work demonstrates that several parameters can enhance catalyst’s performance for the coal liquid upgrading