Etude du reformage du méthane en gaz de synthèse sur catalyseurs à base de carbure de silicium

Study of syngas generation by methane steam reforming and partial oxidation reactions over nickel supported on silicon carbide

• Auteur / Autrice : Pascaline Leroi
• Direction : Marc-Jacques Ledoux
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie physique
• Date : Soutenance en 2003
• Etablissement(s) : Strasbourg 1

Mots clés

Mots clés contrôlés

Carbure de silicium

Catalyseurs au nickel

Reformage catalytique

Méthane

Résumé

Les travaux réalisés au cours de cette thèse ont porté sur l'utilisation de catalyseurs à base de nickel supporté sur carbure de silicium (SiC) dans deux réactions de transformation du méthane en gaz de synthèse : la réaction de vaporeformage et celle d'oxydation partielle catalytique (OPC). Les différents paramètres de réaction (pression totale, température, rapport oxydant/réducteur, temps de contact) ainsi que ceux spécifiques aux catalyseurs ont été optimisés pour la réaction de vaporeformage. Les caractérisations après test catalytique ont montré une résistance accrue des catalyseurs étudiés vis-à-vis des problèmes de désactivation liés au coke. Dans le cas de l'OPC, des études comparatives ont montré l'avantage du SiC, matériau thermiquement conducteur, par rapport à un support isolant comme l'alumine. Le fort potentiel du SiC à évacuer l'excédent de chaleur dégagée lors des premières minutes de réaction a permis d'éviter un emballement de la température dans le lit catalytique lors du démarrage du test. Ceci n'a pas été le cas avec l'alumine où l'emballement, préjudiciable pour une utilisation industrielle à cause des risques d'explosion qu'il pourrait entraîner, s'est traduit par une conversion supérieure à celle prédite par la thermodynamique pendant les premières heures de test. La morphologie du catalyseur à base d'alumine est complètement détruite après test alors que celle de SiC est totalement conservée. Les caractérisations après test catalytique ont montré une différence tant sur la nature que sur la quantité du coke déposé sur les deux supports. Ainsi, sur l'alumine, le carbone se présente essentiellement sous forme de filaments qui sont sûrement responsables de l'éclatement du support alors que sur le SiC, le carbone est retrouvé sous forme amorphe et la structure initiale du catalyseur est retrouvée après test.

The work which was carried out for this PhD thesis was based on the use of nickel supported on silicon carbide (SiC) catalysts for methane steam reforming (SR) and methane partial oxidation (POx). Concerning the SR process, the effect of several reaction parameters (temperature, pressure, oxidizing/reducing agent) and that of the parameters which are specific to catalysts were optimized. The post-catalytic characterizations showed that the catalysts present an increased resistance towards coke deactivation and almost no deactivation has been observed as a function of time on stream. Regarding the POx process, comparison tests demonstrated the advantage of SiC, a conductive material, over alumina, which is an insulating material. At the start of the reaction, the conversion of methane observed on alumina-based catalyst largely exceeds the thermodynamic value which means that temperature runaway has occured in the catalyst bed. This is not the case with SiC catalysts due to its high thermal conductivity which allows the rapid heat evacuation from the catalyst bed. The hot spot formation significantly alters the alumina-based catalyst morphology whereas the morphology of the SiC-based catalyst was completely retained. Post-reaction characterizations showed a great difference not only in the nature but also in the amount of carbon formed on both supports, i. E. Filamentous carbon on the alumina-based catalyst and amorphous carbon on the SiC-based catalyst.