Réacteurs microstructurés pour les applications catalytiques

Microstructured reactor for catalytic applications

• Auteur / Autrice : Yu Liu
• Direction : Cuong Pham-Huu
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie physique
• Date : Soutenance en 2011
• Etablissement(s) : Strasbourg

Mots clés

Mots clés contrôlés

Mousses (matériaux)

Supports de catalyseurs

Carbure de silicium

Fischer-Tropsch, Procédé

Déshydratation

Méthanol

Microréacteurs chimiques

Mots clés libres

Réacteur micro-structuré

Support carboné

Résumé

Les systèmes microstructurés présentent de nombreux avantages dans les domaines chimiques: la synthèse chimique, l'étude sur la cinétique, la recherche et développement ainsi que les nouvelles générations des catalyseurs. Nos recherches tendent à porter sur des améliorations éventuelles de microréacteurs structurés par de divers matériaux carbonés pour les procédés chimiques. La présente étude porte sur l'utilisation d'un catalyseur structuré à base de mousse alvéolaire de SiC décorée avec des cristaux de H-ZSM-5 pour la réaction de déshydratation du méthanol pour former le diméthyl éther (DME). Les résultats obtenus indiquent que le catalyseur structuré H-ZSM5/SiC mousse présente une activité en déshydratation élevée, par rapport à des catalyseurs zéolithiques en configuration « wall-coated » et en lit fixe empilé, et ce pour des temps de contact relativement faibles. La réaction de synthèse de Fischer-Tropsch a été testée dans le réacteur microstructuré (PSR) garni avec des mousses alvéolaires à base de SiC à basse pression (10 bars). Le remplissage du réacteur avec la mousse de SiC améliore le régime isotherme, particulièrement présence de la cire que produit la réaction. Une activité spécifique de 0,7 gHC. Gcatalyseur. H-1 avec une sélectivité en C5+ de 95 % ont été obtenues dans le réacteur PSR à 220 °C et une vitesse spatiale de 3800 h-1. L'augmentation de l'activité spécifique en fonction de la vitesse spatiale a été attribuée à une meilleure évacuation des hydrocarbures liquides sur la surface du catalyseur réduisant ainsi l'épaisseur du film liquide et donnant une meilleure accessibilité des réactifs aux sites actifs.

Microstructured systems have many advantages in several chemical fields: in chemical synthesis, in kinetics and in the research and development of new generation catalysts. Our research tends to focus on the improvements of micro reactors with the diver se carbon materials for the chemical processes. This study focuses on the use of a structured catalyst based on SiC foam decorated with active phase HZSM-5 for dehydration of methanol to dimethyl ether (DME). The results indicate that the structured catalyst H-ZSM5/SiC foam has a high dehydration activity compared to those in wall-coated configuration and in tubular fixed-bed, for a relatively low contact times. The Fischer-Tropsch synthesis has been tested in the microstructured reactor (PSR) filled with SiC foam at low pressure (10 bar). The reactor structured with SiC foam ensures the isothermal condition, particularly at the presence of the wax production by the reaction. A specific activity of 0. 7 gHC. Gcatalyseur. H-1 with a selectivity of 95 % for C5+ were obtained in the PSR reactor at 220 °C with a space velocity of 3800 h-1. The increase in specific activity as function of space velocity was attributed to a better evacuation of liquid hydrocarbons on the catalyst surface therefore reducing the thickness of the liquid film leads better accessibility for reactants to active sites.