Conception de nouveaux catalyseurs hybrides pour la synthèse directe du diméthyle éther à partir du gaz de synthèse

Design of novel hybrid catalysts for direct synthesis of Dimethyl ether from syngas

• Auteur / Autrice : Mengdie Cai
• Direction : Andrei Khodakov, Vitaly Ordomsky
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Molécules et matière condensée
• Date : Soutenance le 09/10/2015
• Etablissement(s) : Lille 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement (Lille ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : UCCS - Unité de Catalyse et Chimie du Solide

Mots clés

Mots clés contrôlés

Fonction d'acidité

Dioxyde de carbone

Silylation

Catalyseurs -- Empoisonnement

Alumine

Zéolites

Catalyseurs au cuivre

Gaz de synthèse

Synthèse (chimie)

Méthyl éther

Mots clés libres

Catalyseurs bifonctionnels

Résumé

Des nouveaux catalyseurs bi-fonctionnels Cu-ZnO-Al2O3/ZSM-5 pour la synthèse directe du diméthyle éther (DME) à partir du gaz de synthèse ont été préparés par mélange physique, et ensuite caractérisés et évalués dans un réacteur à lit fixe. L'activité catalytique dans la synthèse de DME a été attribuée à des sites métalliques de cuivre et à l’acidité de la zéolite. Les cristaux de zéolite de petite taille favorisent une activité plus importante. La désactivation du catalyseur est fortement influencée par les sites acides localisés à la surface externe de la zéolite. Une acidité importante de la surface externe de ZSM-5 conduit à une désactivation rapide du catalyseur. Le frittage et la migration du cuivre font partie des mécanismes prédominants de la désactivation. Les sites acides à la surface de la zéolite ont été sélectivement neutralisés par silylation avec le tétraéthyle orthosilicate. Par conséquent, la stabilité du catalyseur et la productivité en DME ont été significativement améliorées. Le dioxyde de carbone est un produit indésirable de la synthèse directe du DME. Il est formé par la réaction Water-Gas-Shift. La promotion des catalyseurs Cu-Zn-Al /HZSM-5 avec de l’étain permet de modérer la réaction Water-Gas-Shift et d’augmenter la sélectivité en DME.

A series of novel bi-functional catalysts Cu-ZnO-Al2O3/ZSM-5 were prepared by physical mixing method, characterized, and evaluated in a fixed-bed reactor for direct dimethyl ether (DME) synthesis from syngas. The catalytic activity for DME synthesis was attributed to copper metal sites and zeolite acidity. Zeolite crystals of smaller size lead to higher catalyst activity. The catalyst deactivation was strongly affected by the acid sites on the external surface of zeolites. Higher external acidity of ZSM-5 results in fast catalyst deactivation. Copper sintering and migration seem to be principal mechanisms of deactivation. The acidic sites on the external surface of zeolite were selectively neutralized by silylation with tetraethyl orthosilicate. Consequently both catalyst stability and DME productivity were significantly improved. Carbon dioxide is the major undesirable byproduct of direct DME synthesis. It forms by Water-Gas-Shift (WGS) reaction. The promotion of bi-functional Cu-Zn-Al/HZSM-5 catalysts with tin slows down the WGS and increases the selectivity to DME.