Étude et optimisation d’un réacteur à lit fluidisé à deux zones pour la conversion du glycérol en acroléine

Study and optimization of a two zone fluidized bed reactor for the conversion of glycerol to acrolein

• Auteur / Autrice : Róger David Meléndez Guevara
• Direction : Sébastien Paul, Nouria Fatah, Benjamin Katryniok
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Molécules et matière condensée
• Date : Soutenance le 09/12/2015
• 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

Réacteurs à lit fluidisé

Catalyseurs -- Empoisonnement

Catalyse hétérogène

Coke

Acroléine

Déshydratation

Glycérine

Mots clés libres

TZFBR

Résumé

Parmi les voies de valorisation du glycérol, sa déshydratation catalytique en acroléine a généré une attention particulière en raison du rôle d’intermédiaire de cet aldéhyde pour la synthèse de produits chimiques à forte valeur ajoutée. Néanmoins, l’un des inconvénients majeurs empêchant son application industrielle est la désactivation des catalyseurs en raison de la déposition de coke à la surface au cours de la réaction. Dans ce cadre, l’objectif principal de cette thèse est la conception et l’étude d’un réacteur à lit fluidisé bizone pour la déshydratation du glycérol en acroléine permettant de surmonter la désactivation des catalyseurs par cokage. A cet effet, une étude de l’hydrodynamique du réacteur a été réalisée. Selon les résultats, le réacteur présente une bonne qualité de fluidisation. En outre, l’absence de phénomène d’attrition à haute température a été également prouvée, démontrant la bonne stabilité mécanique des particules de catalyseur. Une démarche expérimentale a ensuite été menée afin d’étudier l’influence des paramètres opératoires sur les performances catalytiques. Elle montre que l’utilisation de concentrations élevées en oxygène et d’une grande hauteur de zone de régénération permettent de pallier la désactivation du catalyseur tout en conservant de bonnes performances catalytiques à basse température. Au contraire, à températures élevées, sous les mêmes conditions, de faibles performances catalytiques ont été obtenues. Finalement, les résultats d’une étude du mécanisme de la désactivation du catalyseur montrent l’effet positif de l’augmentation de la concentration en oxygène pour diminuer la quantité de coke déposé sur le catalyseur.

Among the various glycerol valorisation pathways, its catalytic dehydration to acrolein has generated a special focus, due to the role of intermediate of this aldehyde for the production of high added-value chemicals. Nevertheless, one of the major drawback for the industrial application is the catalysts deactivation by coke formation under stream. In this context, the main objective of this thesis was the design and study of a two zones fluidized bed reactor (TZFBR) for the dehydration of glycerol to acrolein to overcome the catalyst deactivation by coking. For this purpose, a hydrodynamic study of the reactor was carried out. According to the results, the reactor has a good quality of fluidization. In addition, the absence of attrition at high temperature was also demonstrated, showing the good mechanical stability of the catalyst particles. An experimental approach has been conducted to study the influence of the process parameters on the catalytic performance. This approach shows that high concentrations of oxygen and a high position of the feed injection in the fluidized bed hinder the deactivation of the catalyst and allow keeping good catalytic performance at low temperatures. On the contrary, at high temperatures, under the same conditions, low catalytic performances were obtained. Finally, the results of a deactivation mechanism study show the positive effect of the increase of the oxygen concentration to decrease the amount of coke deposited on the catalyst.