Hydrogénation de composés aromatiques en présence de Ni/Al2O3 : approche théorique et expérimentale

Hydrogenation of aromatic compounds over Ni/Al2O3 : theoretical and experimental approach

• Auteur / Autrice : Julien Deligny
• Direction : Sylvette Brunet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie organique, minérale, industrielle
• Date : Soutenance le 13/04/2018
• Etablissement(s) : Poitiers
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'environnement Gay Lussac (La Rochelle ; 2009-2018)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de chimie des milieux et matériaux de Poitiers (2012-....)
• Partenaire(s) de recherche : faculte : Université de Poitiers. UFR des sciences fondamentales et appliquées
• Jury : Président / Présidente : Daniel Duprez
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sylvette Brunet, Jean-Pierre Dath, Laurent Germanaud
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Joris Thybaut, Pascal Fongarland

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cinétique chimique

Désaromatisation

Adsorption

Composés aromatiques

Hydrogénation

Mots clés libres

Hydrodésaromatisation

Hydrogénation

Aromatiques

Compétition à l'adsorption

Modélisation cinétique

Hydrodearomatization

Hydrogenation

Aromatics

Competitive adsorption

Kinetic modeling

Résumé

Les fluides spéciaux (mélanges d’hydrocarbures utilisés comme solvants pour applications diverses) sont produits à partir de l’hydrodésaromatisation des charges pétrolières (naphta et distillats moyens) initialement riches en aromatiques. Leur mise en marché respecte une exigence environnementale (moins de 100 ppm en aromatique) parfois difficile à atteindre compte tenu de la composition initiale de la charge. Par conséquent, à partir de l’identification des molécules réfractaires à l’hydrogénation, un choix de molécules modèles réparti selon trois familles, les monoaromatiques (toluène, indane, tétraline, cyclohexylbenzène, nonylbenzène), les diaromatiques (naphtalène, biphényle) et les triaromatiques (phénanthrène), a permis d’étudier leur réactivité dans les conditions opératoires d’hydrogénation.A partir d’une approche expérimentale couplée à la modélisation cinétique, les schémas réactionnels et une échelle de réactivité ont été établis pour ces molécules modèles. Leur transformation conduit majoritairement du produit totalement hydrogénés. Les monoaromatiques sont les plus réactifs alors que les triaromatiques sont les moins réactifs. Néanmoins, en mélange, le pouvoir inhibiteur d’une molécule sur l’hydrogénation des autres aromatique augmente avec son aromaticité. Le phénanthrène est alors la molécule la plus inhibitrice. Les polyaromatiques engendrent alors une accumulation de monoaromatiques rendant difficile l’hydrogénation totale des charges pétrolières. Ceci est dû à des effets de compétition à l’adsorption à la surface du catalyseur entre les aromatiques qui ont été chiffrés en déterminant à partir d’un modèle suivant le formalisme de Langmuir-Hinshelwood.

Special fluids (hydrocarbon mixture used as solvents for various applications) are produced from deep hydrodearomatization of petroleum distillates (naphta and middle distillates) with high aromatic contents. Their commercialization follows a stringent environmental regulation (less than 100 ppm of aromatics) that is not always reachable due to the initial feedstock composition. Therefore, from the refractory molecules identification for hydrogenation, a selection of three families of model molecules, monoaromatics (toluene, indane, tetralin, cyclohexylbenzene, and nonylbenzene), diaromatics (naphthalene, biphenyl) and triaromatics (phenanthrene) allowed to study their reactivity in the hydrogenation operating conditions.By an experimental approach coupled with kinetic modeling, reaction schemes and a reactivity scale were established for these model molecules. Their transformation leads to the major formation of the saturated product. Monoaromatics are the most reactive while triaromatics are the less reactive. However, in mixture, the inhibiting strength of a molecule on the other aromatic hydrogenation increases with their aromaticity. Therefore, phenanthrene is the strongest inhibitor. Polyaromatics provoke an accumulation of monoaromatics generating a challenging petroleum distillates total hydrogenation. This is due to competitive adsorption effects at the catalyst surface between aromatics that was quantified from a model following the Langmuir-Hinshelwood formalism.