Identification de descripteurs catalytiques de phase active en reformage du n-heptane

Identification of n-heptane reforming active phase catalytic descriptor

• Auteur / Autrice : Olivier Said-Aizpuru
• Direction : Jean-François Joly, David Farrusseng
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 13/11/2020
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Chimie (Lyon ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut français du pétrole Énergies nouvelles (Rueil-Malmaison, Hauts-de-Seine)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Claude Bernard (Lyon ; 1971-....)
• Jury : Président / Présidente : Mélaz Tayakout
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-François Joly, Joris Thybaut, Ludovic Pinard, Aurélie Dandeu, Stefania Specchia
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Joris Thybaut, Ludovic Pinard

Mots clés

Mots clés contrôlés

Naphta

Cinétique chimique

Heptane

Reformage catalytique

Mots clés libres

Descripteurs catalytiques

Catalyse métal/acide

Platine

Alumine chlorée

Reformage du naphta

Catalytic descriptors

Metal/Acid catalysis

Platinum

Chlorinated Alumina

Naphtha reforming

Résumé

Un lien étroit unit la distribution de produits en sortie d’unités de reformage de naphta et la formulation de la phase active du catalyseur. Une solution envisagée pour mieux prédire ce lien consiste à élaborer des modèles cinétiques capables d’intégrer certaines propriétés physico-chimiques du catalyseur (les descripteurs catalytiques) en tant que paramètres d’entrée. L’objectif de cette thèse est de modéliser l’effet d’un changement de formulation de phase active pour des systèmes de type Pt(PtSn)/γ-Al2O3-Cl en reformage du n-heptane. 25 catalyseurs différant par leur teneur en Pt, en Cl ainsi que par la morphologie de leurs cristallites d'alumine ont été sélectionnés afin de présenter des densités en sites actifs ainsi que des répartitions inter-site variables à l’échelle de la cristallite. L’étude cinétique expérimentale en reformage du n-heptane conduite sur chacun de ces catalyseurs donne accès à la relation entre l’activité des différentes familles de réactions et les changements de formulation induits. Des observations originales ont notamment été obtenues concernant la réactivité en hydrogénolyse. Une activité préférentielle sur un des supports ainsi qu’un minimum d’activité aux teneurs intermédiaires en chlore sont identifiés. Différentes hypothèses explicatives sont avancées pour rendre compte de ces observations. Parallèlement, un travail de recherche de descripteurs des fonctions métallique, acide et de leur interaction est effectué en s’appuyant sur des caractérisations avancées ainsi que sur des tests réactionnels mono-fonctionnels modèles. Une discussion concernant l’identification des descripteurs capables de réconcilier l’ensemble des observations expérimentales ainsi que l’intégration de ces descripteurs dans un modèle cinétique multi-catalyseur conclue cette étude

Naphtha reforming units show an intricate link between the outlet products distribution and the active phase formulation of the catalyst. One idea to afford a better prediction of the catalyst formulation change issue is to implement some physico-chemical properties of the catalyst (the catalytic descriptors) directly as inlet parameters of kinetic models. The purpose of this study is to investigate and model the effect of an active phase formulation change on Pt(PtSn)/γ-Al2O3-Cl catalysts in n-heptane reforming. 25 catalysts showing different Pt and Cl contents as well as different alumina supports were chosen so that different active site repartitions and densities at the crystallite surface can be studied. An experimental n-heptane reforming kinetic study was conducted on this set of catalysts and unraveled the impact of the considered active phase formulation changes on the kinetics of the different families of reforming reactions. Original observations were made. In particular, the hydrogenolysis activity was found to be enhanced on one kind of support and presented a minimum for intermediate chlorine content catalysts. Different explanations are advanced for these observations. Advanced catalyst characterisations results and tests on model mono-functional reactions were investigated in order to obtain catalytic descriptors for metal and acid functionalites as for their interaction. At last, the identification of descriptors for the support change effect is discussed and the integration of catalytic descriptors as inlet parameters of a multi-catalyst kinetic model is taken into consideration