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RÉSUMÉ
Les réactions catalytiques sont classées en deux grandes catégories : la catalyse homogène lorsque le catalyseur est soluble dans le milieu réactionnel et la catalyse hétérogène lorsque le catalyseur est solide. Cet article est une introduction à la catalyse hétérogène, il en présente les différents aspects, reprend les principes de la chimisorption et de l’activité catalytique, puis les propriétés catalytiques. Il s’attarde ensuite sur l’établissement des équations cinétiques des réactions de catalyse hétérogène. Pour terminer, le difficile choix des catalyseurs est traité.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Michel GUISNET : Professeur à l’Université de PoitiersLaboratoire de Catalyse en Chimie Organique (UMR CNRS 6503)
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Claude NACCACHE : Directeur Émérite CNRSInstitut de Recherches sur la Catalyse, CNRS, Villeurbanne
INTRODUCTION
Lans la catalyse hétérogène, notre société technologique, construite sur le pétrole, ne serait pas ce qu’elle est. Plus de 80 % des molécules de pétrole rencontrent un catalyseur dans les raffineries, se transformant en combustibles, carburants et grands intermédiaires de la chimie. Si cette participation de la catalyse hétérogène dans les procédés de conversion du raffinage et de la pétrochimie est essentielle, son rôle ne s’arrête pas là. La catalyse hétérogène est impliquée dans d’autres procédés industriels, nombreux et variés, allant de la chimie minérale à la synthèse de composés très élaborés de la chimie fine, de molécules médicamenteuses, etc., et au traitement des rejets polluants. Soulignons qu’à l’objectif initial de développement de procédés économiquement plus rentables s’est superposé celui d’une production plus respectueuse de l’environnement : procédés plus sobres en énergie et matières premières, diminution des rejets polluants, etc.
La catalyse hétérogène est un domaine pluridisciplinaire nécessitant des connaissances sur les catalyseurs solides, allant de leur préparation à leur caractérisation (en particulier celle de leur surface), mais aussi sur les réactions : cinétique et mécanismes et leur mise en œuvre. Cet article, qui présente de façon succincte ces divers aspects, ne peut donc constituer qu’une première approche de ce thème à la fois passionnant et économiquement essentiel qu’est la catalyse hétérogène.
Un second article Catalyse hétérogène dans les procédés industriels présente les principales applications industrielles de la catalyse hétérogène. Il décrit les catalyseurs et les procédés mis en œuvre dans l’industrie du pétrole, des grands intermédiaires chimiques, dans la postcombustion automobile, etc.
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VERSIONS
- Version archivée 1 de sept. 1992 par Daniel CORNET
- Version courante de juin 2019 par Michel GUISNET, Ludovic PINARD
DOI (Digital Object Identifier)
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Propriétés physiques des catalyseursArticle inclus dans l'offre
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1. Caractéristiques générales
1.1 Qu’est-ce qu’un catalyseur ?
Un catalyseur est une substance, solide, liquide ou gaz, qui augmente la vitesse d’une réaction chimique sans apparaître dans les produits finaux.
Le catalyseur ouvre donc à la réaction un chemin nouveau, plus facile (l’activation nécessaire est plus faible (figure 1 a)), cycle ininterrompu d’étapes élémentaires de combinaison catalyseur-réactifs, de transformation des espèces produites et de régénération du catalyseur (figure 1 b).
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Cette définition appelle quelques commentaires.
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Le catalyseur ne figurant pas dans l’équation stœchiométrique de la réaction qu’il accélère ne modifie pas ses caractéristiques thermodynamiques. Il ne peut donc rendre possible une réaction thermodynamiquement impossible dans les conditions choisies. Une autre conséquence importante du point de vue pratique est qu’un catalyseur de l’étape directe d’une réaction réversible est aussi catalyseur de l’étape inverse (un catalyseur d’hydrogénation est aussi catalyseur de déshydrogénation, etc.).
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Dans les conditions opératoires choisies, le (ou les) réactif(s) peut(vent) fréquemment subir plusieurs transformations thermodynamiquement possibles.
Exemplel’isopropanol pourra se déshydrater en propène, se déshydrogéner en acétone, etc.
Un catalyseur n’augmente pas la vitesse de toutes ces transformations mais spécifiquement l’une d’entre elles :
Exempleun catalyseur acide tel que l’alumine favorisera la déshydratation de l’isopropanol, un métal tel que le cuivre sa déshydrogénation.
Cet effet orienteur est souvent aussi important que l’effet accélérateur.
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - GERMAIN (J.E.) - Catalyse Hétérogène - . 225 p., 1959, Dunod.
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(2) - LE PAGE (J.E.) - Catalyse de Contact - . 622 p., 1978, Technip.
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(3) - ERTL (G.), KNOZINGER (H.), WEITKAMP (J.) - Handbook of Heterogeneous Catalysis - . 5 vol., 2479 p., 1977, Wiley VCH.
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(6) - GUISNET (M.) - * - Acc. Chem. Res. 23, 1990, p. 329-338.
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HAUT DE PAGE
(Oil & Gas Journal, Oct. 6, 2003, p. 1-15)
Advances Refining Technologies LLC
AKZO Nobel Catalysts BV
AXENS
BASF
Catalysts and Chemicals Industries Co. Ltd
Chevron Lummus Global LLC
Criterion Catalyst Co. LP
Davison Catalysts, W.R. Grace and Co.
Degussa A.G.
Engelhard Corp.
Exxon Research Engineering Co.
Haldor Topsoc AS
Indian Petrochemicals
Instituto Mexicano del Petroleo
Johnson Mathey Catalysts
Kataleuna GMBH
Sud Chemie Inc.
UOP
Zeolyst International
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