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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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Préparation et mise en œuvre des catalyseursArticle inclus dans l'offre
"Opérations unitaires. Génie de la réaction chimique"
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5. Équations cinétiques des réactions de catalyse hétérogène
On montre ici comment, sur la base d’un mécanisme réactionnel, c’est-à-dire de la succession des étapes élémentaires du cycle catalytique, l’étape cinétiquement limitante étant connue, on établit l’équation cinétique de la réaction r = f(Pi). La comparaison aux résultats expérimentaux obtenus en absence de limitations diffusionnelles (régime chimique) permet de valider le mécanisme si celui-ci est connu ou de déterminer le(s) mécanisme(s) le(s) plus probable(s). La première approche est la plus fréquemment suivie, la référence aux mécanismes de catalyse homogène, la caractérisation directe ou indirecte des espèces intermédiaires chimisorbées permettant souvent de proposer un (ou quelques) mécanisme(s) de réaction.
5.1 Vitesse des étapes élémentaires
5.1.1 Vitesses de chimisorption et de désorption
Soit la chimisorption associative de A pur, étudiée en absence de réaction :
La vitesse de l’étape directe (adsorption) est proportionnelle à la pression de A (P) et à la fraction de surface libre (1 − θ), la vitesse de l’étape inverse (désorption) à la fraction de surface occupée par A (θ = θA) et la vitesse nette d’adsorption s’écrit :
où
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- Ea...
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Équations cinétiques des réactions de catalyse hétérogène
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BIBLIOGRAPHIE
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(2) - LE PAGE (J.E.) - Catalyse de Contact - . 622 p., 1978, Technip.
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HAUT DE PAGE
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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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