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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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Équations cinétiques des réactions de catalyse hétérogèneArticle inclus dans l'offre
"Opérations unitaires. Génie de la réaction chimique"
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4. Propriétés catalytiques et leur caractérisation
4.1 Méthodes de caractérisation
La qualité d’un catalyseur est définie par son activité, sa sélectivité et sa stabilité.
Pour les fabricants et les utilisateurs de catalyseurs, l’objectif est d’évaluer leur qualité par des tests représentatifs du procédé industriel. La mise en œuvre de ces tests doit être facile et rapide. Un compromis doit donc être trouvé entre ces conditions nécessairement antagonistes, ce compromis étant d’autant plus difficile que les transformations sont complexes et les conditions opératoires sévères ; c’est notamment le cas pour les procédés du raffinage pétrolier. Ainsi, le test standard développé pour évaluer les catalyseurs de craquage (ASTM D3907-03 [13]) approche assez bien les conditions opératoires du procédé (charge, température, etc.), mais pour des raisons de simplicité, il est mis en œuvre dans un réacteur différent du réacteur industriel (réacteur à lit fixe au lieu du réacteur à lit fluide entraîné). Pour d’autres procédés tels que les hydrotraitements, le reforming, etc., le réacteur et les conditions opératoires (pression d’hydrogène élevée, conversion élevée, etc.) du test d’évaluation sont identiques à ceux du procédé industriel, mais on cherche à remplacer la charge complexe par des réactifs modèles.
Au laboratoire, l’approche est quelque peu différente. Il s’agit souvent de corréler propriétés physico-chimiques et propriétés catalytiques et d’établir ainsi un guide pour la synthèse de nouveaux matériaux catalytiques efficaces, sélectifs et stables. Les catalyseurs à caractériser sont généralement en poudre et disponibles en faible quantité, ce qui impose l’utilisation de microréacteurs. De nombreux types de réacteurs peuvent être utilisés : réacteurs fermés (exemple : autoclave), réacteurs continus à lit fixe ou à lit fluidisé, réacteurs chromatographiques pulsés, etc., pour mesurer l’activité, la sélectivité et la stabilité des catalyseurs. Le réacteur à lit fixe isotherme, peu coûteux et de mise en œuvre facile est très fréquemment choisi ; ce réacteur peut être utilisé à faible conversion (réacteur différentiel) ou...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - GERMAIN (J.E.) - Catalyse Hétérogène - . 225 p., 1959, Dunod.
-
(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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(7)...
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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