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1 - CATALYSE HÉTÉROGÈNE DANS L’INDUSTRIE DU RAFFINAGE POUR LA PRODUCTION DE CARBURANTS

2 - CATALYSE HÉTÉROGÈNE DANS L’INDUSTRIE DE LA PÉTROCHIMIE ET DE LA CHIMIE

3 - CHIMIE MINÉRALE (PRODUCTION D’AMMONIAC, D’ACIDES NITRIQUE ET SULFURIQUE)

  • 3.1 - Synthèse de l’ammoniac
  • 3.2 - Synthèse de l’acide nitrique
  • 3.3 - Synthèse de l’acide sulfurique

4 - DÉPOLLUTION AUTOMOBILE

5 - PRODUCTION ET CONVERSION D’HYDROGÈNE ET DE GAZ DE SYNTHÈSE

6 - CONCLUSION

7 - GLOSSAIRE

Article de référence | Réf : J1255 v2

Catalyse hétérogène dans l’industrie du raffinage pour la production de carburants
Catalyse hétérogène dans les procédés industriels

Auteur(s) : Denis UZIO

Relu et validé le 01 oct. 2020

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RÉSUMÉ

La catalyse hétérogène est une discipline majeure dans le monde industriel pour la production de carburants et de la plupart des composés chimiques. De par, ses caractéristiques intrinsèques, elle permet de répondre au mieux aux exigences du monde d’aujourd’hui ainsi qu’aux challenges de demain concernant notamment la nécessaire limitation des rejets polluants et l’optimisation de l’utilisation des ressources naturelles. Cet article propose au lecteur non spécialiste une visite guidée de quelques grands domaines industriels utilisant la catalyse hétérogène: raffinage, pétrochimie, dépollution automobile, chimie minérale et conversion du gaz.

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ABSTRACT

Heterogeneous Catalysis in Industrial Processes

Heterogeneous catalysis is a major field in industry for the production of fuels and most chemicals. Its intrinsic characteristics provide an answer to the demands of today's and tomorrow's challenges, especially the need to limit pollutant emission and optimize the use of natural resources. This article gives the non-specialist reader a guided tour of some major industrial domains that use heterogeneous catalysis: refining, petrochemistry, automotive depollution, mineral chemistry and gas conversion.

Auteur(s)

  • Denis UZIO : Ingénieur de recherche - IFP Énergies nouvelles (IFPEN), Lyon, France

INTRODUCTION

Déployée dans plus de 85 % des procédés industriels, la catalyse hétérogène est devenue une composante essentielle du paysage industriel depuis ses lointaines origines liées aux travaux de Berzélius il y a presque deux siècles. En effet, elle est présente dans les domaines stratégiques de l’énergie tels que la production de carburants, la chimie des grands intermédiaires ou encore la dépollution. De par ses principes fondamentaux, la catalyse hétérogène est à même de concilier les contraintes apparemment antagonistes du monde moderne en matière de demande toujours croissante en vecteurs énergétiques et composés chimiques, de protection de l’environnement en minimisant les produits secondaires non valorisables (rejets toxiques ou gaz à effet de serre – GES –) ainsi qu’une utilisation parcimonieuse des ressources naturelles. Parmi les principaux atouts de la catalyse hétérogène, nous pouvons rappeler qu’elle met en jeu une très faible quantité de matière catalytique par rapport à la quantité de produits convertis (contrairement aux processus dits « stoechiométriques ») et qu’elle offre la possibilité d’orienter sélectivement les chemins réactionnels vers les produits désirés, ce qui permet de réduire la formation de sous-produits indésirables et par voie de conséquence les opérations de séparation. Elle est aujourd’hui un acteur incontournable pour le respect des principes de chimie verte et durable tels que définis par Paul Anastas [J1200].

La catalyse hétérogène s’est imposée pour représenter aujourd’hui les deux tiers des procédés catalytiques industriels, le dernier tiers correspondant à la catalyse homogène avec une part mineure de la catalyse enzymatique (2 %). Parmi les grandes familles de réactions concernées, on trouve quasiment à égale répartition en nombre les hydrogénations, oxydations et les réactions acido-basiques mises en œuvre principalement dans des procédés en phase liquide.

Nous parcourrons dans cet article les grandes familles de procédés industriels modernes mettant en œuvre des catalyseurs hétérogènes et permettant la synthèse des produits répondant aux besoins sociétaux. Le lecteur non spécialiste du domaine pourra ainsi se rendre compte de l’extraordinaire importance et prolifération de cette discipline scientifique et dont les perspectives pour répondre aux enjeux environnementaux et énergétiques sont immenses.

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KEYWORDS

industrial processes   |   refining   |   petrochemistry   |   heterogeneous catalysts

VERSIONS

Il existe d'autres versions de cet article :

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v2-j1255


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1. Catalyse hétérogène dans l’industrie du raffinage pour la production de carburants

L’industrie du raffinage produit les carburants, les fuels domestiques et industriels ainsi que des produits dits de spécialité tels que les solvants, les huiles ou encore des produits de base pour la pétrochimie. La mobilité à l’échelle mondiale des personnes et des marchandises étant en croissance régulière, les procédés industriels de raffinage devront assurer la production de carburants pendant encore de nombreuses années. Ces procédés peuvent être répartis en deux familles :

  • les procédés de transformation et de conversion permettant soit de produire les molécules ayant les bonnes propriétés de combustion dans les moteurs thermiques, soit de convertir les molécules notamment celles de haute masse moléculaire en molécules de masse moléculaire entrant dans la gamme visée (cf. tableau 1) ;

  • les procédés de purifications catalytiques (exemple des procédés d’hydrotraitements) dont l’objectif est d’améliorer les caractéristiques de coupes pétrolières lourdes avant leur transformation dans une unité de conversion ou de mettre aux spécifications les différents carburants (élimination du soufre en particulier) avant le mélange final. (le lecteur pourra consulter le site de la société Axens pour plus de détails sur les schémas de procédés).

Ces procédés sont aujourd’hui soumis à des contraintes multiples liées à la nécessité d’adapter la production en quantité et en qualité aux évolutions des ressources et à la demande du marché tout en veillant au respect des normes environnementales en termes de rejets.

1.1 Raffinage du pétrole

L’industrie du raffinage, née en 1863 aux États-Unis, traite aujourd’hui environ 85 millions de barils de pétrole brut par jour correspondant à une capacité voisine de 4 milliards de tonnes par an réparties dans environ 700 raffineries en opération dans le monde. Le fort développement de cette industrie dans la seconde moitié du XXe siècle est intimement lié à celui de la catalyse. Aujourd’hui, les différents procédés mis en œuvre dans le raffinage du pétrole font intervenir les principales familles de matériaux catalytiques, principalement hétérogènes, qui comprennent : les solides...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - ANASTAS (P.T.), WARNER, (J.C.) -   Green Chemistry : Theory and Practice,  -  Oxford University Press : New York, pp. 30, (1998).

  • (2) - MULLINS (O.C.) -      -  Energy Fuels, 24 pp 2179 (2010).

  • (3) - ANTOS (G.J.), AITANI (A.M.) -   Catalytic Naphtha Reforming,  -  CRC Press (2004).

  • (4) - STANISLAUS (A.), MARAFI (A.), RANA (M.S.) -   Recent advances in the science and technology of ultra low sulfur diesel (ULSD) production  -  Catalysis Today 153 1-68 (2010).

  • (5) - BALLERINI (D.) -   Les biocarburants,  -  Ed. Technip (2006).

  • (6) - BONFILS (A.), CREFFA (Y.), LEPREUX (O.), PETIT (N.) -      -  Journal of Process Control 24 368-378 (2014).

  • ...

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