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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

Conclusion
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

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DOI (Digital Object Identifier)

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


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6. Conclusion

Ce rapide tour d’horizon des procédés industriels existants qui mettent en œuvre la catalyse hétérogène permet de rendre compte de la grande diversité des options possibles pour répondre aux nombreuses contraintes économiques et environnementales. L’industrie du raffinage, considérée à juste titre comme « mature », est cependant toujours fortement en attente de progrès pour améliorer ses performances face à des règlementations toujours plus strictes (par exemple la réglementation REACH) et face à un marché et des ressources qui évoluent sans cesse (cf. le projet F3 Factory, les gaz et huiles de schistes). Les années 2000 ont vu l’émergence de nombreuses thématiques en lien notamment avec la transition énergétique et dont certaines comme la conversion de la biomasse lignocellulosique sont aujourd’hui au stade de la démonstration industrielle. De même, on peut citer les nouveaux territoires pour la catalyse hétérogène que sont l’électrocatalyse pour la production d’énergie (H2 à partir d’eau et d’électricité dans des électrolyseurs ou l’inverse dans des piles à combustible), la conversion des alcanes et molécules légères (CH4, C2H6, CO, CO2) en produits valorisables, ou encore la photocatalyse pour la production de carburants dit « solaires ».

Les progrès considérables réalisés dans la conception de matériaux à l’échelle nanométrique (« nanomatériaux ») ouvrent également des perspectives prometteuses pour contourner de nombreux verrous technologiques y compris sur des applications plus anciennes comme les réactions d’oxydation sélectives. Pour relever ces défis, la catalyse hétérogène, qui est multidisciplinaire par nature, pourra également s’appuyer sur les avancées dans le domaine de la caractérisation physico-chimique et notamment dite « in situ » permettant de suivre les phénomènes durant la réaction, et également sur les outils théoriques de modélisation moléculaire qui sont des aides complémentaires aujourd’hui indispensables à la compréhension.

Enfin, pour entrer dans le détail des sujets abordés dans ce bref article, le lecteur pourra se documenter en consultant ...

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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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