Catalyse hétérogène - Mode d’action des catalyseurs : Dossier complet | Techniques de l’Ingénieur

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Catalyse hétérogène - Mode d’action des catalyseurs

Auteur(s) : Michel GUISNET, Ludovic PINARD

Date de publication : 10 juin 2019

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Catalyse hétérogène dans les procédés industriels

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RÉSUMÉ

Cet article constitue une introduction à la catalyse hétérogène, présentant- les diverses étapes physiques et chimiques impliquées dans les réactions : - la diffusion des molécules de réactifs de la phase fluide vers la surface du catalyseur, leur chimisorption, la réaction superficielle, la désorption des molécules de produits et leur diffusion vers la phase fluide, ainsi que leur impact sur les équations cinétiques. Les grandes familles de catalyseurs et les méthodes utilisées pour déterminer leur activité, sélectivité et stabilité sont brièvement présentées.

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ABSTRACT

Heterogeneous catalysis- Operating mode of catalysts

This paper is an introduction to heterogeneous catalysis, presenting - the various steps involved in the reactions: diffusion of the reactant molecules from the fluid phase to the catalyst surface, their chemisorption, the surface reaction, the desorption of product molecules and their diffusion to the fluid phase, - as well as their impact on the kinetic equations. The main families of catalysts and the methods used to determine their activity, selectivity and stability are briefly presented.

Auteur(s)

Michel GUISNET : Professeur des universités - Catalyse en Chimie Organique, Poitiers, France - Centre for Biological and Chemical Engineering, Lisbon, Portugal
Ludovic PINARD : Maître de Conférences, Membre du Bureau du Groupe Français des zéolithes (GFZ) - Institut de Chimie des Milieux et des Matériaux de Poitiers (IC2MP) - UMR CNRS 7285, Université de Poitiers, France

INTRODUCTION

Les applications diverses et variées de la catalyse hétérogène constituent une des bases de notre société technologique. Ce domaine pluridisciplinaire nécessite à la fois des connaissances sur les catalyseurs solides, allant de leur préparation à leur caractérisation (en particulier celle de leur surface) et 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. Ce thème est développé en détail dans une large série d’articles : catalyse acido-basique [J 1 210], catalyse redox [J 1 215] catalyse, bifonctionnelle redox-acide [J 1 217] [J 1 218], mécanismes et principales applications industrielles de la catalyse hétérogène [J 1 200] [J 1 255], désactivation et régénération des catalyseurs [J 1 265] et plus particulièrement des zéolithes [J 6 675].

Aperçu historique

Si les premiers travaux en catalyse hétérogène concernaient la décomposition de l’ammoniac sur différents métaux (1813), la réaction inverse n’a été mise au point qu’au siècle suivant par Haber (1909) puis très rapidement industrialisée par BASF (1913). Ce succès a initié de nombreux travaux de recherche conduisant à plusieurs prix Nobel :

1912, Sabatier : hydrogénation des composés organiques en présence de métaux finement divisés ;
1932 Langmuir : chimie des surfaces ;
2006 Chauvin : développement de la métathèse en synthèse organique ;
2007 Ertl : chimie des surfaces, et menant à des applications industrielles majeures.

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MOTS-CLÉS

Caractérisation | Cinétique | Sites actifs

KEYWORDS

characterization | kinetics | active sites

VERSIONS

Il existe des versions antérieures de cet article :

Version archivée 1 de sept. 1992 par Daniel CORNET
Version archivée 2 de déc. 2004 par Michel GUISNET, Claude NACCACHE

PERMALIEN

https://www.techniques-ingenieur.fr/base-documentaire/procedes-chimie-bio-agro-th2/catalyse-et-procedes-catalytiques-42325210/catalyse-heterogene-j1250/

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BIBLIOGRAPHIE

(1) - GERMAIN (J.E.) - Catalyse Hétérogène. - 225 p., Dunod (1959).
(2) - LE PAGE (J.E.) - Catalyse de Contact. - 622 p., Technip (1978).
(3) - ERTL (G.), KNOZINGER (H.), WEITKAMP (J.) - Handbook of Heterogeneous Catalysis. - 5 vol., 2479 p., Wiley VCH (1977).
(4) - SMITH (J.M.) - Chemical Engineering Kinetics. - 612 p., McGraw Hill Book Company (1970).
(5) - HAW (J.F.), RICHARDSON (B.R.), OSHIRO (I.S.), LAZO (N.D.), SPEED (J.A.) - * - . – J. Am. Chem. Soc. 111, p. 2052-58 (1989).
(6) - GUISNET (M.) - * - . – Acc. Chem. Res. 23, p. 329-338 (1990).
...

DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES

NORMES

Standard Test Method for Testing Fluid Catalytic Cracking (FCC) Catalysts by Microactivity Test. - ASTM D3907-03 -

1 Périodiques

ACS Catalysis, American Chemical Society.

Advanced Synthesis and Catalysis, Wiley-VCH.

Applied Catalysis–A : General ; B : Environmental, Elsevier.

Catalysis Communications, Elsevier.

Catalysis Letters, Springer.

Catalysis Science and Technology, Royal Society of Chemistry.

Catalysis Today, Elsevier.

ChemCatChem, Wiley-VCH.

Chemical Engineering and Technology, Wiley-VCH.

ChemSusChem, Wiley-VCH.

Green Chemistry, Royal Society of Chemistry.

Industrial Engineering Chemistry Research, American Chemical Society.

Journal of Catalysis, Elsevier.

Journal of Molecular Catalysis A : Chemical, Elsevier.

Microporous and Mesoporous Materials, Elsevier.

Topics in Catalysis, Springer.

HAUT DE PAGE

2 Annuaires

HAUT DE PAGE

2.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)

Utilisateurs de catalyseurs

http://www.bp.com

Eni

http://www.eni.com

IFP Énergie Nouvelles

http://www.ifpenergiesnouvelles.fr...

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Sommaire
Sommaire détaillé

INTRODUCTION

1 - CARACTÉRISTIQUES GÉNÉRALES

1.1 - Qu’est-ce qu’un catalyseur ?
1.2 - Catalyse homogène et catalyse hétérogène
1.3 - Analyse du cycle catalytique
- Quiz d'entraînement

2 - PROPRIÉTÉS PHYSIQUES DES CATALYSEURS SOLIDES

2.1 - Mesure de la surface spéciﬁque
2.2 - Caractérisation de la porosité

3 - CHIMISORPTION ET ACTIVITÉ CATALYTIQUE

3.1 - Force d’adsorption et activité catalytique. Principe de Sabatier
3.2 - Classification des catalyseurs
3.3 - Dénombrement des sites actifs

4 - PROPRIÉTÉS CATALYTIQUES

4.1 - Méthodes de caractérisation
4.2 - Mesure de l’activité en réacteur isotherme à lit ﬁxe
4.3 - Sélectivité
4.4 - Stabilité des performances. Durée de vie d’un catalyseur
- Quiz d'entraînement

5 - ÉQUATIONS CINÉTIQUES DES RÉACTIONS DE CATALYSE HÉTÉROGÈNE

5.1 - Vitesse des étapes élémentaires
5.2 - Équation de la vitesse de la réaction

6 - PRÉPARATION ET MISE EN ŒUVRE DES CATALYSEURS

6.1 - Choix du catalyseur
6.2 - Élaboration des catalyseurs
6.3 - Réacteurs catalytiques industriels [2] [3]

7 - GRANDS PROCÉDÉS INDUSTRIELS

Quiz d'entraînement

8 - CONCLUSION

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