Bibliographie & annexes
Présentation
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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Caractéristiques générales6. Préparation et mise en œuvre des catalyseurs
6.1 Choix du catalyseur
Le choix d’un catalyseur pour une transformation donnée s’appuie non seulement sur la connaissance des trois propriétés fondamentales : activité, stabilité, sélectivité, mais est également conditionné par de nombreuses autres propriétés liées à sa mise en œuvre industrielle. Ainsi sa morphologie (forme et dimension de grains) et sa résistance mécanique seront déterminées par le type de réacteur utilisé. Dans le cas de réactions très endothermiques ou très exothermiques, les caractéristiques thermiques des catalyseurs sont très importantes ; ainsi une bonne conductivité thermique permettra de limiter les gradients de température à l’intérieur des grains et dans le lit de catalyseur. Par ailleurs, la conductivité thermique devra être élevée si le catalyseur est utilisé pour le transport de chaleur [exemple : en craquage catalytique (FCC)] du régénérateur au réacteur, ou au contraire très faible si la température doit augmenter très rapidement (exemple : catalyseur de pots catalytiques). D’autres critères : prix de revient, originalité, reproductibilité sont également essentiels [2].
Les catalyseurs utilisés industriellement sont généralement très complexes : la phase active est souvent supportée ; des composés très divers sont additionnés ; ainsi un catalyseur de craquage catalytique comprend non seulement la zéolithe Y et la matrice, mais aussi un diluant de type kaolinite, un liant, des additifs divers permettant de passiver les poisons métalliques (Ni, V) présents dans les charges, d’obtenir une combustion totale du coke (en CO2), de réduire les émissions de SO2, etc., [12].
HAUT DE PAGE6.2 Élaboration des catalyseurs
Il existe souvent une diversité de méthodes et de matières premières pour la préparation des produits complexes que sont les catalyseurs industriels. Fort heureusement, des étapes identiques dites opérations unitaires se retrouvent dans les méthodes utilisées [2]. L’ordre des opérations unitaires dépend du type de catalyseur préparé :
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catalyseurs massiques (exemple : chromite de cuivre utilisé...
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Préparation et mise en œuvre des catalyseurs
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - GERMAIN (J.E.) - Catalyse Hétérogène - . 225 p., 1959, Dunod.
-
(2) - LE PAGE (J.E.) - Catalyse de Contact - . 622 p., 1978, Technip.
-
(3) - ERTL (G.), KNOZINGER (H.), WEITKAMP (J.) - Handbook of Heterogeneous Catalysis - . 5 vol., 2479 p., 1977, Wiley VCH.
-
(4) - SMITH (J.M.) - Chemical Engineering Kinetics - . 612 p., 1970, McGraw Hill Book Company.
-
(5) - HAW (J.F.), RICHARDSON (B.R.), OSHIRO (I.S.), LAZO (N.D.), SPEED (J.A.) - * - J. Am. Chem. Soc. 111, 1989, p. 2052-58.
-
(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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