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.
L'expertise technique et scientifique de référence
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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Chimisorption et activité catalytique2. Propriétés physiques des catalyseurs
Les propriétés physiques essentielles des catalyseurs généralement poreux utilisés dans les réactions de catalyse hétérogène sont d’une part leur surface spécifique, d’autre part leur porosité.
2.1 Mesure de la surface spécifique Sg
La surface spécifique des catalyseurs est déterminée à partir d’isothermes de physisorption : V adsorbé à l’équilibre en fonction de la pression P d’adsorbat, plus généralement en fonction de P/P0 où P0 est la pression de vapeur saturante de l’adsorbat. De ces isothermes, on tire la valeur de Vm le volume adsorbé nécessaire pour obtenir une monocouche d’adsorbat sur toute la surface. Sg est lié à Vm par l’équation suivante :
avec :
- N0 :
- le nombre d’Avogadro
- am :
- la surface occupée par une molécule adsorbée
- VM :
- le volume d’une mole d’adsorbat mesuré dans les mêmes conditions que le volume adsorbé
- m :
- la masse de solide catalyseur utilisé pour l’adsorption.
L’adsorbat utilisé est généralement l’azote, la température d’adsorption étant 77 K c’est-à-dire sa température d’ébullition sous pression atmosphérique (P0), et am est égal à 0,162 nm2.
Les isothermes d’adsorption ont été classées par Brunauer et al. [7] en cinq groupes caractéristiques [5]. Pour le premier groupe qui correspond à des solides microporeux, la physisorption se limite à une monocouche (isotherme de Langmuir) et Vm est aisément tiré de l’isotherme V en f (P/P0). Pour les autres isothermes, la physisorption ne se limite pas à...
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Propriétés physiques 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.
-
(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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