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RÉSUMÉ
La catalyse bifonctionnelle présente des atouts écologiques et économiques pour les procédés du raffinage et de la pétrochimie, mais son rôle est négligeable en conversion des alcanes légers et en Chimie Fine. Cet article montre que les processus bifonctionnels sont similaires, impliquant des étapes successives de diffusion et de transformation chimique catalysées par les deux types de sites actifs. En revanche, les molécules de réactifs intermédiaires et produits induisent des différences de réactivité et de vitesse de diffusion dans les pores. Les caractéristiques optimales des catalyseurs bifonctionnels sont donc différentes: support méso ou macroporeux plutôt que microporeux, peu acide, voire basique, etc. Les obstacles limitant leur développement et les stratégies pour les surmonter sont discutés.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Michel GUISNET : Professeur des universités - Catalyse en chimie organique, Poitiers, France Centre for Biological and Chemical Engineering, Lisbonne, Portugal
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Ludovic PINARD : Maître de conférences - Institut de chimie des milieux et matériaux de Poitiers (IC2MP) École nationale supérieure d'ingénieurs de Poitiers (ENSIP), France
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Matteo GUIDOTTI : Chercheur - Conseil national des recherches Institut de sciences et technologies moléculaires, Milan, Italie
INTRODUCTION
Larticle [J 1 217] démontre le rôle essentiel que joue la catalyse bifonctionnelle redox- acide dans les grands procédés de conversion du raffinage du pétrole et de la pétrochimie. Les catalyseurs utilisés comportent deux types de sites actifs :
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des sites hydrodéshydrogénants provenant soit de métaux nobles Pt ou Pd, soit de sulfures mixtes de métaux des groupes 6 (Mo ou W) et 8 (Co, Ni) ;
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des sites acides protoniques provenant d'oxydes inorganiques : alumines chlorées, zéolithes acides et silice alumines.
Les schémas réactionnels des transformations bifonctionnelles d'hydrocarbures comportent de multiples étapes successives de catalyse sur les sites hydrodéshydrogénants et protoniques et de transport des molécules de réactifs, produits et intermédiaires réactionnels. En dépit de cette complexité, ces transformations se produisent très rapidement et en une seule étape apparente, les intermédiaires insaturés, thermodynamiquement très défavorisés, n'apparaissant en effet que sous forme de traces dans les produits finaux. Par ailleurs, l'optimisation des procédés (catalyseur et conditions opératoires) permet d'orienter la sélectivité vers les produits souhaités tout en limitant la désactivation des catalyseurs.
Ces atouts peuvent être, et sont déjà partiellement valorisés en valorisation des alcanes légers C1-C4 et en synthèse organique de produits à haute valeur ajoutée (Chimie fine). Cet article [J1 218] fait le point sur les avancées réalisées dans ces domaines, le choix de les traiter dans un article spécifique étant lié aux limitations importantes imposées dans le développement de procédés industriels par les particularités de la plupart des transformations souhaitées.
– La première, qui vaut aussi bien pour la valorisation des alcanes légers que pour la Chimie fine est que les réactions de coupure de liaisons prépondérantes dans les procédés du raffinage du pétrole et de la pétrochimie sont naturellement supplantées par des réactions de condensation.
– La seconde, particulière à la Chimie fine tient à la très grande réactivité des molécules de réactifs, intermédiaires et produits (désirés ou non) que leur confèrent les groupements fonctionnels qu'elles présentent.
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MOTS-CLÉS
Macanismes réactionnels Sites catalyquement actifs Conversion des alcanes légers Chimie fine
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2. Synthèse de composés fonctionnalisés à haute valeur ajoutée (Chimie fine)
Les produits du domaine de la Chimie fine sont des composés organiques de haute valeur ajoutée, préparés en tonnages modérés (102 à 104 tonnes par an) et présentant généralement différents groupements fonctionnels. Pour leur synthèse, substituer les transformations stœchiométriques ou mises en œuvre par catalyse homogène qui sont fréquemment utilisées par des systèmes s'appuyant sur la catalyse hétérogène serait particulièrement bénéfique. La séparation du catalyseur solide du mélange réactionnel est en effet immédiate et sa récupération (pour sa réutilisation ou celle de ses composants) facile, donc d'un coût en temps et argent bien inférieur à celui de la séparation laborieuse des complexes organométalliques solubles utilisés en catalyse homogène. Cette synthèse comprenant généralement de multiples étapes réactionnelles, la mise en œuvre de catalyseurs bifonctionnels solides présenterait l'avantage de réduire le nombre de ces étapes et des étapes de séparation intermédiaires, rendant les procédés moins coûteux, plus soutenables car producteurs d'une moindre quantité de déchets, et plus sécurisés tant pour le personnel que pour l'environnement . Cette réduction de la quantité de déchets produits est d'autant plus importante que celle-ci augmente avec la complexité des produits synthétisés. C'est ce que montre clairement la comparaison ...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - Catalytic activation and functionalisation of light alkanes. Advances and challenges. - DEROUANE (E.G.), DEROUANE (J.), LEMOS (F.), RAMÔA RIBEIRO (F.) et GUISNET (M.) Eds., NATO ASI, Series 3, Kuwer Academic Publishers, Dordrecht, The Netherlands, vol. 44 (1998).
-
(2) - Sustainable strategies for the upgrading of natural gas : fundamentals, challenges and opportunities. - DEROUANE (E.G.), PARMON (V.), LEMOS (F.) et RAMÔA RIBEIRO (F.) Eds., NATO ASI, Series 2, Kuwer Academic Publishers, Dordrecht, The Netherlands (2005).
-
(3) - CAEIRO (G.), CARVALHO (R.H.), WANG (X.), LEMOS (M.A.N.D.A.), LEMOS (F.), GUISNET (M.), RAMÔA RIBEIRO (F.) - Activation of C2-C4 alkanes over acid and bifunctional zeolite catalysts. - J. Mol. Catal. A, 255, p. 131 (2006).
-
(4) - CORMA (A.), MARTINEZ (A.) - Transformation of alkanes on solid acid and bifunctional catalyst. - Ref.1, p. 35.
-
(5) - MARCILLY (C.) - Catalyse acido-basique. Application au raffinage et à la pétrochimie. - Éditions Technip, Paris, vol. 2, Ch. 9,...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
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
BELLUSSI (G.), GIUSTI (A.) et ZANIBELLI (L.). – Dehydroisomerisation catalyst and its use in the preparation of isobutene from N-butane. US Patent 5336830 assigné à Eniricerche SPA et Snamprogetti (1994).
FRITCH (J.R.), ASLAM (M.), RIOS (D.E.) et SMITH (J.C.). – Utilisation de 2-butanones substituées en position 4 pour préparer la nabumétone. Patent WO 9640608 (1996).
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