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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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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.
KEYWORDS
industrial processes | refining | petrochemistry | heterogeneous catalysts
VERSIONS
- Version archivée 1 de juin 2005 par Claude NACCACHE
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3. Chimie minérale (production d’ammoniac, d’acides nitrique et sulfurique)
L’industrie « minérale » a considérablement bénéficié du développement de la catalyse hétérogène pour augmenter sa productivité et son efficacité dans la fabrication de matières premières essentielles à notre société. L’industrie chimique dispose aujourd’hui de procédés catalytiques hétérogènes pour la fabrication d’ammoniac, d’acide nitrique, d’acide sulfurique qui trouvent de nombreuses applications dans les industries pétrolières, des engrais, et de spécialité des composés organiques.
3.1 Synthèse de l’ammoniac
Environ 80 % de la production de NH3 (120 Mt/an) sert à la fabrication d’engrais (sulfate et nitrate d’ammonium) et 10 % à la production d’acide nitrique ou encore de nylon (7 %). En présence d’un catalyseur, les molécules d’azote et d’hydrogène sont dissociées par adsorption sur la surface du solide [J6135]. Il en résulte une concentration superficielle d’atomes N et H adsorbés, lesquels par interaction produisent NH3. Les sites actifs de la surface du catalyseur (Fe, Ru) facilitent la rupture des liaisons N-N et H-H ce qui diminue l’énergie d’activation de formation de NH3 et conduit à une vitesse de réaction relativement grande même à température modérée. Les très nombreuses études réalisées sur cette réaction ont permis de rationaliser précisément le mécanisme et les caractéristiques optimales des catalyseurs. Ainsi, l’effet de la taille des particules de fer (Fe) et des faces cristallographiques exposées sur les performances a clairement été mis en évidence.
Aujourd’hui l’ammoniac est produit par le procédé Haber-Bosch (prix Nobel 1918) qui met en œuvre un catalyseur à base de Fe promu par l’hydroxyde de potassium. Le réacteur à lit fixe est constitué d’une série de lits de catalyseur séparés par des réfrigérants...
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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).
-
...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Axens :
https://www.axens.net/our-offer/by-market/oil-refining.html
European Cluster on Catalysis Initiative :
http://www.catalysiscluster.eu/
F3 Factory :
http://www.f3factory.com/scripts/pages/en/home.php
Société Chimique de France (SCF) :
http://www.societechimiquedefrance.fr/archives-des-fiches-catalyse.html#ficheac
La Catalyse en France : une aventure : http://www.societechimiquedefrance.fr/extras//CD_Catalyse/PrefaceFr.html
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