Fonctionnalisation de membranes zéolithes : application au couplage réaction/séparation (hydrogénation sélective d'hydrocarbues polyinsaturés)

Modification of a zeolite membrane for use as hydrogen distrubutor : application for hydrocarbon selective hydrogenation

• Auteur / Autrice : Bénédicte Chommeloux
• Direction : José G. Sanchez Marcano
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Énergétique. Génie des procédés
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Montpellier 2

Mots clés

Mots clés contrôlés

Hydrogénation

Réacteurs à membrane

Membranes (technologie)

Séparation (technologie)

Résumé

L’hydrogénation sélective du butadiène en phase gazeuse est réalisée au sein d’un réacteur membranaire distributeur d’hydrogène et au sein d’un réacteur lit fixe. Les performances sont améliorées par l’utilisation du réacteur membranaire : la température est mieux contrôlée au sein du lit catalytique, les performances du catalyseur sont plus stables et la sélectivité en butènes est plus élevée pour une conversion du butadiène fixée. Les membranes utilisées au sein du réacteur sont obtenues par une modification de membranes MFI. Le traitement mis au point est facile à mettre en œuvre et robuste. Des molécules carbonées (polyaromatiques) sont ainsi déposées majoritairement dans la porosité des cristaux de zéolithe par un traitement thermique. Un modèle macroscopique de perméation à travers les micropores cokés est développé puis couplé avec le modèle cinétique mis au point en réacteur lit fixe afin de représenter les performances du réacteur membranaire. L’étude théorique du réacteur membranaire met ainsi en évidence une limitation du système par les performances de la membrane et par la sélectivité intrinsèque du catalyseur. Enfin, les conditions optimales de fonctionnement du réacteur membranaire sont déterminées pour une membrane et un catalyseur donnés

Selective hydrogenation of butadiene is studied both in a classical fixed bed reactor and in a hydrogen distributor membrane reactor. Performances are enhanced with the membrane reactor: the temperature and the catalyst properties are more stable. Moreover, the butenes selectivity is improved at high butadiene conversion. Membranes are obtained by an easy to implement treatment: carboneous molecules (polyaromatics) are deposited inside the microporosity of MFI membrane. The mechanism through the membranes is described by a macroscopic model. A butadiene hydrogenation kinetic model is developed and fitted to the results obtained in the fixed bed reactor. The membrane reactor is then described by the coupling of both models. Simulations of the membrane reactor show that performances are limited by the membrane itself and by the intrinsic selectivity of the catalyst. Moreover, the operating conditions are determined for a membrane and a catalyst in order to maximise the performances