Activité et stabilité de phases sulfures pour l’hydrotraitement d’huiles végétales

par Mathias Ruinart de Brimont

Thèse de doctorat en Catalyse

Sous la direction de Christophe Geantet.

Soutenue le 13-10-2011

à Lyon 1 , dans le cadre de École Doctorale de Chimie (Lyon) , en partenariat avec Institut Français du Pétrole. Energies Nouvelles (Rueil-Malmaison) (laboratoire) .

Le président du jury était Catherine Pinel.

Le jury était composé de Arnaud Travert, Antoine Daudin, Pascal Raybaud.

Les rapporteurs étaient Sylvette Brunet, Franck Dumeignil.


  • Résumé

    En combinant expérimentations et calculs ab initio, nous proposons une étude rationnelle des mécanismes de désoxygénation de molécules modèles pertinentes (heptanoate d'éthyle et heptanal) afin de fournir des guides pour définir des systèmes catalytiques optimaux pour l'hydrotraitement de matières premières renouvelables (huiles végétales, graisses animales). L'hydrotraitement d'huiles végétales, par la réaction de désoxygénation, est une voie alternative à la transestérification et peut être envisagée pour obtenir une base gazole de haute qualité. La transformation des composés oxygénés modèles a été étudiée sous une pression totale de 1.5 MPa, à une température de 523 K, dans un réacteur à lit fixe en présence de différents sulfures de métaux de transition massiques (SMT). Cette étude a mis en évidence l'influence de la nature phase sulfure sur la sélectivité des voies de désoxygénation (hydrodésoxygénation (HDO) et/ou décarbonylation/ décarboxylation (DCO)) ainsi que la réactivité particulière du sulfure de rhodium lors de la transformation de l'heptanoate d'éthyle. À l'inverse, quelle que soit la phase sulfure utilisée, la transformation de l'heptanal suit principalement la voie HDO. Dans nos conditions réactionnelles, l'heptanal a été identifié comme un intermédiaire de cette voie de désoxygénation. L'effet promoteur du cobalt et du nickel sur l'activité du sulfure de molybdène monométallique a été observé lors de la transformation de l'heptanal. La relation entre les activités en désoxygénation et en HDO et l'énergie de liaison métal-soufre (E(MS)) calculée ab initio des solides suit une courbe en volcan. Le sulfure mixte NiMoS (0.43), qui présente une E(MS) intermédiaire (127 kJ.mol-1), est le SMT le plus actif pour les deux réactions. Le catalyseur bimétallique CoMoS (0.1) présente la sélectivité HDO/DCO la plus élevée. À l'aide des résultats catalytiques et de calculs ab initio, deux mécanismes réactionnels sont proposés pour les voies de réactions HDO et DCO

  • Titre traduit

    Activity and stability of sulfur catalytic phases for hydrotreating of vegetable oils


  • Résumé

    By combining well defined experiments and density functional theory (DFT) calculations, we propose a rational understanding of the deoxygenation mechanisms of relevant oxygenate molecules (ethyl heptanoate and heptanal) so as to provide guides to define optimal catalytic systems for the hydrotreating of renewable feedstocks (vegetable oils, animals fats). The hydrotreatment of vegetable oils, with the deoxygenation reaction, is an alternative route to transesterification and can be used to obtain high quality diesel. The transformation of oxygenated model compounds was studied under a total pressure of 1.5 MPa, at 523 K, in a fixed bed reactor over various unsupported transition metal sulfide catalytic phases (TMS). Results have shown the influence of the sulfide phase on the selectivity for deoxygenation reaction (hydrodeoxygenation (HDO) and/or decarbonylation/ decarboxylation (DCO)) and the specific reactivity of the rhodium sulfide for the transformation of ethyl heptanoate. The study of the transformation of heptanal shows the reaction of deoxygenation is preferentially following the HDO pathway over all the catalysts. In our reaction conditions, heptanal was identified as a reaction intermediate of this deoxygenation pathway. The promoting effect of cobalt and nickel on the activity of monometallic molybdenum sulphide was observed for the transformation of heptanal. The relation between the deoxygenation and HDO rates and the ab initio calculated sulphur-metal bond energy E(MS) in the bulk TMS is following a volcano curve. Bimetallic sulfide NiMoS (0.43), with an intermediate E(MS) (127 kJ.mol-1), is found as the most active TMS for both reactions. The maximum of the HDO/DCO selectivity is obtained for the mixed catalyst CoMoS (0.1). Thanks to catalytic results and ab initio calculations, two reaction pathways are proposed for HDO and DCO reactions


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