Les "cokes" dans les zéolithes hiérarchisées (nature/localisation et toxicité/réactivité)

par Francis Ngoye

Thèse de doctorat en Chimie théorique, physique, analytique

Sous la direction de Ludovic Pinard et de Sébastien Laforge.

Le président du jury était Jean-Pierre Gilson.

Le jury était composé de Ludovic Pinard, Sébastien Laforge, Yannick Pouilloux, Sylvie Maury, Christian Fernandez.

Les rapporteurs étaient Vasile Hulea, Franck Launay.


  • Résumé

    Le craquage du méthylcyclohexane (MCH) à 450 °C et la conversion de l'éthanol (EtOH) en hydrocarbures à 350 °C sous 30 bar sont effectués sur zéolithes HZSM-5 (de taille de cristallite micrométrique et nanométrique) hiérarchisées. Ces deux réactions modèles mais complexes conduisent à la formation du coke, qui est toxique en MCH et potentiellement actif en EtOH. La toxicité (Tox) et la réactivité du coke dépendent fortement des propriétés texturales des catalyseurs. Dans ce travail, il est démontré que quelle que soit la réaction, le coke dans le cas des zéolithes taille micrométriques est « lourd », il est principalement constitué d'alkylphénanthrènes et alkylpyrènes et est localisé dans les micropores. Dans les zéolithes de taille nanométriques et hiérarchisées (méso-microporeux), le coke est plutôt « léger », formé majoritairement d'alkylbenzènes et alkylnaphtalènes ; ce coke qualifié de léger, est localisé en surface externe. Le coke situé dans les canaux et intersection de la zéolithe HZSM-5 est plus toxique (Tox ≥ 1) que celui situé en surface externe (Tox < 1). La diminution du chemin de diffusion offre également un avantage certain lors de la régénération des catalyseurs en abaissant les températures d'élimination totale de ces cokes. Les effets des propriétés texturales sur les performances catalytiques et la désactivation sont nettement plus marqués dans le cas de EtOH (réaction plus sensible) que MCH.

  • Titre traduit

    Cokes into the hierarchiacal zeolites (nature/location and toxicity/reactivity)


  • Résumé

    The Methylcyclohexane (MCH) cracking at 450 °C and the ethanol (EtOH) conversion into hydrocarbons at 350 °C under 30 bar are performed over Hierarchical HZSM-5 zeolites (with micro- and nanometer crystal size). These two model but complex reactions lead to the formation of coke which is toxic with MCH and active with EtOH. The toxicity (Tox) and the reactivity of coke depend strongly on the catalysts textural properties. In this work, it's shown that whatever the reaction, coke in the case of micrometric zeolites is "heavy" and consists mainly of alkylphenanthrenes and alkylpyrenes located into the micropores. In nano-sized and hierarchical (meso-microporous) zeolites, coke is rather "light" and consisting mostly of alkyl benzenes and naphthalenes located on the external surface. The coke located into the channels and at the channels intersections of HZSM-5 zeolite is more toxic (Tox ≥ 1) than that located on the external surface (Tox <1). The decrease in the diffusion path also offers a clear advantage in the catalysts regeneration by lowering the temperature of total coke removal. The effect of textural properties on the catalytic performances and the deactivation are more pronounced in the case of EtOH (more sensitive reaction) than MCH.


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