Étude de la diffusion des charges lourdes en conditions réelles dans les catalyseurs d'hydrotraitement

Study of the diffusion of heavy oil under process conditions into hydrotreatment catalysts

• Auteur / Autrice : Florine Gaulier
• Direction : Didier Espinat
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 23/06/2016
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Chimie (Lyon ; 2004-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Claude Bernard (Lyon ; 1971-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut français du pétrole Énergies nouvelles (Rueil-Malmaison, Hauts-de-Seine)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Marc Lancelin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Didier Espinat, Pierre Levitz, Jérémie Alain Barbier, Bertrand Guichard
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Pierre Korb, Renaud Denoyel

Mots clés

Mots clés contrôlés

Résonance magnétique nucléaire

Catalyseurs d'hydrotraitement

Asphaltènes

Pétrole -- Déchets

Mots clés libres

Résidu pétrolier

Asphaltènes

Catalyseur d’hydrotraitement

Phénomène de transport

RMN

Temps de relaxation

DOSY

Petroleum residue

Asphaltenes

Hydrotreatment catalyst

Transport phenomena

NMR

Relaxation times

DOSY

Résumé

Cette thèse porte sur l'étude de la diffusion des asphaltènes dans les catalyseurs d'hydrotraitement. La revue bibliographique met en évidence d'importantes lacunes dans les connaissances, d'une part sur l'impact sur les processus de diffusion des fortes températures rencontrées dans les procédés de raffinage et d'autre part, sur la dynamique des asphaltènes dans les réseaux poreux des catalyseurs. Ainsi, une double approche expérimentale a été développée, s'articulant dans un premier temps autour d'une étude de diffusion et d'adsorption dans des conditions proches de celles des procédés, puis dans un second temps une étude de la diffusion en milieu confiné par Résonance Magnétique Nucléaire (RMN) à travers des techniques de mesure de temps de relaxation ainsi que la RMN à gradient de champ pulsé (DOSY). Les résultats obtenus montrent que même à haute température, la diffusion des asphaltènes dans les catalyseurs est un processus très lent, plusieurs jours étant nécessaires pour que le coeur soit atteint. Les techniques de RMN utilisées montrent le caractère fortement confiné des asphaltènes dans le milieu poreux ainsi que de fortes interactions entre les asphaltènes et la surface alumine des catalyseurs, à l'origine d'une très faible dynamique bien que le processus d'adsorption soit dans une certaine mesure quand même réversible

This PhD thesis deals with the diffusion of asphaltenes in hydrotreatment catalysts. The literature review shows weaknesses in knowledge about both, how does the high temperature impact the diffusion phenomena and, what is the dynamic of asphaltenes in the porous media. Therefore, a double experimental approach has been developed, first the diffusion and the adsorption of asphaltenes near process conditions have been studied, and then the dynamic in porous media has been studied by Nuclear Magnetic Resonance (NMR) technics which involves relaxation times measurements and Diffusion Ordered SpectroscopY (DOSY). Results show that even at high temperature, the diffusion of asphaltenes in catalysts is relatively slow; several days are needed to reach the center. The NMR results highlight a slow dynamic of asphaltenes in the porous media, since they are in confined environment and they are in strong interactions with alumina, even if the adsorption is to a certain extent reversible