Etude de la déshydrogénation de l'isobutane dans un réacteur catalytique à membrane poreuse : conception, mise en œuvre et modélisation

Isobutane dehydrogenation in a porous membrane catalytic reactor. Design, start-up and modelisation

• Auteur / Autrice : Dominique Casanave
• Direction : Jean-Alain Dalmon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences
• Date : Soutenance en 1996
• Etablissement(s) : Lyon 1
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Alain Dalmon

Mots clés

Mots clés contrôlés

Membranes de séparation des gaz

Catalyseurs métalliques

Déshydrogénation

Isobutane

Résumé

L'objectif de ce travail a ete la mise en uvre et la modelisation d'un reacteur catalytique a membrane poreuse inerte pour la deshydrogenation de l'isobutane. Le choix du catalyseur s'est porte sur un catalyseur bimetallique a base de pt supporte sur de la silicalite developpe a l'irc, de part ses performances bien superieures a celles des catalyseurs commerciaux a base de pt ou de cr (activite, stabilite et selectivite). Une etude cinetique de la reaction dans un reacteur differentiel a permis de determiner une loi cinetique valable dans des conditions proches de l'equilibre thermodynamique. Les proprietes separatrices des membranes poreuses utilisees lors du couplage reaction/separation ont ete determinees a partir de mesures de permeabilites des gaz purs et a partir de mesures de separation d'un melange ic#4/h#2/n#2. Pour la membrane mesoporeuse en alumine-, le transport se fait par diffusion de knudsen et diffusion de surface et la permselectivite h#2/ic#4 de la membrane est faible ( 4). Pour les membranes zeolithiques microporeuses, le transport se fait par un mecanisme active par la temperature pour lequel les interactions entre la molecule et la paroi sont fortes et conduisent a une permselectivite h#2/ic#4 plus importante ( 14). Le couplage reaction/separation a permis de comparer les performances des reacteurs catalytiques a membrane suivant le type de membrane utilise (mesoporeuse ou microporeuse) et suivant le mode de balayage du compartiment externe choisi (co-courant ou contre-courant). Les meilleurs rendements en isobutene ont ete obtenus avec la membrane zeolithique la plus permeable, avec un balayage a co-courant. Le deplacement d'equilibre observe avec la membrane alumine- est plus faible et essentiellement du a un phenomene de dilution du melange reactionnel par le gaz de balayage. Un modele mathematique a ete developpe. Il permet de decrire correctement l'ensemble des resultats experimentaux obtenus avec la membrane zeolithique, pour un balayage a co-courant. Les resultats calcules a contre-courant sont legerement surestimes car l'equation cinetique ne tient pas compte de la desactivation du catalyseur, qui a lieu lorsque la pression partielle de h#2 est faible