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Étude de la faisabilité d'un réacteur à membrane catalytique à base d'oxyde de bismuth pour le couplage oxydant du propène
| Auteur / Autrice : | Claire Burello |
| Direction : | Bechara Taouk |
| Type : | Thèse de doctorat |
| Discipline(s) : | Génie des procédés industriels |
| Date : | Soutenance en 1997 |
| Etablissement(s) : | Compiègne |
| Ecole(s) doctorale(s) : | École doctorale 71, Sciences pour l'ingénieur (Compiègne) |
Résumé
Les réacteurs à membrane sont présents dans de nombreux sujets d'études (biotechnologie, biomédical, chimie des procédés). En catalyse hétérogène, ils permettent de regrouper en une seule opération unitaire, la réaction et la séparation. Dans le cas du couplage oxydant (déshydrodimérisation oxydante) du propène, sur catalyseurs à base d'oxyde de bismuth, l'utilisation d'un tel réacteur associé à une membrane catalytique inorganique est particulièrement adaptée. En effet, la séparation des réactifs permet d'éviter toute explosion et diminue les réactions de dégradation en COx au profit de la formation de dimères. De plus, l'oxygène nécessaire à la réaction est présent dans la membrane (oxyde de bismuth dopé par Ba, La, Ce, Eu, Er, V et Nb) qui est régénérée par l'oxygène gazeux grâce à la conductivité ionique élevée de ces catalyseurs. Les solides ont été caractérisés à l'état de poudre par leur structure (DRX), leur texture (BET et granulométrie) et leur réactivité (TPR). Le dopage augmente la température de réduction mais diminue sa vitesse. De plus, il réduit la température de réoxydation mais aussi la vitesse correspondante. Les membranes réalisées par compactage des catalyseurs en poudre ont été analysées. Leur conductivité électrique élevée est essentiellement ionique, impliquant la diffusion ionique de l'oxygène à travers la membrane. Leur texture, étudiée par prosimétrie et MEB, est poreuse et laisse donc l'oxygène moléculaire diffuser. L'analyse par MEB montre la présence de bismuth métallique et confirme ainsi que la vitesse de réduction du catalyseur est plus grande que celle de sa réoxydation. Les membranes ont été testées sur un banc catalytique (analyse des effluents par CPG). L'influence de plusieurs paramètres (température de réaction, pression d'oxygène et nature du catalyseur) a été examinée. Les résultats ont révélé que les catalyseurs dopés aux lanthanides sont les plus performants avec un rendement en dimères qui diminue selon : Ce > La > Er > Eu. Enfin, ces propriétés catalytiques ont été corrélées aux caractéristiques structurales des solides.