Optimisation et caractérisation de dépôts de catalyseurs Vox/TiO2 sur parois métalliques pour réacteurs structurés : application à l’oxydation déshydrogénante du propane

par Thierry Giornelli

Thèse de doctorat en Génie des procédés industriels

Sous la direction de Élisabeth Bordes.

Soutenue en 2004

à Compiègne .

mots clés

• Réacteur structuré
• Dépôt de catalyseurs oxydes sur paroi métallique
• Oxydation déshydrogénante du propane
• Catalyseurs
• Propane -- Oxydation
• Déshydrogénation
• Microréacteurs chimiques
• Hydrocarbures
• Thermorégulation
• Dépôt en phase vapeur
• Produits d'étanchéité

Résumé

Les réacteurs-échangeurs sont intéressants pour mettre en oeuvre des réactions très exothermiques. Le contrôle des transferts de chaleur est primordial, notamment dans les réacteurs catalytiques dont les grains solides souvent à base d'oxydes sont peu conducteurs. Un des problèmes à résoudre est le dépôt de la phase active sur des parois métalliques, qui doit être stable mécaniquement, thermiquement et chimiquement. Le dépôt par méthodes chimiques des catalyseurs VOx/TiO2 a été étudié pour des parois d'aluminium et d'inox. Les dépôts sur plaques ont été caractérisés par diverses méthodes (DRX, spectroscopie Raman, SPX, ATG, MEB), et comparés aux poudres de même nature. Les rapports Y/Ti déterminés par SPX correspondant au dépôt d'une mono couche sont les mêmes que ceux obtenus pour les poudres y compris dans la littérature, ce qui valide les expérimentations. Enfin les performances des catalyseurs pulvérulents et sur plaque d'inox ont été examinées dans la réaction de déshydrogénation oxydante du propane.

Titre traduit

Optimisation and characterisation of coating ofYOx/TiO2 catalysts on metallic walls for structured reactors : application to oxidative dehydrogenation of propane

Résumé

Heat-exchanger type reactors are recently studied because of their potential applications in high exothermic reactions. Heat transfer control is very important, namely in catalytic reactors in which oxide catalysts are not good heat conductors. The main difficulty is to graft the active phase on metallic walls, while being mechanically and chemically stable. The catalyst VOx/TiO2 has been coated on anodized aluminium walls and on stainless steel walls. Films were characterized by several methods (XRD, Raman spectroscopy, XPS, TGA, SEM), and compared to the corresponding powders. At the monolayer composition, the Y/Ti ratio (determined by XPS) of films and powders are the same and equal to those found in the literature. This result confirms the validity of the deposition method. Finally the catalytic properties of powders and of VOx/TiO2/stainless steel catalysts were studied in the oxidative dehydrogenation of propane.