Microréacteur pour la catalyse hétérogène. Applications : Stockage d'hydrogène dans les hydrocarbures. Filtre pour capteur gaz

par Marilyne Roumanie

Thèse de doctorat en Génie des Procédés

Sous la direction de Christophe Pijolat.

Soutenue en 2005

à Saint-Etienne, EMSE .

mots clés

• Microréacteurs chimiques
• Catalyse hétérogène

Résumé

Ce mémoire présente la conception et l'utilisation d'un réacteur microstructuré en silicium pour la catalyse hétérogène et en particulier pour la réaction de déshydrogénation du méthylcyclohexane. Cette réaction permet d'une part de restituer de l'hydrogène stocké et d'autre part de réaliser des développements technologiques importants car elle est endothermique et difficile à mettre en œuvre. Ainsi un nouveau microréacteur obtenu par DRIE a été conçu et scellé avec un capot en pyrex. Il intègre des résistances chauffantes déposées par sérigraphie et une connectique métallique " haute température ". Il comprend soit un catalyseur issu de la microtechnologie, film de platine déposé par pulvérisation cathodique soit un catalyseur plus classique, platine supporté sur alumine. Pour ce dernier catalyseur, le microréacteur préalablement préoxydé est prétraité par plasma oxygène ou par voie liquide afin que le dépôt adhère aux parois. L'enduction peut être réalisée en microréacteur ouvert par trempage dans la suspension d'alumine ou en microréacteur fermé sous vide, ou par circulation de liquide. A la suite de tests catalytiques effectués en macroréacteurs, le catalyseur Pt/Al₂O₃ a été choisi pour être inséré dans le microréacteur. Les tests catalytiques réalisés avec un microréacteur couplé à un spectromètre de masse ont permis de montrer la présence d'hydrogène. En parallèle, le microréacteur a été utilisé en tant que filtre pour améliorer la sélectivité des capteurs de gaz.

Titre traduit

Microreactor for heterogeneous catalysis. Applications : hydrogen storage in hydrocarbons and filter for gas sensor.

Résumé

This manuscript presents the design and the use of silicon microstructured reactor for heterogeneous catalysis and especially for the dehydrogenation of methylcyclohexane reaction. This reaction enables on one hand to store hydrogen and on the other hand to realise technological developments since it is endothermic and difficult to carry out. By consequence, a new microreactor obtained by DRIE was designed and capped with a Pyrex wafer. It bundles microheaters deposited by screen-printing and a high temperature metallic connection. It comprises either a catalyst coming from microtechnology, Pt film deposited by sputtering or a classic catalyst, platinum supported on alumina. For this last catalyst, the microreactor previously preoxidised is pretraited by oxygen plasma or liquid way so that the deposit to walls. The washcoat could be done in open microreactor by dip coating in the suspension or in closed microreactor under vacuum or by liquid circulation. After catalytic tests realised in a macroreactor, the Pt/Al₂O₃ catalyst was chosen to be inserted in the microreactor. The catalytic tests realised in a microreactor coupled with a mass spectrometer let to show the presence of hydrogen. In parallel, the microreactor was used as filter to improve gas sensor selectivity.