Elaboration de réacteurs catalytiques membranaires à microstructures et architectures contrôlées

par Enrique Juste

Thèse de doctorat en Matériaux céramiques et traitements de surface

Sous la direction de Thierry Chartier.

Soutenue en 2008

à Limoges , en partenariat avec Université de Limoges. Faculté des sciences et techniques (autre partenaire) .

mots clés

• Réacteur catalytique membranaire (CMR)
• Syngaz
• Membrane dense à architecture multicouche
• Réacteurs à membrane
• Gaz naturel
• Reformage catalytique
• Membranes de séparation des gaz

Résumé

La production de syngaz (H2+CO), à partir du gaz naturel, connaît depuis vingt ans un intérêt croissant dans le domaine de l’énergie. Les réacteurs catalytiques membranaires (CMR) apparaissent comme une solution économiquement prometteuse pour le reformage du gaz naturel en syngaz. Le CMR étudié est composée d’une membrane dense (La(1-x)SrxFe(1-y)GayO3-d) conductrice mixte permettant la séparation de l’oxygène de l’air et son transport, d’un support poreux assurant la tenue mécanique et d’un catalyseur favorisant le reformage du méthane. Un matériau de membrane présentant une bonne stabilité dimensionnelle a été sélectionné et mis en forme par coulage en bande. Les relations entre la microstructure de la membrane, l’architecture des réacteurs multicouches et les performances en terme de semi-perméation à l’oxygène ont été étudiées. Enfin, une membrane dense à architecture multicouche à été élaborée en vue de l’amélioration des performances du CMR dans les conditions industrielles.

Titre traduit

Elaboration of catalytic membrane reactors with controlled microstructures and architectures

Résumé

Since twenty years, syngas (H2+CO) production from natural gas, has been presented an increasing interest as source of energy and chemical feedstock. Catalytic Membrane Reactors (CMR) are economical attractive processes for natural gas reforming to syngas. The CMR studied consisted of a mixed ionic and electronic conductor dense layer (La(1-x)SrxFe(1-y)GayO3-d) which can separate oxygen from air and transport it, a porous support to ensure the mechanical strength of the reactor and a catalytic layer improving methane reforming. Firstly, a material with a good dimensional stability was chosen and shaped by tape casting. Secondly, the influence of the microstructure of the membrane and the architecture of multilayer reactors on semipermeability properties was studied. Finally, a multilayer dense membrane was elaborated in order to improve performances of the CMR in industrial working conditions.