Reformage de l'éthanol au dioxyde de carbone

Abstract

La réaction catalytique de l'éthanol avec du C02, définie comme le reformage à sec de l'éthanol, est un moyen pour produire du gaz de synthèse (Syngas), un mélange d'H2 et de CO, et séquestrer simultanément un gaz à effet de serre comme le C02 sous forme de nanofilaments de carbone. Cette réaction est favorisée à des températures élevées sur des surfaces catalytiques. L'importante consommation énergétique de cette réaction et la désactivation du catalyseur sont les raisons principales de l'absence d'applications industrielles pour ce type de réaction. Un des défis est, donc, de trouver une formulation catalytique active qui peut séquestrer le C02 sous forme de nano-filaments de carbone, un produit avec une valeur ajoutée, sans perdre son activité. La commercialisation des nano-filaments de carbone pourra compenser la totalité ou, du moins, une partie de la consommation énergétique due à l'endothermicité des réactions ainsi que la mise sur le marché de la séquestration du C02 pourront aider à l'essor de la technologie proposée. Ce projet de maîtrise étudie les propriétés catalytiques de l'acier carbone pour la réaction de reformage à sec de l'éthanol. L'objectif spécifique est de mesurer les performances et de comprendre les mécanismes d'action de ce type de catalyseur lors du reformage de l'éthanol au C02• L'effet des conditions de prétraitement du catalyseur sur son efficacité ainsi que sur les propriétés des nano-filaments de carbone est étudié. Les essais sont effectués à l'aide d'un réacteur de laboratoire à lit fixe isothermique. Les surfaces catalytiques et le carbone déposé sont analysés par MEB (Microscopie Électronique à Balayage), MET (Microscopie Électronique en Transmission) et DRX (Diffraction des Rayons X) tandis que des analyses CG (Chromatographie de Gaz) permettent d'évaluer l'étendue de la réaction et faire les bilans de matière et d'énergie. Les résultats montrent que: l'acier catalyse tant le craquage que le reformage à sec de l'éthanol; un prétraitement oxydatif est nécessaire pour activer les propriétés catalytiques; un dépôt de carbone sous forme de nano-filaments est obtenu sans perte de l'activité catalytique; ces nano-filaments conservent l'activité catalytique via la présence de carbures insérés dans leur structure tubulaire.

The catalytic reaction of ethanol with CO2 , defined as the dry reforming of ethanol, is a method to produce synthesis gas (Syngas), a mixture of H2 and CO, and simultaneously to sequester the greenhouse effect gas CO2 in the form of carbon nano-filaments. This reaction is favoured at high temperatures on catalytic surfaces. High energy consumption of this reaction and the deactivation of catalyst are the principal reasons of the absence of industrial applications for this type of reaction. One of the challenges is, therefore, to find an active catalytic formulation which can sequester CO 2 in the form of carbon nano-filaments, a valuable product, without losing its activity.The marketing of the carbon nano-filaments should be able to compensate for the cost of the energy consumption, due to the endothermicity of the reactions. This master project studies the catalytic properties of the carbon steel for the reaction of dry reforming of ethanol.The specific objective is to investigate the performance of carbon steel as the catalyst and to understand the mechanisms of the reforming of ethanol with CO 2 over this catalyst.The effect of the conditions of pretreatment of catalyst on its activity as well as on the properties of the carbon nano-filaments is studied.The tests are carried out using an isothermal fixed bed laboratory reactor. Catalytic surfaces and carbon deposited are analyzed by SEM (Scanning Electron Microscopy), TEM (Transmission Electron Microscopy), and XRD (X ray diffraction) while analyses by GC make it possible to evaluate the extent of the reaction and to make the mass and energy balances.The results obtained are as follows: (1) Carbon steel catalyzes both reactions of ethanol dry reforming and ethanol cracking (2) An oxidative pre-treatment is necessary to activate the catalytic properties of carbon steel (3) Carbon deposit under the form of carbon nano-filaments was obtained without reducing the catalytic activity of carbon steel (4) These nano-filaments preserve the catalytic activity because of the presence of carbides inserted in their tubular structure.