Mise au point d'un catalyseur nanostructuré pour la synthèse d'oléfines à deux et trois atomes de carbone

Abstract

Le propylène est un des composés les plus importants dans l’industrie pétrochimique et est principalement produit à partir des dérives du pétrole brut par des réactions de craquage. Les réactions de craquage présentent divers inconvénients comme une forte consommation énergétique, une production élevée de dioxyde de carbone et une faible sélectivité en oléfines. L’objectif de la majorité des recherches effectuées pour la production de propylène est de développer de nouveaux procédés utilisant comme matière première une source renouvelable de carbone telle que la biomasse. L’utilisation de méthanol produit à partir de matières résiduelles non recyclables au lieu du pétrole pour la production du propylène, représente une opportunité pour la valorisation des déchets. Le méthanol produit à partir du procédé d’Enerkem, est ensuite déshydraté catalytiquement et sélectivement pour produire du diméthyléther (DME). Dans ce travail, la synthèse du propylène a été effectuée à partir d’un mélange réactionnel de méthanol/DME/eau dans les conditions opératoires (température, pression) proche des procédés similaires, utilisant la zéolithe ZSM-5 et la MCM-41 comme catalyseurs. Cette étude a débuté par l’identification des conditions optimales pour la synthèse du propylène en utilisant la zéolithe H-ZSM-5 extrudée avec un rapport Si/Al de 560 comme catalyseur. L’identification des conditions optimales a été effectuée en utilisant un logiciel de plan d’expérience : Minitab. À partir du plan d’expérience, il a été possible d’étudier les effets de la température, de la vitesse spatiale horaire en poids (WHSV, Weight Hourly Space Velocity) et aussi l’influence de la composition du mélange réactionnel. La deuxième partie est dédiée à une étude plus approfondie de l’influence de la teneur en eau dans le mélange réactionnel et de l’acidité de la ZSM-5. L’influence de l’acidité de la ZSM-5 a été effectuée en faisant varier son rapport Si/Al. De plus, la stabilité de la zéolithe ZSM-5 en fonction du temps a été examinée. De plus, la transformation du propylène et de l’éthylène a été étudiée afin de comprendre la distribution des produits de réaction dans les conditions expérimentales sélectionnées pour ce projet. Dans la dernière partie de ce projet, la MCM-41 (un catalyseur mésoporeux) a été utilisée pour la production d’oléfines à partie du DME. L’influence de l’acidité sur la production d’oléfines à partir du DME a été évaluée en considérant deux types de MCM-41 : la première a été une MCM- 41 classique et l’autre, une MCM-41 riche en aluminium (Al-MCM-41).