Synthèse et applications de catalyseurs conçus pour le reformage à la vapeur des goudrons (HAPs ; PCDD/F, BPC) présents dans les gaz issus de traitements thermochimiques de la biomasse

Abstract

La connaissance fondamentale du reformage à la vapeur du naphtalène et du dichlorobenzène, comme molécules modèles, peut avoir des retombées et des applications dans la destruction et la conversion des HAPs, PCDD/F présents dans les gaz issus de traitements thermiques de la biomasse et de résidus, aussi bien que dans la valorisation des fractions lourdes des aromatiques issues du craquage catalytique du pétrole. Les conditions du reformage à la vapeur du naphtalène ont été optimisées durant la première partie de cette thèse. Pour augmenter la stabilité du catalyseur et augmenter le rendement du reformage, nous avons effectué une optimisation de la composition chimique et les conditions de préparation des catalyseurs à base de nickel imprégné sur un support d'alumine stabilisé. Il a été démontré: (1) qu'il existe une relation entre l'activité catalytique et la teneur de nickel. La teneur optimale est de 15%; au-delà de 15%, le rendement baisse. Il apparaît que le rôle de nickel est de permettre l'ouverture du noyau aromatique. (2) la température de calcination influence la résistance mécanique et l'activité du catalyseur. L'interaction entre l'oxyde de magnésium (MgO) et l'alumine forme une structure spinelle (MgAl[indice inférieur2]O[indice inférieur4]) qui augmente la résistance mécanique. Pour contrôler la concentration du spinel dans le catalyseur, les conditions de stabilisation du support ont été optimisées, notamment: la température de traitement thermique des oxydes 750°C, la teneur du MgO(10%) et 1.5% de La[indice inférieur 2]O[indice inférieur 3] (3) l'oxyde de lanthane joue un rôle considérable sur la diminution du dépôt de coke par la neutralisation de certains sites acides forts de l'alumine. Lorsque nous avons incorporé le La[indice inférieur 2]O[indice inférieur 3] dans le catalyseur, le dépôt de coke a diminué de 66% (1.5 g/h a 0.5g/h). (4) l'oxyde de titane (TiO[indice inférieur 2]) constitue un poison pour l'alumine; sa présence fait chuter le rendement et la conversion de l'ordre de 10%. (5) la présence de chrome dans le catalyseur empêche les attaques des sites catalytiques par les composés chlores et sulfures. Les conditions de reformage du dichlorobenzène ont été optimisées dans la troisième partie de cette thèse; ces conditions seraient: un temps de résidence de 0.55 sec; une température de 800°C et ratio massique H[indice inférieur 2]O/DB de 6.5. La conversion du DB atteint 100% et le rendement en gaz est 93%. Les méthodes de caractérisation (D.T.A; M.E.B; X.R.D; B.E.T) ont montré que les catalyseurs développés durant cette recherche, n'ont été contaminés ni par le chlore ni par les métaux. En outre ces catalyseurs présentent une stabilité thermique et mécanique améliorée comparativement au catalyseur commercial, à la dolomite et aux zéolites. L'application du catalyseur, mis au point durant cette recherche, à l'échelle pilote, a montré que le reformage catalytique peut détruire et convertir les goudrons en un gaz de synthèse ou un gaz riche en hydrogène. La teneur en hydrogène, dans le gaz produit, varie de 30 a 50% et le ratio H[indice inférieur 2]/CO varie de 3 a 8.