Thèse de Charles Bonnin*
Une étape essentielle du développement des matériaux catalytiques est l’évaluation de leurs performances, généralement réalisée au laboratoire sur des équipements spécifiques. Pour les catalyseurs destinés à une application slurrya, on opère dans des réacteurs triphasiques (gaz-liquide-solide) agités, miniaturisés et alimentés en continu. Ceux-ci sont complexes à opérer et imposent des tests longs (parfois sur plusieurs semaines) pour accéder à des données telles que la sélectivité du catalyseur. Cette difficulté expérimentale, au demeurant coûteuse, est un frein à la mise au point de nouveaux matériaux.
Dans ce contexte, l’expérimentation haut débit (EHD) en milli lit fixe est une méthode de screening qui offre trois avantages : la comparaison directe des performances de plusieurs catalyseurs dans des conditions identiques, la mise en œuvre de faibles quantités de matière, et des temps de test courts. Cependant, les conditions propres à l’EHD nécessitent de reconsidérer les modèles physiques utilisés pour l’exploitation des résultats, et, en particulier, pour déterminer l’activité du catalyseur à partir de la mesure du taux de conversion.
Les travaux ont ainsi porté, d’une part, sur la compréhension de la physique au sein des réacteurs EHD(1-2), puis son intégration dans un modèle numérique et, d’autre part, sur une série d’expérimentations avec les deux types d’équipement. Le modèle développé, qui couple des aspects hydrodynamiques et réactionnels, permet d’accéder directement à l’activité des catalyseurs et de retrouver le même classement de performance sur les deux types de réacteur, validant ainsi la nouvelle méthodologie EHD.
Le gain de temps résultant pour le développement des catalyseurs est un atout important pour l’exploration de formulations plus en rupture.
Cette nouvelle méthodologie CFD marque une étape clé dans le développement des modèles prédictifs pour les écoulements considérés. À terme, elle servira pour la conception de nouvelles géométries de garnissages, en vue d’améliorer les performances des contacteurs gaz/ liquide.
a - Suspension de catalyseur de taille micrométrique dans une phase liquide
*Thèse intitulée « Évaluation de l'expérimentation haut débit en milli lit fixe pour le screening de catalyseurs Fischer-Tropsch. »
(1) C. Bonnin, L. Brunet-Errard, D. Decottignies, V. Ordomsky, A. Khodakov, International conferences on Microreaction Technology, Beijing, 2016
(2) C. Bonnin, L. Brunet-Errard, D. Decottignies, E. Rosenberg, V. Ordomsky, A. Khodakov, « Microfl uidics: from laboratory tools to process development », Rueil-Malmaison, France, novembre 2015
Contact scientifique : charles.bonnin@ifpen.fr