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Expérimentation Procédés

Des réactions complexes ? Supercritique et microfluidique à la rescousse !

Thèse de Bruno Pinho Da Silva*

Le propylène est un intermédiaire chimique de premier plan dont la production s’effectue par un procédé catalytique d’hydrogénation sélective d’hydrocarbures (coupe C3a).

La réaction impliquée est complexe à étudier car extrêmement rapide et se produit en milieu triphasique : gaz-liquide-solide. Pour mieux la comprendre, les études d’amélioration des catalyseurs sont réalisées dans un réacteur filaire, en phase supercritiqueb.

a - Mélange d’hydrocarbures composé de molécules contenant trois atomes de carbones
   
b - État monophasique intermédiaire entre le gaz et le liquide

Ceci implique de connaître précisément les conditions thermodynamiques (P,T) pour lesquelles les mélanges réels hydrocarbures/hydrogène à étudier atteignent cet état supercritique.

On peut ensuite fixer les conditions opératoires adéquates pour garantir l’état souhaité du milieu réactionnel dans le réacteur filaire.

Une méthodologie inédite de détermination du "point supercritique" a été développée avec succès(1) au sein de cette thèse. Elle repose sur l’utilisation d’un dispositif microfluidique — HP - HT — sur puce silice/alumine, permettant l’acquisition rapide de données thermodynamiques pour un mélange réactionnel donné.

Après injection du mélange à tester dans la puce, on augmente, à pression constante, la température jusqu’à observer les points de bulles et de rosée. La procédure est répétée à différentes pressions afin d’obtenir l’enveloppe de phase du mélange sur laquelle apparaît le point supercritique.

Dans ces conditions opératoires, les études en réacteur filaire ont permis d’accéder :

  • aux performances intrinsèques du catalyseur,
      
  • et à une meilleure compréhension du système réactionnel.

Ainsi, la gestion des transferts de matière (gaz/liquide) s’avère un point clé pour la productivité du procédé.

Outre le fait que cette méthodologie soit exploitable pour d’autres procédés industriels, l’utilisation d’une puce microfluidique est un moyen rapide, précis et bon marché qui peut s’appliquer à la détermination d’autres types de propriétés physico-chimiques(2).

 

Contact scientifique :  ghislain.bergeot@ifpen.fr

Article paru dans Science@ifpen n° 27 - Décembre 2016

* Thèse intitulée “Specific properties of super-critical fluids for fast and exothermic reactive systems”

Publications

  1. B. Pinho, S. Girardon, F. Bazer-Bachi, G. Bergeot, S. Marre, C. Aymonier,
    A microfluidic approach for investigating multicomponent system thermodynamics at high pressures and temperatures, Lab on a chip 2014, 14 (19), 3843–3849.
    >> DOI: 10.1039/c4lc00505h
      
  2. B. Pinho, S. Girardon, F. Bazer-Bachi, G. Bergeot, S. Marre, C. Aymonier, Simultaneous measurement of fluids density and viscosity using HP/HT capillary devices, The Journal of Supercritical Fluids 2015.
    >> DOI: 10.1016/j.supflu.2015.04.016
      

 

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