Projet ANR-11-IS09-0003 – OLSYNCAT : Nouveaux matériaux et procédés catalytiques intensifiés pour la fabrication d’oléfines à partir du gaz de synthèse issu de la biomasse ou du charbon
Programme : Blanc International II - SIMI 9 - Energie, Sciences de l’Ingénierie, Procédés et Matériaux (Blanc Inter II SIMI 9)
Année de financement : 2011
Coordinateur du projet : Monsieur Andrei Khodakov (Unité de catalyse et de chimie du solide)
Partenaires : Laboratoire public; Unité de Catalyse et de Chimie du Solide
Montant : 179677.0 euros
Date de début : 2011
Durée : 36 mois
Résumé : Nouveaux matériaux et procédés catalytiques intensifiés pour la fabrication d’oléfines à partir du gaz de synthèse issu de la biomasse ou du charbonLa biomasse et le charbon  sont des matières premières importantes pour la production de l'énergie et des produits chimiques. La gazéification de la biomasse et du charbon conduit au gaz de synthèse (mélange d'hydrogène et de monoxyde de carbone). Les gaz de synthèse issus de la biomasse et du charbon ont généralement des rapports H2/CO relativement faibles (0,5-1,5), ils contiennent des quantités importantes de CO2, plusieurs ppm de soufre et d’autres impuretés.
L'objectif de ce projet est d'améliorer la sélectivité en oléfines C2-C4 lors de la conversion des syngas issus de la biomasse et du charbon à l'aide de nouveaux procédés et matériaux catalytiques.Développement de nouveaux matériaux catalytiques à base de sulfures et de carbures de métaux pour la conversion du gaz de synthèse d'oléfines Conception des nouveaux procédés des synthèse d'oléfines à partir de H2/CO à l’aide de réacteurs milli- et micro-structurés.L'originalité de cette proposition concerne également le fait que ces nouveaux matériaux catalytiques et réacteurs seront optimisés pour la synthèse d'oléfines en utilisant un gaz de synthèse produit à partir de la gazéification de la biomasse et du charbon et qui contient du soufre et d'autres impuretés. Ces impuretés sont néfastes pour les performances des catalyseurs Fischer-Tropsch conventionnels.
Le programme de recherche sera effectué par deux équipes en France et en Chine. Elles travailleront de façon complémentaire sur la valorisation des gaz de synthèse issus de la biomasse et du charbon.Notre méthode implique la synthèse contrôlée de nouveaux matériaux catalytiques, la recherche des  corrélations entre la structure des catalyseurs et les  performances catalytiques, ainsi que l'intensification des procédés.
Résumé de la soumission : La mise en œuvre de nouvelles voies d'utilisation efficace des ressources non pétrolières, notamment de la biomasse et du charbon, pour produire des produits chimiques et des carburants alternatifs liquides a suscité beaucoup d’intérêt en raison de l'épuisement des ressources pétrolières et de normes environnementales plus strictes. Les oléfines légères (oléfines C2-C4) sont des matières premières pour les industries chimique et pétrochimique.  Le projet, présenté par deux laboratoires, en Chine et en France, porte sur la conception de nouveaux procédés pour la transformation du gaz de synthèse issu de la biomasse et du charbon en oléfines.  Ce projet cible en particulier la conception de nouveaux matériaux catalytiques et l’intensification des procédés.  L’originalité de ce projet est due au fait que ces nouveaux matériaux catalytiques et réacteurs seront optimisés pour la synthèse d’oléfines à partir du gaz de synthèse qui sera issu de la gazéification de la  biomasse et du charbon. Il contiendra du soufre et d’autres impuretés. Ces impuretés ne sont pas compatibles avec les procédés conventionnels pour la synthèse Fischer-Tropsch. Les deux laboratoires se donnent comme objectifs d’une part de concevoir de nouveaux matériaux catalytiques à base de sulfures et de carbures nanostructurés de métaux pour augmenter la sélectivité en oléfines, d’autre part d'améliorer la résistance du catalyseur au soufre. Le projet mettra également l'accent sur l'intensification des procédés par la conception de nouveaux micro- et milliréacteurs et par l’optimisation de leurs modes de fonctionnement. Les avantages principaux des milli- et microréacteurs consistent en un meilleur contrôle du transfert de chaleur et en l'absence de limitations diffusionnelles. Ces milli- et microréacteurs sont susceptibles d’améliorer encore le rendement de la synthèse d’oléfines.La réalisation de ce projet permettra la conception de nouvelles technologies pour la synthèse d’oléfines à partir de la biomasse et du charbon. Ces technologies reposeront sur l’utilisation de nouveaux matériaux catalytiques et sur des procédés intensifiés.
Résultats : Pendant ces 18 premiers mois du projet, nous avons développé différents catalyseurs à base de sulfures et des carbures supportés par des oxydes des métaux, ainsi que par des matériaux carbonés pour la synthèse d'oléfines. Ces catalyseurs ont démontré une stabilité améliorée en présence de gaz de synthèse issus de la biomasse et du charbon. Des catalyseurs actifs et sélectifs pour l'hydrogénation du dioxyde de carbone en hydrocarbures supérieurs ont également été développés dans le cadre de ce projet.
Perspectives : Nos prochaines recherches porteront sur l'optimisation de la sélectivité de la réaction en oléfines, ainsi que sur l’identification des sites actifs pour cette réaction.
Publications et brevets : 1.	Oral presentation : Carbon monoxide hydrogenation with syngas containing sulphur, C. Liu, A. Khodakov, A. Griboval, M. Virginie, Y. Wang, 2nd Franco-Chinese symposium «  Catalysis and Sustainable Development, sept. 2013, Villeneuve d’Ascq, France
2.	Oral presentation : Fischer-Tropsch synthesis on supported metal carbides, K. Cheng, M. Virginie, Y. Wang, A. Khodakov, 2nd Franco-Chinese symposium «  Catalysis and Sustainable Development, sept. 2013, Villeneuve d’Ascq, France
3.	Effect of support texture on the catalytic performance of silica supported iron carbide catalysts, K.Cheng, M. Virginie, V. Ordomsky, Y. Wang, A. Khodakov, TOCAT7, Japan, submitted 
4. Oral presentation : Chang Liu, Anne Griboval-Constant, Mirella Virginie and Andrei Khodakov, Influence of sulfur in biosyngas on the catalytic performance of Fischer-Tropsch catalysts, JNOEJC, 27 et 28 juin 2013, Le Havre
5.	Keynote lecture : A. Khodakov Mechanisms of activation and deactivation of cobalt catalysts in Fischer-Tropsch synthesis,  10th Natural Gas Conversion Symposium, 2-7 March 2013, Doha, Qatar
6.  Zhenya You, Weiping Deng, Qinghong Zhang, Ye Wang*, Hydrogenation of carbon dioxide to light olefins over non-supported iron catalyst, Chinese Journal of Catalysis, 2013  (34): 956-963.
7.	Qinghong Zhang, Weiping Deng, Ye Wang*, Recent advances in understanding the key catalyst factors for Fischer-Tropsch synthesis, Journal of Energy Chemistry, 2013 (22): 27-38.
8.	Jincan Kang, Weiping Deng, Qinghong Zhang, Ye Wang*, Ru particle size effect in Ru/CNT-catalyzed Fischer-Tropsch synthesis, Journal of Energy Chemistry, 2013 (22): 321-328.