Catalyse de la liquéfaction des charbons par hydrogénation sous pression (1979)

Les années 2000 à 2050 verront apparaître un déficit en hydrocarbures liquides ou gazeux et le charbon se présentera comme une matière première de substitution. La production de méthane par hydrogénation du charbon, en mettant à profit la chaleur libérée par les centrales nucléaires pour la production d'hydrogène, est l'objet d'un programme de recherche français très récent (groupe d'étude de la gazéification du charbon par la chaleur nucléaire, 1978). La présente mise au point concerne la catalyse de la liquéfaction des charbons par hydrogénation sous pression, première étape de la gazéification. Elle est conduite dans l'optique de dégager un axe de recherche fondamentale intéressant pour la mise au point du procédé. Dans l'introduction nous résumons les principes de base de plusieurs procédés en cours d'essais aux États-Unis. Puis nous examinons les données récentes sur la structure du charbon, la nature des fonctions organiques représentatives des atomes C, H, O, S, N, la nature chimique et la texture des principaux constituants de la matière minérale. Nous traitons ensuite des conditions générales de la liquéfaction sous pression et des phénomènes s'y rapportant (Évolution des techniques d'étude — Dissolution du charbon — Solubilité de l'hydrogène dans le milieu), des mécanismes des réactions affectant les matières organique et minérale. La catalyse de la liquéfaction amène à considérer : — l'autocatalyse Par la matière minérale — les effets de parois des réacteurs métalliques — les effets des catalyseurs ajoutés (hétérogènes, à l'état de sels fondus, ou homogènes) — la désactivation des catalyseurs (par dépôt de produits carbonés lourds — par dépôts d'éléments inhibiteurs — par frittage du support ou (et) de la phase active) — la catalyse des réactions de composés modèles, éventuellement de mélanges de composés à hétéro- atome différent (N, S). L'analyse des données bibliographiques faite en tenant compte des contraintes économiques, conduit à envisager une recherche basée sur les catalyseurs au sulfure ferreux déposés sur différents supports. Une voie d'approche raisonnable consiste à aborder le problème de catalyse par les sulfures déposés sur support, de la manière qui a conduit depuis 20 ans à des progrès importants dans la catalyse par les métaux. La mise au point de méthodes de mesure de l'aire des catalyseurs de ce type, l’application des notions de réaction "facile" ou "difficile" (vitesse proportionnelle ou non à l'étendue de la surface active), l'étude de l'influence des propriétés acido-basiques du support et de l'effet de sulfure mixte (par analogie avec l'effet d'alliage en catalyse par les métaux), ainsi que l'étude fondamentale des mécanismes de désactivation des catalyseurs, sont à même de contribuer à résoudre les problèmes cinétiques que pose l'hydro liquéfaction. Des études fondamentales autres que celles liées directement à la catalyse, s'imposent par ailleurs, concernant notamment l'analyse des produits de liquéfaction et les mécanismes des transferts d'hydrogène entre solvant donneur et charbon (conclusion de la Réunion organisée le 5 octobre 1978 par le C.N.R.S. sur la liquéfaction des charbons par hydrogénation).