Isomerisation d'alcanes légers par un catalyseur solide acide:cas de butane (nC4)sur WO3/ZrO2 pure et modifié au La3 +et Nb5

Abstract

La limitation des teneurs en oléfines et en aromatiques dans les essences a conduit les chercheurs à axer leurs recherches principalement sur le développement de catalyseurs favorisant les réactions d’isomérisation de squelette des paraffines au détriment des réactions d’aromatisation. En particulier, l'isomérisation du n-butane est d'un grand intérêt commercial car l'isobutane est un intermédiaire de synthèse important intervenant dans un grand nombre de réactions chimiques. Les réactions d’isomérisation des hydrocarbures se font en présence de catalyseurs bifonctionnels combinant une fonction métallique à une fonction acide afin d’obtenir de bonnes sélectivités. La nécessité de disposer de catalyseurs respectueux à l'environnement a suscité des recherches sur le système WO3/ZrO2. Des promoteurs appropriés peuvent améliorer son activité et sa stabilité. Des catalyseurs a base d’oxyde de tungstène supporté sur ZrO2 15 %WO3-ZrO2 (15%WZ) promus avec 1% de lanthane (1%LWZ) et 1 % de niobium (1% NWZ) ont été étudiés dans l'isomérisation du n-butane en présence d'hydrogène. Les catalyseurs étudiés ont été caractérisés par différentes techniques analytiques : physisorption de l'azote (étude texturale), désorption programmée en température du NH3 (mesure de l'acidité), analyse thermogravimétrique TGA (comportement des catalyseurs avec la température), et diffraction des rayons X (étude structurale). L'utilisation de Nb et La comme promoteurs pour l'amélioration de l'activité et de la sélectivité est étudiée. L'activité catalytique et la sélectivité ont été significativement améliorées par l'ajout de Niobium (Nb) par rapport à l'ajout des autres promoteurs. Le processus redox dans le catalyseur contenant du Nb joue un rôle central en fournissant les sites acides les plus élevés (283,53μmolg-1) avec des énergies d'activation appropriées pour le réarrangement squelettique du réactif (n-butane). De plus, cette étude met en évidence le rôle déterminant du processus de transfert des espèces adsorbées de ZrO2 vers W ainsi que vers l'environnement Nb. Les résultats expérimentaux ont révélé que le Nb était un promoteur plus efficace que La. La bonne corrélation obtenue entre l'acidité et l'activité catalytique indique la forte influence de l'acidité ; ainsi la présence de zircone tétragonale favorise avantageusement l'activité d'isomérisation. Les résultats indiquent que la conversion du n-butane (27.34%), la sélectivité en i-butane (92.34%), est significativement plus élevée pour l'échantillon NWZ que celle du WZ modifié par La, et du WZ.