Réaction d’hydrogénation sélective de l’acétylène

La réaction étudiée lors de cette thèse est l’hydrogénation sélective de l’acétylène. Cette réaction a été choisie car elle a l’avantage de ne mettre en présence que peu d’espèces et se déroule uniquement en phase gaz. La thèse réalisée repose sur l’utilisation d’un modèle micro-cinétique, c’est-à-dire que la réaction sera décomposée en une séquence d’étapes élémentaires [27]. Toutes les étapes réactionnelles sont prises en compte quelles que soient leurs vitesses. Dans un premier temps, une étude bibliographique permettant d’identifier les étapes élémentaires de la réaction et si possible les vitesses des différentes étapes est réalisée. Ces informations seront ensuite utilisées dans le modèle de réacteur. Les expérimentations permettront ensuite de confirmer le modèle cinétique ou alors d’ajuster le modèle en fonction des conditions opératoires choisies et des résultats obtenus. e du vapocraqueur, la coupe C2 non étêtée est composée majoritairement d’éthylène, d’éthane, d’hydrogène et de méthane mais aussi d’acétylène et de CO en plus faible quantité. La purification de la coupe C2 est donc nécessaire pour obtenir un éthylène pur aux spécifications requises pour son utilisation comme charge de base pour l’industrie chimique. L’éthylène est un précurseur majeur pour la production de polymères. On retrouve par exemple l’éthylène dans la synthèse du polyéthylène, du chlorure de vinyle, de l’éthylbenzène, ou encore de l’oxyde d’éthylène. Le marché de l’éthylène est très important avec une production mondiale de 140 millions de tonnes par an (2014), essentiellement produit par les vapocraqueurs. Pour la polymérisation, l’éthylène doit être pur. Sa principale purification provient de l’élimination sélective de l’acétylène qui est présent à une teneur de 0.8% à 2% pds. dans la charge. Au cours de cette réaction, l’éthylène présent ne doit pas être hydrogéné en éthane pour ne pas diminuer le rendement en éthylène. On vise ainsi une hydrogénation sélective de traces d’acétylène dans un excès d’hydrogène. La fraction maximale d’acétylène autorisée dans une coupe éthylène est de 5ppm vol.

pour la norme Chemical Grade et de 1ppm mol. pour la norme Polymer Grade. En effet, l’acétylène est un poison pour le catalyseur de Ziegler-Natta qui est utilisé dans la polymérisation de l’éthylène. Industriellement, il existe deux types de procédés d’hydrogénation sélective de l’acétylène qui dépendent de la position du procédé d’hydrogénation dans le processus de séparation des différentes coupes issues du vapocraqueur. Ces deux configurations sont appelées front-end et tail- end [28]. Dans le cas du procédé front-end, le réacteur d’hydrogénation sélective de l’acétylène est situé avant le déméthaniseur. Par conséquent, le flux d’alimentation du réacteur d’hydrogénation de l’acétylène est riche en H2 (10-35%mol) mais aussi en CH4 (20%mol) et CO (0,01-0,2%mol). En revanche, dans la configuration tail-end, le réacteur d’hydrogénation sélective de l’acétylène est situé à la suite du de-éthaniseur. Le flux d’entrée est donc majoritairement constitué de C2. Un ajout d’hydrogène est alors réalisé dans des conditions stœchiométriques par rapport à l’acétylène dans le réacteur d’hydrogénation. Au niveau mondial, il existe environ 250 unités d’hydrogénation sélective de l’acétylène dont 70% en configuration tail-end et 30% en configuration front-end [29]. La composition des flux d’alimentation standard de l’hydrogénation sélective de l’acétylène dans les configurations tail-end et front-end sont récapitulées dans le Tableau II-1. est donc faible dans cette configuration front-end. Cependant, l’excès de H2 a aussi l’inconvénient de diminuer la sélectivité de la réaction. En effet, la fraction en acétylène diminuant, l’hydrogène en excès peut participer à l’hydrogénation de l’éthylène. Le risque d’emballement thermique est aussi plus important. En revanche, dans la configuration tail-end, la sélectivité de la réaction est mieux contrôlée.

sont formés en plus grande quantité qu’en configuration front-end, nécessitant une régénération du catalyseur plus régulière. Les conditions opératoires changent significativement entre les configurations tail-end et front-end. Par conséquent, il est possible que les mécanismes réactionnels et/ou les vitesses des différentes étapes élémentaires soient différentes entre les deux configurations. Lors de cette thèse, des conditions proches de la configuration tail-end seront plus particulièrement étudiées. Industriellement, les conditions opératoires décrites par Borodzinski et Bond [30] concernant la réaction d’hydrogénation sélective de l’acétylène, en condition Tail-end, sont les suivantes : Généralement, trois réacteurs adiabatiques en série sont utilisés sur le procédé. Deux des réacteurs fonctionnent en continu, et le troisième réacteur est utilisé afin de régénérer le catalyseur. Les réactions d’hydrogénation étant exothermiques, les gaz sont refroidis avant d’entrer dans les différents réacteurs. En configuration de tail-end, du CO peut être ajouté au mélange réactionnel afin d’améliorer la sélectivité de la réaction [31].