Synthèse de catalyseurs et application dans l’isomérisation des xylènes

Abstract

Les xylenes sont obtenus a partir du processus reforming catalytique et le procede de pyrolyse ; la fraction C8 aromatique issue de la distillation du reformat contient les xylenes dans leur melange a lپfequilibre thermodynamique (o-xylene . 25%, m-xylene . 50% et le p-xylene . 25%) et lپfethylbenzene en quantite plus elevee quپfa lپfequilibre (10% a 40% au lieu de 7%). Lپfortho-xylene et surtout le p-xylene sont des substances de base essentielles pour lپfindustrie de chimie organique et, specialement pour lپfobtention des plastifiants, resines, fibres et films polyesters ; le m-xylene lپfisomere qui est produit en grande quantite nپfoffre pas un grand interet et il est plus souvent converti en o-xylene et en p-xylene. Lپfisomerisation des xylenes (et des trimethylbenzenes) est une reaction bien connue de la catalyse acide. Cette reaction se produit par un mecanisme monomoleculaire impliquant comme etape cinetiquement limitante lپfisomerisation par sauts de methyle dپfions benzenium intermediaires. Ceci explique que, en absence de limitations diffusionnelles, un schema successif serait observe. Par ailleurs, les vitesses dپfisomerisation du meta-xylene en ortho et en para-xylene sont tres voisines. Toutefois, lپfisomerisation des xylenes peut egalement se produire par un mecanisme bimoleculaire impliquant des reactions successives de transmethylation. Lپfexistence de ce mecanisme a ete recemment demontree en phase gaz. Ce mecanisme permet lپfisomerisation directe des isomeres ortho et para ; de plus, la transformation du meta-xylene en ortho-xylene est plus rapide (environ 4 fois) que son isomerisation en para-xylene. La premiere etape du mecanisme est la dismutation du xylene en trimethylbenzenes et toluene. Les trimethylbenzenes, beaucoup plus reactifs que le toluene et que le xylene, reagissent sur ce dernier (transalkylation) avec formation des isomeres du xylene et regeneration de trimethylbenzenes. Le present travail vise a synthetiser une serie de catalyseurs (zeolithe NaX, catalyseur a base de nickel et a base de cobalt), et lپfetude de la reaction de lپfisomerisation du m-xylene pur en phase vapeur sur ces derniers. Une caracterisation de ces catalyseurs a ete faite a savoir la surface specifique, le rayon moyen des pores, lپfacidite de surface et enfin par une analyse aux Rayons X. Les catalyseurs a base de nickel et de cobalt nپfont aucun effet pour la reaction de lپfisomerisation du m-xylene. Apres avoir proceder a un echange ionique avec les ions ammonium de la zeolithe NaX et ceci dans le but dپfacceder a la forme protonee de ce catalyseur on a pus obtenir une transformation du meta-xylene en ortho- et en para-xylene. Une optimisation concernant le rendement de cette reaction en fonction de la temperature et la vitesse spatiale a etait mene et enfin une etude cinetique a ete realisee