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Cobalt Fisher-Tropsch Catalysts: 
Influence of Cobalt Dispersion and
Titanium Oxides Promotion

Azib, Hedi
Ingenieur E.N.S.C.M.

Institut Francais Du Petrole, Rueil-Malson

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Table of Contents

I.

Introduction Generale

1

II.

Bibliographie

5

II.1

Valorisation de gaz naturel

7

II.1.1

Principales voices de valorization

7

II.1.2

Obtention de gaz de synthesis

10

II.1.3

Aspects economiques de ces procedes

11

II.2

Generalites sur les reactions d’hydrogenation du CO

13

II.2.1

Principales applications

13

II.2.2

Comparisons entre catalyse homogene et heterogene en Synthese F-T

14

II.3

La Synthesis Fischer-Tropsch en Catalyse heterogene

 15

II.3.1

Aspects thermodynamics

15

II.3.2

Limitations diffusionnelles

18

II.3.3

Aspects cinetiques

20

II.3.4

Distribution de produits obtenus

22

II.3.5

Mecanismes reactionnels

26

II.3.5.1

Chimisorptions des reactifs

26

II.3.5.2

Mecanismes proposes

32

II.3.6

Facteurs modifiant l’activite et la selectivite en synthese Fischer-Tropsch

37

II.3.1

Les differents type de technologie mis en oeuvre

37

II.3.6.2

Influence des conditions operatoires

40

II.3.6.2.1

Temperature

40

II.3.6.2.2

Pression

40

II.3.6.2.3

Stoechionmetrie H2/CO

40

II.3.6.2.4

Vitesse spatiale

42

II.3.6.3

Nature du catalyseur

43

II.3.6.3.1

Role du metal

43

II.3.6.3.2

Role du support

45

II.3.6.3.2.1

Nature du support

45

II.3.6.3.2.2

Texture du support

46

II.3.6.3.3

Role des promoteurs

49

II.3.6.3.4

Role de la dispersion de la phase metallique

55

II.3.6.4

Principales causes de la desactivation des catalyyseurs

57

II.3.6.4.1

Poisons

57

II.3.6.4.2

Depot de carbone et cokage

58

II.3.6.4.3

Frittage et oxidation

58

II.4

Preparations de catalyseurs a base de cobalt

59

II.4.1

Techniques de preparations

59

II.4.1

L’imprehantion

59

II.4.1.2

La coprecipitation

61

II.4.1.3

La technique Sol-Gel

62

II.4.1.3.1

Caracteristiques de la technique

62

II.4.1.3.2

Procede PEM dans le cas d’alcoxydes

64

II.5

Phases pxydes a base de cobalt et de silicium

68

II.5.1

Structure des phases oxides du cobalt supporte sur la silice

68

II.5.3

Reductibilite des phases oxides

69

II.5.3

Les varietes allotropiques du cobalt

70

III.

Orientations

73

IV.

Preparations et caarcterisations de catalyseurs presentant des tailles de crystallite de cobalt controlees

77

IV.1

Preparations des solides

80

IV.1.1

Hydrolyse du tetraorthosilicate d’ethyle

80

IV.1.2

Impregnation a sec

82

IV.2

Caracterisations de solides

83

IV.2.1

Syntemes prepares par hydrolyse du tetraorthosilicate d’ethyle

83

IV.2.1.1

Temps de gelification et texture

83

IV.2.12

Nature des phases dans les solides

90

IV.2.1.2.1

Gels seches

90

IV.2.1.2.3

els calcines

91

IV.2.1.3

Talle et distribution des crystallites de cobalt oxide et reduit

103

IV.2.1.4

Etude detallee de la reductibilite des phases oxides

112

IV.2.1.4.1

Reduction en temperature programmee (TPR)

112

IV.2.1.4.2

Reduction in situ suivie par diffraction des rayons X

113

IV.2.1.5

Phenomene d’encapsulation

116

IV.2.1.5.1.

Thermodesorption d’hydrogene

116

IV.2.1.5.2

Spectrometrie de dissusion d;ions lents

118

IV.2.2

Comparisons avec des solides impregnes

121

IV.3

Vue d’ensemble

123

V.

Relations entre les properties physico-chimiques des Catalyseurs Co/SiO2 et les performances en synthese Fischer_Tropsch

123

V.1

Etude preliminaire sur la diffusion extra-granulaire

127

V.2

Influence de proprietes physico-chimiques des solids sur les performances catalytiques

128

V.2.1

Influence de la taille des crystallites

128

V.2.1.1

Test de disproportionnation du monoxide de carbone

128

V.2.1.1.1

Activite dissociante

132

V.2.1.1.2

Deactivation

134

V.2.1.2

Synthese Fischer-Tropsch

135

V.2.1.2.1

Conditions operatoires

135

V.2.1.2.2

Activite

138

V.2.1.2.3

Selectivities

139

V.2.1.2.4

Deactivation

148

V.2.1.3

Conclusions

152

V.2.2

Influence de la presence de Co2+ non reductible

154

V.2.2.1

Tests de disproportionnation du monoxide de carbone

154

V.2.2.1.1

Activite dissociante

154

V.2.2.1.2

Desactivation

156

V.2.2.2

Synthese Fischer-Tropsch

158

V.2.2.2.1

Activite

158

VI.3.2.1

Activite

195

VI.3.2.2

Selectivities

195

VI.3.2.3

Desactivation

199

VI.4

Conclusions

202

VII.

Conclusion Generale

203

 

References Bibliographiques

211