Study of the hydrocracking performances of model zeolitic catalysts : influence of porous architecture and acidity

L’objectif de cette thèse est d’étudier l’influence de l’architecture poreuse de zéolithes à porosité multimodale sur la sélectivité de catalyseurs dans l’hydrocraquage de charges lourdes, et aussi d’établir des relations prédictives propriétés/performances des matériaux catalytiques.Plusieurs séries de matériaux modèles possédant des réseaux mésoporeux secondaires différents ont été préparés par traitement alcalin de zéolithes de référence de type faujasite, par dessilication et par recristallisation en présence d’agent structurant organique. Les différentes méthodes de structuration de la mésoporosité ont été comparées et discutées en termes de rendements de synthèse des matériaux micro-mésoporeux, de volumes mésoporeux créés, de distribution de tailles des mésopores et de leur co-localisation avec les micropores. Des catalyseurs bifonctionnels ont ensuite été préparés par introduction d'une fonction hydrogénante/déshydrogénante, et utilisés pour l’hydroconversion du n-hexadecane et du squalane.L'activité des catalyseurs, exprimée par la vitesse de réaction à 230°C dans la conversion dun-hexadecane, et à 210°C dans celle du squalane, est linéairement corrélée au nombre de sites acides forts de la zéolithe.Quel que soit le mode de restructuration du réseau mésoporeux et l'architecture de celui-ci, une augmentation du volume mésoporeux conduit à un gain de sélectivité en isomères, produits primaires de réaction, et de symétrie de la distribution de produits de craquage. La sélectivité des catalyseurs, caractérisée par le rendement maximum en isomères, est gouvernée par le transfert de matière au sein des cristaux zéolithiques. Une corrélation directe entre le coefficient de diffusion effectif du n-hexane et la sélectivité des catalyseurs a été établie.The objective of this thesis is to study the influence of the porous architecture of zeolites with multimodal porosity on the selectivity of catalysts in the hydrocracking of heavy feedstock and also to establish predictive relations between properties and performances of catalytic materials.Several series of model materials possessing different secondary mesoporous networks have been prepared by treating in alkaline medium faujasite reference zeolites either by desilication and or by recrystallization in the presence of an organic structuring agent. The different mesoporosity structuring methods were compared and discussed in terms of yields, created mesoporous volumes, mesopore size distribution and their co-localization with micropores. Bifunctional catalysts were then prepared by introducing a hydrogenating/dehydrogenating function and used for the hydroconversion of n-hexadecane and squalane.The activity of the catalysts, expressed as the reaction rate at 230°C in the conversion ofn-hexadecane and at 210°C in the case of squalane, is linearly correlated with the number of strong acid sites of the zeolite. Whatever the restructuring process of the mesoporous network and its architecture, an increase in the mesoporous volume leads to a higher selectivity into isomers, primary reaction products, and a higher symmetry of the distribution of cracking products. The selectivity of the catalysts, characterized by the maximum yield of isomers, is governed by the transfer of matter within the zeolite crystals. A direct correlation between the effective diffusion coefficient of n-hexane and the selectivity of the catalysts was established