Optimisation du catalyseur supporté sur β-SiC pour la réaction d’oxydation directe de l’H2S en soufre élémentaire, du laboratoire à l’industrie

Les travaux réalisés au cours de cette thèse ont mis en évidence l’excellent comportement catalytique du catalyseur à base de fer supporté sur carbure de silicium (cubique face centrée) pour la réaction d’oxydation sélective de l’H2S par l’oxygène en soufre élémentaire à une température supérieure ou égale à 230°C. La distribution macroporeuse du SiC a été dans un premier temps optimisée. En effet la macroporosité joue un rôle primordial sur l’activité et la sélectivité du catalyseur permettant une meilleure accessibilité des sites actifs et une meilleure évacuation des produits de réactions. Cette nouvelle structure macroporeuse permet de préparer le catalyseur par imprégnation du volume poreux et non plus par imprégnation bi-phasique, plus difficile et plus coûteuse. Cette technique d’imprégnation, plus simple à extrapoler, a permis de diminuer le cahier des charges du catalyseur. La cause de la désactivation catalytique a été identifiée comme étant le frittage de la phase active. Diverses solutions ont été développées pour la limiter. Dans un premier temps, la charge de la phase active a été triplée permettant d’obtenir un plus grand nombre de particules après frittage. L’augmentation de la température de réaction à 250°C permet d’accroître la réactivité des sites actifs et donc de recouvrir l’activité du catalyseur avant frittage. Enfin, une nouvelle génération de carbure de silicium à plus haute surface spécifique permet d’accroître la dispersion de la phase active et donc de minimiser l’effet du frittage. L’activité et la sélectivité du catalyseur supporté sur SiC ont été comparées avec celles des catalyseurs commerciaux. Il en ressort de cette étude que le SiC, qui possède une excellente conductibilité thermique, permet de travailler dans des conditions plus drastiques (en concentration d’H2S et en température) sans perte de sélectivité. Actuellement, le catalyseur supporté sur SiC présente les meilleurs résultats pour cette réaction.The results obtained during this work showed the excellent catalytic behaviour of the silicon carbide based catalyst for the selective oxidation of H2S by oxygen into elemental sulphur at a temperature equal or above 230°C. The macroporous distribution of the support was firstly optimized. In fact, the macroporous network has an essential role for the catalytic activity and selectivity and allows a better accessibility to the active sites and a better evacuation of the reaction products. This macroporous distribution enhancement permits also to replace the biphasic impregnation by the incipient wetness impregnation. This new impregnation technique can be easier extrapolated and diminishes the cost of the catalyst. The sintering of the active phase is the main causes of the catalyst deactivation. To minimize the effect of sintering, the iron loading was increased from 1 to 3% allowing to obtain a higher number of active sites after sintering, of. The reaction temperature was also increased to 250°C to enhance the reactivity of the active sites without loss of selectivity. The catalytic activity of the catalyst before sintering was recovered. Finally, a new generation of silicon carbide with a higher specific surface permitted to increase the dispersion of the active phase in order to prevent the coalescence of the particles. The catalytic activity and selectivity of the silicon carbide based catalyst was compared to two commercial catalysts (supported on silica and alumina). This study reveals that the high thermal conductivity of the silicon carbide allows working in more drastic conditions (higher H2S concentration, and higher temperature) without a selectivity loss leading to a high sulphur yield. The SiC supported catalyst is currently the most efficient catalyst known for this reaction