Aromatisation directe du méthane sur GaN dans un réacteur à membrane catalytique

 

Jan Kopyscinski

Université McGill

 

Domaine : matériaux

Programme : Établissement de nouveaux chercheurs universitaires

Concours 2016-2017

La production de produits plastiques et chimiques nécessite d'importants constituants de base, tels que le benzène, qui sont habituellement dérivés du pétrole. La baisse des réserves d'hydrocarbures ainsi que les enjeux géopolitiques ont entraîné beaucoup d'efforts en vue de remplacer le pétrole par du méthane (gaz naturel, gaz de schiste et biogaz).

Commercialement, le méthane est converti par un procédé indirect d'oxydation peu efficace, à coût en capital élevé et produisant des émissions de CO2. L'aromatisation directe non oxydante du méthane en benzène constituerait par ailleurs un procédé plus économique et plus respectueux de l'environnement. Cette voie pose cependant de gros défis en raison de la grande force des liens C-H du méthane et des contraintes thermodynamiques et cinétiques.

Ce projet s'intéressera à ces enjeux en appliquant les principes de génie de la catalyse et des réactions. Jusqu'à maintenant, la plupart des études ont porté sur des catalyseurs molybdène-zéolite qui présentent des sélectivités modérées pour le benzène et une désactivation rapide du catalyseur. Nous allons nous concentrer sur les nitrures de gallium, des composés mal connus mais qui présentent une forte sélectivité pour le benzène. Comme cette réaction est thermodynamiquement limitée, le catalyseur à base de nitrures de gallium sera appliqué sur une membrane qui extrait l'hydrogène pour permettre une meilleure conversion du méthane et un rendement supérieur en benzène.

En outre, le réacteur à membrane catalytique fera appel à des techniques résolues spatialement pour mesurer les profils de composition des gaz et de température à la surface du catalyseur dans l'axe du réacteur afin d'étudier de manière approfondie le mécanisme des réactions et la désactivation possible du catalyseur.