Nouveau catalyseur ternaire d’hydrogénation des alcynes en alcènes

 

Dans l’industrie, la production des oléfines tels l’éthylène et le propylène se fait généralement par vapocrackage de produits issus de la distillation fractionnée du pétrole. Ce procédé, bien qu’efficace, entraîne généralement la formation de sous-produits tels des alcynes ou des dioléfines. L’industrie se doit de réduire au maximum la proportion de ces sous-produits pour pouvoir commercialiser son alcène.

 

L’hydrogénation partielle des alcynes et des polyènes sur des catalyseurs à base de palladium (Pd/Al2O3 ou Pd/SiO2) est ainsi couramment utilisée pour convertir ces composés en oléfines simples.

Ces réactions peuvent être conduites en phases gazeuses pour les composés de 2 ou 3 carbones et en phase liquide pour les C3, C4 et suite…

 

Cependant lors de cette hydrogénation, diverses réactions secondaires se produisent : surhydrogénation de l’alcène en alcane et oligomérisation entraînant la formation d’huiles désactivant le catalyseur.

Ces problèmes peuvent être partiellement réglés en utilisant des alliages métalliques (Pd/Au ou Pd/Ag) ou encore en alimentant en permanence le réacteur d’hydrogénation par un courant de monoxyde de carbone.

De tels systèmes permettent alors pour l’hydrogénation de l’acétylène d’obtenir les composés suivants (catalyseur palladium/argent) : 45 % d’éthylène, 28,8 % d’éthane et 26,2 % d’huiles.

 

Divers systèmes ont été développés ces dernières années pour augmenter la sélectivité de formation de l’éthylène par rapport aux autres produits (notamment en utilisant des alliages nickel/cuivre/zinc/aluminium), et c’est désormais l’équipe de Javier Pérez-Ramirez qui rapporte une élégante solution au problème.

 

Ils ont proposé d’associer trois métaux ayant chacun un rôle précis :

-         le cuivre, comme catalyseur de base de l’hydrogénation,

-         le nickel, pour assurer une bonne diffusion de l’hydrogène dans le catalyseur et pour diminuer la proportion du cuivre à donner des produits d’oligomérisation,

-         le fer, pour améliorer l’exposition des sites actifs du catalyseur aux composés organiques.

 

Ils ont ainsi mis au point le catalyseur Cu2,75Ni0,25Fe qui présente de nombreux avantages par rapport aux catalyseurs classiquement employés :

-         pas de métal noble (tel le palladium), donc un coût moindre,

-         pas de nécessité de faire passer un courant de monoxyde de carbone dans le réacteur d’hydrogénation, plus simple et plus sécuritaire,

-         excellente sélectivité en faveur de la formation de l’alcène, surtout en présence d’un excès d’alcène,

-         formation des huiles oligomériques réduite au minimum, voir supprimée, augmentant la durée de vie du catalyseur,

-         fonctionnement dans une large gamme de rapports hydrogène/alcyne, permettant d’envisager son utilisation à la suite du vapocraquage pour augmenter la proportion des alcènes.

 

Le seul point négatif est la température de fonctionnement de ce nouveau système catalytique : 250°C au lieu des 20 à 120°C habituellement mis en jeu pour ceux à base de palladium, nécessitant probablement l’adaptation des réacteurs industriels.

 

 

Source : Bridier, B.; Pérez-Ramirez, J. J. Am. Chem. Soc., 2010, DOI : 10.1021/ja9101997