Pyrolyse catalytique de combustibles solides de récupération en réacteur à lit fluidisé

Le Laboratoire de Sécurité des Procédés Chimiques (LSPC, UR 4704) est une unité de recherche en génie des procédés placée sous la double tutelle de l'INSA Rouen Normandie et de l'Université de Rouen Normandie. Ses recherches s'organisent autour de quatre axes : sécurité des procédés, valorisation de la biomasse, captage et valorisation du CO₂, intensification des procédés.

Étude sur la valorisation thermochimique de combustibles solides de récupération (CSR). Le CSR étudié contient environ 71 % de plastiques et 23 % de matières lignocellulosiques. Sa pyrolyse produit des gaz, un résidu solide et une fraction condensable pouvant contribuer à remplacer des charges fossiles en pétrochimie.

Les essais thermiques ont mis en évidence deux limites : une production importante de cires lourdes, difficiles à récupérer et à valoriser, et la présence d’oxygène, d’azote et de chlore dans les produits. Le craquage catalytique des vapeurs sur zéolithes constitue une voie prometteuse pour réduire la masse moléculaire des condensats et orienter leur composition. Il doit toutefois être étudié sans dégrader l’opérabilité du lit fluidisé ni augmenter excessivement le cokage ou les aromatiques.

Objectif du stage : L’objectif est de déterminer, sur une matrice expérimentale resserrée, dans quelles conditions une zéolithe améliore la qualité des produits de pyrolyse. Les performances seront évaluées à partir des rendements, de la conversion des cires en fractions plus légères, de la composition des gaz et des condensats, du devenir du chlore et de la stabilité du catalyseur au cours des cycles réaction–régénération.

Travaux proposés

• État de l’art ciblé. Pyrolyse catalytique de CSR : familles de catalyseurs zéolithiques et sorbants basiques; comparaison des configurations in situ et ex situ ; mécanismes de craquage, désactivation par cokage et régénération.
• Référence thermique reproductible. Vérification du profil de température, de la perte de charge, de la stabilité de l’alimentation et du train de condensation ; réalisation d’au moins trois essais thermiques de référence et fermeture du bilan matière.
• Préparation des catalyseurs. Activation ou calcination selon la forme ionique, séchage, broyage et tamisage; caractérisation initiale par ATG, BET et DRX.
• Essais catalytiques en lit fluidisé. Étude limitée à deux catalyseurs au maximum. La configuration ex situ sera privilégiée au démarrage afin de préserver l’hydrodynamique du lit. Les experiences dans les conditions les plus prometteuses seront répétées.
• Caractérisation des produits. Gaz par GC-TCD/FID; condensats par GC-MS et GC-FID; chlore total par combustion en bombe puis chromatographie ionique; DSC et viscosité selon la nature des condensats.
• Désactivation et régénération. Quantification du coke par ATG, comparaison du catalyseur frais et usé, puis réalisation de cycles réaction régénération sur la meilleure condition.
• Interprétation. Bilans matière et chlore, rendements massiques et énergétiques, traitement statistique de la répétabilité et identification du meilleur compromis entre allègement des condensats, rendement, teneur en hétéroatomes et stabilité du catalyseur.

• Étudiant ou étudiante en Master 2 ou dernière année d’école d’ingénieurs en génie des procédés, génie chimique, catalyse ou procédés énergétiques.

• Bases solides en génie de la réaction, catalyse hétérogène, bilans matière et traitement de données.

• Goût marqué pour l’expérimentation, rigueur en sécurité, autonomie et aptitude au travail en équipe.

• Une première expérience des réacteurs à lit fluidisé, de la chromatographie ou des plans d’expériences constitue un atout.

• Français ou anglais courant et capacité à rédiger en anglais scientifique.