Synthèse direct de diméthyle éther à partir de syngaz – DIGAS

Projet DIGAS vise à développer un procédé catalytique hétérogène pour la synthèse directe de diméthyle éther (DME) à partir de sources renouvelables et pour plusieurs applications énergétiques. Le projet se positionne dans les cadres de la Challenge "Energie propre, sûre et efficace" pour les jeunes chercheurs. Dans la recherche de carburants alternatives et de la réduction d’émissions de gaz à effet de serre le gaz de synthèse et le biosyngaz (mélange CO/CO2/H2) sont considérés comme intermédiaires pour l’énergie et les carburants synthétiques à partir de diverses matières premières. Gaz de synthèse reste une technologie clé et une ressource stratégique, sa transformation en carburants liquides par conversion thermochimique est l'une des priorités dans le scénario de transition énergétique. Le projet DIGAS va contribuer au développement de biocarburants pour plusieurs applications et marchés. L’objectif général du projet DIGAS est de développer un procédé catalytique pour la production directe de DME par les réactions : 3 CO + 3 H2 <=> CH3OCH3 + CO2 et 2 CO2 + 6 H2 <=> CH3OCH3 + 3 H2O. Ce procédé nécessitera la présence de catalyseurs bi-fonctionnels avec à la fois une fonction métallique et une fonction acide. Des sites métalliques de catalyseurs sont nécessaires pour activer les oxydes de carbone et l'hydrogène dans la première étape - formation de méthanol ; propriétés acides de catalyseurs assureront la déshydratation suivante du méthanol en DME. L'ambition finale du projet est la valorisation de gaz de synthèse ex biomasse (mélanges CO/CO2/H2). Cela permettra de développer des unités décentralisées de production de DME, facilement transportables, à proximité des sources de biomasse (par exemple, bois). Les principaux objectifs du projet sont :
- de développer des matériaux catalytiques avec des porosités différentes et acidités contrôlées, sélectifs à la fois dans la formation de méthanol et la déshydratation du méthanol en DME (2 étapes qui sont fusionnées en une seule étape),
- de définir les conditions optimales pour la réaction (température, pression, composition du mélange réactionnel ...) à l'aide du programme de simulations thermodynamiques avec des mélanges CO2/CO/H2,
- d’étudier les transformations des mélanges de gaz de synthèse ex biomasse avec des compositions CO/CO2/H2 différentes, l'activité catalytique sera également étudiée en présence d'autres composantes du biosyngaz: effet de l'eau, le méthane, l'éthane, produits contenant du soufre et l'ammoniac,
- d’étudier le mécanisme de la réaction et la nature des sites actifs dans les mélanges CO/H2 ou CO2/H2 pour trouver le système catalytique optimale pour la synthèse de DME - DRIFT operando expériences sous pression seront employés pour cette tâche en plus d'autres techniques,
- de réaliser des tests catalytiques de longue durée pour l'évaluation de la stabilité des catalyseurs et de désactivation.
Le projet à la fois fondamental et appliqué va profiter de nombreuses techniques d’analyse des solides (DRX, XPS, IR, ATG, MEB, MET, RMN …) et des techniques de caractérisation spécifiques à la catalyse (TPR, TPD) présentées sur le campus. Les réactions catalytiques en phase gaz seront menées sous pression, les produits formés seront analysés en ligne par chromatographie en phase gazeuse. Les simulations thermodynamiques seront effectuées à l’aide du logiciel de simulation de procédés ProSim+ et Aspen. Dans les cadres de ce projet, il est prévu d'étudier la réactivité, la robustesse, la sélectivité et la stabilité des matériaux catalytiques dans la réaction modèle et d'avoir une idée approfondie sur le mécanisme de la conversion directe de biosyngaz en DME.