Offre de thèse rentrée 2019

Valorisation de la liqueur noire issue de procédés papetiers par distillation réactive et catalyse hétérogène

, par Clémence Nikitine, Léa Vilcocq

Équipe d’accueil
Laboratoire de Génie des Procédés Catalytiques (LGPC), UMR 5285 CNRS/CPE Lyon, 43, bd du 11 novembre 1918 – 69100 VILLEURBANNE
Le LGPC regroupe des chercheur/ses des communautés de catalyse et du génie des procédés, impliqués dans l’amélioration de procédés catalytiques existants et dans le développement de procédés innovants pour des applications multiples (énergie, environnement ou valorisation de la biomasse). Le LGPC dispose de ressources expérimentales (colonne de distillation, réacteurs continus...) et en modélisation pour la cinétique, les réacteurs, et les procédés complets.

Contexte et problématique
Dans le contexte actuel de diminution des ressources fossiles et de limitation des émissions de CO2, la biomasse représente une alternative intéressante pour la synthèse de produits chimiques durables. L’industrie papetière utilise traditionnellement du bois comme matière première pour produire de la pâte à papier contenant principalement de la cellulose. Les autres composants du bois sont éliminés dans la liqueur noire qui est ensuite brûlée pour fournir de l’énergie. La valorisation chimique des composants de la liqueur noire est un enjeu important pour la chimie biosourcée.Ici la distillation réactive sera utilisée pour séparer et valoriser chimiquement les acides organiques présents dans la liqueur noire issue de procédés papetiers. En effet, la liqueur noire contient de la lignine, de la soude et des sels mais également des acides issus de la dégradation des polysaccharides pendant la cuisson de la pâte à papier (acides formique, acétique, hydroxybutyrique, isosacchariniques, etc.). Les acides seront estérifiés grâce à un catalyseur hétérogène et les esters séparés par distillation.La distillation réactive est l’un des procédés chimiques intensifiés les plus reconnus, qui intègre la séparation et la réaction au sein d’un même appareil et permet de séparer des mélanges chimiques complexes. Les principaux avantages de la distillation réactive concerne l’amélioration de la conversion de la réaction, la diminution significative des investissements, des coûts de fonctionnement, de la consommation énergétique, et de la production de sous produits. L’utilisation d’internes catalytiques structurés constitue un des leviers importants pour l’intensification des procédés ; l’intégration de ce type de structure au sein d’une colonne à distiller est un défi en soi car les performances de la colonne peut être dégradées à cause d’une modification de l’hydrodynamique de la colonne et/ou la désactivation du catalyseur (ou son lessivage).

Objectifs
Le but de cette thèse est d’étudier et d’optimiser un procédé de distillation réactive, en présence d’internes structurés catalytiques, pour un système contenant différents acides issus de l’industrie papetière. La liqueur noire contient de nombreux acides dont les points d’ébullition sont proches, ainsi l’estérification par voie chimique (catalyse homogène/hétérogène) a été récemment introduite comme stratégie de récupération d’acides en mélanges dilués. Le travail consistera à :
• déterminer les points de fonctionnement de la colonne à distiller par simulation d’un mélange réel (acquisition de données thermodynamiques sur les impuretés, détermination des courbes de résidus réactifs, simulation)
• sélectionner les catalyseurs (hétérogène commerciaux et supportés sur mousse) et étudier les cinétiques de réactions
• la mise en œuvre expérimentale sur des mélanges synthétiques puis sur liqueur réelle
• la modélisation et l’optimisation énergétique du procédé global
Le travail de thèse permettra au/à la doctorant/e de mettre en œuvre des connaissances de génie chimique et de catalyse dans un sujet multidisciplinaire alliant activités expérimentales et modélisation.

Profil
Master ou diplôme d’ingénieur en génie des procédés/génie chimique ou chimie physique/catalyse. Le financement de cette thèse dépendra du succès du ou de la candidat(e) au concours de l’Ecole Doctorale de Chimie de Lyon pour l’obtention d’une bourse de thèse de 3 ans, dont les modalités de recrutement sont indiquées ici : https://www.edchimie-lyon.fr/contra...;: Fournir les documents suivants : CV avec coordonnées de référent/es, lettre de motivation, notes de Master ou diplôme d’ingénieur.

Contact  : C. NIKITINE cni lgpc.cpe.fr Tél : 0472431762 / L. VILCOCQ lvi lgpc.cpe.fr Tél : 0472431761