Le furfural s'obtient par la déshydratation de sucres réducteurs à cinq carbones, tel le xylose. Cette réaction se produit en phase aqueuse, en présence d'une catalyse acide homogène et sous une température élevée. Les principales sources des polymères et/ou oligomères servant à sa production proviennent de certaines parties de la biomasse végétale. La fraction hémicellulosique de cette biomasse est transformée en furfural par des procédés en une ou deux étapes. Dans le procédé à une étape, les polymères sont simultanément extraits de la matière végétale hydrolysée en sucres monomériques et transformés en furfural. Dans le procédé à deux étapes, les polymères, dans un premier temps, sont solubilisés, et les solutions obtenues sont par la suite traitées dans des conditions plus sévères pour produire le furfural. Les deux types de procédés donnent des rendements de l'ordre de 50 %. Ces faibles rendements sont dus à la présence de réactions secondaires indésirables ayant lieu dans le milieu réactionnel. Ce mémoire présente un nouveau procédé où la technologie du réacteur à jet est utilisée de façon à ce que le furfural produit dans la phase liquide soit rapidement transféré à la phase gaz en se servant de l'augmentation très considérable de l'aire interfaciale entre le liquide et le gaz grâce à la configuration du réacteur à jet utilisé. Ce mode d'opération éloigne efficacement le furfural du milieu liquide empêchant sa dégradation ultérieure. Dans notre travail, les paramètres d'opération du réacteur ont été étudiés et une modélisation du réacteur a aussi été essayée. Des rendements très élevées en furfural atteignant 85% du furfural potentiel ont été ainsi obtenus avec des sélectivités supérieures à 90%.

Le furfural est produit actuellement par des procédés industriels"batch" utilisant des catalyseurs acides très actifs, comme l'acide sulfurique ou l'acide chlorhydrique. Ces méthodes offrent des rendements molaires moyens en furfural de 40 à 50 % du furfural potentiel contenu dans la source de pentosans, principale composante de la fraction hémicellulosique de la biomasse. Ces rendements sont accompagnés d'une sélectivité de l'ordre de 50 %. La forte activité des acides minéraux rend la réaction de déshydratation peu sélective. En effet, sous hautes acidité et température, la formation de polymères dérivés du furfural et de sous-produits de condensation devient inévitable. Considérant que la fraction hémicellulosique, selon l'essence d'arbre, peut représenter entre 20 et 40 % en masse de la biomasse végétale, cette matière première renouvelable demeure, encore à ce jour, sous valorisée. Ce mémoire présente une nouvelle unité réactionnelle où la technologie du réacteur"plug flow" biphasique est utilisée de façon à ce que le furfural produit dans la phase aqueuse soit transféré instantanément dans un solvant organique. Ce mode d'opération solubilise le furfural dès sa formation, limitant ainsi sa dégradation/polymérisation. De plus, la méthode proposée se tourne vers des catalyseurs moins actifs et plus sélectifs que les acides minéraux (HCl, H[indice inférieur 2]SO[indice inférieur 4], etc.) : les zéolithes. La déshydratation des pentoses nécessitant une catalyse acide, l'imprégnation des zéolithes étudiées fut exécutée avec l'acide phosphorique (H[indice inférieur 3]PO[indice inférieur 4]). Les conditions d'opération de l'unité jugées optimales ont été évaluées, a priori, par des simulations cinétiques. Des travaux préliminaires effectués sur la régénération et la réutilisation de ces catalyseurs hétérogènes ont démontré l'intérêt de poursuivre la recherche dans cette direction. Des rendements molaires et sélectivités élevés atteignant plus de 90 % du furfural potentiel furent obtenus. Un exercice de dimensionnement, présenté en Annexe A, a permis de démontrer que la conception d'un tel réacteur était réalisable à l'échelle industrielle.