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Conception Modélisation Procédés

Pour un meilleur arrosage des lits fixes

Éliminer des carburants les impuretés comme le soufre ou l’azote, ou augmenter le rendement de production d’essence ou de gazole, sont des enjeux importants pour l’industrie du raffinage.

La technologie de réacteurs catalytiques à lit fixe arrosé contribue à relever ces défis via des procédés comme l'hydrotraitement de coupes pétrolières ou d’huiles végétales.

Aujourd’hui, le développement des modèles de CFDa et l’accroissement des potentiels de calcul par le HPCb permettent de simuler des réacteurs industriels polyphasiques toujours plus complexes.

En couplant l’hydrodynamique à la cinétique de réaction, ces simulations permettent de prédire les performances des réacteurs, en intégrant l’impact de la distribution des fluides en tête de lit.

Le modèle hydrodynamique 3D, récemment développé à IFPEN, se base sur une description, moyennée en espace, des interactions entre phases (modèle eulérien à deux fluides en milieu poreux). Les lois physiques impliquées dans le bilan de quantité de mouvement sont issues de développements internes (frictions entre phases, pression capillaire) et de la littérature (dispersion mécanique).

Ce modèle a été validé avec succès sur plusieurs cas expérimentaux, dont un conduit sur une maquette équipée d’un dispositif d’analyse par tomographie-γ, mobile suivant la hauteur et donnant accès aux distributions des fluides selon différentes sections (cf. figure). Il a ensuite été couplé à un modèle cinétique de craquage catalytique, pour déterminer l’impact de la distribution sur les performances globales et ainsi proposer des cibles quantitatives pour les futures technologies de distributeurs.

Par ailleurs, afin de limiter les temps de calcul et être incorporable si besoin dans des simulateurs mettant en œuvre des schémas cinétiques détaillés, le modèle a été réduit à un équivalent "1D-multisorties", paramétré à partir de simulations CFD préliminaires.

Les futurs travaux sur ce modèle consisteront à prendre en compte les limitations hydrodynamiques et diffusionnelles liées notamment au mouillage partiel des catalyseurs.

 

a - Computational Fluid Dynamics
  
b - High Performance Computing

 

Contacts scientifiques :  manel.fourati@ifpen.fr - frederic.augier@ifpen.fr

Article paru dans Science@ifpen n° 26 - Octobre 2016

Publications

  1. Augier et al., Characterization and modelling of a maldistributed Trickle Bed Reactor, CJCE,2016.
    >> DOI: 10.1002/cjce.22618
      
  2. Solomenko et al., Liquid spreading in trickle-bed reactors: Experiments and numerical simulations using Eulerian–Eulerian two-fluid approach, CES, 2014.
    >> DOI: 10.1016/j.ces.2015.01.013

 

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