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Conception Modélisation Procédés

Un modèle cinétique pour systèmes complexes : pour quoi faire ?

"Modélisation de systèmes réactionnels complexes : de la reconstruction de charges à la modélisation par événements consécutifs"

Travail postdoctoral de Julian Becker

Dans le domaine des procédés chimiques, les modèles cinétiques sont utilisés dans deux contextes différents :

  • pour optimiser à l’échelle industrielle la quantité de produits cibles ;
  • pour mieux comprendre certaines réactions, par la décorrélation des multiples effets en jeu.

La complexité des phénomènes actifs rend toutefois difficile la mise au point de modèles exhaustifs. Le procédé d’hydrocraquage est particulièrement concerné. Il sert à convertir des bruts pétroliers, composés de plusieurs milliers de molécules, en essence, kérosène et/ou gazole. Pour l’étudier, on s’appuie soit sur des approches statistiques, soit sur des regroupements de molécules.

Les chercheurs d’IFPEN ont comparé deux approches de modélisation :

  • D’abord une approche dite Continuous Lumping (CL)(1), considérant non pas des molécules isolées mais des distributions modèles de molécules, avec des réactivités associées, ce qui nécessite un nombre d’analyses relativement restreint.
  • Ensuite une approche dite Single Events (SE), reposant sur une description très fine de mécanismes cinétiques mais nécessitant des caractérisations très détaillées, rarement disponibles en pratique.

Les deux types de modèles se révèlent complémentaires(2) :

  • Le modèle par CL permet des simulations précises et rapides, ce qui est un atout important pour les logiciels qui l’intègrent, mais il n’autorise pas une analyse fine des mécanismes impliqués.
  • Le modèle par SE, plus complexe à mettre en place, permet de mieux décrypter les processus réactionnels et d’apporter des informations sur les distributions de réactivité utilisées dans le modèle par CL.

Ces informations sont un atout pour proposer des solutions innovantes sur les catalyseurs et les procédés.

Le travail de compréhension via le modèle SE se poursuit sur des mécanismes particuliers, tels que ceux liés à la réactivité des aromatiques et des cyclo-alcanes, ainsi que sur la prévision des qualités de produits raffinés.

 

Contact scientifique : benoit.celse@ifpen.fr

Article paru dans Science@ifpen n° 23 - Décembre 2015

Publications

  1. J. Becker, B. Celse, D. Guillaume, V. Costa, L. Bertier, G. Pirngruber, E. Guillon, A continuous lumping model for hydrocracking on a zeolite catalysts: model development and parameter identification, Fuel 164, 2016, 73-82.
    >> DOI : 10.1016/j.fuel.2015.09.057
      
  2. J. Becker, N. Serrand, B. Celse, D. Guillaume, H. Dulot, Comparing hydrocracking models: Continuous lumping vs. single events, Fuel 165, 2016, 306-315.
    >> DOI : 10.1016/j.fuel.2015.09.091

 

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