Contribution de la simulation dynamique à l'étude du vapocraquage des hydrocarbures en réacteur tubulaire : application au N-Hexadécane

Contribution of dynamic simulation to the study of steam cracking hydrocarbons in tubular reactor : pplication an n-hexadecane

• Auteur / Autrice : Faiza Kara
• Direction : Arsène Isambert
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie appliquée et Génie des procédés
• Date : Soutenance en 1998
• Etablissement(s) : Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de génie des procédés et matériaux (Gif-sur-Yvette, Essonne)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Simulation par ordinateur

Vapocraquage

Mots clés libres

Réacteur tubulaire

Détrochimie

Hexadécane

Résumé

Un modèle du four de vapocraquage à l'échelle micropilote a été développé sur un simulateur de type généralisé SpeedUp, en régime dynamique. Le vapocraqueur est une unité de grande taille qui met en jeu un grand nombre de paramètres. La simulation d'un tel procédé doit prendre en compte une cinétique complexe. Elle est donc lourde et peut conduire à des risques importants de non convergence. Nous avons alors choisi de procéder par étapes. Dans un première étape, nous avons choisi un modèle cinétique simplifié parmi les modèles donnés par Flicoteaux, 1988. Ce modèle a permis de prévoir la distribution des produit de craquage dans un domaine de température de 600 à 800C° et pour des temps de contact de 325 à 1100 ms. Les rendements des produits gazeux sont relativement en bon accord avec l'expérience. Pour les produits liquides, la simulation reproduit correctement l'expérience jusqu'à une température de 650C°. A partir d'une temperature de 675C°, les réactions secondaires deviennent importantes et le modèle n'est plus représentatif. Dans une deuxième étape, nous avons développé le modèle du réacteur en supposant un écoulement piston ou l'état du mélange réactionnel en régime transitoire est fonction de deux variables : la position le long de l'écoulement et le temps. Pour cela nous avons mis en oeuvre 3 modèles. Dans le premier, nous avons résolu le système d'équations différentielles du bilan de matière en négligeant le terme d'accumulation, ce qui a permis de donner la distribution des produits de craquage en fonction de la longueur de réacteur. Dans le second et le troisième modèles, nous avons résolu le système d'équations différentielles du bilan de matière en procédant à une discrétisation spatiale avec un nombre de pas fixe et variable. Les résultats obtenus ont montré que le modèle d'une série de réacteurs agités approchait le modèle piston et surtout qu'une discrétisation spatiale à pas variables en prenant des petits volumes dans les zones ou la réaction est plus active améliore la modélisation du réacteur piston. Dans une troisième étape, nous avons introduit le profil thermique dans les modèles développés, ce qui a permis de montrer l'importance du gradient thermique dans le four.