Thèse soutenue

Etude numérique et expérimentale de solutions innovantes visant à réduire la formation de cokes en vapocraquage

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Auteur / Autrice : Bruce Indurain
Direction : Maxence BigerelleSylvain LalotFrançois BeaubertDavid Uystepruyst
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Mécanique
Date : Soutenance le 18/03/2021
Etablissement(s) : Valenciennes, Université Polytechnique Hauts-de-France
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Lille)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'automatique, de mécanique et d'informatique industrielles et humaines (Valenciennes, Nord ; 1994-...)
Etablissement délivrant conjointement le doctorat : Institut national des sciences appliquées Hauts-de-France (Valenciennes, Nord ; 2019-....)
Jury : Président / Présidente : Cathy Castelain
Examinateurs / Examinatrices : Maxence Bigerelle, Sylvain Lalot, François Beaubert, David Uystepruyst, Bénédicte Cuenot, Sébastien Poncet, Françoise Bataille, Manuel Roussel
Rapporteurs / Rapporteuses : Bénédicte Cuenot, Sébastien Poncet

Résumé

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L’encrassement est une problématique à laquelle font face les tubes utilisés dans les fours de vapocraquage et qui est causée par une accumulation de coke. Afin de diminuer le cockage, il est possible d’améliorer les échanges thermiques entre le fluide en écoulement et la paroi interne des tubes par la création d’un écoulement rotationnel ou « swirling flow ». Cette étude a pour objectif principal de développer une nouvelle solution de tourbillonneur qui pourrait être appliquée dans un four de vapocraquage. A l’opposé de ce qui est généralement utilisé dans l’industrie, la présente solution a été pensée pour générer un écoulement swirlé localement. Le but étant de réduire autant que possible les pertes de charge. Plusieurs configurations de tourbillonneur ont été étudiées par l’intermédiaire de simulations numériques de mécanique des fluides (CFD). Une étude paramétrique d’une solution de tourbillonneur a également été effectuée afin de trouver le meilleur équilibre entre l’amélioration des transferts thermiques et l’augmentation des pertes de charge. La configuration de tourbillonneur la plus efficace a ensuite été comparée à d’autres géométries de tourbillonneur par des simulations CFD. La confrontation a été étendue par l’utilisation de Coilsim1D, un logiciel de simulation du fonctionnement d’un four de vapocraquage. Le concept du tourbillonneur étudié a fait l’objet d’une campagne expérimentale et les résultats ont été comparés avec ceux des simulations numériques.