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RÉSUMÉ
Cet article traite de la technologie des réacteurs à lit fixe catalytique, alimentés simultanément par un gaz et un liquide, et qui sont largement répandus dans l'industrie du raffinage et en pétrochimie pour des hydrotraitements et des oxydations partielles. Bien des difficultés dans le dimensionnement de ces réacteurs sont liées à la complexité des écoulements gaz-liquide à travers la matrice poreuse, constituée par les particules catalytiques. Pour cette raison, une attention particulière est portée à la compréhension de l'hydrodynamique des écoulements. Les phénomènes observés à l'échelle du grain catalytique, transfert de matière externe et interne, sont distingués des phénomènes observés à l'échelle du réacteur : mauvaise distribution du liquide, dispersions matérielle et thermique axiale et radiale. La compréhension de l'ensemble des phénomènes permet de proposer une démarche raisonnée de modélisation des réacteurs.
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The article deals with catalytic trickle bed reactor (CTBR) technology, which is widely used in the refinery and the petrochemical industries for hydro-treatments and partial oxidation reactions. A major difficulty in the reactor outlay is linked to the complexity of the gas-liquid flow (trickle) through the porous medium. Therefore, particular attention is given to the comprehension of the multiphase flow hydrodynamics. The phenomena observed at the scale of the catalytic particle, external and internal mass-transfer, are considered separately from the phenomena observed at the reactor scale, poor distribution of liquids, material and thermal axial and radial dispersion. The comprehension of these phenomena provides a reasoned approach to reactor modeling.
Auteur(s)
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Sabine RODE : Professeur des universités en génie des procédés - École nationale supérieure des industries chimiques (ENSIC) - Institut national polytechnique de Lorraine (INPL) Université de Lorraine
-
Jean-Claude CHARPENTIER : Directeur de recherche CE CNRS Emérite (ENSIC/INPL/Université de Lorraine) - Past Président de la Fédération européenne de génie chimique - Ancien directeur de l'ENSIC, de l'ESCPE Lyon et du département sciences pour l'ingénieur du CNRS
INTRODUCTION
Les réactions chimiques dont la mise en œuvre nécessite la présence simultanée d'un gaz, d'un liquide et d'un solide catalytique sont fréquemment rencontrées dans la pratique industrielle, notamment pour :
-
l'hydrotraitement des coupes pétrolières ;
-
l'hydrogénation et l'oxydation partielle de composés divers de la pétrochimie ;
-
la mise en œuvre de réacteurs biologiques.
Afin de réaliser le contact entre les trois phases, le solide catalytique peut être maintenu en suspension au sein du liquide qui est par ailleurs contacté par le gaz. Les appareillages associés sont les colonnes à bulles ou cuves agitées triphasiques, ainsi que les lits fluidisés triphasiques.
Le solide catalytique peut également être disposé en lit fixe, traversé par le gaz et le liquide. Cette technologie est souvent préférée dans la pratique industrielle, à la fois pour sa simplicité et pour sa robustesse : on n'y trouve pas de pièces mobiles et elle ne nécessite pas d'étape de séparation du solide. De plus, les réacteurs à lit fixe commerciaux peuvent être de très grande taille : 10 à 30 m de haut, 1 à 4 m de diamètre avec une taille caractéristique des particules catalytiques comprise entre 1 et 3 mm environ. Cette configuration conduit à un écoulement piston des deux phases, permettant d'atteindre des conversions importantes tout en optimisant la sélectivité. La technologie à lit fixe comporte toutefois un certain nombre d'inconvénients liés à la difficulté d'évacuer la chaleur réactionnelle et à la non-homogénéité des écoulements à l'échelle du réacteur, la conjonction des deux phénomènes pouvant notamment conduire à la formation de points chauds.
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5. Modélisation des réacteurs
5.1 Considérations générales et formulation des modèles
Les modèles couramment rencontrés pour décrire le fonctionnement des lits fixes à écoulement gaz-liquide prennent en compte les différentes résistances au transfert de matière. Les modèles sont isothermes pour l'analyse des réacteurs de laboratoire, en général thermostatés, et adiabatiques pour l'analyse des installations commerciales . Les modèles peuvent tenir compte de la désactivation temporelle lente du catalyseur ou encore du mouillage partiel . La démarche de la modélisation de réacteurs fonctionnant avec un mouillage partiel est résumée dans le travail de Goto et coll. ...
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Modélisation des réacteurs
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - TRAMBOUZE (P.), EUZEN (J.-P.) - Les réacteurs chimiques, de la conception à la mise en œuvre. - Éditions Technip, Paris (2002).
-
(2) - GIANETTO (A.), SPECCHIA (V.) - Trickle-bed reactors : state of art and perspectives. - Chemical Engineering Science, vol. 47, p. 3197-3213 (1992).
-
(3) - SAROHA (A.K.), NIGAM (K.D.P.) - Trickle-bed reactors. - Reviews in Chemical Engineering, vol. 12, p. 207-347 (1996).
-
(4) - AL-DAHHAN (M.A.), LARACHI (F.), DUDUKOVIC (M.P.), LAURENT (A.) - High-pressure trickle-bed reactors : a review. - Industrial and Engineering Chemical Research, vol. 36, p. 3292-3314 (1997).
-
(5) - ATTOU (A.), BOYER (C.) - Revue des aspects hydrodynamiques des réacteurs catalytiques gaz-liquide-solide à lit fixe arrosé. - Oil and Gas Science and Technology, Revue de l'IFP, vol. 54, p. 29-66 (1999).
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
IFP Énergies nouvelles http://www.ifpenergiesnouvelles.fr
HAUT DE PAGE
Gas Liquid and Gas Liquid Solid Reactor Engineering Congress GLS http://www.gls10.org
Green Process Engineering (Génie des Procédés Verts) http://www.gpe2011.com
HAUT DE PAGE3.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)
Honeywell WOP (procédés de désulfuration) http://www.wop.com
Axens IFP Group Technologies (procédés de désulfuration) http://www.axens.net
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