Modélisation de l'hydrocraquage

par Nadège Serrand

Thèse de doctorat en Chimie

Sous la direction de Slavik Kasztelan.

Soutenue le 08-07-2013

à Lyon, École normale supérieure , dans le cadre de École Doctorale de Chimie (Lyon) .

Le président du jury était Mélaz Tayakout.

Le jury était composé de Slavik Kasztelan, Mélaz Tayakout, Patrick Da Costa, Christine Travers, Denis Guillaume, Eric Valery.

Les rapporteurs étaient Patrick Da Costa, Christine Travers.


  • Résumé

    L'hydrocraquage est un procédé catalytique majeur dans la valorisation des coupes pétrolières lourdes. Il met en jeu un catalyseur bifonctionnel composé d’une phase métallique et d’une phase acide. Sur la première, ont lieu des réactions d’hydrogénation/déshydrogénation, et, sur la seconde, des réactions de protonation/déprotonation, d’isomérisation et de craquage. La modélisation joue un rôle essentiel dans la compréhension du procédé et dans son optimisation. Dans le cadre de cette thèse, elle s'effectue en deux étapes. La première étape consiste à déterminer la composition de la charge, et, la seconde repose sur le développement d’un modèle cinétique considérant l'ensemble des réactions.Actuellement puisque les techniques analytiques ne permettent pas de caractériser avec précision des charges aussi complexes, une reconstruction moléculaire est nécessaire. La méthode retenue consiste tout d’abord à établir une bibliothèque de molécules en se basant sur les résultats d’une méthode analytique développée à IFPEN, la GC-2D/HT. Puis, la charge est partagée en trois groupes en fonction de la température d’ébullition des molécules : une coupe naphta, une coupe kérosène/gazole et une coupe lourde. Pour chaque groupe une méthode de reconstruction moléculaire différente est appliquée : l’utilisation directe des résultats analytiques, la reconstruction statistique et la maximisation d’entropie respectivement. Pour le modèle cinétique, l’objectif est double. D’une part, il doit prendre en compte les réactions d’hydrogénation/déshydrogénation des molécules aromatiques intervenant sur la phase métallique du catalyseur. D’autre part pour la phase acide, la méthode retenue, qui est celle des Evènements Constitutifs couplée à la méthode des Chaînes Latérales, doit être étendue aux molécules cycliques.Finalement, le modèle permet de simuler le procédé d’hydrocraquage dans des conditions proches de celles industrielles.

  • Titre traduit

    Modeling of Hydrocracking


  • Résumé

    Hydrocracking is a catalytic cracking process converting high-boiling petroleum fractions into lower-boiling and more valuable ones. It is carried out on bifunctional catalyst combining both a metal phase and an acid phase. On the metal phase, hydrogenation/dehydrogenation reactions take place while on the acid phase, protonation/deprotonation, isomerization and cracking reactions occur. To optimize the yield of the desired products, hydrocracking modeling is essential. The developed model considers a hydrotreated feedstock composed of aromatic, naphthenic and paraffinic hydrocarbons. Its purposes are both to realize a relevant molecular reconstruction of the effluents and a kinetic model representative of the industrial context. As analytical techniques are not yet powerful enough to detect and quantify in detail all the components of the effluents, a molecular reconstruction is required. The proposed method is to create first a set of molecules thanks to analytical results provided by high-temperature two-dimensional gas chromatography. Then, depending on molecules’ boiling point, the effluents are shared into three groups: the naphtha cut, the gas oil cut and the “heavy cut”. For each of them, a particular reconstruction method is applied: direct use of analytical results, the statistical method and the entropy maximization method respectively.For the kinetic model, goals are both to introduce the aromatic and naphthenic hydrocarbons in the model and to consider the reactions on the metal and acid phases. So first, a reaction mechanism of aromatics hydrogenation/dehydrogenation has been defined and implemented. Secondly for the acid phase, the kinetic model based on the Single-Event approach associated with the Lateral Chain method has been improved to consider not only paraffinic but also naphthenic and aromatic hydrocarbons. Finally, the model allows to simulate the hydrocracking process in industrial conditions.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (151 p. - [i-67] f.)
  • Annexes : Bibliographie p.i-vi

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