Simulation de la désactivation d'un catalyseur d'hydrodémétallisation à géométrie ouverte Simulation of the Deactivation of a Hydrodemetallization Catalyst with an Open Geometry

• Main Authors: Tanoubi I., Martinerie P., Bourseau P., Muratet G., Toulhoat H.
• Format: Article
• Language: English
• Published: EDP Sciences 2006-11-01
• Series: Oil & Gas Science and Technology
• Online Access: http://dx.doi.org/10.2516/ogst:1991018
• ISSN: 1294-4475; 1953-8189

On propose un outil de simulation prédictif de la désactivation au cours du temps d'un catalyseur d'hydrodémétallisation. Il repose sur un modèle de la géométrie du catalyseur, associé à une loi de diffusion des réactifs prenant en compte l'évolution texturale du catalyseur en cours de réaction. L'évolution de la texture est due au dépôt solide d'un des produits de la réaction dans les pores catalytiques. Le dépôt catalyse également la réaction mais de manière moins efficace que le catalyseur propre. La désactivation est liée à la diminution de la surface spécifique, et au bouchage progressif des pores. La géométrie prise en compte reflète la texture originale dite en bogue de châtaigne , qui caractérise les nouveaux catalyseurs d'hydrotraitement des résidus récemment développés à l'Institut Français du Pétrole (IFP). La simulation montre que cette géométrie particulière induit une meilleure stabilité du catalyseur vis à vis des facteurs de désactivation. Le modèle envisage d'abord une cinétique simple, tenant compte uniquement de la réaction de démétallisation. Par ailleurs, il est en mesure d'introduire une réaction compétitive pour justifier les observations expérimentales en milieu contaminé par des asphaltènes, à savoir l'occurrence des concentrations maximales en dépôt solide à l'intérieur des grains de catalyseurs, et non à leur périphérie immédiate. La simulation prédit l'évolution au cours du temps des profils le long du grain, de la surface spécifique, de la fraction de vide, de la concentration en réactif dans les pores, et de la masse de métaux déposés. Elle détermine également à chaque instant le flux du réactif à la surface du grain, ainsi que le facteur de Tamm et le taux de captation en métaux. Le modèle rend compte de manière satisfaisante des principales observations expérimentales, et constitue en outre un outil qualitatif très utile pour le développement rationnel de nouveaux catalyseurs industriels. <br> A predictive simulation method is proposed for the deactivation of a hydrodemetallization catalyst in time. It is based on a model of the geometry of the catalyst associated with a diffusion law of the reactants, with consideration being given to the textural evolution of the catalyst during the reaction. Textural evolution is due to the solid deposition of reaction products in the catalytic pores. The deposit also catalyzes the reaction, but much less effectively than the catalyst fresh. Deactivation is linked to the decrease in the specific surface area and to the progressive plugging up of the pores. The geometry taken into consideration reflects the original socalled chestnut-burrtexture characterizing new catalysts developed by Institut Français du Pétrole (IFP) for the hydrotreatment of residues. Simulation shows that this specific geometry brings about better catalyst stability in relation to deactivation factors. The model first considers a simple kinetics involving solely the demetallization reaction. Likewise, it is capable of introducing a competitive reaction to justify experimental observations in an environment contaminated by asphaltenes, i. e. the occurrence of maximum concentrations of a solid deposit inside the catalyst grains and not on their immediate periphery. The simulation predicts the evolution in time of the profiles along the grain, the specific surface area, the void fraction, the reactant concentration in the pores and the mass of metals deposited. It also determines at all times the reactant flux on the surface of the grain as well as the Tamm factor and the metal capture rate. The model gives a satisfactory account of the leading experimental observations and also provides a very useful qualitative tool for the rational development of new industrial catalysts.