Contribution à l'étude expérimentale et numérique du comportement des phases gaz et solide dans un lit fluidisé circulant : application au procédé FCC

摘要

Le réacteur polyphasique du procédé FCC (Fluid Catalytic Cracking) met en jeu des transferts couplés de chaleur et de matière accompagnés par des transformations chimiques rapides. L'anisotropie de l'écoulement dans ce type de réacteur est à l'origine de l'existence de différentes zones se comportant différemment vis-à-vis du mélange. Ces particularités des lits fluidisés circulants peuvent avoir des conséquences directes sur la sélectivité et le rendement du réacteur industriel. Ce travail a pour objectif d'étudier l'influence des paramètres opératoires sur le mélange gaz-solide dans le riser d'un pilote froid de FCC. L’étude expérimentale repose sur la caractérisation du mélange gaz-solide en suivant l’évolution spatio-temporelle de la concentration d’un traceur pour chaque phase. A l'issue de cette étude, nous avons conclu que les phénomènes de recirculation de solide se font au voisinage de la paroi. Une augmentation du flux de solide se traduit par une diminution de la dispersion axiale de la phase solide, une augmentation de la dispersion axiale de la phase gazeuse et une réduction de l'écart entre le temps de séjour des phases gaz et solide. La simulation 3D, effectuée à l'aide du code de calcul Saturne_Polyphasique@Tlse, permet de reproduire la structure verticale de l'écoulement alors qu'il subsiste des lacunes quant à la prédiction de la structure radiale où aucune recirculation de solide en proche paroi n'est observée. ABSTRACT : The multiphase reactor of the FCC (Fluid Catalytic Cracking) process involves coupled heat and mass transfers accompanied by fast chemical transformations. The flow anisotropy in a riser creates an intensity of mixing variable from a region to another one. It is accountable of various zones behaving differently towards the mixing. These particularities of the circulating fluidized bed hydrodynamics can have direct consequences on the selectivity and the efficiency of the industrial reactor. The work objective is to study the influence of the operating parameters on the phenomena of gas and solid mixing in the riser of a FCC cold pilot. The experimental study is based on the characterisation of the gas-solid mixing by following the temporal evolution of the concentration of a tracer for every phase. At the end of this study, we showed that the phenomena of recirculation of solid are done in the vicinity of the wall. An increase of the solid flow results in a reduction in the axial dispersion of the solid phase, an increase in the axial dispersion of the gas phase and a reduction of the difference between the residence time of the gas and solid phases. The three dimensional calculations, made with the CFD code Saturne_Polypohasique@Tlse allows to reproduce the vertical structure of the flow whereas the prediction of the radial structure is not very well predicted. Indeed, no recirculation of solid in close wall is observed.