G N° d'ordre

Geoffrey Petit

Description

Niveau: Supérieur, Doctorat, Bac+8
G N° d'ordre : 2290 THESE Présentée pour obtenir LE TITRE DE DOCTEUR DE L'INSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE DE TOULOUSE École doctorale : Science des procédés Spécialité : Génie des procédés et de l'environnement Par M. Geoffrey PETIT Titre de la thèse : CONTRIBUTION A L'ETUDE EXPERIMENTALE ET NUMERIQUE DU COMPORTEMENT DES PHASES GAZ ET SOLIDE DANS UN LIT FLUIDISE CIRCULANT : APPLICATION AU PROCEDE FCC Soutenue le 21 Novembre 2005 devant le jury composé de : M. Jamal CHAOUKI Président M. Mehrdji HEMATI Directeur de thèse M. Olivier SIMONIN Directeur de thèse M. Bo LECKNER Rapporteur M. Khalil SHAKOURZADEH Rapporteur M. Régis ANDREUX Membre M. Gilles FERSCHNEIDER Invité

• structure hydrodynamique des lits


• anisotropie de l'écoulement


• presentation de l'outil de simulation


• structure verticale de l'écoulement


• prédiction de la structure radiale


• description generale du pilote froid


• outil experimental

Sujets

• Hemati
• Institut national polytechnique de Toulouse

Informations

• Publié par: profil-zyak-2012
• Publié le: 01 novembre 2005
• Nombre de lectures: 59
• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 2 Mo

Extrait

N° d’ordre : 2290
THESE
Présentée pour obtenir
LE TITRE DE DOCTEUR DE L’INSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE DE TOULOUSE
École doctorale : Science des procédés
Spécialité : Génie des procédés et de l'environnement
Par M. Geoffrey PETIT
Titre de la thèse : CONTRIBUTION A L'ETUDE EXPERIMENTALE ET NUMERIQUE DU
COMPORTEMENT DES PHASES GAZ ET SOLIDE DANS UN LIT
FLUIDISE CIRCULANT : APPLICATION AU PROCEDE FCC
Soutenue le 21 Novembre 2005 devant le jury composé de :
M. Jamal CHAOUKI Président

M. Mehrdji HEMATI Directeur de thèse
M. Olivier SIMONIN hèse
M. Bo LECKNER Rapporteur Khalil SHAKOURZADEH
M. Régis ANDREUX Membre Gilles FERSCHNEIDER Invité
G Résumé
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.
G|zyllt Sumary
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.
?zhty|Gt Table des matières
Nomenclature......................................................................................................... 1
Introduction............................................................................................................ 5
Première partie ............................................................................................. 9
Chapitre 1 : Etat de l'art sur les lits fluidisés circulants ............................................ 11
1. APPLICATION AU PROCEDE FCC.......................................................................................................................13
2. TECHNOLOGIE LIEE AUX LITS FLUIDISES CIRCULANTS ....................................................................................15
3. COMPORTEMENT HYDRODYNAMIQUE DES PARTICULES DE FCC VIS-A-VIS DE LA FLUIDISATION .................16
4. STRUCTURE HYDRODYNAMIQUE DES LITS FLUIDISES CIRCULANTS .................................................................20
4.1. STRUCTURE VERTICALE ...............................................................................................................................20
4.2. STRUCTURE RADIALE....21
5. MODELISATION HYDRODYNAMIQUE DES LITS FLUIDISES CIRCULANTS ...........................................................22
6. CONCLUSION.......................24
Chapitre 2 : Outils expérimental et numérique ........................................................... 27
1. OUTIL EXPERIMENTAL.......................................................................................................................................31
1.1. DESCRIPTION GENERALE DU PILOTE FROID ..................................................................................................31
1.2. DESCRIPTION DES DIFFERENTS ELEMENTS DE L'INSTALLATION ....................................................................34
1.2.1. Le riser ................................................................................................................................................34
1.2.2. Système de récupération et de circulation des poudres.......................................................................35
1.2.3. Circuit d'air.........................................................................................................................................37
1.3. METROLOGIE................38
1.3.1. Système de mesure des débits d'air de fluidisation..............................................................................38
1.3.2. Systèure du débit de solide..................................................................................................38
1.3.3. Mesure de pression..............................................................................................................................40
1.3.4. Mesure de flux massique local de solide .............................................................................................41
1.4. PROTOCOLES EXPERIMENTAUX....................................................................................................................44
2. PRESENTATION DE L'OUTIL DE SIMULATION.....................................................................................................47
2.1. MODELISATION DES ECOULEMENTS DIPHASIQUES GAZ-PARTICULES............................................................47
2.1.1. Modélisation de la phase continue......................................................................................................48
zlG{splziGltkhGhl{y Table des matières
2.1.2. Corrélations turbulentes fluide-particules ..........................................................................................52
2.1.3. Modélisation de la phase dispersée.....................................................................................................53
2.1.4. Traçage numérique .............................................................................................................................58
2.2. PRESENTATION DES CONDITIONS DE SIMULATION ........................................................................................58
2.2.1. Propriétés des phases continue et dispersée .......................................................................................58
2.2.2. Conditions opératoires de l'étude........................................................................................................58
2.2.3. Domaines de calcul : maillage 3D..............59
2.2.4. Conditions limites (entrée, sortie et parois) ........................................................................................60
2.2.5. Protocole numérique ...........................................................................................................................62
2.3. GRANDEURS DE CARACTERISATION .............................................................................................................62
3. CONCLUSION ......................................................................................................................................................66
Chapitre 3 : Caractérisation hydrodynamique du riser (Etude expérimentale). 69
1. DEFINITIONS DES CRITERES DE L'ETUDE.......................