Lits fluidisés pour l'industrie chimique. Extrapolation et amélioration des catalyseurs. Première partie : Etudes et modèles. Enseignements issus des pilotes

Fluidized Beds in Chemical Industry. Scale Up and Catalysts Improvement. First Part: Studies, Models, Learning from Pilot Plants

Résumé

Les unités de production en lits fluidisés catalytiques sont apparues vers 1942 dans l'industrie pétrolière et vers 1960 dans l'industrie chimique. On se limitera ici au problème de l'extrapolation des lits fluidisés catalytiques pour l'industrie chimique, qui exigent de très hautes performances (> 99 % de conversion). Leur mise au point a, dans le passé, nécessité l'exploitation sur des sites industriels de coûteux pilotes de 0,5 m de diamètre et de plus de 10 m de hauteur. Nous montrerons que ces pilotes peuvent être évités et que le passage direct du laboratoire à l'échelle industrielle est réalisable. Cette possibilité offre en plus une méthode simple pour améliorer les catalyseurs des unités industrielles. Elle ouvre aussi cette technique, très appréciée en production, aux produits de petits tonnages. La présentation de cet article sera faite en trois parties : - La première, présentée ci-après, expose les problèmes majeurs posés par l'extrapolation, puis résume les études effectuées. Les travaux d'extrapolation relatifs à deux procédés effectués avec des pilotes sont ensuite présentés, à titre d'exemples. De ces travaux sont déduites les performances que l'on peut espérer obtenir avec un réacteur catalytique à lit fluidisé, ainsi que les règles de tendances à suivre pour y parvenir. - La deuxième partie, intitulée Stratégie n'utilisant que des expériences de laboratoire , propose une stratégie expérimentale permettant d'obtenir en laboratoire les informations nécessaires pour passer directement à l'échelle industrielle avec des expériences suggérées en partie par les résultats exposés dans le premier article. Les relations expérimentales établies lors de ces études montrent que les propriétés d'un lit fluidisé ne dépendent (mis à part quelquefois le diamètre du réacteur) que d'un paramètre appelé vitesse minimum de fluidisation de comportement . - La troisième partie est intitulée Études théoriques, réalités expérimentales, suggestions . Les bulles des lits fluidisés ont fait l'objet de très nombreux travaux, dont les résultats sont très souvent explicités sous la forme de modèles mécanistiques à un paramètre qui est le diamètre des bulles. Pour confronter ces modèles à l'expérience, une relation est établie entre le diamètre des bulles et la vitesse minimum de fluidisation de comportement. Des suggestions sont alors faites pour améliorer les modèles, et l'on propose des conclusions générales sur les lits fluidisés.

Abstract

The firsts catalytic fluidized beds appear near 1942 in petroleum industry and near 1960 in chemical industry. We only consider very high performances chemical fluidized bed reactors (> 99%). In the past, they were developed through the use of very expensive pilot plants of about 0. 5 m diameter and 10 in high. We will demonstrate that direct scale up from laboratory data is possible. This possibility gives also a simple method to improve catalysts used into operating units and opens fluidized bed technique to products that need only low production. Presentation is made with three articles:- In the first, Studies, Models, Learning from Pilot Plants : after a description of the major scale-up problems, studies to solve then are summarized. Then scale-up works of two processes with the use of about 0. 5 m diameter pilot plant are given. From the results it is deduced the possible performances of a catalytic fluidized bed and how to operate to obtain then. - In the second*, Scale up with Only Laboratory Data , it is experimentally demonstrated that the information's scale-up can be obtained in a laboratory. A strategy to obtain them is suggested. An another result of theses experimental studies is that all physical properties of catalytic fluidized bed depends of only one parameter. It is called comportment incipient fluidization velocity . - In the third*, Theoretical Studies, Experimental Reality, Suggestionsresults of theoretical studies about bubbles of the fluidized beds are summarized. Results are often given through one parameter mechanistic models. This parameter is the bubble diameter. To confront theses mechanistic models to experiences, a relation is established between the bubble diameter and the comportment incipient velocity fluidization. Suggestions to improve bubble models are suggested and general conclusions about fluidized beds are given.