Methodology for Investigating the Mechanical Strength of Reforming Catalyst Beads

Méthodologie pour l'analyse de la résistance mécanique de billes de catalyseur utilisées dans le procédé de reformage catalytique

¹ University of Surrey
² Rhodia Recherches
³ Institut Français du Pétrole

Corresponding author: c. couroyer@surrey. ac. uk

Abstract

Reforming catalyst beads must exhibit strong resistance to the mechanical and thermal stresses they experience during their lifetime in a continuous regenerative catalytic unit. An inventory of the mechanical stresses, e. g. compressive, impact and shearing, is presented. It shows that a multitest approach must be designed in order to measure the particle strength and then optimise the production process to enhance their strength. This approach combines measurements reproducing the different types of stress generated in the catalytic process with an extensive characterisation of the physical and mechanical properties of the porous solid such as Young's modulus, hardness and fracture toughness. The methodology outlined here on alumina beads goes beyond the common practice of evaluating catalyst strength based on a comparative study using a single-crushing test and a bulk-crushing test. Prediction of bulk attrition and breakage behaviour, based on the above properties, is achieved using distinct element analysis (DEA).

Résumé

Les billes de catalyseur mises en Suvre dans le procédé de reformage catalytique doivent présenter une résistance élevée pour faire face aux contraintes mécaniques et thermiques qu'elles subissent dans une unité de reformage à régénération continue. Un inventaire des contraintes mécaniques engendrées par le procédé et exercées par compression, lors d'impacts ou par cisaillement d'un lit de billes, montre qu'une approche multitestsdoit être adoptée pour évaluer la résistance des particules et ainsi, a posteriori, optimiser leur procédé de fabrication. Cette approche associe plusieurs tests reproduisant chaque type de contrainte engendrée et permet la détermination de caractéristiques mécaniques des particules poreuses, telles que le module de Young, la dureté et la ténacité. La méthodologie développée à partir de billes d'alumine va au-delà de la pratique courante d'évaluation de la résistance mécanique par les tests d'écrasement grain à grain et d'écrasement en lit (test ESH). La détermination des propriétés individuelles des billes permet, en utilisant la méthode numérique des éléments distincts (DEA), de prédire l'attrition dans un lit de catalyseur ou dans une cellule de cisaillement.