Simulation du réacteur de synthèse de méthanol d'Arzew

Simulation of the Methanol Synthesis Reactor at Arzew

Institut algérien du pétrole, Corporate University - Laboratoire d'Ingénierie et de Simulation des Procédés, avenue du 1er Novembre, 35000 Boumerdès - Algérie, email: nacer@iap-cu.dz, bouroudi@iap-cu.dz

Résumé

Ce travail consiste en une modélisation et une simulation d'un réacteur catalytique étagé et à lits fixes, réalisées à l'aide d'un modèle hétérogène unidimensionnel et à l'état stationnaire, qui tient compte à la fois des gradients de température et de concentrations à la surface et à l'intérieur de la particule de catalyseur, siège de plusieurs réactions chimiques obéissant à un modèle cinétique complexe. L'approche utilisée dans la résolution du modèle consiste en une combinaison de la méthode de Runge-Kutta pour intégrer les équations de la phase fluide et de la collocation orthogonale pour intégrer les équations de diffusion. Le modèle est utilisé pour la simulation du réacteur industriel de synthèse de méthanol d'Arzew. Cette étude a permis de confirmer que la modélisation et la simulation ont une importance majeure dans l'analyse et dans la compréhension du comportement du système réactionnel et en particulier celui de la réaction du gaz à l'eau (Water Gas Shift) et de son facteur d'efficacité. Nous avons montré que la production du méthanol dépend fortement du rapport des pressions partielles CO₂/CO du gaz de synthèse alimentant le réacteur industriel d'Arzew, l'optimum de ce rapport est de l'ordre de 0,3. La conversion augmente avec l'augmentation de la teneur totale en carbone (CO₂ + CO) et est maximale pour la même valeur du rapport CO₂/CO sus-citée.

Abstract

The fixed bed reactor is modelled using a steady state heterogeneous mathematical model which takes into account the coupling of chemical reactions with complex kinetics and diffusion resistance. The approach followed to solve the model combines the Runge-Kutta method for the integration of the bulk phase equations, and the orthogonal collocation method for the diffusion equations. This model is applied to simulating a multi fixed bed quench type of methanol synthesis reactor at Arzew. The simulation results emphasis the importance of using a rigorous model to describe the performance of this reactor in analysing and understanding the behaviour of the system such as: the understanding of the behaviour of the water gas shift reaction and the investigation of its effectiveness factor. This work clearly shows that methanol conversion depends mainly on the partial pressure ratio of CO₂/CO in the synthesis gas feeding the industrial reactor at Arzew. The conversion increases with increasing the total carbon content (CO₂ + CO) and reaches a maximum when the ratio of CO₂/CO is equal to 0.3.