Challenges of Modeling Steam Cracking of Heavy Feedstocks

Les défis de la modélisation du vapocraquage des hydrocarbures lourds

Laboratorium voor Petrochemische Techniek, UGent, Krijgslaan 281 (S5), 9000 Gent - Belgium

Corresponding author: kevin.vangeem@ugent.be

Abstract

Today single event microkinetic (SEMK) models for steam cracking of hydrocarbons allow simulating the conversion of heavy fractions. The key challenge to model the cracking behavior of these heavy feedstocks is related to feedstock reconstruction. The latter depends on the required level of molecular detail of the reaction network and of the feedstock characterization/ reconstruction model. This is illustrated for gas condensate feedstocks. Comparison of yield predictions with yields obtained in a pilot plant illustrate how uncertainties in the feedstock characterization propagate to the simulation results. The combination of a SEMK model and the feedstock reconstruction method based on maximization of the Shannon entropy allows to obtain accurate simulation results, provided that the specific density, the global PIONA weight or volume fractions, and the initial, 50% and final boiling point are known. Specifying less commercial indices results in a decrease of the agreement between simulated and experimentally obtained product yields. The developed methodology can be extended in a straight forward way to any heavy feedstock.

Résumé

Actuellement les modèles cinétiques du vapocraquage des hydrocarbures, par événements constitutifs, permettent de simuler la conversion de fractions lourdes. Le principal défi pour modéliser le craquage de ces matières lourdes est leur reconstruction moléculaire. Celle-ci dépend du niveau de précision moléculaire requis du réseau réactionnel et de la caractérisation/méthode de reconstruction de la charge, comme cela est illustré pour les condensats du gaz naturel par exemple. La comparaison entre les prédictions et les résultats obtenus dans une unité pilote montre comment les incertitudes au niveau de la reconstruction de la charge se propagent au niveau des résultats de la simulation. La combinaison du modèle cinétique par événements constitutifs et de la méthode de reconstruction basée sur la maximisation de l'entropie de Shannon, permet d'obtenir des résultats précis si la densité, la repartition en poids ou en volume des fractions PIONA, et les points d'ébullition initiaux, à 50 % et finals sont connus. Moins il y a d'indices spécifiés, moins il y a de correspondance entre les résultats simulés et ceux obtenus par expérimentation. La méthodologie développée peut être très simplement élargie à d'autres coupes pétrolières.