Revisiting the Side Crushing Test Using the Three-Point Bending Test for the Strength Measurement of Catalyst Supports

Test d’écrasement grain à grain revisité à l’aide du test de flexion trois points pour la mesure de la résistance des supports de catalyseurs

¹ IFP Energies Nouvelles, Rond-point de l’échangeur de Solaize, 69360 Solaize – France
² INSA-LYON, MATEIS – CNRS UMR 5510, 69621 Villeurbanne – France
e-mail: deborah.staub@ifpen.fr – sylvain.meille@insa-lyon.fr – vincent.le-corre@ifpen.fr – jerome.chevalier@insa-lyon.fr – loic.rouleau@ifpen.fr

^* Corresponding author.

Abstract

The side crushing test is commonly used to characterize the mechanical strength of catalyst supports. However its interpretation is complex for cylindrical supports due to their irregular geometry and the various fracture modes induced. A better analysis of the crushing test, altogether with a comparison of the results obtained with the three-Point Bending test (3PB) and an analysis of the defects present within the supports, provide a better interpretation of their crushing strength data. Experimental results show that two different fracture modes appear during the crushing test – one under bending configuration and one under crushing configuration – inducing a large scatter of the data. Moreover, a comparison with the 3PB test shows that the strength measured in crushing is lower and the scatter of the data is larger than the ones obtained in bending. This is a consequence of a Weibull size effect and of the presence of macro-defects within one type of the tested supports. It is concluded that an analysis of the fracture modes activated during crushing has to be carried out to obtain a correct distribution of the strength data. The presence of macro-defects within the microstructure of the supports decreases drastically the crushing strength, while their influence on the bending strength is more limited.

Résumé

Le test d’écrasement grain à grain est couramment utilisé pour caractériser la résistance mécanique des supports de catalyseurs. Cependant, son interprétation est complexe pour les supports cylindriques du fait de leur géométrie irrégulière et des différents modes de rupture qu’elle induit. Une analyse détaillée du test d’écrasement, ainsi qu’une comparaison avec les résultats obtenus par le test de flexion trois points et une analyse des défauts présents au sein des supports, permettent d’interpréter plus précisément les données de résistance à l’écrasement obtenues. Les résultats expérimentaux montrent la coexistence de deux différents modes de rupture lors du test d’écrasement – un premier apparaissant sous configuration de flexion et un second apparaissant sous configuration de compression diamétrale – menant à une large dispersion des valeurs. De plus, la comparaison avec le test de flexion trois points montre, d’une part, que la résistance mesurée en écrasement est plus faible et, d’autre part, que la dispersion des données est plus grande que celles obtenues en flexion. Ces caractéristiques résultent d’un effet de taille ainsi que de la présence de macro-défauts au sein d’un des types de supports testés. En conclusion, il apparaît qu’une analyse des modes de rupture activés lors de l’essai d’écrasement doit être menée afin d’obtenir une distribution correcte des valeurs de résistance. La présence de macro-défauts au sein de la microstructure des supports réduit considérablement leur résistance à l’écrasement, alors qu’ils ont une influence plus limitée sur la résistance en flexion.