Computer Generated Pyrolysis Modeling: On-the-Fly Generation of Species, Reactions, and Rates

Broadbelt, Linda J.; Stark, Scott M.; Klein, Michael T.

doi:10.1021/ie00028a003

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“…Automated network generation algorithms have been used in different applications: -hydrocarbon pyrolysis (Clymans and Froment, 1984;Hillewaert et al, 1988;Chinnick et al, 1988;Froment, 1991;Billaud et al, 1991;Dente et al, 1992;Di Maio and Lignola, 1992;Broadbelt et al, 1994Broadbelt et al, , 1995Susnow et al, 1997;DeWitt et al, 2000;Faulon and Sault, 2001;Kruse et al, 2001Kruse et al, , 2002Kruse et al, , 2003Matheu et al, 2001,…”

Section: Simulation Of Large Complex Reaction Network 421 Network mentioning

confidence: 99%

A Review of Kinetic Modeling Methodologies for Complex Processes

Oliveira

Hudebine

Denis

et al. 2016

Oil Gas Sci. Technol. – Rev. IFP Energies nouvelles

125

113

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-In this paper, kinetic modeling techniques for complex chemical processes are reviewed. After a brief historical overview of chemical kinetics, an overview is given of the theoretical background of kinetic modeling of elementary steps and of multistep reactions. Classic lumping techniques are introduced and analyzed. Two examples of lumped kinetic models (atmospheric gasoil hydrotreating and residue hydroprocessing) developed at IFP Energies nouvelles (IFPEN) are presented. The largest part of this review describes advanced kinetic modeling strategies, in which the molecular detail is retained, i.e. the reactions are represented between molecules or even subdivided into elementary steps. To be able to retain this molecular level throughout the kinetic model and the reactor simulations, several hurdles have to be cleared first: (i) the feedstock needs to be described in terms of molecules, (ii) large reaction networks need to be automatically generated, and (iii) a large number of rate equations with their rate parameters need to be derived. For these three obstacles, molecular reconstruction techniques, deterministic or stochastic network generation programs, and single-event micro-kinetics and/or linear free energy relationships have been applied at IFPEN, as illustrated by several examples of kinetic models for industrial refining processes.Résumé -Une revue de méthodes de modélisation cinétique pour des procédés complexesDans cet article, les techniques de modélisation cinétique des processus chimiques complexes sont examinées. Après un bref aperçu historique de la cinétique chimique, un aperçu des bases théoriques de la modélisation cinétique d'étapes élémentaires et de réactions globales est présenté. Les techniques classiques de regroupement (lumping) sont ensuite présentées et analysées. Deux exemples de modèles cinétiques regroupés (pour l'hydrotraitement de gazole atmosphérique et pour l'hydrotraitement de résidus) développés à IFP Energies nouvelles (IFPEN) sont présentés. La plus grande partie de cette revue décrit des stratégies avancées de modélisation cinétique, dans lesquelles le détail moléculaire est retenu : les réactions entre les molécules sont représentées ou même subdivisées en étapes élémentaires. Pour être en mesure de conserver ce niveau moléculaire à la fois dans le modèle cinétique et dans les simulations de réacteurs, plusieurs obstacles doivent d'abord être éliminés : (i) la charge doit être décrite en termes de molécules, (ii) les grands réseaux réactionnels doivent être générés automatiquement et (iii) un grand nombre d'équations de vitesse avec leurs paramètres de vitesse doit être dérivé. Pour ces trois obstacles, des techniques de reconstruction moléculaire, des programmes de génération de réseaux déterministes ou stochastiques, et des modèles microcinétiques basés sur des événements constitutifs (single events) et/ou des

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Section: Simulation Of Large Complex Reaction Network 421 Network mentioning

confidence: 99%

A Review of Kinetic Modeling Methodologies for Complex Processes

Oliveira

Hudebine

Denis

et al. 2016

Oil Gas Sci. Technol. – Rev. IFP Energies nouvelles

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“…On the one hand the size of the reaction network can become huge as the number of reactions and species increases exponentially with the average carbon number of the feedstock (Broadbelt et al, 1994). On the other hand, developing these reaction networks implies that both the thermo-chemistry and kinetic parameters are known.…”

Section: Structure Of the Single Event Reaction Networkmentioning

confidence: 99%

“…For an accurate description of chemical kinetics applicable over a wide range of process conditions and feedstocks, a detailed microkinetic model is required (Froment, 1992). These microkinetic models (Baltanas and Froment, 1985;Chinnick et al, 1988;Hillewaert et al, 1988;Chevalier et al, 1990;DiMaio and Lignola, 1992;Broadbelt et al, 1994;Ranzi et al, 1995;Prickett and Mavrovouniotis, 1997;Warth et al, 2000;Guillaume et al, 2003;Matheu et al, 2003;Buda et al, 2006;Lozano-Blanco et al, 2006) capture the essential chemistry while a manageable size of the reaction network is maintained. Due to the depleting reserves of sweet crude oils and the decreasing demand of heavy fractions as fuel, there is an increasing tendency to use low cost fuels such as heavy gas oils, vacuum gas oils (VGO) or gas condensates as feedstocks in steam cracking (Singh et al, 2005).…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Challenges of Modeling Steam Cracking of Heavy Feedstocks

Reyniers

Marin

2008

Oil & Gas Science and Technology - Rev. IFP

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Résumé -Les défis de la modélisation du vapocraquage des hydrocarbures lourdsActuellement 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 molécu-laire 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 spéci-fiés, 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. Abstract -Challenges of Modeling Steam Cracking of Heavy Feedstocks -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

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“…An even finer-grain methodology was developed by Broadbelt and co-workers (16,25,26), who used concepts of graph theory to represent species connectivity. They also made use of computational quantum chemistry (CQC) and linear free-energy relationships (LFERs) (27) to automate the process of determining reaction rate constants.…”

Section: A Ray Of Hope For Complex Chemical Mixtures: Reaction Networmentioning

confidence: 99%