Fischer-Tropsch Synthesis: Development of a Microkinetic Model for Metal Catalysis

Lozano-Blanco, Gisela; Thybaut, Joris W.; Surla, Karine; Galtier, P.; Marin, Guy

doi:10.2516/ogst:2006026a

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“…A generic computer algorithm has been developed at the "Laboratorium voor Petrochemische Techniek" from the Ghent University, initially for the radical chemistry occurring during thermal cracking (Clymans and Froment, 1984;Hillewaert et al, 1988;Willems and Froment, 1988a, b), later for acid catalyzed processes (Baltanas and Froment, 1985;Baltanas et al, 1989;Vynckier and Froment, 1991;Svoboda et al, 1995), and recently extended to metal catalyzed processes (Lozano-Blanco et al, 2006. The algorithm allows generating all reactions, intermediates and products for a given feedstock.…”

Section: Network Generationmentioning

confidence: 99%

Kinetic Modeling using the Single-Event Methodology: Application to the Isomerization of Light Paraffins

Surla

Denis

Verstraete

et al. 2011

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

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Résumé -Modélisation cinétique basée sur la méthodologie des événements constitutifs : application à l'isomérisation des paraffines légères -L'établissement de modèles cinétiques est une étape importante du développement de procédés de raffinage. En effet, ces modèles peuvent être utilisés pour prédire les performances du procédé, pour optimiser l'opération de l'unité et pour concevoir de façon optimale le réacteur et le procédé associé (choix du réacteur, détermination des conditions de marche optimale, utilisation de recyclages, etc.). La demande actuelle de modèles se focalise particulièrement sur la mise au point de modèles détaillés et prédictifs, qui sont capables de prendre en compte des variations importantes dans la conduite du procédé. De ce fait, ils doivent être extrapolables à des conditions opératoires très différentes ou à des charges très diverses. La modélisation cinétique par événements constitutifs satisfait ces critères car elle permet d'obtenir une prédiction détaillée des effluents des réacteurs. La théorie des événements constitutifs a été initialement développée pour la chimie radicalaire [Clymans et Froment (1984) Comput. Chem. Eng. 8, 2, 137-142 ; Hillewaert et al. (1988) AIChE J. 34, 1, 17-24 ;Willems et Froment (1988a) Ind. Eng. Chem. Res. 27, 11, 1959-1966Willems et Froment (1988b) Ind. Eng. Chem. Res. 27, 11, 1966-1971 16,[5879][5880][5881][5882][5883][5884][5885][5886][5887][5888][5889][5890][5891]. Cette méthodologie développée au "Laboratorium voor Petrochemische Techniek" à l'Université de Gand consiste à construire un réseau réactionnel exhaustif mais décrit par un nombre limité de paramètres cinétiques indépendants. Le comportement de charges complexes peut alors être prédit sur la base d'études effectuées sur des molécules modèles. Cette méthodologie est appliquée par IFP Energies nouvelles à plusieurs procédés de raffinage. L'objet de cet article est de décrire cette méthodologie de façon détaillée et de présenter son application à l'isomérisation des paraffines C5-C6.Abstract -Kinetic Modeling using the Single-Event Methodology: Application to the Isomerization of Light Paraffins -The construction of kinetic models is an important step in the development of refining processes. Indeed, these models can be used to predict the performances of the process, to optimize the operation of a unit and to optimally design a reactor and the associated process (choice of the reactor configuration, determination of optimal operating conditions, use of recycles, etc.). The current demand for models is particularly focused towards the development of detailed predictive models that are able to

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Section: Network Generationmentioning

confidence: 99%

Kinetic Modeling using the Single-Event Methodology: Application to the Isomerization of Light Paraffins

Surla

Denis

Verstraete

et al. 2011

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

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“…An upper carbon number is set by the user. Molecules and elementary steps are represented in the program by means of Boolean matrices and standardized labels [9,[46][47][48][49][50]. In the Boolean matrices, the elements represent the existence of a bond between the non-hydrogen atoms in a particular molecule.…”

Section: Automatic Network Generationmentioning

confidence: 99%

“…Otherwise, the matrix element is equal to zero. Carbon, oxygen and metal atoms are distinguished by an adjacent column matrix added to the left border of the matrix [9]. The adjacent column was introduced by Vynckier and Froment for components that contain heteroatoms [47].…”

Section: Automatic Network Generationmentioning

confidence: 99%

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Extension of the Single-Event Methodology to Metal Catalysis: Application to Fischer-Tropsch Synthesis

Lozano-Blanco

Surla

Thybaut

et al. 2010

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

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Résumé -Extension de la méthodologie des événements constitutifs à la catalyse métallique : Application à la synthèse Fischer-Tropsch -La méthodologie par événements constitutifs a été étendue à la catalyse métallique en utilisant la synthèse Fischer-Tropsch sur un catalyseur au fer comme cas d'étude. Le mécanisme réactionnel a été décomposé en étapes élémentaires qui peuvent être classées par type de réactions, telles que l'élimination réductrice, l'élimination d'hydrure en β, et l'insertion de groupe méthylène. Un code de calcul a été développé pour générer le réseau réactionnel impliquant ces étapes élémentaires. La représentation des réactifs et des espèces intermédiaires prend en compte explicitement les liaisons carbone-métal et inclut la présence d'atomes d'oxygène. Le modèle a été validé sur une base de données obtenues sur un catalyseur à base de fer à 623 K, sur une plage de 0,6 à 2,1 MPa, un ratio H 2 /CO en entrée variant de 2 à 6. Quatorze paramètres, dont 10 énergies d'activation et 4 enthalpies de chimisorption atomique ont été ajustés aux données expérimentales. Les tendances observées expérimentalement pour les rendements en alcanes et alcènes-1 en fonction du nombre de carbones sont correctement reproduites, ainsi que les rendements molaires des produits non-hydrocarbures. Abstract -Extension of the Single-Event Methodology to Metal Catalysis: Application to FischerTropsch Synthesis -The single-event methodology has been extended to metal catalysis using Fischer-Tropsch synthesis on an iron-based catalyst as case study. The reaction mechanism has been assessed in terms of elementary steps that could be categorized in reaction families

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“…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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Fischer-Tropsch Synthesis: Development of a Microkinetic Model for Metal Catalysis

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