Molecular reconstruction of naphtha steam cracking feedstocks based on commercial indices

Hudebine, Damien; Reyniers, Marie Françoise; Wahl, François; Verstraete, J.; Marin, Guy

doi:10.1016/j.compchemeng.2006.09.001

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“…For a more detailed description of this approach, the reader is referred to other articles [1-4; 6; 8] concerning this reconstruction technique. An other solution consists in judiciously selecting a limited number of model compounds based on expert knowledge, as proposed by Liguras and Allen [9][10][11], Eckert and Vanek [16][17][18] or Van Geem et al [20][21].…”

Section: Creation Of a Predefined Database Of Compoundsmentioning

confidence: 99%

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Reconstruction of Petroleum Feedstocks by Entropy Maximization. Application to FCC Gasolines

Hudebine

Verstraete

2011

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

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Résumé -Reconstruction de coupes pétrolières par maximisation d'entropie. Application aux essences de FCC -Dans le domaine pétrolier, les coupes sont généralement des mélanges complexes de plusieurs centaines à plusieurs millions d'espèces chimiques différentes. De ce fait, les outils analytiques, même les plus performants, ne permettent pas de séparer et d'identifier l'ensemble des composés présents. Les fractions pétrolières sont donc actuellement caractérisées soit via des descripteurs macroscopiques moyens (densité, analyse élémentaire, résonance magnétique nucléaire, etc.), soit à l'aide de techniques séparatives (distillation, chromatographie gaz ou liquide, spectrométrie de masse, etc.) qui ne quantifient cependant que quelques grandes familles de molécules. Les méthodes de reconstruction de coupes pétrolières sont des approches informatiques qui permettent d'évoluer vers un détail plus moléculaire en se basant sur le principe suivant : définir des mélanges simplifiés mais cohérents de composés chimiques à partir de données analytiques parcellaires et de connaissances expertes du procédé étudié. Ainsi, la méthode de reconstruction par maximisation d'entropie, proposée dans cet article, est une technique récente et puissante permettant de déterminer les fractions molaires d'un mélange préétabli de composés chimiques en maximisant un critère entropique et en respectant les contraintes analytiques fixées par le modélisateur. L'utilisation de cette méthodologie permet de réduire le nombre de degrés de liberté du système de quelques milliers (correspondant aux fractions molaires des composés) à quelques dizaines (correspondant aux paramètres de Lagrange associés aux contraintes analytiques) et ainsi de diminuer fortement le temps de calcul nécessaire à la résolution du problème. Cette approche a été appliquée avec succès à la reconstruction d'essences de FCC en prédisant précisément la composition moléculaire de ce type de coupes pétrolières à partir d'une distillation simulée et d'une analyse PIONA globale (Paraffines, Isoparaffines, Oléfines, Naphtènes et Aromatiques). L'extension à d'autres types de naphtas (naphtas Straight Run, naphtas de Coker, naphtas hydrotraités, etc.) est très aisée. Abstract

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Section: Creation Of a Predefined Database Of Compoundsmentioning

confidence: 99%

“…After deriving Equation (17) with respect to all x i , the following relations are found: (18) This leads to: (19) (20) with (21) Introducing Equation (20) into Equation (17) allows finally to obtain the following relation:…”

Section: Entropy Maximization With Exact Linear Constraintsmentioning

confidence: 99%

Reconstruction of Petroleum Feedstocks by Entropy Maximization. Application to FCC Gasolines

Hudebine

Verstraete

2011

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

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“…The same mixture represented by different sets of molecular attributes and/or PDF may lead to different solutions. Secondly, this method is computationally very demanding because the optimization loop needs to generate a large number of molecules before reaching an accurate molecular representation Van Geem et al, 2007;Wu and Zhang, 2010). Finally, SR is not always capable a fitting all mixture properties simultaneously due to the numerous constraints imposed by the PDF and building diagram .…”

Section: Stochastic Molecular Reconstruction Approachmentioning

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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-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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“…A judicial selection of the library of molecules is therefore of the utmost importance for these approaches. For naphtha fractions and gas oils the library can be determined experimentally based on the detailed molecular composition of a huge number of reference fractions with widely varying characteristics Van Geem et al, 2007). For very heavy fractions, such as heavy asphaltene feedstocks, experimental determination of the library becomes very difficult and stochastic reconstruction has been proven able to yield mixtures that closely mimic the original properties of heavy feedstocks (Trauth, 1993;Trauth et al, 1994).…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

“…the average molecular weight, specific density...), by formulating model hypotheses and using expert knowledge . Most of the methods used to reconstruct the molecular composition of complex mixtures implement a two-step algorithm (Liguras and Allen, 1989a,b;Neurock et al, 1994;Quann and Jaffe, 1996;Dente et al, 2001;Joo et al, 2001;Hudebine and Verstraete, 2004;Van Geem et al, 2007). In the first step a large set of representative molecules, the so-called library of molecules, is created.…”

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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Molecular reconstruction of naphtha steam cracking feedstocks based on commercial indices

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