Les raffineries comptent sur la mesure et la surveillance précises de la température pour obtenir des informations sur les performances et la durée de vie restante du catalyseur. Les mesures clés dans un réacteur de conversion du gaz de synthèse sont 1) les températures d’approche de l’équilibre et 2) les courbes de température exothermique ou courbes « S », et 3) les courbes de température exothermique en %.
La surveillance précise de la température est l’outil le plus efficace pour suivre l’état et le comportement du catalyseur dans les réacteurs de conversion à haute température (HTS = High Temperature Shift), de conversion acide et de conversions à basse température (LTS = Low Temperature Shift). Pour améliorer les performances du catalyseur et garantir la sécurité des opérations, une raffinerie doit mesurer la température du catalyseur à la sortie, puis représenter graphiquement cette valeur en fonction de la profondeur du lit du catalyseur.
Mesures et équations pour déterminer la performance du catalyseur
Approche de l’équilibre
L’approche de l’équilibre (ATE : Approach To Equilibrium) pour la sortie d’un lit de catalyseur est la différence entre la température réelle de sortie et la température théorique d’équilibre de sortie pour la composition du produit de sortie. L’ATE est un bon indicateur du comportement du catalyseur. Par exemple, une augmentation de l’ATE est un signe de vieillissement du catalyseur. Des informations précises sur la composition et les températures à la sortie donneront une évaluation valide de l’ATE, qui, à son tour, sera un vrai reflet de l’activité du catalyseur à cette température.
Graphiques de température de la courbe en « S »
Une courbe en « S » est un bon indicateur de la performance du catalyseur
Le tracé de la température des thermocouples du lit de catalyseur en fonction de la profondeur du lit génère une courbe en forme de S, comme le montre cette figure :
Les courbes « S » sont de bons indicateurs de l’activité du catalyseur et peuvent aider à prédire les événements catalytiques. La section plate initiale à basse température représente une augmentation de température faible ou nulle et aucune réaction. On peut en déduire que le catalyseur est inactif. Lorsque la température augmente, l’activité du catalyseur et la vitesse de réaction augmentent fortement. La section plate finale représente la partie du catalyseur qui n’est pas encore nécessaire à la réaction.
Plus le nombre de points de mesure de la température est élevé, plus la raffinerie disposera d’un profil détaillé de la performance du catalyseur et de son évolution historique. Ces données permettent de prévoir la durée de vie restante du catalyseur.
Graphiques exothermiques en %
En prenant chaque point de mesure de température et en l’exprimant en pourcentage de l’exothermie totale (distance « S »), vous minimisez une grande partie du bruit affectant les données par la température d’entrée variable.
La température de l’entrée du lit de conversion peut changer au fil du temps, et les températures directes peuvent fluctuer trop pour donner une image claire de ce qui se passe dans le réacteur au fil du temps. Le profil de température de la variation totale de la température dans le réacteur – l’exothermie – s’est avéré plus utile pour suivre les performances d’un catalyseur à lit fixe exothermique.
Le fait de prendre chaque point de mesure de la température et de l’exprimer en pourcentage de l’exothermie totale génère également une courbe en « S », mais minimise une grande partie du bruit affectant les données par la température d’entrée variable.
Profondeur de réaction minimale du catalyseur
Le volume minimum de catalyseur pour chaque réaction particulière à chaque glissement particulier d’oxyde de carbone (CO) peut être estimé à partir des courbes exothermiques « S ». Comme les capteurs de température (thermocouples) sont situés à des profondeurs connues, le volume du catalyseur entre eux peut être calculé. Le fait de disposer de plus de points de mesure de la température permet d’obtenir de meilleures estimations.
Graphiques de dépérissement
Les courbes en « S » représentent tous les points de mesure de température à un moment donné. Les courbes de dépérissement représentent chaque point de température dans le temps. Elles montrent les changements d’activité du catalyseur dans une zone particulière du lit du catalyseur et sont utilisées pour calculer les taux de die-off et la durée de vie restante du lit, à condition que les conditions restent constantes. Cela permet de prédire la durée de vie du lit avec un haut niveau de certitude.
WIKA fabrique des assemblages de thermocouples indépendants, flexibles et à simple gaine (Gayesco Flex-R®) qui fournissent des informations précises sur la température pour surveiller les conditions et le comportement du catalyseur dans les réacteurs à gaz de synthèse. Contactez les experts de WIKA pour en savoir plus sur la façon dont nos solutions de température peuvent optimiser la performance du catalyseur dans votre application.