Simulation de la désactivation d'un catalyseur d'hydrodémétallisation à géométrie ouverte

On propose un outil de simulation prédictif de la désactivation au cours du temps d'un catalyseur d'hydrodémétallisation. Il repose sur un modèle de la géométrie du catalyseur, associé à une loi de diffusion des réactifs prenant en compte l'évolution texturale du catalyseur en cours de réaction. L'évolution de la texture est due au dépôt solide d'un des produits de la réaction dans les pores catalytiques. Le dépôt catalyse également la réaction mais de manière moins efficace que le catalyseur propre. La désactivation est liée à la diminution de la surface spécifique, et au bouchage progressif des pores. La géométrie prise en compte reflète la texture originale dite en bogue de châtaigne , qui caractérise les nouveaux catalyseurs d'hydrotraitement des résidus récemment développés à l'Institut Français du Pétrole (IFP). La simulation montre que cette géométrie particulière induit une meilleure stabilité du catalyseur vis à vis des facteurs de désactivation. Le modèle envisage d'abord une cinétique simple, tenant compte uniquement de la réaction de démétallisation. Par ailleurs, il est en mesure d'introduire une réaction compétitive pour justifier les observations expérimentales en milieu contaminé par des asphaltènes, à savoir l'occurrence des concentrations maximales en dépôt solide à l'intérieur des grains de catalyseurs, et non à leur périphérie immédiate. La simulation prédit l'évolution au cours du temps des profils le long du grain, de la surface spécifique, de la fraction de vide, de la concentration en réactif dans les pores, et de la masse de métaux déposés. Elle détermine également à chaque instant le flux du réactif à la surface du grain, ainsi que le facteur de Tamm et le taux de captation en métaux. Le modèle rend compte de manière satisfaisante des principales observations expérimentales, et constitue en outre un outil qualitatif très utile pour le développement rationnel de nouveaux catalyseurs industriels