Bronkhorst

Régulation du débit en catalyse à haute pression

26 février 2020 Yann Le Guenniou
Catalyse

Dans cet article, j’aimerais partager une application de l'un de nos clients, un organisme de recherche en énergie, qui étudie une réaction chimique catalysée d’un mélange de composés hydrocarbonés. Le principal défi réside dans le fait qu'il s'agit d'une application à haute température et à haute pression. Fort heureusement, nous avons pu proposer à notre client une solution appropriée : un débitmètre massique Coriolis couplé à une pompe à haute pression.

Que sont les catalyseurs ?

Les catalyseurs servent à accélérer une réaction chimique sans se consumer réellement. Une petite quantité de catalyseur est donc suffisante pour obtenir une grande quantité de produits de réaction.

Les catalyseurs solides sont souvent de petites particules très poreuses, présentant une surface interne importante dans un volume réduit. Cette surface interne contient des sites actifs sur lesquels la réaction se produit. Les produits chimiques gazeux ou liquides se diffusent dans les pores de ces particules et réagissent sur les sites à activité catalytique ; les produits de la réaction se diffusent à partir de la particule. Souvent, ces réactions se produisent dans des conditions de procédés extrêmes.
 

Quel type de débitmètre liquide a été utilisé pour cette application ?

Une solution simple et fiable a dû être trouvée pour injecter un débit de liquide à haute pression. Cette injection doit avoir lieu à une pression comprise entre 30 et 60 bars et doit produire un débit stable sans pulsation. En outre, le débit de liquide doit être régulé avec précision et, au cours de la réaction, la quantité de liquide réellement injectée doit être connue. Pour cela, un système de débitmètre massique pour liquide et une pompe à haute pression constitue une bonne solution.

catalyse à haute pression
Catalyse à haute pression

Débitmètre massique pour liquide couplé à une pompe à haute pression

La solution se compose d’un débitmètre massique Coriolis qui contrôle une pompe à piston HPLC du côté entrée du réacteur et d’un régulateur de pression amont à fonctionnement autonome du côté sortie. Le débitmètre massique Coriolis testé (mini CORI-FLOW ML120) s’est avéré être un débitmètre massique très stable et précis. La pompe HPLC WADOSE donne un débit très stable sans pulsation. La combinaison d’une pompe HPLC et d’un débitmètre massique fonctionne comme un régulateur de débit massique. Dans ce cas, une vanne de régulation du débitmètre massique Coriolis n’est pas nécessaire, car la pompe sert d’actionneur directement.

La pompe peut gérer une viscosité liquide de 40 mPa.s max. en amont. La température de fonctionnement maximale est de 70 °C. La température du four qui contient le tube du réacteur comportant les petites particules de catalyseur est bien plus élevée. La pression à la sortie du tube du réacteur doit être maintenue à une valeur élevée. En sortie de procédé, se trouvent un collecteur froid pour condenser la vapeur d’eau ou de l’huile, un régulateur de pression déverseur avec une vanne de régulation qui peut supporter des différences de pression allant jusqu’à 400 bars et un échappement en pression atmosphérique.

Le régulateur de pression peut gérer le gaz et le liquide avec un débit régulé très stable. En particulier à de très faibles débits, ce régulateur de pression a de bien meilleures performances de régulation qu’un déverseur mécanique. L’échappement sert à retirer le gaz qui a été produit lors de la réaction.

La pompe HPLC présente trois modes de régulation :

  1. pression 
  2. volumétrique (seule la vitesse du piston est régulée)
  3. et le débit massique.
Ce dernier est une fonctionnalité spéciale qui peut être proposée et s'avère être pratique du point de vue d’un chimiste. Comme le débit massique peut être régulé directement, le nombre exact de moles injectés dans le procédé est connu.

Le contrôle et la surveillance interviennent via l’interface numérique. Pour le débitmètre Coriolis, la mesure, la valeur de consigne du débit massique, la densité, la température et la valeur de compteur sont visibles via son interface numérique unique.

Une commande récente de trois pompes supplémentaires est la preuve de l’intérêt de cette configuration pour les utilisateurs.

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Débitmètre massique avec pompe à haute pression
Débitmètre massique liquide avec pompe à haute pression

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