Missions :

Le stage se focalise sur l’étude et la modélisation multiphysique d’un grain de catalyseur pour la réaction Fischer-Tropsch (FT) à partir de mélanges CO/CO2.

Cette réaction permet de convertir des syngaz en hydrocarbures de chaines plus ou moins longues. La sélectivité des hydrocarbures produits est un enjeu important de cette réaction. Différents paramètres peuvent influencer la sélectivité des produits et donc la longueur de chaine, comme par exemple les phénomènes de diffusion des espèces à l’intérieur des pores du catalyseur. De plus, dans certaines conditions, des phénomènes de condensation capillaire des chaines longues peuvent avoir lieu dans les pores du catalyseur. [1] Cela implique des limitations supplémentaires au transfert, liées à la diffusion des espèces dans le film de liquide, qui peuvent influencer la longueur des chaines produites.

L’objectif du stage est de développer un modèle de grain de catalyseur, permettant d’étudier le couplage entre les phénomènes fluidiques, thermiques et chimiques, en incluant une cinétique réactionnelle et les mécanismes de diffusion des espèces. [2] Les phénomènes de condensation capillaire dans les pores du catalyseur seront particulièrement étudiés pour comprendre les conditions dans lesquelles ils ont lieu. De plus, une analyse de sensibilité sera effectuée pour comprendre les phénomènes dominants pour différentes tailles de pores du catalyseur et pour en étudier les effets sur les performances catalytiques.
Le stage pourrait inclure également le couplage de ce modèle du grain avec un modèle de réacteur 1D ou 2D afin de modéliser les phénomènes intervenant à l’échelle du lit catalytique : chimique, thermique et fluidique [3].

Le stage se déroulera au CEA/LITEN à Grenoble, au sein du Laboratoire Réacteurs et Procédés et comprendra les étapes suivantes :
- Réaliser un état de l’art de la modélisation de grains de catalyseur pour la réaction FT
- Etudier le phénomène de condensation capillaire des chaines longues dans les pores du catalyseur, pour des pores de différentes tailles
- Définir le modèle particulaire permettant d’étudier le couplage entre la cinétique réactionnelle et les mécanismes de diffusion au sein d’un grain de catalyseur
- Définir un modèle de réacteur 1D ou 2D couplé au modèle particulaire

[1] Wang Y-N. et al., Industrial & Engineering Chemistry Research, 2001, 40 (20), pp. 4324-4335
[2] Nanduri A. and Mills P., Fuel, 2020, 278, pp. 118117
[3] Ermolaev V. et al., Chemical Engineering Science, 2015, 138, pp 1-8