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Keywords:

  • fixed-bed reactors;
  • optimal temperature profiles;
  • butadiene dimerization;
  • catalyst deactivation

Abstract

Operation of fixed-bed catalytic reactors undergoing catalyst deactivation has been investigated as an optimal control problem to yield optimal temperature policies. An efficient numerical scheme using a control vector iteration method based on gradients in functional space is developed. The procedure is applied to develop optimal temperature profiles for a butadiene dimerization process. The temperature-time trajectories and dynamic activity profiles are strongly influenced by kinetics. A sensitivity analysis is done to study the effect of flow rates, conversion level and parameters that influence kinetic and deactivation processes. These results have been validated with experimentation on a lab scale reactor and a 9.14 m pilot-plant reactor.

Le fonctionnement de réacteurs catalytiques à lit fixe durant la désactivation du catalyseur a été étudié comme un problème de contrǒle optimal pour définir des stratégies de régulation thermique optimale. On a mis au point un schéma numérique efficace utilisant une méthode itérative à vecteur de contrǒle basée sur les gradients dans l'espace fonctionnel. La procédure a servi à établir des profils de températures optimaux pour un procédé de dimérization de butadiène. Les trajectoires températures-temps et les profils d'activité dynamique sont fortement influencés par la cinétique. On a procédé à une analyse de sensibilité afin d'étudier l'effet des débits, du degré de conversion et des paramètres qui influencent les processus cinétiques et les processus de désactivation. Ces résultats ont été validés par une expérimentation sur un réacteur à l'échelle de laboratoire et un réacteur pilote de 9,14 m.