Brevet FR2051862A1 — publié le 19710409

- i - 2051862 La présente invention concerne un procédé et une installation pour le cracking thermique d'hydrocarbures en oléfines gazeuses et notamment l'éthylène, le . propylène et autres oléfines. 5 II est bien connu dans une installation pour l'obtention d'oléfines par le cracking thermique d'hydrocarbures d'utiliser des ensembles de recirculation de chaleur. Il est également bien connu d'utiliser des dispositifs de trempage tubulaires pour tremper les produits de réaction. 10 Une installation à dispositif de recycla ge de véhicule de chaleur utilise dans de nombreux cas des grains fins comme véhicule calorifique ainsi qu'un lit fluidisé de réaction. Cependant, cette installation doit comporter un régénérateur et un dispositif de recirculation pour enlever le coke de cracking 15 déposé sur la surface des grains fins au cours de la réaction. L'installation présente l'inconvénient de nécessiter un régénérateur compliqué ainsi qu'un dispositif de recirculation. En outre, cette installation s'use rapidement. Dans un procédé utilisant des dispo-20 sitifs de trempage tubulaires, des dépôts de coke de cracking sur la surface des tubes proviennent en grande partie non seulement de la réduction du coefficient de transfert calorifique, mais également dans certains cas, de 1'inhibition de cette opération ; on ne peut, en particulier, utiliser ce procédé lorsqu'on 25 utilise des huiles des fractions lourdes comme matières brutes. De plus, on n'a pas réussi à bien résoudre le problème des procédés conventionnels, relatif au dépôt de coke dans le tube de transfert entre la zone de réaction et la zone de trempage. La présente invention a pour but de 30 créer un procédé et une installation remédiant aux inconvénients des procédés et installations connues, et notamment ceux relatifs au dépôt de carbone ainsi qu'à la complexité des moyens mis en oeuvre. A cet effet, la présente invention 35 concerne un procédé du type décrit ci-dessus, caractérisé en ce qu'on chauffe et on fait fondre des éléments métalliques ayant un point de fusion bas ou des alliages constitués principalement par ces éléments, en les mettant dans une tour de chauffage et de réaction, on fait circuler ou on agite ces produits constituant 40 un véhicule de chaleur à l'aide de matière brute à base d'hydro 70 26711 - 2 - 2051862 carbures et de diluants, dans la tour de chauffage et de réaction pour-effectuer la réaction cracking thermique. Ainsi, grâce aux métaux fondus servant, de véhicules de chaleur, on peut extraite tout le coke de cracking produit au cours de. la réaction 5 pour l'enlever de la zone de réaction avec la veine de produits de réaction sous forme gazeuse et sous forme de vapeur. Grâce à la présente invention, on peut éviter le dépôt de coke.de cracking dans le tube de transfert entre.la zone de réaction et la zone de trempage, ainsi que le 10 dépôt de coke de cracking sur les parois tubulaires des faisceaux de trempage en remplissant et en fluidisant des grains solides ou des huiles à point d'ébullition élevé dans la zone comprise entre la surface supérieure des métaux fondus et la partie supérieure des faisceaux de tubes de trempage. On évite également 15 le dépôt de coke de cracking car le métal entraîné humidifie les parois tubulaires. L'invention concerne également une installation pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus et notamment une installation'caractérisée en ce qu'elle comporte une 20 tour de chauffage et de réaction contenant des métaux fondus mis en circulation ou agités pour réaliser la réaction, une tour de trempage prévue au-dessus de la tour de chauffage et de réaction, cette tour de trempage comportant des faisceaux de tubes de trempage ainsi que des grains solides ou des huiles à point d'é-25 bullition élevé, ces produits étant compris dans l'espace entre la surface des métaux fondus et la partie supérieure des faisceaux de tubes de trempage, une buse de sortie étant prévue pour l'évacuation du coke de cracking en même temps que des produits de réaction, ainsi que des buses d'alimentation et d'extraction pour 30 les grains solides et les huiles à point d'ébullition élevé. La projection d'agents de dilution ou d'huiles brutes entraîne les métaux fondus en circulation et les agite. Les métaux fondus sont chauffés par les faisceaux de tubes de chauffage, jusqu'à une température prédéterminée, puis ces métaux arrivent en contact 35 avec les huiles brutes projetées par la partie supérieure et la partie inférieure des faisceaux de tubes de chauffage. Ces métaux participent ainsi à la réaction de cracking thermique. La flui-disation des grains solides ou des huiles à point d'ébullition élevé à la surface des métaux fondus s'effectue grâce aux produits 40 de réaction et aux diluants provenant de la tour de chauffage et 70 26711 - 3 - 2051862 de réaction. Cette fluidisation évite comme indiqué ci-dessus le dépôt de coke de cracking dans le tube de transfert, ainsi que sur les faisceaux de tubes de trempage dans la tour de trempage. 5 Enfin, l'invention concerne également des produits obtenus à l'aide du procédé ou de l'installation décrits ci-dessus. La présente invention sera décrite plus en détails à l'aide du dessin annexé représentant une ins-10 tallation dans laquelle la tour de trempage remplie de grains solides est directement reliée à une tour de chauffage et de réaction du type à circulation forcée d'un courant de convexion. Une tour de chauffage et de réaction 2 est remplie d'un seul élément métallique à point de fusion bas, 15 tel que du plomb, de l'étain, du zinc, du bismuth et du cadmium, ou encore des alliages principalement à base de ces éléments, à l'état fondus. On introduit les hydrocarbures liquides ou vapeur de préférence après préchauffage, dans une partie moyenne de la tour de chauffage et de réaction 2, c'est-à-dire une partie 20 supérieure du faisceau de tubesde chauffage 3 logé dans la tour de chauffage et de réaction. L'introduction se fait par une batterie de busqg d'alimentation 1, avec ou sans diluants, tels que de la vapeur d'eau. On introduit les hydrocarbures à travers 25 la batterie de buses d'alimentation 1, et ces produits arrivent en contact avec les métaux fondus chauffés à 700 - 1100° C dans les faisceaux de tubes de chauffage 3, pour participer au cracking thermique pour une durée de séjour inférieure à 0,5 secondes. Puis ces produits sont transformés en produits de réaction essentiel-30 lement constitués d'oléfines gazeuses et notamment d'éthylène, de propylêne et autres oléfines ou produits aromatiques. Les éléments métalliques à bas point de fusion et des alliages constitués essentiellement à l'aide de ces éléments en phase fondue. Les métaux fondus sont accélérés et sont obligés de jaillir par suite 35 de l'action des hydrocarbures provenant de la batterie de buses d'alimentation 1, par suite des courants de convexion et de circulation spontanée produits par le chauffage des faisceaux de tubes de chauffage 3 et par l9éjection, ôt la projection dés diluants. De tels diluants peuvent être de la vapeur d'eau éjectée dans la 40 partie basse des faisceaux de tubes de chauffage 3. Cette action 70 26711 - 4 - 2051862 peut également se produire par l'éjection et la projection de diluants provenant de la buse de projection de diluants 5 pour réguler les métaux fondus. Après que les métaux fondus aient 5 contribué à la réaction, ils passent par-dessus un trop-plein 6 et descendent le long de la paroi intérieure de la tour de chauffage et de réaction 2. Les métaux fondus circulent ainsi facilement. En fonction de cette action, on peut ainsi transmettre la chaleur de réaction nécessaire à la réaction de cracking endo-10 thermique» En d'autres termes, les métaux fondus servent de véhicule de chaleur. Les métaux fondus dont la température descend à 600-1000°C par suite de la réaction, passent par l'orifice 7 réalisé dans la partie inférieure du trop-plein 6 et sont chauffés à 700-1100°C au contact avec le faisceau de tube de chauffage 3. 15 Le faisceau de tubes de chauffage 3 est chauffé par des fluides véhiculant de la chaleur tel que du gaz à haute température contenu dans ces tubes ou directement par des combustibles brûlants, provenant de brûleurs, par exemple dans le cas d'une installation à brûleurs logés dans les tunnels. Les buses 4 éjectant 20 le diluant à haute vitesse, sont logées dans la partie inférieure du faisceau de tubes de chauffage 3 pour accélérer les métaux fondus et les faire monter, afin de créer un courant montant uniforme. Le taux de circulation des métaux fondus peut se régler par le réglage du débit du diluant provenant des 25 buses. On peut également utiliser ces buses pour introduire non seulement des diluants mais également des matières premières. Les buses de projection du diluant 5 destinées à la régulation du débit sont logées dans l'orifice 7 de la partie inférieure du trop-plein 6 pour permettre tin réglage 30 beaucoup plus précis du débit. On peut modifier le taux de circulation en modifiant le débit provenant des buses. Le coke de cracking formé au cours de" la réaction de cracking thermique présente un poids spécifique plus faible que les métaux fondus, de sorte qu'il se sépare facilement 35 de ces métaux fondus et peut être extrait avec les produits de réaction de la tour de chauffage et de réaction 2 sans que ce coke ne circule avec les métaux fondus. Les produits de réaction ainsi que les diluants, le coke de cracking et les métaux fondus pénètrent dans une tour de trempage 9 en passant dans la conduite 40 de transfert 8 reliée directement à la partie supérieure de la 70 26711 - 5 - 2051862 tour de chauffage et de réaction 2. Un faisceau de tubes de refroidissement 10 est prévu à l'intérieur de la tour de trempage 9 pour effectuer le trempage des produits de la réaction. Les grains solides tels que du sable sont contenus dans une zone 5 allant de la surface des métaux fondus à la partie supérieure du faisceau de tubes de trempage 10. Ces grains sont maintenus sous forme de lit de fluidisation par les produits de réaction et les diluants. La conduite de transfert 8 est réalisée 10 dans un passage étroit de la section transversale, et cette conduite sépare la tour de chauffage et de réaction 2 de la tour de trempage 9. On a prévu une structure de distribution uniforme 11 dans la conduite de transfert 8. Cette structure 11 est réalisée à l'aide de matériaux réfractaires et elle est destinée à 15 réduire la section transversale à cet endroit. Grâce à cette structure, les produits de réaction et les diluants venant de la tour de chauffage et de réaction 2 sont répartis uniformément pour maintenir les grains solides à l'état de fluidisation uniforme dans la tour de trempage 9. La section transversale de conduit de 20 transfert 8 est réduite pour augmenter le débit des produits de réaction et des diluants afin d'éviter que les grains solides ne tombent fréquemment de la partie supérieure et absorbent la chaleur des métaux fondus. Les grains solides maintenus sous forme de lit fluidisé daas le conduit de transfert 8 heurtent la paroi de 25 la conduite de transfert et enlèvent le coke de cracking qui se dépose sur cette paroi. De plus, comme les métaux fondus ainsi que les produits de réaction et les garnitures de la tour de trempage 9 s'écoulent en descendant le long de la paroi intérieure du conduit de transfert 8 vers la tour de chauffage et de réaction 30 2, en humidifiant la paroi, le coke de cracking ne peut jamais s'y déposer. La température moyenne de la couche de grains solides maintenus à l'état fluidisé dans la tour de trempage 9 équipée d'un faisceau de tubes de trempage 10, est de 35 l'ordre de 200 à 600°C. La température des produits de réaction et des diluants tels que de la vapeur d'eau, montant de la tour de chauffage et de réaction 2 est de l'ordre de 600 à 1000°C. Ces produits sont trempés à 200-600°C au contact de la couche de grains solides et des faisceaux de tubes de trempage 10. Le coke 40 qui se forme par trempage est susceptible de se déplacer sur les parois des faisceaux de tubes de trempage 10. Toutefois, ce coke 70 26711 - 6 - 2051862 est immédiatement enlevé par les chocs produits par les grains solides. Les métaux fondus entrainés, provenant de la tour de chauffage et de réaction 2, activent également l'action d'enlèvement des dépôts sur les parois tubulaires. Plus particuliè-5 rement les métaux fondus heurtent les parois des tubes du faisceau de trempage 10 et l'humidifient en évitant le dépôt direct de coke sur ces parois tubulaires. Le coke de cracking collant à la surface des grains solides, le coke de cracking enlevé des parois tubu-10 laires et d'autres endroits ainsi que le coke de cracking formé par réaction dans la tour de chauffage et de réaction 2, est pulvérisé par friction et par chocs dans la couche de grains solides. Ce coke s'échappe par le tube d'évacuation 12 avec les produits de réaction et les diluants, puis ce fluide est traité par un 15 procédé connu. A titre de variante de la présente invention, on peut relier directement le conduit de transfert 8 et la tour de trempage 9 à une tour de réaction 2 ne comportant pas de buses d'éjection de diluant pour régler l'écoulement 5, 20 ni de trop-plein 6, ni d'orifice 7, c'est-à-dire à une tour de réaction à. agitation forcée. Au cours d'un tel procédé, on introduit de préférence les matières brutes à base d'hydrocarbures, à partir d'une buse de projection de diluant 4 à grande vitesse. De plus, selon la présente invention, on 25 peut remplir la tour de trempage 9 avec des huiles ayant un point d'ébullition élevé, en remplacement des grains solides. Lorsqu'on utilise de telles huiles à point d'ébullition élevé, le coke de cracking ne sort pas par le tube d'évacuation 12 mais reste contenu dans les huiles à point d'ébullition élevé. Ainsi, il est 30 à remarquer que le carbone de Conradson contenu dans les huiles ne doit pas dépasser 40% pondéraux. Les grains solides ou les huiles à point d'ébullition élevé ainsi que les métaux fondus sont introduits périodiquement par une buse d'introduction 13. Au début 35 du fonctionnement, les grains solides ou les huiles à point d'ébullition élevé ainsi que les métaux solides sont introduits par une buse d'alimentation 14. Lorsqu'on arrête le fonctionnement, on enlève les grains solides et les huiles à point d'ébullition élevé par une buse d'évacuation 15, et les métaux fondus 40 sont extraits par une buse d'évacuation 3.6 . Les métaux fondus 70 26711 - 7 - 2051862 entraînés se rassemblent dans la partie inférieure de la tour de trempage 9, au cours du fonctionnement,et ces métaux s'écoulent en descendant le long de la paroi intérieure du conduit de transfert 8. 5 Lorsque la surface de la couche de grains solides ou de la couche d'huile à point d'ébullition élevée, s'élève en cours de fonctionnement, ces grains solides ou ces huiles sortent par la buse d'évacuation 17, constituant un trop-plein, pour maintenir la surface de la couche dans la 10 tour de trempage 9 à un niveau choisi. Comme cela ressort clairement de la description ci-dessus, les métaux fondus fluides servent de vahicule de chaleur dans le cadre de la présente invention. De ce fait, il n'est pas nécessaire d'utiliser un régénérateur 15 pour des grains constituant des véhicules de chaleur, comme cela est nécessaire dans les installations classiques à circulation de grains. Le chauffage du métal fondu, constituant le véhicule de chaleur et le cracking thermique des hydrocarbures peuvent s'effectuer successivement par la circulation du métal fondu, 20 véhicule de chaleur, ou par l'agitation de celui-ci dans une tour. Il en résulte que l'installation est très simplifiée, les frais d'investissement faibles, l'encombrement réduit et le fonctionnement est très aisé. Comme le coke de cracking produit' au cours de la réaction de cracking thermique s'échappe avec les produits 25 de la réaction pour être éliminé de la tour de chauffage et de réaction, l'installation n'est jamais encombrée de coke. Comme la tour de trempage remplie de grains solides à l'état fluidisés ou d'huiles à point d'ébullition élevé, dans l'espace compris entre la surface des métaux fondus 30 et la partie supérieure du faisceau de tubes de trempage, se trouve précisément au-dessus de la tour de chauffage et de réaction, on rësoud le problème du dépôt de coke dans le tube de transfert entre la tour de réaction et la tour de frefroidissement. En effet, on enlève en continu le coke de cracking du fait des 35 chocs de grains solides ou de la veine d'huile à point d'ébullition élevé. On évite également le dépôt de coke grâce aux métaux fondus mouillant la paroi intérieure du conduit de transfert. Le coke de cracking qui est sur le point de se déposer sur les parois des faisceaux de tubes de trempage est également enlevé de façon 40 continue par les heurts des grains solides ou de l'écoulement 70 26711 - 8 - 2051862 d'huile à point d'ébullition élevé. Le coke de cracking se dépose à peine sur les parois puisque les métaux solides entraînés heurtent également les parois et les mouillent. Ainsi, on peut traiter des hydrocarbures ayant un point d'ébullition élevé ainsi 5 que ceux contenant beaucoup de carbone de Conradson. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation ci-dessus décrit et représenté, à partir duquel on pourra prévoir d'autres formes et d'autres modes de réalisation sans pour, cela sortir du cadre de l'invention. 70 26711 - 9 - 2051862 REVENDICATIONS . . 1°) Procédé de cracking thermique d'hydrocarbures, caractérisé en ce qu'on chauffe et on fait fondre des éléments métalliques ayant un point de fusion bas 5 ou des alliages constitués principalement par ces éléments, en les mettant dans une tour de chauffage et de réaction, on fait circuler ou on agite ces produits constituant un véhicule de chaleur à l'aide de matière brute à base d'hydrocarbures et de diluants,: dans la tour de chauffage et de réaction, pour effec-10 tuer la réaction de cracking thermique. 2°) Installation de cracking thermique d'hydrocarbures, pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte une tour de chauffage et de réaction contenant des métaux fondus mis en 15 circulation ou agités pour réaliser la réaction, une tour de trempage étant prévue au-dessus de la tour de chauffage et de réaction, cette tour de trempage comportant des faisceaux de tubes de trempage ainsi que des grains solides ou des huiles à point d'ébullition élevé, ces produits étant, compris dans 20 l'espace entre la surface des métaux fondus et la partie supérieure des faisceaux de tubes de trempage, une buse de sortie étant prévue pour 1'évacuation du coke de cracking en même temps que les produits de réaction, ainsi que des buses d'alimentation et d'extraction pour les grains solides et les huiles à point 25 d'ébullition élevé. 3°) Produits et notamment oléfines, obtenues par la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1. 30