Brevet FR2026045A1 — publié le 19700911

La présente invention concerne un procédé et une installation pour le refroidissement d'un cou rant de gaz chaud au moyen d'un liquide introduit dans le courant de gaz. Une introduction de liquide dans des courants de gaz chauds est effectuée partout où l'on souhaite un refroidissement rapide des courants de gaz chauds à des températures essentiellement plus basses, ou par exemple lorsqu'il est nécessaire d'éviter des réactions secondaires. Ce mode de refroidissement trouve son application surtout au cours du fractionnement des pétroles et de l'éthanesou des gaz préparés de la même façon. Les radicaux primaires.créés dans le processus de fractionnement' et les composés non saturés,sont ainsi, par un refroidissement rapide dans une chaudière de production de vapeur à haute pres sion, placée immédiatement après le four de craquage, empêchés de former des plus grosses molécules ou de se décomposer en leurs éléments. Ce refroidissement ne suffit pourtant pas pour une préparation économique des autres parties de l'unitô,si bien qu'un refroidissement supplémentaire est nécessaire. Suivant un procédé connu, le liquide est in-jecté par des buses,sous la forme de gouttes fine ment dispersôes,dans le courant de gaz à refroidir. Un inconvé nient pour les buses, lorsque le courant de gaz à refroidir est un courant de gaz de craquage et que l'on emploie comme liquide de refroidissement ce que l'on appelle de l'huile de trempe,rési de surtout dam les incidents de bouchage, souvent observés, et qui ont pour conséquence une arrivée et une distribution irré gulière, et de ce fait un refroidissement inégal et insuffisant du courant de gaz. Dans un autre procédé connu, l'on introduit dans le courant de gaz à refroidir, sous la forme d'un Jet, par un tuyau de diamètre relativement grand,une huile destinée à l'obtention de l'effet de refroidissement. Les inci dents de bouchage de buses du procédé mentionné ci-dessus ne se produisent pas. Ici, des vitesses de courant de gaz doivent être suffisantes pour que le courant d'huile soit brisé, et que l'hui le soit entraîne-e sous forme de gouttelettes par le courant de gaz. Mais il s'est avéré que, de cette façon, ltéc aulement pul vôrisant, favorable du point de vue d'une répartition impeccable de l'huile dans le courant de gaz à refroidir, ne pouvait pas agir dans la mesure voulue.On en arrive bien plus souvent à la formation d'écoulements en couches ou en ondulations, c'est-a- dire que le gaz à refroidir et lthuile se déplacent, sans se mélanger notablement, en débits partiels séparés, la surface de séparation de phase,existant entre les deux courants partiels séparés,étant lisse ou comportant des ondulations se déplaçant dans le sens de l'écoulement. La présente invention a pour but d'écarter les inconvénients des procédés connus et de mettre au point un procédé de refroidissement d'un courant de gaz chaud qui soit,dans chaque cas,indépendant de la nature du gaz à re froidir et du liquide de refroidissement,et garantisse un re froidissement sûr et efficace. Le procédé de la présente invention est caractérisé en ce que le liquide est réparti ré gulièrement,sous la forme d'un film,en parapluie sur la section d'une voie d'écoulement guidant le courant de gaz. Suivant un mode avantageux de réalisation de# l'invention, la quantité de liquide,rôpartie en parapluie sur la section de la voie d'écoulement guidant le courant de gaz à refroidir,est diminuée ou augmentée automati quement, ou à la main, aussitôt que cette quantité a produit dans le courant de gaz un abaissement de la température dépas sant un abaissement de température fixé ou restant en deçà de cet abaissement. Comme liquide de refroidisse ment, on emploie de préférence de l'huile et, en fait, de l'hui- le provenant des queues d'une colonne de lavage à lthuile,dans laquelle le courant de gaz refroidi est introduit en vue de sa purification sommaire et de la poursuite de son refroidissement Opportunément, une partie de l'énergie calorifique du courant de gaz chaud,sortant par exem pl & diun -four de craquage thermique d#'#ydrocarbures,est utili suée pour la production de vapeur à hauteipression, et l'huile prelevée-aux queues de-la colonne de lavage à l'huile est intro duite dans le courant de gaz,refroidi au préalable de cette fa çon. Dans une installation suivant la présente invention pour la mise en oeuvre du procedé, il est prévu un tuyau disposé concentriquement dans la voie d'écoulement guidant le gaz à refroidir, l'une des extrémités du tuyau ressortant partiellement de la voie d'écoulement, et comportant, dans sa partie sortante, un#e buse de raccordement, ledit tuyau possédant, par rapport au diamètre de la voie d'écoulement, un petit diamètre. On peut fermer cette extrémité au moyen d'un dispositif de répartition mobile suivant la direction de l'axe du tuyaurayant la forme d'un plateau bombé possédant une symétrie de rotation par rapport à l'axe du tuyau. Dans cette installation, le liquide destiné au refroidissement du courant de gaz parvient, par la buse de raccordement du tuyau, dans son espace intérieur, et de là, lorsque le plateau libère ltextrémité du tuyau disposé concentriquement dans la voie d'écoulement, par un espace annulaire, limité par une extrémité du tuyau, d'une part, et par le plateau écarté de la dite extrémité, d'autre part, dans la voie dwécoulement du courant de gaz, le plateau assurant par suite de sa forme une répartition en parapluie du liquide sur la section de la voie d'écoulement. Comme le plateau est mobile suivant la direction de l'axe du tuyau, on peut faire varier la hauteur de l'espace annulaire, et de ce fait la quantité de liquide introduite dans le courant de gaz. Dans un mode avantageux d'exécution de l'installation suivant la présente invention, le plateau est fixé de façon détachable à une tige métallique,disposée concehtriquement dans le tube et pouvant être déplacée axialement dans le tube au moyen d'un mécanisme de réglage,monté sur ltextrémité du tube sortant de la voie de guidage du courant de gaz,et qui est centrée dans le tube par des tôles de guidage prévues à son extrémité voisine du plateau. Le mécanisme de réglage peut être un entraînement réglable de modèle usuels en liaison active avec un thermomètre, qui est disposé derrière le tube dans la voie d'écoulement, le dit entraînement étant par exemple un moteur à membrane rattaché à l'extrémité du tube ressortant de la voie d'écoulement du courant de gaz. Le déplacement axial de la tige métallique,et du plateau qui y est fixô,peut cependant se faire encore par un mécanisme de réglage actionné à la main et monté à ltextrémité du tube ressortant de la voie d'écoulement du courant de gaz. -Pour éviter les phénomènes d'érosion, il est recommandé qu'au moins l'extrémité du tube, disposée concentriquement dans la voie d'écoulement du courant de gaz, soit en acier chrome-nickel '18/8. Eu égard aux particules solides existant le cas échéant dans le liquide destiné au refroidissement, il est avantageux que le plateau soit en métal dur. La description ci-après se rapporte à un exemple de réalisation représenté au dessin dans lequel - La figure montre en coupe longitudinale une section d'une conduite,entourée d'une couche 1 d'un matériau thermiquement isolant, dans laquelle est incorporé un dispositif conforme à la présente invention. Dans la section du tube représentée, circule un courant de gaz, produit dans un four tubulaire de craquage thermique des hydrocarbures, et pré-refroidi dans une chaudière de production de vapeur à haute pression, placée après le four tubulaire de craquage,jus qu a une température de 350 à 4500C.Au segment moyen 3 du coude, est soudée une buse tubulaire 6-, concentrique à l'axe longitudinal du segment 4 du tube, et débouchant dans la voie d'écoulement du courant de gaz limitée par le segment 5 du coude, la dite buse tubulaire 6 posse-dant,à son extrémité éloignée du segment 5 du coude ,une bride soudée 7. A l'intérieur de l'ajutage tubulaire 6,se# trouve, concentrique à l'axe longitudinal du segment 4 du coude, un tube 8,dont une extrémité iO, formée d'une pièce tubulaire 9 en acier Cr-Ni 18/8, pénètre dans la voie d'écoulement du courant de gaz limitée par le segment 4 du coude, tandis que son extrémité ii se trouve en dehors de l'ajutage tubulaire 6 et de ce fait aussi en dehors de la voie d'écoulement guidant le c#ourant de gaz. Le tube 8, dont la partie sortant de la buse tubulaire 6 possède un ajutage latéral 12 de raccordement, est fixé en direction axiale par une fausse bride 13, soudée sur sa face extérieure et vissée à la bride prisoudée 7 de la buse tubulaire 6.Cette liaison par bride assure en même temps ltétanchéité de l'espace annulaire existant entre la buse tubulaire 6 et le tube 81et débouchant dans la voie d'écoulement du courant de gaz. L t intérieur d tube 8~commu- nique ainsi, par l'ajutage latéral 12 de raccordement, et une conduite qui lui est rattachée, avec la conduite de refoulement d'une pompe,débouchant dans le tiers supérieur d'une colonne de lavage à l'huile, à travers un filtre et un échangeur de chaleur de réchauffage des produits bruts à craquer, par exemple des pétroles, la dite pompe ayant le point de départ de sa conduite d'aspiration dans le fond de la colonne de lavage à l'huile. L'extrémité 10 du tube 8,disposée concentriquement dans la voie d'écoulement du gaz à refroidir, limitée par le segment 4 du tube, peut être fermée au moyen d'un dispositif de répartition, mobile suivant la direction de l'axe du tube, ayant la forme d'un plateau 14,en métal dur,possédant une symétrie de rotation par rapport à l'axe du tube, bombé vers l'extérieur et vers le bas, et dont la face inférieure forme une plaque 15 ronde servant de butée et de renforcement.Le déplacement du plateau 14 se fait, dans cet exemple de réalisation, par une tige métallique 17,disposée concentriquement à l'intérieur du tube 8 et pouvant être déplacée axialement dans le tube 8 au moyen d'un moteur à membrane,rattaché à l'ex- trémité il du tube 8 ressortant de la voie d'écoulement du courant de gaz, tige métallique à l'extrémité opposée au moteur à membrane 16 de laquelle,le plateau 14 est fixé de façon détachable. Afin que la tige métallique 17 garde sa position centrale dans le tube 8, il est rapporté, sur la pièce de jonction 18 située#entre le plateau 14 et la tige métallique 17, trois tôles de guidage 19,réparties à intervalles réguliers sur sa périphérie. Pendant le fonctionnement du four de craquage, le -courant de gaz de craquage, prérefroidi à 350 - 4500C dans la chaudière de production de vapeur à haute pression placée après le four de craquage, entre en 20 dans le coude 5, passe ses segments 2 et 3,et parvient ensuite dans la voie d'écoulement limitée par le segment 4 du coude, et ainsi jusqutà l'extrémité 10 du tube qui lui est concentrique.Le plateau 14, qui, lorsque le four de craquage n'est pas en fonctionnement, ferme ltextrémìté 10 du tube o, se trouve maintenant à quelque distance de cette extrémité 10 du t#ube,dans la position dessinée en pointillé,et il répartit l'huile, pompée dans le fond de la colonne de lavage à l'huile, purifiée dans le filtre placé après la pompe, et refroidie dans ltéchangeur de chaleur placé après le filtre en échange de chaleur avec le pé- trole brut destiné au craquage, qui parvient par l'ajutage de raccordement 12 à l'intérieur du tube 8.Cette répartition se fait,à travers l'espace annulaire existant entre le plateau et l'extrémité 10 du tube 8,sous la forme d'un film d'huile en parapluie et est régulière sur la section de la voie d'écoulement limitée par le segment 4 du coude. La quantité de l'huile introduite de cette façon dans le courant de gaz, dont les constituants hydrocarbures légers s'évaporent, et de ce fait enlèvent de la chaleur au courant de gaz, est, au moyen du moteur à membrane 16,qui est en liaison d'action avec un thermomètre qui, vu dans le sens de l'écoulement, est disposé derrière le tube 8 dans la voie d'écoulement du courant de gaz, et qui actionne le plateau 14 par l'intermédiaire de la barre métallique 17, automatiquement diminuée ou au#gmentée aussitôt que le thermomètre indique une température qui se situe au-dessus ou en dessous de la température de 1800C qui est souhaitée dans le cas présent. Le courant de gaz de craquage, régulièrement refroidi de cette façon à une température de 180 C, sort en 21 du coude 5 et parvient, à travers la partie qui fait suite de la conduite de la chaudière de production de vapeur à haute pression conduisant à la colonne de lavage à l'huile, dans ladite colonnetoù il est soumis à une purification sommaire avant la poursuite de son traitement, par exemple dans une installation d'obtention d'éthylène. Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés, pour lesquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 10) Procédé pour le refroidissement d'un courant-de gaz chaud au moyen d'un liquide introduit dans le dit courant de gaz, procédé caractérisé en ce qu'on répartit régulièrement le liquide sous la forme d'un film en parapluie dirigé sur toute la section d'une voie d'écoulement canalisant le courant de gaz. 20) Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la quantité de liquide,réparti en parapluie sur la se#ction de la voie d'é-coulement canalisant le courant de gaz,est, manuellement ou automatiquement, diminuée ou augmentée dès que cette quantité occasionne dans le courant de gaz un abaissement de température qui descend en dessous de la température recherchée ou reste en-deça de celle-ci 30) Procédé suivant les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'on utilise comme liquide de l'huile. 4 ) Procédé suivant la revendication 3, caractérisé en ce que l'huile est prélevée au fond d'une colonne de lavage à l'huile, dans laquelle le courant de gaz refroidi est introduit pour sa purification sommaire et la poursuite de son refroidissement. 50) Procédé suivant les revendications 3 et 4, caractérisé en ce qu'une partie de l'énergie calorifique du courant de gaz,sortant par exemple d'un four de craquage,est utilisée pour la production de vapeur à haute pression, l'huile prélevée au fond de la colonne de lavage à l'huile étant introduite dans le courant de gaz,refroidi au préalable de cette façon. 60) Installation ppur la mise en oeuvre du procédé précédent, caractérisée en ce quesdans la voie d'écoulement du courant de gaz, l'une des extrémités d'un tube, sortant partiellement de la voie d'écoulement et compor tant5dans sa partie en saillie de la voie d'écoulement.une buse de raccordement et possédant, par comparaison au diamètre de la voie d'écoulement, un faible diamètre, est disposée concentriquement et peut être fermée au moyen d'un dispositif de répartition, mobile suivant la direction de l'axe du tube, et ayant la forme d'un plateau bombé, possédant une symétrie de rotation par rapport à l'axe du tube. 7 ) Installation suivant la revendication 6, caractérisée en ce que le plateau est fixé à une barre métalliquesdisposée concentriquement dans le tube et pouvant être déplacée axialement dans#le tube au moyen d'un mécanisme de réglage monté sur l'extrémité du tube sortant de la voie d'écoulement du courant de gaz. 80) Installation suivant la revendication 7, caractérisée en ce que la barre métallique est centrée dans le tube au moyen de tôles de guidage prévues à son extrémité voisine du plateau. 90) Installation suivant les revendications 7 et 8, caractérisée en ce que le mécanisme de réglage est un entraînement de réglage en liaison d'action avec un thermomètre disposé, si l'on regarde dans le sens de l'écoulement du courant de gaz, derrière le tube dans la voie d'écoulement, le dit entrainement étant par exemple un moteur à membrane raccordé à l'extrémité du tube ressortant de la voie d'écoulement du courant de gaz. 10 ) Installation suivant l'une quelconque des revendications de 6 à 9, caractérisée en ce que, au moins l'extrémité du tube disposée concentriquement dans la voie d'écoulement du courant de gaz est en acier Cr-Ni 18/8. 11 ) Installation suivant lune quelconque des revendications de 6 à 10, caractérisée en ce que le plateau bombé est en métal dur.