Brevet FR2106597A1 — publié le 19720505

La présente invention se rapporte à un tube de chauffage pour four du type à chauffage externe et elle concerne plus particulièrement un tube de chauffage de ce type possédant une surface interne aussi grande que possible. Jusqu'à présent, il est connu d'utiliser des tubes de chauf fage à section circulaire ou elliptique pour les fours du type à chauffage externe. Dans ce cas, la résistance qui s'oppose à la transmission de la chaleur entre la source de chaleur et le fluide qu'il s'agit de chauffer à l'intérieur de ces tubes de chauffage se manifeste en majeure partie dans la fraction de la transmission de chaleur par convection existant entre la surface interne des tubes et le fluide à chauffer. Pour maintenir ce fluide à chauffer à une température très élevée, il est donc nécessaire de maintenir la température de la surface externe du tube à une température également très élevée. Il en résulte que la chaleur transmise par rayonnement par la source de chaleur s'accumule dans la masse même du tube.C'est-à-dire qu'on a comme inconvénient une faible durée de vie pour le tube. La Demanderesse a constaté qu'on peut augmenter la quantité de chaleur transmise entre la surface interne du tube de chauffage et le fluide à chauffer en utilisant un tube de chauffage dont la surface interne est rendue aussi grande que possible et que lton peut ainsi abaisser la température de la surface externe de ce tube. En abaissant la température de la surface externe du tube, on prolonge la durée de vie de ce tube et, par ailleurs, on évite d'avoir à utiliser pour la matière du tube un acier de haute qualité et résistant à la chaleur, tel que ceux qu'on utilise dans les tubes de chauffage classiques. En particulier, en utilisant un tube de chauffage pour four du type à chauffage externe, conforme à l'invention, dans un four de craquage thermique des hydrocarbures pour la production des oléfines, on peut améliorer la transmission de chaleur à l'hydrocarbure d'alimentation. Ceci signifie que l'on peut augmenter la capacité de traitement de cet hydrocarbure d'alimentation et raccourcir son temps de séjour dans le tube de craquage thermique.On peut donc ainsi éviter les réactions secondaires des produits de craquage thermique et, en même temps, améliorer le rendement en oléfines. En outre, dans ce cas, on peut contrôler la formation de coke ou d'huiles de polymérisation. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention appa raieront au cours de la description qui va suivre. Au dessin annexé, donné uniquement à titre d'exemple la Fig. 1 est une vué schématique d'un four du type à chauffage externe la Fig. 2 est une coupe d'une forme de réalisation de l'invention la Fig. 3 est une coupe d'une autre forme de réalisation de l'invention la Fig. 4 est une vue en partie arrachée représentant une autre forme de réalisation de l'invention. Dans un tube de chauffage destiné à un four à chauffage externe, il est souhaitable de donner à la paroi interne une plus grande surface sur ses côtés qui sont dirigés vers la source de chaleur et qui reçoivent une plus grande quantité de chaleur rayonnée par unité de surface, que sur les côtés qui ne sont pas dirigés vers la source de chaleur et qui'par conséquent reçoivent une plus petite quantité de chaleur rayonnée par unité de surface, ceci afin d'uniformiser la répartition circonférentielle de la température du tube et d'en prolonger par ce moyen la durée de vie.En particulier, dans le cas d'un tube de chauffage à section elliptique, il est souhaitable que la surface interne du tube possède uniquement sur le côté dirigé vers la source de chaleur du four une zone formée de saillies partielles~telles que celles représentées sur la Fig. 3, de façon à rendre la température uniforme sur toute la circonférence du tube de chauffage. Par ailleurs, il est plus efficace d'utiliser un tube de chauffage dont la surface interne porté des saillies hélicoïdales, comme c'est le cas dans l'une des formes de réalisation de l'invention. Dans ce cas, il est souhaitable que les crêtes des saillies hélicoldales soient inclinées de manière à former un angle de 30 à 600 avec l'aie du tube. Lorsque la vitesse d'écoulement du fluide dans le tube doit être très élevée, il est préférable de réduire le degré d'inclinaison des saillies hélicoïdales par rapport à 1' axe du tube. Il en résulte un accroissement considérable de la vitesse linéaire du fluide dans le tube dans la couche superficielle de fluide qui est en contact avec la surface interne de ce tube, comparativement à ce qu'on observe dans les tubes de chauffage classiques.Cette caractéristique améliore la quantité de chaleur transmise par convection entre la surface interne du tube et le fluide qui circule dans ce tube, chaleur dans laquelle on constate la majeure partie de la résistance à la transmission de chaleur entre le tubè et le fluide qui circule dans ce tube à l'intérieur du four à chauffage externe, et la température de la surface externe du tube chauffant peut donc être considérablement abaissée. L'invention sera maintenant expliquée en regard de la Fig. 1. Le fluide d'alimentation à chauffer est introduit par un tube d'alimentation 1 dans un tube de chauffage 2, qui est lui-même chauffé par la source de chaleur d'un four 7 et il est ensuite conduit à l'étage suivant de l'installation au moyen d'une canalisation de sortie 4. Les exemples donnés ci-après feront mieux ressortir les détails de réalisation de l'invention. Exemple 1. On soumet une huile de naphte ayant une densité de 0,715, un point initial d'ébullition de 500C et un point final de 1770C, à un traitement de craquage thermique dans un tube de chauffage présentant une section telle que celle représentée sur la Fig. 2. Les conditions du craquage thermique sont telles que les quantités d'huile de naphte introduite et de vapeur de dilution sont réglées de manière que la température de sortie des gaz craqués puisse être de 8500C et qu'on obtienne les produits craqués indiqués au tableau 1. Les dimensions du tube de chauffage sont celles indiquées au tableau 1, avec un exemple comparatif qui utilise un tube de section circulaire. TABLEAU t. Dimensions du tube Exemple comparatif de chauffage Exemple 1 (tube circulaire) * intérieur 45 mm Diamètre intérieur 50 mm Longueur du contour de la surface interne 443 mm 284 mm Section intérieure du 2 2 tube ................ 6 460 mm 6 TABlEAU 1. (Suite) Conditions du craquage Exemple comparatif thermique Exemple 1 (tube circulaire) Température de sortie des gaz craqués ............. 8500C 8500C Débit d'alimentation de l'huile de naphte ....... 1,10 tonne/h 0,66 tonne/h Débit de vapeur d'eau ... 0,66 tonne/h 0,40 tonne/h Temps de séjour (à 6500C ou plus) ......................... 0,22 s 0,35 s Rendement en produits craqués Méthane 13,0 % 16,9 r Ethylène 28,5 ffi 25,3 % Propylène 15,1 % 13,5 Vo Remarque :* ) ce diamètre intérieur est mesuré au niveau des creux de la surface interne du tube. Exemple 2. On soumet un mélange composé de vapeur d'eau et de vapeurs d'huile de pétrole possédant une densité de 0,715, un point initial d'ébullition de 500C et un point final de 1770C, à un craquage thermique à 8500C dans un tube possédant en section la forme représentée sur les Fig. 2 et 4, les saillies hélicoldales formées sur la surface interne du tube étant inclinées de manière à former un angle de 300 avec l'axe du tube. Les dimensions du tube de chauffage, les conditions du craquage thermique et le rendement en produits craqués sont indiqués au tableau 2. TABLEAU 2. Dimensions du tube de chauffae Exemple 2 Diamètre intérieur .............. 50 mm Section intérieure du tube ...... 6 460 mm Conditions du craquage thermique Température des gaz de sortie ... 8500C Débit d'huile de pétrole ........ 1,10 tonne/h Débit de vapeur d'eau ........... 0,66 tonne/h Temps de séjour (à 6500C ou plus) 0-,22 s TABlEAU 2. (Suite) Conditions du craquage thermique (suite) Exemple 2 Tempërature de la surface externe du tube de chauffage ..................... 9300C Rendement en Produits craqués Méthane 12,9 % Ethylène 29,0 % Propylène 15,1 % REVENDICATIONS. 1 - Tube de chauffage pour four du type à chauffage externe, caractérisé en ce que l'aire de sa surface interne est rendue aussi grande que possible. 2 - Tube de chauffage suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le tube présente des saillies sur sa surface interne. 7 - Tube de chauffage pour four du type à chauffage externe, caractérisé en ce qu'il est constitué par nn tube présentant des saillies hélicoïdales sur sa surface interne. 4 - Tube de chauffage suivant la revendication 7, caractérisé en ce que les crêtes des saillies hélicoïdales sont inclinées au maximum de 600 sur l'axe du. tube. 5 -Tube de chauffage pour four du type à chauffage externe, caractérisé en ce qu'il est constitué par un tube dont l'aide la surface interne est plus grande sur les côtés qui sont dirigés vers la source de chaleur et qui reçoivent une plus grande quantité de chaleur rayonnée par unité de surface que sur les autres côtés, qui reçoivent une plus faible quantité de chaleur rayonnée par unité de surface. 6 - Tube de chauffagè-suivant la revendication 5, caractérisé en ce que sa surface interne présente des saillies uniquement sur les côtés qui sont dirigé-s vers la source de chaleur et reçoivent une grande quantité de chaleur rayonnée unité de surface tandia que sa surface interne est lisé sur Tes cotés qui reçoivent une moins grande quantité de-chaleur rayonnée par unité de surface.