Brevet FR2081009A1 — publié le 19711126

La présente invention a pour objet un procédé de récupération de la chaleur d'un mélange gazeux formé dans le craquage thermique d'hydrocarbures^ mélange gazeux qui est refroidi brusquement pour stabiliser ses composantes et qui est 5 ensuite soumis à un lavage avec de l'huile. La présente invention concerne en particulier un mode d'exécution du lavage à l'huile, qui est perfectionné du point de vue de la récupération de la chaleur. Il est connu d'effectuer le craquage thermique 10 d'hydrocarbures ou de mélanges d'hydrocarbures destiné à la préparation d'acétylène et/ou d'oléfines inférieures, telles que l'ethylène, le propylène, etc., à des températures de craquage finales allant jusqu'à 1500°C. La température de craquage finale, en combinaison avec la matière de départ, détermine le résultat 15 du craquage. Dans le craquage thermique d'hydrocarbures, il se forme en autres des composés du type des asphaltes, qui, comme le noir de fumée et le coke, perturbent notablement le refroidissement brusque des gaz de craquage, en particulier 20 lorsqu'on utilise des matières de départ ayant un haut point d'ébullition, par exemple le gas-oil. Le lavage à l'huile sert à débarrasser les gaz de craquage brusquement refroidis, avant leur traitement ultérieur, de ces constituants et à les refroidir. L'huile de 25 lavage est généralement recyclée à travers l'appareil de lavage et les impuretés mentionnées ci-dessus sont éliminées par soutirage d'un courant partiel d'huile.L'huile de lavage qui circule peut être maintenue à une température déterminée par échange de chaleur indirect avec un agent réfrigérant, par 30 exemple l'eau. Il est connu d'utiliser la chaleur absorbée par l'agent réfrigérant, par exemple pour la production de vapeur d'eau. Lorsqu'on applique ce mode connu de récupération de chaleur, on cherche, en régie générale, à récupérer la chaleur 35 à une température aussi élevée que possible afin de produire, par exemple, une quantité aussi grande que possible de vapeur d'eau ayant une puissance de travail aussi grande que possible. L'efficacité de ce procédé est limitée, toutefois, par le comportement lors de l'ébullition de l'huile de lavage. Lors-!*0 qu'on maintient l'huile de làvage à une température basse pour 71 05331 2 2081009 éviter des pertes par vaporisation, on peut récupérer une quantité plus grande de chaleur qu'à des températures plus élevées de l'huile de lavage, mais on ne peut produire que de la vapeur d'eau ayant une qualité inférieure d'autant. A une 5 température de l'huile de lavage plus élevée, une partie de la chaleur est récupérée, il est vrai, à une température plus élevées mais l'autre partie est entraînée par la vapeur d'huile produite en une quantité plus grande et elle ne peut être récupérée dans les stades suivants du procédé qu'à une tempéra-10 ture considérablement plus basse. La récupération de chaleur du cycle de l'huile de lavage liquide est^ de plus, problématique étant donné que les échangeurs de chaleur nécessaires pour l'absorption de chaleur ont tendance à la souillure en dépit du soutirage d'un courant 15 d'huile partiel qui est généralement effectué. Cela conduit à une transmission de chaleur de plus en plus réduite, cela exige des échangeurs de grandes dimensions et cela ne permet que des durées de travail courtes. La présente invention a pour but de récupérer, 20 tout en évitant les inconvénients qui viennent d'être décrits, des quantités de chaleur aussi grandes que possible, ayant des températures élevées, des gaz de craquage formés dans le craquage thermique d'hydrocarbures et .d'éliminer les impuretés du type des asphaltes. 25 La demanderesse a trouvé un procédé caractérisé en ce que, dans un premier étage de lavage à l'huile utilisant des températures situées dans la gamme d'ébullition de l'huile de lavage et des pressions voisines de la pression atmosphérique, on maintient une circulation des composantes d'huile ayant un 30 haut point d'ébullition et on soumet à la vaporisation directe par les gaz de craquage refroidis brusquement les composantes d'huile ayant un point d'ébullition plus bas que l'on recycle sous la forme condensée obtenue dans un second étage de lavage 1 en ce que l'on introduit le mélange saturé de vapeur d'huile 35 et de gaz de craquage obtenu dans le premier étage de lavage dans le deuxième étage de lavage où l'on condense la majeure partie de l'huile par refroidissement indirect du mélange, ce qui fait que les impuretés du gas de craquage sont entraînées par l'huile qui est condensée?et en ce qu'on conduit la chaleur de condensation ainsi obtenue à un dispositif de chauffage, puis 71 05331 3 2081009 l'on soumet, de manière connue, les gaz de craquage avec les vapeurs résiduaires a un fractionnement et à d'autres procédés de séparation. Dans le procédé objet de l'invention, on récu-5 père, dans le deuxième étage de lavage, la chaleur de la phase de vapeur de l'huile, c'est-à-dire à une température élevée. Des constituants du type des asphaltes, obtenus dans le deuxième étage de lavage, ne peuvent pas se déposer car cela est empêché par la pellicule de produit condensé. La circulation d'huile du 10 premier étage de lavage n'exige pas d1échangeurs de chaleur si bien qu'il n'y a pas de perturbations qui autrement se produisent fréquemment et qui sont dues à des constituants du type des asphaltes et à d'autres impuretés. Il est, par conséquent, possible d'utiliser une fraction d'huile de lavage ayant un point 15 d'ébullition plus élevé que celles utilisées d'ordinaire. La description qui va suivre en regard du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Le réacteur de craquage 1 est chargé d'un 20 mélange d'hydrocarbures par la conduite 2 et, par la conduite 3, d'énergie de craquage. L'énergie de craquage peut être fournie par échange de chaleur direct, comme le montre le dessin, par exemple à l'aide d'une flamme d'oxygène ou d'un plasma d'hydrogène, ou par échange de chaleur indirect. Les gaz de craquage 25 sortant du réacteur 1 sont brusquement refroidis, le cas échéant, à des températures inférieures à 850°C par un agent réfrigérant injecté par la conduite 4. Le premier étage de lavage est représenté, d'une manière simplifiée, par la tour de lavage 5 et le second 30 étage de lavage par le condenseur 6. La chaudière 7 indiquée en traits pointillés sert à l'utilisation de la chaleur de récupérât ion. Dans le premier étage de lavage, on maintient, à une pression voisine de la pression atmosphérique, une tempéra-35 ture située dans la gamme d'ébullition de l'huile de lavage. Pour ajuster la température, on peut régler la quantité d'agent réfrigérant injecté par la conduite 4 et/ou la gamme d'ébullition de l'huile de lavage, par exemple par introduction ou soutirage d'huile de lavage par les conduites 14, 15 et 16. 40 La partie inférieure de la tour de lavage 5 est 71 05331 » 2081009 reliée par la conduits 8 et la pompe 9 à la partie supérieure de cette tour. Par la conduite 8, on fait circuler de l'huile de lavage liquide. Le gaz de craquage traverse le premier étage 5 de lavage (tour- de lavage 5) et passe par la conduite 10 dans le deuxième étage de lavage (condenseur 6) et enfin par la conduite 11 à des dispositifs de séparation ne figurant pas sur- le dessin. Le gaz de craquage ainsi conduit porte de la vapeur d'huile du premier étage de lavage dans le deuxième étage de 10 lavage. Par contact indirect du mélange de gaz de craquage et de vapeur avec un agent réfrigérant, de l'huile se condense. Cette huile est recyclée à travers les conduites 12 et la poiape 13 au premier étage de lavage et soumise de nouveau à la vaporisation par les gaz de craquage. 15 La chaleur absorbée par l'agent de refroidis sement dans le deuxième étage de lavage est amenée dans la chaudière 7 où elle est utilisée pour la production de vapeur d'eau. En fonctionnement normal » on maintient deux 20 circulations d'huile de lavage. A l'une de celles-ci, seules les composantes d'huile de lavage lourdes participent. Des échangeurs de chaleur ne sont pas montés dans le circuit. L'huile circulant dans ce circuit mouille les parois de la tour de lavage 5 du premier étage de lavage et les maintient libres d'incrustations. 25 Des impuretés enlevées par lavage ou par absorption sont éliminées par la conduite 14. La deuxième circulation a lieu avec changement de phases et chemine par les deux étages de lavaga. Les composantes d'huile de lavage ayant un bas point d'ébullition, qui participent à cette circulation> sont vaporisées dans 30 le premier étage de lavage et dans le deuxième étage de lavage elles sont condensées. Le deuxième étage de lavage n'exige pas d'autre circulation d'huile de lavage puisque l'huile de lavage qui est condensée mouille â un degré suffisant les surfaces 35 de refroidissement et renvoie les impuretés séparées de la vapeur au premier étage de lavage. En disposant dans le deuxième étage de lavage plusieurs condenseurs branchés en série par rapport au passage des gaz de craquage, on peut maintenir faibles les résidus 40 d'huile entraînés par le gaz et récupérer de la chaleur ayant 71 05331 2081009 différents degrés d'efficacité. L'huile, de lavage enlevée est remplacée par l'introduction d'huile fraiche et par retour d'huile d'autres étages du procédé par une conduite 16 et/ou par les fractions d'huile obtenues dans la réaction de craquage. 5 Les exemples qui suivent illustrent la présente invention sans toutefois la limiter. EXEMPLE 1 : Dans un procédé de craquage thermique destiné à la préparation d'acétylène, on utilise 330 kg d'eau à 80°C 10 comme agent réfrigérant pour 1000 Nm3 de gaz de craquage ayant une enthalpie de 0,6 Mkcal (à 0°C sous forme gazeuse). Par refroidissement brusque à 700°C, on obtient 1410 Nm3 d'un mélange ayant une enthalpie de 0,43 Mkcal. Ce mélange est traité par le procédé objet de l'invention. 15 Pour le lavage à l'huile, on utilise de l'huile ayant une masse moléculaire moyenne de 240. Dans le premier étage de lavage à l'huile, on maintient en circulation environ 8000 kg/h d'huile et on vaporise 3000 kg/h d'huile, constitués pour la majeure partie par de l'huile ramenée du second étage de 20 lavage et par une portion d'huile fraîche. En procédant de cette manière, on obtient une température d'équilibre de 250°C dans le premier étage de lavage. Le mélange de gaz et de vapeur sortant du premier étage de lavage se compose de gaz de craquage, de vapeur d'eau et de vapeur d'huile , le gaz de craquage et la vapeur 25 d'eau ont une enthalpie de 0,13 îlkcal tandis que la vapeur d'huile a une enthalpie de 0,3 Mkcal. La majeure partie de la chaleur du gaz de craquage a, par conséquent, été utilisée, dans le premier étage, pour la vaporisation de l'huile. Dans le deuxième étage, la majeure partie de 30 la vapeur d'huile est condensée. L'huile condensée sert de liquide de lavage. Il lave les surfaces d'échange de chaleur et entraîne des impuretés provenant du craquage. Le mélange de vapeur et de gaz sortant du deuxième étage a une température de 200°C, il contient 600 kg d'huile résiduaire et comporte 0,105 Mkcal dans le 3 5 gaz de craquage (plus vapeur d'eau) et 0,06 iîkcal dans la vapeur d'huile. De la quantité de chaleur de 0,325 Iîkcal disponible dans le gaz de craquage 0,265 Mkcal ont été cédées à l'agent réfrigérant dans le deuxième étage de lavage. Par refroidissement U0 aviic de l'eau bouillante, on peut obtenir de la: vapeur d'eau 71 05331 6 2081009 à 180°C sous 9 atmosphères. Le rendement correspondant en chaleur de récupération est de 81,5 %. Dans les procédés de lavage classiques à un seul étage avec refroidissement dans une circulation d'huile, on 5 pourrait obtenir, dans le cas le plus favorable, avec un rendement en chaleur de récupération de 81,5 %, une vapeur d'eau à 136°C sous 2,3 atmosphères ou, avec un rendement en chaleur de récupération de 55 %, une vapeur d'eau à 180°C sous 9 atmosphères. EXEMPLE 2 : 10 Dans le craquage de gas-oil destiné à la prépa ration d'oléfines inférieures, on obtient un gaz de craquage ayant une enthalpie de 600 kcal/Nm3 (à 0°C sous forme gazeuse). On refroidit à 320°C les gaz de craquage par injection et vaporisation de 3,6 kg/Nm3 d'huile condensée ramenée, pour la majeure 15 partie, du deuxième étage de lavage, et puis on lave les gaz de craquage à 320°C au moyen d'une circulation de composantes d'huile de lavage ayant un haut point d'ébullition. Un excès d'huile obtenu dans la réaction de craquage est enlevé dans les conduites 14 et 15, ce qui fait que la composition et la température de la 20 première circulation d'huile de lavage sont contrôlées d'une manière efficace. A la sortie du premier étage de lavage, le gaz de craquage enrichi en vapeurs d'huile lourde a une enthalpie de 200 kcal/Nm3, la majeure partie de la chaleur du'gaz de craquage, 25 à savoir 400 kcal, étant contenue dans le gaz sous la forme de vapeur d'huile. Dans le deuxième étage de lavage, on refroidit à 260°C le mélange de gaz de craquage et de vapeur d'huile par refroidissement indirect et on obtient 2,7 kg/Nm3 d'huile condensée 30 qui sert d'huile de lavage et maintient les surfaces d'échange de chaleur libres d'impuretés. Par le refroidissement indirect, on soutire une quantité de chaleur de récupération de 250 kcal/Nm3 de gaz de craquage qui peut être utilisée, par exemple pour la production 35 de vapeur d'eau saturée sous une pression de 25 atmosphères. Dans les procédés connus, la chaleur du gaz de craquage est enlevée par un double échange de chaleur, c'est-à-dire, premièrement, entre le gaz de craquage et l'huile de lavage liquide et, deuxièmement, par échange de chaleur indirect dans 40 la circulation d'huile 8. Dans ce cas, la majeure partie de la 71 05331 7 2081009 chaleur du gaz de craquage ne peut être récupérée qu'à une température considérablement inférieure puisque l'huile de lavage dans la circulation d'huile doit être maintenue à une température plus basse pour éviter une vaporisation. Dans ces condi-5 tions, la vapeur d'eau saturée ne peut être obtenue qu'a une pression ne dépassant pas 10 atmosphères. 71 05331 2081009 REVENDICATION Un procédé de récupération de chaleur de gaz qui sont obtenus dans le craquage thermique d'hydrocarbures destiné à la préparation d'acétylène et/ou d'oléfines inférieures, 5 et qui sent brusquement refroidis afin de stabiliser leurs composantes3 puis soumis à un lavage à l'huile s procédé caractérisé en ce que, dans un premier étage de lavage d l'huile utilisan des températures situées dans la gamme d'ébullition de l'huile de lavage et des pressions voisines de la pression atmosphérique, on 10 maintient une circulation des composantes d'huile ayant un haut point d'ébullition et on soumet à la vaporisation directe par les gaz de craquage refroidis brusquement les composantes d'huile ayant un point d'ébullition plus bas que l'on recycle sous la forme condensée obtenue dans un second étage de lavage, en ce 15 que l'on introduit le mélange saturé de vapeur d'huile et de gaz de craquage obtenu dans le premier étage de lavage dans le deuxième étage de lavage où l'on condense la majeure partie de l'huile par refroidissement indirect du mélange, ce qui fait que les impuretés du gaz de craquage sont entraînées par l'huile 20 qui est condensée,et en ce que l'on conduit la chaleur de condensation ainsi obtenue à un dispositif de chauffage, puis l'on soumet, de manière connue", les gaz de craquage avec les vapeurs résiduaires à un fractionnement et à d'autres procédés de séparation-