Brevet FR2088024A1 — publié le 19720107

La présente invention concerne le craquage à la vapeur d'eau des hydrocarbures. Plus particulièrement, elle concerne un appareil permettant de réduire la formation de coke au cours des craquages à la vapeur d'eau. La présente invention concerne particulièrement les collecteurs de récupération utilisés avec des fours de craquage à la vapeur et qui réduisent considérablement la formation de coke dans les équipements de traitement se trouvant en aval du four. On sait faire réagir des hydrocarbures et de la vapeur d'eau dans un four de craquage. Un tel procédé est décrit, par exemple, dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique NO 2 893 941. Au cours d'une telle réaction de craquage à la vapeur d'eau, un hydrocarbure est introduit avec de l'eau ou de la vapeur d'eau suivant des vitesses considérables dans une zone de réaction à température élevée. Un courant d'hydrocarbure et de vapeur d'eau mélangés est préchauffé et traverse des faisceaux ou des groupes de tubes dans un four à température élevée où la température du méiange est élevée jusqu'à des valeurs comprises entre 704 environ et 982 C, suivant les charges particulières utilisées et les produits voulus. Après que la réaction a progressé jusqu'au point voulu, les produits de réaction gazeux sont soutirés du four et sont refroidis rapidement pour éviter toute autre réaction, polymérisation ou altération des produits voulus.La durée de la période pendant laquelle les gaz restent aux températures de craquage entre le four et la zone de refroidissement a une importance majeure et, en conséquence, la forme géométrique et la configuration du conduit se trouvant entre ces deux points sont extremement importantes. Pour assurer que les gaz provenant des divers faisceaux ou groupes de tubes du four sont amenés essentiellement pendant le même temps à ia zone de refroidissement, il est souhaitable de disposer un collecteur de récupération immédiatement à la sortie du four afin de combine-r tous les courants gazeux provenant des tubes de celui-ci en un seul courant, et ensuite, d'envoyer ce courant unique à la zone de refroidissement au moyen d'une canalisation de transfert. La surface en section droite d'un collecteur de récupération d'un type particulièrement préféré augmente progressivement dans la direction suivant laquelle s'écoulent les gaz, ie sorte qu'à mesure que le c7.clkecteur reçoit les gaz des groupes succ?-;siI de tubes de chauffage du four, la vitesse des gaz reste essentiellement constante dans le collecteur. On évite ainsi la formation de zones de gaz stagnant dans le collecteur qui favoriseraient/ rsseactions indésirables et la formation de coke dans ce dernier.L'expérience a montré, cependant, que même dans les meilleurs modèles d'appareils, il se produit une formation de coke importante dans les canalisations aval, par exemple la canalisation de transfert allant du collecteur à un équipement de traitement se trouvant en aval. De nombreuses tentatives ont été faites pour empêcher la formation de coke ou pour dimInuer son importance, par exemple par addition de divers produits chimiques ou autres agents de décodage. L'addition de tels agents n'est pas entièrement efficace, et il est aussi parfois indésirable que de tels agents se trouvent dans les produits et risquent de les contaminer. Suivant la présente invention, en disposant une chicane dans le collecteur, la formation de coke peut être considérablement réduite dans la canalisation de transfert aval. La présente inventipn er.visage d'utiliser un collecteur de récupération pour un four de craquage à la vapeur d'eau dans lequel est disposée une chicane divisant les courants de gaz arrivant des divers tubes du four en fractions parallèles,approximativement égales,et maintenant ces fractions dans les chambres séparées du collecteur. Les fractions de gaz sont recombinées ensuite à l'orifice de sortie du collecteur lorsqu'elles pénètrent dans la canalisatIon de trans- fert pour être amenées aux équipements de refroidissement aval ou à d'autres équipements de traitement. D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention ressortiront au ccurs de la description détaillée qui va suivre, faite en regard du dessin annexé qui donne à titre explicatif, mais nullement limitatif, une forme de réalisation conforme à l'invention. zur ce dessin la figure 1 est une vue en plan d'un collecteur de re- cupération selon l'invention, représenté en coupe, la chicane étant en place ; et la figure 2 représente une coupe suivant la ligne 2-2 de la figure 1. Les figures représentent le corps 10 d'un ccllcctc:x comportant un certain nombre d'ouvertures d'entrée 12 re-ç- l'effluent gazeux de tubes d'un four de craquage à la vapeur d'eau. La plaque 16 d'une chicane est maintenue rigidement en place par une soudure continue 20 réalisée sur le bord du collecteur qui est opposé aux ouvertures d'entrée 12, et des tiges d'espacement 18 sont fixées le long de la chicane afin de la maintenir rigidement en position à l'intérieur du corps du collecteur. On voit également sur la figure 1 des tubes 22 qui relient les ouvertures d'entrée 12 du collecteur aux tubes de sortie du four de craquage (non représentés).Une canalisation 24 est représentée en position à l'extrémité de sortie du collecteur afin de faire passer l'effluent gazeux provenant de ce dernier à un équipement de refroidissement aval ou à tout autre équipement de traitement (non représenté). La figure 2 montre clairement les positions relatives de la chicane 16 et du corps 10 du collecteur, ce dernier étant divisé en des chambres dont les dimensions sont approximativement égales. Les figures représentent également les tiges d'espacement 18 qui maintiennent la chicane 16 en position stable pour éviter toute usure exagérée et/mettre la chicane à l'abri des vibrations et des dégâts. Dans le mode de réalisation représenté sur les figures, le bord avant de la chicane 16 est disposé juste derrière les ouvertures d'entrée 12 et est aligné de manière à diviser approximativement les ouvertures 7moitiés,de part et d'autre de leur plan horizontal. Bien que la chicane doive être approximativement perpendiculaire aux ouvertures d'entrée, des variations de 100 de part et d'autre de la perpendiculaire se sont montrées acceptables. En général, on obtint les meilleurs résultats en ce qui concerne la réduction de la fprmation du coke dans ltéquipement aval si la chicane est disposée de manière à diviser les gaz arrivant du four de craquage en fractions approximativement égales. De préférence, aucune des fractions ne doit contenir plus de 60 pour cent environ du débit total de gaz, ni moins de 40 pour cent environ. Les essais comparatifs et l'exemple suivants montrent l'efficacité de la présente invention pour réduire la formation de coke dans la canalisation de transfert en aval du collecteur d'un four vertical de craquage à la vapeur d'eau. Une charge de mazout classique est préchanfffe et est mélangée avec environ 1/2 kg de vapeur d'eau par k e pétrole, et passe à travers les serpentins d'un four vertical classique de craquage à la vapeur. La tempe rature du produit gazeux à l'orifice de sortie du serpentin du four est d'environ 8710C. L'effluent gazeux chaud passe des divers groupes de tubes par des tubes de liaison dans un collecteur en acier identique à celui représenté sur la figure 1, à l'exception du'fait qu'il ne comporte aucune chicane. Les gaz traversent le collecteur et pénètrent dans une canalisation de transfert où ils sont refroidis en aval en injectant un courant de pétrole de refroidissement froid en quantité suffisante pour réduire la température d'ensemble du produit à une valeur d'environ 2600C.Le produit refroidi est alors envoyé à une colonne de distillation pour séparer les éléments en divers produits souhaités, comprenant par exemple de l'éthylène, du propylène, du butadiène, et d'autres oléfines et dioléfines. La formation de coke dans la canalisation de transfert se manifeste rapidement par la chute de pression des matières qui s'écoulent par la canalisation. Le coke continue à s'accumuler jusqu'au moment où il faut arrêter l'opération. La canalisation de transfert est alors ouverte et,en l'examinant, on constate qu'une quantité importante de coke s'est formée et que la canalisation est obturée à la fois en amont et en aval de la zone de refroidissement. Le collecteur de récupération est alors ouvert, et 1 est équipé d'une chicane en acier qui est soudée pour la mettre en position comme représenté sur les figures, cette chicane divsant le corps du collecteur en chambres dont les dimensions sont essentiellement égales. Le collecteur est alors remis en place, et les opérations de craquage à la vapeur recommencent, exactement de la même manière que celle qui a été décrite précédemment. La formation de coke se manifeste à nouveau par un accroissement progressif de la chute de pression, mais cependant, la rapidité de dépôt du coke est beaucoup plus faible qu'au cours de l'essai précédent effectué sans chicane dans le collecteur. En fait, la marche se poursuit pendant une période dont la durée est de 80 % plus longue que la période possible auparavant- avec un collecteur ne comportant pas de chicane. Les essais ei-dessus sont répétés, et la durée de fonctionnement totale est, dans chaque cas, plus longue de 50 % à 100 % lorsque le collecteur est équipé d'une chicane, r- òrnparei- son de l'essai effectué sans chicane. En conclusion, il a été établi que 11 efficacité étonnante de la chicane du collecteur pour réduire l'importance de la formation de coke dans la canalisation de transfert est due à la suppression pratique de l'écoulement en spirale des gaz effluents. Par exemple, on note que lorsqu'on n'utilise pas de chicane, le coke est déposé sur les parois de la canalisation de transfert suivant un dessin en spirale, tandis que lorsque la chicane est en place, le dépôt de coke est uniforme d'une manière générale. De plus, des essais effectués sur des maquettes constituées par des modèles transparents,à 1'échelle,indiquent, en les examinant visuellement, que les gaz suivent dans la canalisation de transfert un trajet en spirale,sans chicane, tandis qu'il n'y a aucun trajet en spirale lorsqu'on utilise la chicane. I1 n'est pas entièrement certain que le collecteur muni d'une chicane selon l'invention empêche un écoulement en spirale, mais cependant, on estime qu'en divisant le courant de gaz, il se forme deux spirales en sens opposés qui,en se recombinant, se suppriment l'une l'autre. D'une manière étonnante, un grand nombre d'autres dispositifs mécaniques n'ont eu que peu ou pas du tout d'effet pour éviter un écoulement en spirale. Par exemple, des plaques munies d'une'seule ouverture ou d'ouvertures multiples ont été disposées aux orifices de sortie des collecteurs, et on a constaté qu'elles étaient complètement inefficaces pour empêcher un écoulement en spirale. On a également utilisé sans succès diverses configurations d'ailettes de redressement. L'écoulement en spirale des gaz est un problème particulièrement aigu dans les configurations préférées des collecteurs, c'est-à-dire ceux dont les sections droites augmentent progressivement d'une façon non uniforme. On éprouve également des difficultés dans des collecteurs cylindriques de section droite uniforme, et il est envisagé que la disposition spéciale de la chicane selon l'invention des Demanderesse puisse être utilisée dans un collecteur de n'importe quelle configuration classique. La raison des difficultés rencontrées par la formation du coke lorsque les courants gazeux s'écoulent en spirale dans la canalisation de transfert n'est pas entièrement claire. Cependant, on estine que l'écoulement en spirale fait projeter, sous l'action de la force centrifuge,sur les parols de la canalisation de trans- fert, les éléments les plus lourds, en particulier ces du pétroLe de refroidissement X f : > Uses pliis susceptibles de forme e et qu'en se déplaçant plus lentement, ils constituent des zones de stagnation qui sont extrêmement susceptibles de produire une réaction, une polymérisation, ou un craquage supplémentaire. Quelle que soit la cause, il est clair que la formation de coke est nettement plus sévère lorsque les gaz effluents du collecteur s'écoulent en spirale dans la canalisation de transfert allant à l'équipement de traitement aval. I1 va de soi que la présente invention n'a été décrite et représentée qu'à titre explicatif, mais nullement limitatif, et qu'elle est susceptible de diverses variantes sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1. Procédé pour réduire la formation de coke des gaz effluents dans une canalisation de transfert en aval d'un collecteur de récupération d'un four de craquage à la vapeur d'eau, caractérisé en ce qu'il consiste à collecter les gaz effluents du four, à diviser dans le collecteur ces gaz en fractions parallèles approximativement égales et à recombiner ces fractions, de manière à éviter tout écoulement en spirale des fractions de gaz recombinées. 2. Appareil pour collecter et envoyer l'effluent gazeux d'un four de craquage à la vapeur d'eau à un équipement de traitement aval, caractérisé en ce qu'il comprend : un collecteur comprenant un corps comportant deux chambres de dimensions approximativement égales, une série d'orif ces d'entrée du corps intro au mo ns duisant l'effluent qui sort par/un orifice de sortie pour aller en aval, les orifices d'entrée et l'orifice de sortie étant en communication directe et simultanée avec les deux chambres un conduit dans lequel l'effluent s'écoule du four de craquage à la vapeur vers les orifices d'entrée et une canalisation dqkrans- fert reliant l'orifice de sortie à l'équipement de traitement aval, de sorte qu'une fraction de l'effluent gazeux du four pénètre dans chacune des chambres par les orifices d'entrée et les quitte par l'orifice de sortie en allant à l'équipement de trai- tement aval par la canalisation de transfert. 3. Appareil suivant la revendication 2, caractérisé n ce qu'une chicane est disposée à peu près perpendiculairement a orifices d'entrée et divise le corps du collecteur en chambres de dimensions approximativement égales. 4. Appareil suivant la revendication 3, caractérisé en ce que la chicane est métallique et est fixée au corps du collecteur à l'aide d'une soudure continue réalisée le long du bord de la chicane qui est opposé aux orifices d'entrée. 5. Appareil suivant la revendication 4, caractérisé en ce que des tiges d'espacement maintiennent la chicane alignée ri- gidement sur les orifices d'entrée et sur l'orifice de sortie. 6. Appareil suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la surface en section droite du collecteur augmente d'une manière continue en allant vers 1' aval.