Brevet FR2120113A1 — publié le 19720811

La présente invention se rapporte à un procédé de craquage d'hydrocarbures et à un appareil adapté pour sa mise en oeuvre. Dans la production d'éthylène3 de propylène et d'autres oléfines utiles, par craquage thermique d'hydrocarbures au moyen d'un four tubulaire chauffé 5 extérieurement et en utilisant un refroidisseur de gaz indirect multitubulaire, il est d'usage de réunir de deux à six tubes de chauffage (également appelés "tubes de réaction thermiques") en un tube de grand diamètre et de raccorder ce dernier à l'ajutage d'entrée du refroidisseur afin de diriger les gaz de craquage vers celui-ci. Cette disposition est nécessaire du fait que les tubes 10 de chauffage n'ont qu'une capacité limitée, alors que le refroidisseur est capable de traiter simultanément les matières débitées par plusieurs tubes de chauffage. Dans un agencement classique, tel que celui représenté en exemple sur la figure 1 du dessin annexé, les gaz soumis à une décomposition thermique pour 15 former des gaz de craquage, sont traités dans deux tubes de chauffage B^, d'un four de craquage A. Les deux courants de gaz de craquage se rejoignent en un seul courant grâce à un tube de jonction G en forme de Y, et ce courant combiné entre dans la chambre F du refroidisseur E par un unique tube d'entrée rectiligne D. Dans la chambre F, le courant de gaz de craquage est divisé entre 20 un certain nombre de tubes de refroidissement G dans lesquels les gaz se refroidissent rapidement par échange de chaleur avec un réfrigérant, tel que l'eau. Dans le procédé classique utilisé jusqu'à présent, le tube et la chambre d'entrée du refroidisseur sont conçus de manière que, comme le montre la figure 1, le tube d'entrée D soit un tube rectiligne ayant une section circulaire, 25 tandis que la chambre d'entrée des gaz F présente une forme ayant une simple symétrie axiale, par exemple, la forme ellipsoïde de révolution ou d'un cône. Les variantes de l'agencement ci-dessus comprennent un dispositif vertical, tel que celui représenté sur la figure 2 (i) dans lequel des tubes et ont une forme conique de sorte que la section de leur ouverture augmente progres-30 sivement en direction de l'extrémité antérieure, ces tubes étant raccordés, aux extrémités postérieures, des tubes de chauffage et qui, de leur côté^ sont reliés, par un tube en Y retourné C, ou bien une variante horizontale, comme celle représentée sur la figure 2 (II) qui comporte un tube de jonction à trois branches C appartenant à un four horizontal A. 35 Ce procédé classique de préparation d'oléfines au moyen des équipements connus décrits ci-dessus, présente les inconvénients suivants : la perte de pression dans le tube de jonction C est telle et la pression interne de l'équipement est si élevée que le rendement en oléfines utiles est faible. De plusv les périodes prolongées de séjour des gaz dans le tube de raccordement C, dans 40 la chambre d'entrée F, etc., conduisent à des degrés de craquage excessives et, 71 47316 2 2120113 par conséquent, réduisent les rendements en oléfines utilisables. A cela s'ajoute qu'une cokéfaction due aux conditions d'écoulement ou aux conditions thermiques régnant dans le tube de raccordement C peut éventuellement, entraver la régularité de fonctionnement de l'appareil. Etant donné que le tube de 5 raccordement C est d'une construction compliquée et a de grandes dimensions, il tend à avoir une structure dont les résistances thermique et mécanique sont insuffisantes. Les carbures solides (coke) qui circulent dans la chambre d'entrée F ne s'accumulent pas à la base de celle-ci, mais se déposent sur les parois des entrées des tubes de refroidissement G, tendant ainsi à les obstruer. 10 En conséquence, le but principal de l'invention est de fournir un procé dé et un appareil pour éviter ces inconvénients. Selon l'invention, ces inconvénients sont éliminés par la suppression du tube de jonction C, les gaz des tubes de chauffage et étant introduits séparément dans la chambre d'entrée, avec laquelle communiquent les tubes 15 s'épanouissant vers le haut, un espace mort étant prévu dans cette chambre pour éliminer les tourbillons nuisibles et pour assurer une distribution uniforme des gaz entre les différents tubes de refroidissement, tout en abrégeant le temps de séjour de ces gaz dans la chambre, un fond horizontal à gradins étant prévu dans ladite chambre (cette partie en gradins constituant au moins 10 °L 20 et, de préférence, entre 30 et 60 % de l'aire de la section de la chambre, mesurée perpendiculairement à la direction d'écoulement des gaz), de manière à collecter les particules de coke transportées des tubes de chauffage, en évitant ainsi toute obstruction des entrées des tubes de refroidissement et tout reflux du coke vers les tubes de chauffage. Dans ces conditions, l'appareil 25 selon l'invention permet de fabriquer des oléfines utiles avec des rendements élevés. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple nullement limitatif, en référence au dessin annexé, dans lequel : 30 - les figures 1 et 2 (i), (il) sont des vues schématiques montrant des raccordements entre un refroidisseur et les tubes de chauffage dans un appareil de craquage d'hydrocarbures classique ; - la figure 3 est une vue en coupe du raccordement d'un refroidisseur et des tubes de craquage selon un mode de réalisation de la présente invention ; 35 et, - les figures 4 (i), (il) sont des vues partielles, en coupe illustrant des fonds en gradins d'un refroidisseur conforme à l'invention. En se référant plus particulièrement à la figure 3, on voit un agencement dans lequel les gaz de craquage 2, chauffés dans un four 1, s'élèvent 40 dans un refroidisseur 4 -à travers les tubes de chauffage ou de craquage 3. 71 47316 3 2120113 Le refroidisseur 4 comporte une chambre d'entrée 8 à sa partie inférieure, chambre qui est formée par les enveloppes 5, 6, l'isolation thermique 7, etc. Dans cette chambre 8 débouchent des tubes 10 dont la section augmente progressivement en direction de la sortie et qui sont supportés séparément par des man-5 chons 9. Les tubes 10 comportent, à leurs extrémités postérieures, des brides 11 pour le raccordement avec les brides 12 des tubes de chauffage 3. Dans le mode de réalisation représenté, ils forment deux passages de circulation. Entre les enveloppes 5-6, est défini un espace 13 ayant la forme d'une ellipse ou d'un cercle concentrique à l'axe du refroidisseur. 10 La partie de l'enveloppe 5 définissant la chambre d'entrée 8 présente un fond horizontal à gradin 14. Un élément d'espacement 15, remplissant un espace mort, est situé au centre de la chambre d'entrée 8. Comme mentionné, l'aire de la surface du fond à gradin 14 représente, au moins, 10 % de l'aire de la section de la chambre 8, mesurée perpendiculairement à la direction d'écoulement 15 des gaz. Dans le mode de construction ci-dessus, les gaz de craquage 2 s'élèvent dans les tubes de refroidissement 16 en passant à travers les tubes évasés 10, l'espace 13 et la chambre d'entrée 8. Ces gaz sont refroidis par échange de chaleur avec un réfrigérant circulant dans la chemise 17. 20 Sur la figure 3, le fond à gradin 14 est représenté comme étant horizon tal, mais il est généralement possible d'adopter un gradin soit horizontal formant un angle 6 avec l'horizon approximativement nul et/ ou incliné vers l'extérieur avec un angle négatif, à condition que la surface du gradin permette au coke de se déposer de façon stable. 25 Le mode de construction selon l'invention décrit ci-dessus pour préparer des oléfines utiles présente les avantages suivants : En premier lieu, la suppression du tube de jonction qui était utilisé jusqu'à présent élimine toute possibilité de pertes de pression dues à la confluence des courants de gaz en réduisant les pertes de pression entre les sorties 30 des tubes de chauffage 3 et le refroidisseur 4 et en raccourcissant considérablement la distance entre ceux-ci et, par conséquent, le temps de rétention, en évitant ainsi toutes les réactions secondaires indésirables. En second lieu les pertes de pression des gaz, avant leur entrée dans la chambre 8 sont considérablement diminuées du fait que le premier ralentissement 35 des gaz se produit dans les tubes évasés 10 communiquant avec la chambre d'entrée. Bien que des tubes analogues aux tubes 10 soient utilisés dans le four A de l'appareil classique représenté sur la figure 2 (i), la disposition adoptée dans celui-ci n'est pas avantageuse car les gaz sont retenus beaucoup trop longtemps après leur passage à travers les tubes évasés et ne peuvent pas être refroidis 40 rapidement. 71 47316 4 2120113 En troisième lieu, la chambre d'entrée conforme à l'invention est conçue de telle sorte que la vitesse des gaz de craquage peut y être réduite à un niveau approprié. De plus, l'élément d'espacement 15 peut prendre n'importe quelle forme qui convient pour assurer une distribution uniforme des vitesses d'écoule-5 ment des gaz vers les différents tubes de refroidissement 16. Quatrièmement, la présence du fond horizontal à gradin 14, qui représente, au moins, 10 % et, de préférence, entre 30 et 60 °L de l'aire de la section de la chambre à gaz 8 mesurée perpendiculairement à la direction d'écoulement des gaz, permet aux particules de coke de se séparer du courant de gaz et de 10 se déposer sur le fond, au lieu de se remélanger dans le courant de gaz. Ceci exclut tout risque que les particules de coke puissent boucher les entrées des tubes de refroidissement 16 et que le coke retombe et reflue dans les tubes de chauffage 3. Ce coke est évacué pendant les visites d'entretien normales de l'appareil. 15 Un autre avantage qui découle de la suppression du tube de jonction rési de dans la grande résistance mécanique qui en résulte". Les structures ordinaires ont un certain nombre de problèmes qui sont à attribuer aux conditions thermiques du tube de jonction. C'est ainsi, par exemple, que les tubes de jonction en fonte se fendent facilement sous l'action des contraintes thermiques. Dans 20 la présente invention, ce problème ne se pose plus, tout en diminuant les frais de fabrication de l'appareil par suite de la suppression de cette pièce de fonte. On va décrire maintenant le procédé de l'invention pour préparer des oléfines utiles, comparativement à un procédé classique, les résultats étant indi-25 qués dans le tableau 1 ci-après. Selon le procédé classique, comme le montre la colonne A du tableau, les rendements en gaz de craquage sont affectés par les élévations de pression se produisant dans les tubes de chauffage et qui correspondent à une élévation rapide de la pression à la sortie du four de craquage, ou dans les entrées des 30 tubes de refroidissement, résultant des dépôts de coke. De plus, les intervalles d'enlèvement du coke sont abrégés par l'augmentation de la vitesse de cokéfaction sur les tubes de transfert de chaleur et, de ce fait, par l'augmentation de la vitesse à laquelle la température superficielle des tubes de réaction s'élève. Par contre, comme on le voit dans la colonne B du même tableau, 35 le procédé de la présente invention diminue à la fois les vitesses d'élévation de la pression à la sortie du four de craquage et la température de la surface des tubes de chauffage, tout en allongeant les intervalles d'enlèvement du coke à une valeur supérieure au double des intervalles usuels. En ce qui concerne les rendements en oléfines utiles, le procédé permet d'augmenter les rendements 71 47316 5 2120113 CgHg et en 1,3-butadiène respectivement d'environ 15,8 et 16 %. On voit donc que le procédé de l'invention présente des avantages très nets sur le procédé classique. TABLEAU I 5 i ! Unités Exemple A d'un procédé classique Exemple B du procédé selon l'invention 10 Vitesse d'augmentation de la pression à la sortie du four de craquage. O kg/cm jour 0,008 0,002 15 Vitesse d'augmentation de la température à la surface des tubes de craquage. °C/jour 1,5 0,8 Intervalle d'enlèvement de coke. jours 40 90 20 Rendements en oléfines utiles. °L en poids (1) CH. 4 17,0 15,0 (2) C2H4 24,0 27,6 (3) C3H6 14,3 15,5 (4) 1-3 butadiène 3,G 3,5 25 (5) BTX 14,0 14, a 71 47316 6 2120113 REVENDICATIONS 1.- Procédé de production d1oléfines utiles par craquage thermique d'hydrocarbures au moyen d'un certain nombre de tubes de craquage et en refroidissant les gaz de craquage résultants dans un seul refroidisseur indirect multi- 5 tubulaire du type vertical, caractérisé en ce qu'on refroidit les gaz de craquage dans un refroidisseur ayant, dans sa partie inférieure, un certain nombre de tubes 10 dont le diamètre croît progressivement vers le haut, qui sont reliés auxdits tubes de craquage et dont les extrémités supérieures débouchent dans rane chambre à gaz 8 qui présente un fond à gradin, aucun moyen n'étant prévu 10 pour que les courants de gaz de craquage confluent à travers un tube de jonction en Y inversé quelconque ou analogue avant d'entrer dans ledit refroidisseur. 2.- Appareil pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, comportant un certain nombre de tubes de craquage et un seul refroidisseur in- 15 direct multitubulaire du type vertical relié audit tube pour refroidir les gaz de craquage, caractérisé en ce qu'il comprend un certain nombre de tubes dont le diamètre croît progressivement vers le haut qui communiquent avec une chambre d'entrée de gaz prévue dans la partie inférieure du refroidisseur, les extrémités inférieures des tubes dont le diamètre augmente vers le haut étant 20 reliées aux extrémités supérieures d'un nombre correspondant de tubes de craquage, ladite chambre d'entrée comportant un fond à gradin. 3.- Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que la chambre d'entrée de gaz comporte à sa partie centrale un élément d'espacement délimitant un espace mort, les tubes dont le diamètre croît vers le haut débouchant 25 dans cette chambre autour dudit élément d'espacement. 4.- Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que le fond à gradin de la chambre d'entrée représente, au moins, 10 °L de l'aire de la section de ladite chambre, mesurée perpendiculairement à la direction d'écoulement des gaz de craquage. 30 5.- Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que le fond à gradin de la chambre d'entrée de gaz est, au moins, partiellement incliné vers 1'extérieur.