Brevet FR2172850A1 — publié le 19731005

La présente invention concerne les procédés d'échange de chaleur, plus précisément un procédé de trempe des produits de transformation des hydrocarbures. L'invention peut être utilisée avec le maximum d'efficacité dans les procédés de pyrolyse des dérivés du pétrole, notamment des fractions kérosène-gasoil. On sait qu'au cours de la production des produits finals de transformation des hydrocarbures il se forme des sous-produits parasites. Ainsi, dans la production des oléfines ou des hydrocarbures aromatiques considérés comme produits finals, il se forme du coke et du méthane qui sont considérés comme des sous-produits. Pour réduire la formation des sois-produits on soumet les produits de transformation des hydrocarbures à une opération dénommée "trempe", qui est réalisée dans des appareils spéciaux où l'on refroidit rapidement les produits de transformation chauffés, en y envoyant un liquide, notamment de l'eau. Au cours d'un tel refroidissement, la température des produits de transformation baisse rapidement au-dessous de la température de formation des sous-produits parasites. Toutefois un tel procédé de trempe donne lieu à la formation de dépôts considérables de coke sur les parois internes des appareils de trempe, d'où la nécessité d'arrêter fréquemment le fonctionnement des appareils pour éliminer le coke par combustion, ce qui provoque à son tour des percées par brûlure des appareils. Ce procédé connu est caractérisé en outre par un coefficient de transfert de chaleur relativement bas, ce qui prolonge la durée du processus de trempe et entraîne une baisse de rendement en produits finals, notamment en oléfines, qui sont des matières premières de valeur utilisées dans un certain nombre de procédés. La présente invention vise à réduire les inconvénients précités. On s'est donc proposé de créer un procédé de trempe permettant de réduire les dépôts de coke sur les parois internes de 11 appareil de trempe et d'améliorer l'échange de chaleur au cours de la trempe. On a trouvé que pour atteindre le but précité ainsi que d'autres objectifs, on pouvait mettre en oeuvre un procédé du type consistant essentiellement à effectuer la trempe des produits de transformation des hydrocarbures par admission d'un liquide destiné à abaisser rapidement laAempérature des produits de transformation jusqu'à une température inférieure à la température de formation de sous-produits parasites, ledit procédé étant caractérisé, selon l'invention, en ce que l'on introduit en outre, directement dans le flux de produitsde transformation, un liquide destiné à former un film liquide mobile entourant les produits précités. Un tel procédé de trempe des produits de transformation réduit sensiblement les dépôts de coke, car'le film liquide mobile s'oppose au contact direct entre les produits de transformation et les parois internes de l'appareil. Le coke est évacué par le film liquide, ce qui permet de prolonger la durée de service des appareils de trempe. le procédé de trempe conforme à l'invention assure en outre un échange de chaleur efficace, ce qui permet de réduire la durée de la trempe et d'augmenter le rendement en produits finals. Outre le liquide destiné à former le film mobile, il est avantageux d'introduire une quantité supplémentaire de ce même liquide à l'état dispersé servant d'appoint pour le film liquide. Les vitesses d'écoulement élevées des produits de transformation conduisent à une forte turbulence au sein du film liquide et à un décollement de gouttes de sa surface, créant ainsi des solutions de continuité dans le film. En outre, la présence du liquide à l'état dispersé intensifie considérablement 11 échange de chaleur entre le flux de produits de transformation et le film liquide grâce à l'augmentation et au renouvellement continuels de l'interface d'échange thermique. Il est recommandé d'utiliser en tant que liquides filmogènes des métaux, leurs oxydes ou leurs sels à l'état de fusion, utilisés séparément ou conjointement car leurs points d'ébullition sensiblement plus élevés que ceux des autres liquides permettent d'améliorer la stabilité du film. Il est préférable, pour former un film plus efficace, d'introduire le liquide en un seul ou en plusieurs points de la zone de trempe, ce qui permet d'intensifier l'échange de chaleur entre les produits de transformation des hydrocarbures de départ et le film liquide, et de réduire ainsi la durée de la trempe. D'autres buts et avantages de l'invention apparaitront clairement à la lecture de la description détaillée suivante de plusieurs exemples non limitatifs de mise en oeuvre, illustrés par les dessins annexés dans lesquels - la figure 1 représente un appareil de trempe à colonne (vue en coupe longitudinale) - la figure 2 représente un appareil de trempe à calandre et tubes (vue en coupe longitudinale) - la figure 3 représente une variante de l'appareil de trempe à calandre et tubes (vue en coupe longitudinale) - la figure 4 est une vue schématique illustrant le processus de trempe des produits de transformation des hydrocarbures. le procédé précité peut être réalisé au moyen de n'importe quel appareil de trempe connu à l'heure actuelle, notamment au moyen d'un appareil de trempe à colonne représenté sur la figure t. Cet appareil est constitué par un tube de gros diamètre muni d'une pipe 2 servant à l'introduction des produits de transformation des hydrocarbures de départ, d'une pipe de sortie 3 servant à ltévacuation des produits de transformation d'un injecteur 4 servant à l'admission de l'eau à l'état dispersé pour l'abaissement de la température des produits de transformation de manière à la rendre inférieure à la température de formation des sous-produits parasites.En outre le tube 1 est muni d'une poche annulaire 5 avec une pipe 6 permettant d'introduire additionnellement, directement dans le flux de produits de transformation du chlore de lithium en fusion destiné à former un film liquide entourant les produits précités. Le tube 1 comporte également un injecteur 7 destiné à introduire, dans le flux de produits de transformation à l'état de fusion, du chlorure de lithium servant d'appoint pour rétablir le film liquide au cas où sa continuité serait compromise. le procédé proposé est réalisé dans cet appareil à colonne de la manière suivante. les produits préchauffés de transformation des hydrocarbures de depart arrivent par la pipe 2 dans le tube 1. Pour abaisser rapidement la température des produits de transformation on admet par l'injecteur 4 de l'eau à l'état dispersé. Parallèlement, on fait arriver par la pipe 6 dans la poche annulaire 5 du chlorure de lithium à l'état de fusion pour former un film liquide. En s'écoulant par dessus le bord denté du tube 1 la matièreen fusion s' écoule à la surface interne du tube 1 sous forme de jets qui s'étalent sur cette surface et se-réunissent pour former le film. Du fait que les produits gazeux de transformation se déplacent à des vitesses linéaires élevées, le film liquide est entraîné par les forces de frottement et avance dans le même sens que les produits de transformation.Le film mobile prévient le contact entre les produits de transformation et la surface interne du tube 1. le coke qui se forme et qui est un sous-produit parasite ne se dépose pas à la surface interne du tube 1 mais est entraîné par le film liquide mobile pour être évacué en continu hors de l'appareil. Du fait de l'écoulement du liquide sous forme d'un film le coefficient de transfert de chaleur entre le flux de gaz de produits de transformation ét la paroi de l'appareil augmente et est supérieur d'au moins une fois et demie à deux fois au coefficient de transfert de chaleur obtenu dans le cas de l'écoulement des gaz sur une paroi sèche. Les vitesses élevées d'écoulement des gaz des produits de transformation provoquent une forte turbulence du film liquide, et pour cette raison une partie du liquide se décolle de la surface du film sous forme de gouttes sous l'effet de l'écoulement des gaz des produits de transformation, ce qui entraine des ruptures (solutions de continuité) du film.En outre l'intégrité du film eA comprise au cours de son passage par les courbes du tube 1 ainsi que Bous l'effet des aspérités inégales des diverses parties de la surface du tube 1. Pour l'appoint du film on introduits le liquide dans l'appareil de trempe 1 à l'état dispersé par l'injecteur 7. La présence de liquide à Itétat dispersé intensifie-sensiblement les échanges thermiques entre les produits de transformation et le film liquide grâce à l'accroissement et au renouvellement incessant de l'interface. Un autre genre d'appareil de trempe permettant de mettre en oeuvre le procédé de trempe de l'invention est représenté sur la figure 2. l'appareil de trempe à calandre et tubes représenté sur cette figure comporte un tube 1 muni d'une pipe d'admission 2 des produits de transformation des hydrocarbures de départ, d'une pipe d'évacuation 3 des produits de transformation et d'une poche annulaire 5 avec une pipe 6 pour l'introduction directe, dans le flux de produits de transformation, d'une matière d'appoint constituée par le plomb à l'état de fusion et destinée à former un film liquide entourant les produits précités. le tube 1 est monté à l'intérieur d'une calandre 8 coaxialement avec elle et constitue avec cette calandre une enceinte intermédiaire 9. La calandre 8 est munie d'une pipe 10 destinée à l'introduction de l'eau et d'une pipe Il destinée à la sortie de la vapeur. le procédé proposé est mis en eouvre dans cet appareil d'une manière analogue à celle décrite plus haut, avec cette différence que l'abaissement de la température des produits de transformation au-dessous de la température de formation des sous-produits intervient grâce à lUwaporation de l'eau arrivant par la pipe 10 dans l'enceinte intermédiaire- 9. -la vapeur qei se forme par ébullition de l'eau dans l'enceinte intermédiaire 9 est évacuée par la pipe 11. Encore un autre genre d'appareil de trempe permettant de mettre en oeuvre le procédé de trempe est représenté sur la figure 3. C'est ainsi un appareil de trempe à calandre et tubes, mais qui diffère de l'appareil qui vient d'être décrit en ce que la calandre 8 de cet appareil est munie d'une pipe 12 destinée à ltadmission et d'une pipe 13 destinée à la sortie du flux de vapeurs de la fraction d'essence, alors que le tube 1 est muni d'une pipe 14 destinée à la sortie des produits de transformation et composée de deux parties dont l'une est cylindrique et l'autre conique. La partie conique de la pipe 14 est située à l'intérieur du tube 1 et forme avec celui-ci une poche annulaire 15. Cette poche est munie d'un tube 16 destiné à amener une matière d'appoint constituée par le plomb à l'état de fusion et destinée à former un film liquide sur la surface externe du tube 1. A l'intérieur du tube 1 est montée une hélice 17 de manière qu'elle soit partiellement logée à l'intérieur de la partie conique de la pipe 14. Be procédé proposées mis en oeuvre dans cet appareil d'une manière analogue à celle décrite plus haut, avec cette différence que l'abaissement de la température des produits de transformation au-dessous de la température de formation des sous-produits s'effectue par le transfert de chaleur au flux de fraction d'essence évaporée qui est introduite dans l'enceinte intermédiaire 9 ; le film liquide mobile formé par le plomb en fusion s'oppose à la formation de dépôts de coke non seulement sur la surface interne du tube 1 mais aussi sur sa surface extérieure le rétablissement du film de plomb fondu est réalisé par l'hélice 17 : en effet, en arrivant sur cette hélice les gouttes de plomb fondu reçoivent un mouvement de rotation et de translation et sont appliquées-par la force centrifuge à la paroi interne du tube 1 et s'étalent sur cette surface. On effectue la trempe de la manière suivante. les produits de transformation pré chauffés des hydrocarbures arrivent dans l'appareil de trempe 18 (figure 4) où ils subissent la trempe suivant l'invention. La suspension de coke formée au sein du métal à l'état de fusion, de pair avec les produits de transformation refroidis, arrive par un tube 19 dans un séparateur 20. A l'intérieur du séparateur 20 la suspension de coke au sein de la phase liquide est séparée des produits gazeux de transformation et ces derniers sont envoyés au fractionnement le long du tube 21.La matière en fusion cpntenant le coke en suspension arrive par un tube 22 dans un appareil 23 servant à régénérer le plomb à l'état de fusion en vue de le débarrasser du coke. le sous-produit parasite qu'est le coke, obtenu par régénération, est évacué par un tube 24 tandis que la matière en fusion régénérée est recyclée par un tube 25 dans l'appareil de trempe 18. Exemple t. On fait arriver dans l'appareil de trempe à colonne (figure 1), traversé par les produits de pyrolyse du butane, du chlorure de lithium à l'état de fusion en le répartissant sous forme d'un film liquide suivant le périmètre interne. On y injecte en outre de l'eau sous forme d'une dispersion qui en s'évaporant refroidit les produits de transformation, ainsi que du chlorure de lithium à l'état de fusion en tant qu'appoint pour le film liquide. On réalise l'introduction de l'eau en trois points suivant la longueur de l'appareil. La température des produits de pyrolyse baisse dans ce cas de 8000C à 6250C. Exemple 2. On introduit dans les tubes I d'un appareil de trempe à calandre et tubes (figure 3), simultanément avec les produits de pyrolyse d'une fraction d'essence, du plomb à l'état de fusion de manière qu'il se forme un film sur les surfaces internes des tubes. On admet dans l'enceinte intermédiaire entre les tubes les vapeurs préchauffées d'une fraction d'essence. La surface extérieure des tubes est également baignée par le film liquide de plomb à l'état de fusion, qui se déplace à contre-courant sous l'effet des forces de frottement qui naissent au cours du mouvement des vapeurs de la fraction d'essence. Grâce à l'échange de chaleur efficace à travers le système film-paroi-film, les produits de transformation se refroidient de 8000C jusqu'à 6000C ,tandis que les vapeurs de la fraction d'essence sont surchauffées. le coke est évacué de l'appareil par le métal à l'état de fusion. Exemple 3. On introduit les produits de pyrolyse et le métal fondu dans les tubes d'un appareil de trempe (figure 2.) conformément aux conditions de l'exemple 2. On refroidit les surfaces extérieures des tubes avec de l'eau bouillante en obtenant simultanément de la vapeur d'eau. les produits de transformation sont refroidis de 8000C jusqu'à 4000C. Bipn entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées selon l'esprit de l'invention et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDIGATIONS 1. Un procédé de trempe des produits de transformation des hydrocarbures, par admission d'un liquide destiné à abaisser rapidement la température de ceux-ci au dessous de la température de formation de sous-pmduits,-caractérisé en ce qu'en outre on introduit, directement dans le flux de produits de transformation, un liquide destiné à former un film liquide mobile entourant lesdits produits. 2. Un procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que, outre le liquide destiné à former le film, on introduit une quantité additionnelle de ce même liquide à l'état dispersé servant a'appoint pour le film liquide. 3. Un procédé suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que pour former le film précité on utilise, séparément ou conjointement, des métaux, des oxydes de métaux ou des sels de métaux à l'état de fusion. 4. Un procédé de trempe suivant l'une des revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce que pour former le film de liquide on introduit le liquide en un ou en plusieurs points de la zone de trempe. 5. les produits de transformation des hydrocarbures, caractérisés en ce qu'ils sont traités conformément au procédé de l'invention.