Brevet FR2263481A1 — publié le 19751003

La présent invention concerne un appareil de refroidissement ou de réfrigération des produits par refroidissement direct. Elus précisément l'appareil a des applications particulieres au refroidisserent des effluents des fours pyrolyse. Dans la fabrication de ltéthylène et des produits semblables, il -est habituel d'opérer par cracking thermique d'hydrocarbures a hautes températures. Les effluents résultant du cracking sont ensuite refroidis rapidement, soit directement, soit indirectement, soit par association de dispositifs de refroidissement directs et indirects. Le refroidissement rapide des effluents s'accompagne d'un problème d'encrassement dû à la production de goudrons, de coke, de polymères lourds ou d'autres résidus pendant le refroidissement rapide. Ces résidus tendent à couvrir les parois de l'appareil de refroidissement, à réduire le transfert de chaleur de l'apnareil et, dans certains cas, à boucher l'aspareil.Par conséquent, il est nécessaire, ou bien d'arrêter l'installation de pyrolyse, ou bien d'appliquer des techniques classiques de nettoyage des matières en mouvement pour débarrasser l'appareil de refroidissement des matériaux gênants.Les praticiens de la technique antérieure ont tenté de mettre au point différentes techniques pour éviter l'accumulation de résidus sur 11 appareil de refroidissement.Une méthode satisfaisante consiste à faire couler, en permanence, un film d'huile de refroidissement descendant sur les faces de la paroi d'un dispositif de refroidissement à action directe, pendant la durée des opérations de refroidissement.Le brevet américain en 3 593 968 décrit un procédé et un appareil capables de faire couler de l'huile de refroidissement en permanence, de haut en bas, sur les faces d'une paroi de refroidissement à action directe, pendant le refroidissement, pour diminuer l'accumulation de goudrons, de polymères et d'autres produits de dépôt. L'invention a pour objet de proposer un appareil capable de retarder ou d'viter l'accumulation de goudrons,de polymères lourds et d'autres produits gênants sur la paroi d'un appareil de refroidissement. Dans ce but, une chambre de refroidissement,ayant un diamètre intérieur légèrement plus grand que le diamètre intérieur de la canalisation des effluents provenant du four, est placée dans l'axe de cette canalisation d'évacuation, à l'extrémité de celle-ci. La dimension de la canalisation de la chambre de refroidissement est choisie pour avoir une dimension interne du film d'huile e refroidissement sr la partie surieure de la parci de la chambre de refroidissement qui est approximativement la même que la dimension interne de la canalisation d'effluents du four.La chambre de refroidissement est cylindrique et se termie sur une canalisation de transfert qui transporte le mélange refroidi vers d'autres appareils, pour un traiteront nouveau. La canalisation de transfert a un diamètre sus-rieur è celui de la chambre de refroidissement pour réduire les pertes de pression dans le transport. Un boîtier est prévu autour de l'extrémité de la canalisation de sortie et de la chambre de refroidissement. Le boîtier contient un dispositif isolant et une chambre cour le passage des gaz de sortie.Le boîtier comprend aussi, dans sa partie inférieure, un réservoir pour l'huile de refroidissement. Ce réservoir à huile s'étend depuis un point situé au voisinage de l'extrémité de la chambre de refroidissement jusqu'a un endroit légèrement au-dessus de l'entrée. L'entrée de la chambre de refroidissement a la forme d'un tronc de cône inversé, avec une transition arrondie entre le tronc de cône inversé et la pa- roi cylindrique de la chambre de refroidissement.En fonctionnement, l'huile de refroidissement est fournie au réservoir et, quand le niveau de l'huile de refroidissement du réservoir s'élave jusqu'au sommet du tronc de cône, l'huile de refroidissement passe par-dessus le bord supérieur de ce tronc de cône et s'écoule à l'intérieur de la chambre de refroidissement,en formant un film continu, sur la paroi intérieure de la chambre de refroidissement. Après sa mise en contact dans la chambre de refroidissement, l'huile de refroidissement sort, au bas de la chambre, où elle se disperse sous l'effet de la turbulence des gaz partiellement refroidis, si bien que le refroidisseient s'a chève dans la canalisation de transfert.On choisit la vitesse d'écoulement en fonction de la quantité de chaleur à absorber. L'invention est décrite, en détail, par la suite, en se référant au dessin annexé oui est une coure verticale de l'extrémité d'une canalisation classique, de sortie d'un four à pyrolyse et de la chambre de refroidissement, avec son appareillage annexe, suivant l'invention. L'invention porte sur un ensernble de refroidissement direct1, prévu pour être raccordé directement à l'extrémité 2 d'une canalisation 3 sortant d'un four. Le gaz sortant du four peut être prérefroidi, sans que cela soit nécessaire. il s'échappe de l'extrémité 2 de la canalisation 3 sortant du four, pour passer directement dans l'ensemble de refroidissement 1, de l'invention, dans lequel il est partiellement refroidi par l'huile de refroidissement. La canalisation de transfert 29, à l'inté rieur de laquelle se poursuit le refroidissement1 contient un effluent composé de gaz et de liquide combinés. L'ensemble de refroidissement direct 1 est constitué, essentiellement, d'une chambre de refroidissement 4 et d'un boî- tier extérieur 10. La chambre de refroidissement 4 a une forme identique à l'extrémité 2 de la canalisation de sortie du four 3, mais les dimensions intérieures de la chambre de refroidissement 4 sont légèrement olus grandes que les dimensions intérieures de la canalisation de sortie du four 3. Les dimensions relatives de la chambre de refroidissement 4 et de la canalisation de sortie 3 sont choisies de manière à créer des conditions telles que le film 7 d'huile de refroidissement, descendant sur la paroi intérieure 6 de la chambre de refroldissement 4, ait essentiellement les même dimensions intérieures que l'extrémité 2 de la canalisation de sortie du four 3. di, la chambre de refroidissement 4 et la canalisation de sortie du four 3 ont une section circulaire, le rayon intérieur de la chambre de refroidissement dépassera donc le rayon intérieur de la canalisation de sortie du four d'une quantité au moins gale l'épaisseur du film 7. La chambre ce refroidissement 4 est équipée, à son extrémité supérieure ou entrée, d'une bague 8 qui sort vers le haut et vers l'extérieur de la chambre-de refroidissement 4. La ba gue 8 part de la chambre de refroidisserent 4, se dirige vers l'extérieur et s'élargit à la sortie. La bague 8 a, de préférence, une section profille pour offrir un passage arrondi à l'huile de refroidissement pénétrant dans la chambre de refroidissement. En pratique, on a observé qu'une bague 8, tronconique avec un angle de 45 à 10 par rapport à l'axe de la chambre de refroidissement 4, et un raccord curviligne 8; entre la bague 8 et la chambre de refroidissement 4, étaient particuliérement convenable. Le choix de l'angle et de la forme du raccord 0(--pend de le vitesse d'écoulement de l'huile de refroidis sement dans la chambre de refroidissement. La bague 8 peut aussi être tronconique sans raccord courbe. ha variation de la dimension et de la forme de la bague 8 est uniquement destinée à garantir que la plus grande partie de l'huile de refroidissement s'écoule directement de haut en bas des faces de la paroi 6 pour renouveler sans arrêt un film d'huile continu 7. La pratique a montré que si un peu d'huile de refroidissement s'écartait de la paroi pour pénétrer dans le flux sortant, il en restait cependant une proportion notable sur la paroi. L'extrémité supérieure du boîtier 10 est reliée à la canalisation de sortie 3 du four à pyrolyse et son extrémité inférieure 10 se raccorde à la chambre de refroidissement 4 et à la canalisation de transfert 29. Be boîtier 10 est profilé pour former un réservoir 12 contenant l'huile de refroidissement et pour recevoir un dispositif isolant l'extrémité 2 du tube de sortie 3. Le réservoir 12 est compris entre un point intermédiaire entre la chambre de refroidissement 4 et un endroit situé au-dessus de la bague 8. Cette orientation offre l'avantage supplémentaire de placer l'huile de refroidissement à l'extérieur de la paroi 6, dans la zone où circule le film d'huile de refroidissement 7, donc le film 7 est indirectement refroidi par l'huile de refroidissement contenue dans le réservoir 12.La chambre de refroidissement 4 se termine brutalement à l'intérieur de la canalisation de transfert 29. L'isolant se situe essentiellement entre l'extrémité de sortie 2 de la canalisation de sortie du four et un point, situé en amont près du raccord entre le boîtier 10 et la canalisation 3. Dans la zone voisine de l'extrémité de la canalisation des effluents 2 un dispositif qui se dilate sous l'effet de la chaleur comme des soufflets dilatables 1iLa chicane 14 isole l'extrémité de la canalisation des effluents de pyrolyse, de l'huile circulant par-dessus l'intérieur de la bague 8. Une chambre 20, pour gaz de purge, est située immédiatement au-dessus de la chicane 14 et délimitée par Ta chicane 14, une seconde chicane 22 et la canalisation 3.Un raccord 24 est prévu comme entrée de la chambre a gaz d'échannement 20 et le passage 25, entre la chicane 14 et la canalisation 2, donne accès, de la chambre 20, à la chambre de refroidissement 4.La vaneur ou autre saz de purge inerte est introduit sous pression par le raccord 24, dans la chambre de refreidissemert 4, en emnêchant ainsi l'entrée des gaz chauds dans l'isolant situé audessus de la chicane 14.La parol 22 coopère avec l'extrémité supérieure du boîtier C our ferrer une chambre devant recevoir l'isolent qui est remprésenté, sur le dessin, sous la forme d'un isolant solide co-ressible 2. isolant 26 sert à protéger la partie centrale du bottier 10 pour qu'elle ne soit pas chauffée par la canalisation 3 et qu'il y ait une variation progressive de température dans l'ensemble au boîtier 10, de l'extrémité chauffée par le raccord avec la canalisation 3, jus cutà l'extrémité refroidie par l'huile de refroidissement du réservoir 12. Un autre isolant, comme une chicane rayonnant avec des espaces isolants (non représentés), peut remplacer l'isolant solide 26 et assurer le même rôle. Un raccord 28 est prévu pour dernier accès au réservoir d'huile 1 L'huile de refroidissement est introduite dans le réservoir 12 par l'entrée 28 et peut s'élever jusqu'en haut de la bawiie 8. En fonctionement, les gaz sortant du four passent directement de l'extrémité 2 de la canalisation de sortie du four, dans la chambre de refroidisement 4. En nene temps, l'huile de refroidissement est pompée, par l'entrée 28, dans le réservoir 12 et au-dessus du rebord de la bague 8. L'huile de refroidisserent descend le long des parois et assure donc la double fonction de refroidissement des effluents et de fornation d'un film 7 sur la paroi, pour empêcher les dénôts de goudron, de coke ou autre rsic sur la paroi. A la sortie de la chambre de refroidis- seent 4, l'huile de refroidissement est dispersée dans la canalisation de transfert 29 par des gaz partiellement refroidis. On a obser@@ en pratique, que le liquide de refroidissement entrant sur le dessus de la bague 8 ne devait pas entrer en contact avec l'extrémité 2 de la canalisation de sortie du four. Ce contact doit être évité pour ne pas surchauffer le liquide ni tron refroidir la canalisat-on 2, l'un ou l'autre de ces deux phénomènes favorisant la formation de coke au point de contact. La plaque de déflexion ou chicane 14 a pour rôle d'empêcher ce contact. Voici un exemple de fonctionnement de la chambre de refroi dissement de l'invention. Les effluents de pyrolyse pénétrant dans la chambre de refroidissement 4, à la température d'entrée de 650 C environ et à la vitesse linéaire de 200m/s environ, sont réfrigérés et refroidis jusqu'à 230 C environ par l'huile de refroidissement qui pénétre en haut de la bague 8, à la température de 200 C environ.On peut obtenir le refroidissement désiré en@ompant l'huile de refroidissement, dans la chambre de refroidissement, la vitesse d'environ 1450 1/mm et par metre de circonfêrence de la chambre de refroidisserent. Si la bue tronconique 8 a un angle au sommet de 300, l'huile ne s'écarte Das de la bague tronconique 8 et lG majoure tartie descend le long de la naroi 6 en formant un film 7 d'environ 6,5 m d'épaisseur. Le gaz est partiellement refroidi au contact avec le film 7 qui tombe ensuite à la sortie de la chambre de refroidissement 4 où il se trouve dispersé par la turbulence des gaz de pyrplyse dans la canalisation de transfert 29.Une proportion suffisante du liquide dispersé vient frapner la paroi de la canalisation de transfert 29, au-dessous de la chambre de refroidissement pour maintenir cette dernière humide et éviter qu'elle ne se recouvre de dépôts gênants tandis que la majeure partie du liquide se rassemble, en contact intime avec les effluents pour compléter le refroidissement. On peut, à volonté révoir des ajutages de refroidissement supplémentaires latéraux sur la cI-ambre de refroidissement de l'invention pour refroidir une circulation d'effluent extrême ment importante ou très chaude. On remarquera que l'on a utilisé le terme film pour désigner l'huile de refroidissement oui descend le long de la paroi de la chambre de refroidissement. Ce terme n'est pas destiné à limiter l'épaisseur d'huile recouvrant la @aroi à une gamme de valeurs quelconques puisque ce film peut avoir une épaisseur notable. REVENDICATIONS I - appareil pour le refroidissement direct des gaz de pyrolyse sortant d'une canalisation de sortie d'un four à pyrolyse, caractérisé en ce qu'il est constitué par - une chambre de refroidissement alignée et montée en série avec la canalisation de sortie du four à pyrolyse, cette chambre de refroidissement ayant un profil uniformément identique à celui de la sortie de la canalisation des effluents et des dimensions intérieures depassant uniformément, sur toute la longueur de la chambre, le diamètre intérieur de la canalisation des effluents de ltépaisseur de la couche d'huile de refroidissement utilisée pour créer une circulation descendante le long de la paroi intérieure de la chambre de refroidissement;; - une bague, à l'extrémité d'entrée de la chambre de refroidissement, dirigée vers le haut et vers l'extérieur de la chambre, a proximité de l'extrémité de la canalisation des ef fluent s; - un réservoir d'huile de refroidissement concentrique à la portion supérieure de la chambre de refroidissement, place audessus du haut de la bague; et - un dispositif permettant d'introduire l'huile de refroidissement dans le réservoir à huile de refroidissement et pardessus le bord supérieur de la bague, à l'intérieur de la chambre de refroidissement pour qu'elle descende le long des parois de la chambre; de sorte qu'au momént où lton fait descendre l'huile de refroidissement, le long des parois de la chambre, le diamètre intérieur du film d'huile de refroidissement est le même que le diamètre intérieur de 1'extrèité de la canalisation sortant du four. 2 - Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la bague qui prolonge l'antre de la chambre vers le haut et vers l'extérieur assure un passage arrondi à l'huile de refroidissement qui pénétra dans la chambre de refroidissement. 3 - Annareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la bague qui prolonge l'entre de la chambre vers le haut et vers l'extérieur a la forme d'un tronc de cône. 4 - Appareil suivant la revendication 3, caractérisé en ce cu'il comprend encore une portion transitoire arrondie entre la bague tronconique et l'extrémité d'entrée de la chambre de refroidissement. 5 - Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif protégeant la canalisation de sortie du four de l'huile de refroidissement, qui circule sur la bague, est une chicane annulaire située entre la bague et l'extrémité de la canalisation de sortie du four. 6 - Appareil suivant la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend encore un dispositif isolant disposé autour de l'extrémité du tube de sortie du four. 7 - Appareil suivant la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend encore une canalisation de transfert de diamètre supérieur à celui de la chambre de refroidissement, disposée en série à la suite de la chambre de refroidissement pour constituer une terminaison brusque de la chambre de refroidissement. 8 - Appareil suivant la revendication 7, caractérisé encore en ce qu'il comprend une chambre à gaz de purge située au-dessus du dispositif de protection, ayant une entrée, de l'extérieur vers la chambre à gaz dè purge, pour l'introduction du-gaz de purge qui doit passer entre le dispositif de protection et la canalisation de sortie du four pour enpecher l'entrée des effluents du four dans le dispositif isolant. 9 - Appareil suivant la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend encore un boîtier entourant la chambre de refroi dissement, nrévu pour recevoir le réservoir d'iiuile de refroidissement, la chicane annulaire située entre la bague et l'extrémité de la canalisation de sortie des effluents, la chambre à gaz de purge et le disDositif d'isolement disposé autour de l'extrémité de la canalisation de sortie du four. 10 - Appareil suivant la revendication 8, caractérisé en ce que le disnositif isolant est constitué d'un matériau isolant compressible. Il - Appareil suivant la revendication 3, caractérisé en ce que l'angle de la bague en tronc de cône inversé est compris entre 450 et 100 nar raPPORT à l'axe de la chambre de refroidissement. 12 - Procédé de refroidissement des gaz de pyrolyse sortant d'une canalisation d'effluent, caractérisé en ce qu'il comprend les étanes suivantes - faire passer les gaz de pyrolyse par une chambre de refroidissement à action directe; - faire descendre de l'huile de refroidissement sur les faces de la chambre de refroidissement parallèlement aux gaz de nyrolyse de manière à ce que la surface de la section du volume délimité par l'huile de refroidissement soit la même que la surface de la section intérieure de la canalisation de sortie, et - apr@tiquer brutale ent les effluents du four et l'huile de refroidissement dans une chambre agrandie située é l'extrémité de la chambre de refroidissement. 13 - Appareil@ pour le refroidissement des effluents d'un four sortant de la canalisation de sortie, caractérisé en ce qu'il est constitué par - une chambre de refroidissement disposée en série, à la suite de la canalisation d'effluent du four, laquelle chambre de refroidissement a la forme de l'extrémité de la canalisation des affluents; - une bague, @ l'extrémité d'entrée de la chambre de refroidissement, dépassant vers le haut et vers l'extérieur, à proximité de l'extrémité de la canalisation d'affluent, laquelle bague fore un passage arrondi pour l'huile de refroidissement entrant dans la chambre de refroidissement; ; - un réservoir à huile de refroidissement disposé autour Se la partie supérieure de la chambre de refroidissement, placé au-dessus du haut de la bague; - un dispositif permettant d'introduire l'huile de refroidissement dans le réservoir a huile et par-dessus le bord supérieur de la bague, à l'intérieur de la chambre de refroidis sement @@ qu'elle descende le long des parois de cette chambre; - une chicane disposée entre la canalisation d'effluent et le ba@guenet -une chambre à gaz de purge, au-dessus de la chicanne, telle @@ de gaz de purge soit dirigé entre l'extrémité de la canalisation d'effluents et la chicane.