Brevet FR2315478A1 — publié le 19770121

La présente invention concerne un perfectionnement aux fours de reformage à la vapeur en continu des hydrocarbures. Le reformage à la vapeur est un procedé bien connu de préparation de gaz de synthèse dans lequel on traite un hydrocarbure par de la vapeur d'eau en présence d'un catalyseur pour obtenir de l'hydrogène, de l'oxyde de carbone et de l'anhydride carbonique. Dans le cas du méthane les réactions peuvent être représentées par les équations Ces réactions globales de reformage sont fortement endothermiques et le mélange réactionnel doit être chauffé. L'hydrocarbure traité est du méthane, de l'éthane, du propane, du butane, du gaz naturel, des gaz de raffinerie, des naphtas. Les fours employés pour le reformage à la vapeur en continu sont constitués par une enceinte métallique de base circulaire de préférence rectangulaire, garnie intérieurement de matériaux réfractaires et isolants. Le four contient des tubes verticaux qui sont disposés en nappes parallèles dans le cas des fours à base rectangulaire. Les tubes sont remplis de catalyseur et sont chauffés extérieurement par des brûleurs. On introduit le plus souvent l'hydrocarbure à réformer, généralement préchauffé, à la partie supérieure. On recueille les gaz de reformage à la partie inférieure par un collecteur métallique. Ce collecteur est placé horizontalement à angle droit par rapport aux tubes porte-catalyseur. Le principal problème posé par la conception et l'étude d'un four de reformage est dû à la dilatation des tubes sous l'influence des variations de température. Cette dilatation varie d'un tube à l'autre sous l'influence de variations du flux thermique, de modifications des réactions de réformage dues à des fluctuations du débit ou de la pression d'alimentation etZou à des modifications de la composition ou de la structure du catalyseur1 etc... Les fours sont généralement construits de façon que les tubes puissent se dilater librement à travers la voûte. Par contre, les liaisons entre les tubes porte-catalyseur et le collecteur doivent être réalisées de façon à compenser les mouvements du collecteur provoqués par sa propre dilatation et par la dilatation des tubes.Faute d'un système de compensation des contraintes supplémentaires d'origine thermique se produisent inévitablement et peuvent entraîner des ruptures. On a proposé de relier les tubes porte-catalyseur au collecteur par soudure directe du tube sur le collecteur de nappe. Les contraintes d'origine thermique sont alors entièrement retransmises au collecteur par l'intermédiaire des soudures de liaison. On est alors amené pour minimisér l'effet de ces contraintes à utiliser des fours et des tubes porte-catalyseur largement dimensionnés. On diminue ainsi la vitesse spatiale du mélange réactionnel. De plus il est alors nécessaire de changer plus fréquemment le catalyseur pour éviter des surchauffes locales dues à une modification ou une détérioration de celui-ci. On a également proposé d'effectuer la liaison inférieure entre tubes porte-catalyseur et collecteur par l'intermédiaire de gueuzes de cochons" ou de lyres de dilatation. La flexibilité de la liaison est alors obtenue par utilisation d'un tube de liaison de petit diamètre et d'assez grande longueur. Mais dans ce cas la perte de charge est élevée. De plus les lyres de dilatation sont mécaniquement fragiles. On a également proposé d'effectuer la liaison en fixant entre le tube porte-catalyseur et le collecteur un tube rigide, de diamètre relativement réduit par rapport au diamètre du tube porte-catalyseur. On obtient ainsi une liaison ayant une certaine capacité de déformation tout en présentant une perte de charge plus faible qu'avec des organes de dilatation tels que les queues de cochons ou lyres de dilatation. Cependant ce type de liaison posait des problèmes par suite de fréquentes fissurations aux points de raccordement du tube de liaison. La présente invention concerne un perfectionnement au dispositif de liaison entre les tubes porte-catalyseur et le collecteur qui permet d'éviter les problèmes de fissurations aux points de raccordement. La présente invention concerne, dans un four de reformage comportant des tubes porte-catalyseur et un collecteur métallique des gaz de reformage, un dispositif de jonction entre les tubes porte-catalyseur et le collecteur constitué par un tube de liaison de diamètre relativement faible soudé d'une part au tube porte-catalyseur et d'autre part au collecteur caractérisé par le fait que l'épaisseur es des parois du tube de liaison au droit de la soudure est supérieure à 1,3 fois l'épaisseur moyenne em des parois du tube de liaison. On a en effet constaté que lorsque l'épaisseur es des parois du tube de liaison est inférieure à 1,3 fois em les risques de fissuration réapparaissent. On utilise de préférence une épaisseur es égale à 1,3 à 1g5 eme Des épaisseurs es supérieures à 1,5 em ne présentent plus d'avantages supplémentaires. Le tube de liaison est préparé en acier spécial de nickel, fer et chrome. Ce sont par exemple les aciers vendus dans le commerce sous la marque Incoloy 800 par International Nickel Co ou sous la marque Manaurite 900 par les Aciéries de Pompey. La soudure peut être effectuée dans le même métal que le tube de liaison. Cependant on utilise de préférence un alliage contenant plus de nickel et de chrome tel que l'alliage vendu sous les marques Inco 182 ou mieux Inco 112 par International Nickel Co.- La description donnée ci-dessous à titre non limitatif d'un dispositif de jonction selon l'invention permettra de mieux comprendre celle-ci. La figure 1 annexée illustre ce dispositif de jonction. Le tube de liaison (1) relie la partie inférieure du tube porte-catalyseur (2) ou collecteur de gaz (3). Le diamètre intérieur dj du tube porte-catalyseur est par exemple de 50,8 mm. Il peut varier de 38 mm à 52 mm pour des tubes porte-catalyseur ayant un diamètre intérieur de 90 à 110 mm. La longueur L du tube est par exemple de 337 mm) Cependant on obtient de bons résultats avec des tubes dans lesquels le rapport L/dt est compris entre 6 et 9. L'épaisseur moyenne em de la paroi du tube peut varier entre 7 et 11,1 mm. Elle est en particulier de 10 mm. L'épaisseur au droit de la soudure e5 est en particulier de 14 mm pour une épaisseur moyenne de 10 mm. Elle pourrait varier entre 13 et 15 min. Le tube de liaison (i) est perpendiculaire au collecteur (3). La jonction entre le tube de liaison (i) et le collecteur (3) se fait par l'intermédiaire d'une pièce de raccordement (5) qui permet de souder des éléments d'épaisseur très différente. REVENDICATIONS 1) Dans un four de reformage comportant des tubes portecatalyseur et un collecteur métallique des gaz de reformage, un dispositif de jonction entre les tubes porte-catalyseur et le collecteur constitué par un tube de liaison de diamètre relativement faible soudé d'une part au tube porte catalyseur et d'autre part au collecteur caractérisé par le fait que 11 épaisseur e5 des parois du tube de liaison au droit de la soudure est supérieure à 1,3 fois l'épaisseur moyenne em des parois du tube de liaison. 2) Dispositif de jonction selon 1 caractérisé par le fait que l'épaisseur es des parois du tube de liaison est 1,3 à 1,5 fois l'épaisseur moyenne em des parois du tube de liaison.