Brevet FR2304862A1 — publié le 19761015

L'invention concerne les procédés de contrôle et de régulation, plus particulièrement, un procédé appliqué à l'élimination des effluents industriels gazeux. Elle a pour objet un procédé et un dispositif qui permettent d'améliorer le fonctionnement des torches brûlant des hydrocarbures gazeux. Dans les raffineries de pétrole, on brûle à la torche les effluents gazeux qui ne sont pas utilisables. La composition et le débit des gaz qui sont envoyés à la torche sont très variables. Certains gaz, comme l'hydrogène et l'oxyde de carbone, brûlent en produisant une flamme claire ; par contre, les hydrocarbures gazeux, à l'exception du méthane, brûlent en produisant une flamme qui émet des fumées noires. Pour empêcher l'émission de ces fumées, une pratique courante consiste à injecter de la vapeur d'eau dans la flamme. Il faut que le débit de vapeur soit proportionnel au débit massique des hydrocarbures gazeux. En outre, il faut augmenter le débit de vapeur en fonction de l'insaturation et de la masse moléculaire des hydrocarbures. On emploie couramment des dispositifs automatiques qui permettent de maintenir constant le rapport entre le débit de la vapeur et le débit massique des gaz. Mais l'utilité de ces dispositifs est très limitée, car les fluctuations dans la composition des gaz rendent néces- saires une surveillance constante et de fréquents réglages manuels. La présente invention permet de remédier à ces inconvénients. Nous avons trouvé qu'il est possible de réaliser un réglage automatique du débit de vapeur, cet automatisme étant commandé par le rayonnement de la flamme. La luminance d'une radiation thermique dépend de la longueur d'onde considérée et de la température de la source ; selon la loi de Planck Dans cette formule, L \ est la densité du flux (10 erg/. cm3. sd.) ou luminance, X la longueur d'onde (micron), T la température du corps émetteur du rayonnement (degré K), a une constante (1,192 x 4 b une constante (1,458 x 10 ), t l'émissivité, propriété du corps qui émet le rayonnement. A une longueur d'onde donnée, la luminance de la radiation émise par une flamme croît donc en fonction de la température de celle-ci et en fonction de l'émissivité de ses constituants. La production de fumée noire est liée à ces deux facteurs. D'une part la fumée apparait quand l'excès d'air décroît, et alors la température de la flamme augmente. D'autre part, la fumée est constituée par des particules de carbone, dont la présence dans la flamme augmente l'émissivité de de celle-ci. Il en résulte que la fumée apparait quand le flux de la radiation atteint une certaine luminance L max. On peut déterminer expérimentalement cette valeur critique de la luminance. L'injection de vapeur a pour effet de refroidir la flamme et de favoriser le crackage des hydrocarbures en hydrogène et etiéthane. Ces gaz ont une faible émissivité ( f = 0,2) et brûlent sans produire de particules de carbone. Selon la présente invention, on maintient la qualité voulue de la flamme en utilisant une régulation en boucle fermée dans laquelle la luminance d'une radiation convenablement choisie est utilisée pour commander le débit de la vapeur. L'invention a donc pour objet un procédé pour améliorer le fonctionnement d'une torche qui brûle des effluents gazeux comprenant des hydrocarbures, avec injection de vapeur d'eau dans la flamme, ce procédé étant caractérisé par le fait qu'il comprend - le choix d'une radiation de la flamme, - le choix d'une valeur de la luminance de cette radiation, la valeur choisie étant inférieure à celle qui correspond à l'apparition de fumée noire, - la réception permanente de ladite radiation, par un appareil qui est sensible à celle-ci et émet un signal électrique qui est fonction de la luminance de la radiation, - et l'utilisation de ce signal pour commander automatiquement l'injection du débit de vapeur qui'maintient à la valeur choisie la luminance de la radiation. On choisit une radiation ayant une forte luminance. Il est souhaitable que la radiation choisie soit faiblement absorbée par l'atmosphère et la vapeur d'eau. La bande de 2,0 à 2,5 microns satisfait pleinement à ces deux conditions. On détermine expérimentalement la luminance au-dessous de laquelle la flamme ne produit pas de fumée noire. On peut employer tout appareil sensible à la radiation choisie et capable de fournir un signal électrique qui soit fonction de la luminance de cette radiation. Il existe des pyromètres sélectifs à rayonnement infra-rouge qui remplissent parfaitement cette fonction à condition qu'ils soient pourvus d'un filtre approprié. De préférence, on emploie un pyromètre sélectif pourvu d'un filtre dont la bande passante a pour limites 2,0 et 2,5 microns. Le pyromètre doit couvrir le domaine de températures compris entre 500 et 10000C environ, et être réglé pour mesurer la température de corps dont l'émissivité est de 0,1 à 0,3. Un appareil de ce type comprend un détecteur sensible au rayonnement infra-rouge et un objectif approprié qui projette sur ce détecteur l'image de la cible visée.Il convient évidemment de choisir comme cible une zone bien représentative de la flamme. Une zone centrale située juste au-dessus de la bouche de la torche convient parfaitement. Le rayonnement solaire ne perturbe pas la mesure si lton implante l'appareil dans le secteur compris entre le sud-est et le sud-ouest de la torche. Le signal électrique agit sur un régulateur qui commande l'injection de vapeur dans la flamme. On fixe la consigne de ce régulateur de telle façon que l'injection de vapeur maintienne le signal à la valeur qui correspond à la luminance choisie, au-dessous de laquelle la flamme ntémet pas de fumée. L'invention nta pas seulement pour objet le procédé qui vient d'être décrit, elle a aussi pour objet un dispositif destiné à la mise en oeuvre de ce procédé. Ce dispositif est caractérisé par le fait qu'il consiste en - un appareil de mesure qui est sensible à une radiation appropriée de la flamme et est capable d'émettre un signal électrique qui est fonction de la luminance de cette radiation, - et un régulateur qui reçoit ledit signal et commande l'injection de vapeur dans la flamme, ce régulateur étant pourvu d'une consigne pour maintenir ledit signal à la valeur voulue. L'appareil de mesure, le régulateur, le courant de vapeur injecté dans la flamme et la radiation émise par celle-ci coopèrent de manière à réaliser une régulation en boucle fermée qui maintient la luminance de ladite radiation à une valeur prédéterminée. De préférence, appareil de mesure est un pyromètre sélectif à rayonnement infrarouge qui est pourvu d'un filtre dont la bande passante a pour limites 2,0 et 2,5 microns, et ce pyromètre couvre le domaine de températures de 500 à 1000 C des corps dont l'émissivité est de 0,1 à 0,5. L'exemple suivant est donné pour illustrer la description de l'invention. Il va de soi que cet exemple n'est pas limitatif. EXEMPI;E.- On a essayé le procédé selon l'invention dans une raffinerie de pétrole pour améliorer le fonctionnement d'une torche qui brûlait divers effluents gazeux comprenant des hydrocarbures. La figure 1 des dessins annexés représ ente schématiquement l'ensemble du dispositif utilisé. Les effluents gazeux sont amenés à la torche 1 par le conduit 2, la vapeur d'eau par le conduit 3. Un pyromètre sélectif à infrarouge 4 reçoit le rayonnement émis par une zone bien représentative de la flamme 5. La distance entre la flamme et le pyromètre est de 380 m. Le signal électrique émis par ce pyromètre agit sur le régulateur 6, qui commande la vanne de vapeur 7. On peut contrôler le signal du pyromètre et le signal de commande de la vanne au moyen d'un enregistreur 8 à deux voies. Le pyromètre (Modèle Y 93102 - 20114 - 9929 - 41001 de la Compagnie Honeywell) est pourvu d'un filtre ayant une bande passante de 2,0 à 2,5 microns et d'un objectif à mise au point réglable, à lentilles en verre. L'objectif projette l'image de la cible sur un thermistor. L'appareil comporte un système assurant l'amplification et le conditionnement du signal émis par le thermistor ; ce système est réglé pour une émissivité de 0,2 et des températures comprises entre 538 et 10550C (1000 à 19000F). Un occulaire permet d'ajuster la cible choisie. La figure 2 des dessins annexés représente ce que l'on voit dans ltocculaire lorsque la flamme est visée correctement. Le cercle 9, qui est centré à l'intersection des fils du réticule 10, figure le champ du détecteur. Ce champ interceptait dans la flamme une zone ayant un diamètre de Sm. La consigne du régulateur est fixée sur la valeur du signal qui correspondXà la qualité voulue de la flamme. On a trouvé expérimentalement que cette valeur du signal est celle qui répond à une flamme dont l'émissivlté est de 0,2 et la température de 8000C environ. Employé expérimentalement pendant plusieurs mois, ce procédé a permis tout à la fois de réduire la consommation de vapeur et de supprimer les émissions accidentelles de fumée noire. REVENDICATIONS 1Procédé pour améliorer le fonctionnement d'une torche qui brûle des effluents gazeux comprenant des hydrocarbures, avec injection de vapeur d'eau dans la flamme, ce procédé étant caractérisé par le fait qu'il comprend - le choix d'une radiation de la flamme, - le choix d'une valeur de la luminance de cette radiation, la valeur choisie étant inférieure à celle qui correspond à l'appari tion de fumée noire, - la réception permanente de cette radiation, par un appareil qui est sensible à celle-ci et émet un signal électrique qui est fonction de la luminance de la radiation, - et l'utilisation de ce signal pour commander automatiquement l'injection du débit de vapeur qui maintient à la valeur choisie la luminance de la radiation. 2. Procédé selon la revendication 1 et dans lequel la radiation choisie est la bande de 2,0 à 2,5 microns. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 et dans lequel l'appareil qui reçoit la radiation est un pyromètre à rayonne ment infrarouge qui couvre le domaine de températures de 500 à 10000C des corps dont l'émissivité est de 0,1 à 0,5. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 et dans lequel l'appareil qui reçoit la radiation est un pyromètre sélectif à rayon nement infrarouge qui est équipé d'un filtre dont la bande passante a pour limites 2,0 à 2,5 microns. 5. Procédé selon la revendication 4 et dans lequel le pyromètre sélectif a pour cible une zone centrale de la flamme, zone située juste au dessus de la bouche de la torche. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 et dans lequel l'appareil qui reçoit la radiation est implanté dans le secteur com pris entre le sud-est et le sud-ouest de la torche. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 dans lequel ledit signal électrique agit sur un régulateur qui commande l'injec- tion de vapeur dans la flamme, ce régulateur étant pourvu d'une consigne pour maintenir ledit signal à la valeur voulue. 8. Dispositif pour améliorer le fonctionnement d'une torche qui brûle des effluents gazeux comprenant des hydrocarbures, avec injection de vapeur d'eau dans la flamme, ce dispositif étant caractérisé par le fait qu'il consiste en - un appareil de mesure qui est sensible à une radiation appropriée de la flamme et est capable d'émettre un signal électrique qui est fonction de la luminance de cette radiation, - et un régulateur qui reçoit ledit signal et commande l'injection de vapeur dans la flamme, ce régulateur étant pourvu d'une consi gne pour maintenir ledit signal à la valeur voulue, l'appareil de mesure, le régulateur, le courant de vapeur injecté dans la flamme et la radiation émise par celle-ci 'coopérant de ma nière à réaliser une régulation en boucle fermée qui maintient la luminance de ladite radiation à une valeur prédéterminée. 9. Dispositif selon la revendication 8, dans lequel l'appareil de mesure est un pyromètre sélectif à rayonnement infrarouge qui est pourvu d'un filtre dont la bande passante a pour limites 2 et 2,5 microns, et qui couvre le domaine de températures de 500 à 10000C des corps dont l'émissivité est de 0,1 à 0,3.