Brevet FR2463890A1 — publié le 19810227

La présente invention concerne un procédé de pré- cnauffage de l'eau d'alimentation d'une chaudière, dans lequel on tire parti de la chaleur produite, dans un domaine de température relativement bas, par les raffineries de pétrole, sans provoquer de corrosion du matériel. Jusqu'à présent, les vapeurs des fractions d'hydro- caroures Douillant à peu près à la même température que l'essence, telles que celles qui peuvent être obtenues par craquage simple ou catalytique du pétrole brut ont normale- ment une température comprise entre 900C et 1500C. Etant donné que la récupération de la chaleur de telles vapeurs d'nydrocarDures a basse température est difficile, et qu'il est impératif de liquéfier de telles vapeurs par refroidis- sement, on utilise généralement des échangeurs de chaleur ou des condenseurs pour refroidir et liquéfier les vapeurs à l'aide d'eau de mer. Dans ce cas, on utilise différents alliages de cuivre tels que le bronze d'aluminium, le bronze "AMIRAUTE", et des matériaux similaires, pour les tubes du condenseur, car il est nécessaire de préserver les tubes de la corrosion résultant de leur contact avec l'eau de mer. La plus grande partie de la chaleur produite dans ce matériel est tout simplement rejetée. D'autre part, l'eau d'alimentation des chaudières est généralement obtenue en filtrant de l'eau à usage industriel, en pré-chauffant ou chauffant de l'eau pure qui a été démi- néralisée et désionisée par filtration, puis en l'introdui- sant dans un récipient de désaération à une température de 100 à 130 C environ pour éliminer l'air et l'oxygène dissous dans l'eau pure avant de l'envoyer dans la chaudière. Le pré- chauffage se fait habituellement à l'aide de vapeur d'eau très chaude. Cependant, étant donné que l'eau d'alimentation est à une température voisine de la température ambiante, ou Dien à une température beaucoup ?lus basse pendant la saison d'hiver, il faut une grande quantité de chaleur pour pré-chauffer l'eau à un niveau de température voulu. C'est donc l'objectif essentiel de la présente inven- tion de procurer un procédé perfectionné de pré-chauffage de l'eau d'alimentation des chaudières, en utilisant une source de chaleur aisément disponible dans les raffineries de pétro- le, tout en réduisant au minimum absolu la corrosion du matériel. Selon la présente invention, dans son aspect le plus général, il est procuré un procédé de pré-chauffage de l'eau d'alimentation des chaudières qui consiste à introduire l'eau d'alimentation de chaudières déminéralisée et désionisée dans les tubes d'un échangeur de chaleur, ces tubes étant faits d'acier au carbone et ayant leur surface extérieure alumini- sée, à introduire dans l'enveloppe -de l'échangeur de chaleur des vapeurs d'hydrocarbures bouillant dans le même intervalle que l'essence entre 90'C et 1500C, et à pré-chauf- fer l'eau d'alimentation de là chaudière au moyen de la chaleur produite dans l'échangeur de chaleur,avant son intro- duction dans un récipient de désaération associé à la chau- dière. Les vapeurs d'hydrocarbures bouillant dans le même intervalle que l'essence dont il est question ci-dessus comprennent les fractions d'huile minérale bouillant normale- ment dans l'intervalle de 30 à 200'C, dont des exemples types sont les composés qui peuvent être obtenus par distil- lation fractionnée du pétrole brut ou bien par décomposition thermique et craquage catalytique d'hydrocarbures relative- ment-lourds dont le point d'ébullition est supérieur à celui du kérosène et' du pétrole léger, tels que ceux que l'on obtient en tète d'une colonne de distillation, et gazeux à une température de 900 à 150'C, ou plus couramment de 1000 à 1300C. De telles vapeurs d'hydrocarbures peuvent contenir des gaz tels que, par exemple, l'oxyde de carbone, le gaz carbonique et l'azote, et des gaz d'hydrocarbures ayant de 1 à 4 atomes de carbone, tels que par exemple le méthane, l'éthane, le propane, le butane, etc., et peuvent même contenir des composés du soufre tels que l'acide sul- fhydrique, les mercaptans, et les composés similaires, ainsi que des chlorures tels que l'acide chlorhydrique, produits par décomposition thermique, par exemple, du chlorure de magnésium, du chlorure de calcium et des chlorures similaires. Dans certains cas, on peut en outre ajouter des substances basiques telles que l'ammoniac pour neutraliser ces composés acides. Jusqu'à présent, de telles vapeurs d'hydrocarbures étaient refroidies et condensées au moyen d'échangeurs de chaleur utilisant de l'eau de mer. Dans ce cas, les tubes de l'échangeur de chaleur sont habituellement faits d'un alliage de cuivre coûteux tel que le bronze d'aluminium ou le oronze "A4IRAUTE", en vue de préserver les tubes de la corrosion. Selon la présente invention, il a maintenant été dé- couvert que de tels tubes en alliage de cuivre peuvent être remplacés de manière satisfaisante par des tubes en acier au carbone dont la surface extérieure est aluminisée et qui ne se fissurent pas sous l'effet de la corrosion ou des contraintes, comme cela serait le cas avec des tubes en al- liage de cuivre en présence d'impuretés contenues dans les vapeurs d'hydrocarbures. L'emploi d'eau pure, au lieu d'eau de mer, empêcne la corrosion des parois intérieures des tubes. Les tubes en acier au carbone selon la présente in- vention sont aluminisés extérieurement par des procédés tels que l'immersion à chaud, la projection au pistolet, la va- porisation sous vide ou le revêtement électrolytique. L'épaisseur de la paroi des tubes est habituellement comprise entre 1,6 et 2,7 mm et leur diamètre entre 19 et 25,4 mm. il n'existe aucune contrainte particulière en ce qui concerne le matériau de l'enveloppe., laquelbpeut être de l'acier au caroone ou de l'acier au carbone aluminisé, suivant le cas. Selon la présente invention, on introduit l'eau d'alimentation de la chaudière, déminéralisée et désionisée, d'une manière telle que l'eau devient turbulente à l'inté- rieur des tubes. La pression qui règne à l'intérieur des tubes peut être égale ou supérieure à la pression atmosphé- rique, mais elle doit être maintenue au-dessus de la pression qui règne dans l'enveloppe de l'échangeur de chaleur de manière à empêcher les hydrocarbures de passer dans l'eau d'alimentation de la chaudière en cas d'endommagement des tuDes. L'eau d'alimentation de la chaudière est habituel- lement de l'eau pure au voisinage de la température ambiante, et on l'obtient généralement en filtrant de l'eau industriel- le et en la déminéralisant et la désionisant dans un dispo- sitif d'échange d'ions. Selon le procédé de la présente invention, on pré- cnauffe l'eau d'alimentation de la chaudière à 50-1200C environ en la faisant passer dans un échangeur de chaleur, et on l'introduit soit telle quelle, soit après un nouveau chauffage, dans un récipient de désaération associé à la chaudière. En même temps, on introduit des vapeurs d'hydro- carbures de la catégorie décrite ci-dessus, à une tempéra- ture de 900 à 1500C, dans 1 'enveloppe de l'échangeur de chaleur, pour que ces vapeurs soient refroidies, et on - en condense la plus grande partie sous la forme d'un liquide pour les faire sortir de l'échangeur de chaleur. Une partie de l'hydrocarbure liquide résultant peut être recyclée sous forme de reflux au sommet d'une colonne de distillation, ou bien peut être utilisée telle quelle comme produit final ou intermédiaire. Le choix de la capacité des échangeurs de chaleur ou du nombre et de la longueur de leurs tubes dépend de la température et de la quantité d'eau d'alimentation de chau- dière à fournir, de la température et de la quantité des vapeurs d'hydrocarbures, et de la température de l'eau d'alimentation préchauffée. On peut bien entendu utiliser plusieurs échangeurs de chaleur, montés soit en parallèle soit en série. Les avantages résultant de la mise en oeuvre de la présente invention peuvent être énumérés comme suit: 1) Des calories à température relativement basse peuvent être récupérées et rentabilisées. 2) La corrosion des échangeurs de chaleur est ré- duite au minimum absolu, ce qui facilite l'entretien du matériel et améliore la récupération de la chaleur. 3) Le pré-chauffage de l'eau d'alimentation de la chaudière se fait à l'aide de calories à température rela- tivement basse. 4) Les vapeurs d'hydrocarbures ayant le même inter- valle d'ébuUition que l'essence peuvent être efficacement liquifiées et refroidies sans l'aide d'eau de mer ou d'autresagentsde refroidissement. ) Etant donné que c'est de l'eau pure que l'on uti- lise dans l'échangeur de chaleur, ses tubes sont pratique- ment exempts d'entartrage, et par conséquent on conserve une bonne conduction de la chaleur. 6) L'emploi d'acier au carbone aluminisé en surface pour les tubes de l'échangeur de chaleur ajoute à l'économie du procédé et à la conductivité thermique. On va décrire l'invention plus en détail par référence à l'exemple suivant. Exemple On a monté en parallèle deux unités d'échange de chaleur, dans lesquelles on a introduit, à un débit de 240 tonnes par heure, de l'eau pure que l'on avait déminéra- lisée et désionisée à l'aide d'une résine d'échange d'ions. Caaque échangeur de chaleur contenait un total de 800 tubes en acier au carbone mesurant 6 m de long, 19 mm de diamètre et ayant une épaisseur de paroi de 2,1 mm, dont la surface extérieure était aluminisée. On a introduit des vapeurs d'hydrocarbures à une température de 1300C dans l'enveloppe de l'échangeur de chaleur, à un débit de 50 tonnes par heure. Les vapeurs d'hydrocarbures se composaient d'un constituant fractionné ayant le même intervalle d'ébuflition que l'essence entre 300 et 2100C, et de gaz d'hydrocarbures légers recueillis au sommet d'une colonne de distillation et contenant un produit résultant du craquage catalytique de pétrole léger, ces gaz contenant un peu d'ammoniac, d'acide sulfhydrique, de mercaptans, de phénols et d'autres impuretés. A la sortie du côté tubes de l'échangeur de chaleur, on a obtenu de l'eau pure pré-chauffée à 50'C que l'on a chauffée un peu plus et introduite dans un dispositif de désaération associé à la chaudière. A la sortie de l'enve- loppe, on a obtenu des hydrocarbures et des gaz d'hydro- carbures légersdont l'intervalle d'ébulLtionestleinmecyueceluide l'essence /liquide, qui avaient été refroidis à une température de 300C. On a fait fonctionner les échangeurs de chaleur pendant 9000 heures, sans observer de corrosion appréciable. Aux fins de comparaison, on a utilisé des tubes de BSTF (bronze d'aluminium) pour l'échangeur de chaleur, et dans ce cas on a observé une rupture considérable due à la corrosion par contrainte au niveau de la surface extérieure des tubes, tandis que la surface intérieure des tubes était excessivement corrodée par l'eau de mer. Toujours aux fins de comparaison, on a procédé à un pré-chauffage avec des vapeurs d'hydrocarbures refroidies et condensées selon le procédé classique faisant appel à de l'eau de mer, et on a constaté qu'il fallait alors utiliser 500 tonnes par heure d'eau de mer et 10 tonnes par heure de vapeur d'eau pour pré-chauffer l'eau d'alimentation de la chaudière avec de la vapeur d'eau à 200'C. REVENDICATIONS 1. Procédé de pré-chauffage de l'eau d'alimentation d'une chaudière, caractérisé en ce qu'il consiste:à introduire de l'eau d'alimentation déminéralisée et désioni- sée dans les tubes d'un échangeur de chaleur, le.its tubes étant faits d'acier au carbone et ayant leur surface exté- rieure aluminisée; à introduire des vapeurs d'hydrocarbures dont le point d'ébullition est compris /dans '1 intervalle d'ébullition de ressence à savoir entre 90 et 150 C, dans l'enveloppe dudit échangeur de chaleur de façon à refroidir et condenser les dites vapeurs d'hydrocarbures; et à pré-chauffer ladite eau d'alimentation avec la chaleur résultant du refroidis- sement et de la condensation desdites vapeurs,avant son introduction dans un dispositif de désaération associé à la chaudière. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on maintient ladite eau d'alimentation dans un état turbulent à l'intérieur des tubes de l'échangeur de chaleur. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2,caractérisé en ce qu'on maintient, dans les tubes de l'échangeur de chaleur une pression plus élevée que dans l'enveloppe dudit échangeur de chaleur.