Brevet FR2516535A1 — publié le 19830520

L'invention concerne un four de craquage à tubes pour le chauffage indirect de milieux aptes au craquage, en particulier pour le craquage d'hydrocarbures en vue de l'obtention de gaz riche en CO et I 2, comportant de nombreux tubes de réaction verticaux dans un foyer chauffé intérieure- ment au moyen de gaz de chauffage Elle concerne principale- ment des fours de ce genre dans lesquels le craquage s'effec- tue à de hautes pressions et à de hautes températures, le four de craquage à tubes étant monté sur un support mobile, par exemple un navire. On connaît de nombreux fours de craquage à tubes, dans lesquels les tubes de réaction sont disposés dans le foyer sous la forme de registres ou de faisceaux Les tubes eux-mêmes peuvent contenir des corps de remplissage ou des catalyseurs pour commander la réaction chimique Lorsqu'on utilise des tubes simples, on dispose ceux-ci verticalement dans le foyer pour permettre un remplissage uniforme et com- plet des tubes Les tubes peuvent être montés aussi bien à leurs extrémités supérieures qu'à leurs extrémités inférieures. Toutefois, il est connu aussi, soit de suspendre les tubes à leur extrémité supérieure seulement, soit de les monter à leur extrémité inférieure seulement et de les laisser par ailleurs pénétrer librement dans le foyer Les deux dispositions permet- tent par exemple d'éviter les contraintes thermiques dues à la température Le milieu de réaction est amené aux tubes de réaction en passant par un système distributeur et évacué à leur extrémité en passant par un système collecteur. Le montage utilisé jusqu'ici se compose en général d'une fixation unilatérale des tubes de réaction pour un coulissement longitudinal par dilatation thermique Pour le positionnement exact des tubes de réaction dans le four de craquage à tubes, les tubes sont montés en haut et en bas de telle sorte qu'ils ne subissent pas de coulissement horizontal Etant donné que, jusqu'à présent les fours de craquage à tubes n'étaient installés que sur la terre ferme, les registres de tubes ne subissaient pas de forces dynamiques horizontales pendant le fonctionnement Par contre, s'il s'agit d'utiliser de tels fours de craquage à tubes connus sur les supports mobiles, par exemple des installations flottantes, aux charges statiques s'ajoutent encore des efforts dynamiques transversaux dés aux vagues ou à la tempête. Quand les tubes de réaction ont une longueur de 10 à 14 m et que leur poids est accru par le remplissage de catalyseur, les tubes de reformage subissent en service des contraintes de flexion Si les tubes de reformage sont alors calculés confor- mément aux charges qu'ils subissent, il en résulte des temps de service insuffisants dans le cas de tubes suffisamment longs ayant des épaisseurs de paroi appropriées. L'invention a pour but de proposer, pour les fours de craquage à tubes montés dans des installations flot- tantes, un montage intermédiaire efficace des tubes qui, en réduisant les longueurs libres effectives de tube, minimise l'influence de charges dynamiques supplémentaires dues aux mouvements du support et les maintienne ainsi dans des limites acceptables. On a trouvé que le problème posé est résolu si le foyer présente dans la région moyenne de son axe verti- cal, de nombreuses poutres creuses isolées extérieurement, disposées parallèlement et horizontalement, si les poutres creuses s'étendent au moins d'une paroi à l'autre, si les tubes de réaction verticaux passent en série, de façon étanche aux gaz, à travers les poutres creuses et sont fixés horizon- talement dans celles-ci et s'il subsiste entre les poutres creuses une section libre d'écoulement pour le gaz de chauffage. Selon un autre mode d'exécution de l'inven- tion, le foyer présente dans la région moyenne de son axe vertical de nombreuses poutres creuses isolées extérieurement, disposées parallèlement et horizontalement Les poutres creuses s'étendent au moins d'une paroi à l'autre, les tubes de réac- tion verticaux sont fixés horizontalement en série à l'exté- rieur des poutres creuses et il subsiste entre les poutres creuses une section libre d'écoulement pour le gaz de chauffage. Si les poutres creuses sont des poutres en treillis, celles-ci doivent être munies d'un doublage inté- rieur en tôle étanche aux gaz En outre, les poutres creuses peuvent avoir une structure telle qu'elles dépassent des pa- rois antérieure et postérieure et qu'un écoulement d'air de refroidissement soit possible En outre, il est avantageux que chaque tube de réaction soit enveloppé, dans la zone de la poutre creuse, de paquets d'isolation et d'éléments d'iso- lation, de façon qu'un rayonnement thermique ne puisse pas atteindre la poutre creuse. La diminution de longueur des tubes de réac- tion disposés librement dans le foyer, due au montage intermé- diaire, assure une longévité accrue des tubes de réaction dans le cas o les tubes ont les dimensions que l'on adopte pour les installations terrestres La conception des poutres creuses est telle que la poutre en elle-même ne subit qu'une faible charge et est complètement protégée des gaz chaud du foyer En outre, sa structure permet à tout moment d'y accéder et de l'inspecter, même lorsque le four de craquage n'est pas encore complètement froid. Un exemple d'exécution de l'invention est décrit plus précisément ciaprès en référence des dessins dans lesquels: la figure 1 montre en coupe longitudinale un four de craquage à tubes selon l'invention; la figure 2 montre en coupe unepoutre creuse et un tube de réaction qui la traverse au milieu; la figure 3 montre en coupe une poutre creuse et un tube de réaction en deux parties qui la traverse au mi- lieu, avec isolation intérieure; la figure 4 montre une poutre creuse et des tubes de réaction disposés des deux côtés. Le four de craquage à tubes 1 est formé d'un E construction en acier munie de parois 2, d'un toit 3 et d'une sole 4 calorifugés Les tubes de réaction 5 remplis de cataly- seur traversent le four de craquage à tubes en plusieurs rangées verticales Chaque rangée de tubes est reliée, au- dessus du toit du four, à un distributeur d'introduction 6 et, en dessous de la sole, à un collecteur de produit gazeux 7 et montée de façon appropriée La fixation élastique 8 assure une forme rectiligne des tubes en cas de dilatation thermique. Le chauffage des rangées de tubes est assuré par des rangées de brûleurs 9 prévues dans le toit du four L'amenée uniforme du gaz de chauffage et l'évacuation uniforme des gaz de fumée sont assurées par les conduits ou les carneaux parallèles 10 prévus sur la sole du four. Pour réduire la longueur libre des tubes de réaction, qui est de 10 à 14 m, on les fixe horizontalement selon l'invention, dans la région moyenne du four, au moyen de poutres creuses 1 Llisolées extérieurement Les poutres creuses 11 sont montées d'un bout à l'autre, de la paroi antérieure à la paroi postérieure du four, parallèlement aux rangées de tubes Les espacements entre les poutres creuses 11 sont tels que les gaz de chauffage peuvent passer librement. La poutre creuse 11 de la figure 2 présente une constitution en caisson formée de plusieurs poutres pro- filées 12 et est rendue étanche aux gaz de fumée par un doubla- ge de tôle de raidissement L'isolation extérieure 14 protège les parties porteuses de la poutre creuse contre la charge thermique Le toit de la poutre creuse 11 est recouvert exté- rieurement de béton réfractaire 14, ce qui permet de marcher sur ce toit. Les poutres creuses 11 peuvent également être des poutres en treillis munies d'un doublage intérieur en tôle 13 étanche au gaz La fixation horizontale des tubes de réaction d'une seule pièce dans la poutre creuse est assurée par deux plaques de soutien de tubes 16, prévues à l'intérieur de la poutre creuse et qui forment en même temps la liaison transversale des deux moitiés de poutre creuse Grace aux pa- quets d'isolation 17 et à l'élément d'isolation 18, le rayon- nement thermique du tube de réaction ne peut atteindre la poutre creuse Les joints 19 entre le tube de réaction et les 16535 paquets d'isolation 17 empêchent le gaz de chauffage venant de l'intérieur du four de pénétrer dans la poutre creuse On peut construire la poutre creuse avec des dimensions telles que l'on puisse marcher à l'intérieur de celle-ci sur des grilles 20. Selon la figure 3, on peut se passer des éléments d'isolation 18 pour l'isolation thermique extérieure du tube de réaction à l'intérieur de la poutre creuse si le tube de réaction est en deux parties et présente un raccorde- ment à brides à l'intérieur de la poutre creuses Dans cette variante de construction, à l'intérieur du tube de réaction, un isolant intérieur 21 peut être installé dans la zone qui s'étend sensiblement sur la hauteur de la poutre creuse, de façon telle que, d'une part, on puisse introduire du cataly- seur dans les deux moitiés du tube et l'en retirer et que, d'autre part, il ne se produise pas de transmission excessive de chaleur du produit gazeux chaud contenu dans les tubes vers l'environnement des tubes, à l'intérieur de la poutre creuse. Selon la figure 4, on peut aussi fixer hori- zontalement les tubes de réaction à l'extérieur de la poutre creuse On peut fixer chaque rangée de tubes à une poutre creuse ou bien deux rangées de tubes à chaque poutre creuse. Les plaques de soutien de tubes 22 traversent par endroits l'isolant extérieur de la poutre creuse pour ne transmettre que peu de chaleur vers l'intérieur de la poutre creuse La protection des plaques de soutien de tubes contre la chaleur est assurée par des pièces moulées isolantes 23 qui empêchent les gaz de chauffage chauds d'atteindre les plaques de soutien de tubes. Il est apparu avantageux de laisser les poutres creuses dépasser les parois antérieure et postérieure du four de craquage à tubes et de les raccorder d'un côté au canal d'aspiration d'air comburant du four De cette manière, il s'effectue un refroidissement efficace de l'intérieur des poutres creuses. 2-5 16535 REVENDICATIONS 1. Four de craquage à tubes pour le chauf- fage indirect de milieux aptes au craquage, en particulier pour le craquage d'hydrocarbures en vue de l'obtention de gaz riche en CO et H 2, comportant de nombreux tubes de réaction ( 5) verticaux dans un foyer chauffé intérieurement au moyen de gaz de chauffage, four caractérisé en ce que le foyer présente dans la région moyenne de son axe vertical de nombreuses pou- tres creuses ( 11) isolées extérieurement, disposées-parallè- lement et horizontalement, que les poutres creuses vont au moins d'une paroi à l'autre, que les tubes de réaction ver- ticaux ( 5) passent en série, de façon étanche aux gaz, à travers les poutres creuses et sont fixés dans celles-ci et qu'entre les poutres creuses, il subsiste une section libre découlement pour le gaz de chauffage. 2. Four de craquage à tubes pour le chauf- fage indirect de milieux aptes au craquage, en particulier pour le craquage d'hydrocarbures en vue de l'obtention de gaz riche en CO et H 2, comportant de nombreux tubes de réaction ( 5) verticaux dans un foyer chauffé intérieurement au moyen de gaz de chauffage, four caractérisé en ce que le foyer présente dans la région moyenne de son axe vertical de nombreu- ses poutres creuses ( 11) isolées extérieurement, disposées parallèlement et horizontalement, que les poutres creuses vont au moins d'une paroi à l'autre, que les tubes de réaction ver- ticaux ( 5) sont fixés en série à l'extérieur des poutres creuses et qu'entre les poutres creuses, il subsiste une sec- tion libre dzécoulement pour le gaz de chauffage. 3. Four selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les poutres creuses ( 11) sont des poutres en treillis munies d'un doublage intérieur en tôle ( 13) étanche aux gaz. 4. Four selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 3, caractérisé en ce que les poutres creuses ( 11) dépassent des parois antérieure et postérieure et sont conçues en vue d'un écoulement d'air de refroidissement à travers elles. 5. Four selon la revendication 1 et 2, caractérisé en ce que chaque tube de réaction ( 5) est envelop- pé, dans la région des poutres creuses ( 11), de paquets d'iso- lation ( 17) et d'un élément d'isolation ( 18).