Brevet FR2528443A1 — publié le 19831216

Procédé de craquage thermique d'huiles d'hydrocarbures. La présente invention concerne un procédé de craquage thermique d'huiles d'hydrocarbures, procédé selon lequel les hydrocarbures sont chauffés à la température de la réaction et dirigés vers une zone de réaction o le flux est ascendant à partir du bas. Dans le craquage thermique d'huiles d'hydrocarbures, des fractions lourdes d'huile sont craquées en fractions plus légères, ce qui augmente la quantité de ces dernières. Pendant le craquage, l'huile d'alimentation est chauffée dans les tubes chauffants du four de craquage à la tempéra- ture de craquage En règle générale, on peut utiliser deux procédés différents Selon l'un d'eux, le craquage a lieu dans les tubes chauffants du four de craquage et en partie dans les tuyauteries qui conduisent aux étapes qui suivent le craquage Dans ce procédé de craquage, les durées ne sont pas exactement connues et elles sont relativement courtes, c'est-àdire de l'ordre d'une minute La pression varie fortement, en diminuant depuis l'entrée du four jusqu'à la sortie du four Selon l'autre procédé de cra- quage, l'hydrocarbure amené est d'abord chauffé dans le four de craquage à une température de réaction appropriée, et la réaction de craquage effective a lieu dans une zone de réaction séparée o la durée est considérablement plus longue que dans le procédé précédent, c'est-à-dire de l'ordre de 10 à 30 minutes On n'introduit pas de chaleur dans la zone de la réaction. Dans le procédé mentionné en dernier, la zone de la réaction consiste en règle générale en un récipient verti- cal et cylindrique à une extrémité duquel est envoyé l'huile chauffée dans le four de craquage, et à l'autre extrémité duquel est extrait un mélange de liquide et de. gaz qui est envoyé à une étape de raffinage qui suit, par exemple à la distillation La direction du flux dans la zone de la réaction est soit vers le bas en partant du haut, soit vers le haut en partant du bas. Dans le craquage d'huiles d'hydrocarbures, il se déroule des réactions qui sont sensiblement de deux types différents L'un d'eux est la réaction de craquage propre- ment dite, les molécules à longue chaîne étant divisées en molécules plus petites, ce qui réduit la viscosité L'autre type de réaction est appelée polycondensation, les molé- cules se combinant et produisant du brai et du coke à mesure que l'hydrogène est libéré La réaction dernièrement mentionnée est une réaction qui n'est pas souhaitable du fait qu'elle provoque la formation de quantités plus im- portantes d'asphaltènes Du fait que les réactions de la condensation deviennent importantes aux températures éle- vées, des efforts ont été faits pour avoir recours à des températures de réaction plus basses et à des durées plus longues en proportion. La durée est un facteur très important pour le craquage thermique Le craquage n'a pas le temps de se dérouler si la durée est trop courte Dans le cas o la durée est trop longue, les produits du craquage commencent à réagir et à former des produits de réaction indésirables Il en résulte la formation d'un produit instable qui provoque des diffi- cultés lors de l'utilisation ultérieure du carburant Le but est donc un craquage aussi uniforme que possible Si les flux dans le récipient de pression qui sert de zone de réaction ne sont pas uniformes, il en résulte des durées variables. Pendant la réaction de craquage, des composants légers sont formés et s'évaporent à la température et à la pres- sion de la zone de la réaction la densité du mélange liquide/gaz diminue donc à mesure que le mélange monte dans le récipient de pression Du fait du différentiel de pression hydrostatique dans le récipient de pression, la. densité de la partie gazeuse diminue également à mesure que le mélange monte Les fractions de liquide formées dans le réacteur de craquage ont une densité plus faible que celle du liquide alimenté, ce qui abaisse également la densité du mélange liquide/gaz La vitesse du fluide n'est donc pas constante dans le réacteur cylindrique d'épaisseu uniforúme qui est habituellement utilisé, mais s'accélère à mesure que le mélange monte. Le procédé de craquage thermique décrit dans le brevet US No 4 247 387 consiste à utiliser un récipient de pres- sion vertical et cylindrique servant de zone de réaction et dans lequel, pour éviter des reflux à l'intérieur du réac- teur, sont disposés des fonds intermédiaires perforés constituant plusieurs sites de mélange dans le réacteur Le but cherché est d'obtenir une durée aussi uniforme de possible pour la fraction qui est envoyée dans la zone. L'utilisation de plaques intermédiaires a des inconvénients. Un fonctionnement erroné du réacteur peut amener l'ensemble du réacteur à subir une cokéfaction conduisant à son occlusion Les fonds intermédiaires rendent difficiles et coûteux l'élimination du coke et le nettoyage du réacteur. Le but de l'invention est de proposer un perfectionne- ment aux procédés actuellement connus Le but plus précis de l'invention est de proposer un procédé permettant d'ob- tenir une durée uniforme sans avoir recours à des fonds intermédiaires perforés ou équivalents à placer dans le récipient de la réaction. Les buts de l'invention sont atteints par un procédé qui est caractérisé essentiellement en ce que la zone de la réaction est constituée par un récipient de pression dont l'aire en section transversale augmente vers le haut en partant du bas. Si l'on utilise dans la zone de la réaction et selon l'invention une aire en section transversale qui augmente vers le haut en partant du bas, on évite la création d'un gradient important de vitesse et on favorise la formation d'un flux du type à écoulement en bloc qui est optimal du point de vue du résultat du craquage Bien que la densité du mélange liquide/gaz qui se dirige vers le haut en partant du bas diminue pendant la réaction, la forme conique et allant en augmentant vers le haut de la zone de la réaction tend à s'y opposer et à ralentir le flux dans la zone de la réaction. L'angle formé par les parois de la zone de la réaction avec l'axe central est de préférence tel que la vitesse du mélange liquide/gaz soit approximativement constante dans les conditions normales On obtient habituellement ce résultat lorsque l'angle est compris entre 2 et 150. Lorsque l'angle est plus important, des reflux nuisibles se créent; de même, si l'angle est inférieur à 2 , son effet devient pratiquement nul. Du fait qu'à l'entrée de la zone de réaction des gradients de vitesse des flux se forment facilement, il est avantageux selon l'invention que la section d'entrée de la zone de la réaction soit également conique On choisit l'angle du cône sur la base de la vitesse du flux dans le tube d'alimentation Plus la vitesse dans le tube d'alimen- tation est élevée, plus l'angle doit être faible Dans la pratique, l'angle qui convient varie entre 2 et 30 . La sortie de la zone de réaction peut être de forme conique Dans ce cas, on choisit l'angle sur la base de la vitesse régnant normalement dans le tube de sortie Plus la vitesse de sortie est élevée, plus l'angle choisi doit être faible L'angle qui convient dans la pratique varie entre 2 et 30 La section de sortie peut également être arrondie et former une surface elliptique ou sphérique, ou bien elle peut être munie de guides de flux ou d'organes équivalents pour éviter des reflux dans cette région. Du point de vue de la réaction de craquage, on a constaté que la température qui convenait était comprise entre 410 et 470 et la pression entre 2 et 20 bars Le rapport entre le diamètre moyen et la longueur de la zone de la réaction est de préférence compris entre 1:1 et 1:20. L'invention est maintenant décrite en détail avec référence à un mode de réalisation avantageux qui est présenté sur les figures du dessin annexé, mais auxquelles l'invention n'est pas limitée. La figure 1 représente un mode de réalisation avanta- geux du procédé de l'invention, sous forme d'un schéma, la figure 2 représente à plus grande échelle le réci- pient de réaction de la figure 1. Sur la figure 1, l'huile d'alimentation est amenée par le tuyau 11 dans le four 12, o sa température est élevée à un niveau compris entre 410 et 4700 Depuis le four 12, l'huile est amenée par le tuyau 13 au réacteur 14 o elle monte en partant du bas et sort à la partie supérieure du réacteur par le tuyau 15 pour parvenir à une unité séparée (non représentée), dans laquelle on peut séparer par exem- ple de l'essence, du pétrole, de l'huile légère et lourde. La durée de rétention moyenne dans la zone de la réaction est comprise entre 5 et 100 minutes. La figure 2 montre le récipient de réaction 14 de la figure 1, avec la section d'entrée 16, la zone effective de la réaction 17, et la section de sortie 18 Dans les parties respectives, l'angle formé par les parois et l'axe central est indiqué en x, et * 'Dans la zone de la réaction représentée à la figure 2, l'angle K est plus important que l'angle 3 Il est tout à fait possible que les angles a et Ali soient égaux, cas dans lequel il n'y a pas de section d'entrée séparée 16 Il est également possible et même recommandé d'arrondir les zones de transi- tion, s'il y en a, entre les angles de cônes pour qu'il n'y ait pas de parties aiguës. REVENDICATIONS 1 Procédé de craquage thermique d'hydrocarbures, o les hydrocarbures sont chauffés à la température de la réaction et sont conduits dans la zone de la réaction o le flux est ascendant à partir du bas, caractérisé en ce que la zone de la réaction-est constituée par un récipient de pression ( 14) dont l'aire en section transversale augmente en direction du haut et en partant du bas. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les parois de la zone de la réaction et l'axe central forment un angle (ffi) dont la valeur est comprise entre 2 et 15 . 3 Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la vitesse de propagation des hydrocarbures dans la zone de la réaction ( 17) est maintenue à un niveau sensiblement uniforme. 4 Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on utilise pour la section d'entrée ( 16) de la zone de la réaction ( 17) une section d'entrée conique. 5 Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'angle (o) formé entre la paroi de la section d'en- trée ( 16) et l'axe central est compris entre 2 et 300. 6 Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que dans la zone de la réaction, la température est comprise entre 410 et 4700, la pression entre 2 et 20 bars et la durée de rétention moyenne entre 5 et 100 minutes. 7 Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on utilise pour la sec- tion de sortie ( 18) de la zone de la réaction ( 17) un cône dont l'angle ( compris entre 2 et 300. 8 Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on utilise un rapport moyen entre le diamètre de la zone de la réaction ( 17) et sa hauteur qui est compris entre 1:1 et 1:20.