Brevet FR2528444A1 — 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 craquage, 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-àdire 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 dérou- le des réactions qui sont sensiblement de deux types dif- férents L'un d'eux est la réaction de craquage proprement 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 molécules 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 importantes d'as- phaltènes Du fait que les réactions de la condensation deviennent importantes aux températures élevées, des efforts ont été faits pour avoir recours à des températures de réaction plus basses et à des durées plus longues en pro- portion. 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'épaisseur uniforme 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 recherché 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 connus dans ce domaine de la technique. Le but plus précis de l'invention est de proposer un procédé permettant d'obtenir une durée uniforme sans avoir recours à des fonds intermédiaires qui gênent le nettoyage. Les buts de l'invention sont atteints par un procédé qui est caractérisé essentiellement en ce que le mélange fluide/gaz est entraîné selon un mouvement rotatif tangen- tiel dans le récipient de pression qui constitue la zone de la réaction. Selon l'invention, on engendre dans la zone de la réaction un flux de fluide/gaz tournant tangentiellement mais progressant uniformément et verticalement vers le haut, sans flux de retour provoquant des durées non unifor- mes. On peut obtenir de diverses manières le flux rotatif tangentiel du mélange fluide/gaz Selisr un mode d-e Yo isa- Lion avantageux, le mouvement rotatif ebt obtenu au moyen d'organes hélicoïdaux qui forment un corzidor héircoîdal Ascendant dans le récipient de pression qui sert de réac- teur Dans ce passage, le flux us_ tujours dirigé vers le haut et il n'y a pas de flux descendant Le système à hélices peut s'étendre sur la totalité de la longueur de la zone de la réaction, ou seulement sur une partie de celle- ci Dans certains cas, il peut suffire de limiter le sys- tème hélicoïdal à la section d'entrée de la zone de réac- tion. Il est également possible de prévoir dans le réacteur deux ou plusieurs organes en forme d'hélices, qui inversent le sens de rotation du mélange fluide/gaz On produit ainsi une ou plusieurs étapes de mélage pour le mélange fluide/ gaz qui sécoule dans la zone de la réaction. Un autre mode de réalisation permettant d'entraîner le mélange fluide/gaz dans un mouvement rotatif tangentiel est celui dans lequel on utilise des buses montées tangentiel- lement On peut introduire par les buses une partie du fluide d'alimentation, ou un autre fluide tel que de la vapeur, pour entraîner le fluide alimenté proprement dit en rotation On choisit le nombre de buses en fonction du produit amené ce nombre étant par exemple de 2 à 20 Il est aussi possible de disposer le tuyaux d'alimentation de l'hydrocarbure à craquer et pénétrant dans la zone de la réaction tangentiellement dans la section d'entrée de cette zone. Selon encore un autre mode de réalisation avantageux, la zone de la réaction a la forme d'un cône s'évasant vers l'extérieur sur la totalité de sa longueur ou sur une partie seulement, et par exemple seulement dans la partie de la section d'alimentation Cette forme conique provoque déjà en elle-même une uniformité de la distribution de la durée. Du point de vue de la réaction de craquage, on a cons- taté que la température qui convient était comprise entré 410 et 4700 et la pression entre 2 et 20 bars Le rapport entre le diamètre moyen et la longueur de la zone de la réaction est compris avantageusement entre 1:1 et 1:20. L'invention est maintenant décrite en détail avec référence à des modes de réalisation avantageux qui sont présentés 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, sous forme d'un schéma, la figure 2 représente un mode de réalisation avantageux du réacteur utilisé dans l'invention, en vue en élévation schématique, la figure 3 A représente un autre mode de réalisation avantageux du réacteur utilisé dans le procédé de l'inven- tion, vu par le dessus, la figure 4 B représente le réacteur de la figure 3 A en élévation, la figure 4 A représente un autre mode de réalisation avantageux du réacteur utilisé dans l'invention, vu par le dessus, la figure 4 B représente le réacteur de la figure 4 A en élévation. 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 470 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 les uns des autres par exemple de l'essence, du pétrole, de l'huile légère et lourde La durée moyenne dans la zone de la réaction est comprise entre 5 et 100 minutes. Dans le mode de réalisation de la figure 2, un organe hélicoïdal 16 est solidaire du réacteur 14 Les hydrocar- bures à craquer sont amenés dans le réacteur 15 vers le haut en partant du bas, et ils pénètrent dans un corridor hélicoldal constitué par l'organe en spirale 16, o le craquage proprement dit a lieu. Dans le mode de réalisation de la figure 2, la zone de réaction 18 peut comprendre également deux organes héli- coïdaux 16 et 17, dont les hélices sont en sens opposé De ce fait, le mélange fluide/gaz qui circule dans la zone de la réaction 18 inverse sa rotation. Les figures 3 A et 3 B représentent la partie inférieure du récipient de pression 14 agissant en tant que zone de réaction 18 et dans laquelle le fluide d'hydrocarbure à craquer est introduit vers le haut, en partant du bas Des buses 19 communiquent tangentiellement avec la partie inférieure du récipient de pression 14, buses par les- quelles une partie du fluide alimenté ou un autre fluide tel que de la vapeur par exemple peut être introduit de manière à entraîner en rotation le fluide d'hydrocarbure qui est soumis au craquage. Dans le mode de réalisation des figures 4 A et 4 B, des buses 21 sont formées à l'extrémité du tuyau d'alimentation 20 destiné aux hydrocarbures à craquer et elles forcent le liquide alimenté à se déplacer en rotation. EXEMPLE I On a réalisé à l'échelle d'une installation pilote le craquage thermique d'huiles brutes en utilisant un réacteur tel que celui représenté à la figure 1, et un réacteur similaire comportant un système d'hélices Pour le reste, les conditions étaient les mêmes L'huile d'alimentation était de l'huile de base brute soviétique distillée sous vide Les résultats sont consignés dans le Tableau ci- dessous: Caractéristiques Produit amené Propriétés du produit de base (fraction de distillation à 180 C+) sans systÈme avec systàme d'hélices d'hélices Densité (g/as 20 C)1,0011 1,001 1,002 Teneur en aspaltànes {% en poids) 6,28 10,70 11,10 Terneur en soufre (% en poids) 3,65 3,38 3,54 Viscosité c St ( 50 C)43000 42000 3300 Stabilité 1) 2,0 2,1 1952. 1) Le oncept de stabilité est décrit plus en détail dans: van Kerkvoort, W J, Nieuwstad, A J J IV: E Congres Intern du Chauffage Industriel, rapport 220, Paris, REVENDICATIONS 1 Procédé de craquage thermique d'hydrocarbures o les hydrocarbures sont chauffés la tem;érature je la action et zicnt conduits dans a z 1 N d la réaction o le tallx est ascendant p 3 rtir dlu bas, caractérisé en ce que le mélange flulde/gaz est entra né en rotation tangentielle dans le récipient de pression ( 14) qui constitue la zone de réaction ( 18). 2 Procédé selon la reveldication 1, caractérisé en ce que le mélange fluide/g 9 a est entúaaln en rotation à l'aide d'au moins un organe en forme d'hélice ( 16, 17). 3 Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le système d'hélices ( 16, 17) de la zone de réaction ( 18) est disposé sur la totalité de la longueur du réci- pient de pression ( 14). 4 Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le système d'hélices ( 16, 17) dans la zone de réaction ( 18) est disposé sur une partie de la longueur du récipient de pression ( 14), ou simplement dans la section d'entrée et/ou dans la section de sortie. 5 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le système d'hélices ( 16, 17) comprend deux ou plusieurs systèmes d'hélices pouvant inverser la rotation du mélange fluide/gaz. 6 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le mélange fluide/gaz est entraîné en rotation à l'aide de buses ( 19, 21). 7 Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que les buses ( 19) communiquent tangentiellement avec la section d'entrée de la zone de réaction ( 18). 8 Procédé selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que les buses ( 21) sont dans la zone de réaction ( 18) sur le prolongement du tuyau d'alimentation ( 20) des hydrocarbures. 9 Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que le mélange fluide/gaz est entraîné en rotation à l'aide d'un système de buses ( 19) par lesquelles une partie du fluide alimenté, de la vapeur ou un autre fluide, est amenée dans le récipient de pres- sion ( 14). Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le craquage thermique est réali- sé dans la zone de réaction ( 18) à une température comprise entre 410 et 4700, sous une pression de 2 à 20 bars et pendant une durée moyenne de 5 à 100 minutes. 11 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'on utilise dans la zone de réaction ( 18) un récipient de pression conique ( 14) s'é- tendant vers le haut.