Brevet FR2559789A1 — publié le 19850823

La présente invention a trait à des échangeurs de chaleur, notamment à des échangeurs de chaleur utilisés dans le traitement de pétrole brut. Elle concerne pi,s partic 1 srem=-t un ac1dn pour réduire ''enz-a3se- ment d'échangeurs de chaleur. Dans le traitement du pétrole, de nombreux échangeurs de chaleur sont utilisés pour chauffer ou refroidir des courants de produits. Etant donné que les raffineries traitent normalement de tres grandes quantités de pétrole atteignant ou dépassant 95 à 760 m3/jour, les échangeurs de chaleur de la raffinerie représentent un investissement de très grands capitaux. Après une période de marche, des dépôts s'accumulent sur les tubes des échangeurs de chaleur en réduisant grandement l'eff i- cacité des échangeurs de chaleur et en augmentant cons i- dérablement l'énergie consommée. Finalement, l'échangeur de chaleur doit être mis hors service et les tubes doivent être nettoyés ou remplacés.L'augmentation de l'eff i- cacité des échangeurs de chaleur et la réduction de la quantité de crasse et de la vitesse d'encrassement peuvent offrir des économies considérables d'énergie dans des raffineries et dans d'autres installations industrielles qui utilisent des échangeurs de chaleur. De nombreux additifs anti-salissure pour échangeurs de chaleur sont bien connus dans l'art antérieur par exemple les brevets des Etats-Unis d'Amérique N 3 437 583 et NO 3 442 791 font connaître comme agents anti-salissure pour des courants d'hydrocarbures du pétrole l'association entre un désactivateur de métaux et un produit de condensation d'un alkylphénol, d'une polyamine et de formaldéhyde. De même, le brevet des Etats-Unis d'Amérique N 3 132 085 révèle l'utilisation d'un produit de condensation d'hydroxyde d'ammonium, de formaldéhyde et d'un alkylphénol comme agent antisalissure pour échangeurs de chaleur. L'invention concerne un procédé pour réduire l'encrassement d'échangeurs de chaleur, dans lequel on fait passer un courant d'hydrocarbure liquide dans un échangeur de chaleur à une température de -18 à 8150C en ajoutant audit courant d'hydrocarbure 1 à 500 parties par million d'un additif anti-salissure, ledit additif comprenant des alkylamino alkylphénols de formules dans lesquelles : R et R1 sont indépendamment des groupes alkyle ayant 1 à 20 atomes de carbone, R2 représente H ou un groupe alkyle ayant 1 à 20 atomes de carbone ; R3 représente H ou un groupe alkyle ayant 1 à 6 atomes de carbone ; et n a une valeur de 1 à 10. Les échangeurs de chaleur utilisés dans la présente invention sont de tout type dans lequel des dépôts s'accumulent sur une surface de transfert de chaleur. Le type le plus courant d'échangeur de chaleur que l'on utilise est habituellement connu sous le nom d'échangeur à calandre. Le courant d'hydrocarbure passant dans l'échangeur de chaleur est avantageusement un courant de pétrole brut. On apprécie particulièrement des matières premières pétrolières qui contiennent des hydrocarbures réactifs tels que des oléfines, das composés du soufre et des composés de l'azote. Toutefois, tout courant d'hydrocarbure qui conduit à un encrassement de l'échangeur de chaleur peut être utilisé dans la présente invention, notamment diverses fractions du pétrole brut. En général, les courants passant dans l'échangeur de. chaleur sont chauffés ou refroidis à des températures allant de -18 à 815"C, de préférence de 10 à 427"C. Alkylamino alkylphénols Les additifs alkylamino alkylphénoliques utiles comme agents anti-salissure dans la présente invention répondent aux formules générales dans lesquelles R et R1 représentent indépendamment des groupes alkyle ayant 1 à 20 atomes de carbone ; R2 représente H ou un groupe alkyle ayant 1 à 20 atomes de carbone ; R3 représente H ou un groupe alkyle ayant 1 à 6 atomes de carbone ; et n a une valeur de 1 à 10. Des exemples représentatifs de groupes alkyle comprennent les groupes méthyle, éthyle, dodécyle, octadécyle, octyle, etc. Ces groupes alkyle peuvent être linéaires ou ramifiés. R est avantageusement un groupe alkyle ramifié ayant 9 à 15 atomes de carbone, obtenu par oligomérisation de propylène, tandis que R1 est avantageusement un groupe alkyle de bas poids moléculaire tel que méthyle et R2 représente l'hydrogène ou un autre groupe méthyle alkylphénolique. R3 est avantageusement l'hydrogène ou un groupe alkyle de bas poids moléculaire, et R3 représente plus particulièrement H. n a avantageusement une valeur de 1 à 4. On envisage des mélanges des types de composés ci-dessus et on les apprécie particulièrement. Préparation des alkylamino alkylphénols On obtient les additifs par la réaction de condensation d'un alkylphénol, d'un aldéhyde et d'une amine. Cette réaction est bien connue dans l'art antérieur et constitue la réaction de condensation de Mannich. Selon les corps réactionnels, leurs proportions et les conditions de la réaction, on obtient un ou plusieurs des alkylamino alkylphénols décrits ci-dessus. Les phénols alkylés utiles à la préparation des alkylamino alkylphénols utilisés dans la présente invention répondent à la formule dans laquelle R peut être un groupe alkyle à channe droite ou à chaîne ramifiée ayant 1 à 100 atomes de carbone et de préférence 10 à 30 atomes de carbone. Les groupes R ou groupes alkyle peuvent être présents sur l'un quelconque ou la totalité des sites autour du noyau phénolique, c'est-à-dire ortho, méta ou para. Les groupes R prédominent dans la position méta ou para. Cela veut dire que moins de 40 % des groupes R se trouvent en position ortho et que de préférence moins de 15 % des groupes R sont en position ortho. Un phénol alkylé particulièrement apprécié est le dodécylphénol. Des exemples de groupes alkyle convenables comprennent les groupes octyle, décyle, dodécyle, éthylhexyle, triacontyle, etc. t des radicaux dérivés d'hydrocarbures du pétrole tels que l'huile blanche, la paraffine, des polymères oléfiniques (par exemple polypropylène, polybutylène, etc.), etc. Bien qu'une structure particulière soit indiquée par la formule ci-dessus, il y a lieu d'admettre que des mélanges de phénols alkylés peuvent être utilisés avec succès. On peut utiliser avantageusement dans la réaction de condensation des aldéhydes répondant à la formule suivante dans laquelle R3 est choisi entre l'hydrogène et des radicaux alkyle contenant 1 à 6 atomes de carbone. Des exemples d'aldéhydes convenables comprennent le formaldéhyde, l'acétaldéhyde, le propanaldéhyde, le butyraldéhyde, l'hexaldéhyde et l'heptaldéhyde. L'aldéhyde réactionnel que l'on apprécie le plus est le formaldéhyde, que l'on peut utiliser sous sa forme monomérique ou polymérique, tel que le paraformaldéhyde. Les amines avantageuses à utiliser dans la réaction de condensation contiennent un groupe amino et au moins un atome d'hydrogène actif. Des amines convenables comprennent des amines primaires et des amines secondaires. Des exemples d'amines comprennent les alkylamines primaires telles que la méthylamine, l'éthylamine, la n-propylamine, l'isopropylamine, la n-butylamine, l'isobutylamine, la 2-éthylhexylamine, la dodécylamine, la stéarylamine, etc. De meme, on peut utiliser des dialkylamines telles que la diméthylamine, la diéthylamine, la méthyléthylamine, la méthylbutylamine, etc. La méthylamine constitue une amine appréciée. La réaction de condensation a lieu par simple chauffage du mélange réactionnel à une température suffisante pour effectuer la réaction. Cette dernière se développe à des températures allant d'environ 50 à 2000C. Une plage de températures davantage appréciée va de 75 à 1750C. Le temps nécessaire à l'accomplissement de la réaction dépend des corps réactionnels utilisés et de la température de réaction que l'on utilise Dans la plupart des conditions, la réaction est accomplie en une période d'environ 1 à 8 heures. La quantité de phénol alkylé, de formaldéhyde et d'amine présente dans le milieu réactiânnel va géneralement de 0,5 à 5 parties molaires d'amine primaire et de 0,75 à 4 parties molaires de formaldéhyde par partie molaire de phénol alkylé. De préférence, la proportion molaire du phénol à l'amine et au formaldéhyde varie de 1:1-4:2-3,5 et notamment de 1:1-1,5:2-3. De même, les corps réactionnels sont avantageusement choisis de manière que le nombre total dlatomes de carbone dans le produit de reaction soit inférieur à 46 et notamment inférieur à 36. Pour réduire notablement l'encrassement d'un échangeur de chaleur, on ajoute au courant passant dans ce dernier une quantité efficace, généralement de 1 à 500 parties par million, de préférence de 5 à 99 parties par million et notamment de 10 à 49 parties par million de l'alkylamino alkylphénol décrit ci-dessus. Une particularité surprenante de la présente invention réside dans la découverte selon laquelle d'aussi faibles quantités de l'additif décrit ci-dessus sont efficaces pour réduire l'encrassement d'un échangeur de chaleur. Exemple 1 - Préparation des alkylamino alkylphénols Cet exemple est donné pour illustrer la préparation de l'un des additifs de la présente invention. On charge dans un récipient en acier inoxydable équipé d'un système de distillation sous vide 60,4 parties de polypropylènephénol dont le polypropylène comporte 12 à 15 atomes de carbone. Le polypropylènephénol contient normalement environ 5 % de dialkylphénols. On crée dans le récipient un vide atteignant une pression absolue de 250 mm de mercure et on casse le vide à l'azote. On ouvre ensuite le récipient à l'atmosphère tout en maintenant la purge d'azote dans l'espace libre. Ensuite, on charge 16,3 parties d'alcool isobutylique dans le récipient en agitant, puis 14,6 parties de paraformaldéhyde. On ferme le récipient et on y charge 7,25 parties de monométhylamine liquide en une période de 3 heures en agitant constamment. On maintient la température du récipient entre 49 et 650C pendant l'addition de- la monométhylamine. La proportion molaire de l'alkylphénol à la monométhylamine et au formaldéhyde est respectivement d'environ 1:1,05:2. La charge du réacteur est agitée pendant 15 minutes une fois terminée l'addition de l'amine puis elle est purgée. La température est élevée à 880C, le récipient est fermé et la température est élevée à 1350C. La réaction est conduite pendant 5 heures à une pression manométrique d'environ 0,14 MPa. Le produit de condensation intermédiaire formé est ensuite refroidi dans le récipient à environ 820C et une quantité d'huile neutre 100 du Mid-continent égale à 39,7 % en poids des constituants antérieurement chargés est ajoutée, c'est-à-dire que l'on ajoute 39,7 parties d'huile aux 100 parties se trouvant déjà dans le réacteur. On charge dans le récipient une quantité d'eau égale à 19,5 % en poids des 100 parties initiales et on agite le mélange pendant 15 minutes à une température de 77 à 820C. On arrête ensuite le mélangeur et on laisse le système se sédimenter pendant environ une heure. La phase aqueuse est ensuite soutirée jusqu a ce qu'un front d'émulsion apparaisse. On laisse ensuite le système se sédimenter pendant environ une demi-heure et on soutire à nouveau la phase aqueuse jusqu'à ce qu'un front dense-apparaisse. Le mode opératoire de lavage décrit ci-dessus est répété en utilisant 16,5 parties d'eau. Le produit consiste en le produit de réaction de condensation de Mannich entre le polypropylènephénol, le paraformaldéhyde et la monométhylamine dans une huile utilisée comme diluant. Exemples 2 à 9 - Essais anti-salissure Un mélange d'alkylamino alkylphénols préparés par condensation de dodécylphénol, de paraformaldéhyde et de monométhylamine de la manière illustrée dans l'exemple 1 a été éprouvé en vue de déterminer ses caractéristiques anti-salissure en utilisant un appareil d'essai normalisé ALCOR et diverses charges d'essai. Cet essai implique de faire arriver une charge d'essai à une vitesse déterminée et pendant une période déterminée et à une vitesse d'addition constante dans un tube contenant une tige d'acier inoxydable chauffée électriquement, tout en fournissant suffisamment de chaleur à la tige pour maintenir constante la température de sortie de la matière d'essai. A mesure que des dépôts de crasse se forment sur la tige, on doit élever la température de cette dernière pour maintenir une température de sortie constante de la charge d'essai.La température initiale de la tige et sa température finale sont mesurées en même temps que le poids initial et le poids final de la tige. L'élévation de température de la tige et la quantité des dépôts sur la tige donnent une indication du degré et de la vitesse d'encrassement. Chaque essai effectué a eu une durée de trois heures et aucun additif n'a été utilisé, ou bien 50 parties par million d'additif ont été ajoutées à la charge d'essai. La température d'admission de la charge d'essai a été maintenue à 210C et la température de sortie a été maintenue à 260 ou à 3150C, comme indiqué. Les résultats sont reproduits sur le tableau I ci-dessous. TABLEAU I Température de sortie Essai de la charge #T, Poids de dépôt, n Charge d'essai et additif d'essai, C C m! Charge injectée dans l'ap pareil de raffinage à l'hydrogène, 315 -1,1 2,8 sans additif 315 -1,1 0,5 Charge de naphta introduite dans l'appareil d'hydro traitement, 3 Sans additif 315 2,2 15,3 4 Alkylaminoalkylphénol 315 8,8 0,5 Charge injectée dans l'ap- pareil de raffinage à l'hydrogène 5 Sans additif 315 1,65 3,0 6 50 ppm de pyrrole 315 20,35 5,1 7 50 ppm de pyrrole et 315 1,65 1,5 50 ppm d'alkylamino- alkylphénol Brut du Wyoming occidental 8 Sans additif 260 6,05 6,0 9 AIkylalmmoalkylphénol 260 3,5 0 REVENDICATIONS 1. Procédé de réduction de l'encrassement d'un échangeur de chaleur dans lequel on fait passer un courant d'hydrocarbure liquide dans un échangeur de chaleur à une température de -18 à 8150C, caractérisé en ce qu'on ajoute audit courant d'hydrocarbure une proportion de 1 à 500 parties par million d'un additif antisalissure comprenant un alkylamino alkylphénol répondant aux formules dans lesquelles R et R1 représentent indépendamment des groupes alkyle ayant 1 à 20 atomes de carbone ; R2 représente H ou un groupe alkyle ayant 1 à 20 atomes de carbone t R3 représente H ou un groupe alkyle ayant 1 à 6 atomes de carbone ; et n a une valeur de 1 à 10. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit courant est du pétrole brut ou une fraction de pétrole brut. 3. Procédé suivant la revenaication 1, caractérisé en ce que dans ladite formule, R est un groupe alkyle ayant 9 à 15 atomes de carbone. 4. Procédé suivant la revendication 3, caractérisé en ce que dans ladite formule, R1 est le groupe méthyle. 5. Procédé suivant la revendication 4, caractérisé en ce que dans ladite formule, R2 est l'hydrogène ou un groupe méthyle alkylphénolique, R3 représente H et n a une valeur de 1 à 4. 6. Procédé suivant la xevendication 5, caractérisé en ce qu'on ajoute audit courant 5 à 99 % parties par million dudit additif. 7. Procédé suivant la revendication li caractérisé en ce qu'on fait passer ledit courant d'hydrocarbure dans l'échangeur de chaleur à une température de 10 à 4800C. 8. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit alkylamino alkylphénol est préparé par condensation de dodécylphénol, de paraformaldéhyde et de méthylamine. 9. Procédé suivant la revendication 8, caractérisé en ce que ledit échangeur de chaleur est un échangeur à calandre.