Brevet FR2621687A1 — publié le 19890414

L'invention concerne une installation d'échange thermique pour gaz chauds circulants, provenant en particulier de fours à gaz de craquage, constituée de plusieurs échangeurs de chaleur montés en parallèLe et reliés chacun, côté gaz, d'une part à un four de craquage et d'autre part à un collecteur, l'installation comprenant une injection d'huile en aval des échangeurs de chaleur et chacun des échangeurs possédant un passage tubulaire de gaz chaud, pourvu d'une admission et d'une sortie, qui est entouré sur la majeure partie de sa longueur par une enveloppe de refroidissement formée de tubes parallèles à l'axe du passage, tubes qui sont reliés entre eux de façon étanche au gaz et sont munis d'une admission et d'une sortie pour le fluide de refroidissement. De tels échangeurs de chaleur sont appliqués au refroi- dissement de gaz produits dans un système, en particulier de gaz de craquage provenant du craquage thermique d'hydrocarbures gazeux et liquides. Ils sont réalisés, notamment, comme des appareils mono- tubulaires qui se raccordent à chaque sortie de four de craquage et dont la section droite, côté gaz, correspond à celle de la sortie du four de craquage. Dans le cas des fours de craquage équipés d'un refroidissement à un étage des gaz de craquage, il faut tenir compte, dans la conception de l'échangeur de chaleur, de la gamme des produits bruts pouvant être mis en oeuvre (allant du gaz au fioul). Afin que l'appareil reste aussi propre que possible, on choisit en règle générale la température à laquelle le gaz de. craquage sort de l'échangeur de chaleur, de manière que, lorsque les produits utilisés sont des produits légers, on obtienne encore une récupération d'énergie économique et que, s'il s'agit de produits lourds, la tendance à la cokéfaction sur les surfaces de refroidissement de l'échangeur reste acceptable. Pour ces raisons, la plage de température du gaz de craquage derrière l'échangeur de chaleur est généralement limitée à 420 -550 C (avec des surfaces de chauffage propres). Derrière l'échangeur de chaleur, on prévoit une injection d'huile qui est en règle générale monoétagée et qui assure le refroidissement consécutif du gaz de craquage. On accepte l'inconvénient que les surfaces de refroidissement se recouvrent, en cas d'utilisation de produits lourds, de dépôts cokéfiés rela- 2 2621687 tivement importants, de sorte que la température de sortie du gaz peut atteindre à peu près 650 C derrière l'échangeur de chaleur. Le condenseur doit être nettoyé périodiquement pour le débarrasser de dépôts cokéfiés. Dans le cas des fours de craquage équipés d'un refroidis- sement biétagé du gaz de craquage, le système d'échange thermique est constitué le plus souvent d'un grand nombre d'échangeurs de chaleur monoétagés qui se raccordent à des sorties séparées du four. Les échangeurs monoétagés délivrent le gaz à environ 550 - 650 C dans un collecteur. En cas d'utilisation de produits légers (gaz, essence minérale légère), le refroidissement consécutif des gaz de craquage s'opère dans un échangeur de chaleur supplémentaire que l'on prévoit généralement sous forme d'un appareil séparé de grand volume pour chaque unité de four. Lors de l'emploi de produits lourds (fioul, fioul obtenu par distillation dans le vide, résidu hydraté), le gaz de craquage est soutiré directement du collecteur derrière le premier étage d'échange thermique pour être amené au système d'injection d'huile prévu en aval; l'échangeur de chaleur supplémentaire n'est pas utilisé dans ce mode de fonctionnement. L'inconvénient des procédés monoétagés est la limitation à une gamme de produits relativement étroite, ceci afin d'éviter des cokéfactions excessives. D'un autre côté, à cause de la conception destinée à réaliser un compromis, le rendement énergé- tique en cas d'emploi de produits légers est plus faible que ne le permettent les possibilités techniques. Dans certaines circons- tances, la durée de marche peut être limitée par des dépôts résultant de formations dû coke dans le système de refroidissement au cas o les produits mis en oeuvre sont des produits lourds. Le système non compliqué et économique, sans conduite de liaison chaude entre les deux étages d'échange thermique, et le mode de construction peu coûteux représentent des avantages. Le système d'échange thermique biétagé est très onéreux en raison du partage des deux étages d'échange thermique sur deux systèmes séparés, reliés par une liaison intermédiaire coûteuse et devenant très chaude (il s'agit d'une conduite tubulaire dont la 3 2621687 température atteint 650 -680 C). IL s'y ajoute que les pertes de charge de L'ensemble du système sont importantes en raison des conduites reLativement Longues; ceci a un effet négatif sur La perte de craquage dans les fours de craquage à tubes. Un avantage est La possibiLité de pouvoir adapter Le fonctionnement de façon flexible au produit employé (système d'échange thermique à un étage seulement Lorsque les produits mis en oeuvre sont lourds et système d'échange thermique biétagé s'il s'agit de produits Légers). Le but de l'invention est de créer un système d'échange thermique biétagé qui soit économique et qui permette le refroidis- sement de gaz de craquage provenant de fours de craquage de courte durée, lesquels sont conçus pour un fonctionnement facilement adap- table à des produits changeants. Partant d'un état de la technique interne (propre à la demanderesse) et de la demande de brevet de la République Fédérale d'Allemagne P 37 14 671. 8-16, on obtient ce résultat, conformément à l'invention, avec une installation d'échange thermique comme définie au début et qui est caractérisée en ce que: a) l'enveloppe de refroidissement est entourée sur la majeure partie de sa longueur par une enveloppe tubulaire reliée, côté gaz, au passage de gaz chaud à travers des ouvertures ménagées dans la partie supérieure de l'enveloppe de refroidis- sement, b) des raccords tubulaires coaxiaux, soudés étanches au gaz aux deux extrémités de l'enveloppe de refroidissement, forment un tronçon d'entrée et un tronçon de sortie du passage de gaz chaud, c) l'enveloppe tubulaire est pourvue d'une sortie pour le gaz chaud, sortie qui est reliée à un premier collecteur, d) le premier collecteur est relié par une canalisation à un second collecteur, e) la canalisation est équipée de deux vannes d'arrêt et d'une sortie placée entre elles pour le gaz refroidi et f) la sortie est munie d'une injection d'huile d'aval. 4 2621687 Comparativement à l'état connu de la technique, la solution selon l'invention a l'avantage que le système d'échange thermique biétagé est applicable aussi bien au craquage de produits lourds qu'au craquage de produits (hydrocarbures) Légers, sans que l'on soit obligé d'amener le gaz de craquage par de longues conduites chaudes à un second étage séparé. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'exemples de réalisation non limitatifs, ainsi que des dessins annexes, sur lesquels: - la figure 1 est une représentation schématique d'une installation à gaz de craquage avec un système d'échange thermique prévu en aval, système qui est de type intégré à deux étages; - la figure 2 est une coupe suivant la ligne A-A de la figure 1; - la figure 3 est une coupe transversale d'un échangeur de chaleur biétagé; - les figures 4, 5 et 6 sont des coupes prises respecti- vement suivant les lignes B-B, C-C et D-D de la figure 3; - la figure 7 est une coupe transversale d'un échangeur de chaleur selon une variante de réalisation; et - la figure 8 est une coupe suivant la ligne E-E de la figure 7. Figures 1 et 2 Lors du fonctionnement avec des produits lourds, la vanne d'arrêt 18 est ouverte et la vanne d'arrêt 19 est fermée. Le gaz de craquage chaud, provenant du four de craquage 2, est envoyé à travers les conduites 22 ót les admissions 7 dans les échangeurs de chaleur 3, o il est ref-oidi dans le premier étage, puis dirigé à travers les sorties 8 et les conduites 23 dans le collecteur 4 en vue d'un refroidissement supplémentaire éventuel par le système d'injection d'huile 5, avant d'être soutiré à travers la conduite 20. Les tubes 10, formant les enveloppes des échangeurs 3, sont reliés à leurs extrémités inférieures, par les admissions 11 (côté eau) et à leurs extrémités supérieures, par les sorties 12 (côté vapeur) à un tambour à vapeur non représenté. 2262 1687 Lors du fonctionnement avec des produits légers, La vanne d'arrêt 18 est fermée et la vanne d'arrêt 19 est ouverte. Le gaz de craquage chaud du four 2 est envoyé par les conduites 22 et les admissions 7 dans les échangeurs de chaleur 3, o il est refroidi dans le premier et le second étage, dirigé ensuite par les sorties dans le collecteur 16 en vue d'un éventuel refroidissement supplémentaire par le système d'injection d'huile 21, avant d'être soutiré à travers la conduite 20. Les tubes d'enveloppe 10 des échangeurs 3 sont reliés à leurs extrémités inférieures, par les admissions 11 (côté eau) et à leurs extrémités supérieures par les sorties 12 (côté vapeur) à un tambour à vapeur non représenté. Figures 3, 4, 5 et 6 Le passage de gaz chaud est défini par l'admission 7, la sortie 8 et l'enveloppe de refroidissement 9. L'admission 7 est raccordée à un four à gaz de craquage non représenté. La sortie 8 est raccordée à un collecteur non représenté. Les tubes d'enveloppe sont reliés étanches au gaz entre eux, à l'admission 7, la sortie 8 et l'enveloppe 13. Les tubes d'enveloppe 10 sont reliés à leurs extrémités inférieures, par l'admission 11 du collecteur 24 (côté eau) et à leurs extrémités supérieures, par la sortie 12 du collecteur 25 (côté vapeur) à un tambour à vapeur non représenté. Les tubes d'enveloppe 10 sont recourbés vers l'extérieur dans la partie supérieure de l'enveloppe 12 pour former des ouvertures 14 destinées à laisser passer le gaz entre les deux étages de l'échangeur de chaleur 3. L'enveloppe 13 possède une sortie 15 pour le second étage de l'échangeur 3. Figures 7 et 8 La construction de l'échangeur de chaleur monoétagé de ces figures se différencie uniquement de l'échangeur de chaleur biétagé 3 par l'absence de l'enveloppe 13 et des ouvertures 14 dans l'enveloppe de refroidissement. 6 2621687 Liste de références 1 installation d'échange thermique (biétagé) 2 four à gaz de craquage 3 échangeur de chaleur (biétagé) 4 collecteur injection d'huile 6 passage de gaz chaud 7 admission de gaz chaud (tronçon d'entrée) 8 sortie de gaz chaud (tronçon de sortie) 9 enveloppe de refroidissement tube d'enveloppe (parallèle à l'axe du passage) 11 admission de l'enveloppe de refroidissement 12 sortie de l'enveloppe de refroidissement 13 enveloppe 14 ouverture sortie d'enveloppe 16 collecteur 17 canalisation 18 vanne d'arrêt 19 vanne d'arrêt sortie 21 injection d'huile 22 conduite 23 conduite 24 collecteur collecteur 26 échangeur de chaleur (monoétagé) 27 passage de gaz chaud 28 admission de gaz chaud 29 sortie de gaz chaud enveloppe de refroidissement 31 tube d'enveloppe 32 admission d'enveloppe de refroidissement 33 sortie d'enveloppe de refroidissement 34 collecteur collecteur 7 2621687 REVENDICATION Installation d'échange thermique (1) pour gaz chauds circulants, provenant en particulier de fours à gaz de craquage (2), constituée de plusieurs échangeurs de chaleur (3) montés en parallèLe et reliés chacun, côté gaz, d'une part à un four de craquage (2) et d'autre part à un collecteur (4), l'installation comprenant une injection d'huile (5) en aval des échangeurs de chaleur (3) et chacun des échangeurs (3) possédant un passage tubu- laire de gaz chaud (6), pourvu d'une admission (7) et d'une sortie (8), qui est entouré sur la majeure partie de sa longueur par une enveloppe de refroidissement (9) formée de tubes (10) parallèles à l'axe du passage, tubes qui sont reliés entre eux de façon étanche au gaz et sont munis d'une admission (11) et d'une sortie (12) pour le fluide de refroidissement, caractérisée en ce que: a) l'enveloppe de refroidissement (9) est entourée sur la majeure partie de sa longueur par une enveloppe tubulaire (13) reliée, côté gaz, au passage de gaz chaud (6) à travers des ouver- tures (14) ménagées dans la partie supérieure de l'enveloppe de refroidissement (9), b) des raccords tubulaires coaxiaux, soudés étanches au gaz aux deux extrémités de l'enveloppe de refroidissement (9), forment un tronçon d'entrée (7) et un tronçon de sortie (8) du passage de gaz chaud (6), c) l'enveloppe tubulaire (13) est pourvue d'une sortie (15) pour le gaz chaud, sortie qui est reliée à un premier collecteur (16), d) le premier collecteur (16) est relié par une canali- sation (17) à un second collecteur (4), e) la canalisation (17) est équipée de deux vannes d'arrêt (18, 19) et d'une sortie (20) placée entre elles pour le gaz refroidi et f) la sortie (20) est munie d'une injection d'huile d'aval.