Brevet FR2622596A1 — publié le 19890505

L'invention concerne un procédé de cokéfaction de charges d'hydrocarbures, produits lourds de distillation ou résidus. Elle concerne plus particulièrement l'étape subséquente de récupération du coke (décokage ou decoking) après qu'il se soit déposé dans le réacteur. La cokéfaction est un procédé bien connu de l'industrie du raffinage dont l'objectif est de valoriser les coupes lourdes et surtout les résidus de distillation en leur faisant subir une décomposition thermique. Celle-ci a généralement lieu dans de grands réacteurs vides o la décomposition s'effectue en distillats qui se dégagent du réacteur et en produit cokéfié qui se dépose progressivement dans le réacteur. La charge est le plus souvent introduite par le bas du réacteur et, dans ce cas, le coke se dépose en premier dans le bas du réacteur; il remplit ensuite progressivement des parties de plus en plus élevées du réacteur jusqu'à le remplir complètement. A ce moment on arrête l'injection de la charge et on envoie cette charge dans un deuxième réacteur vide. Après cette première étape de formation du coke, il y a une deuxième étape de récupération du coke produit. Pour cela, après avoir purgé le réacteur de tous les hydrocarbures résiduels et l'avoir refroidi, on l'ouvre à sa partie supérieure et à sa partie inférieure et on creuse un trou à l'aide d'outils appropriés. Ceuxci sont habituellement supportés par un échafaudage ou tour de forage (derrick) qui permet de creuser à l'intérieur du réacteur à partir de son sommet. La structure des échafaudages (un par réacteur, il y a deux réacteurs au moins) est installée au-dessus des réacteurs eux-mêmes situés bien au-dessus du sol pour permettre d'injecter la charge et surtout de récupérer le coke produit qui descend par gravité du réacteur pour être ensuite évacué et transporté vers une zone de stockage ou chez l'utilisateur. L'objet de l'invention est un procédé et un dispositif qui permettent d'éviter les échafaudages au-dessus des réacteurs pour alléger l'ensemble de la structure, économiser les investissements et rendre plus pratique et plus économique l'extraction du coke. Le procédé de vidange du coke d'un réacteur à décoker, qui constitue un élément d'une batterie de réacteurs de cokage disposés côte à côte, d'axes sensiblement verticaux, est caractérisé en ce que l'on projette de l'eau sous pression dans la direction du coke, à partir de moyens d'éjection d'eau suspendus à un tube flexible guidé par un tambour de guidage situé au-dessus des réacteurs, ledit tambour de guidage étant déplaçable latéralement pour venir se placer alternativement au-dessus de chacun des réacteurs, ledit tube étant enroulé au repos sur un tambour de stockage disposé dans le plan des axes des réacteurs et latéralement par rapport à l'ensemble des réacteurs, ledit tambour de stockage pouvant tourner autour de son axe pour permettre de dérouler le tube jusqu'au- dessus du réacteur à décoker et de descendre ou remonter lesdits moyens d'éjection à l'intérieur du réacteur à décoker, ledit tube étant pourvu d'armatures de résistance à la pression interne et aux contraintes de traction et de torsion. L'invention consiste à faire descendre dans le réacteur, à partir du tambour de stockage sur lequel il est enroulé, un tube flexible de rigidité contrôlée dont l'extrémité libre (celle qui est le plus loin de l'axe du tambour lorsque le tube est enroulé) est pourvue de moyens d'éjection d'eau vers le bas et/ou latéralement et dont la descente est contrôlée par la rotation du tambour de guidage. L'autre extrémité du tube est reliée à une source d'eau sous pression: l'eau circule dans le tube jusqu'aux moyens d'éjection et est projetée vers le lit de coke. On évacue les morceaux de coke qui se sont détachés. Le tambour de guidage peut se déplacer latéralement pour venir au-dessus de chacun des réacteurs à- tour de r8le, le tube flexible étant alors descendu dans l'axe du réacteur à décoker. L'invention utilise des tuyaux flexibles, qui possèdent des propriétés telles qu'ils permettent sans risque de véhiculer de l'eau sous très haute pression. De plus ces flexibles sont très résistants aux efforts de traction et présentent une rigidité contr8lée; Ils permettent de suspendre des masses importantes à leur extrémité, ce qui permet d'une part d'introduire des outils (turbine) à l'intérieur du réacteur et par ailleurs d'éviter le ballant du flexible lorsque des débits d'eau à haute pression sont utilisés. Les moyens d'éjection d'eau sont donc suspendus au tube flexible et peuvent être descendus progressivement, par rotation du tambour de stockage, jusqu'au fond du réacteur à décoker. L'extrémité fixe du tuyau qui sort de l'axe du tambour de stockage est raccordée à une pompe qui injecte de l'eau sous haute pression. L'opération peut s'effectuer en deux phases: - - la première consiste à creuser un trou dans l'axe du réacteur en introduisant par le haut l'extrémité inférieure du tuyau, supportant le dispositif d'éjection d'eau. L'eau est éjectée sous pression de à 600 bars ou plus, à partir d'orifices disposés à l'extrémité inférieure du dispositif et orientés vers le bas. De préférence on utilise un dispositif tournant autour de son axe tel qu'une turbine, et la rotation de la turbine peut résulter de l'orientation particulière d'un ou plusieurs orifices d'éjection (composante au moins en partie tangentielle d'un ou plusieurs jets). - dans la deuxième phase, on injecte l'eau dans une direction latérale, tangentielle ou perpendiculaire selon le dispositif utilisé (éjecteur fixe ou turbine). La pression est de 80-600 bars ou plus, de préférence 100-400 bars, ce qui effrite le coke qui s'échappe par la base en morceaux entraînés par l'eau. Le fait d'utiliser une pression élevée, par exemple 100-400 bars ou plus, permet d'obtenir des morceaux de coke relativement gros et d'éviter les poussières trop fines qui seraient difficiles à séparer ultérieurement. Selon un autre mode de réalisation, l'arrêt de l'éjection verticale d'eau, vers le bas, et le démarrage de l'éjection latérale d'eau peuvent être commandés à distance par tout dispositif approprié (faisant appel, par exemple, à des conducteurs de télécommande incorporés au flexible), ce qui évite d'avoir à remonter le tuyau. Le tambour de guidage peut être mobile; il peut se déplacer par exemple sur des rails et peut ainsi venir se placer au-dessus du réacteur à décoker pendant que les autres réacteurs sont en service ou en attente de décokage. Les tubes flexibles utilisables dans l'invention seront constitués de couches superposées pouvant comporter une ou plusieurs gaines plastiques étanches, au moins une armature de résistance à la pression interne, pouvant être constituée, par exemple, d'au moins un enroulement spiral à pas court, et au moins une armature de résistance à la traction et aux couples de torsion, pouvant par exemple, être constituée de deux enroulements croisés à pas long. Ils répondent avantageusement aux caractéristiques suivantes, déterminées à la température de 20 C: Flexibilité suffisante pour pouvoir être enroulés sur un tambour de rayon compris entre 0,5 et 5 mètres. Résistance interne à la pression d'au moins 80 bars, de préférence 150 à 1000 bars. Résistance à la rupture par élongation de 10 à 106 daN, de préférence 2.104 à 5.105 daN. Couple limite de torsion: 100 à 10000 m. daN, de préférence 500 à, 5000 m.daN. 2 2 Rigidité: 50 à 1000 daN.m, de préférence 100 à 500 daN.m2. De préférence on opère avec un poids suspendu au tube (-éjecteur + éventuellement masse d'alourdissement) de 103 à 5.104 daN; ce poids doit être évidemment choisi compatible avec la résistance à la rupture. Des tubes de ce type ont été étudiés à l'INSTITUT FRANCAIS DU PETROLE et sont actuellement commercialisés par la SOCIETE COFLEXIP, FRANCE. Les figures 1 et 2 illustrent la mise en oeuvre de l'invention. La figure 1 est une vue d'ensemble de l'installation. Les figures 2a et 2b illustrent des modes de réalisation du dispositif d'éjection d'eau, respectivement en vue latérale et en coupe BB perpendiculaire à l'axe, au niveau de la buse 22. L'installation peut comporter par exemple-quatre réacteurs de cokage 1 à 4. Le réacteur 2 est en cours de vidange du coke. Les conduites d'admission de la charge d'hydrocarbures et de soutirage des produits volatils n'ont pas été représentées, dans un but de simplification. Un tambour d'enroulement ou touret 5 est disposé à l'écart des réacteurs. Son arbre de rotation est creux et sert à l'alimentation en eau, amenée sous pression par la conduite 6, par l'intermédiaire d'un joint tournant raccordant l'arbre de rotation du touretà la conduite. L'axe du tambour est supporté par deux flasques rigides dont un seul (7) est visible. Les deux flasques s'appuient sur un chassis ou sont supportées par un échafaudage, ou superstructure, comportant notamment les poutrelles 8 et 9. Un tube flexible de haute résistance mécanique est enroulé sur le tambour. Il est relié à la conduite 6 par une pièce d'accouplement nonreprésentée qui permet l'alimentation quelle que soit la position du tambour. L'autre extrémité porte une turbine 11 capable de tourner sur elle-même sous l'effet de jets d'eau sortant de tuyères telles que 22, 23 et 24 dont l'orientation peut comporter une composante tangentielle. Si la turbine n'est pas suffisamment lourde, une masse additionnelle relativement lourde 12 permet d'accroître le poids suspendu au tube. Une poulie 13 permet de guider le tube flexible et donc de le maintenir dans l'axe du réacteur, quel que soit le degré de déroulement du tube sur le tambour. Cette poulie peut être déplacée sur des rails 14 de façon à venir successivement au-dessus de chacun des réacteurs. Les rails sont supportés par un échafaudage de poutrelles telles que 8, 9, 15, 16. Des poulies annexes de roulement peuvent être disposées entre les tambours 5 et 13 pour supporter et guider le tube flexible. La turbine 11 comporte des buses 17, 21 et 25 dirigées vers le bas et des buses 22 à 24 dirigées latéralement avec une composante tangentielle permettant la rotation de la turbine. Celle-ci est indépendante de la masse 12 qui, normalement, n'est pas entraînée en rotation (le raccordement entre la turbine 11 et la masse 12 est réalisé par l'intermédiaire de roulements et d'un réducteur). Le fonctionnement peut être par exemple le suivant: l'outil 11 étant initialement relevé au-dessus du réacteur 2, on ouvre les extrémités supérieure et inférieure du réacteur 2 rempli de coke et on descend l'outil 11, par déroulement du tuyau 10 de son tambour 3 avec passage sur le tambour de guidage 13. L'eau sous pression alimentant le flexible 10 est éjectée à partir des éjecteurs inférieurs, dirigés vers le bas, tels que 17 et 21, et la descente du tuyau dans le réacteur se poursuit au fur et à mesure du percement d'un puits par les jets dans le lit de coke. Dès que l'outil est arrivé en bas du réacteur, le coke est entraîné par l'ouverture inférieure et tombe sous le réacteur d'o il est évacué par des dispositifs de transport de type connu. On ressort alors l'outil du réacteur, puis on ferme les éjecteurs inférieurs 17, 21 et 25 de la turbine (excepté lorsqu'on veut accroître l'effet d'entraînement du coke), et on ouvre les éjecteurs latéraux 22 à 24. Le coke est détaché des parois du réacteur, et est évacué par l'ouverture inférieure du réacteur. Quand l'opération est terminée, on retire l'outil du réacteur 2, on déplace le tambour 13 et ses supports sur les rails 14 et après ouverture, par exemple, du réacteur 3, on descend le flexible et l'outil de manière à effectuer le décokage du réacteur 3. Le réacteur 2est utilisé pour une nouvelle opération de cokage. Au lieu d'une seule turbine 11, comportant des ouvertures vers le bas et vers les côtés, on peut également employer successivement deux turbines distinctes, l'une comportant des ouvertures vers le bas et l'autre des ouvertures latérales. REVENDICATIONS 1.- Procédé de vidange du coke d'un réacteur à décoker, qui constitue un élément d'une batterie de réacteurs de production de coke disposés côte à côte, d'axes sensiblement verticaux, caractérisé en ce que l'on projette de l'eau sous pression dans la direction du coke, à partir de moyens d'éjection d'eau suspendus à un tube flexible guidé par un tambour de guidage situé au-dessus des réacteurs, ledit tambour de guidage étant déplaçable latéralement pour venir se placer alternativement au-dessus de chacun des réacteurs, ledit tube étant enroulé au repos sur un tambour de stockage disposé dans le plan des axes des réacteurs et latéralement par rapport à l'ensemble des réacteurs, ledit tambour de stockage pouvant tourner autour de son axe pour permettre de dérouler le tube jusqu'audessus du réacteur à décoker et de descendre ou remonter lesdits moyens d'éjection à l'intérieur du réacteur à décoker, ledit tube étant pourvu d'armatures de résistance à la pression interne et aux contraintes de traction et de torsion. 2.- Procédé selon la revendication 1, dans lequel la résistance à la pression interne du tube flexible est d'au moins 80 bars à 20 C et ce tube présente une flexibilité suffisante pour permettre ses enroulements et déroulements successifs sur un tambour de rayon compris entre 0,5 et 5 mètres. 3.- Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le tube flexible présente à 200 C une rigidité de 50 à 1000 daN.m, une résistance à la rupture par élongation de 10 à 10 daN et un couple limite de torsion de 10 à 10 m.daN. 4.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le tube présente à 20 C une résistance à la pression interne de 150 à 1000 bars, une résistance à la rupture de 2.104 à 5.105 daN, un couple limite de torsion de 500 à 5000 m.daN et une rigidité de 100 2500 daN.m. à 500 daN.m 5.- Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la pression d'éjection de l'eau est de 100-400 bars. 6.- Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le poids suspendu au tube est de 10 à 5.104 N. 7.- Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé de décokage de l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux réacteurs de cokage, au moins un tambour de stockage d'un tube flexible mobile autour de son axe et disposé latéralement par rapport à-l'ensemble des réacteurs, au moins un tambour de guidage mobile autour de son axe et déplaçable latéralement de façon à pouvoir se placer au-dessus de chacun des réacteurs à tour de rSle et à permettre la descente du tube flexible dans chacun desdits réacteurs, et au moins un tube flexible tel que défini dans lesdites revendications, enroulé au repos sur le tambour de stockage et relié d'une part à des moyens fixes d'alimentation en fluide et d'autre part à un dispositif d'éjection dudit fluide.