Brevet FR2645875A1 — publié le 19901019

PROCEDE ET DISPOSITIF DE CAPTATION ET DE RECYCLAGE DE PAR TICULES SOLIDES DANS UNE INSTALLATION DE VAPOCRAQUAGE D'HYDROCARBURES L'invention concerne un procédé et un dispositif de captation et de recyclage de particules solides dans une installation de vapocraquage d'hydrocarbures. On a déjà proposé de réaliser le décokage des parois internes d'une installation de vapocraquage d'hydrocarbures, au moyen de particules solides érosives qui sont mélangées à la charge d'hydrocarbures vaporisés et qui circulent avec cette charge dans l'installation, notamment dans les tubes du four de vapocraquage et dans l'échangeur réalisant une trempe indirecte des effluents gazeux de vapocraquage sortant du four. Ces particules solides réalisent une érosion et/ou une fracturation, plus ou moins violentes en fonction de leur taille, de la couche de coke déposée sur ces parois internes et doivent être ensuite séparées des effluents gazeux de vapocraquage. Pour cela, on a proposé de piéger ces particules solides par l'huile lourde servant à la trempe d1recte des effluents gazeux. Cependant, il s'est avéré ensuite impossible de séparer les particules solides de l'huile lourde, ce qui interdit de les récupérer pour les recycler, et interdit également d'utiliser l'huile lourde contenant ces particules, meme comme combustible. Cette technique n'a donc pu être mise en oeuvre dans la pratique. L'invention a pour objet un procédé et un dispositif de captation et de recyclage de particules solides dans une installation de vapocraquage d'hydrocarbures, qui permettent d'éviter les inconvénients précités. Elle a également pour objet un procédé et un dispositif de ce type, qui permettent de réaliser un décokage de l'installation de vapocraquage pendant son fonctionnement normal, de capter les particules solides érosives utilisées pour le décokage, et de les recycler ensuite dans l'installation. Elle propose, à cet effet, un procédé de captation et de recyclage de particules solides dans une installation de vapocraquage d'hydrocarbures, dans lequel des particules solides sont véhiculées par la charge d'hydrocarbures à traiter et circulent dans l'installation pour réaliser son décokage, caractérisé en ce qu'il consiste à refroidir les effluents gazeux, en sortie du four de vapocraquage, à une température intermédiaire où les réactions de craquage sont très réduites, et pour laquelle il ne se produit pas de condensation en phase liquide, puis à faire passer les effluents gazeux dans au moins un cyclone pour en séparer la plus grande partie des particules solides, à mettre en contact les particules séparées avec un liquide ne contenant sensiblement pas d'hydrocarbures lourds de pyrolyse, à recomprimer le mélange particules-liquide et à l'injecter dans l'installation de vapocraquage, pour recycler les particules solides. I1 en résulte un certain nombre d'avantages - du fait du refroidissement limité des effluents gazeux à la sortie du four de vapocraquage, il ne se produit pas de réaction de surcraquage dans le cyclone de séparation, - on évite toute pollution de l'huile de trempe ou des sections de l'installation situées en aval, par les particules solides, - contrairement aux procédés connus de lavage d'un gaz pour la récupération de particules, on évite tout contact entre le gaz et le liquide, ce qui empêche une captation importante d'aromatiques lourds, que l'on ne pourrait séparer ultérieurement des particules, - on peut réaliser le décokage de l'installation de vapocraquage pendant son fonctionnement normal, d'où des gains de productivité importants. Selon une autre caractéristique de l'invention, le liquide précité est une petite fraction de la charge d'hydrocarbures, par exemple inférieure à 5 % en poids de celle-ci, ou bien de l'essence de pyrolyse recyclée, ou encore des hydrocarbures ayant de 5 à 23 atomes de carbone, ou encore de l'eau. Ce liquide peut être ajouté sans inconvénient à la charge d'hydrocarbures à traiter. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, on détermine le débit et la température du mélange particules-liquide pour obtenir une vaporisation quasi-instantanée du liquide à l'injection de ce mélange dans l'installation de vapocraquage. On évite ainsi des dépôts solides sur les parois de l'installation en aval des points d'injection. Ce mélange est de préférence atomisé pour favoriser sa vaporisation, et l'atomisation ou pulvérisation très fine peut être obtenue à la vapeur d'eau ou par addition au mélange, avant son injection, d'une coupe d'hydrocarbures légers, comprenant par exemple de 2 à 4 atomes de carbone, de telle sorte que le mélange soit à une température supérieure à sa température de bulle correspondant à la pression du ou des points d'injection dans l'installation. On évite ainsi d'avoir à chauffer le mélange particules-liquide avant son recyclage. Avantageusement, la coupe d'hydrocarbures légers provient d'une coupe C4 de pyrolyse, recylée, de préférence après extraction du butadiène. La coupe C4 résiduelle, après extraction du butadiène, est une charge de craquage acceptable, disponible aisément sur place. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, pour mettre en contact les particules solides sortant du cyclone et le liquide précité, on réalise un écoulement continu de liquide, avec éventuellement un mouvement tourbillonnaire, sur une paroi située autour et en dessous de la zone d'arrivée des particules. On évite ainsi que les particules puissent s' accumuler sur la paroi précitée, et on évite également que le liquide forme des gouttelettes qui seraient susceptibles d'obstruer le conduit d'amenée des particules so- lides, par collage de particules sur une paroi humide. Ce dernier inconvénient peut également être évité si l'on prélève dans le cyclone, avec les particules solides, une très faible partie du débit d'effluents gazeux de vapocraquage pour éviter toute remontée éventuelle de gouttelettes dans le conduit de passage des particules. On peut ensuite réaliser un lavage du mélange effluents - ga- zeux-particules solides sortant du cyclone, au moyen du liquide précité. Les hydrocarbures lourds contenus dans la fraction prélevée des effluents gazeux sont piégés par le liquide précité et finalement recyclés dans l'installation. Cependant, leur quantité est si faible que leur effet peut être considéré comme négligeable. L'invention propose également un dispositif de captation et de recyclage de particules solides dans une installation de vapocraquage d'hydrocarbures, par exécution du procédé précité, ce alspcsìtif étant caractérisé en ce qu'il comprend au moins un cyclone de séparation de pavti- cules solides et de gaz, alimenté par un courant d'effluents gazeux de vapocraquage issu d'un four de vapocraquage et d'un échangeur de trempe indirecte, des moyens de mise en contact des particules solides séparées et d'un liquide ne contenant sensiblement pas d'hydrocarbures lourds de pyrolyse, des moyens, tels qu'une pompe, de recompression du mélange particules solides-liquide, et des moyens d'injection de ce mélange en au moins un point de l'installation de vapocraquage. Dans un premier mode de réalisation de l'invention, les moyens de mise en contact précités comprennent un ballon, alimenté en particules solides par le cyclone et comprenant une paroi entourant l'arrivée de ces particules solides, des moyens pour réaliser un écoulement continu, par exemple avec une composante de rotation, du liquide sur cette paroi, et des moyens de recyclage du liquide entre la sortie et l'entrée du ballon. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, ces moyens de mise en contact comprennent un conduit descendant relié à la sortie du cyclone et dans lequel passent les particules solides et une très faible fraction du débit d'effluents gazeux produits par l'installation, des points d'injection et de pulvérisation du liquide précité dans ce conduit, et un réservoir auquel aboutit le conduit. Une pompe permet, d'une part, d'alimenter les points d'injection et de pulvérisation du liquide dans le conduit descendant précité et, d'autre part, de recycler dans l'installation le mélange liquideparticules solides contenu dans le réservoir. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparai- tront plus clairement à la lecture de la description qui suit, faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 représente schématiquement une lns- taliation de vapocraquage d'hydrocarbures comprenant un dispositif de capitation et de recyclage de particules solides selon l'inventlon la figure 2 représente schématiquement une forme de réalisation de ce dispositif la figure 3 représente schématiquement une variante de réalisation de ce dispositif. L'installation de vapocraquage d'hydrocarbures représentée schématiquement en figure 1 comprend un four 10 de vapocraquage, des moyens 12 de trempe indirecte des ef fluents de vapocraquage sortant du four 10, et des moyens, non représentés, de distillation et de trempe directe (par injection d'huile lourde) des effluents de vapocraquage. Le four 10 comprend par exemple des tubes monopasse 14 alimentés en hydrocarbures par un collecteur d'admission 16 et reliés, à leur extrémité opposée, à des échangeurs individuels de trempe indirecte, formant les moyens 12 précités et reliés eux-mêmes à un collecteur de sortie 18. La charge d'hydrocarbures à vaporiser est amenée à l'état liquide par une conduite 20 dans une zone 22 du four 10 servant à chauffer et à vaporiser les hydrocarbures. Une conduite 24 d'amenée de vapeur d'eau rejoint la conduite 20 dans cette zone du four 10 et un conduit de préchauffage 26 permet d'amener le mélange hydrocarbures vaporisés-vapeur d'eau au collecteur 16 d'alimentation des tubes 14. Pour réaliser le décokage de l'installation, et notamment celui des tubes 14 du four 10 et des échangeurs 12 de trempe indirecte, des particules solides sont ajoutées à la charge d'hydrocarbures vaporisés, par exemple comme indiqué schématiquement en 28 à l'entrée du conduit 26 de préchauffage, et réalisent une érosion de la couche de coke formée sur les parois internes des tubes 14 du four et des échangeurs de trempe indirecte 12. Ces particules solides, dont la nature et la granulométrie sont déterminées en fonction des résultats recherchés, doivent être séparées ces effluents gazeux ae vapocraquage avant distillatlon et trempe directe de ces derniers. Pour cela, l'invention prévoit au moins un cyclone 30 de séparation gaz-solide, auquel est relié le collecteur de sortie 18, et qui comprend un conduit supérieur 32 de sortie des gaz et un conduit inférieur 34 de sortie des particules solides. Ce conduit de sortie 34 débouche dans un ballon 36 contenant un liquide 38 sensiblement dé pourvu d'hydrocarbures lourds de pyrolyse. Dans ce ballon 36, les particules solides sont captées par le liquide 38 et le mélange particules solides-liquide est prélevé en partie inférieure du ballon 36 et recomprimé par une pompe 40 pour être réinjecté dans l'installation de vapocraquage, en particulier à l'entrée 28 du conduit de préchauffage 26 et éventuellement aux entrées des échangeurs 12. Une partie du mélange recomprimé fourni par la pompe 40 est ramenée en partie supérieure du ballon 36, pour former un film continu de liquide s'écoulant sur la paroi interne de ce ballon. On évite ainsi des agglomérations de particules solides sur la paroi interne du ballon. On évite également de former des gouttes de liquide qui pourraient se fixer à la sortie du conduit 34 et risqueraient de l'obstruer. Les conditions d'injection du mélange particules solides-liquide dans l'installation sont réglées de telle sorte qu'il se produit une vaporisation quasi-instantanée du liquide, afin d'éviter un dépôt de matière solide sur les parois internes de l'installation. Cette vaporisation est favorisée par une atomisation ou pulvérisation très fine du mélange particules solides-liquide. Pour cela, on peut ajouter, comme indiqué schématiquement en 41, des hydrocarbures légers au mélange, avant son injection dans l'installation. Par ce moyen, la température du mélange peut se trouver à une valeur supérieure å sa température de bulle pour la pression au point d'injection cans l'installation. On évite ainsi de prechauffer le mélange particules solides-liquide avant de l'injecter dans l'installation.On peut également atomiser le liquide avec de la vapeur d'eau. Les hydrocarbures utilisés pour cela peuvent être une coupe C4 de pyrolyse, recyclée, après extraction du butadiène. Le cyclone 30 a une efficacité très grande de séparation des particules solides et du gaz, cette effica cité pouvant être supérieure à 99 %. La plus grande partie des particules solides va donc être séparée des effluents gazeux de vapocraquage dans le cyclone et pourra être recyclée. Pour compenser-la très faible quantité de particules solides qui quittent le cyclone 30 avec les effluents gazeux par le conduit 32, on prévoit un appoint de particules solides dans le ballon 36, par exemple comme indiqué schématiquement en 42 sur une conduite 44 d'alimentation du ballon 36 en liquide. Dans l'exemple représenté en figure 1, cette conduite 44 provient de l'alimentation de l'installation en hydrocarbures liquides, le liquide du ballon 36 étant constitué par une petite fraction, inférieure à 5 % en poids, de la charge d'hydrocarbures à craquer. A cette fraction de la charge alimentant le ballon 36, on peut ajouter de l'essence de pyrolyse, comme indiqué schématiquement en 46. On peut également n'utiliser que de l'essence de pyrolyse, ou un gazole vierge (non craqué). Les particules solides, pour faciliter leur captation et leur recyclage, sont de préférence mouillables par le liquide 38. Si nécessaire, on peut ajouter à ce liquide des additifs améliorant le mouillage des particules solides et la stabilité de la suspension, et évitant le moussage du liquide. Les quantités de particules solides seront de préférence faibles, par rapport à la charge gazeuse, par exemple entre 0,05 et 3 % en poids et de préf é- rence entre 0,1 et 1 % en poids. De façon générale, les particules solide utl- lisées ont une granulométrle relativement faible, Juste suffisante pour pouvoir être séparées des effluents gazeux de vapocraquage dans le cyclone 30 avec une efficacité prédéterminée (par exemple de 99 % ou plus). Ces particules solides peuvent avoir des dimensions inférieures à 150 microns environ, de préférence -à 85 microns, en fonction de leur nature et de leur masse volumique. On peut notamment utiliser des particules solides formées d'un noyau métallique recouvert d'une pellicule mince de coke, ou encore des particules de catalyseurs de craquage catalytique fluide, de préférence non régénérés, ou des fines de ciment, etc... La très faible quantité de particules solides qui sort du cyclone 30 avec les effluents gazeux de vapocraquage 32, est piégée par l'huile utilisée pour la trempe directe de ces effluents, et n'a donc pas aucun effet sur les parties de l'installation situées en aval du cyclone. La figure 2 représente, de façon plus détaillée, un dispositif de captation de particules solides selon l'invention. Ce-dispositif est constitué du ballon 36, dont la partie supérieure est traversée par le conduit 34 de sortie du cyclone 30. La partie inférieure du ballon 36, par exemple de forme conique, est raccordée à la pompe 40. La partie supérieure du ballon 36 comprend, autour de la partie inférieure duconduit 34 une chambre 48 d'écoulement continu de liquide, délimitée par une paroi externe 50 et une paroi interne 52, qui sont de révolution et qui ménagent un espace libre autour du conduit 34. De la chambre 48, qui est alimentée en liquide par la pompe 40, le liquide s'écoule en mouvement continu, avantageusement tourbillonnaire, depuis une "ligne source" sur la paroi 50, sans faire de gouttelettes, et capte les particules solides sortant du conduit 34. Les parties non mouillées du dispositif peuvent être maintenues à une température suffisante pour éviter toute condensation.Pour rédulre encore les risques d'obstruction de l'extrémité inférieure de ce conduit, on peut réaliser, par un conduit 54, un prélèvement d'un faible débit de gaz à l'intérieur du ballon 36 autour du conduit 34. On fait donc passer dans le conduit 34 une très faible fraction du débit d'effluents gazeux de vapocraquage circulant dans le cyclone 30, pour éviter toute entrée de gouttelettes dans le conduit 34 et pour fa ciliter la descente des particules solides. Le débit d'effluents gazeux prélevé en 54. peut être compris entre 1 pour 100 et 1 pour 1000 par exemple du débit d'effluents gazeux dans le cyclone 30. On peut par ailleurs alimenter la chambre 48 en liquide ne comprenant pas de particules, au moyen d'une pompe 55 aspirant le liquide peu en-dessous de sa surface libre dans une zone décantée du ballon 36. I1 peut aussi entre avantageux de prévoir un circuit de rebouclage sur la pompe 40, comme représenté en pointillés, pour augmenter le débit de liquide circulant par cette pompe. Afin d'éviter ou de réduire les dépôts de particules dans cette pompe, on peut également y injecter des additifs de stabilisation de la suspension particules-liquide, par exemple des hydrocarbures moyens (tels que du gazole) pour augmenter la viscosité du liquide. Dans la variante de réalisation représentée en figure 3, le conduit 34 de sortie des-particules du cyclone 30 est relié, par un conduit coudé 56, à un conduit descendant 58 dans lequel on pulvérise une certaine quantité de liquide de captation, en plusieurs points 60,62,64 respectivement. Le conduit 58 aboutit à un réservoir 66 de stockage du mélange particules solides-liquide.Une pompe 40 permet, comme dans les modes de réalisation précédents, de prélever ce mélange dans le réservoir, de le recomprimer, et de le réinfecter dans I'installation de vapocraquage, tout en alimentant les points d'inection 60, 62 et 64 dans le conduit descendant 58. L'appoint 44 de liquide de captation se fait dans une partie 68 du réservoir, qui est sépo- rée par une cloison 70, munie d'un orifice de communication dans sa partie inférieure, de l'autre partie du réservoir dans laquelle débouche le conduit 58. Un conduit 72 permet de prélever un débit de gaz en partie supérieure du reser- voir 66. Dans cette variante de ~réalisation du disposi tif, une très faible fraction du débit d'effluents gazeux circulant dans le cyclone 30, passe avec les particules solides dans le conduit 34, le conduit 56, le conduit de descente 58 et aboutit au réservoir 66, pour en ressortir par le conduit de prélèvement 72. Cette variante de réalisation du dispositif de captation permet de traiter une quantité plus importante de particules solides que le dispositif de la figure 2. Elle permet également de traiter des particules moins facilement mouillables par le liquide de captation. REVENDICATIONS 1) Procédé de captation et de recyclage de particules solides dans une installation de vapocraquage d'hydrocarbures, dans laquelle les particules solides sont véhiculées par la charge d'hydrocarbures à traiter et circulent dans l'installation pour réaliser son décokage, caractérisé en ce qu'il consiste à refroidir les effluents gazeux en sortie du four de vapocraquage (10) à une température intermédiaire où les réactions de craquage sont très réduites et pour laquelle il ne se produit pas de condensation en phase liquide, puis à faire passer les effluents gazeux dans au moins un cyclone (30) pour en séparer la plus grande partie des particules solides, à mettre en contact les particules séparées avec un liquide (38) ne contenant sensiblement pas d'hydrocarbures lourds de pyrolyse, à recomprimer le mélange particules-liquide et à l'injecter dans llinstallation de vapocraquage, pour recycler les particules solides. 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le liquide précité (38) est une petite fraction de la charge d'hydrocarbures, par exemple inférieure à 5 % en poids de celle-ci, ou de l'essence de pyrolyse recyclée, ou encore des hydrocarbures ayant de 5 à 23 atomes de carbone, ou encore de l'eau. 3) Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les particules solides précitées sont mouillables par le liquide (38!. 4) Procédé selon l'urne des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on détermine le débit et la température du mélange particules-liquide pour obtenir une vaporisation quasi-instantanée du liquide à l'injection du mélange dans l'installation de vapocraquage. 5) Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il consiste à ajouter au mélange particules-liquide, avant son injection dans l'installation, une coupe d'hydrocarbures légers de telle sorte que le mélange soit à une température supérieure à sa température de bulle correspondant à la pression du point d'injection dans l'installation. 6) Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la coupe d'hydrocarbures légers provient d'une coupe C4 de pyrolyse, recyclée, en particulier après extraction du butadiène. 7) Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, pour mettre en contact les particules solides sortant du cyclone (30) et le liquide (38), on réalise un écoulement continu de liquide, avec éventuellement un mouvement tourbillonnaire, à partir d'une ligne source sur une paroi (50) située autour et en dessous de la zone (34) d'arrivée des particules. 8) Procédé selon une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il consiste également à prélever dans le cyclone (30), avec les particules solides, une très faible fraction du débit d'effluents gazeux de vapocraquage. 9) Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il consiste ensuite à réaliser un lavage du mélange effluents gazeux-particules solides sortant du cyclone, au moyen du liquide précité. 10) Dispositif de captation et de recyclage de particules solides dans une installation de vapocraquage d'hydrocarbures, par exécution du procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il ccmprend au moins un cyclone (30) de séparation de particules solides et de gaz, alimenté par un courant d'effluents gazeux de vapocraquage issu d'un four (10) de vapocraquage et de moyens (12) de trempe indirecte, des moyens (36,58,66) de mise en contact des particules solides et d'un liquide (38) ne contenant sensiblement pas d'hydrocarbures lourds de pyrolyse, des moyens, tels qu'une pompe (40), de recompression du mélange particules solides-liquide, et- des moyens d'injection de ce mélange en au moins un point de l'installation de vapocraquage. 11) Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'addition d'hydrocarbures légers au mélange particules solides-liquide, avant son injection dans l'installation. 12) Dispositif selon la revendication 10 ou 11, caractérisé en ce que les moyens de mise en contact comprennent un ballon (36), alimenté en particules solides par le cyclone (30) précité et comprenant une paroi (50) entourant l'arrivée des particules solides, des moyens pour réaliser un écoulement continu, par exemple avec une composante tourbillonnaire de rotation, du liquide sur cette paroi, et des moyens de recyclage du liquide entre la sortie et l'entrée de ce ballon. 13) Dispositif selon la revendication 10 ou 11, caractérisé en ce que les moyens de mise en contact comprennent un conduit descendant (58) relié à la sortie (34) du cyclone et dans lequel passe les particules solides et une très faible fraction du débit d'effluents gazeux produits par l'installation de vapocraquage, des points (60,62,64) d'înjction et de pulvérisation du liquide précité dans le conduit (58), et un réservoir (66) auquel aboutit ce conduit.