Brevet FR2640992A1 — publié le 19900629

L'invention concerne le domaine de la cokéfaction de charges d'hydrocarbures constituées le plus souvent de produits lourds de distillation ou de résidus. Elle concerne plus particulièrement l'étape subséquente de récupération du coke (decokage 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 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 on creuse un trou à l'aide d'outils appropriés. Ceux-ci 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 transporté vers une zone de stockage ou chez l'utilisateur. L'objet de l'invention est un dispositif qui permet d'éviter les échafaudages au-dessus des réacteurs pour alléger l'ensemble de la structure, economiser les investissements et rendre plus pratique et plus économique l'extraction du coke. Des dispositifs répondant à ce but ont déjà été décrits dans des demandes de brevet francais antérieures n' 8706765 et 8715141. Ces dispositifs utilisent un tube flexible enroulé autour d'un tambour et un outil suspendu au tube flexible. La rotation de l'outil est assurée par réaction à l'éjection d'eau dans une direction comportant une composante tangentielle. Le dispositif de la présente invention comprend, en combinaison: a) un tube flexible creux résistant à la pression et aux efforts de cisaillement, b) un moyen d'enroulement de ce tube flexible autour d'un axe pouvant tourner sur lui-même, comportant un moyen d'alimentation en fluide de décokage du tube flexible, à une première extrémité de celui-ci, de manière à permettre le passage dudit fluide depuis le dit moyen d'alimentation jusque dans le tube, quel que soit son degré d'enroulement. c) et un outil de décokage comportant: i. une première partie reliée de manière rigide et étanche à la seconde extrémité dudit tube flexible de manière à permettre le passage du fluide de décokage du tube flexible vers la dite première partie, ii. une seconde partie coaxiale à la première, mobile autour de son axe. De préférence au moins une portion de cette seconde partie, de section circulaire, pénètre dans un évidement de section circulaire plus grande de la première partie, iii. des moyens de mise en rotation de la seconde partie, indépendants du circuit du fluide de décokage, iv. un piston creux disposé à l'intérieur de la seconde partie, déplaçable selon son axe en réponse aux variations de pression exercées par au moins un fluide auxiliaire, v. des moyens pour alimenter l'espace creux du piston en fluide de décokage, à partir du tube flexible, à travers la première et la seconde parties de l'outil, vi. des moyens pour transmettre ledit fluide de décokage depuis l'espace creux alternativement à au moins un premier moyen d'éjection dans une direction sensiblement axiale et opposée à celle de l'alimentation par le tube flexible ou à au moins un second moyen d'éjection dans une direction sensiblement latérale, lesdits moyens d'éjection étant disposés dans ladite seconde partie, vii. au moins un circuit hydraulique pour le fluide auxiliaire traversant la première et la seconde parties, distinct du circuit de fluide de décokage, permettant au dit fluide auxiliaire de déplacer le piston de manière à l'amener à volonté dans l'une des positions permettant la transmission du fluide de décokage vers le premier moyen d'éjection ou vers le second moyen d'éjection, viii. et des moyens d'étanchéité pour le contrôle de la pression dans chacun des circuits. La Lors de l'utilisation, on fait descendre dans le réacteur, à partir d'un tambour sur lequel il est enroulé, le 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 latéralement et dont la descente est contrôlée par la rotation du tambour. 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. On peut utiliser un dispositif tel que décrit ci-dessus pour chaque réacteur; de préférence, en cas d'emploi de plusieurs réacteurs, par exemple 2 ou 4, on n'utilise qu'un seul dispositif. Selon une première réalisation, le tambour est mobile et peut se déplacer latéralement pour venir au-dessus de chacun des réacteurs à tour de rôle. Selon une autre réalisation, le tambour demeure à poste fixe mais des poulies de renvoi du tube flexible permettent d'amener l'outil au-dessus du réacteur choisi. 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 contrôlée. Ils permettent de suspendre des masses importantes à leur extrémité, ce qui permet d'une part d'introduire l'outil de décokage à l'intérieur du réacteur et d'autre part d'éviter le ballant du flexible lorsque des courants d'eau à haute pression sont utilisés. L'opération s'effectue en deux phases: On creuse d'abord un trou dans le coke selon l'axe longitudinal (sensiblement vertical) du réacteur en introduisant par le haut l'extrémité inférieure du tuyau, supportant l'outil de décokage. L'eau est éjectée sous pression de 100 à 600 bars ou plus, à partir d'orifices disposés à l'extrémité inférieure du dispositif et orientés vers le bas, soit dans l'axe de l'outil soit avec une inclinaison sur cet axe, de part de d'autre, qui peut atteindre par exemple 30'. Dans ce cas le piston creux est dans une position permettant le passage de l'eau vers les dits orifices et fermant le passage vers les orifices latéraux. Lorsque le dispositif atteint le fond du réacteur, on agit sur le circuit hydraulique auxiliaire pour déplacer le piston creux de telle manière que l'éjection puisse se faire désormais latéralement, et non plus vers le bas. Le jet peut être strictement perpendiculaire à l'axe de l'outil ou faire un angle de, par exemple, + 20' par rapport à cette perpendiculaire. La pression de l'eau dans une direction latérale est alors établie à -600 bars ou plus, de préférence 150-400 bars, ce qui effrite le coke qui s'échappe par la base en morceaux entrainés par l'eau. Le fait d'utiliser une pression élevée, par exemple 150-400 bars ou plus, permet d'obtenir des morceaux de coke relativement grands et d'éviter les poussières trop fines qui seraient difficiles à séparer ultérieurement. 2 0 Selon une variante, on peut prévoir des positions intermédiaires du piston permettant d'éjecter l'eau à la fois par les éjecteurs axiaux et latéraux. Les tubes flexibles utilisables dans l'invention sont avantageusement constitués de couches superposées pouvant comporter une ou plusieurs gaines plastiques étanches, au moins une armature de résistance à la pression interne, pouvant être consituée, 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, étre constituée d'au moins deux enroulements croisés à pas long. Ils répondent avantageusement auk caractéristiques suivantes: - 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 100 bars, de préférence 150 à 1000 bars, résistance à la rupture par élongation de 104 à 106 daN, de préférence 2.104 à 5.105 daN, - couple limite de torsion: 100 à 1000 m.daN, de préférence 500 à 5000 m.daN, - rigidité à 20 'C: 50 à 1000 daN.m2, 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 N; ce poids doit étre 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. La figure 1 est une vue d'ensemble de l'installation. La figure 2 illustre la mise en oeuvre du dispositif d'éjection de l'eau. Les figures 3 et 4 illustrent deux modes particuliers de réalisation du dispositif d'éjection d'eau, vus en coupe axiale dans un plan vertical. L'installation comporte, par exemple, deux réacteurs de cokage 1 et 2. Le réacteur 1 est en cours de vidange du coke et le réacteur 2 en cours de dépôt de coke (cokage). 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 3 est disposé au-dessus des réacteurs. Son arbre de rotation est creux et sert à l'alimentation en eau, amenée sous pression par la conduite 4, par l'intermédiaire d'un joint tournant raccordant l'arbre de rotation du touret à la conduite. L'axe du tambour est supporté par deux flasques rigides dont un seul (5) est visible. Les deux flasques s'appuient sur un chassis (6) muni de roues telles que 7 et 8, permettant à l'ensemble d'être déplacé sur le chemin de roulement 9. L'ensemble est porté par un échafaudage, ou superstructure, comportant notamment les poutrelles à 13. Un tube flexible de haute résistance mécanique 14 est enroulé sur le tambour. Il est relié à la conduite 4 par une pièce d'accouplement non représentée qui permet l'alimentation quelle que soit la position du tambour. L'autre extrémité porte un outil de décokage comportant une partie non tournante 16 et une partie 15 capeblede tourner sur elle-même sous l'action d'un moteur interne. L'outil est d'autant plus stable que son poids est plus élevé. Des éjecteurs tels que 17 sont orientés vers le bas et des éjecteurs tels que 21 sont dirigés latéralement. Une poulie 18 permet de guider le 2 tube flexible et donc de le maintenir dans l'axe du réacteur, quel que soit le degré de deroulement du tube sur le tambour. Un ou plusieurs tubes flexibles annexes 22, servant de circuits hydrauliques auxiliaires, permettent d'actionner le piston mobile de commande des éjecteurs et éventuellement le moteur de mise en rotation de la partie 15, si ce moteur est de type hydraulique. Le fonctionnement peut être par exemple le suivant: l'outil 15/16 étant initialement relevé au-dessus du réacteur 1, on ouvre les extrémités supérieure 19 et inférieure 20 du réacteur rempli de coke et on descend l'ensemble (14, 15, 16), par déroulement du tuyau 14 sur son tambour. L'eau sous pression alimentant le flexible 14 est éjectée à partir des éjecteurs inférieurs, dirigés vers le bas, tels que 17, et la descente du tuyau dans le réacteur se poursuit au fur }5 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 entrainé par l'ouverture inférieure 20 et tombe sous le réacteur d'o il est évacué par des dispositifs de transport de type connu. On déplace alors le piston par l'intermédiaire d'un des circuits hydrauliques de façon à permettre l'éjection latérale, et non plus axiale, d'eau. Le coke est détaché des parois du réacteur, et est évacué par l'ouverture 20. Quand l'opération est terminée, on retire l'outil du réacteur 1, on déplace le tambour 3 et ses supports sur les rails tels que 9 et après ouverture du réacteur 2, on descend le flexible et l'outil de i5 manière à effectuer le décokage du réacteur 2. Le réacteur 1 est utilisé pour une nouvelle opération de cokage. Sur la figure 2, on retrouve l'outil composé d'une partie 16 non tournante, reliée rigidement au tube flexible 14, et une partie 15 capable de tourner autour de son axe longitudinal. La jonction entre les deux parties se fait par l'intermédiaire de roulements tels que 32 et de joints d'étanchéité tels que 31, 33 et 34. Le moteur d'entrainement 35 peut être un moteur hydraulique entrainé par un fluide auxiliaire amené sous pression élevée par le conduit 36 et renvoyé à basse pression par le conduit 37. La vitesse de rotation du moteur peut être ajustée par réglage du débit de ce fluide. Ces conduits se poursuivent par des tubes flexibles formant une partie des tubes représentés schématiquement par 22. Le moteur 35 entraine en rotation la partie 15, par exemple par l'intermédiaire d'un pignon entrainant une couronne 39 reliée rigidement à la partie 15. Le moteur 35 peut également être un moteur électrique, par exemple. La partie tournante 15 comporte un évidement interne 40 dans lequel peut se déplacer un piston creux'41. L'étanchéité est assurée par des segments ou anneaux tels que 42 et 43. Dans la position du piston représentée sur la figure 2, un conduit tel que 44 met en communication l'espace interne avec le conduit 49, la chambre 48 et la buse latérale 21. Lorsque la pression exercée par le fluide auxiliaire du circuit 45 s'abaisse et/ou celle du fluide auxiliaire du circuit 46 s'accroit, le piston se déplace vers le bas et le conduit 44 vient se placer face au conduit 50 et à la chambre 47, permettant l'éjection d'eau par la buse 17. Inversement, une élévation relative de pression dans le circuit 45, par rapport au circuit 46, ramène le piston à sa position initiale. Ce fonctionnement suppose que les pressions puissent s'exercer O10 parallèlement à l'axe du piston. Il suffit, par exemple, que les pressions puissent s'exercer sur des épaulements tels que 51 et 52. La figure 3 représente une variante dans laquelle le circuit 45 est supprimé. La chambre 53 est en communication avec l'extérieur par le conduit 57. Le déplacement du piston est commandé par le circuit 46: le piston se déplace en repoussant le ressort 54, permettant à l'eau de passer par l'éjecteur 17. Au repos, quand la pression dans le circuit 46 est relachée, le piston revient à sa position haute et c'est l'éjecteur 21 qui est alimenté. Au lieu d'un ressort sous pression, on peut utiliser un ressort en extension (ressort de rappel); dans ce cas la position haute du piston est obtenue en dépressurisant le circuit 46. Selon une variante pouvant être apportée au dispositif de la figure 2 ou de la figure 3, il n'est pas nécessaire de prévoir des conduites telles que 44 aménagées dans le piston. Le piston peut en effet lui-même masquer ou démasquer les orifices de sortie, lesquels sont respectivement 55 et 56 sur le figure 4; le piston est representé en une position intermédiaire entre ses positions extrêmes. REVENDICATIONS 1. Dispositif de décokage hydraulique caractérisé en ce qu'il comprend, en combinaison: a) un tube flexible creux résistant à la pression et aux efforts de cisaillement, b) un moyen d'enroulement de ce tube flexible autour d'un axe pouvant tourner sur lui-même, comportant un moyen d'alimentation en fluide de décokage du tube flexible, à une première extrémité de celui-ci, de manière à permettre le passage dudit fluide depuis le dit moyen d'alimentation jusque dans le tube, quel que soit son degré d'enroulement. c) et un outil de décokage comportant: i. une première partie reliée de manière rigide et étanche à la seconde extrémité dudit tube flexible de manière à permettre le passage du fluide de décokage du tube flexible vers la dite première partie, ii. une seconde partie coaxiale à la première, mobile autour de son axe, iii. des moyens de mise en rotation de la seconde partie, indépendants du circuit du fluide de décokage, iv. un piston creux disposé à l'intérieur de la seconde 3û partie, déplaçable selon son axe en réponse aux variations de pression exercées par au moins un fluide auxiliaire, v. des moyens pour alimenter l'espace creux du piston en fluide de décokage, à partir du tube flexible, à travers la première et la seconde parties de l'outil, vi. des moyens pour transmettre ledit fluide de décokage depuis l'espace creux alternativement à au moins un premier moyen d'éjection dans une direction sensiblement axiale et opposée à celle de l'alimentation par le tube flexible ou à au moins un second moyen d'éjection dans une direction sensiblement latérale, lesdits moyens d'éjection étant disposés dans ladite seconde partie, vii. au moins un circuit hydraulique pour le fluide auxiliaire traversant la première et la seconde parties, distinct du circuit de décokage, permettant au dit fluide auxiliaire de déplacer le piston 'de manière à.l'amener à volonté dans l'une des positions permettant la transmission du fluide de décokage vers le premier moyen d'éjection ou vers le second moyen d'éjection, viii. et des moyens d'étanchéité pour le contrôle de la pression dans chacun des circuits. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément (vii) comprend un circuit hydraulique unique s'ouvrant dans une portion de l'espace situé entre le piston mobile et son logement, tel que une élévation ou un abaissement de pression du fluide auxiliaire puisse provoquer le déplacement du piston, le dispositif comportant en outre des moyens de rappel du piston destinés à la ramener à sa position initiale lorsque la pression du fluide auxiliaire est abaissée. 3. Dispositif selon le revendication 1, caractérisé en ce que l'élément (vii) comprend deux circuits hydrauliques s'ouvrant en des points distincts de l'espace situé entre le piston mobile et son logement, tels que une élévation relative ou un abaissement relatif de pression dans le premier circuit, par rapport à la pression du second circuit, provoque le déplacement du piston dans un sens et que, respectivement, une élévation relative ou un abaissement relatif de pression dans le second circuit, par rapport à la pression du premier circuit, provoque le déplacement du piston inverse du précédent. 4. Dirpositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en iO ce que le tube flexible est constitué de couches superposées comportant au moins une gaine plastique étanche, au moins une armature de résistance à la pression interne, comportant un enroulement spiral à pas court, et au moins une armature de résistance à la traction et à la torsion comportant au moins deux i5 enroulements croisés à pas long. 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel le tube flexible présente une rigidité à 20 'C de 50 à 1000 daN.m2, une résistance à la rupture par élongation de 104 à 106 daN et un 2e couple limite de torsion de 102 à 104 m.daN. 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel au moins une portion de la seconde partie de l'outil de décokage, de section circulaire, pénètre dans un évidement de section circulaire plus grande de la première partie dudit outil de décokage. 7. Utilisation du dispositif selon l'une des revendications 1 à 6 pour forer d'abord un passage dans un lit de coke de pétrole à l'aide des éjecteurs sensiblement axiaux et détacher ensuite le coke des parois à l'aide des éjecteurs sensiblement latéraux.