Brevet FR2637908A1 — publié le 19900420

Dans les procédés de reformage catalytique, la tendance est d'opérer à des pressions de plus en plus basses. Il y a quelques années, on opérait couramment dans les réacteurs à des pressions de 10 bars (10 x 105 Pascal) . De nos jours on cherche à opérer autour de 3 bars (3 x 105 Pascal). Un procédé perfectionné de reformage consiste à opérer dans au moins deux réacteurs en série à lits mobiles, ces lits mobiles pouvant être asso- ciés éventuellement à des réacteurs en lit fixe. De tels procédés sont notamment décrits dans les brevets américains de la demanderesse N 4133733 et 4172027. La charge que l'on introduit dans le premier réacteur est généra- lement préchauffée au moins en partie par échange thermique indirect avec l'effluent du dernier réacteur. La charge ainsi préchauffée traverse géné- ralement un four avant d'être admise dans le premier réacteur. L'échangeur de chaleur utilisé es.t de type conventionnel à tubes ou à- plaques. La charge liquide est introduite, avec du gaz de recyclage, dans le dit échangeur et se trouve sensiblement vaporisée à la sortie de l'échan- geur. Lorsque la pression utilisée dans les réacteurs et les dispositifs connexes tel que l'échangeur en question, est de l'ordre de 10 bars, la valeur de cette pression permet une circulation correcte de la charge à travers les tubes ou les plaques de l'échangeur. L'échangeur et son utilisation ne présentent alors aucun problème particulier de mise en oeuvre. Par contre lorsque la pression utilisée dans les réacteurs est faible, selon la tendance actuelle dans le domaine du raffinage, le cheminement de la charge dans l'échangeur se fait moins bien. De plus, quand on utilise une grande pression, dans l'unité de reformage on peut se permettre une delta P (perte de charge) relativement importante dans l'échangeur. Mais lorsque la pression réactionnelle (donc également la pression dans l'échangeur) est choisie faible, on ne peut alors tolérer les pertes de charge (delta P) importantes et cette perte de charge doit être limitée au maximum. De ce fait, pour remédier à cet objectif, il importe que les sections des échangeurs soient alors plus larges. Or, des sections larges nuisent à une distribution correcte du mélange charge et recyclage dans l'échangeur. Par ailleurs, le faible delta P ne permet pas de garantir une circulation homogène dans toutes les sections de l'échangeur. Il en résulte que la vaporisation se fait mal même si l'on utilise des échangeurs de taille importante. L'objet de la présente invention permet d'adapter aux reformages catalytiques basse pression, un système d'échangeurs capable de fonctionner correctement. L'invention concerne un nouveau procédé et un nouveau dispositif d'échange à basse pression qui permet aisément d'une part d'effectuer le chauffage correct de la charge et d'autre part de vaporiser rapidement et complètement la charge. En effet, lorsque la pression est faible dans un échangeur, il est beaucoup plus facile de faire circuler dans un tel échangeur un fluide gazeux plutôt qu'un fluide mixte gaz-liquide. Le principe de l'invention consiste donc à vaporiser la charge dans un premier échangeur et à porter ensuite la charge à une température plus chaude dans un deuxième échangeur, la charge est vaporisée, il est alors plus facile de la faire circuler même si la pression est faible et même si la section de ce deuxième échangeur est grande. En outre, le système de l'invention permet de limiter au maximum les pertes de charge (delta P). 3n -2637908 Le dispositif selon l'invention est une combinaison de deux échan- geurs en série traversés par la charge. De préférence, la premier échangeur est un échangeur indirect à tubes avec circulation à contré courant de la charge et de l'effluent réactionnel, et le deuxième échangeur est un échangeur indirect à plaques ou à tubes. L'invention concerne un procédé de reformage catalytique à basse pression comprise entre 1 et 7 bars, d'une charge liquide d'hydrocarbures dans au moins une zone de réaction, avec formation d'un effluent réactionnel accompagné de gaz, le dit gaz (ou gaz de recyclage) étant recyclé au moins en partie dans une dite zone de réaction, le procédé étant caractérisé en ce que un fluide mixte gaz-liquide consituté: a. de la charge liquide, initialement à une température comprise entre 80 et 110 C et b. du gaz de recyclage est chauffé par contact indirect avec une partie au moins de l'affluent réactionnel dans deux zones d'échange thermique disposées en série, procédé dans lequel la charge est introduite dans la première zone d'échange o elle est sensiblement vaporisée, puis est envoyée dans la deuxième zone d'échange thermique, procédé caractérisé en ce que en outre l'effluent réactionnel est introduit d'abord dans la deuxième zone d'échange à une température comprise entre 450 et 580 C, puis est introduit dans la première zone d'échange d'o il est soutiré à une température comprise entre 80 et 110 C, la perte de charge entre le point de sortie de la charge dans la deuxième zone d'échange et le point d'entrée de la charge dans la première zone d'échange étant comprise entre 0,3 et 1,5 bar (0,3 x 105 et 1,5x 105 Pascal). Plus précisément, dans le procédé selon l'invention, la charge liquide, en mélange avec du gaz de recyclage de l'unité de reformage catalytique est envoyée à une température comprise entre 80 et 110 C, dans une première zone d'échange, fonctionnant en di-phasique (liquide-gaz) dans laquelle, à une pression comprise entre 1 et 7 bars (105 Pascal et 7 x 105 Pascal) de préférence entre 2 et 6,5 bars (2 x 105 et 6.5 x 105 Pascal) o la charge est sensiblement vaporisée par contact indirect (et de préférence à contre-courant avec l'effluent réactionnel); ensuite la charge vaporisée dans la première zone d'échange est envoyée dans une deuxième zone d'échange fonctionnant en mono-phasique (gaz) à une pression légèrement inférieure à la pression utilisée dans la première zone d'échange du fait d'une légère perte de charge. A la sortie de la deuxième zone d'échange, on récupère une charge à une température comprise entre 430 et 520 C environ. La perte de charge entre la sortie de la charge du deuxième échangeur et l'entrée de la charge dans le premier échangeur est comprise entre 0,3 et 1,5 bar (0,3 x 105 et 1,5x 105 Pascal). L'effluent réactionnel de l'unité de reformage catalytique circule à contre-courant de la charge dans chacune des deux zones d'échange. Il pénètre dans la deuxième zone d'échange à une température comprise entre 450 et 580 C et sort de la deuxième zone d'échange à une température généra- lement comprise entre 80 et 110 C. Quant à la charge soutirée de la deuxième zone d'échange, elle est envoyée dans la première zone de reformage cata- lytique après avoir éventuellement traversé un four pour obtenir la tempé- rature adéquate de la charge. D'une façon préférée, le rapport des surfaces d'échange entre la première et la deuxième zones d'échange est compris entre 1/10 et 5/10 de préférence entre 2/10 et 4,5/10 et plus particulièrement entre 2,5/10 et 4/10. Un autre avantage du procédé et du dispositif selon l'invention est le suivant lorsqu'on utilise un échangeur à plaques pour le deuxième échangeur et un échangeur à tubes pour le premier échangeur: c'est au cours de la condensation de l'effluent que les parois (avec lesquelles l'effluent est en contact) s'encrassent. Ce dernier étant démontable il peut donc être nettoyé facilement. On sait que les échangeurs à plaques ne sont pas démontables. S'ils se salissent, il n'y a pas d'autre remède que le nettoyage chimique de l'échangeur. Dans le procédé et le dispositif de l'invention, la charge qui circule dans le deuxième échangeur, et qui de préférence est un échangeur à plaques, est déjà vaporisée. Il n'y a donc pas d'encrassage du deuxième échangeur. L'invention concerne également un dispositif caractérisé en ce qu'il comporte en combinaison (voir figure 1): - un premier échangeur de chaleur (6) muni d'une conduite d'introduction (5) d'un premier fluide contenant la charge liquide et un gaz de recyclage en provenance d'une unité de reformage catalytique, muni d'une conduite de soutirage (8) de ce premier fluide, muni également d'une conduite de soutirage (19) et d'une conduite d'introduction (18) d'un deuxième fluide en provenance du deuxième échangeur (9) défini ci-après. - un deuxième échangeur de chaleur (9) muni d'une conduite d'introduction (8) et d'une conduite de soutirage (10) dudit premier fluide en provenance du premier échangeur de chaleur et muni d'une conduite d'introduction (17) et d'une conduite de soutirage (18) dudit deuxième fluide, ce deuxième fluide étant au moins en partie constitué de l'effluent d'un réacteur de reforming ou reformage, ledit deuxième fluide étant en contact indirect avec ledit premier fluide dans chacun des deux échangeurs (6) et (9). Z637908 D'une façon préférée, le premier échangeur est un échangeur à tubes et le deuxième échangeur est un échangeur à plaques. Les figures 1 et 2 illustrent l'invention. - Dans la figure 1, la charge liquide arrivant par une conduite (4) est mélangée dans la ligne (5) avec le gaz de recyclage de l'unité de reformage, ce gaz provenant de la conduite (1) à travers la pompe (2) et la conduite (3). Le fluide mixte (ou double phase gaz-liquide) pénètre dans un échangeur (6) à tubes (7) à contre courant indirect de l'effluent réactionnel entrant dans l'échangeur (6) par la ligne (18) et sortant par la ligne (19), vers la pompe (20) et la conduite (21). La charge, entièrement vaporisée, et le gaz de recyclage sortent de l'échangeur (6) par la conduite (8) et pénètrent dans un échangeur à plaques (9) o ils sont chauffés par contact indirect avec l'effluent réactionnel (ligne 17) du dernier réacteur (16) d'une série de réacteurs de reformage, réacteur alimenté en charge par une conduite (15). La charge et le gaz de recyclage sont soutirés de l'échangeur à plaques (9) par la conduite (10), traversent le four (11) et par la conduite (12) alimentent le premier réacteur (13) de reformage pour continuer ensuite par la ligne (14) vers d'autres réacteurs de reformage. La figure 2 montre une réalisation particulière du dispositif de l'invention comportant l'empilement d'un échangeur (6) à tubes (7) et d'un échangeur à plaques (9). EXEMPLE 1 A titre d'exemple, on a utilisé ensérie un échangeur à tubes et un échangeur à plaques précédant une unité de reformage catalytique fonction- nant sous 3 bars (3 x 105 Pascal). Premier échangeur -- température d'entrée du fluide mixte (charge - gaz de recyclage): 89 C -- pression d'entrée du fluide mixte: (bars) 6,2 (6,2 x 10 Pascal) -- température de sortie de l'effluent: 102 C -- pression de sortie de l'effluent: 3,8 bars (3,8 x 105 Pascal) -- température d'entrée de l'effluent: 200 C Deuxième échangeur -- température d'entrée du fluide mixte entièrement vaporisée: 140 C -- température de sortie du fluide mixte: 4650C -- pression de sortie du fluide mixte: 5,8 bars (5,8 x 105 Pascal) (0,4 x 105 Pascal) -- température de sortie de l'effluent: 200C -température d'entrée de l'effluent: 500 C -- pression d'entrée de l'effluent: 4,2 bars (4,2 x 105 Pascal) -- perte de charge totale: 6,2 5,8 = 0,400 bar (0,4 x IG5 asca -- surface d'échange dans le premier échangeur: 1500 mz. B -- surface d'échange dans le deuxième échangeur: 4000 m -- surface totale d'échange: 4000 + 1500 = 5500 m2 -- rapport des surfaces ler échangeur: 1500 = 3,75 2ème échangeur 4000 10 EXEMPLE 2 (COMPARATIF) A titre d'exemple comparatif, on a utilisé successivement un échangeur unique à plaques et un échangeur unique à tubes. Chaque échangeur avait une surface d'échange de 5500 m2, donc égale à la totalité des surfaces d'échange des deux échangeurs de. l'exemple précédent. Les températures d'entrée du fluide mixte et de l'effluent de reformage ou reforming étaient respectivement 890 C et 500 C. On a cherché à avoir une perte de charge minimum de façon à ce que la pression réactionnelle de reformage ou reforming soit 3 bars (3 x 10 bars) comme dans l'exemple 1. Dans ces conditions, la vaporisation de la charge ne se produit pas convenablement et le fonctionnement de l'échangeur est instable. REVENDICATIONS 1. Procédé de reformage catalytique à basse pression comprise entre 1 et 7 bars, d'une charge liquide d'hydrocarbures dans au moins une zone de réaction, avec formation d'un effluent réactionnel accompagné de gaz, le dit gaz (ou gaz de recyclage) étant recyclé au moins en partie dans une dite zone de réaction, le procédé étant caractérisé en ce que un fluide mixte gaz-liquide constitué: a. de la charge liquide, initialement à une température comprise entre 80 et 110 C et b. du gaz de recyclage est chauffé par contact indirect avec une partie au moins de l'ef- - fluent réactionnel dans deux zones d'échange thermique disposées en série, procédé dans lequel la charge est introduite dans la première zone d'échange o elle est sensiblement vaporisée, puis est envoyée dans la deuxième zone d'échange thermi ue, Rrocédé caractérisé en ici:.os en partie outre en ce que l'effluent réactionnel est/introduit d'abord dans la deuxième zone d'échange à une température comprise entre 450 et 580 C, puis est introduit dans la première zone d'échange d'o il est soutiré à une température comprise entre 80 et 110 C, la perte de charge entre le point de sortie de la charge dans la deuxième zone d'échange et le point d'entrée de la charge dans la première zone d'échange étant comprise entre 0,3 et 1,5 bar (0,3 x 105 et 1,5 x 105 Pascal). 2.Procédé selon la revendication 1 dans lequel le rapport des surfaces d'échange entre la première et la deuxième zone d'échange est compris entre 1/10 et 5/10. 3. Procédé selon la revendication 2 dans lequel le rapport est compris entre 2/10 et 4,5/10. 4. Dispositif caractérisé en ce qu'il comporte en combinaison (voir figure 1). - un premier échangeur de chaleur (6) muni d'une conduite d'introduction (5) d'un premier fluide contenant la charge liquide et un gaz de recyclage en provenance d'une unité de reformage catalytique, muni d'une conduite de soutirage (8) de ce premier fluide, muni également d'une conduite de soutirage (19) et d'une conduite d'introduction (18) d'un deuxième fluide en provenance du deuxième échangeur (9) défini ci-après. - un deuxième échangeur de chaleur (9) muni d'une conduite d'introduction (8) et d'une conduite de soutirage (10) dudit premier fluide en provenance du premier échangeur de chaleur et muni d'une conduite d'introduction (17) et d'une conduite de soutirage (18) dudit deuxième fluide, ce deuxième fluide étant au moins en partie constitué de l'effluent d'un réacteur de reformage (ou reforming), ledit deuxième fluide étant en contact indirect avec ledit premier fluide dans chacun des deux échangeurs (6) et (9). 5. Dispositif selon la revendication 4 dans lequel le premier échangeur est un échangeur à tubes et le deuxième échangeur est un échangeur à plaques. 6. Dispositif selon la revendication 4 dans lequel le premier échangeur est un échangeur à tubes et le deuxième échangeur est un échangeur à tubes.