Brevet FR2645874A1 — publié le 19901019

PROCEDE DE DECOKAGE D'UNE INSTALLATION DE VAPOCRAQUAGE D'HYDROCARBURES L'invention concerne un procédé de décokage d'une installation de vapocraquage d'hydrocarbures. Il est déjà connu, pour éliminer le coke qui se dépose sur les parois -internes d'une installation de vapocraquage d'hydrocarbures, notamment sur les parois des tubes du four de vapocraquage dans lesquels passe la charge d'hydrocarbures, d'utiliser un procédé de décokage chimique oxydant par un mélange air-vapeur, ou bien par de la vapeur d'eau surchauffée avec éventuellement une addition d'hydrogène. I1 faut cependant pour cela arrêter le fonctionnement normal de l'installation de vapocraquage. On a également proposé de réaliser ce décokage par une érosion de la couche de coke déposée au moyen de particules de matière solide véhiculées par un courant gazeux circulant à vitesse élevée dans les tubes du four de vapocraquage. En général, le fonctionnement normal de l'installation est arrêté et le four de vapocraquage est isolé des autres parties de l'installation situées en aval, pour être relié à l'atmosphère. On a également proposé de réaliser un décokage continu de l'installation, pendant son fonctionnement normal, au moyen de particules de sable injectées dans la charge d'hydrocarbures à traiter. Il est prévu de piéger les particules de sable en aval du four de vapocraquage, lors de la trempe directe des effluents ae vapocraquage par injection d'huile lourde. Cependant, il est ensuite à peu près impossible de séparer les particules de sable de l'huile de trempe, ce qui interdit de réutiliser ensuite l'huile de trempe, même pour la brûler. De plus, les tubes du four et les coudes raccordant les tubes sont soumis à une érosion intense, qui entraine rapidement leur destruction. Ce procédé n'a donc jamais pu être utilisé en pratique. L'invention apour but d'apporter une solution simple, efficace et peu coûteuse à ces problèmes. Elle a pour objet un procédé de décokage d'une instaliation de vapocraquage d'hydrocarbures, qui puisse être mis en oeuvre sans que le fonctionnement normal de l'installation soit arrêté, et sans qu'il en résulte un risque de détérioration des composants de l'installation. Elle propose, à cet effet, un procédé de décokage d'une installation de vapocraquage d'hydrocarbures qui comprend un four à tubes de vapocraquage et des moyens de trempe indirecte des effluents de vapocraquage, ce procédé consistant à éliminer le coke déposé sur les parois internes de l'installation, en particulier des tubes du four et des moyens de trempe indirecte, par érosion au moyen de particules solides véhiculées par un courant gazeux à vitesse élevée, caractérisé en ce que lesdites particules solides comprennent un noyau de matière peu fragile, enrobé d'une couche mince ou pellicule de coke et ont en moyenne une dimension inférieure à 250 pm. Ces particules solides permettent d'éroder et d'éliminer à peu près complètement la couche de coke déposée sur la paroi interne de l'installation, sans risquer d'endommager les parois métalliques recouvertes par la couche de coke. En effet, lorsque ces particules solides viennent frapper une paroli métallique recouverte d'une couche de coke, elles peuvent au plus fracturer cette couche de coke et en enlever des morceaux de petite taille, mais elles sont incapables d'endommage~ la paroi métallique située sous la couche de coke. La pellicule de coke est fragile vis à vis du métal des tubes ; en cas de choc non élastique sur le métal, elle se fracture, ce qui ne serait pas le cas si on utilisait des particules de sable par exemple, qui attaqueraient le métal. En conséquence, il est possible de réaliser un décokage continu ou sensiblement continu de l'installation, en injectant ces particules solides dans la charge d'hydrocarbures à traiter. Le décokage peut donc être réalisé sans arrêter le fonctionnement normal de l'installation de vapocraquage, ce qui se traduit par des gains importants. Selon une autre caractéristique de l'invention, le procédé consiste également à séparer ces particules solides du courant gazeux qui les véhicule au moyen d'un cyclone, puis à mélanger ces particules solides à un liquide hydrocarboné dépourvu de composés aromatiques lourds de pyrolyse, à recomprimer le mélange particules-liquide et à le réinjecter dans l'installation, au moins en un point du four de vapocraquage. La pellicule de coke qui recouvre en effet le noyau des particules solides évite le collage et le fritage de ces particules entre elles. Elle permet de plus un excellent écoulement des particules, ce qui facilite leur récupération par séparation du courant gazeux dans un cyclone. La pellicule de coke facilite également leur mouillage par un liquide hydrocarboné, ce qui permet de les mélanger facilement à ce liquide pour les recomprimer au moyen d'une pompe et les réinjecter ensuite dans l'installation de vapocraquage. Selon une autre caractéristique de l'invention, la pellicule de coke formee sur le noyau des particules solides a une épaisseur comprise entre 0,08 et 10 microns environ. de préférence entre 0,15et 5 microns. La dimension des particules solides est en moyenne inférieure à 250 microns environ. en particulier inférieure à 150 microns, et de préférence comprise entre 4 et 45 microns environ. Dans ce dernier cas, leur présence ne modifie sensiblement pas les propriétés d'écoulement du courant gazeux qui les véhicule, mais confère à ce courant gazeux une capacité d'érosion légère et régulière de la couche de coke déposée sur les parois internes de l'installation, ce qui permet d'éliminer cette couche de coke au fur et à mesure de sa formation. En réglant la quantité de particules solides transportées par le courant gazeux, on peut soit laisser une couche très mince de coke sur les parois internes de l'installation, pour les protéger de tout risque d'érosion, soit les débarrasser complètement de la couche de coke déposée. Par ailleurs, les tubes des fours de vapocraquage sont généralement réalisés en un alliage métallique Fe-Ni-Cr, et il se forme sur leur surface interne une couche dure d'oxyde métallique (essentiellement d'oxyde de chrome) qui ne sera pas, ou très peu, attaquée par ces particules solides et qui protégera donc en permanence le métal des tubes. L'invention prévoit également d'ajouter des particules d'appoint aux particules solides recyclées, pour compenser la faible perte de particules dans le cyclone, ces particules d'appoint pouvant avantageusement contenir un catalyseur de coke, tel que le fer ou le nickel. On peut donc utiliser comme particules d'appoint des particules métalliques non enrobées de coke, ou encore des particules, non régénérées, d'un catalyseur utilisé dans des procédés de craquage catalytique fluide. En variante, ces particules d'appoint peuvent également comporter une couche ~superficielle de coke. L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparat- tront plus clairement à la lecture de la description qui suit, faite à titre d'exemple en référence au dessin annexé, qui représente schématiquement une partie d'une ins- lallation de vapocraquage d'hydrocarbures selon l'invention. Cette installation comprend essentiellement un four 10 de vapocraquage d'une charge d'hydrocarbures, comprenant des tubes 12 dans lesquels passent les hydrocarbures, qui sont par exemple reliés à leurs extrémités à des collecteurs 14 d'alimentation en hydrocarbures et 16 de sortie des effluents de vapocraquage. Le collecteur de sortie 16 est relié à un échangeur ou une chaudière de trempe indirecte 18 dont la sortie est reliée, par un ou plusieurs cyclones 20, à des moyens 22 de distillation et de trempe directe par injection d'huile lourde. Lors du fonctionnement normal de cette installation, la charge d'hydrocarbures vaporisée est amenée au collecteur d'alimention 14 et circule à grande vitesse dans les tubes 12 où elle subit un vapocraquage. Les effluents de vapocraquage sont transmis par le collecteur de sortie 16 à l'échangeur 18 où ils subissent une trempe indirecte et sont refroidis à une température intermédiaire, inférieure à 600 C environ, mais suffisante pour éviter toute condensat on de liquide. Les effluents de vapocraquage gagnent ensuite les moyens de distillation et de trempe indirecte. Le vapocraquage des hydrocarbures dans le four 10 et leur passage dans l'échangeur 18 se traduisent par un dépôt de coke sur les parois avec lesquelles ils sont en contact. Dans la technique antérieure, il est nécessaire d'arrêter périodiquement l'installation pour réaliser un décokage, en général par voie chimique au moyen de vapeur d'eau, les durées de fonctionnement continu de l'installation ne pouvant pas excéder quelques semaines dans le meilleur des cas. L'invention prévoit de réaliser un décokage continu ou discontinu de l'installation, sans arrêter son fonctionnement normal, au moyen de particules solides qui sont injectées dans la charge d'hydrocarbures vaporisée amenée dans les tubes 12 par l'intermédiaire du collecteur 14. Ces particules solides circulent avec la charge d'hydrocarbures dans les tubes 12, puis dans la chaudière de trempe indirecte 18, et sont finalement séparées des effluents gazeux de vapocraquage dans le ou les cyclones 20. Les effluents sortent du ou des cyclones 20 pour gagner les moyens de distillation et de trempe directe, tandis que les particules solides sortant en partie inférieure du ou des cyclones 20 sont mélangées dans un réservoir 24 à un liquide, de préférence un liquide hydrocarboné sensiblement dépourvu de composés aromatiques lourds de pyrolyse, pour former une suspension particules solides-liquide dont le niveau de pression est remonté par pompage, pour que cette suspension puisse être réinjectée dans l'installation de vapocraquage, par exemple à l'entrée du collecteur d'alimentation 14 et à l'entrée de la chaudière de trempe 18, comme indiqué schématiquement sur le dessin. Un appoint de particules solides, destiné à compenser les pertes de particules solides dans le cyclone 20, est réalisé en 26. Les particules solides qui s'échappent du cyclone 20 avec les effluents gazeux de vapocraquage sont en quantité très faible (l'efficacité de séparation du cyclone peut être supérieure à 99 %) et sont piégées par l'huile de trempe des effluents gazeux. La nature des particules solides et leur dimension, ainsi que leur quantité par rapport au débit de gaz circulant dans l'installation, sont déterminées de façon à produire une érosion de la couche de coke déposée en particulier sur les parois internes des tubes 12 et de la chaudière de trempe indirecte 18, sans risquer de détériorer ces parois elles-mêmes. Pour cela, l'invention prévoit que les particules solides comprennent un noyau de matière peu fragile, qui est enrobé d'une couche mince ou pellicule de coke. La dimension globale de ces particules est, en moyenne, lnfé- rieure à 250 microns, plus précisément inférieure à 150 microns et est de préférence comprise entre 4 et 45 microns environ. La pellicule de coke formée sur le noyau des particules a une épaisseur comprise entre 0,08 et 10 microns environ, de préférence entre 0,15 et 5 microns environ. Ces dimensions dépendent de la masse du noyau des particules métalliques, et donc de la nature de ce noyau. Dans un cas particulier de réalisation de l'invention, le noyau des particules solides utilisées est métallique et a une dimension moyenne comprise entre 4 et 30 microns, de préférence entre 4 et 15 microns environ.Les débits de particules sont très faibles, par exemple entre 0,05 et 3 * en poids du débit de gaz, et de préférence entre 0,1 et 1 % en poids. La pellicule de coke qui enrobe le noyau des particules va, de façon globale, s'éroder ou se fragmenter en cas de choc violent sur des parois métalliques. Le risque d'érosion du métal de ces parois est donc réduit, d'autant plus que ce métal est en général protégé par une couche d'oxyde très dure (oxyde de chrome, oxyde de silicium, oxyde d'aluminium). Les particules d'appoint qui sont ajoutées en 26 contiennent éventuellement un catalyseur de coke, tel que le fer ou le nickel. On peut donc utiliser comme particules d'appoint des noyaux métalliques qui ne sont pas initialement enrobés de coke. Lorsque ces particules circulent dans l'installation de vapocraquage et y sont recyclées, elles se recouvrent progressivement de coke. Ces particules d'appoint peuvent également être des particules de catalyseurs, qui ont été utilisés dans des procédés de craquage catalytique fluide des hydrocarbures, et qui n'ont pas été régénérés. On peut bien entendu utiliser également des particules d'appoint qui sont déjà pourvues d'une couche superficielle de coke. Les particules d'appoint peuvent être stockées sous forme d'un mélange solide-liquide, le liquide pouvant être de l'eau, ou un liquide hydrocarboné dépourvu de composés aromatiques lourds de pyrolyse, par exemple une fraction de la charge d'hydrocarbures à traiter. L'addition de ces particules au flux de particules recyclées ne pose donc pas de problèmes, non plus que leur addition à la charge d'hydrocarbures. De plus, pour le stockage de ces particules sous forme d'une suspension solides-liquide, la présence de la pellicule de coke permet de bénéficier de l'expérience acquise sur les mélanges charbon-eau ou charbon-fioul, pour le choix d'additifs de stabilisation de la suspension, (l'état de surface des particules étant de même nature). L'érosion de la pompe d'alimentation de la suspension est également réduite, grâce à la pellicule de coke. L'invention confère donc des avantages déterminants aux techniques de ce type. REVENDICATIONS 1) Procédé de décokage d'une installation de vapocraquage d'hydrocarbures, qui comprend un four à tubes (12) de vapocraquage et des moyens (18) de trempe indirecte des effluents de vapocraquage, le procédé consistant à éliminer le coke déposé sur les parois internes de l'installation, en particulier des tubes (12) et des moyens (18) de trempe indirecte, par érosion au moyen de particules solides véhiculées par un courant gazeux à vitesse élevée, caractérisé en ce que lesdites particules solides comprennent un noyau de matière peu fragile enrobé d'une couche mince ou pellicule de coke et ont en moyenne une dimension inférieure à 250 pm. 2) Procédé selon la revendication l, caractérisé en ce que lesdites particules solides sont injectées dans l'installation pendant le fonctionnement normal de celles-ci et sont véhiculées par la charge d'hydrocarbures à traiter, le procédé consistant également à séparer ces particules solides du courant gazeux au moyen d'un cyclone (20), à les mélanger à un liquide par exemple hydrocarboné dépourvu de composés aromatiques lourds de pyrolyse, à recomprimer le mélange particules solides-liquide, et à le réinjecter dans l'installation, au moins en un point du four de vapocraquage. 3) Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la pellicule de coké formée sur le noyau des particules a une épaisseur comprise entre 0,08 et 10 microns environ, en particulier entre 0,15 et 5 microns environ. 4) Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les particules solides ont un diamètre compris entre 4 et 45 microns environ. 5) Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le noyau desdites particules est métallique et a une dimension comprise entre 4 et 15 microns environ. 6) Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il consiste à ajouter des particules d'appoint aux particules solides recyclées, ces particules d'appoint contenant éventuellement un catalyseur de coke, tel que du fer ou du nickel. 7) Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que les particules d'appoint comportent un noyau métallique non enrobé de coke. 8) Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que les particules d'appoint sont des particules de catalyseurs utilisés dans des procédés de cracking catalytique fluide, et non régénérés. 9) Procédé selon la revendication 6 ou 8, caractérisé en ce que les particules d'appoint comportent une couche superficielle de coke.