Brevet FR2653779A1 — publié le 19910503

L'invention concerne un procédé de décokage d'une installation de vapocraquage d'hydrocarbures, ainsi que 1 'installation correspondante, permettant l.'exécution de ce procédé. On sait qu'habituellement il faut arrêter, à interval]es pl.us ou moins réguliers, le fonctionnement d'une installation de vapocraquage d'hydrocarbures, pour la décoker, c'est-à-dire éliminer la couche de coke déposée sur les parois internes de l'installation qui sont en contact avec la charge d'hydrocarbures pendant la réaction de craquage. Ces interruptions du fonctionnement de l'installation diminuent le rendement global de celle- ci. Pour éviter cet inconvénient, on a proposé de réaliser le décokage de l'installation pendant son fonctionnement normal, , par injection dans les tubes de passage des hydrocarbures, d'une faible quantité de particules solides érosives de faible granulométrie, qui permettent d'éliminer par érosion la couche de coke qui se forme sur les parois internes des tubes, ainsi qu'à l'intérieur d'un échangeur de trempe indirecte des effluents gazeux, auquel sont reliés les tubes à la sortie du four de craquage. Cette technique est de préférence applicable à des fours monopasse, dans lesquels les tubes de circulation de la charge d'hydrocarbures sont rectilignes et ne présentent pas de coude. On comprend en effet que l'érosion des coudes par les particules solides véhiculées par la charge d'hydrocarbures circulant à grande vitesse, risque d'être notable et de provoquer une détérioration ou une destruction plus ou moins rapide de ces coudes. L'invention a pour objet un procédé de décokage d'une installation de vapocraquage d'hydrocarbures, pendant le fonctionnement normal de cette installation, lorsque l'installation comprend un four de vapocraquage à plusieurs passes, et en particulier a deux passes, dans lequel. des tubes de petit diamètre sont réunis par un collecteur à un tube de plus gros diamètre, dont la sortie est reliée à un échangeur de trempe indirecte situé à l'extérieur du four. L'invention a également pour objet une installation de vapocraquage de ce type, spécialement conçue pour permettre l'exécution de ce procédé. L'invention propose donc, en premier lieu, un procédé de décokage d'une installation de vapocraquage d'hydrocarbures, cette installation comprenant un four de vapocraquage en plusieurs passes d'une charge d'hydrocarbures et de vapeur d'eau, une première passe au moins étant constituée d'au moins une série de tubes de petit diamètre réunis par un coll.ecteur à un tube de plus gros diamètre constituant la dernière passe, et un échangeur de trempe indirecte des effluents gazeux monté entre la sortie du tube de plus gros diamètre et des moyens de trempe final.e directe des effluents, caractérisé en ce qu'il. consiste à décoker tour à tour les tubes de petit diamètre par injection de vapeur d'eau à leurs extrémités amont, et à décoker le tube de gros diamètre et l'échangeur de trempe indirecte par injection de particules sol.ides érosives, ayant un diamètre moyen inférieur à 300 microns environ, dans le collecteur précité, l'injection de vapeur d'eau ayant lieu d'abord dans au moins un tube de petit diamètre, puis dans au moins un autre, et ainsi de suite, le débit de vapeur d'eau injectée dans un tube étant déterminé pour empêcher le passage de la charge d'hydrocarbures dans ce tube, le décokage étant réalisé pendant le fonctionnement normal de l'installation. Le décokage des tubes du four est donc réalisé de deux façons différentes, selon qu'il. s'agit des tubes de petit diamètre ou du tube de pl.us gros diamètre, le décokage des tubes de petit diamètre étant réalisé par réaction chimique du coke et de la vapeur d'eau injectée, celui du tube de plus gros diamètre étant réalisé par les particules solides érosives, injectées dans le collecteur qui relie les tubes de petit diamètre à ce tube de plus gros diamètre. Les particules solides passant dans ce tube décokent également l'échangeur de trempe indirecte monté en sortie de ce tube, et peuvent ensuite être séparées du courant d'effluents gazeux, par exemple dans un cyclone. La charge d'hydrocarbures et de vapeur d'eau alimentant l'installation de vapocraquage passe normalement dans les tubes de petit diamètre qui ne subissent pas le décokage à la vapeur d'eau, puis dans le tube de gros diamètre pour le craquage final. La vapeur d'eau sortant du ou des tubes de petit diamètre soumis au décokage, se mélange dans le collecteur à la charge d'hydrocarbures qui gagne le tube de gros diamètre. Cette vapeur d'eau supplémentaire a une influence favorable sur le craquage final de la charge dans le tube de gros diamètre. Ce décokage mixte selon l'invention est particulièrement avantageux car il. permet un fonctionnement continu de l'installation, sans risques d'érosion des coudes dans les premières passes de l'installation, qui sont décokées par la vapeur d'eau. Selon une autre caractéristique de l'invention, le décokage à la vapeur d'eau des tubes de petit diamètre et celui du tube de gros diamètre par les particules érosives, peuvent avoir lieu simultanément, ou non. Pour améliorer le décokage de l'échangeur de trempe, on peut injecter une quantité supplémentaire de particules érosives à 11 extrémité aval du tube de gros diamètre, à l'extérieur du four, immédiatement en amont de ]'entrée de l'échangeur de trempe indirecte. Selon une variante de l'invention, ce procédé consiste également à réaliser un décokage partiel de chaque tube de petit diamètre par injection dans ce tube d'une faible quantité de particules solides érosives. Ce décokage partiel peut être réalisé pendant le fonctionnement normal de l'installation ou pendant le décokage à la vapeur d'eau. Enfin, 1 invention prévoit également d'injecter, à l'entrée de l'échangeur de trempe indirecte, un gaz plus froid que les effluents gazeux, pour réaliser une pré-trempe limitée de ces effluents, inférieure à 1500C environ. Le gaz utilisé peut être de l'éthane, craqué et refroidi ou de l'essence de pyrolyse recyclée, en particulier hydro-traitée, par exemple des fractions C5 ou C6 après extraction du benzène. L'invention propose également une installation de vapocraquage du type précité, permettant l'exécution du procédé qui vient d'être décrit, caractérisée en ce qu'elle comprend des conduits d'injection de vapeur d'eau reliés aux extrémités amont des tubes de petit diamètre et comprenant des organes tel que des vannes d'ouverture et de fermeture de ces conduits, des moyens de commande de ces organes permettant de décoker tour à tour les tubes de petit diamètre par injection de vapeur d'eau dans ces tubes, et des moyens d'injection de particules solides érosives, ayant un diamètre moyen inférieur à 300 microns environ, dans le collecteur rel.iant les tube-s de petit diamètre au tube de gros diamètre. Cette installation peut encore comprendre: - des moyens d'injection d'un débit supplémentaire de particules solides érosives à l'extrémité aval du tube de gros diamètre; - des moyens d'injection d'un faible débit de particules solides érosives aux extrémités amont du tube de petit diamètre; - des moyens d'injection d'un gaz plus froid que les effluents gazeux à l'entrée de l'échangeur de trempe indirecte, pour réaliser une pré-trempe limitée, inférieure à 1500C environ, des effluents gazeux. L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaltront plus clairement à la lecture de la description qui suit, faite à titre d'exemple en référence au dessin annexé, qui est une vue schématique d'une partie d'une installation de vapocraquage sel.on l'invention. Dans ce dessin, la référence 10 désigne un four de vapocraquage, qui comprend une série de tubes 12 rectilignes de petit diamètre, alimentés à leurs extrémités amont par un collecteur 14 situé à l'extérieur du four et réunis à leurs extrémités aval par un collecteur 16, éventuellement calorifugé, situé à l'intérieur du four 10. Le col.lecteur 16 al.imente un tube 18 de plus gros diamètre, rectiligne, dont l'extrémité de sortie est reliée, à l'extérieur du four, à un échangeur de chaleur 20 formant moyen de trempe indirecte des effluents gazeux de vapocraquage. La sortie de l'échangeur 20 est reliée à des moyens 22 de trempe directe des effluents gazeux. Dans cette installation, la charge de vapocraquage, constituée par un mélange d'hydrocarbures et de vapeur d'eau, est amenée au collecteur 14, circule dans les petits tubes 12, puis circule en sens inverse dans le tube 18 de plus gros diamètre, sort du four pour traverser l'échangeur de trempe indirecte 20 et gagne les moyens 22 de trempe directe. Le craquage des hydrocarbures dans les petits tubes 12, le collecteur 16 et le gros tube 18 se traduit par le dépôt de coke sur les parois de ces tubes et de ce collecteur. Le coke se dépose également, de façon importante, sur les parois de l'échangeur 20, qui sont en contact avec les effluents gazeux de vapocraquage. L'invention permet le décokage de l'installation, sans interrompre le fonctionnement normal de celle-ci et sans risque au niveau de la liaison entre les petits tubes 12 et le gros tube 18. Pour cela, l'installation comprend des conduits 24 d'injection de vapeur d'eau (ou de mélange vapeur d'eau-hydrogène) dans les petits tubes 12 aux extrémités amont de ceux-ci, à 1 l'extérieur du four 10. Chaque conduit 24 comprend une vanne ou autre moyen analogue 26 d'ouverture et de fermeture, et est relié à un moyen 28 d'alimentation en vapeur d'eau (ou mélange vapeur d'eau-hydrogène). Les vannes 26 des différents conduits 24 sont reliées à un moyen 30 de commande séquentielle d'ouverture et de fermeture, de telle sorte qu'une seule vanne 26 ou un très petit nombre de vannes 26, puissent etre ouverts à la fois, les autres vannes 26 étant fermées. Le débit de vapeur d'eau (ou de mélange vapeur d'eau-hydrogène) injecté dans un petit tube 12 est régl.é de telle sorte qu'il s'oppose à l'entrée de la charge de vapocraquage dans ce tube. L'invention prévoit également des moyens d'injection de particules solides érosives à l'extrémité amont du gros tube 18, de préférence aux extrémités amont du col-lecteur 16 alimentant ce gros tube. Ces moyens (par exemple une suspension des particules solides dans un courant de vapeur d'eau) sont représentés schématiquement sur le dessin et sont désignés par la référence 32. Les particules solides érosives ont un diamètre ou une granulométrie moyenne inférieure à 300 microns environ, de préférence entre 4 et 85 microns environ. Le débit de particules injectées est compris entre 0,001 et 6% en poids de la charge de vapocraquage (hydrocarbures plus vapeur d'eau) et de préférence, compris entre 0,01 et 3% en poids de cette charge. Cette faible quantité de particules solides véhiculées par la charge de vapocraquage constitue alors un gaz érosif qui, par écou]ement dans le tube 18 et l'échangeur 20, élimine le coke déposé ou au moins limite l'épaisseur de la couche de coke déposée sur les parois internes du tube 18 de l'échangeur 20. On peut également prévoir, comme représenté schématiquement sur le dessin, dans sa partie droite, des moyens 34 d'injection d'une très faible quantité de ces particules solides érosives dans les tubes 12 de petit diamètre, à leurs extrémités amont. Une autre possibilité sensiblement équival.ente consiste à injecter les particules dans le col.lecteur d'entrée 14 ou en amont de ce collecteur. Dans ce cas, on peut réaliser d'abord un décokage partiel des tubes 12 au moyen des particules solides érosives, et terminer leur décokage par injection de vapeur d'eau. Il est avantageux de prévoir des moyens 36 d'injection de particules solides érosives supplémentaires dans le courant d'effluents gazeux sortant du four 10, immédiatement à l'entrée de l'échangeur 20 de trempe indirecte pour améliorer le décokage de ce dernier. L'invention prévoit également d'injecter à ce niveau, c'est-à-dire immédiatement à l'entrée de l'échangeur 20, un gaz 38 plus froid que les effluents gazeux de vapocraquage, de façon à réaliser une pré-trempe de ces effluents, limitée à 1500C environ, et par exemple comprise entre 50 et 1300C. Ce gaz de pré-trempe peut être de l'éthane craqué refroidi, ou éventuellement de l'essence de pyrolyse recyclée, de préférence hydro-traitée, par exemple des fractions C5 ou C6 ayant un faible indice d'octane après extraction du benzène. L'injection d'un gaz de pré-trempe, immédiatement en sortie du tube 18, en amont de l'échangeur 20 de trempe indirecte, est avantageuse dans une installation de vapocraquage d'hydrocarbures, quel que soit le type de cette installation ou le type de procédé de décokage utilise. En effet, la pré-trempe permet d'éviter ou de limiter un post-craquage des effl.uents à la sortie du four 10; par ailleurs, lorsque le gaz injecté comprend des fractions d'éthane précraqué ou de coupes C4 ou C5 ou C6 telles que décrites précédemment, il se produit un léger craquage additionnel. de ces composés dans l'entrée de l'échangeur 20, ce qui conduit à une production supplémentaire d'oléfines recherchées. Cette installation de vapocraquage est utilisée de la façon suivante: La charge de vapocraquage (hydrocarbures plus vapeur d'eau) est amenée par le collecteur 14, circule à vitesse élevée à l'intérieur du four 10, dans les tubes 12 de petit diamètre, le collecteur 16 et le tube 18 de gros diamètre, sort du four 10, subit une pré-trempe limitée en 38 (inférieure à 1500C environ, et de préférence comprise entre 50 et 1300C), puis une trempe indirecte dans l'échangeur 20 et une trempe finale dans le moyen 22. Lorsqu'on veut réaliser un décokage de l'installation, on commande par le circuit 30 l'ouverture d'une ou de quelques vannes 26 et on injecte par le ou les conduits 24 de la vapeur d'eau dans le ou les tubes 12 correspondants. Par une réaction de gaz à l'eau, on élimine le coke déposé dans les petits tubes 12. La vapeur d'eau sortant de ces petits tubes 12 à leurs extrémités aval se mélange dans le collecteur 16 à la charge de vapocraquage qui circule dans les autres tubes 12 (ceux qui ne subissent pas le décokage à la vapeur d'eau). Après un interval.le de temps déterminé, on ferme les vannes 26 qui étaient ouvertes, et on ouvre une ou quel.ques autres vannes 26, pour décoker d'autres tubes 12. Simultanément ou non, on peut injecter des particules sol.ides érosives dans le coll.ecteur 16 en 32 et à l'entrée de l'échangeur 20, en 36. On peut également, simultanément, injecter une faible quantité de particules solides érosives dans les tubes 12 de petit diamètre, à leur extrémité ~amont, grâce aux moyens 34. Les particules sol.ides véhiculées par le courant gazeux érodent la couche de coke déposée sur les parois internes des tubes et de 11 échangeur 20 et réalisent un décokage. Un cyclone, interposé par exemple entre l'échangeur 20 et les moyens 22 de trempe directe, permet de séparer les particules solides érosives du courant d'effluents gazeux. Comme la quantité de particules circulant dans les tubes 12 est relativement faible, ou est nulle, il n'y a pas de risques d'érosion au débouché de ces tubes dans le collecteur 16. La quantité plus importante de particules al.imentée en 32, qui circule dans le tube 18, ne conduit pas à des problèmes d'érosion car le tube 18 ne comprend pas de coudes. L'installation est donc très fiable. Le collecteur 16 peut être droit ou coudé et le point d'injection des particules peut être situé à l'entrée du collecteur ou en d'autres points, par exemple à sa sortie, au raccordement avec le tube de gros diamètre. Il. sera avantageusement renforcé en épaisseur, thermiquement isol.é et chemisé ou constitué par un alliage peu cathal.itique pour le cokage,par exemple un alliage contenant de 2 à 15%, en particulier de 3 à 10% d'aluminium. REVENDICATIONS 1. Procédé de décokage d'une installation de vapocraquage d'hydrocarbures, cette installation comprenant un four (10) de vapocraquage en plusieurs passes d'une charge d'hydrocarbures et de vapeur d'eau, une passe au moins étant constituée d'au moins une série de tubes (12) de petit diamètre réunis par un col-lecteur (16) à un tube (18) de plus gros diamètre constituant la dernière passe, et un échangeur (20) de trempe indirecte des effluents gazeux, monté entre la sortie du tube (18) de gros diamètre et des moyens (22) de trempe directe des effluents, caractérisé en ce qu'il. consiste à décoker tour à tour les tubes de petit diamètre par injection de vapeur d'eau à leur extrémité amont, et à décoker le tube (18) de gros diamètre et l'échangeur (20) de trempe indirecte par injection de particules sol.ides érosives, ayant une granulométrie moyenne inférieure à 300 microns environ, dans le collecteur (16) précité, l'injection de vapeur d'eau ayant lieu d'abord dans au moins un tube (12) de petit diamètre puis dans au moins un autre tube (12) de petit diamètre et ainsi de suite, le débit de vapeur d'eau injectée dans un tube (12) étant déterminé pour empêcher le passage de la charge d'hydrocarbures dans ce tube, le décokage étant réal.isé pendant le fonctionnement normal. de l'installation. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le décokage à la vapeur d'eau des tubes (12) de petit diamètre et cel.ui du tube (18) de gros diamètre par les particules érosives, ont lieu soit simultanément, soit de façon non simultanée. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il consiste à ajouter de l'hydrogène à la vapeur d'eau injectée dans les tubes (12) de petit diamètre. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il consiste à injecter une quantité supplémentaire de particul.es érosives en aval du tube (18) de gros diamètre, à l'entrée de l'échangeur (20) de trempe indirecte, pour améliorer le décokage de ce dernier. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser un décokage partiel des tubes (12) de petit diamètre par injection dans ces tubes ou en amont d'une faible quantité de particules solides érosives. 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il consiste à injecter à l'entrée de l'échangeur (20) de trempe indirecte, un gaz plus froid que les effl.uents gazeux pour réaliser une prétrempe limitée de ces effluents, inférieure à 1500C environ. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le gaz précité est de l'éthane craqué refroidi ou de l'essence de pyrolyse recyclée, en particulier hydro-traitée, par exempl.e des fractions C5 ou C6 après extraction du benzène. 8. Installation de vapocraquage d'hydrocarbures, comprenant un four (10) de vapocraquage en plusieurs passes d'une charge d'hydrocarbures et de vapeur d'eau, une passe au moins étant constituée d d'au moins une série de tubes (12) de petit diamètre, réunis par un collecteur (16) à un tube (18) de plus gros diamètre constituant la dernière passe, et un échangeur (20) de trempe indirecte des effluents gazeux, monté entre la sortie du tube (-18) de gros diamètre et des moyens (22) de trempe directe des effluents, caractérisée en ce qu'ell.e comprend des conduits (24) d'injection de vapeur d'eau reliés aux extrémités amont des tubes (12) de petit diamètre et comportant des organes (26) tels des vannes d'ouverture et de fermeture de ces conduits, des moyens (30) de commande de ces organes, permettant de décoker tour à tour les tubes (12) de petit diamètre par injection de vapeur d'eau dans ces tubes, et des moyens (32) d'injection de particul.es solides érosives, ayant une granulométrie moyenne inférieure à 300 microns environ, dans le collecteur (16) reliant les tubes de petit diamètre aux tubes de gros diamètre. 9. Installation selon la revendication 8, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens (36) d'injection d'un débit supplémentaire de particules solides à l'extrémité aval du tube (18) de gros diamètre. 10. Installation selon la revendication 8 ou 9, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens (34) d'injection d'un faible débit de particul.es solides dans les extrémités amont des tubes (12) de petit diamètre, ou en amont de ces extrémités. 11. Installation selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens (38) d'injection d'un gaz plus froid que les effluents gazeux à la sortie du tube (18) de gros diamètre, pour réaliser une pré-trempe limitée, inférieure à 1500C environ, des effluents.