Brevet FR2750140A1 — publié le 19971226

L'invention concerne une installation conventionnelle de vapocraquage comportant au moins un four à tubes de pyrolyse reliés en aval à au moins un échangeur de trempe de gaz craqués de type multitubulaire à plaque tubulaire d'entrée. De telles installations conventionnelles disposent de moyens d'introduction d'agents de décokage qui consistent en des lignes d'introduction de fluides de décokage du groupe de l'air, de la vapeur, et des mélanges air/vapeur. II est connu de l'homme de l'art que ces fours de vapocraquage conventionnels sont sujets à des phénomènes d'érosion dus à la circulation de fragments de coke écaillés des tubes de pyrolyse au cours des périodes de décokage (à l'air, à la vapeur ou aux mélanges air/vapeur). Ces fragments de coke sont des fragments de coke endogène (interne à l'installation) et conduisent à des phénomènes sévères d'érosion, alors que, dans le cadre de la présente invention, on n'introduit pas de particules solides érosives (extérieures) dans l'installation. II est également connu de l'homme de l'art que les problèmes d'érosion les plus sévères sont observés au niveau de la plaque tubulaire de l'échangeur de trempe, très généralement mince (environ 10 mm), donc fragile. L'objet de l'invention est de proposer une installation disposant de moyens de protection contre l'érosion, en particulier au niveau de la plaque tubulaire d'entrée de l'échangeur. Un autre objet de l'invention est de proposer des moyens de protection ne présentant pas de risques d'obstruction, lors de périodes où il y a circulation de quantités importantes de fragments de coke écaillés des parois en amont (tubes de pyrolyse). Enfin, un autre objet de l'invention est de proposer des moyens de fixation robustes et fiables pour les moyens de protection, à l'intérieur d'un cône à faible volume interne. A cet effet, on propose une installation de vapocraquage d'hydrocarbures dans des tubes de pyrolyse, comprenant au moins un four qui comprend au moins un échangeur de trempe multitubulaire à plaque tubulaire d'entrée, cette installation disposant de moyens d'introduction d'agents de décokage, ces moyens consistant en une pluralité de lignes d'introduction de fluides de décokage du groupe de l'air, de la vapeur d'eau et des mélanges air/vapeur, le dit échangeur de trempe comportant un cône d'entrée raccordé à l'amont par un conduit de transfert, cette installation étant caractérisée en ce qu'elle comprend un impacteur comportant des surfaces solides disposées en vis à vis du conduit de transfert, le dit impacteur étant opaque à 50 % au moins vu du dit conduit de transfert situé en amont, I'impacteur étant disposé à l'intérieur du cône et de façon telle qu'il y ait un passage libre entre la périphérie de l'impacteur et le cône d'au moins 40 mm et de préférence au moins 80 mm, sur la plus grande partie de la périphérie de l'impacteur. Le passage libre peut être égal au plus à la moitié du diamètre de la plaque tubulaire. Par cône d'entrée, on entend une zone de transition de section sensiblement croissante, de forme généralement au moins en partie tronconique, raccordée en amont au conduit de transfert des gaz craqués en provenance des tubes de pyrolyse et en aval à la plaque tubulaire de l'échangeur de trempe. Ce cône peut. aussi être évasé, "en trompette" ou de forme évolutive. De préférence, I'impacteur sera opaque à 70 % au moins ou même à 100 %, vu du conduit de transfert en amont. Par impacteur opaque au moins à 70 %, on entend un impacteur pour lequel 70 % au moins des lignes de courant du conduit de transfert, prolongées parallèlement à l'axe du cône rencontrent l'impacteur. En d'autres termes, la surface projetée des divers éléments de l'impacteur, sur la section terminale du conduit de transfert, représente 70 % au moins de cette section. (La section du conduit est la surface délimitée par le cercle correspondant au diamètre intérieur du conduit, juste en amont du cône, la surface étant projetée parallèlement à l'axe du cône). Les passages des gaz peuvent être non communicants ou communicants, par exemple à des extrémités de surfaces solides qui constituent l'impacteur comme il sera décrit plus loin. Selon une variante caractéristique, I'installation est caractérisée en ce que l'impacteur comprend au moins une rangée de barreaux sensiblement parallèles. Ces barreaux parallèles peuvent être notamment de section circulaire, circulaire à flancs coupés, carrée ou rectangulaire. Les barreaux peuvent être sensiblement perpendiculaires à l'axe de l'échangeur selon un autre mode de réalisation. L'axe des barreaux pourra selon un autre mode de réalisation présenter un angle différent de 90 degrés avec l'axe de l'échangeur. Ces barreaux pourront par exemple présenter une forme en V. Selon une variante caractéristique, I'impacteur comprend au moins deux rangées de barreaux parallèles, disposés selon au moins deux niveaux, les barreaux étant séparés par des espaces vides, et décalés de façon que les espaces vides à l'un des niveaux soient en vis à vis avec les barreaux disposés à l'autre niveau. Selon une variante préférée, les barreaux sont fixés à une entretoise perpendiculaire à ces barreaux, et disposée sensiblement en leur milieu. Enfin, selon une variante de construction caractéristique, le cône d'entrée comporte une paroi métallique extérieure, une paroi métallique intérieure de préférence soudée à la paroi extérieure, I'espace entre ces deux parois étant rempli par un garnissage réfractaire relativement peu conducteur de la chaleur, par exemple du béton réfractaire, ledit impacteur étant fixé à la paroi intérieure au moyen d'au moins deux pattes de fixation. On se réfère maintenant aux figures, qui illustreront plus clairement l'invention La figure 1 représente la partie caractéristique d'une installation selon l'invention : elle représente un échangeur de trempe (3), avec une pluralité de tubes (4), une plaque tubulaire d'entrée (5) et un conduit de transfert (1) vers le cône d'entrée (2) de l'échangeur de trempe. L'impacteur (6) comprend une pluralité de surfaces (A, B, C, F), ainsi que des espaces vides (E) formant plusieurs passages de gaz. Cet impacteur est situé en vis à vis du conduit de transfert (1), en aval des lignes de courant de ce conduit de transfert, symbolisées par des flèches. A l'examen de la figure 1, on voit que si l'on prolonge les flèches situées dans le conduit de transfert (1), ces flèches rencontrent au moins l'une des surfaces solides A, B, C, F. Cet impacteur (6) est donc opaque à 100 % vu du conduit de transfert (1) vers le cône d'entrée (2) de l'échangeur de trempe. II est néanmoins perméable aux gaz grâce aux espaces vides (E) formant une pluralité de passages de gaz. Avantageusement, on utilisera un impacteur comportant un plus grand nombre de surfaces solides (par exemple entre 8 et 20), et de passages de gaz (E), qu'il n'est représenté sur la figure 1. Comme on le voit également, cet impacteur comprend deux niveaux de surfaces solides: A et C d'une part, et B et F d'autre part, les espaces vides (E) à l'un des niveaux étant sensiblement en vis à vis des surfaces solides de l'autre niveau. A, B, C, F sont des barreaux rectilignes de section rectangulaire, en alliage réfractaire, et peuvent être rendus solidaires, et fixés aux cône (2) ou à la plaque tubulaire (5) par des pattes de fixation non représentées. La figure 2 représente notamment un autre type d'impacteur comprenant une rangée (6) de barreaux inclinés transversalement, (6a, 6b, 6c, 6d), disposés à un niveau unique. Les figures 3A, 3B illustrent une autre variante d'impacteur (6) comportant une pluralité de barreaux (6a, 6b, 6c), rectilignes, de section circulaire, sensiblement parallèles et disposés selon deux niveaux. Ces barreaux sont supportés par une entretoise (7) unique centrale et sensiblement perpendiculaire à l'axe des barreaux. L'extrémité des barreaux est située à une distance d du cône d'au moins 80 mm. Selon la figure 3B, les projections des barreaux ne sont pas jointives, I'espace libre projeté étant au plus de 30 % de l'espace total vu du conduit. La figure 4 représente une variante caractéristique de construction d'un cône particulier, selon l'invention, avec un système de fixation très fiable d'un impacteur interne. Le cône d'entrée (2) comporte une paroi métallique extérieure (10) résistante à la pression, et une paroi métallique intérieure (1 1), telle qu'un cône de ralentissement des gaz-craqués. L'espace entre les deux parois métalliques (10) et (11) est rempli par un garnissage réfractaire (12) tei que du béton réfractaire. L'impacteur (6) est fixé à la paroi métallique intérieure (11) par des pattes de fixation (13), au nombre de deux au moins et préférentiellement trois ou quatre. Ce cône et ce mode de-fixation sont particulièrement intéressants selon l'invention: En effet, la paroi métallique extérieure (10), de grande dimension, est relativement froide, du fait du béton réfractaire relativement isolant. Son coût est donc modéré. Par contre, il devient très délicat d'accrocher l'impacteur (6) sur cette paroi : I'impacteur (6) est en effet à très haute température, voisine de celle des gaz craqués. La fixation solidaire de l'impacteursur l'enveloppe extérieure (10) se heurte donc à des problèmes de dilatation différentielle. La fixation de l'impacteur sur la plaque tubulaire (5), relativement froide est délicate pour les mêmes raisons. La fixation sur le béton réfractaire par des ancrages est également délicate en raison des différences de coefficient de dilatation thermique entre le béton et l'impacteur métallique. La fixation de l'impacteur sur la paroi intérieure (11) est au contraire très simple et fiable car ces deux éléments sont métalliques et à des températures très voisines. L'installation de vapocraquage fonctionne de façon conventionnelle, avec alternanee de phases de craquage et de phases de décokage avec circulation typique d'un mélange air/vapeur. On peut également injecter des additifs chimiques, non érosifs, pour réduire le cokage. Lors des phases de décokage, une quantité importante de fragments de coke s'écaillent des tubes de pyrolyse et sont véhiculés à grande vitesse (par exemple 170 m/s) jusqu'à l'entrée de l'échangeur de trempe. Selon l'invention, I'impacteur empêche l'impact direct de la plus grande partie de ces fragments avec la plaque tubulaire et prolongent de façon importante la durée de vie de l'échangeur de trempe, par exemple doublent cette durée de vie. Les barreaux parallèles représentent un avantage très important selon une variante caractéristique de l'invention, par rapport à des barreaux toriques car il n'y a pas de possibilité d'accumulation et de blocage par des morceaux de coke, entre deux barreaux adjacents : contrairement aux barreaux toriques ou des fragments ne peuvent glisser radialement, les fragments de coke peuvent aisément glisser vers l'extérieur, parallèlement aux barreaux, et être évacués dans l'espace annulaire externe, qui est libre sauf ponctuellement au niveau des pattes de fixation. L'invention propose donc une solution technique relativement simple, efficace, sans risques d'obstruction par des accumulations de coke. Revendications 1. Installation de vapocraquage d'hydrocarbures dans des tubes de pyrolyse, comprenant au moins un four qui comprend au moins un échangeur de trempe (3) multitubulaire à plaque tubulaire d'entrée, cette installation disposant de moyens d'introduction d'agents de décokage, ces moyens consistant en une pluralité de lignes d'introduction de fluides de décokage du groupe de l'air, de la vapeur d'eau et des mélanges air/vapeur, le dit échangeur de trempe (3) comportant un cône d'entrée (2) raccordé à l'amont par un conduit de transfert (1), cette installation étant caractérisée en ce qu'elle comprend un impacteur comportant des surfaces solides disposées en vis à vis du conduit de transfert (1), le dit impacteur étant opaque à 50 % au moins vu du dit conduit de transfert (1) situé en amont, l'impacteur.étant disposé à l'intérieur du cône et de façon telle qu'il y ait un passage libre entre la périphérie de l'impacteur et le cône d'au moins 40 mm et de préférence au moins 80 mm, sur la plus grande partie de la périphérie de l'impacteur. 2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'impacteur comprend au moins une rangée de barreaux parallèles. 3. Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'impacteur comprend au moins deux rangées de barreaux parallèles, disposés selon deux niveaux, les barreaux étant séparés par des espaces vides, et décalés de façon que les espaces vides à l'un des niveaux soient en vis à vis avec les barreaux disposés à l'autre niveau. 4. Installation selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisée en ce que les barreaux sont fixés à une entretoise perpendiculaire à ces barreaux, et disposée sensiblement en leur milieu. 5. Installation selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le cône d'entrée (2) comporte une paroi métallique extérieure (10), une paroi métallique intérieure (11) de préférence soudée à la paroi extérieure (10), I'espace entre ces deux parois étant rempli par un garnissage réfractaire (12) relativement peu conducteur de la chaleur, par exemple du béton réfractaire, ledit impacteur (6) étant fixé à la paroi intérieure (10) au moyen d'au moins deux pattes de fixation (13). 6. Installation selon l'une des revendications 1 à 5, dans laquelle ledit passage libre entre la périphérie de l'impacteur et le cône est au plus égal à la moitié du diamètre de la plaque tubulaire d'entrée.