Brevet FR2910342A1 — publié le 20080627

DISPOSITIF D'ANCRAGE D'UN DEPOT DE COKE SUR UNE PAROI D'UNE INSTALLATION, SON UTILISATION ET APPAREIL DE SEPARATION CENTRIFUGE OU REACTEUR DE CRAQUAGE CATALYTIQUE POURVU D'UN TEL DISPOSITIF. L'invention concerne un dispositif d'ancrage d'un dépôt de coke sur une paroi d'une installation, son utilisation et un appareil de séparation centrifuge ou réacteur de craquage catalytique pourvu d'un tel dispositif. L'invention concerne les problèmes de formation de coke sur des parois d'une installation, en particulier dans les unités de traitement des hydrocarbures, notamment dans le domaine du raffinage et de la pétrochimie. Ce problème se pose notamment dans les unités de craquage catalytiques (FCC fluid catalytic cracking), dans lesquelles on observe une formation de dépôt de coke. La tendance actuelle est en effet à l'alourdissement des charges traitées par l'augmentation des charges résiduelles de type résidu de distillation atmosphérique, résidu de distillation sous vide, extraits, résines.... Malgré les adaptations de ces unités pour traiter ce type de charge, le caractère plus réfractaire des molécules lourdes vis-à-vis des réactions de craquage mène à des conversions généralement plus faibles dans les unités de craquage catalytique. La formation de dépôt de coke peut alors être favorisée par le manque de vaporisation de la charge, par la forte teneur en molécules polyaromatiques résiduelles dans le résidu de craquage, par le temps de séjour plus ou moins important des vapeurs d'hydrocarbures dans l'unité de craquage ainsi que par le craquage thermique supplémentaire des hydrocarbures, notamment dans les zones de faible mélange soumises à des températures élevées. Un tel dépôt de coke, peut être observé à plusieurs niveaux, tel qu'au niveau de la plénum du réacteur de craquage catalytique, à l'intérieur des lignes de sortie de ce réacteur et sur la paroi externe des tubes de sortie des appareils de séparation de type centrifuge situés dans le réacteur et utilisés pour séparer le catalyseur des matières gazeuses. L'épaisseur du dépôt de coke dans les organes de séparation centrifuge peut atteindre jusqu'à 15 à 20 centimètres d'épaisseur. Dans 2910342 2 le cas où elle se forme sur la paroi externe des tubes de sortie des appareils de séparation de type centrifuge situés dans le réacteur de craquage catalytique, elle est limitée par son usinage naturel provoqué par le flux de catalyseur abrasif circulant à proximité. 5 Une représentation simplifiée d'une installation de craquage catalytique est représentée schématiquement sur la figure 1. La charge C de l'unité est introduite après préchauffage à la base d'un long tube vertical 1, appelé riser, débouchant dans un réacteur/strippeur 2. Dans le riser 1, la charge est mise en contact avec 10 un catalyseur à haute température, environ 700 C, ce catalyseur étant pour partie un catalyseur régénéré et un catalyseur frais. Au contact du catalyseur, la charge se vaporise et craque en s'élevant dans le riser 1 vers le réacteur, dont la pression est généralement maintenue à un niveau faible (environs 2 bars relatifs), et la température est de l'ordre 15 de 500 C. A la sortie du riser 1, un organe de séparation plus ou moins sophistiqué permet une première séparation des vapeurs d'hydrocarbures et du catalyseur, ce dernier retombant dans la partie inférieure 3 du réacteur/ strippeur. Le catalyseur entraîné par le gaz est récupéré grâce à un appareil de type centrifuge 4 pour parfaire la 20 séparation des particules solides et des matières gazeuses. Cet appareil est situé à l'intérieur du réacteur. Il est représenté schématiquement sur la figure 2. Il est constitué d'un récipient de séparation centrifuge 20 comportant une conduite 21 d'entrée des suspensions de particules solides et des matières gazeuses débouchant 25 à l'intérieur du récipient de séparation 20. Le gaz purifié Gp sort du récipient de séparation 20 par un tube de sortie vertical 22 traversant la partie supérieure du récipient 20. Ce tube d'évacuation vertical 22 communique soit avec l'entrée d'un autre appareil de séparation de type centrifuge (non représenté sur la figure), soit avec un collecteur de 30 matières gazeuses, qui dans certain modèles de FCC peut être sous la forme d'une plenum 5, située au sommet du réacteur (figure 1). Le gaz purifié est ensuite évacué au moyen d'une conduite 6, par exemple vers une colonne de fractionnement. Les particules solides séparées s'écoulent dans le fond 20b du 35 récipient 20 et sont évacuées par un moyen de décharge 24 débouchant dans le fond 20b du récipient. Ce moyen de décharge 24 est généralement un tuyau vertical, appelé dipleg, dont l'extrémité libre 2910342 3 peut être obturée par une valve 25 réglée pour laisser le catalyseur s'écouler de manière sensiblement constante hors du récipient de séparation centrifuge. Lors des arrêts de l'unité de craquage pour différentes raisons, le 5 refroidissement puis le réchauffement de l'unité provoquent une différence d'expansion thermique entre le dépôt de coke et la paroi sur laquelle il s'est formé. Ce stress thermique, à l'arrêt ou au redémarrage de l'unité par exemple, engendre fréquemment un décollement de tout ou partie du coke. Un tel décollement peut également être obtenu suite 10 à des vibrations. Dans le cas des appareils de séparation centrifuge, le coke s'accumule sur l'extérieur du tube d'évacuation du gaz purifié (référence 26 sur la figure 2), à l'intérieur de l'appareil. Suite au choc thermique et/ou aux vibrations, ce dépôt de coke 26 va se décoller et tomber dans 15 le fond 20b du récipient. La taille des morceaux de coke décollés, associée à la dimension des diplegs et à la présence de vannes en fond de ces diplegs, favorise la formation d'un bouchon qui ne peut être évacué généralement que par une action mécanique nécessitant la pénétration d'un technicien dans le réacteur. Ces bouchons ne sont 20 souvent détectés que lors du processus de démarrage de l'unité car ils provoquent des pertes importantes de catalyseur vers les colonnes de fractionnement en aval. Il est alors nécessaire d'arrêter l'installation et de nettoyer le réacteur ainsi que les unités en aval du réacteur, ce qui engendre des pertes économiques importantes. 25 L'invention vise à pallier ces inconvénients en proposant un dispositif d'ancrage du coke sur une paroi dont la fonction est d'éviter le décrochage du coke suite à un choc thermique et/ ou à des vibrations. Ainsi, dans le cas des unités de craquage catalytique, on évite le décrochage du coke, en particulier lors des arrêts de courte durée 30 planifiés ou non, ce qui permet d'attendre les arrêts de longue durée planifiés pour nettoyer l'unité et retirer le coke formé. A cet effet, l'objet de l'invention concerne un dispositif d'ancrage d'un dépôt de coke sur une paroi d'une installation, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un élément de rétention destiné à être fixé sur 35 ladite paroi et apte à retenir le coke formé le long de la paroi. Le coke se forme progressivement dans le temps par condensation de gouttelettes, puis cokage. Le ou les éléments de rétention du 2910342 4 dispositif de l'invention sont conçus de manière à maintenir et/ou retenir le coke en place si ce dernier se fissure et se décolle sous l'effet de vibrations mécaniques et/ou de chocs thermiques. Cet (ces) élément(s) de rétention est (seront) de plus pris en masse dans le coke, 5 favorisant la rétention de celui-ci. Dans une variante, le dispositif d'ancrage comprend un unique élément de rétention continu conçu de manière à pouvoir être fixé sur tout ou partie du pourtour de ladite paroi. Il peut s'agir par exemple d'un élément en forme d'anneau fermé 10 ou ouvert. Dans une autre variante, le dispositif d'ancrage comprend une pluralité d'éléments de rétention. Selon les modes de réalisation, chaque élément peut être une plaque. 15 Une telle plaque présente par exemple une section en forme de T, disposée de manière à retenir au mieux le dépôt de coke pouvant se détacher de la paroi. Chaque élément de rétention peut également être formé d'au moins une tige, notamment de plusieurs tiges reliées entre elles, par 20 exemple en forme de V, les extrémités libres du V, ou la pointe, étant destinée(s) à être fixée(s) à ladite paroi, ou en forme de grille. Ces modes de réalisation seront détaillés dans les figures 3, 4, 5 et 6. L'invention concerne également l'utilisation d'un dispositif 25 d'ancrage selon l'invention, pour retenir le coke formé sur une paroi d'une unité de craquage catalytique. Il peut s'agir par exemple d'une paroi de la plenum du réacteur, d'une paroi d'un tube de sortie des matières gazeuses des organes de séparation centrifuge du réacteur ainsi que de la conduite de sortie des 30 matières gazeuses du réacteur. En particulier, la paroi peut être la paroi externe du tube de sortie des matières gazeuses d'un appareil pour la séparation de particules solides et de matières gazeuses, situé à l'intérieur d'un réacteur de craquage catalytique de ladite unité. 35 Préférentiellement, pour une utilisation sur un appareil pour la séparation de particules solides et de matières gazeuses, on choisira des éléments de type plaques sensiblement horizontales, ou plaques en 2910342 5 forme de T, ou tiges en forme de V, ou un élément unique en forme d'anneau. La paroi peut également être la paroi interne de la conduite de sortie des matières gazeuses d'un réacteur de craquage catalytique de 5 ladite unité ou une paroi interne supérieure d'un collecteur des matières gazeuses d'un réacteur de craquage catalytique de ladite unité. Préférentiellement, pour une utilisation sur un collecteur de matières gazeuses (plenum), on choisira des éléments de type plaques de section en forme de T, ou tiges en forme de V. 10 Avantageusement, les éléments du dispositif d'ancrage sont fixés à la paroi suivant un angle d'inclinaison permettant audit ou auxdits éléments de retenir le coke. De préférence, lorsque la paroi est sensiblement verticale, plusieurs éléments sont fixés en quinconce verticalement. 15 L'invention concerne enfin un appareil de type centrifuge pour la séparation de particules solides et de matières gazeuses comprenant un moyen d'évacuation des matières gazeuses épurées débouchant à l'intérieur d'un récipient de séparation centrifuge, et caractérisé en ce que ledit moyen d'évacuation est équipé d'au moins un dispositif 20 d'ancrage selon l'invention fixé sur sa paroi externe en regard de la paroi dudit récipient de séparation. De préférence, plusieurs éléments de rétention dudit dispositif sont disposés en quinconce verticalement. Avantageusement, le ou les éléments de rétention sont fixés 25 sensiblement horizontalement. Une telle position sensiblement horizontale, dans le prolongement de la direction d'entrée du flux, présente l'avantage de ne pas engendrer de perturbations de l'écoulement du gaz à l'intérieur de l'appareil de séparation centrifuge, et donc de ne pas perturber le fonctionnement de 30 celui-ci. Une telle position horizontale permet d'améliorer les performances globales de ce type d'appareil en améliorant l'horizontalité du flux entrant, en diminuant la recirculation des particules solides en améliorant le profil des lignes de flux et par le remplissage progressif de la zone morte par du coke. 35 L'invention concerne également un réacteur de craquage catalytique comprenant un collecteur des matières gazeuses sortant dudit réacteur débouchant sur une conduite d'évacuation des matières 2910342 6 gazeuses, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un dispositif d'ancrage selon l'invention fixé sur une paroi supérieure dudit collecteur et/ ou au moins un dispositif d'ancrage selon l'invention fixé sur la paroi interne de ladite conduite d'évacuation. 5 L'invention est maintenant décrite en référence aux dessins annexés, non limitatifs, dans lesquels : - la figure 1 est une représentation schématique d'une unité de craquage catalytique ; 10 - la figure 2 est une représentation schématique d'un appareil de séparation centrifuge faisant partie de l'unité de craquage représentée figure 1 ; -la figure 3 est une vue de face schématique d'une paroi équipée d'un dispositif d'ancrage selon l'invention ; 15 - la figure 4 est une vue de dessus d'un élément de rétention représenté figure 3 ; - les figures 5 et 6 sont des vues de dessus d'autres modes de réalisation d'éléments de rétention. La figure 3 représente la paroi externe 30 d'un moyen 20 d'évacuation des matières gazeuses épurées faisant partie d'un appareil de séparation centrifuge du type de celui décrit en référence à la figure 2. Cette paroi est donc située à l'intérieur d'un récipient de séparation centrifuge en regard de la paroi interne dudit récipient de séparation. La paroi externe 30 est équipée d'un dispositif d'ancrage selon 25 l'invention. Ce dispositif d'ancrage comprend une pluralité d'éléments de rétention fixés sur ladite paroi externe 30 et aptes à retenir le coke formé le long de cette paroi. Ces éléments de rétention sont réalisés en un matériau apte à 30 résister aux conditions régnantes au niveau de la paroi. Ils sont de préférence réalisés en métal afin de permettre une fixation par soudage sur les parois métalliques. Pour une utilisation à l'intérieur d'un appareil de séparation centrifuge, tel que dans l'exemple représenté, on utilisera un matériau 35 résistant aux températures et aux conditions de fonctionnement de l'appareil, et présentant une bonne résistance mécanique pour soutenir 2910342 7 le poids du coke. Les éléments de rétention peuvent en outre être revêtus d'une couche de réfractaire anti-abrasion. Dans l'exemple représenté sur la figure 3, les éléments sont des plaques 31 fixées par soudage à la paroi au moyen de pattes de fixation 5 32. On pourrait bien entendu envisager une fixation directe de la plaque à la paroi. Un grand côté de la plaque est alors par exemple soudé par point sur cette paroi. Les plaques 31 sont réparties en quinconce verticalement afin de retenir au maximum les morceaux de coke qui se détacheraient de la 10 paroi au dessus des plaques. Ces plaques sont fixées sensiblement horizontalement, perpendiculaires à la paroi 30, mais pourraient présenter une autre inclinaison par rapport à la paroi 30, pourvu qu'elles permettent de retenir une chute de coke. 15 De préférence, les dimensions de ces plaques sont suffisamment grandes pour couvrir le maximum de la périphérie de la paroi, tout en limitant le nombre d'éléments, afin que la pose de ces éléments ne soit pas trop longue. La longueur de ces plaques est par exemple de l'ordre de 10 cm. 20 Il est cependant envisageable de remplacer ces éléments de courte longueur par un élément unique en forme d'anneau assurant un recouvrement total de l'ensemble de la périphérie du tube de sortie de l'appareil de séparation centrifuge. En variante, cet élément en forme d'anneau pourrait être ouvert. 25 On peut toutefois placer des éléments de rétention uniquement dans les zones de la paroi les plus sujettes à la formation de coke. En variante, ces plaques peuvent comporter une partie sensiblement verticale le long de leur bord opposé au bord de fixation à la paroi et dont le rôle est d'assurer une meilleur retenue du coke. Cette 30 partie peut s'étendre uniquement au dessus de la plaque, ou au dessus et en dessous. Dans ces cas, la plaque présente alors respectivement soit une section sensiblement en forme de L, soit sensiblement en forme de T. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 5, les 35 éléments sont des tiges 33, dont au moins l'une des extrémités est fixée à la paroi 30, de préférence par soudage. 2910342 8 Ces tiges proviennent par exemple des V d'ancrage utilisés pour maintenir un matériau réfractaire sur la surface métallique formant la paroi 30. Ces V d'ancrage sont des fils métalliques de formes diverses, parfois en forme de V, droits ou incurvés, et de longueurs proches de 5 5 à 10 cm environ. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 6, les éléments sont des tiges reliées entre elles, par exemple de manière à former une sorte de grille 34. Cette grille 34 peut être fixée directement à la paroi 30 ou au moyen de pattes de fixation. 10 Bien entendu, l'invention ne se limite pas aux modes de réalisation décrits, et d'autres formes des éléments de rétention peuvent être envisagés. Le dispositif d'ancrage selon l'invention peut également être utilisé au niveau de la plenum 5 d'une unité de craquage catalytique (voir 15 figure 1), ou au niveau des parties verticales de la conduite d'évacuation des matières gazeuses 6 du réacteur, en particulier au niveau de la sortie de la plenum, afin d'éviter que, par le décrochage de coke, les morceaux formés retombent dans le dispositif de séparation centrifuge par son tube de sortie, et bouchent le dipleg. 20 De préférence, que le dispositif d'ancrage soit composé d'un ou plusieurs éléments de rétention, ces derniers sont fixés au plus près de la paroi sur laquelle se forme le coke, leur côté destiné à être fixé à la paroi épousant par exemple la forme de celle-ci. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'ancrage d'un dépôt de coke sur une paroi (30) d'une installation, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un élément de rétention (31, 33, 34) destiné à être fixé sur ladite paroi et apte à retenir le coke formé le long de la paroi. 2. Dispositif d'ancrage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un unique élément de rétention continu conçu de manière à être fixé sur tout le pourtour de ladite paroi ou sur au moins une partie du pourtour. 3. Dispositif d'ancrage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une pluralité d'éléments de rétention. 4. Dispositif d'ancrage selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chaque élément est une plaque (31). 5. Dispositif d'ancrage selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chaque élément est formé d'au moins une tige (33). 6. Dispositif d'ancrage selon la revendication 5, caractérisé en ce que chaque élément est formé de plusieurs tiges reliées entre elles (34). 7. Utilisation d'un dispositif d'ancrage selon l'une des revendications 1 à 6, pour retenir le coke formé sur une paroi d'une unité de craquage catalytique. 8. Utilisation selon la revendication 7, dans laquelle la paroi est la paroi externe (30) du tube de sortie (22) des matières gazeuses d'un appareil pour la séparation de particules solides et de matières gazeuses, situé à l'intérieur d'un réacteur de craquage catalytique de ladite unité. 9. Utilisation selon la revendication 7, dans laquelle la paroi est la paroi interne du tube de sortie (6) des matières gazeuses d'un réacteur de craquage catalytique de ladite unité ou une paroi interne supérieure d'un collecteur des matières gazeuses d'un réacteur de craquage catalytique de ladite unité. 10. Utilisation selon l'une des revendications 7 à 9, dans laquelle le ou les éléments du dispositif d'ancrage sont fixés à la paroi suivant un angle d'inclinaison permettant audit ou auxdits éléments de retenir le coke. 2910342 10 11. Utilisation selon l'une des revendications 7 à 10, dans laquelle, lorsque la paroi est sensiblement verticale, plusieurs éléments du dispositif d'ancrage sont fixés en quinconce verticalement. 12. Appareil de type centrifuge pour la séparation de particules 5 solides et de matières gazeuses comprenant un moyen d'évacuation des matières gazeuses épurées débouchant à l'intérieur d'un récipient de séparation centrifuge, caractérisé en ce que ledit moyen d'évacuation est équipé d'au moins un dispositif d'ancrage selon l'une des revendications 1 à 6 fixé sur sa paroi externe en regard de la paroi dudit 10 récipient de séparation. 13. Appareil de type centrifuge selon la revendication 12, caractérisé en ce que plusieurs éléments de rétention dudit dispositif sont disposés en quinconce verticalement. 14. Appareil de type centrifuge selon la revendication 12 ou 13, 15 caractérisé en ce que le ou les éléments de rétention dudit dispositif sont disposés sensiblement horizontalement. 15. Réacteur de craquage catalytique comprenant un collecteur des matières gazeuses sortant dudit réacteur débouchant sur une conduite d'évacuation des matières gazeuses, caractérisé en ce qu'il 20 comprend au moins un dispositif d'ancrage selon l'une des revendications 1 à 6 fixé sur une paroi supérieure dudit collecteur et/ou au moins un dispositif d'ancrage selon l'une des revendications 1 à 6 fixé sur la paroi interne de ladite conduite d'évacuation.