Brevet FR2909445A1 — publié le 20080606

La présente invention concerne un procédé de contrôle d'une réaction de reformage à la vapeur d'hydrocarbures. Un procédé de reformage à la vapeur d'hydrocarbures met en oeuvre une chambre de combustion comprenant des brûleurs et des tubes remplis de catalyseurs et aptes à être traversés par un mélange d'hydrocarbures et de vapeur. Les brûleurs sont disposés de manière à transférer la chaleur de leur combustion au mélange d'hydrocarbures et de vapeur à travers la paroi des tubes, généralement par radiation de la chaleur de la flamme sur les parois réfractaires de la chambre de combustion. Les tubes de reformeur présentent habituellement une durée de vie d'environ 100 000 heures dans les conditions normales d'utilisation. Des températures plus élevées que prévues réduisent la durée de vie des tubes : ainsi, la durée de vie peut être divisée par 2 si le tube est utilisé à 10 à 20 C de plus que la température de conception de l'unité de reformage. Toutefois, des températures élevées sont toujours souhaitables dans la partie amont des tubes pour augmenter le rendement de production en gaz de synthèse, cette partie amont des tubes étant définie selon le sens d'introduction du mélange de vapeur et d'hydrocarbures dans les tubes. Par conséquent, il est nécessaire de contrôler le procédé mis en oeuvre dans le four de manière à mettre en oeuvre une température élevée permettant un rendement élevé en gaz de synthèse tout en s'assurant que cette température ne réduit pas la durée de vie des tubes de reformage. Le but de la présente invention est de proposer un tel procédé de contrôle. Dans ce but, l'invention concerne un procédé de contrôle d'une réaction de reformage à la vapeur d'hydrocarbures mettant en oeuvre une chambre de combustion comprenant des brûleurs et des tubes, lesdits tubes étant remplis de catalyseurs et étant aptes à être traversés par un mélange d'hydrocarbures et de vapeur, les brûleurs étant disposés de manière à transférer la chaleur de leur combustion au mélange d'hydrocarbures et de vapeur à travers la paroi des tubes. Selon le procédé de l'invention, on mesure la température de paroi T de chaque tube dans la partie aval du tube, et si pour au moins un tube, la température mesurée T est supérieure ou égale à DTT - 15 C, DTT étant la température de design du tube mesuré, alors on modifie les paramètres opératoires de la réaction de reformage de manière à abaisser la température mesurée T de ce tube à une valeur inférieure à DTT - 15 C. L'invention consiste donc à mesurer la température de la paroi T de chaque tube dans la partie aval du tube. Par partie aval, on entend la moitié du tube située en aval selon le sens de circulation du mélange d'hydrocarbures et de vapeur dans le tube. 2909445 2 Chaque tube présente une température de design DTT spécifique à la nature de sa composition métallique et sa forme. Cette température est définie par le fabricant de tubes. Selon l'invention, on mesure la température de chaque tube et on la compare à la température de design DTT de ce tube. Si la température mesurée T est inférieure à 5 DTT - 15 C, aucune action de contrôle de la réaction de reformage n'est nécessaire. Par contre, si pour au moins un tube, la température mesurée T est supérieure ou égale à DTT - 15 C, alors on modifie les paramètres opératoires de la réaction de reformage de manière à abaisser la température mesurée T de ce tube à une valeur inférieure à DTT - 15 C. 10 Selon le procédé de l'invention, on mesure la température T de chaque tube au moins une fois par mois. Cette mesure est également réalisée lors du démarrage de la réaction de reformage et pendant le test de la première production. De préférence, on mesure la température de paroi T des tubes au moyen d'un pyromètre. On peut également utiliser un thermocouple de contact ou une caméra infrarouge. Les mesures pyrométriques s'effectuent par l'intermédiaire d'ouvertures percées dans la paroi du four ("peephole" en anglais) à travers lesquelles un opérateur pointe un pyromètre (ou un autre instrument de mesure) sur le tube dont la température de paroi T doit être mesurée. Le pyromètre est tenu horizontalement lors de la mesure. Pour un pyromètre, selon une première variante, il est possible de prendre comme température 20 de paroi T du tube la valeur Tm indiquée par le pyromètre lorsqu'on le dirige directement vers la paroi du tube. Selon une seconde variante, pour un pyromètre, la température de paroi T du tube est déduite, d'une part, de la valeur Tm indiquée par le pyromètre lorsqu'on le dirige directement vers le tube et, d'autre part, de la température moyenne Tw de la paroi de la chambre de combustion à proximité du tube à partir de la formule : 25 T (Kelvin) = 14388 / (2k, In [1+ E 1 (1ûs) 1) e14388/7Tm e14388/7Tw ù 1 dans laquelle : - T est la température en Kelvin, - 2L est la longueur d'onde du pyromètre en pm, - Tm est la température indiquée par le pyromètre lorsqu'il est directement dirigé vers le 30 tube, en Kelvin - Tw, en Kelvin, est la moyenne de six mesures de température faites sur la paroi de la chambre de combustion de part et d'autre du tube, - E est l'émissivité du tube. 2909445 3 Selon cette deuxième variante, il faut donc également réaliser à l'aide du pyromètre six mesures sur la paroi de la chambre de combustion environnant le tube dont la température de paroi T doit être évaluée. Ces six mesures sont réalisées en pointant le pyromètre sur la paroi de la chambre de combustion située derrière le tube : 5 - trois mesures sont réalisées à droite du tube : . une première mesure à la hauteur du point du tube où la mesure Tm a été faite, . la deuxième mesure auûdessus et à la verticale de la première mesure, et . la troisième mesure enûdessous et à la verticale de la première mesure, - trois mesures sont réalisées à gauche du tube : 10 . une première mesure à la hauteur du point du tube où la mesure Tm a été faite, . la deuxième mesure auûdessus et à la verticale de la première mesure, et . la troisième mesure enûdessous et à la verticale de la première mesure. Afin d'illustrer l'emplacement de ces six mesures, la figure 1 représente 3 tubes de reformage 1, 1' et 1". La température Tm est mesurée au point 2 situé surie tube 1' par 15 pointage direct du pyromètre sur ce tube. Pour obtenir Tw, six mesures sont réalisées sur la paroi de la chambre de combustion située derrière le tube 1' : 3 à droite du tube 1' (31, 32, et 33) et 3 à gauche du tube (41, 42, 43). L'émissivité E du tube peut être fournie par le fabricant de tube ou mesurée en laboratoire sur un échantillon de tube. 20 Ce type de mesure selon la seconde variante est particulièrement utile pour mesurer la température de paroi des tubes situés en biais par rapport aux ouvertures percées dans la paroi du four ("peepholes"), car ceux-ci ne se trouvant pas en face des ouvertures, ils ne subissent pas le phénomène de refroidissement dû à l'ouverture des ouvertures. Ce type de mesure est également préférable pour tous les tubes qui ont déjà 25 présenté une température de paroi T supérieure ou égale à DTT - 15 C et pour tous le tubes qui font partie des 25 % des tubes présentant les températures les plus élevées. Cette méthode de mesure peut être appliquée sur tout type de four de reformage. Selon l'invention, il est préférable que, si pour un tube, la température mesurée T est supérieure ou égale à DTT - 15 C, alors la température de ce tube soit mesurée tous 30 les jours, avantageusement selon la deuxième variante de mesure par pyromètre. De même, selon une mise en oeuvre préférée, après avoir mesuré la température de paroi de chaque tube, on identifie les 25 % des tubes présentant les températures les plus élevées, et la température de ces tubes est mesurée tous les jours avantageusement selon la deuxième variante de mesure par pyromètre. 35 Concernant les paramètres opératoires de la réaction de reformage à modifier pour abaisser la température des tubes, on modifie préférentiellement au moins un paramètre 2909445 4 opératoire choisi parmi : le débit du mélange d'hydrocarbures et vapeur, le rapport entre les quantités d'hydrocarbures et de vapeur, les débits de comburant et/ou de combustible dans les brûleurs, la pression du comburant et/ou du combustible dans les brûleurs, le pourcentage d'oxygène dans le comburant, On modifie avantageusement les débits de 5 combustible et/ou de comburant des brûleurs. Toutefois, selon le procédé de l'invention, si on mesure pour un tube une température T supérieure ou égale à DTT - 10 C et si les paramètres opératoires du procédé de reformage sont modifiés de telle manière que la production de gaz de synthèse décroît, alors on contrôle la température dudit tube en réduisant les débits de combustible et/ou de comburant des brûleurs les plus proches du 10 point chaud sur le tube. La présente invention présente l'avantage de permettre une prolongation de la vie des tubes de reformage. Un autre avantage est qu'elle permet de mieux contrôler la puissance dans les différents brûleurs et d'assurer une production optimale de gaz de synthèse issu de la réaction de reformage. 15 REVENDICATIONS 1. Procédé de contrôle d'une réaction de reformage à la vapeur d'hydrocarbures mettant en oeuvre une chambre de combustion comprenant des brûleurs et des tubes, lesdits tubes étant remplis de catalyseurs et étant aptes à être traversés par un mélange d'hydrocarbures et de vapeur, les brûleurs étant disposés de manière à transférer la chaleur de leur combustion au mélange d'hydrocarbures et de vapeur à travers la paroi des tubes, dans lequel on mesure la température de paroi T de chaque tube dans la partie aval du tube, et si pour au moins un tube, la température mesurée T est supérieure ou égale à DTT - 15 C, DTT étant la température de design du tube mesuré, alors on modifie les paramètres opératoires du procédé de reformage de manière à abaisser la température mesurée T de ce tube à une valeur inférieure à DTT - 15 C. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on mesure la température de paroi T de chaque tube au moins une fois par mois. 3. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on mesure la température de paroi T du tube au moyen d'un pyromètre. 4. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la température de paroi T du tube est la valeur Tm indiquée par le pyromètre lorsqu'on le dirige directement vers la paroi du tube. 5. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la température de paroi T du tube est déduite de la valeur Tm indiquée par le pyromètre lorsqu'on le dirige directement vers le tube et de la température moyenne Tw de la paroi de la chambre de combustion à proximité du tube à partir de la formule : T (Kelvin) = 14388 / (2k, In [1+ 1 (1ùs) ]) e14388/7Tm e14388/7Tw ù 1 dans laquelle : - T est la température en Kelvin, - 2L est la longueur d'onde du pyromètre en pm, - Tm est la température indiquée par le pyromètre lorsqu'il est directement dirigé vers le tube, en Kelvin 2909445 6 - Tw, en Kelvin, est la moyenne de six mesures de température faites sur la paroi de la chambre de combustion de part et d'autre du tube, - E est l'émissivité du tube. 5 6. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les six mesures de température faites sur la paroi de la chambre de combustion de part et d'autre du tube sont réalisées en pointant le pyromètre sur la paroi située derrière le tube (1') : - trois mesures sont réalisées à droite du tube (1') : 10 . une première mesure (31) à la hauteur du point du tube où la mesure Tm a été faite, . la deuxième mesure (32) auûdessus et à la verticale de la première mesure, et . la troisième mesure (33) enûdessous et à la verticale de la première mesure, - trois mesures sont réalisées à gauche du tube (1') : . une première mesure (41) à la hauteur du point du tube où la mesure Tm a été faite, 15 . la deuxième mesure auûdessus (42) et à la verticale de la première mesure, et . la troisième mesure enûdessous (43) et à la verticale de la première mesure. 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en que si pour un tube, la température mesurée T est supérieure ou égale à DTT -15 C, alors la 20 température de ce tube est mesurée tous les jours. 8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en qu'après avoir mesuré la température de paroi de chaque tube, on identifie les 25 % des tubes présentant les températures les plus élevées, et en ce que la température de ces tubes 25 est mesurée tous les jours. 9. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on modifie au moins un paramètre opératoire de la réaction de reformage choisi parmi : le débit du mélange d'hydrocarbures et vapeur, le rapport entre les quantités d'hydrocarbures et de 30 vapeur, les débits de comburant et/ou de combustible dans les brûleurs, la pression du comburant et/ou du combustible dans les brûleurs, le pourcentage d'oxygène dans le comburant. 10. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce, si on mesure 35 pour un tube une température T supérieure ou égale à DTT -10 C et si les paramètres opératoires du procédé de reformage sont modifiés de telle manière que la production de 2909445 7 gaz de synthèse décroît, alors on contrôle la température dudit tube en réduisant les débits de combustible et/ou de comburant des brûleurs les plus proches du point chaud sur le tube.