Brevet FR2924423A1 — publié le 20090605

La présente invention concerne un procédé de reformage à la vapeur d'un mélange d'hydrocarbures pour la production de gaz de synthèse. Un procédé de reformage à la vapeur d'hydrocarbures est réalisé dans un four de reformage à la vapeur, alimenté d'une part en charge hydrocarbonée et en vapeur, et d'autre part en chaleur. La chaleur est généralement fournie par la combustion de combustibles divers avec de l'air. Cette combustion est réalisée dans la zone de radiation du four (radiant section en anglais), parfois également appelée chambre de combustion, grâce à des brûleurs, disposés dans le haut et/ou dans le bas et/ou sur les parois latérales de la zone de radiation. Lorsque les brûleurs sont placés en haut du four, le réacteur est dit chauffé par le haut, (top fired en langue anglaise), lorsque les brûleurs sont placés sur les parois latérales, il est dit à chauffage latéral (side fired en langue anglaise). Le reformage est mis en oeuvre dans la chambre de combustion du four qui comprend les brûleurs et des tubes remplis de catalyseurs et aptes à être traversés par la charge hydrocarbonée et la vapeur généralement sous forme de mélange. Les brûleurs sont disposés de manière à transférer de façon optimale la chaleur de leur combustion au mélange d'hydrocarbures et de vapeur à travers la paroi des tubes. Lorsque le four est chaud, la charge est injectée. La haute température du four, plusieurs centaines de degrés, maintenue grâce à la combustion, permet alors, dans les tubes, la réaction de dissociation des molécules de la charge hydrocarbonée et la production de gaz de synthèse (syngas) qui sera ensuite traité. Des températures élevées sont toujours souhaitables pour augmenter le rendement de production en gaz de synthèse, Compte tenu de la géométrie du four de reformage et du déroulement des réactions de reformage, la température n'est pas uniforme sur la longueur d'un tube, mais les profils de température sont très différents selon que l'on a à faire à des tubes chauffés par le haut (top fired), ou des tubes chauffés latéralement (side fired). C'est ainsi que pour des tubes équipant un reformeur de type side fired, la température maximale, soit 900°C, est observée dans la partie aval du tube, tandis que pour un tube équipant un reformeur de type top fired, la température maximale, soit 900°C, est observée dans la partie amont du tube. Les parties amont et aval des tubes sont définies selon le sens d'introduction du mélange de vapeur et d'hydrocarbures dans les tubes. Ces différents profils de température sont illustrés par la figure 1 qui présente les profils de température de paroi des tubes en degrés Celsius, sur la longueur des tubes du sommet du tube (0% de la longueur) jusqu'à son extrémité inférieure (100% de la longueur). On remarque ainsi que la température d'un tube de type side fired croit de 700°C à 900°C, la température maximale, soit 900°C, est observée dans la partie aval du tube ; dans le cas d'un tube équipant un réacteur top fired, la température est de l'ordre de 800°C au sommet du tube, passe par le maximum (900°C) dans la première moitié, et décroît ensuite jusqu'à 850°C environ. 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 une température de 15°C de plus que sa température de design . Différentes solutions sont utilisées seules ou en association afin de contrôler le vieillissement des tubes de reformage, il s'agit par exemple : - de prévenir un endommagement excessif des tubes, en contrôlant le procédé mis en oeuvre dans le four de manière à appliquer une température suffisante pour maintenir 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 selon un procédé décrit dans la demande de brevet FR 06 55308 (non publiée); - de déterminer en continu, la durée de vie restante effective des tubes d'un reformeur, et ceci pour chaque tube, afin d'en programmer le remplacement .selon un procédé décrit dans la demande internationale PCT/FR2007/050635 (non publiée) ; - d'éviter les points chauds sur les tubes en améliorant par exemple la répartition de puissance sur les tubes. Une autre réponse au besoin permanent de diminuer le coût lié au remplacement des tubes de reformeur consisterait à augmenter la durée de vie prévue de ces tubes, tout en leur appliquant des conditions normales d'utilisation. Le but de la présente invention est de proposer un procédé permettant d'augmenter la durée de vie des tubes, tout en maintenant les températures normales d'utilisation desdits tubes. Dans ce but, l'invention concerne un procédé de production de gaz de synthèse par reformage à la vapeur d'hydrocarbures mis en oeuvre dans une chambre de combustion d'un four de reformage comprenant des brûleurs et des tubes, lesdits tubes étant remplis de catalyseur et disposés verticalement dans la chambre de combustion, pour être traversés par un mélange desdits hydrocarbures avec de la vapeur, ledit mélange étant introduit dans les tubes à leur extrémité supérieure, le gaz de synthèse produit étant récupéré en partie basse des tubes, les brûleurs étant disposés de manière à transférer la chaleur de la combustion au mélange d'hydrocarbures et de vapeur à travers la paroi des tubes, caractérisé en ce qu' après une durée de fonctionnement donnée des tubes, on procède à leur retournement. En effet, en procédant au retournement des tubes de reformeur au bout d'une certaine durée de fonctionnement, on améliore l'homogénéité de vieillissement des tubes, sur leur longueur, qu'il s'agisse des tubes d'un réacteur de type side fired ou top fired. Grâce au retournement du tube, la zone du tube soumise aux températures les plus élevées et dont le vieillissement est par conséquent le plus important, devient suite à ce retournement une zone soumise à des températures moins élevées et voit donc son vieillissement ralenti. Si le procédé est particulièrement avantageux dans le cas des tubes équipant les reformeurs de type side fired puisque lors d'un retournement de tube, le gain en température peut atteindre 200°C., il est aussi tout à fait notable dans le cas d'un reformeur de type top fired ; dans le cas d'un top fired, le point le plus chaud (900°C) Sera soumis en effet après son retournement à une température plus basse de 15 à 20°C, ce qui lui permet un doublement de durée de vie. Selon une variante de l'invention, celle-ci concerne un procédé selon lequel la durée de fonctionnement à partir de laquelle on procède au retournement des tubes est déterminée en fonction de la température moyenne de reformage. En effet, selon que la température de reformage est plus ou moins élevée, la température de paroi des tubes est elle même plus ou moins élevée, et la durée de vie des tubes et le vieillissement des tubes en est affecté. De la même manière, la charge du reformeur influe sur la durée de vie des tubes dans leur ensemble ; lorsque la charge est moindre, il n'est pas nécessaire d'apporter autant de chaleur au reformeur, dans ce cas, le vieillissement des tubes est moindre; à l'opposé, si la charge est augmentée, l'apport de chaleur doit être augmenté, ce qui accélère le vieillissement des tubes C'est ainsi que de préférence, on détermine la durée de fonctionnement à partir de laquelle on procède au retournement des tubes en fonction de la charge alimentant le reformeur. On pourra procéder au retournement de l'ensemble des tubes en une seule opération lors d'un arrêt programmé de l'installation de reformage. Ce retournement général aura lieu avantageusement lors d'un arrêt programmé de l'installation durant la deuxième moitié de vie des tubes. C'est ainsi que pour une durée de vie calculée des tubes (hors retournement) de 10 ans, le retournement des tubes sera réalisé lors d'un arrêt programmé au-delà des 5 ans de vie des tubes. Selon une variante de l'invention, celle-ci concerne un procédé dans lequel on prend en compte le vieillissement accéléré de certains tubes dû à leur position dans le four pour procéder à leur retournement anticipé. L'ensemble des tubes n'est dès lors pas traité de manière unique ; ces tubes prématurément retournés devront par la suite être changés indépendamment du reste des tubes du reformeur. Préférentiellement, le procédé de retournement de tubes est utilisé conjointement avec une méthode de suivi du vieillissement des tubes, et en en cas de mise en évidence du vieillissement accéléré de certains tubes, on procède à un retournement sélectif de ces tubes prématurément vieillis, et si nécessaire par la suite à leur changement. Le procédé de l'invention s'applique aux installations existantes, dans ce cas, il peut être nécessaire de procéder à une découpe des tubes à proximité immédiate de leurs deux extrémités, puis au retournement du tube et à son soudage aux extrémités restées en place. De préférence cependant, on utilise des tubes présentant une géométrie particulière au niveau des extrémités soit par eux-mêmes, soit via des pièces de jonction de sorte que les tubes puissent être retournés sans qu'il soit nécessaire de les découper. REVENDICATIONS 1. Procédé de production de gaz de synthèse par reformage à la vapeur d'hydrocarbures mis en oeuvre dans une chambre de combustion d'un four de reformage comprenant des brûleurs et des tubes, lesdits tubes étant remplis de catalyseur et disposés verticalement dans la chambre de combustion, pour être traversés par un mélange desdits hydrocarbures avec de la vapeur, ledit mélange étant introduit dans les tubes à leur extrémité supérieure, le gaz de synthèse produit étant récupéré en partie basse des tubes, les brûleurs étant disposés de manière à transférer la chaleur de la combustion au mélange d'hydrocarbures et de vapeur à travers la paroi des tubes, caractérisé en ce que après une durée de fonctionnement donnée des tubes, on procède à leur retournement. 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que la durée de fonctionnement à partir de laquelle on procède au retournement des tubes est déterminée en fonction de la température moyenne de reformage. 3. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2 caractérisé en ce que on procède au retournement de l'ensemble des tubes en une seule opération lors d'un arrêt programmé de l'installation de reformage 4. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2 dans lequel on prend en compte le vieillissement accéléré de certains tubes dû à leur position dans le four pour procéder à leur retournement anticipé. 5. Procédé selon la revendication 1 dans lequel ledit procédé est utilisé conjointement avec une méthode de suivi du vieillissement des tubes, et en ce qu'en cas de mise en évidence du vieillissement accéléré de certains tubes, on procède à un retournement sélectif des tubes prématurément vieillis.