EP0291409B1 - Procédé et dispositif de décokage hydraulique de coke de pétrole - Google Patents

Procédé et dispositif de décokage hydraulique de coke de pétrole Download PDF

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EP0291409B1
EP0291409B1 EP19880401146 EP88401146A EP0291409B1 EP 0291409 B1 EP0291409 B1 EP 0291409B1 EP 19880401146 EP19880401146 EP 19880401146 EP 88401146 A EP88401146 A EP 88401146A EP 0291409 B1 EP0291409 B1 EP 0291409B1
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EP
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pipe
reactor
drum
dan
water
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Daniel Lumbroso
Adrien Orieux
Michel Davidson
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IFP Energies Nouvelles IFPEN
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IFP Energies Nouvelles IFPEN
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B33/00—Discharging devices; Coke guides
    • C10B33/006—Decoking tools, e.g. hydraulic coke removing tools with boring or cutting nozzles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B9/00—Cleaning hollow articles by methods or apparatus specially adapted thereto 
    • B08B9/08—Cleaning containers, e.g. tanks
    • B08B9/093—Cleaning containers, e.g. tanks by the force of jets or sprays
    • B08B9/0936—Cleaning containers, e.g. tanks by the force of jets or sprays using rotating jets

Definitions

  • the invention relates to a process for coking hydrocarbon feedstocks, heavy distillation products or residues. It relates more particularly to the subsequent step of recovering the coke (decoking or decoking) after it has deposited in the reactor.
  • Coking is a process well known in the refining industry, the objective of which is to enhance heavy cuts and especially the distillation residues by subjecting them to thermal decomposition.
  • the charge is most often introduced from the bottom of the reactor and, in this case, the coke is deposited first at the bottom of the reactor; it then gradually fills higher and higher parts of the reactor until it is completely filled.
  • the reactor After having purged the reactor of all the residual hydrocarbons and having cooled it, it is opened at its upper part and a hole is dug using suitable tools. These are usually supported by scaffolding or a derrick which allows digging inside the reactor from its top.
  • the scaffolding structure (one per reactor, there are at least two reactors) is installed above the reactors themselves located well above the ground to allow the injection of the charge and above all to recover the coke produced which descends by gravity of the reactor to then be transported to a storage area or to the user.
  • the object of the invention is a method and a device which make it possible to avoid the scaffolding above the reactors in order to lighten the entire structure, save investment and make the extraction of coke more practical and economical.
  • the invention consists in bringing down into the reactor, from a drum on which it is wound, a flexible tube of controlled rigidity, the free end (the one which is furthest from the axis of the drum when the tube is wound) is provided with means for ejecting water downwards and / or laterally and the descent of which is controlled by the rotation of the drum.
  • the other end of the tube is connected to a source of pressurized water: the water flows through the tube to the ejection means and is projected towards the coke bed. The pieces of coke that have come off are removed.
  • the invention uses flexible pipes, which have properties such that they safely allow water to be transported under very high pressure.
  • these hoses are very resistant to tensile forces and have controlled rigidity. They make it possible to suspend large masses at their ends, which makes it possible on the one hand to introduce tools (turbine) inside the reactor and moreover to avoid the dangling of the hose when water flows at high pressure are used.
  • a pipe, stored on a drum, is therefore suspended above a reactor and can be introduced gradually, by rotation of the drum, to the bottom of the reactor.
  • the other end of the hose is connected to a pump which injects water under high pressure.
  • the pipe and the ejection device are gradually raised by rewinding the pipe on the drum, and the water ejection device is modified so that the ejection can now be done laterally, with a tangential component, and no longer only downwards.
  • the downward ejection is completely eliminated.
  • the flexible tube and the ejection device are again introduced through the previously drilled passage.
  • the pressure of the water in a lateral direction, with tangential component is then established at 100-600 bars or more, preferably 150-400 bars, which crumbles the coke which escapes from the base into pieces entrained by the water.
  • the fact of using a high pressure, for example 150-400 bars or more, makes it possible to obtain relatively large pieces of coke and to avoid excessively fine dust which would be difficult to separate later.
  • the stopping of the vertical ejection of water, downwards, and the starting of the lateral ejection of water can be controlled remotely by any suitable device (using, for example, remote control conductors built into the hose), which eliminates the need to reassemble the hose.
  • the drum which carries the hose can be mobile; it can move for example on rails and can thus be placed above the reactor to be decoked while the other reactors are in service or awaiting decoking.
  • the flexible tubes which can be used in the invention will consist of superimposed layers which may include one or more watertight plastic sheaths, at least one reinforcement for resistance to internal pressure, which may consist, for example, of at least one short pitch spiral winding , and at least one tensile strength and torsional strength armature, which may for example be made up of two long-pitched crossed windings.
  • Torsional limit torque 100 to 10,000 m. daN, preferably 500 to 5000 m.daN.
  • Rigidity at 20 ° C 50 to 1000 daN.m 2 , preferably 100 to 500 daN.m 2 .
  • the operation is carried out with a weight suspended from the tube (ejector + possibly weighting mass) from 10 3 to 5.10 4 N; this weight must obviously be chosen compatible with the breaking strength.
  • FIGS. 2a and 2b illustrate a particular embodiment of the water ejection device, respectively in side view and in section BB perpendicular to the axis, at the level of the nozzle 22.
  • the installation includes two coking reactors 1 and 2.
  • Reactor 1 is in the process of emptying the coke and reactor 2 in the process of depositing coke (coking).
  • the lines for admitting the hydrocarbon charge and for withdrawing volatile products have not been shown, for the purpose of simplification.
  • a winding drum or reel 3 is disposed above the reactors. Its rotation shaft is hollow and is used for the supply of water, brought under pressure by line 4, by means of a rotary joint connecting the rotation shaft of the reel to the line.
  • the axis of the drum is supported by two rigid flanges of which only one (5) is visible.
  • the two flanges are supported on a chassis provided with wheels such as 7 and 8, allowing the assembly to be moved on the raceway 9.
  • the assembly is carried by a scaffolding, or superstructure, comprising in particular the beams 10 to 13.
  • a flexible tube of high mechanical strength 14 is wound on the drum. It is connected to line 4 by a coupling piece, not shown, which allows the feed whatever the position of the drum.
  • the other end carries a turbine 15 capable of rotating on itself under the effect of water jets leaving nozzles such as 17 and 22 whose orientation includes a tangential component. If the turbine is not sufficiently heavy, a relatively heavy additional mass 16 makes it possible to increase the weight suspended from the tube.
  • a pulley 18 makes it possible to guide the flexible tube and therefore to keep it in the axis of the reactor, whatever the degree of unwinding of the tube on the drum.
  • the turbine 15 has nozzles 17, 21 and 25 directed downwards and nozzles 22 to 24 directed laterally with a tangential component relative to the rotation of the turbine. This is independent of the mass 16 which normally is not driven in rotation (the connection between the turbine 15 and the mass 16 is made by means of bearings).
  • the operation may for example be as follows: the tool 15/16 being initially raised above the reactor 1, the upper 19 and lower 20 ends of the reactor filled with coke are opened and the assembly is lowered (14,15, 16), by unrolling the pipe 14 on its drum.
  • the pressurized water supplying the hose 14 is ejected from the lower ejectors, directed downwards, such as 17 and 21, and the descent of the pipe into the reactor continues as a well is drilled by the jets in the coke bed.
  • the coke is entrained by the lower opening 20 and falls under the reactor from where it is evacuated by transport devices of known type.
  • the tool is then pulled out of the reactor, then the lower ejectors 17, 21 and 25 of the turbine are closed (except when it is desired to increase the driving effect of the coke), and the lateral ejectors 22 to 24 are opened.
  • the coke is detached from the walls of the reactor, and is discharged through opening 20.
  • Reactor 1 is used for a new coking operation.

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Organic Chemistry (AREA)
  • Coke Industry (AREA)
  • Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)

Description

  • L'invention concerne un procédé de cokéfaction de charges d'hydrocarbures, produits lourds de distillation ou résidus. Elle concerne plus particulièrement l'étape subséquente de récupération du coke (décokage ou decoking) après qu'il se soit déposé dans le réacteur.
  • La cokéfaction est un procédé bien connu de l'industrie du raffinage dont l'objectif est de valoriser les coupes lourdes et surtout les résidus de distillation en leur faisant subir une décomposition thermique.
  • Celle-ci a généralement lieu dans de grands réacteurs vides où la décomposition s'effectue en distillats qui se dégagent du réacteur et en produit cokéfié qui se dépose sur la paroi du réacteur.
  • La charge est le plus souvent introduite par le bas du réacteur et, dans ce cas, le coke se dépose en premier dans le bas du réacteur; il remplit ensuite progressivement des parties de plus en plus élevées du réacteur jusqu'à le remplir complètement.
  • A ce moment on arrête l'injection de la charge et on envoie cette charge dans un deuxième réacteur vide.
  • Après cette première étape de formation du coke, il y a une deuxième étape de récupération du coke produit.
  • Pour cela, après avoir purgé le réacteur de tous les hydrocarbures résiduels et l'avoir refroidi, on l'ouvre à sa partie supérieure et on creuse un trou à l'aide d'outils appropriés. Ceux-ci sont habituellement supportés par un échafaudage ou tour de forage (derrick) qui permet de creuser à l'intérieur du réacteur à partir de son sommet. La structure des échafaudages (un par réacteur, il y a deux réacteurs au moins) est installée au-dessus des réacteurs eux-mêmes situés bien au-dessus du sol pour permettre d'injecter la charge et surtout de récupérer le coke produit qui descend par gravité du réacteur pour être ensuite transporté vers une zone de stockage ou chez l'utilisateur.
  • L'objet de l'invention est un procédé et un dispositif qui permettent d'éviter les échafaudages au-dessus des réacteurs pour alléger l'ensemble de la structure, économiser les investissements et rendre plus pratique et plus économique l'extraction du coke.
  • L'invention consiste à faire descendre dans le réacteur, à partir d'un tambour sur lequel il est enroulé, un tube flexible de rigidité contrôlée dont l'extrémité libre (celle qui est le plus loin de l'axe du tambour lorsque le tube est enroulé) est pourvue de moyens d'éjection d'eau vers le bas et/ou latéralement et dont la descente est contrôlée par la rotation du tambour. L'autre extrémité du tube est reliée à une source d'eau sous pression: l'eau circule dans le tube jusqu'aux moyens d'éjection et est projetée vers le lit de coke. On évacue les morceaux de coke qui se sont détachés.
  • On peut utiliser un dispositif tel que décrit ci- dessus pour chaque réacteur; de préférence, en cas d'emploi de plusieurs réacteurs, par exemple 2, 3 ou 4, on n'utilise qu'un seul dispositif qui est alors mobile et peut se déplacer latéralement pour venir au-dessus de chacun des réacteurs à tour de rôle.
  • L'invention utilise des tuyaux flexibles, qui possèdent des propriétés telles qu'ils permettent sans risque de véhiculer de l'eau sous très haute pression. De plus ces flexibles sont très résistants aux efforts de traction et présentent une rigidité contrôlée. Ils permettent de suspendre des masses importantes à leur extrémité, ce qui permet d'une part d'introduire des outils (turbine) à l'intérieur du réacteur et par ailleurs d'éviter le ballant du flexible lorsque des débits d'eau à haute pression sont utilisés.
  • Un tuyau, stocké sur un tambour, est donc suspendu au-dessus d'un réacteur et peut être introduit progressivement, par rotation du tambour, jusqu'au fond du réacteur.
  • L'autre extrémité du tuyau est raccordée à une pompe qui injecte de l'eau sous haute pression.
  • L'opération s'effectue en deux phases:
    • la première consiste à creuser un trou dans l'axe du réacteur en introduisant par le haut l'extrémité inférieure du tuyau, supportant le dispositif d'éjection d'eau. L'eau est éjectée sous pression de 100 à 600 bars ou plus, à partir d'orifices disposés à l'extrémité inférieure du dispositif et orientés vers le bas. De préférence on utilise un dispositif tournant autour de son axe tel qu'une turbine, et la rotation de la turbine peut résulter de l'orientation particulière d'un ou plusieurs orifices d'éjection (composante au moins en partie tangentielle d'un ou plusieurs jets).
  • Lorsque le dispositif atteint le fond du réacteur, le tuyau et le dispositif d'éjection sont relevés progressivement par réenroulement du tuyau sur le tambour, et on modifie le dispositif d'éjection d'eau de telle manière que l'éjection puisse se faire désormais latéralement, avec une composante tangentielle, et non plus uniquement vers le bas. De préférence, on supprime totalement l'éjection vers le bas.
  • dans la deuxième phase, on introduit à nouveau le tube flexible et le dispositif d'éjection par le passage précédemment foré. La pression de l'eau dans une direction latérale, avec composante tangentielle est alors établie à 100-600 bars ou plus, de préférence 150-400 bars, ce qui effrite le coke qui s'échappe par la base en morceaux entraînés par l'eau. Le fait d'utiliser une pression élevée, par exemple 150-400 bars ou plus, permet d'obtenir des morceaux de coke relativement grands et d'éviter les poussières trop fines qui seraient difficiles à séparer ultérieurement.
  • Selon un autre mode de réalisation, l'arrêt de l'éjection verticale d'eau, vers le bas, et le démarrage de l'éjection latérale d'eau peuvent être commandés à distance par tout dispositif approprié (faisant appel, par exemple, à des conducteurs de télécommande incorporés au flexible), ce qui évite d'avoir à remonter le tuyau.
  • Le tambour qui porte le flexible peut être mobile; il peut se déplacer par exemple sur des rails et peut ainsi venir se placer au-dessus du réacteur à décoker pendant que les autres réacteurs sont en service ou en attente de décokage.
  • Les tubes flexibles utilisables dans l'invention seront constitués de couches superposées pouvant comporter une ou plusieurs gaines plastiques étanches, au moins une armature de résistance à la pression interne, pouvant être constituée, par exemple, d'au moins un enroulement spiral à pas court, et au moins une armature de résistance à la traction et aux couples de torsion, pouvant par exemple, être constituée de deux enroulements croisés à pas long.
  • Ils répondent avantageusement aux caractéristiques suivantes:
    • Flexibilité suffisante pour pouvoir être enroulés sur un tambour de rayon compris entre 0,5 et 5 mètres.
  • Résistance interne à la pression d'au moins 100 bars, de préférence 150 à 1000 bars.
  • Résistance à la rupture par élongation de 10" à 106 daN, de préférence 2.104 à 5.105 daN.
  • Couple limite de torsion: 100 à 10000 m. daN, de préférence 500 à 5000 m.daN.
  • Rigidité à 20° C: 50 à 1000 daN.m2, de préférence 100 à 500 daN.m2.
  • De préférence on opère avec un poids suspendu au tube (éjecteur + éventuellement masse d'alourdissement) de 103 à 5.104 N; ce poids doit être évidemment choisi compatible avec la résistance à la rupture.
  • Des tubes de ce type ont été étudiés à l'INSTITUT FRANCAIS DU PETROLE et sont actuellement commercialisés par la SOCIETE COFLEXIP, FRANCE.
    • Les figures 1 et 2 illustrent la mise en oeuvre de l'invention.
    • La figure 1 est une vue d'ensemble de l'installation.
  • Les figures 2a et 2b illustrent un mode particulier de réalisation du dispositif d'éjection d'eau, respectivement en vue latérale et en coupe BB perpendiculaire à l'axe, au niveau de la buse 22.
  • L'installation comporte deux réacteurs de cokage 1 et 2. Le réacteur 1 est en cours de vidange du coke et le réacteur 2 en cours de dépôt de coke (cokage). Les conduites d'admission de la charge d'hydrocarbures et de soutirage des produits volatils n'ont pas été représentées, dans un but de simplification. Un tambour d'enroulement ou touret 3 est disposé au-dessus des réacteurs. Son arbre de rotation est creux et sert à l'alimentation en eau, amenée sous pression par la conduite 4, par l'intermédiaire d'un joint tournant raccordant l'arbre de rotation du touret à la conduite. L'axe du tambour est supporté par deux flasques rigides dont un seul (5) est visible. Les deux flasques s'appuient sur un chassis muni de roues telles que 7 et 8, permettant à l'ensemble d'être déplacé sur le chemin de roulement 9. L'ensemble est porté par un échafaudage, ou superstructure, comportant notamment les poutrelles 10 à 13. Un tube flexible de haute résistance mécanique 14 est enroulé sur le tambour. Il est relié à la conduite 4 par une pièce d'accouplement non-représentée qui permet l'alimentation quelle que soit la position du tambour. L'autre extrémité porte une turbine 15 capable de tourner sur elle-même sous l'effet de jets d'eau sortant de tuyères telles que 17 et 22 dont l'orientation comporte une composante tangentielle. Si la turbine n'est pas suffisamment lourde, une masse additionnelle relativement lourde 16 permet d'accroître le poids suspendu au tube. Une poulie 18 permet de guider le tube flexible et donc de le maintenir dans l'axe du réacteur, quel que soit le degré de déroulement du tube sur le tambour.
  • La turbine 15 comporte des buses 17, 21 et 25 dirigées vers le bas et des buses 22 à 24 dirigées latéralement avec une composante tangentielle par rapport à la rotation de la turbine. Celle-ci est indépendante de la masse 16 qui, normalement, n'est pas entraînée en rotation (le raccordement entre la turbine 15 et la masse 16 est réalisé par l'intermédiaire de roulements).
  • Le fonctionnement peut être par exemple le suivant: l'outil 15/16 étant initialement relevé au-dessus du réacteur 1, on ouvre les extrémités supérieure 19 et inférieure 20 du réacteur rempli de coke et on descend l'ensemble (14,15,16), par déroulement du tuyau 14 sur son tambour. L'eau sous pression alimentant le flexible 14 est éjectée à partir des éjecteurs inférieurs, dirigés vers le bas, tels que 17 et 21, et la descente du tuyau dans le réacteur se poursuit au fur et à mesure du percement d'un puits par les jets dans le lit de coke. Dès que l'outil est arrivé en bas du réacteur, le coke est entraîné par l'ouverture inférieure 20 et tombe sous le réacteur d'où il est évacué par des dispositifs de transport de type connu.
  • On ressort alors l'outil du réacteur, puis on ferme les éjecteurs inférieurs 17, 21 et 25 de la turbine (excepté lorsqu'on veut accroître l'effet d'entraînement du coke), et on ouvre les éjecteurs latéraux 22 à 24. Le coke est détaché des parois du réacteur, et est évacué par l'ouverture 20.
  • Quand l'opération est terminée, on retire l'outil du réacteur 1, on déplace le tambour 3 et ses supports sur les rails tels que 9 et après ouverture du réacteur 2, on descend le flexible et l'outil de manière à effectuer le décokage du réacteur 2. Le réacteur 1 est utilisé pour une nouvelle opération de cokage.
  • Au lieu d'une seule turbine 15, comportant des ouvertures vers le bas et vers les côtés, on peut également employer deux turbines distinctes, l'une comportant des ouvertures vers le bas et l'autre des ouvertures latérales.

Claims (7)

1. Procédé de vidange successive du coke d'au moins deux réacteurs de production de coke, dans lequel on projette de l'eau sous pression dans la direction du coke, d'abord du haut vers le bas puis latéralement en direction de la périphérie, caractérisé en ce qu'on utilise des moyens d'éjection d'eau suspendus à un tube flexible, supporté par un tambour comportant des moyens de déplacement permettant de le placer successivement au-dessus de chacun des réacteurs, ledit tube étant enroulé au repos sur ledit tambour dont la rotation permet de descendre ou remonter le tube, ledit tube étant pourvu d'armatures de résistance à la pression interne et aux contraintes de traction et de torsion.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la résistance à la pression interne du tube flexible est d'au moins 100 bars et ce tube présente une flexibilité suffisante pour permettre ses enroulements et déroulements successifs sur un tambour de rayon compris entre 0,5 et 5 mètres.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le tube flexible présente une rigidité à 20° C de 50 à 1000 daN.m2, une résistance à la rupture par élongation de 104 à 106 daN et un couple limite de torsion de 102 à 104 m.daN.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le tube a une résistance à la pression interne de 150 à 1000 bars, une résistance à la rupture de 2.104 à 5.105 daN, un couple limite de torsion de 500 à 5000 m.daN et une rigidité à 20° C de 100 à 500 daN m2.
5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la pression d'éjection de l'eau est de 150-400 bars lors de l'éjection latérale en direction de la périphérie du réacteur.
6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le poids suspendu au tube est de 103 à 5.10 4 N.
7. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé de l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux réacteurs de cokage, au moins un tambour mobile autour de son axe, des moyens de déplacement du tambour, permettant de le placer successivement au-dessus de chacun des réacteurs de cokage, au moins un tube flexible tel que défini dans lesdites revendications, enroulé au repos sur ledit tambour et relié à une extrémité à des moyens d'alimentation en eau et à l'autre extrémité à un dispositif d'éjection d'eau, et des moyens de guidage dudit tube lors de son déroulement, ledit tambour étant disposé à un niveau supérieur à celui des réacteurs de cokage et les moyens de guidage étant réglés pour permettre la descente du tube successivement dans chacun des réacteurs.
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