EP0907694A1 - Method and device for steam cracking comprising the injection of particles upstream of a secondary quenching exchanger - Google Patents

Method and device for steam cracking comprising the injection of particles upstream of a secondary quenching exchanger

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EP0907694A1
EP0907694A1 EP97930570A EP97930570A EP0907694A1 EP 0907694 A1 EP0907694 A1 EP 0907694A1 EP 97930570 A EP97930570 A EP 97930570A EP 97930570 A EP97930570 A EP 97930570A EP 0907694 A1 EP0907694 A1 EP 0907694A1
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EP
European Patent Office
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exchanger
exchangers
primary
upstream
downstream
Prior art date
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Ceased
Application number
EP97930570A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Eric Lenglet
Jean-Pierre Burzynski
Gérard Courteheuse
Roland Huin
Yves Gougne
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Procedes Petroliers et Petrochimiques
IFP Energies Nouvelles IFPEN
Original Assignee
Procedes Petroliers et Petrochimiques
IFP Energies Nouvelles IFPEN
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Procedes Petroliers et Petrochimiques, IFP Energies Nouvelles IFPEN filed Critical Procedes Petroliers et Petrochimiques
Publication of EP0907694A1 publication Critical patent/EP0907694A1/en
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28G—CLEANING OF INTERNAL OR EXTERNAL SURFACES OF HEAT-EXCHANGE OR HEAT-TRANSFER CONDUITS, e.g. WATER TUBES OR BOILERS
    • F28G1/00—Non-rotary, e.g. reciprocated, appliances
    • F28G1/12—Fluid-propelled scrapers, bullets, or like solid bodies
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G9/00—Thermal non-catalytic cracking, in the absence of hydrogen, of hydrocarbon oils
    • C10G9/002—Cooling of cracked gases
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G9/00—Thermal non-catalytic cracking, in the absence of hydrogen, of hydrocarbon oils
    • C10G9/14—Thermal non-catalytic cracking, in the absence of hydrogen, of hydrocarbon oils in pipes or coils with or without auxiliary means, e.g. digesters, soaking drums, expansion means
    • C10G9/16—Preventing or removing incrustation

Definitions

  • the invention relates to a flexible hydrocarbon steam cracking process, that is to say compatible with a wide variety of fillers to be cracked and a wide variety of operating conditions. It also relates to a process for decoking the steam cracking installation.
  • the steam cracking process is the basic process of the petrochemical industry and consists of cracking at high temperature and then brutally cooling a load of hydrocarbons and water vapor.
  • the main operational problem results from the deposition of carbonaceous products on the internal walls of the installation. These deposits, consisting of coke or heavy tars of condensed pyrolysis and more or less agglomerated, limit the heat transfer in the cracking zone (coil with pyrolysis tubes) and the indirect quenching zone (effluent quench exchanger), requiring frequent stops to decoker the installation.
  • the conventional cycle times (operation between two complete chemical decokings of the cracking zone, in air and / or steam) are either fixed (programmed stops), or variable depending on the coking of the installation, and s typically range from 3 weeks to 12 weeks for fillers such as naphtha and liquefied petroleum gases.
  • This process consists, for a determined charge, in allowing a layer of coke to form and mature on the internal walls of the cracking coil, then to inject erosive particles (for example hard mineral particles, of diameter less than 150 micrometers, spherical , or angular) in sufficient quantity to substantially stabilize the coking state of the tubes, without completely eliminating the coke pre-layer which has a protective role for these tubes.
  • erosive particles for example hard mineral particles, of diameter less than 150 micrometers, spherical , or angular
  • This process requires a good knowledge of the coking speeds of the charge in question, and a coil design such that there is a certain correspondence between the local coking speeds linked to the progression of cracking along the coil and the erosive intensity. linked to the velocity profile along the coil and to the nature of the erosive particles.
  • the decoking efficiency has been found to depend significantly on the charges and operating conditions (different nature of the coke).
  • the light charges C3, C4, light Naphtha produce at the start of the reaction zone a catalytic coke much more fragile (5 to 10 times) than the asymptotic coke predominant in the middle and at the end of the reaction zone It is therefore desirable for these charges to limit the speed of circulation in this zone, to maintain a protective coke layer and / or avoid the risk of erosion of the cracking tubes.
  • the carbon deposits of the quenching exchanger in particular in the case of heavy loads, were much more fragile than the coke of the cracking tubes. It was, in fact, found that the brittleness, with respect to the erosion by the solid particles tested, was at least 25 times greater for the coke of the quench exchanger than for the asymptotic coke of the pyrolysis tubes.
  • the absence of erosion noted for the exchanger tubes themselves is explained by the fact that the circulation speed of the particles is much lower in the quench exchanger than in the pyrolysis tubes, and that their temperature is very low (approximately 330 ° C against typically 1000 to 1100 ° C for the pyrolysis coil).
  • the tubes of the quenching exchangers are straight, without bends, which eliminates the risks of occasional erosion
  • the object of the process according to the present invention is to provide a flexible, efficient, reliable steam-cracking process with moderate investment, suitable for modern ovens comprising a large number of primary quench exchangers.
  • a process for steam cracking hydrocarbon feedstocks is proposed in an installation comprising at least one steam cracking oven comprising a plurality of pyrolysis tubes connected by a plurality of pipes to means for indirectly quenching the effluents of the pyrolysis tubes, these means comprising at least one secondary quenching multitubular exchanger connected upstream to a plurality of primary quenching exchangers and downstream to direct quenching and fractionation, the process comprising the injection of erosive solid particles to remove at least part of the carbon deposits located on the internal walls of the installation, the process being characterized in that.
  • solid erosive particles of average diameter between 0.02 and 4 mm, at at least one point of the installation located downstream of said primary transfer line exchangers and upstream of the secondary quench exchanger, the particles then circulating in the secondary quench exchanger conveyed by a carrier gas whose average speed is advantageously between 20 and 180 m / s, and preferably 40 to 130 m / s .
  • the overall average quantities [Q + q] of erosive particles injected being determined to limit the increase in the outlet temperature of the effluents from the secondary quench exchanger to a value less than 100 ° C. per month and preferably less than 50 ° C per month, and to allow an operation of the steam cracking oven for at least 6 months and preferably at least 12 months, and more particularly at least 18 months, without hydraulic decoking of the indirect quenching means
  • mineral erosive particles are injected during the steam cracking phases, downstream of the primary exchangers and upstream of the secondary exchanger, at fixed or variable intervals between 0 , 3 and 72 hours and at least most of the particles are separated, downstream of the secondary exchanger, the amounts of particles injected being sufficient to limit the increase in the temperature of the exchanger effluents to a value not exceeding 50 ° C. per month.
  • solid erosive coke particles are injected during the steam cracking phases, downstream of the primary quench exchangers and upstream of the secondary exchanger, these particles being conveyed without separation, downstream of the secondary exchanger to the downstream direct quenching and fractionation means, the quantities injected being sufficient to limit the increase in the temperature of the effluents in the exchanger to a value not exceeding 50 ° C. per month.
  • At least 90% by weight or even 100% of the quantities of particles injected are during air and / or steam decoking phases and are removed by a decoking line.
  • all of the erosive solid particles injected upstream of the secondary exchanger is injected downstream of the primary exchangers.
  • the invention also provides a steam cracking installation comprising at least one steam cracking oven comprising a cracking zone comprising a plurality of pyrolysis tubes connected downstream by a plurality of transfer pipes to a plurality of primary quench exchangers, these exchangers of primary quenching being connected downstream to at least one secondary quenching exchanger itself connected downstream to direct quenching and fractionation means, characterized in that it comprises:
  • metering and injection means for erosive solid particles connected to at least one point of the installation located downstream of the primary exchangers and upstream of the secondary exchanger, for the introduction downstream of these exchangers by 70% weight at least of the solid particles introduced upstream of the secondary exchanger, • means for measuring the temperature of the effluent from the exchanger to allow control of its degree of fouling, and
  • decoking means in the presence of air connected to the pyrolysis tubes upstream, for establishing decoking conditions in the pyrolysis tubes and the primary exchangers.
  • the process according to the invention is a mixed decoking process
  • the pyrolysis tubes and the primary quenching exchangers are mainly decoked in air (generally in a mixture with steam), with a reduced or zero circulation of erosive solid particles, to prevent any risk of erosion.
  • the decoking of the secondary quenching exchanger (s) includes elimination of coke by erosion (there may also be partial decoking in air during the decoking phases of the pyrolysis tubes and of the primary exchangers).
  • the process which therefore differs from the process with particle injection upstream of all the quenching exchangers, is based on the following analysis and technical results:
  • the cracked gases are only partially cooled (by example from 850 ° C to 500/550 ° C)
  • the high gas temperatures tend to limit condensations of heavy polyaromatics precursors of coke, and also to increase the skin temperatures at the gas / coke wall interface of the heat exchanger. quenching.
  • the coking of these exchangers remains relatively moderate, even with heavy or coking charges.
  • the permissible outlet temperature of these exchangers is high (for example 550/620 ° C.) They can therefore operate with long durations.
  • the secondary quench exchangers operate with much lower temperatures (360 to 450 ° C at the outlet), which favors condensation of polyaromatic compounds, and much faster coking, in particular with charges heavy or coking
  • the process according to the invention which therefore comprises essentially air decoking of the primary exchangers and at least partially erosive decoking of the secondary quench exchangers is therefore very well suited to these technical results.
  • the advantage of this process compared to that previously described (injection upstream of all the quench exchangers) is very important for the type of ovens considered:
  • the injection is easier to carry out, since it is carried out in an area at a lower temperature.
  • FIG. 1 shows a part of a steam cracking oven (1) according to the invention.
  • a plurality of pyrolysis tubes (2) supplied with a hydrocarbon feedstock and water vapor by lines (10) and (1 1) and located in the radiation zone of the furnace. They are connected downstream by a plurality of transfer pipes (3) to a plurality of primary quench exchangers (4a). These exchangers are connected downstream to a secondary quench exchanger (4b) by a line (12). Downstream of this exchanger, the effluents are sent to the means (5) of direct quenching and fractionation by a line (6a), or else evacuated, during the decoking phases (air and / or steam) via the decoking line (6).
  • the oven also includes means (7, 7a) for metering and injecting erosive solid particles immediately upstream of the secondary exchanger (4b).
  • This oven operates in a conventional manner, with cracking phases, and decoking phases, in air and / or in steam, after the injection of the hydrocarbons has been stopped.
  • particles are injected continuously or preferably discontinuously by the means (7 and 7a) to reduce or eliminate the coking problems of the exchanger (4b).
  • the particles can be injected during the operating phases of the furnace, that is to say either during periods of steam cracking or during periods of decoking.
  • the particles can be mineral (for example corundum), made up of coke, possibly metallic.
  • the particles are not made up of coke, it will be necessary either to collect them downstream of the exchanger (4b) or to inject them only during decoking phases so that they are evacuated by the decoking line ( 6). Separation means, not shown, such as a cyclone can be installed, downstream of the exchanger (4b) or on the decoking line (6).
  • the installation described in FIG. 1 could also include means for injecting limited quantities of erosive particles (less than 30% by weight on annual average) upstream of the pyrolysis tubes (2) or between the tubes (2) and the primary exchangers (4a), but the preferred variant consists in injecting all of the particles immediately upstream of the exchanger (4b).
  • a steam cracking furnace comprising 40 pyrolysis tubes (2) in a U (pins), connected to 20 primary quench exchangers (4a) of the double tube type, connected to two secondary quench exchangers (4b).
  • the primary exchangers cool the cracked gases to a temperature between 480 and 620 ° C, the secondary exchangers lowering their temperature between 360 and 450 ° C.
  • the cycle time between two air decoking is typically 2 months, and the duration between two hydraulic decoking exchangers is 6 to 8 months.
  • the cycle times can drop significantly below three weeks, and the hydraulic decoking of the exchangers is necessary at intervals of 3 to 4 months or less.
  • erosive particles for example corundum
  • the air decoking times are extended: 36 to 48 hours, against 15 to 24 hours strictly necessary for decoking the pyrolysis tubes, in order to properly decoke the primary exchangers.
  • coking charges it is possible, with coking charges, to increase the cycle times notably beyond 1 month, and almost eliminate the hydraulic decoking, which eliminates a major easement.
  • the invention therefore provides a very significant improvement in the case of ovens comprising a large number of primary quench exchangers.

Abstract

This steam cracking method comprises injecting at at least one point upstream of a secondary indirect quenching exchanger (4b), particles of average size from 0.02 to 4 mm, at a circulating speed of 20 to 180 m/s in this exchanger, in sufficient amounts to limit the increase of the outlet temperature of the effluents to less than 100 °C per month. At least 70 wt. % of the amount of injected particles is introduced downstream of the primary quenching exchangers (4a) and upstream of the secondary exchanger tubes. At regular intervals, a decoking of the pyrolysis tubes and the primary quenching exchangers is effected in the presence of air.

Description

PROCÉDÉ ET DISPOSITIF DE VAPOCRAQUAGE COMPRENANT L'INJECTION DE PARTICULES EN AMONT D'UN ÉCHANGEUR DE TREMPE SECONDAIREVAPOCRACKING METHOD AND DEVICE INCLUDING INJECTION OF PARTICLES UPSTREAM OF A SECONDARY TEMPER EXCHANGER
L'invention concerne un procédé de vapocraquage d'hydrocarbures flexible c'est-à-dire compatible avec une grande variété de charges à craquer et une grande variété de conditions opératoires. Elle concerne aussi un procédé de décokage de l'installation de vapocraquage.The invention relates to a flexible hydrocarbon steam cracking process, that is to say compatible with a wide variety of fillers to be cracked and a wide variety of operating conditions. It also relates to a process for decoking the steam cracking installation.
L'arrière plan technologique est illustré par les demandes de brevet WO-A-90.12851 , WO-A-96.20255, EP-A- 0 036 151 , EP-A-0 036 609, EP-A-0272378etFR-A-2647804.The technological background is illustrated by patent applications WO-A-90.12851, WO-A-96.20255, EP-A- 0 036 151, EP-A-0 036 609, EP-A-0272378etFR-A-2647804.
Le procédé de vapocraquage est le procédé de base de l'industrie pétrochimique et consiste à craquer à haute température puis à refroidir brutalement une charge d'hydrocarbures et de vapeur d'eau. Le principal problème opératoire résulte du dépôt de produits carbonés sur les parois internes de l' installation. Ces dépôts, constitués de coke ou de goudrons lourds de pyrolyse condensés et plus ou moins agglomérés, limitent le transfert thermique dans la zone de craquage (serpentin à tubes de pyrolyse) et la zone de trempe indirecte (échangeur de trempe des effluents), nécessitant des arrêts fréquents pour décoker l'installation.The steam cracking process is the basic process of the petrochemical industry and consists of cracking at high temperature and then brutally cooling a load of hydrocarbons and water vapor. The main operational problem results from the deposition of carbonaceous products on the internal walls of the installation. These deposits, consisting of coke or heavy tars of condensed pyrolysis and more or less agglomerated, limit the heat transfer in the cracking zone (coil with pyrolysis tubes) and the indirect quenching zone (effluent quench exchanger), requiring frequent stops to decoker the installation.
Les durées de cycle classiques (fonctionnement entre deux décokages chimiques complets de la zone de craquage, à l'air et/ou à la vapeur) sont soit fixes (arrêts programmés), soit variables en fonction du cokage de l'installation, et s'échelonnent généralement entre 3 semaines et 12 semaines pour des charges telles que le naphta et les gaz de pétrole liquéfiés.The conventional cycle times (operation between two complete chemical decokings of the cracking zone, in air and / or steam) are either fixed (programmed stops), or variable depending on the coking of the installation, and s typically range from 3 weeks to 12 weeks for fillers such as naphtha and liquefied petroleum gases.
Il est connu de l'homme de l'art que les problèmes de cokage rencontrés lors du craquage des charges lourdes (gazoles atmosphériques, gazoles lourds, distillats sous vide) sont beaucoup plus sévères que ceux rencontrés sur des charges classiques, telles que le naphta.It is known to those skilled in the art that the coking problems encountered during cracking of heavy loads (atmospheric diesel, heavy diesel, vacuum distillates) are much more severe than those encountered on conventional loads, such as naphtha .
En conséquence, ces charges ne peuvent être craquées dans des vapocraqueurs conventionnels conçus pour le craquage du naphta, et ne peuvent l'être, selon les procédés connus que dans des fours spéciaux comportant typiquement une trempe directe (à l'huile de pyrolyse) des effluents de vapocraquage, ce qui nuit considérablement au bilan énergétique de l'installation (pas de production de vapeur haute pression). Les procédés connus permettant d'avoir une flexibilité vers les charges lourdes sont donc incompatibles avec les installations de vapocraquage existantes sur charges conventionnelles, et présentent un bilan énergétique fortement dégradé. Par ailleurs, dans le cas de charges relativement légères, on tend à utiliser également comme charges de vapocraquage des naphtas de mauvaise qualité tels que des coupes C4, C5 de recyclage, des essences de craquage thermique ou de cœur de coupe de craquage catalytique (FCC). Ces charges, oléfiniques, conduisent à des problèmes de cokage importants, en particulier à haute sévérité. Les demandeurs ont par ailleurs déjà proposé (EP-A-419 643, EP-A-425 633 et EP-A 447 527) un procédé de décokage en marche d'installations de vapocraquage, par injection de particules solides erosives, pour s'affranchir des problèmes de cokage, et obtenir un vapocraquage continu ou sensiblement continu (par exemple des durées de cycle de l'ordre de 1 an). Ce procédé consiste, pour une charge déterminée, à laisser se former et maturer sur les parois internes du serpentin de craquage une couche de coke, puis à injecter des particules erosives (par exemple des particules minérales dures, de diamètre inférieur à 150 micromètres, sphéπques, ou angulaires) en quantité adéquate pour sensiblement stabiliser l'état de cokage des tubes, sans éliminer totalement la précouche de coke qui a un rôle protecteur pour ces tubes.Consequently, these fillers cannot be cracked in conventional steam crackers designed for cracking naphtha, and can only be cracked, according to known methods, in special ovens typically comprising direct quenching (with pyrolysis oil) of the steam cracking effluents, which considerably damages the energy balance of the installation (no production of high pressure steam). The known processes allowing flexibility towards heavy loads are therefore incompatible with existing steam cracking installations on conventional loads, and have a greatly degraded energy balance. Furthermore, in the case of relatively light loads, there is a tendency to also use, as steam cracking fillers, poor-quality naphthas such as C4, C5 recycling cuts, essences of thermal cracking or of catalytic cracking cutting core (FCC). ). These charges, olefinic, lead to significant coking problems, in particular of high severity. The applicants have also already proposed (EP-A-419,643, EP-A-425,633 and EP-A 447,527) a process for decoking in operation steam-cracking installations, by injection of erosive solid particles, in order to to overcome coking problems, and obtain continuous or substantially continuous steam cracking (for example cycle times of the order of 1 year). This process consists, for a determined charge, in allowing a layer of coke to form and mature on the internal walls of the cracking coil, then to inject erosive particles (for example hard mineral particles, of diameter less than 150 micrometers, spherical , or angular) in sufficient quantity to substantially stabilize the coking state of the tubes, without completely eliminating the coke pre-layer which has a protective role for these tubes.
Ce procédé requiert une bonne connaissance des vitesses de cokage de la charge considérée, et une conception de serpentin telle qu'il y ait une certaine correspondance entre les vitesses locales de cokage liées à la progression du craquage le long du serpentin et l'intensité érosive liée au profil de vitesse le long du serpentin et à la nature des particules erosives. Au moyen d'une part de simulations des vitesses de cokage et du profil des vitesses de circulation dans le serpentin, et d'autre part d'expérimentations sur pilote, il est possible d'obtenir des conditions de vapocraquage de la charge étudiée sensiblement continues. L'érosion des tubes peut être maintenue à un niveau très faible ou nul, et contrôlée par l'analyse des traces de métaux (fer, chrome, nickel) dans les poudres récupérées.This process requires a good knowledge of the coking speeds of the charge in question, and a coil design such that there is a certain correspondence between the local coking speeds linked to the progression of cracking along the coil and the erosive intensity. linked to the velocity profile along the coil and to the nature of the erosive particles. By means of, on the one hand, simulations of the coking speeds and of the profile of the circulation speeds in the coil, and on the other hand of pilot experiments, it is possible to obtain substantially continuous steam cracking conditions of the charge studied. . The erosion of the tubes can be maintained at a very low or zero level, and controlled by the analysis of traces of metals (iron, chromium, nickel) in the recovered powders.
Les demandeurs ont donc cherché à perfectionner ce procédé, applicable pour le craquage d'une charge déterminée, dans le cas d'un four flexible pouvant traiter successivement un grand nombre de charges différentes, avec des conditions opératoires variables (débit, taux de dilution, sévérité de craquage).The applicants have therefore sought to perfect this process, applicable for cracking a given charge, in the case of a flexible oven which can successively process a large number of different charges, with variable operating conditions (flow rate, dilution rate, severity of cracking).
Des essais pilote ont été réalisés et ont donné plusieurs résultats inattendus : On a trouvé en effet que le cokage initial du serpentin (en début de cycle) pouvait varier de manière très importante en fonction de la charge, y compris pour des charges peu différentes au niveau de la composition chimique mais de provenances différentes Ceci n'a pu être complètement expliqué, et resuite peut-être d'impuretés présentes dans la charge.Pilot tests have been carried out and have given several unexpected results: It has indeed been found that the initial coking of the coil (at the start of the cycle) can vary very significantly as a function of the charge, including for charges that are not very different in terms of chemical composition but from different sources. could be fully explained, and possibly result from impurities present in the feed.
Par ailleurs, l'efficacité de décokage s'est révélée dépendre notablement des charges et conditions opératoires (nature du coke différente) En particulier, on a trouvé que les charges légères C3, C4, Naphta léger, produisent en début de la zone réactionnelle un coke catalytique beaucoup plus fragile (5 à 10 fois) que le coke asymptotique prédominant en milieu et a la fin de la zone réactionnelle II est donc souhaitable pour ces charges de limiter la vitesse de circulation dans cette zone, pour maintenir une couche de coke protectrice et/ou éviter les risques d'érosion des tubes de craquage. Ainsi, il n'a pas été possible de prédéterminer, les quantités de particules adaptées pour chaque charge et chaque condition opératoire sans essais préliminaires, impossibles à réaliser dans le cas d'un tour industriel flexible De plus, la géométrie du réacteur de craquage adaptée à une charge donnée, vis-à-vis de la prévention des risques d'érosion, n'est pas la même que celle adaptée à une autre charge ayant un taux de dilution et une nature de coke différente pour laquelle le profil de vitesses de circulation approprié sera différentFurthermore, the decoking efficiency has been found to depend significantly on the charges and operating conditions (different nature of the coke). In particular, it has been found that the light charges C3, C4, light Naphtha, produce at the start of the reaction zone a catalytic coke much more fragile (5 to 10 times) than the asymptotic coke predominant in the middle and at the end of the reaction zone It is therefore desirable for these charges to limit the speed of circulation in this zone, to maintain a protective coke layer and / or avoid the risk of erosion of the cracking tubes. Thus, it was not possible to predetermine, the quantities of particles adapted for each load and each operating condition without preliminary tests, impossible to achieve in the case of a flexible industrial tower In addition, the geometry of the cracking reactor adapted at a given charge, with respect to the prevention of the risks of erosion, is not the same as that adapted to another charge having a dilution rate and a different coke nature for which the speed profile of proper circulation will be different
Enfin, du fait des difficultés d'obtention de mesures fiables et précises des températures de peau des tubes par pyrometπe optique, ainsi que des fluctuations de ces températures et de la perte de charge dans des conditions de fonctionnement variables, il est très difficile de contrôler efficacement l'état de cokage du tube, sans repasser fréquemment par un état de référence constant, ce qui est exclu pour un four industriel flexible, et donc de pouvoir piloter en temps réel l'état de cokage d'un serpentin de pyrolyse. Le procédé s'est donc révélé difficile à mettre en œuvre industriellement dans des conditions de fonctionnement variables, et il n'a pas été possible d'éviter toute trace d'érosion des tubes de craquage pour l'ensemble des essais sur piloteFinally, because of the difficulties in obtaining reliable and precise measurements of the skin temperatures of the tubes by optical pyrometry, as well as the fluctuations of these temperatures and the pressure drop under variable operating conditions, it is very difficult to control effectively the coking state of the tube, without frequently going through a constant reference state, which is excluded for a flexible industrial oven, and therefore being able to control in real time the coking state of a pyrolysis coil. The process therefore proved difficult to implement industrially under varying operating conditions, and it was not possible to avoid any trace of erosion of the cracking tubes for all of the pilot tests.
Il est ainsi apparu que le procédé de vapocraquage continu ne pouvait être adapté au cas d'un four flexible, et devait être réservé au craquage de charges identiques ou voisines dans des conditions relativement stables.It thus appeared that the continuous steam cracking process could not be adapted to the case of a flexible oven, and had to be reserved for cracking identical or similar charges under relatively stable conditions.
Par ailleurs, les demandeurs ont constaté que l'élimination des dépôts dans l'échangeur de trempe indirecte pouvait être obtenue beaucoup plus facilement que dans les tubes de pyrolyse, et que, même en cas d'injection de particules en quantité excédentaire, aucune érosion n'était constatéeFurthermore, the applicants have found that the elimination of deposits in the indirect quenching exchanger could be obtained much more easily than in the tubes. of pyrolysis, and that, even in the event of injection of particles in excess quantity, no erosion was noted
Ainsi, il est apparu de manière surprenante que les dépôts carbonés de l'échangeur de trempe, en particulier dans le cas de charges lourdes, étaient beaucoup plus fragiles que le coke des tubes de craquage On a, en effet, trouvé que la fragilité, vis-à-vis de l'érosion par les particules solides testées, était au moins 25 fois plus grande pour le coke de l'échangeur de trempe que pour le coke asymptotique des tubes de pyrolyse. L'absence d'érosion constatée pour les tubes de l'échangeur eux-mêmes s'explique par le fait que la vitesse de circulation des particules est beaucoup plus faible dans l'échangeur de trempe que dans les tubes de pyrolyse, et que leur température est très basse (330°C environ contre typiquement 1000 à 1 100°C pour le serpentin de pyrolyse). En outre, les tubes des échangeurs de trempe sont droits, sans coudes, ce qui supprime les risques d'érosion ponctuelleThus, it appeared surprisingly that the carbon deposits of the quenching exchanger, in particular in the case of heavy loads, were much more fragile than the coke of the cracking tubes. It was, in fact, found that the brittleness, with respect to the erosion by the solid particles tested, was at least 25 times greater for the coke of the quench exchanger than for the asymptotic coke of the pyrolysis tubes. The absence of erosion noted for the exchanger tubes themselves is explained by the fact that the circulation speed of the particles is much lower in the quench exchanger than in the pyrolysis tubes, and that their temperature is very low (approximately 330 ° C against typically 1000 to 1100 ° C for the pyrolysis coil). In addition, the tubes of the quenching exchangers are straight, without bends, which eliminates the risks of occasional erosion
Par ailleurs, il est apparu que les vitesses de cokage sur longue période dans les tubes de craquage restent du même ordre de grandeur pour les charges lourdes (par exemple gazole) que pour des charges légères, et que le véritable goulot d'étranglement pour la flexibilité vers les charges lourdes réside dans l'encrassement excessif de l'échangeur de trempe indirecte. Ainsi, on a trouvé, de manière non évidente, que des installations existantes de vapocraquage de naphta pourraient craquer également des charges lourdes telles que des gazoles et des distillats sous vide de qualité correcte ou des charges oléfiniques à haute sévérité, si l'on pouvait empêcher l'encrassement rapide des échangeurs de trempe indirecteFurthermore, it appeared that the coking speeds over a long period in the cracking tubes remain of the same order of magnitude for heavy loads (for example diesel) as for light loads, and that the real bottleneck for the flexibility towards heavy loads lies in the excessive fouling of the indirect quench exchanger. Thus, it has been found, in an unobvious manner, that existing naphtha steam cracking plants could also crack heavy loads such as diesel fuels and vacuum distillates of correct quality or olefinic fillers of high severity, if one could prevent rapid fouling of indirect quench exchangers
De même, pour des charges légères oléfiniques, telles que des coupes C4, C5 de recyclage ou des fractions d'essence de craquage catalytique à bas indice d'octane, on a également trouvé que l'encrassement des échangeurs de trempe était beaucoup plus sévère pour les échangeurs de trempe, en particulier à haute sévérité.Similarly, for light olefinic fillers, such as C4, C5 recycle cuts or low octane catalytic cracked gasoline fractions, it was also found that the fouling of the quench exchangers was much more severe. for quench exchangers, in particular for high severity.
Les demandeurs ont donc proposé, dans la demande de brevet français n° 94/15743, un nouveau procédé de vapocraquage flexible, compatible avec les installations de vapocraquages existantes, permettant de traiter des charges diverses selon des conditions opératoires variables, et ce sans dégradation du bilan thermique des installations, sans risques d'érosion notables, et avec un coût d'investissement modéré. L'une des caractéristiques principales de ce procédé est que la plus grande partie des particules solides erosives (70 % minimum, et jusqu'à 100 %) est injectée en aval des tubes de pyrolyse et en amont des échangeurs de trempe indirecte Ceci permet de limiter ou d'annuler les risques technologiques d'érosion des tubes de pyrolyse en minimisant ou annulant la circulation de particules dans ces tubes, tout en obtenant un fonctionnement flexible grâce à un effet de décokage des échangeurs de trempeThe applicants have therefore proposed, in French patent application No. 94/15743, a new flexible steam cracking process, compatible with existing steam cracking installations, making it possible to treat various loads according to variable operating conditions, and this without degrading the thermal balance of the installations, without significant erosion risks, and with a moderate investment cost. One of the main characteristics of this process is that most of the erosive solid particles (minimum 70%, and up to 100%) are injected downstream of the pyrolysis tubes and upstream of the indirect quenching exchangers. limit or cancel the technological risks of erosion of the pyrolysis tubes by minimizing or canceling the circulation of particles in these tubes, while obtaining flexible operation thanks to a decoking effect of the quench exchangers
L'application de ce procédé à un type de fours modernes à très court temps de résidence (0,07 à 0,27 seconde) se heurte cependant à des difficultés techniques - ces fours comprennent en effet un très grand nombre de tubes de pyrolyse de petit diamètre reliés en aval à un grand nombre d'échangeurs de trempe primaire, généralement de type double tube, droit ou en U, qui sont relies en aval à un très petit nombre (généralement 1 ou 2) d'échangeurs de trempe secondaire, avant le transfert des gaz craqués refroidis vers la trempe directe en avalThe application of this process to a type of modern ovens with very short residence time (0.07 to 0.27 seconds) however encounters technical difficulties - these ovens indeed include a very large number of pyrolysis tubes of small diameter connected downstream to a large number of primary quench exchangers, generally of the double tube type, straight or U-shaped, which are connected downstream to a very small number (generally 1 or 2) of secondary quench exchangers, before transferring the cooled cracked gases to direct quenching downstream
L'application du procédé selon la demande de brevet français n°9415743 requiert donc l'injection de particules en amont de chacun des échangeurs de trempe primaires, qui sont typiquement en nombre élevé (par exemple 20 par four) et avec des températures d'entrée plus élevées (850 à 900°C) que dans les fours classiques de vapocraquage.The application of the method according to French patent application No. 9415743 therefore requires the injection of particles upstream of each of the primary quenching exchangers, which are typically in high number (for example 20 per furnace) and with temperatures of higher entry (850 to 900 ° C) than in conventional steam cracking ovens.
Les vitesses de circulation dans ces échangeurs de trempe primaires sont également très élevées (généralement, notablement supérieures à 100 m/s), ce qui accroît les risques d'érosion, notamment dans ies coudes de sortie, en nombre important.The circulation speeds in these primary quench exchangers are also very high (generally, notably greater than 100 m / s), which increases the risks of erosion, in particular in the outlet bends, in large numbers.
L'application du procédé de vapocraquage flexible est donc complexe et délicate à mettre en œuvre pour ce type de fours.The application of the flexible steam cracking process is therefore complex and delicate to implement for this type of oven.
L'objet du procédé selon la présente invention est de proposer un procédé de vapocraquage flexible, efficace, fiable et d'investissement modéré, adapté aux fours modernes comportant un grand nombre d'échangeurs de trempe primaire.The object of the process according to the present invention is to provide a flexible, efficient, reliable steam-cracking process with moderate investment, suitable for modern ovens comprising a large number of primary quench exchangers.
A cet effet, on propose un procédé de vapocraquage de charges hydrocarbonées dans une installation comprenant au moins un four de vapocraquage comportant une pluralité de tubes de pyrolyse reliés par une pluralité de conduites à des moyens de trempe indirecte des effluents des tubes de pyrolyse, ces moyens comprenant au moins un échangeur multitubulaire de trempe secondaire relié en amont à une pluralité d'échangeurs de trempe primaire et en aval à des moyens de trempe directe et de fractionnement, le procédé comprenant l'injection de particules solides erosives pour éliminer une partie au moins des dépôts carbonés situés sur les parois internes de l'installation, le procédé étant caractérisé en ce que .To this end, a process for steam cracking hydrocarbon feedstocks is proposed in an installation comprising at least one steam cracking oven comprising a plurality of pyrolysis tubes connected by a plurality of pipes to means for indirectly quenching the effluents of the pyrolysis tubes, these means comprising at least one secondary quenching multitubular exchanger connected upstream to a plurality of primary quenching exchangers and downstream to direct quenching and fractionation, the process comprising the injection of erosive solid particles to remove at least part of the carbon deposits located on the internal walls of the installation, the process being characterized in that.
a. On injecte, avantageusement pendant le fonctionnement de l'installation de vapocraquage, des particules solides erosives de diamètre moyen compris entre 0,02 et 4 mm, en au moins un point de l'installation situé en aval des dits échangeurs de trempe primaire et en amont de l'échangeur de trempe secondaire, les particules circulant alors dans l'échangeur de trempe secondaire véhiculées par un gaz porteur dont la vitesse moyenne est comprise avantageusement entre 20 et 180 m/s, et de préférence, 40 à 130 m/s.at. Is injected, preferably during operation of the steam-cracking installation, solid erosive particles of average diameter between 0.02 and 4 mm, at at least one point of the installation located downstream of said primary transfer line exchangers and upstream of the secondary quench exchanger, the particles then circulating in the secondary quench exchanger conveyed by a carrier gas whose average speed is advantageously between 20 and 180 m / s, and preferably 40 to 130 m / s .
• les quantités moyennes Q de particules solides erosives injectées en aval des échangeurs de trempe primaire et en amont de l'échangeur de trempe secondaire représentant au moins 70 % en poids des quantités moyennes globales [Q + q] injectées en amont de l'échangeur, q représentant les quantités moyennes de particules erosives injectées en amont des échangeurs primaires.• the average quantities Q of erosive solid particles injected downstream of the primary quenching exchangers and upstream of the secondary quenching exchanger representing at least 70% by weight of the overall average quantities [Q + q] injected upstream of the exchanger , q representing the average quantities of erosive particles injected upstream of the primary exchangers.
• Les quantités moyennes globales [Q + q] de particules erosives injectées étant déterminées pour limiter l'augmentation de la température de sortie des effluents de l'échangeur de trempe secondaire à une valeur inférieure à 100°C par mois et de préférence inférieure à 50°C par mois, et à permettre un fonctionnement du four de vapocraquage d'au moins 6 mois et de préférence, d'au moins 12 mois, et plus particulièrement d'au moins 18 mois, sans décokage hydraulique des moyens de trempe indirecte• The overall average quantities [Q + q] of erosive particles injected being determined to limit the increase in the outlet temperature of the effluents from the secondary quench exchanger to a value less than 100 ° C. per month and preferably less than 50 ° C per month, and to allow an operation of the steam cracking oven for at least 6 months and preferably at least 12 months, and more particularly at least 18 months, without hydraulic decoking of the indirect quenching means
b. On établit, de façon discontinue à intervalles n'excédant pas 8 mois et de préférence compris entre 0,5 et 4 mois, dans les échangeurs de trempe primaire et les tubes de pyrolyse en amont, des conditions de décokage par circulation d'un gaz contenant de l'air, pour le décokage de ces tubes et le décokage au moins partiel des échangeurs primaires.b. Is set up discontinuously at intervals not exceeding 8 months and preferably between 0.5 and 4 months, in the primary quench exchangers and the pyrolysis tubes upstream, decoking conditions by circulation of a gas containing air, for the decoking of these tubes and the at least partial decoking of the primary exchangers.
Selon une variante caractéristique du procédé, on injecte, pendant les phases de vapocraquage, des particules erosives minérales, de préférence au moins partiellement angulaires, en aval des échangeurs primaires et en amont de l'échangeur secondaire, à intervalles fixes ou variables compris entre 0,3 et 72 heures et l'on sépare la plus grande partie au moins des particules, en aval de l'échangeur secondaire, les quantités de particules injectées étant suffisantes pour limiter l'augmentation de la température des effluents de l'échangeur à une valeur n excédant pas 50°C par mois.According to a characteristic variant of the process, mineral erosive particles, preferably at least partially angular, are injected during the steam cracking phases, downstream of the primary exchangers and upstream of the secondary exchanger, at fixed or variable intervals between 0 , 3 and 72 hours and at least most of the particles are separated, downstream of the secondary exchanger, the amounts of particles injected being sufficient to limit the increase in the temperature of the exchanger effluents to a value not exceeding 50 ° C. per month.
Selon une autre variante caractéristique, on injecte, pendant les phases de vapocraquage, des particules solides erosives de coke, en aval des échangeurs de trempe primaires et en amont de l'échangeur secondaire, ces particules étant véhiculées sans séparation, en aval de l'échangeur secondaire jusqu'aux moyens aval de trempe directe et de fractionnement, les quantités injectées étant suffisantes pour limiter l'augmentation de la température des effluents dans l'échangeur à une valeur n'excédant pas 50°C par mois.According to another characteristic variant, solid erosive coke particles are injected during the steam cracking phases, downstream of the primary quench exchangers and upstream of the secondary exchanger, these particles being conveyed without separation, downstream of the secondary exchanger to the downstream direct quenching and fractionation means, the quantities injected being sufficient to limit the increase in the temperature of the effluents in the exchanger to a value not exceeding 50 ° C. per month.
Selon une autre variante caractéristique, 90 % au moins en poids ou même 100 % des quantités de particules injectées le sont pendant des phases de décokage à l'air et/ou à la vapeur et sont évacuées par une ligne de décokageAccording to another characteristic variant, at least 90% by weight or even 100% of the quantities of particles injected are during air and / or steam decoking phases and are removed by a decoking line.
De façon préférée, la totalité des particules solides erosives injectées en amont de l'échangeur secondaire est injectée en aval des échangeurs primaires.Preferably, all of the erosive solid particles injected upstream of the secondary exchanger is injected downstream of the primary exchangers.
L'invention propose également une installation de vapocraquage comprenant au moins un four de vapocraquage comportant une zone de craquage comprenant une pluralité de tubes de pyrolyse reliés en aval par une pluralité de conduites de transfert à une pluralité d'échangeurs de trempe primaire, ces échangeurs de trempe primaire étant reliés en aval à au moins un échangeur de trempe secondaire lui-même relié en aval à des moyens de trempe directe et de fractionnement, caractérisée en ce qu'elle comprend :The invention also provides a steam cracking installation comprising at least one steam cracking oven comprising a cracking zone comprising a plurality of pyrolysis tubes connected downstream by a plurality of transfer pipes to a plurality of primary quench exchangers, these exchangers of primary quenching being connected downstream to at least one secondary quenching exchanger itself connected downstream to direct quenching and fractionation means, characterized in that it comprises:
• des moyens de dosage et d'injection de particules solides erosives raccordés à au moins un point de l'installation situé en aval des échangeurs primaires et en amont de l'échangeur secondaire, pour l'introduction en aval de ces échangeurs de 70 % poids au moins des particules solides introduites en amont de l'échangeur secondaire, • des moyens de mesure de la température de l'effluent de l'échangeur pour permettre le contrôle de son degré d'encrassement, et• metering and injection means for erosive solid particles connected to at least one point of the installation located downstream of the primary exchangers and upstream of the secondary exchanger, for the introduction downstream of these exchangers by 70% weight at least of the solid particles introduced upstream of the secondary exchanger, • means for measuring the temperature of the effluent from the exchanger to allow control of its degree of fouling, and
• des moyens de décokage en présence d'air reliés aux tubes de pyrolyse en leur amont, pour l'établissement de conditions de décokage dans les tubes de pyrolyse et les échangeurs primaires.• decoking means in the presence of air connected to the pyrolysis tubes upstream, for establishing decoking conditions in the pyrolysis tubes and the primary exchangers.
Ainsi, le procédé selon l'invention est un procédé de décokage mixte Les tubes de pyrolyse et les échangeurs de trempe primaire sont décokés essentiellement à l'air (généralement en mélange avec de la vapeur d'eau), avec une circulation de particules solides erosives réduite ou nulle, pour prévenir tout risque d'érosion. Au contraire, le décokage du ou des échangeurs de trempe secondaires comprend une élimination de coke par érosion (il peut y avoir également un décokage partiel à l'air pendant les phases de décokage des tubes de pyrolyse et des échangeurs primaires). Le procédé, qui se distingue donc du procédé avec injection de particules en amont de tous les échangeurs de trempe est base sur l'analyse et les résultats techniques suivants : Dans les échangeurs de trempe primaire, les gaz craqués ne sont refroidis que partiellement (par exemple de 850°C à 500/550°C) Les températures élevées des gaz tendent à limiter les condensations de polyaromatiques lourds précurseurs de coke, et également à accroître les températures de peau à l'interface gaz/paroi cokée de l'échangeur de trempe. II en résulte que le cokage de ces échangeurs reste relativement modéré, même avec des charges lourdes ou cokantes De plus, la température admissible de sortie de ces échangeurs est élevée (par exemple 550/620°C) Ils peuvent donc fonctionner avec de longues durées de cycle A l'inverse, les échangeurs de trempe secondaires fonctionnent avec des températures beaucoup plus basses (360 à 450°C en sortie), ce qui favorise les condensations de composés polyaromatiques, et un cokage beaucoup plus rapide, en particulier avec des charges lourdes ou cokantesThus, the process according to the invention is a mixed decoking process The pyrolysis tubes and the primary quenching exchangers are mainly decoked in air (generally in a mixture with steam), with a reduced or zero circulation of erosive solid particles, to prevent any risk of erosion. On the contrary, the decoking of the secondary quenching exchanger (s) includes elimination of coke by erosion (there may also be partial decoking in air during the decoking phases of the pyrolysis tubes and of the primary exchangers). The process, which therefore differs from the process with particle injection upstream of all the quenching exchangers, is based on the following analysis and technical results: In the primary quenching exchangers, the cracked gases are only partially cooled (by example from 850 ° C to 500/550 ° C) The high gas temperatures tend to limit condensations of heavy polyaromatics precursors of coke, and also to increase the skin temperatures at the gas / coke wall interface of the heat exchanger. quenching. As a result, the coking of these exchangers remains relatively moderate, even with heavy or coking charges. In addition, the permissible outlet temperature of these exchangers is high (for example 550/620 ° C.) They can therefore operate with long durations. Conversely, the secondary quench exchangers operate with much lower temperatures (360 to 450 ° C at the outlet), which favors condensation of polyaromatic compounds, and much faster coking, in particular with charges heavy or coking
Si l'on considère maintenant l'aspect décokage (par oxydation lente du coke en présence d'air), le phénomène est inverse les hautes températures favorisent le décokage des échangeurs primaires alors que les basses températures limitent très fortement les possibilités de décokage à l'air des échangeurs secondairesIf we now consider the decoking aspect (by slow oxidation of the coke in the presence of air), the phenomenon is reversed the high temperatures favor the decoking of the primary exchangers while the low temperatures very strongly limit the possibilities of decoking at l air from secondary exchangers
Le procédé selon l'invention, qui comprend donc un décokage essentiellement à l'air des échangeurs primaires et un décokage au moins partiellement érosif des échangeurs de trempe secondaire est donc très bien adapté à ces résultats techniques. L'avantage de ce procédé par rapport à celui antérieurement décrit (injection en amont de tous les échangeurs de trempe) est très important pour le type de fours considéré :The process according to the invention, which therefore comprises essentially air decoking of the primary exchangers and at least partially erosive decoking of the secondary quench exchangers is therefore very well suited to these technical results. The advantage of this process compared to that previously described (injection upstream of all the quench exchangers) is very important for the type of ovens considered:
Il ne requiert typiquement qu'un système d'injection de particules pour chaque échangeur de trempe secondaire, au heu de 10 ou 20 systèmes d'injection dans les échangeurs primaires situés en amontIt typically requires only one particle injection system for each secondary quenching exchanger, instead of 10 or 20 injection systems in the primary exchangers located upstream.
De plus, l'injection est plus facile à réaliser, car elle est réalisée dans une zone à plus basse températureIn addition, the injection is easier to carry out, since it is carried out in an area at a lower temperature.
L'avantage en simplicité et donc fiabilité et coût d'investissement est très important. Le procédé reste très efficace dans des conditions flexibles, avec un investissement modéré et des risques technologiques très faibles.The advantage in simplicity and therefore reliability and investment cost is very important. The process remains very effective under flexible conditions, with moderate investment and very low technological risks.
D'autres dispositions de ce procédé ou variantes d'installation du procédé antérieurement décrit restent applicables au procédé et à l'installation selon l'invention. on pourra à cet égard se référer aux demandes de brevet français n° 94/15743, 94/15744, 94/17545, 94/15746 et 94/15747.Other provisions of this process or installation variants of the previously described process remain applicable to the process and to the installation according to the invention. in this regard, reference may be made to French patent applications No. 94/15743, 94/15744, 94/17545, 94/15746 and 94/15747.
On se réfère maintenant à la figure 1 , qui représente une partie d'un four de vapocraquage ( 1 ) selon l'invention. On a représenté une pluralité de tubes de pyrolyse (2) alimentés en une charge hydrocarbonée et en vapeur d'eau par des lignes ( 10) et ( 1 1) et situés dans la zone de radiation du four. Us sont reliés en aval par une pluralité de conduites de transfert (3) à une pluralité d'échangeurs de trempe primaire (4a). Ces échangeurs sont connectés en aval à un échangeur de trempe secondaire (4b) par une ligne ( 12). En aval de cet échangeur, les effluents sont envoyés aux moyens (5) de trempe directe et de fractionnement par une ligne (6a), ou bien évacués, pendant les phases de décokage (air et/ou vapeur) par l'intermédiaire de la ligne de décokage (6).Referring now to Figure 1, which shows a part of a steam cracking oven (1) according to the invention. There is shown a plurality of pyrolysis tubes (2) supplied with a hydrocarbon feedstock and water vapor by lines (10) and (1 1) and located in the radiation zone of the furnace. They are connected downstream by a plurality of transfer pipes (3) to a plurality of primary quench exchangers (4a). These exchangers are connected downstream to a secondary quench exchanger (4b) by a line (12). Downstream of this exchanger, the effluents are sent to the means (5) of direct quenching and fractionation by a line (6a), or else evacuated, during the decoking phases (air and / or steam) via the decoking line (6).
Le four comprend également des moyens (7, 7a) de dosage et d'injection de particules solides erosives immédiatement en amont de l'échangeur secondaire (4b).The oven also includes means (7, 7a) for metering and injecting erosive solid particles immediately upstream of the secondary exchanger (4b).
Ce four fonctionne de façon conventionnelle, avec des phases de craquage, et des phases de décokage, à l'air et/ou à la vapeur d'eau, après que l'injection des hydrocarbures ait été stoppée.This oven operates in a conventional manner, with cracking phases, and decoking phases, in air and / or in steam, after the injection of the hydrocarbons has been stopped.
Lorsque l'on craque des charges lourdes ou cokantes (par exemple oléfiniques), les problèmes de cokage les plus aigus apparaissent dans l'échangeur secondaire (4b), qui n'est par ailleurs que très imparfaitement décoké pendant les phase de décokage à l'air.When cracking heavy or coking charges (for example olefinic), the most acute coking problems appear in the secondary exchanger (4b), which is moreover only very imperfectly decoked during the decoking phase at l 'air.
Selon le procédé on injecte, en continu ou préférentiellement en discontinu des particules par les moyens (7et 7a) pour réduire ou supprimer les problèmes de cokage de l'échangeur (4b).According to the method, particles are injected continuously or preferably discontinuously by the means (7 and 7a) to reduce or eliminate the coking problems of the exchanger (4b).
On peut injecter les particules pendant des phases de fonctionnement du four c'est-à- dire soit pendant des périodes de vapocraquage soit pendant des périodes de décokageThe particles can be injected during the operating phases of the furnace, that is to say either during periods of steam cracking or during periods of decoking.
(à l'air, à la vapeur ou à des mélanges air/vapeur).(air, steam or air / steam mixtures).
Les particules peuvent être minérales (par exemple corindon), constituées de coke, éventuellement métalliques.The particles can be mineral (for example corundum), made up of coke, possibly metallic.
Si les particules ne sont pas constituées par du coke, il sera nécessaire soit de les collecter en aval de l'échangeur (4b) soit de ne les injecter que lors de phases de décokage afin qu'elles soient évacuées par la ligne de décokage (6). Des moyens de séparation, non représentés, tels qu'un cyclone peuvent être installés, en aval de l'échangeur (4b) ou sur la ligne de décokage (6).If the particles are not made up of coke, it will be necessary either to collect them downstream of the exchanger (4b) or to inject them only during decoking phases so that they are evacuated by the decoking line ( 6). Separation means, not shown, such as a cyclone can be installed, downstream of the exchanger (4b) or on the decoking line (6).
Diverses variantes de procédé ou d'installation telles qu'injection sous vapeur, injection avec augmentation momentanée du débit de gaz, moyens de recyclage de particules, injection d'additifs chimiques divers, etc. sont décrites dans les demandes de brevet précédemment citées et peuvent être utilisés selon l'invention.Various process or installation variants such as steam injection, injection with momentary increase in gas flow, means for recycling particles, injection of various chemical additives, etc. are described in the aforementioned patent applications and can be used according to the invention.
L'installation décrite à la figure l pourrait également comporter des moyens d'injection de quantités limitées de particules erosives (moins de 30 % poids en moyenne annuelle) en amont des tubes de pyrolyse (2) ou entre les tubes (2) et les échangeurs primaires (4a), mais la variante préférée consiste à injecter la totalité des particules immédiatement en amont de l'échangeur (4b).The installation described in FIG. 1 could also include means for injecting limited quantities of erosive particles (less than 30% by weight on annual average) upstream of the pyrolysis tubes (2) or between the tubes (2) and the primary exchangers (4a), but the preferred variant consists in injecting all of the particles immediately upstream of the exchanger (4b).
Exemple :Example:
Considérons un four de vapocraquage comprenant 40 tubes de pyrolyse (2) en U (épingles), reliés à 20 échangeurs de trempe primaire (4a) de type double tube, reliés à deux échangeurs de trempe secondaire (4b). Les échangeurs primaires refroidissent les gaz craqués à une température comprise entre 480 et 620°C, les échangeurs secondaires abaissant leur température entre 360 et 450°C.Consider a steam cracking furnace comprising 40 pyrolysis tubes (2) in a U (pins), connected to 20 primary quench exchangers (4a) of the double tube type, connected to two secondary quench exchangers (4b). The primary exchangers cool the cracked gases to a temperature between 480 and 620 ° C, the secondary exchangers lowering their temperature between 360 and 450 ° C.
Sur naphta à sévérité moyenne, la durée de cycle entre deux décokages à l'air est typiquement de 2 mois, et la durée entre deux décokages hydrauliques des échangeurs est de 6 à 8 mois. Lorsque l'on craque également des charges cokantes : naphtas de qualité médiocre à très haute sévérité, coupes oléfiniques de recyclage, gasoil léger ou lourd, les durées de cycle peuvent descendre notablement en dessous de trois semaines, et les décokages hydrauliques des échangeurs être nécessaires à intervalles de 3 à 4 mois ou moins.On naphtha of medium severity, the cycle time between two air decoking is typically 2 months, and the duration between two hydraulic decoking exchangers is 6 to 8 months. When we also crack coking charges: naphthas of poor quality with very high severity, olefinic recycling cuts, light or heavy diesel, the cycle times can drop significantly below three weeks, and the hydraulic decoking of the exchangers is necessary at intervals of 3 to 4 months or less.
Selon le procédé, on injecte immédiatement en amont des deux échangeurs (4b) des particules erosives, par exemple du corindon, en quantité suffisante pour limiter l'augmentation de la température de sortie des échangeurs (4b) à 20°C par mois au maximum, et l'on prolonge les durées de décokage à l'air : 36 à 48 heures, contre 15 à 24 heures strictement nécessaires pour le décokage des tubes de pyrolyse, afin de bien décoker les échangeurs primaires. Selon cette application du procédé, on peut, avec des charges cokantes, augmenter les durées de cycle notablement au-delà de 1 mois, et quasiment supprimer les décokages hydrauliques, ce qui élimine une servitude majeure.According to the method, erosive particles, for example corundum, are injected immediately upstream of the two exchangers (4b) in sufficient quantity to limit the increase in the outlet temperature of the exchangers (4b) to a maximum of 20 ° C per month. , and the air decoking times are extended: 36 to 48 hours, against 15 to 24 hours strictly necessary for decoking the pyrolysis tubes, in order to properly decoke the primary exchangers. According to this application of the process, it is possible, with coking charges, to increase the cycle times notably beyond 1 month, and almost eliminate the hydraulic decoking, which eliminates a major easement.
Ceci peut être réalisé de manière simple, fiable, et économique, en injectant les particules immédiatement en amont de deux échangeurs (4b) seulement, au lieu de 20 échangeurs primaires (4a). De plus il n'y a pas lieu de renforcer les coudes en sortie des échangeurs (4a).This can be done in a simple, reliable, and economical manner, by injecting the particles immediately upstream of only two exchangers (4b), instead of 20 primary exchangers (4a). In addition there is no need to strengthen the elbows at the outlet of the exchangers (4a).
L'invention apporte donc une amélioration très importante dans le cas de fours comprenant un grand nombre d'échangeurs de trempe primaire. The invention therefore provides a very significant improvement in the case of ovens comprising a large number of primary quench exchangers.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de vapocraquage de charges hydrocarbonées dans une installation comprenant au moins un four de vapocraquage comportant une pluralité de tubes de pyrolyse reliés par une pluralité de conduites à des moyens de trempe indirecte des effluents des tubes de pyrolyse, ces moyens comprenant au moins un échangeur muititubulaire de trempe secondaire (4b) relié en amont à une pluralité d'échangeurs de trempe primaire (4a) et en aval à des moyens de trempe directe et de fractionnement (5), le procédé comprenant l'injection de particules solides erosives pour éliminer une partie au moins des dépôts carbonés situés sur les parois internes de l'installation, le procédé étant caractérisé en ce que :1. A method of steam cracking hydrocarbon feedstocks in an installation comprising at least one steam cracking furnace comprising a plurality of pyrolysis tubes connected by a plurality of pipes to means for indirectly quenching the effluents of the pyrolysis tubes, these means comprising at least one secondary quenching tube exchanger (4b) connected upstream to a plurality of primary quenching exchangers (4a) and downstream to direct quenching and fractionation means (5), the method comprising the injection of erosive solid particles for remove at least part of the carbon deposits located on the internal walls of the installation, the process being characterized in that:
a. On injecte des particules solides erosives de diamètre moyen compris entre 0,02 et 4 mm, en au moins un point de l'installation situé en aval des dits échangeurs de trempe primaire (4a) et en amont de l'échangeur de trempe secondaire (4b), les particules circulant alors dans l'échangeur de trempe secondaire véhiculées par un gaz porteur.at. Solid erosive particles with an average diameter of between 0.02 and 4 mm are injected, at at least one point in the installation located downstream of the said primary quench exchangers (4a) and upstream of the secondary quench exchanger ( 4b), the particles then circulating in the secondary quench exchanger conveyed by a carrier gas.
• les quantités moyennes Q de particules solides erosives injectées en aval des échangeurs de trempe primaire (4a) et en amont de l'échangeur de trempe secondaire (4b) représentant au moins 70 % en poids des quantités moyennes globales [Q + q] injectées en amont de l'échangeur (4b), q représentant les quantités moyennes de particules erosives injectées en amont des échangeurs primaires (4a).• the average quantities Q of erosive solid particles injected downstream of the primary quenching exchangers (4a) and upstream of the secondary quenching exchanger (4b) representing at least 70% by weight of the global average quantities [Q + q] injected upstream of the exchanger (4b), q representing the average quantities of erosive particles injected upstream of the primary exchangers (4a).
• Les quantités moyennes globales [Q + q] de particules erosives injectées étant déterminées pour limiter l'augmentation de la température de sortie des effluents de l'échangeur de trempe secondaire à une valeur inférieure à 100°C par mois et de préférence inférieure à 50°C par mois, et à permettre un fonctionnement du four de vapocraquage d'au moins 6 mois et de préférence d'au moins 18 mois sans décokage hydraulique des moyens de trempe indirecte.• The overall average quantities [Q + q] of erosive particles injected being determined to limit the increase in the outlet temperature of the effluents from the secondary quench exchanger to a value less than 100 ° C. per month and preferably less than 50 ° C per month, and to allow an operation of the steam cracking oven for at least 6 months and preferably at least 18 months without hydraulic decoking of the indirect quenching means.
b. On établit, de façon discontinue à intervalles n'excédant pas 8 mois et de préférence compris entre 0,5 et 4 mois, dans les échangeurs de trempe primaire (4a) et les tubes de pyrolyse en amont, des conditions de décokage par circulation d'un gaz contenant de l'air, pour le décokage de ces tubes et le décokage au moins partiel des échangeurs primaires (4a).b. Is established discontinuously at intervals not exceeding 8 months and preferably between 0.5 and 4 months, in the primary quenching exchangers (4a) and the pyrolysis tubes upstream, decoking conditions by circulation d 'A gas containing air, for the decoking of these tubes and the at least partial decoking of the primary exchangers (4a).
2. Procédé selon la revendication ( 1), caractérisé en ce que l'on injecte, pendant les phases de vapocraquage, des particules erosives minérales, de préférence au moins partiellement angulaires, en aval des échangeurs primaires (4a) et en amont de l'échangeur secondaire (4b), à intervalles fixes ou variables compris entre 0,3 et 72 heures et que l'on sépare la pius grande partie au moins des particules injectées, en aval de l'échangeur (4b), les quantités de particules injectées étant suffisantes pour limiter l'augmentation de la température des effluents de l'échangeur (4b) à une valeur n'excédant pas 50°C par mois.2. Method according to claim (1), characterized in that one injects, during the steam cracking phases, mineral erosive particles, preferably at least partially angular, downstream of the primary exchangers (4a) and upstream of the secondary exchanger (4b), at fixed or variable intervals of between 0.3 and 72 hours and that at least most of the particles are separated injected, downstream of the exchanger (4b), the quantities of particles injected being sufficient to limit the increase in the temperature of the effluents from the exchanger (4b) to a value not exceeding 50 ° C per month.
3. Procédé selon la revendication ( 1), caractérisé en ce que l'on injecte, pendant les phases de vapocraquage, des particules solides erosives de coke, en aval des échangeurs de trempe primaires (4a) et en amont de l'échangeur secondaire (4b), ces particules étant véhiculées sans séparation, en aval de l'échangeur secondaire (4b) jusqu'aux moyens aval de trempe directe et de fractionnement (5), les quantités injectées étant suffisantes pour limiter l'augmentation de la température des effluents de l'échangeur (4b) à une valeur n'excédant pas 50°C par mois.3. Method according to claim (1), characterized in that, during the steam cracking phases, erosive solid particles of coke are injected, downstream of the primary quench exchangers (4a) and upstream of the secondary exchanger (4b), these particles being conveyed without separation, downstream of the secondary exchanger (4b) up to the downstream direct quenching and fractionation means (5), the quantities injected being sufficient to limit the increase in the temperature of the effluent from the exchanger (4b) at a value not exceeding 50 ° C per month.
4. Procédé selon l'une des revendications I à 3, caractérisé en ce que 90 % au moins en poids des quantités de particules injectées le sont pendant des phases de décokage à l'air et/ou à la vapeur et sont évacuées par une ligne de décokage (6).4. Method according to one of claims I to 3, characterized in that at least 90% by weight of the quantities of particles injected are during decoking phases in air and / or steam and are removed by a decoking line (6).
5. Procédé selon l'une des revendications l à 4, caractérisé en ce que la totalité des particules solides erosives injectées en amont de l'échangeur secondaire (4b) est injectée en aval des échangeurs primaires (4a).5. Method according to one of claims l to 4, characterized in that all of the erosive solid particles injected upstream of the secondary exchanger (4b) is injected downstream of the primary exchangers (4a).
6. Installation de vapocraquage comprenant au moins un four de vapocraquage ( 1) comprenant une pluralité de tubes de pyrolyse (2) reliés en aval par une pluralité de conduites de transfert (3) à une pluralité d'échangeurs de trempe primaire (4a), ces échangeurs de trempe primaire étant reliés en aval à au moins un échangeur de trempe secondaire (4b) lui-même relié en aval à des moyens de trempe directe et de fractionnement (5), caractérisée en ce qu'elle comprend : • des moyens (7) de dosage et d'injection de particules solides erosives raccordés à au moins un point de l'installation situé en aval des échangeurs primaires (4a) et en amont de l'échangeur secondaire (4b), pour l'introduction en aval de ces échangeurs (4a) de 70 % poids au moins des particules solides introduites en amont de l'échangeur secondaire (4b), • des moyens de mesure de la température de l'effluent de l'échangeur (4b) pour permettre le contrôle de son degré d'encrassement, et des moyens de décokage en présence d'air reliés aux tubes de pyrolyse (2) en leur amont, pour l'établissement de conditions de décokage dans les tubes de pyrolyse (2) et les échangeurs primaires (4a). 6. Steam cracking installation comprising at least one steam cracking oven (1) comprising a plurality of pyrolysis tubes (2) connected downstream by a plurality of transfer lines (3) to a plurality of primary quench exchangers (4a) , these primary quench exchangers being connected downstream to at least one secondary quench exchanger (4b) itself connected downstream to direct quenching and fractionation means (5), characterized in that it comprises: means (7) for metering and injecting erosive solid particles connected to at least one point of the installation located downstream of the primary exchangers (4a) and upstream of the secondary exchanger (4b), for the introduction into downstream of these exchangers (4a) of at least 70% by weight of the solid particles introduced upstream of the secondary exchanger (4b), • means for measuring the temperature of the effluent of the exchanger (4b) to allow the control of its degree of fouling, and decoking means in the presence of air connected to the pyrolysis tubes (2) upstream, for establishing decoking conditions in the pyrolysis tubes (2) and the primary exchangers (4a).
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