EP1163197A1 - Procede et unite de production de chlorure de vinyle par cracking thermique de 1,2-dichloroethane - Google Patents

Procede et unite de production de chlorure de vinyle par cracking thermique de 1,2-dichloroethane

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Publication number
EP1163197A1
EP1163197A1 EP00912713A EP00912713A EP1163197A1 EP 1163197 A1 EP1163197 A1 EP 1163197A1 EP 00912713 A EP00912713 A EP 00912713A EP 00912713 A EP00912713 A EP 00912713A EP 1163197 A1 EP1163197 A1 EP 1163197A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cracking
dce
calories
transfer line
gaseous effluent
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Withdrawn
Application number
EP00912713A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Bruno Marciano
Reinier Westerink
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.)
Technip Energies France SAS
Original Assignee
Technip France SAS
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Filing date
Publication date
Application filed by Technip France SAS filed Critical Technip France SAS
Publication of EP1163197A1 publication Critical patent/EP1163197A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C17/00—Preparation of halogenated hydrocarbons
    • C07C17/25—Preparation of halogenated hydrocarbons by splitting-off hydrogen halides from halogenated hydrocarbons
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00002—Chemical plants
    • B01J2219/00004—Scale aspects
    • B01J2219/00006—Large-scale industrial plants

Definitions

  • the present invention relates to improved processes and units for the production of vinyl chloride (monomer: VCM) by thermal cracking of 1,2-dichloroethane (DCE).
  • VCM vinyl chloride
  • DCE 1,2-dichloroethane
  • Said cracking of DCE, to produce VCM is a per se known method, implemented on several industrial sites.
  • the Applicant proposes to provide an improvement in the recovery of calories from the gaseous effluent from cracking.
  • FIGS. 1 and 2 schematically illustrate, respectively, a process for cracking low pressure DCE (6 to 12 bar eff. at the outlet of the oven) and a process for cracking high pressure DCE (> 12 bar eff. At the exit of the oven) (processes implemented without recovery of calories on the gaseous effluent directly from cracking).
  • VCM vinyl chloride monomer
  • DCE 1,2-dichloroethane
  • the HC1, VCM, DCE mixture thus produced in the cracking section is then separated into its components (HC1, VCM and DCE) by means of multiple distillations with:
  • step 2 of preheating the liquid DCE can it be implemented in three types of device a, b and c, referenced respectively 2a (see FIG. 2), 2b (see Figure 1) and 2c (not shown). What is stated:
  • the low temperature level of the washed gas does not allow considerable heat recovery at this stage (step 7). Most of said heat is lost to air and / or cooling water.
  • the recommended exchanger consists of a single tubular bundle, in the form of a coil, placed in a cylindrical container.
  • the cracked gas circulates inside the tube, the coolant outside of said tube, inside said container.
  • An exchanger of this same type operates according to the teaching of GB-A-2 179 938.
  • the refrigerant used is a gas circulating in a flue.
  • the heat recovered by said refrigerant is used for the partial vaporization of the charge, within the cracking oven.
  • the use of the exchanger is therefore limited to vaporization systems (DCE vaporization or generation of water vapor) in which the heat transfer on the shell side is ensured either by the system's own turbulence (liquid in boiling state) ), or by installing a recycling system (forced or natural circulation);
  • DCE vaporization or generation of water vapor in which the heat transfer on the shell side is ensured either by the system's own turbulence (liquid in boiling state) ), or by installing a recycling system (forced or natural circulation);
  • the gaseous effluent from cracking is transferred via at least one transfer line (a single transfer line generally intervenes but it is not at all excluded to involve several transfer lines.
  • a single transfer line generally intervenes but it is not at all excluded to involve several transfer lines.
  • the calories of said gaseous effluent are recovered by at least one liquid refrigerant circulated, around said transfer line or at least one of said transfer lines, in a space provided between said (said) line (s) transfer and a shirt arranged around the latter; said recovery of said calories being implemented under conditions where said liquid refrigerant remains liquid and where said gaseous effluent remains substantially gaseous.
  • a liquid coolant is advantageously used at a temperature (inlet temperature of said liquid coolant) higher than said dew point temperature of the cracked gas; said gaseous effluent is generally maintained at more than 250 ° C; c) said gaseous effluent enters said circulating transfer line (s) and circulates there without consequent reduction in its mass speed.
  • said gaseous effluent is maintained at a mass speed equal to (close to) that which it had in the cracking beam (s) from which it originated. It is conceivable to increase said mass speed, but in no case to reduce it substantially (we would then observe (as in some exchangers of the prior art) a significant deposit of coke particles on the walls of the transfer line in question ).
  • said mass speed is kept (substantially) constant; d) the refrigerant being maintained in the liquid state, no coke is formed therein.
  • any coke formation in the intervening coolant is avoided and the deposition of coke in the effluent transfer line (s) is minimized.
  • the coke present in said effluent is entrained by it.
  • the Applicant has established that the fouling products ("coke" particles) are present in the cracked effluent and are not formed, appreciably, within the exchanger, whatever the rate of cooling carried out within said exchanger;
  • the term tube used here does not imply any limitation as to the exact geometry of the couple transfer line (s) and jacket (s) arranged around it (s).
  • said term tube is read, however, according to its usual connotation of hollow cylinder (of circular section).
  • the inner tube is therefore generally formed by the transfer line which brings together the effluent from one or more cracking beams.
  • the passage section of said inner tube generally corresponds to the total passage section of the connected cracking beam (s); this ensures sufficient gas velocity to obtain correct heat transfer and minimize fouling.
  • the outer tube is therefore formed by the jacket.
  • the liquid refrigerant circulates, co-current or counter-current, advantageously against the current (of the gaseous effluent), in the annular space (if, really, two tubes intervene) formed by the transfer line and the jacket .
  • the inner diameter of the jacket is determined according to the flow rate and the characteristics of the refrigerant, in order to optimize the heat transfer.
  • the jacketed length determines the available exchange surface and can be adapted according to the amount of heat to be evacuated / recovered. It can be carried out in one or more segments connected in series, gas side.
  • the segments can be connected either by straight sections or by elbows; the use of flanges to connect the segments facilitating possible mechanical cleaning of the transfer line;
  • the segments can be connected in series or in parallel, either by standard piping elements, or by elbows or return boxes specifically adapted to the dimensions of the jacket.
  • the use of several segments also allows the use of different refrigerants or the use of the same type of refrigerant under different conditions (temperature, pressure, flow).
  • the double-tube exchanger (s), within the meaning of the invention, can be declined according to numerous variant embodiments.
  • the recovery of calories can be done with any type of liquid refrigerant. It is generally implemented with a view to using said calories and advantageously with a view to such use in the process for producing VCM. In this perspective of recovering the calories recovered, it is recommended to use refrigerants such as: - boiler feed water,
  • a heat transfer fluid for example pressurized water or a commercial fluid (mineral oil, synthetic oil, etc.).
  • Such a unit comprises: - means for conditioning the pressure and temperature of the liquid DCE feedstock;
  • Said means for recovering said calories include: + a simple lining of the transfer line or at least one of the transfer lines of the gaseous effluent from said cracking oven; said liner advantageously constituting a “double tube” type exchanger; and + means for circulating, in the space thus arranged between said transfer line (s) and the jacket arranged around, a liquid refrigerant, and
  • each transfer line thus lined with the gaseous effluent from said cracking furnace has a passage section, for said gaseous effluent, less than or equal to the total passage section of the cracking bundle (s) from said kiln cracking, leading into said transfer line.
  • each lined transfer line (inner tube) has fins (longitudinal) on the outside, in order to improve the heat transfer on the refrigerant side.
  • the jacketed length of said transfer line can be made in one or more segments, arranged in various ways.
  • the particular means involved, according to the invention, for recovering calories from the gaseous effluent from cracking are arranged in a circuit for recovering (therefore) and distributing said calories, integrated in the production unit from VCM.
  • said circuit can be arranged to distribute the calories recovered, at the level of the means for conditioning the feedstock of liquid DCE.
  • Said circuit also contains, according to a preferred variant, an additional device for supplying heat (an oven for example) and / or an additional device for removing heat (an (aero) refrigerant, for example). The intervention of this type of device increases the flexibility of implementation of the method.
  • Figures 1 and 2 illustrate the technique of the prior art.
  • Figure 1 illustrates a low pressure cracking process while Figure 2 illustrates a high pressure cracking process.
  • Said figures 1 and 2 have been commented on in the introduction to the present text.
  • Figures 3 A to 3D schematically illustrate, without limitation, different types of liner, which can be arranged, according to the invention, around the transfer line of the effluent from cracking.
  • FIG. 4 generally illustrates the invention.
  • Figures 5, 6 and 7 illustrate particular embodiments of the invention:
  • FIG. 5 shows a modification according to the invention (with the intervention of a coolant as refrigerant) of the technology of the prior art according to Figure 1 (low pressure technology)
  • - Figure 6 shows another modification according to l invention (with intervention of the DCE feedstock as refrigerant) of the technology of the prior art according to FIG. 1 (low pressure technology)
  • FIG. 7 shows a modification according to the invention (with the intervention of a coolant as refrigerant) of the high pressure technology of the prior art (modification implemented in a unit different from that shown in Figure 2).
  • FIGS. 1 to 7 the same logic is found at the level of the references.
  • FIG 3A schematically shows the basic apparatus which can typically be used in the context of the present invention.
  • a jacket 1a (in a single straight segment) has been arranged.
  • provision is made to circulate the liquid refrigerant L against the current, in the annular space, thus formed between said transfer line and said liner 11a.
  • Figures 3B to 3D show variants of such a device, more sophisticated. Circulation has always been planned - gaseous effluent G, liquid refrigerant L - against the current.
  • the reference 20 represents expansion compensators.
  • the jacketed length is in several segments:
  • FIG. 4 schematically shows the integration, within the meaning of the invention, of a heat recovery and distribution circuit (circuit shown in bold), based on the use of a commercial heat transfer fluid in a VCM unit .
  • VCM produces 12,550 temperature DCE preheater inlet 30 ° C
  • the residence time (calculated) of the liquid DCE in the vaporization system (column + reboiler + connecting piping) is 10 minutes.
  • the heat transfer fluid crosses the 1 lb exchanger on the transfer line, cooling the cracked gas; the heat absorbed by the fluid is then used to vaporize part of the charge DCE in the additional reboiler
  • the cooling rate implemented according to the invention on the gaseous effluent was 59 ° C / s (i.e. 1/8 of the inlet temperature of said effluent ( 485 ° C)); - that no variation in the fouling rate has been observed, by reducing said speed to 35 ° C / s (ie 1/14 of said inlet temperature); the reduction in said speed being obtained by increasing the inlet temperature of the refrigerant to 340 ° C.
  • Example 2 Low pressure process - Fluid process as refrigerant (preheating and vaporization of the DCE of charge) - Heat transfer circuit grafted on an existing unit, according to figure 1.
  • VCM produces 12550 temperature DCE preheater inlet 30 ° C
  • the residence time (calculated) of the liquid DCE in the vaporization system (column + reboiler + connecting piping) is 10 minutes.
  • the refrigerant is made up of cold DCE and a flow of recycled DCE coming from the vaporization column 3b.
  • the mixture passes through the exchanger 11b on the transfer line at a pressure slightly higher than the pressure of the vaporization column 3b in order to maintain the fluid in the liquid state. Thereafter, the fluid is expanded at the inlet of column 3b and a fraction of the DCE vaporizes under the effect of expansion.
  • the heat absorbed by the DCE comes directly as a reduction in the heat exchanged in the (duty of) reboiler 3b 'supplied with steam.
  • the annular space is supplied (in two passes) with 129,000 kg / h of liquid DCE at a pressure of 15 bar eff; the temperature of the current at the inlet of the exchanger is
  • the regulation of the system remains simple:
  • the new unit is shown in Figure 7 and has, side
  • the heat transfer circuit of the invention comprises the following equipment: l ie. the exchanger on transfer line 11 '. bundle in convection zone of cracking oven 14a. an independent oven allowing a possible supply of heat 12a. a reboiler serving to vaporize all of the charge DCE 14b. an air cooler to dissipate any excess heat
  • the main operating parameters are as follows: DCE load flow rates 55,500 kg / h purge DCE vaporization column 2,100 VCM produced 18,550 DCE temperature preheater inlet 30 ° C
  • DCE preheater outlet 145 DCE vaporization column outlet 250
  • DCE convection beam outlet 300 cracked gas oven outlet 485 cracked gas T quench inlet 350 pressure oven outlet 21 bar e DCE residence time:
  • the residence time (calculated) of the liquid DCE in the vaporization system (column + reboiler + connecting piping) is 10 minutes.
  • the heat transfer fluid is heated from 300 to 315 ° C in the heat exchanger l ie on the transfer line by cooling the cracked gas, then heated to
  • the annular space is supplied (in two passes) with 220,000 kg / h of heat transfer fluid of the "synthetic oil" type at a temperature of 300 ° C.
  • the cooling rate implemented according to the invention on the gaseous effluent was 32 ° C / s (i.e. 1/15 of the inlet temperature of said effluent (485 ° VS)).
  • the thermal balance of the system is balanced by adjusting the temperature of the liquid DCE towards the vaporization column 3b.
  • the auxiliary oven 14a is out of service and the air cooler 14b is bypassed, in normal operation: their presence only serves to facilitate / accelerate the start-up and shutdown operations of the installation.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Abstract

La présente invention a pour objet des procédé et unité, améliorés, de production de chlorure de vinyle (monomère : VCM) par cracking thermique de 1,2-dichloroéthane (DCE). Ledit procédé amélioré est mis en oeuvre avec récupération de calories sur l'effluent gazeux (G) issu du cracking. De façon caractéristique, ledit effluent gazeux (G) issu du cracking est transféré via au moins une ligne de transfert sans diminution de sa vitesse massique et lesdites calories sont récupérées par au moins un réfrigérant liquide (L) mises en circulation, autour de la ligne de transfert et d'au moins l'une desdites lignes de transfert dudit effluent gazeux issu du cracking, dans un espace aménagé entre ladite (lesdites) ligne de transfert et une chemise (11) agencée autour de celle(s)-ci, ladite récupération de calories étant mise en oeuvre dans des conditions où le réfrigérant liquide (L) reste liquide est où ledit effluent gazeux (G) reste substantiellement gazeux.

Description

Procédé et unité de production de chlorure de vinyle par cracking thermique de 1 ,2-dichloroéthane
La présente invention a pour objet des procédé et unité, améliorés, de production de chlorure de vinyle (monomère : VCM) par cracking thermique de 1 ,2-dichloroéthane (DCE).
Ledit cracking du DCE, pour produire du VCM, est une méthode per se connue, mise en oeuvre sur plusieurs sites industriels. Dans le cadre de la présente invention, la Demanderesse propose d'y apporter un perfectionnement au niveau de la récupération des calories sur l'effluent gazeux issu du cracking.
Dans le but de situer le contexte de l'invention, on se propose, ci- après, de donner, dans un premier temps, quelques indications générales sur ledit procédé de cracking du DCE et, dans un second temps, des précisions à ce sujet, en référence aux figures 1 et 2 annexées au présent texte, figures qui illustrent schématiquement, respectivement, un procédé de cracking du DCE basse pression (6 à 12 bar eff. à la sortie du four) et un procédé de cracking du DCE haute pression (>12 bar eff. à la sortie du four) (procédés mis en oeuvre sans récupération de calories sur l'effluent gazeux directement issu du cracking).
On a, sur lesdites figures 1 et 2 annexées ainsi que sur les autres figures 3 à 7 également annexées et commentées plus avant dans le présent texte
(figures 3 à 7 qui illustrent l'invention), référencé de 1 à 7 les sept étapes successives du procédé et leur dispositif associé, en précisant par un indice la variante de réalisation illustrée.
Le chlorure de vinyle monomère (VCM) est ainsi produit à grande échelle par cracking thermique du 1 ,2-dichloroéthane (DCE) ; le procédé de cracking comprenant les étapes suivantes :
1. mise sous pression du DCE liquide (6-30 bar) par une pompe ;
2. préchauffage du DCE liquide ;
3. vaporation du DCE liquide préchauffé ; 4. surchauffe du DCE vaporisé ;
5. conversion partielle du DCE (à 45-65 %) en VCM selon la réaction : DCE — » VCM + HC1, par craking thermique à des températures comprises entre 400 et 500°C ; 6. refroidissement et lavage du gaz craqué (contenant VCM, HC1, DCE) par injection directe d'un mélange de VCM + DCE liquide et/ou par arrosage avec un tel mélange. Le lavage du gaz craqué a pour but d'éliminer les particules et produits lourds contenus dans ledit gaz et de minimiser ainsi l'encrassement des équipements en aval. La température du gaz, à l'issue de cette opération, est variable, selon la pression de fonctionnement ;
7. refroidissement complémentaire du gaz lavé (contenant VCM, HC1, DCE) à une température, dépendant de la pression de fonctionnement. Une fraction du VCM + DCE condensé à ce stade sert à l'injection/arrosage de l'étape 6 précédente.
Le mélange HC1, VCM, DCE ainsi produit dans la section de cracking est ensuite séparé en ses composants (HC1, VCM et DCE) par voie de multiples distillations avec :
- récupération du HC1, pouvant être utilisé à la production de DCE par voie d'oxychloration,
- récupération du DCE (non craqué), pour recyclage comme matière première,
- et récupération du VCM produit.
Les moyens ou dispositifs, les plus couramment employés, pour mettre en oeuvre les sept étapes du procédé listées ci-dessus sont précisés ci-après. Lesdits moyens sont référencés nj sur les figures, avec n qui identifie l'étape 1 à 7 concernée et i la variante illustrée.
Ainsi, l'étape 2 de préchauffage du DCE liquide (mis en pression par la pompe 1) peut-elle être mise en oeuvre dans trois types de dispositif a, b et c, référencés respectivement 2a (voir figure 2), 2b (voir figure 1) et 2c (non illustré). Ce qui s'énonce :
2. préchauffage du DCE liquide a - échangeur alimenté en vapeur d'eau basse pression ou autre fluide caloporteur, b -échangeur chauffé par un courant intermédiaire dans la section de refroidissement/distillation, c - faisceau dans la zone de convection du four de cracking (récupération de chaleur sur fumées), De la même façon, on a :
3. vaporisation du DCE liquide préchauffé a - rebouilleur type kettle alimenté en vapeur d'eau ou autre fluide caloporteur, b -colonne de vaporisation avec rebouilleur(s) type kettle 3b' ou thermosiphon alimenté(s) en vapeur d'eau ou autre fluide caloporteur, c - faisceau dans la zone de convection du four de cracking, d - four indépendant, 4. surchauffe du DCE vaporisé a - faisceau dans la zone de convection du four de cracking, b -faisceau dans la zone de chauffage direct ("radiation") du four de cracking,
5. conversion partielle du DCE a - un ou plusieurs faisceaux tubulaires placés dans la zone de chauffage direct ("radiation") du four de cracking ; la chaleur nécessaire à la réaction est apportée par des brûleurs implantés soit dans les parois, soit dans la sole du four,
6. refroidissement et lavage du gaz craqué a - T de mélange avec injection directe d'un courant VCM + DCE liquide dans l'effluent chaud suivi d'une colonne de séparation, b -colonne d'arrosage utilisant un courant VCM + DCE liquide, c - T de mélange combiné avec une colonne d'arrosage,
7. refroidissement du gaz lavé a - échangeur alimenté avec un courant procédé (voir 2b), b -réfrigérant à eau, c - aéroéfrigérant.
Le faible niveau de température du gaz lavé ne permet pas à ce stade (étape 7) une récupération considérable de chaleur. La plus grande partie de ladite chaleur est perdue dans l'air et/ou l'eau de refroidissement.
Selon l'art antérieur, le cracking du DCE a donc généralement été mis en oeuvre, tel que décrit ci-dessus, sans récupération de calories sur l'effluent gazeux directement issu du cracking. Il a toutefois aussi été préconisé, selon ledit art antérieur, l'intervention de différents types de dispositif pour récupérer de telles calories.
Ainsi, dans la demande EP-A-014 920, est-il décrit l'intervention d'un échangeur tubulaire pour refroidir le gaz craqué et l'utilisation de la chaleur récupérée, dans le procédé, pour :
- chauffer/évaporer directement les fonds de colonne de la section de distillation,
- chauffer un fluide caloporteur afin d'alimenter les rebouilleurs de la section de distillation, - générer de la vapeur d'eau afin d'alimenter les rebouilleurs de la section de distillation,
- préchauffer ou vaporiser le DCE de charge.
L'échangeur préconisé consiste en un unique faisceau tubulaire, en forme de serpentin, placé dans un conteneur cylindrique. Le gaz craqué circule à l'intérieur du tube, le fluide réfrigérant à l'extérieur dudit tube, à l'intérieur dudit conteneur.
Un échangeur de ce même type intervient selon l'enseignement de GB-A-2 179 938. Le fluide réfrigérant utilisé est un gaz circulant dans un carneau. La chaleur récupérée par ledit fluide réfrigérant est utilisée pour la vaporisation partielle de la charge, au sein du four de cracking.
Dans la demande EP-A-264 065, il est également proposé de faire intervenir un échangeur thermique de ce type , dans le seul but de vaporiser le DCE de charge. Ledit échangeur est équipé d'un ballon de charge qui assure à la fois une circulation naturelle à travers la virole de l'échangeur et une séparation du mélange vapeur/liquide venant dudit échangeur.
Les dispositifs préconisés dans ces documents de l'art antérieur ne sont pas pleinement satisfaisants. Le volume du conteneur cylindrique nécessaire pour loger le faisceau en forme de serpentin est très important et limite l'utilisation pratique de ce type d'échangeur. En effet : - dans l'hypothèse de l'intervention d'un liquide comme réfrigérant, le débit nécessaire pour assurer un transfert de chaleur correct côté virole est d'environ 20 fois le débit circulant à l'intérieur du faisceau : le débit requis qui en résulte est incompatible avec les courants disponibles dont les débits sont soit fixés par le procédé (DCE liquide à préchauffer), soit soumis à d'autres contraintes (fluide caloporteur). L'utilisation de l'échangeur est donc limitée aux systèmes de vaporisation (vaporisation de DCE ou génération de vapeur d'eau) dans lesquels le transfert de chaleur côté virole est assuré soit par la turbulence propre du système (liquide en état d'ébullition), soit par l'installation d'un système de recyclage (circulation forcée ou naturelle) ;
- dans le cas de l'utilisation de l'échangeur comme vaporisateur de DCE suivant EP-A-264 065, la circulation (naturelle) à travers l'échangeur est assurée par le ballon de charge ; toutefois ledit ballon de charge ne fait qu'augmenter le volume de l'ensemble pour donner un temps de séjour coté DCE de l'ordre de 50 minutes. Ce temps de séjour élevé provoque une dégradation thermique plus ou moins importante en fonction de la température de fonctionnement côté DCE (entre 150 et 250°C suivant la pression de fonctionnement) et nécessite un taux de purge important pour maintenir la teneur en produits dégradés à un niveau acceptable. Dans le brevet US-A-4,324,932, il est proposé de récupérer des calories sur l'effluent gazeux issu du cracking, tout en minimisant la formation de coke. Les échangeurs thermiques en cause ne sont pas précisément décrits. Il est fait mention d'échangeurs à plateaux et d'échangeurs tubulaires à un seul tube. En leur sein, il est prévu de condenser partiellement l'effluent gazeux. Il est en fait enseigné, dans ledit brevet US-A-4,324,932, de mettre en œuvre un refroidissement rapide, d'au moins l/10eme de la température d'entrée de l'effluent en cause, exprimée en degré Celsius, par seconde. Ledit refroidissement rapide peut être mis en œuvre de façon directe et/ou indirecte, avec un réfrigérant liquide et/ou gazeux. Il est avantageusement mis en œuvre en plusieurs étapes, notamment de manière directe et indirecte. La vitesse - rapide - dudit refroidissement est préconisée pour minimiser la formation de coke.
Dans le brevet US-A-5, 728,906, l'échange thermique est mis en œuvre, comme dans GB-A-2 179 938 et DE-A-197 27 659, entre les zones de pré- chauffage et de cracking du four de cracking. Les calories cédées par l'effluent issu du cracking permettent de vaporiser, au moins en partie, la charge. L'échange thermique est mis en œuvre dans un échangeur de type double tube. Une unique variante de réalisation est possible. En fait, au sein dudit échangeur double tube, on peut craindre un encrassement dans chacun des deux tubes. Dans un tel contexte de production de VCM par cracking de DCE, la Demanderesse propose un procédé original - plus performant et d'une mise en œuvre plus simple que ceux évoqués ci-dessus - pour récupérer des calories sur l'effluent gazeux issu du cracking. Selon son premier objet, l'invention concerne donc un procédé de production de VCM par cracking thermique de DCE, mis en oeuvre avec récupération de calories sur l'effluent gazeux issu du cracking. De façon caractéristique, dans le cadre dudit procédé :
- l'effluent gazeux issu du cracking est transféré via au moins une ligne de transfert (une unique ligne de transfert intervient généralement mais il n'est pas du tout exclu de faire intervenir plusieurs lignes de transfert. On peut notamment avoir deux lignes de transfert dans le contexte du procédé "basse pression" où les fours employés contiennent généralement deux faisceaux de cracking. Lesdits deux faisceaux peuvent être reliés à une unique ligne de transfert mais généralement chacun desdits deux faisceaux est relié de façon indépendante à une ligne de transfert. On conçoit que l'on peut ainsi avoir, dans l'absolu, n lignes de transfert reliées chacune à un faisceau de cracking des n faisceaux que renferme le four de cracking) sans diminution conséquente de sa vitesse massique ; et
- les calories dudit effluent gazeux sont récupérées par au moins un réfrigérant liquide mis en circulation, autour de ladite ligne de transfert ou d'au moins l'une desdites lignes de transfert, dans un espace ménagé entre ladite(lesdites) ligne(s) de transfert et une chemise agencée autour de celle(s)-ci ; ladite récupération desdites calories étant mise en œuvre dans des conditions où ledit réfrigérant liquide reste liquide et où ledit effluent gazeux reste substantiellement gazeux. II a été trouvé, de façon inattendue, que l'installation d'une simple chemise, autour de la(des) ligne(s) de transfert, à la sortie du four de cracking (généralement entre ladite sortie du four de cracking et le système de refroidissement par injection/arrosage (quench)), permet de constituer un(des) échangeur(s) de type "double tube" dont les caractéristiques conviennent à l'utilisation d'un réfrigérant liquide ; échangeur(s) particulièrement performant(s) dans la mesure où :
- les problèmes d'encrassement, par dépôt de particules, sont minimisés en son(leur) sein : a) en effet, on a affaire à une(des) simple(s) ligne(s) de transfert, qui ne renferme(nt) pas d'éléments perturbateurs, tels des bifurcations, et à un simple chemisage autour de celle(s)-ci ; b) l'effluent gazeux est maintenu à l'état gazeux. On vise à éviter toute condensation de celui-ci, à le maintenir à une température supérieure à sa température de rosée. Pour ce faire, on fait avantageusement intervenir un réfrigérant liquide à une température (température d'entrée dudit réfrigérant liquide) supérieure à ladite température de rosée du gaz craqué ; on maintient généralement ledit effluent gazeux à plus de 250°C ; c) ledit effluent gazeux pénètre dans ladite(lesdites) ligne(s) de transfert et y circule sans diminution conséquente de sa vitesse massique. Avantageusement, on maintient audit effluent gazeux une vitesse massique égale à (proche de) celle qu'il avait dans le(s) faisceau(x) de cracking dont il est issu. On peut concevoir d'augmenter ladite vitesse massique, mais en aucun cas de la diminuer substantiellement (on observerait alors (comme dans certains échangeurs de l'art antérieur) un dépôt conséquent de particules de coke sur les parois de la ligne de transfert en cause). Avantageusement, comme indiqué, on maintient ladite vitesse massique (sensiblement) constante ; d) le réfrigérant étant maintenu à l'état liquide, il ne se forme pas de coke en son sein.
Dans le cadre du procédé de l'invention, on évite toute formation de coke au sein du liquide réfrigérant intervenant et on minimise le dépôt de coke dans la(les) ligne(s) de transfert de l'effluent. Le coke présent au sein dudit effluent est entraîné par celui-ci. La Demanderesse a établi que les produits encrassants (particules de "coke") se trouvent dans l'effluent craqué et ne sont pas formés, de façon notable, au sein de l'échangeur, quelle que soit la vitesse du refroidissement mené au sein dudit échangeur ;
- la mise en œuvre du refroidissement est parfaitement maîtrisée avec l'intervention d'un réfrigérant liquide, maintenu à l'état liquide. Le terme tube employé ici n'implique aucune limitation quant à la géométrie exacte du couple ligne(s) de transfert et chemise(s) agencée(s) autour de celle(s)-ci. Avantageusement, ledit terme tube se lit toutefois selon sa connotation habituelle de cylindre creux (de section circulaire). Le tube intérieur est donc généralement constitué par la ligne de transfert qui réunit l'effluent d'un ou plusieurs faisceaux de cracking. La section de passage dudit tube intérieur correspond généralement à la section de passage totale du(des) faisceau(x) de cracking relié(s) ; ce qui assure une vitesse de gaz suffisante pour obtenir un transfert de chaleur correct et minimiser l'encrassement. Le tube extérieur est donc constitué par la chemise. Le réfrigérant liquide circule, à co-courant ou à contre-courant, avantageusement à contre- courant (de l'effluent gazeux), dans l'espace annulaire (si, réellement deux tubes interviennent) formé par la ligne de transfert et la chemise. Le diamètre intérieur de la chemise est déterminé en fonction du débit et des caractéristiques du réfrigérant, afin d'optimiser le transfert de chaleur.
La longueur chemisée détermine la surface d'échange disponible et peut être adaptée en fonction de la quantité de chaleur à évacuer/récupérer. Elle peut être réalisée en un ou plusieurs segments reliés en série, côté gaz. On peut d'ores et déjà préciser ici, en référence à l'aspect dispositif de l'invention, que :
- côté gaz craqué, les segments peuvent être reliés soit par des sections droites, soit par des coudes ; l'utilisation de brides pour relier les segments facilitant un éventuel nettoyage mécanique de la ligne de transfert ;
- côté réfrigérant, les segments peuvent être reliés en série ou en parallèle, soit par des éléments de tuyauterie standard, soit par des coudes ou boîtes de retour adaptées spécifiquement aux dimensions de la chemise.
L'emploi de plusieurs segments permet également l'utilisation de différents réfrigérants ou l'utilisation d'un même type de réfrigérant à des conditions (température, pression, débit) différentes. L'(les) échangeur(s) double-tube, au sens de l'invention, peut(peuvent) se décliner selon de nombreuses variantes de réalisation.
La récupération des calories, mise en oeuvre selon l'invention de façon simplissime au moyen d'un dispositif simplissime, peut l'être avec tout type de réfrigérant liquide. Elle est généralement mise en oeuvre dans l'optique d'une utilisation desdites calories et avantageusement dans l'optique d'une telle utilisation dans le procédé de production de VCM. Dans une telle optique de valorisation des calories récupérées, on préconise de faire intervenir des réfrigérants tels : - de l'eau d'alimentation de chaudière,
- la charge de DCE liquide,
- un fluide caloporteur, par exemple de l'eau pressurisée ou un fluide commercial (huile minérale, huile synthétique, ...). On peut, en fait, mettre en oeuvre :
- une récupération/valorisation de calories, "indirecte", par l'intermédiaire d'un fluide caloporteur (voir ci-dessus). (Les températures de fonctionnement des différents consommateurs de chaleur dans une unité de production de VCM (préchauffeur DCE liquide, rebouilleurs de la section de distillation, vaporiseur de DCE de charge) s'échelonnent de 100 à 210°C pour une unité "basse pression" et de 100 à 260°C pour une unité "haute pression". L'utilisation d'un fluide caloporteur commercial pouvant fonctionner à faible pression (0 - 2 bar) et à des températures de 150 à 350°C convient pour refroidir le gaz craqué et permet de transférer ensuite la chaleur absorbée vers des utilisateurs fonctionnant dans une plage de températures de 100 à 260°C, couvrant ainsi aussi bien les procédés "basse pression" que les procédés "haute pression") ;
- une récupération/valorisation de calories, "directe", par l'intermédiaire d'un fluide de procédé (fluide du procédé de production de VCM (la charge de DCE liquide, par exemple) ou fluide d'un autre procédé, mis en oeuvre à proximité, (eau d'alimentation de chaudière, par exemple)).
Dans le cadre du procédé de l'invention, on met avantageusement en œuvre une récupération indirecte (via un liquide caloporteur) des calories.
On veille, comme déjà indiqué, à ce que la température minimale du réfrigérant se situe au-dessus de la température de rosée du gaz craqué ; ce, afin d'éviter la concentration de particules solides, éventuellement présentes, dans la (faible) quantité de liquide condensé.
On se propose maintenant de décrire, en termes généraux, le second objet de la présente invention, à savoir - le dispositif associé à son premier objet - une unité de production de VCM par cracking de DCE. Une telle unité comprend : - des moyens de conditionnement en pression et en température de la charge d'alimentation de DCE liquide ;
- un four de cracking dudit DCE conditionné ; ledit four renfermant au moins un faisceau de cracking ; - des moyens pour laver, refroidir et condenser l'effluent gazeux issu dudit four de cracking ; lesdits moyens de conditionnement et ledit four, d'une part, ledit four et lesdits moyens pour laver, refroidir et condenser, d'autre part, étant reliés entre eux par des lignes de transfert adéquates de la charge traitée ;
- ainsi que des moyens pour récupérer des calories sur l'effluent gazeux issu dudit four de cracking.
De façon caractéristique, au sein d'une telle unité :
- lesdits moyens pour la récupération desdites calories comprennent : + un simple chemisage de la ligne de transfert ou d'au moins l'une des lignes de transfert de l'effluent gazeux issu dudit four de cracking; ledit chemisage constituant avantageusement un échangeur de type "double tube" ; et + des moyens pour la mise en circulation, dans l'espace ainsi aménagé entre ladite(lesdites) ligne(s) de transfert et la chemise agencée autour, d'un réfrigérant liquide, et
- chaque ligne de transfert ainsi chemisée de l'effluent gazeux issu dudit four de cracking présente une section de passage, pour ledit effluent gazeux, inférieure ou égale à la section de passage totale du(des) faisceau(x) de cracking dudit four de cracking, débouchant dans ladite ligne de transfert.
Les conditions requises sur la(les) section(s) de passage de la(des) ligne(s) de transfert chemisée(s) intervenant le sont bien évidemment en référence au problème du maintien de la vitesse massique de l'effluent gazeux, pour minimiser le dépôt de particules encrassantes. Avantageusement, chaque ligne de transfert (tube intérieur) chemisée comporte des ailettes (longitudinales) à l'extérieur, afin d'améliorer le transfert de chaleur côté réfrigérant.
On a vu plus haut que la longueur chemisée de ladite ligne de transfert peut être réalisée en un ou plusieurs segments, agencés de diverses manières. Avantageusement, les moyens particuliers qui interviennent, selon l'invention, pour la récupération des calories sur l'effluent gazeux issu du cracking, sont agencés dans un circuit de récupération (donc) et de distribution desdites calories, intégré dans l'unité de production de VCM. Dans le cadre de cette variante avantageuse, ledit circuit peut être agencé pour distribuer les calories récupérées, au niveau des moyens de conditionnement de la charge d'alimentation de DCE liquide. Ledit circuit contient, par ailleurs, selon une variante préférée, un dispositif annexe d'apport de chaleur (un four par exemple) et/ou un dispositif annexe de prélèvement de chaleur (un (aéro)réfrigérant, par exemple). L'intervention de ce type de dispositif accroît la souplesse de mise en oeuvre du procédé.
L'intervention d'un four ou de tout autre moyen équivalent d'apport de chaleur permet d'augmenter la capacité du circuit au-delà de la quantité de chaleur récupérée dans le procédé et de couvrir éventuellement la totalité des besoins en chaleur de l'unité de production de VCM. Elle s'avère également utile pour faciliter/accélérer les opérations de démarrage.
L'intervention d'un (aéro)réfrigérant ou de tout autre moyen équivalent de prélèvement de chaleur augmente la souplesse du système pendant les opérations de démarrage, d'arrêt et de décokage. On note incidemment ici que les calories récupérées selon l'invention peuvent également tout à fait être distribuées, par l'intermédiaire d'un circuit adéquat, dans une autre unité.
On note encore incidemment ici que l'invention a été décrite ci-dessus et est revendiquée ci-après, dans les hypothèses de l'intervention d'une unique ou de plusieurs lignes de transfert, mise en œuvre sur ladite unique ligne de transfert ou sur au moins l'une desdites plusieurs lignes de transfert. Pour une récupération optimisée des calories, elle est évidemment mise en œuvre sur chacune desdites plusieurs lignes de transfert. Ceci correspond à la variante de mise en œuvre la plus logique, la plus avantageuse, lorsqu'au moins deux lignes de transfert interviennent.
On se propose maintenant de décrire l'invention, sous ses deux aspects de procédé et de dispositif, en référence aux figures annexées.
Lesdites figures sont des schémas.
Les figures 1 et 2 illustrent la technique de l'art antérieur. La figure 1 illustre un procédé de cracking basse pression tandis que la figure 2 illustre un procédé de cracking haute pression. Lesdites figures 1 et 2 ont été commentées dans l'introduction du présent texte. Les figures 3 A à 3D illustrent schématiquement, de manière non limitative, différents types de chemisage, qui peuvent être agencés, selon l'invention, autour de la ligne de transfert de l'effluent issu du cracking.
La figure 4 illustre de manière générale l'invention. Les figures 5, 6 et 7 illustrent des modes de réalisation particuliers de l'invention :
- la figure 5 montre une modification selon l'invention (avec intervention d'un fluide caloporteur comme réfrigérant) de la technologie de l'art antérieur selon la figure 1 (technologie basse pression), - la figure 6 montre une autre modification selon l'invention (avec intervention de la charge d'alimentation en DCE comme réfrigérant) de la technologie de l'art antérieur selon la figure 1 (technologie basse pression),
- la figure 7 montre une modification selon l'invention (avec intervention d'un fluide caloporteur comme réfrigérant) de la technologie haute pression de l'art antérieur (modification mise en oeuvre dans une unité différente de celle visualisée sur la figure 2).
Lesdites figures 5, 6 et 7 sont commentées, respectivement, dans le texte des exemples 1, 2 et 3 ci-après.
Sur toutes les figures annexées, figures 1 à 7, on retrouve la même logique au niveau des références.
En référence aux figures 3A à 3D et à la figure 4, on peut préciser ce qui suit.
. La figure 3A montre schématiquement l'appareil de base qui peut être utilisé, de façon caractéristique, dans le cadre de la présente invention. Autour de la ligne de transfert de l'effluent gazeux G issu du cracking - ligne de transfert en un seul segment rectiligne - on a agencé une chemise 1 la (en un seul segment rectiligne). Sur la variante représentée, il est prévu de faire circuler le réfrigérant liquide L à contre-courant, dans l'espace annulaire, ainsi ménagé entre ladite ligne de transfert et ledit chemisage 1 la. Les figures 3B à 3D montrent des variantes d'un tel appareil, plus sophistiquées. On a toujours prévu des circulations - effluent gazeux G, réfrigérant liquide L - à contre-courant. Sur les figures 3A et 3B, la référence 20 représente des compensateurs de dilatation. Sur, respectivement, les figures 3B et 3C, la longueur chemisée est en plusieurs segments :
- reliés par des sections droites (chemise 11b) ; - reliées par des coudes (chemise 1 le).
Sur la figure 3D, on a représenté un échangeur en 8 segments (chemise 1 ld), qui offre deux passes au réfrigérant L.
. La figure 4 montre schématiquement l'intégration, au sens de l'invention, d'un circuit de récupération et de distribution (circuit montré en gras) de chaleur, basé sur l'utilisation d'un fluide caloporteur commercial dans une unité de VCM.
Les différents "producteurs" et "consommateurs" sont reliés en série suivant leurs températures de fonctionnement respectives mais d'autres configurations sont possibles. On retrouve sur ladite figure 4 (ainsi que sur les figures 5 à 7) les références du type ni, avec n identifiant l'une des étapes 1 à 7, telles que précisées dans l'introduction du présent texte, et i une de ses variantes de mise en oeuvre dans tel ou tel dispositif (i = a, b ou c, généralement).
On y trouve, en sus, des étapes ou moyens caractéristiques de l'invention, à savoir, en :
1 1. chauffage du fluide caloporteur dans un ou plusieurs des appareils suivants a. échangeur sur ligne de transfert 11 '. faisceau en zone de convection du four de cracking 12. refroidissement du fluide caloporteur jusqu'à sa température initiale en cédant sa chaleur dans un ou plusieurs des appareils suivants a. un rebouilleur servant à vaporiser une partie ou la totalité du DCE de charge b. un préchauffeur du DCE de charge c. un ou plusieurs rebouilleurs dans la section de distillation d. un ou plusieurs échangeurs chauffant d'autres fluides (eau d'alimentation de chaudière, eau de chauffage, ...) en fonction de leur présence à proximité de l'unité de production de VCM 13. le circuit est complété par a. un ballon d'expansion b. une pompe de circulation
14. et comporte, avantageusement a. un four indépendant permettant un apport de chaleur en cas d'un déficit b. un (aéro)réfrigérant permettant de dissiper un excédent de chaleur.
Les moyens 12d ci-dessus (soulignés) ne sont pas représentés sur la figure 4.
On en vient maintenant à la description de trois exemples de mise en oeuvre de l'invention.
Exemple 1. Figure 5 : Procédé basse pression - Fluide caloporteur comme réfrigérant - Circuit caloporteur greffé sur une unité existante, selon la figure 1.
L'unité d'origine (de la figure 5) est identique à celle représentée sur la figure 1. Elle comporte, comme déjà indiqué en référence à ladite figure 1, les équipements suivants :
2. Préchauffage du DCE liquide b. échangeur chauffé par un courant intermédiaire dans la section de refroidissement 3. vaporisation du DCE b. colonne de vaporisation avec rebouilleur 3b' type thermosiphon alimenté en vapeur d'eau
4. surchauffe du DCE vaporisé a. faisceau dans la zone de récupération de chaleur sur fumées du four de cracking
5. conversion partielle du DCE a. deux faisceaux tubulaires (Di = 154 mm) placés dans la zone de chauffage direct ("radiation") du four de cracking
6. refroidissement et lavage du gaz craqué c. T de mélange 6a combiné avec une colonne d'arrosage 6b
7. refroidissement du gaz lavé a. échangeur alimenté avec un courant procédé (voir 2b) b. réfrigérant à eau. Les principaux paramètres de fonctionnement sont indiqués ci-après :
débits DCE de charge 35 660 kg/h purge DCE colonne de vaporisation 825
VCM produit 12 550 température DCE entrée préchauffeur 30 °C
DCE sortie préchauffeur 110
DCE sortie colonne vaporisation 195 gaz craqué sortie four 485 gaz craqué entrée T de quench 485 pression sortie four 10 bar eff
consommation vapeur :
- rebouilleur vaporisation DCE 7240 kg/h temps de séjour DCE :
- le temps de séjour (calculé) du DCE liquide dans le système de vaporisation (colonne + rebouilleur + tuyauterie de liaison) est de 10 minutes.
Ladite unité d'origine (selon la figure 1 ) a été modifiée, comme montré sur la figure 5, pour incorporer un circuit caloporteur, simple, comportant : 1 lb. un échangeur sur ligne de transfert
12a. un rebouilleur servant à vaporiser une partie du DCE de charge 13 a. un ballon d'expansion 13b. une pompe de circulation.
Le fluide caloporteur traverse l'échangeur 1 lb sur ligne de transfert en refroidissant le gaz craqué ; la chaleur absorbée par le fluide est ensuite utilisée pour vaporiser une partie du DCE de charge dans le rebouilleur supplémentaire
12a, diminuant ainsi la chaleur échangée dans le (le duty du) rebouilleur 3b' alimenté en vapeur.
L'échangeur sur ligne de transfert est obtenu par l'installation d'une chemise (Di = 255 mm), autour de la ligne de transfert (Dext = 219 mm ;
Djnt = 202 mm), en plusieurs segments sur une longueur totale de 70 m. L'espace annulaire est alimenté (en deux passes) par 148 000 kg/h de fluide caloporteur de type "huile synthétique" à une température de 220°C.
La régulation du système reste simple et souple : - le débit DCE vaporisé vers le four de cracking est réglé par l'appoint de vapeur d'eau vers le rebouilleur existant 3b',
- les températures du circuit caloporteur sont maintenues par un by- pass sur le rebouilleur supplémentaire 12a. Pour des conditions de production (débit de charge, conversion) identiques à celles d'origine, on observe :
- une diminution de la température du gaz craqué de 185°C à travers l'échangeur 1 lb sur ligne de transfert ;
- une augmentation de la température du fluide caloporteur de 22°C à travers ce même échangeur 11b ;
- une diminution de la consommation de vapeur par le rebouilleur d'origine 3b' de 7240 à 3195 kg/h soit une réduction de 4045 kg/h ;
- un temps de séjour (calculé) du DCE liquide dans le système de vaporisation en légère augmentation (12 minutes comparé à 10 minutes à l'origine) due au volume du rebouilleur supplémentaire 12a et de sa tuyauterie de liaison. A toutes fins utiles, on peut préciser ici : - que la vitesse du refroidissement mis en œuvre selon l'invention sur l'effluent gazeux a été de 59°C/s (soit 1/8 de la température d'entrée dudit effluent (485°C)) ; - qu'il n'a été observé aucune variation du taux d'encrassement, en réduisant ladite vitesse à 35°C/s (soit 1/14 de ladite température d'entrée) ; la réduction de ladite vitesse étant obtenue par une augmentation de la température d'entrée du réfrigérant à 340°C.
Exemple 2. Figure 6 : Procédé basse pression - Fluide procédé comme réfrigérant (préchauffage et vaporisation du DCE de charge) - Circuit caloporteur greffé sur une unité existante, selon la figure 1.
L'unité d'origine (de la figure 6) est identique à celle représentée sur la figure 1. Elle fonctionne comme décrit précédemment. Les principaux paramètres de fonctionnement sont indiqués ci-après : débits DCE de charge 35660 kg/h purge DCE colonne de vaporisation 825
VCM produit 12550 température DCE entrée préchauffeur 30 °C
DCE sortie préchauffeur 110
DCE sortie colonne vaporisation 195 gaz craqué sortie four 485 gaz craqué entrée T de quench 485 pression sortie four 10 bar e consommation vapeur :
- rebouilleur vaporisation DCE 7240 kg/h temps de séjour DCE :
- le temps de séjour (calculé) du DCE liquide dans le système de vaporisation (colonne + rebouilleur + tuyauterie de liaison) est de 10 minutes.
Ladite unité d'origine (selon la figure 1 ) a été modifiée, comme montré sur la figure 6, par l'adjonction d'un circuit de chauffage de DCE liquide, comportant :
1 lb. un échangeur sur ligne de transfert 15a. une pompe de circulation de DCE.
Le fluide réfrigérant est constitué par l'appoint de DCE froid et un débit de DCE recyclé venant de la colonne de vaporisation 3 b. Le mélange traverse l'échangeur 11b sur ligne de transfert à une pression légèrement supérieure à la pression de la colonne de vaporisation 3 b afin de maintenir le fluide dans l'état liquide. Par la suite, le fluide est détendu à l'entrée de la colonne 3b et une fraction du DCE se vaporise sous l'effet de la détente. La chaleur absorbée par le DCE vient directement en diminution de la chaleur échangée dans le (du duty du) rebouilleur 3b' alimenté en vapeur.
L'échangeur 1 1b sur ligne de transfert est obtenu par l'installation d'une chemise (Di = 255 mm) autour de la ligne de transfert (Dext = 219 mm ; Djm = 202 mm) en plusieurs segments sur une longueur totale de 70 m. L'espace annulaire est alimenté (en deux passes) par 129 000 kg/h de DCE liquide à une pression de 15 bar eff ; la température du courant à l'entrée de l'échangeur est de La régulation du système reste simple :
- le débit de DCE vaporisé vers le four de cracking est réglé par l'appoint de vapeur d'eau vers le rebouilleur existant 3b',
- le débit de DCE recyclé reste fixe et sa température ne nécessite aucune régulation.
Pour des conditions de production (débit de charge, conversion) identiques à celles d'origine, on observe :
- une diminution de la température du gaz craqué de 185°C à travers l'échangeur 1 lb sur ligne de transfert, - une augmentation de la température du DCE de 37°C à travers ce même échangeur 11b ; après détente à l'entrée de la colonne 3b, la température retombe à 195°C sous l'effet de la vaporisation d'une partie du DCE (environ 10 % - valeur calculée),
- une diminution de la consommation de vapeur par le rebouilleur d'origine 3b' de 7240 à 3195 kg/h soit une réduction de 4045 kg/h,
- un temps de séjour (calculé) du DCE liquide dans le système de vaporisation en légère augmentation (12 minutes comparé à 10 minutes à l'origine) due au volume de l'échangeur 11b sur ligne de transfert et de la tuyauterie de liaison.
Exemple 3. Figure 7 : Procédé haute pression - Fluide caloporteur comme réfrigérant - Circuit caloporteur dans une nouvelle unité.
La nouvelle unité est représentée sur la figure 7 et comporte, côté
DCE, les équipements suivants : 2. préchauffage du DCE liquide a. échangeur alimenté en vapeur d'eau basse pression 3. vaporisation du DCE b. colonne de vaporisation avec rebouilleur type thermosiphon alimenté par fluide caloporteur 4. surchauffe du DCE vaporisé a. faisceau dans la zone de récupération de chaleur sur fumées du four de cracking 5. conversion partielle du DCE a. un faisceau tubulaire (Di = 162 mm) placé dans la zone de chauffage direct ("radiation") du four de cracking
1 le. un échangeur sur ligne de transfert 6. refroidissement et lavage du gaz craqué c. T de mélange 6a combiné avec une colonne d'arrosage 6b 7. refroidissement du gaz lavé b. réfrigérant à eau
Le circuit caloporteur de l'invention comporte les équipements suivants : l ie. l'échangeur sur ligne de transfert 11 '. faisceau en zone de convection du four de cracking 14a. un four indépendant permettant un éventuel apport de chaleur 12a. un rebouilleur servant à vaporiser la totalité du DCE de charge 14b. un aéroréfrigérant permettant de dissiper un éventuel excédent de chaleur
13a. un ballon d'expansion 13b. une pompe de circulation.
Les principaux paramètres de fonctionnement sont les suivants : débits DCE de charge 55500 kg/h purge DCE colonne de vaporisation 2100 VCM produit 18550 température DCE entrée préchauffeur 30 °C
DCE sortie préchauffeur 145 DCE sortie colonne vaporisation 250 DCE sortie faisceau convection 300 gaz craqué sortie four 485 gaz craqué entrée T de quench 350 pression sortie four 21 bar e temps de séjour DCE :
- le temps de séjour (calculé) du DCE liquide dans le système de vaporisation (colonne + rebouilleur + tuyauterie de liaison) est de 10 minutes.
Le fluide caloporteur est réchauffé de 300 à 315°C dans l'échangeur l ie sur ligne de transfert en refroidissant le gaz craqué, puis réchauffé jusqu'à
335°C dans la convection du four 11'. La chaleur absorbée par le fluide est ensuite utilisée pour vaporiser la totalité du DCE de charge dans le rebouilleur 12a de la colonne de vaporisation 3b.
L'échangeur l ie sur ligne de transfert est obtenu par l'installation d'une chemise (Di = 255 mm) autour de la ligne de transfert (Dext = 194 mm ; Dιnt = 162 mm) en plusieurs segments sur une longueur totale de 100 m. L'espace annulaire est alimenté (en deux passes) par 220 000 kg/h de fluide caloporteur de type "huile synthétique" à une température de 300°C.
A toutes fins utiles, on peut préciser ici que la vitesse du refroidissement mis en œuvre selon l'invention sur l'effluent gazeux a été de 32°C/s (soit 1/15 de la température d'entrée dudit effluent (485°C)).
En marche normale, le bilan thermique du système est équilibré par l'ajustage de la température du DCE liquide vers la colonne de vaporisation 3b. Le four d'appoint 14a est hors service et l'aéroréfrigérant 14b est by-passé, en marche normale : leur présence sert uniquement à faciliter/accélérer les opérations de démarrage et d'arrêt de l'installation.
Par rapport à une unité "classique" fonctionnant à haute pression (unité telle que schématisée sur la figure 2), on constate les avantages suivants :
- l'utilisation d'un circuit caloporteur permet l'emploi d'une colonne de vaporisation 3b avec rebouilleur 12a ; les produits de dégradation (notamment les solides) peuvent être purgés du système au lieu de traverser l'ensemble des faisceaux en convection et radiation comme dans le système classique. La diminution de l'encrassement permet une durée de fonctionnement plus importante et un taux de cracking plus élevé,
- le gain énergétique (consommation de combustible) par rapport à une unité classique d'une même capacité de production de VCM est d'environ
4650 thermie/h. Le gain directement attribuable à l'installation de l'échangeur sur ligne de transfert est de 2300 thermie/h (calculé sur la base de l'utilisation du four d'appoint au lieu de l'échangeur), le restant provient de l'installation du circuit caloporteur (taux de cracking plus élevé, meilleure utilisation de la chaleur disponible en zone de convection).
Pour ne pas alourdir les revendications ci-après, on a référencé les dispositifs qui existent selon différentes variantes i par l'unique référence n, en lieu et place des différents m.

Claims

Revendications
1. Procédé de production de chlorure de vinyle (monomère : VCM) par cracking thermique de 1 ,2-dichloroéthane (DCE), mis en oeuvre avec récupération de calories sur l'effluent gazeux (G) issu du cracking, caractérisé en ce que ledit effluent gazeux (G) issu du cracking est transféré via au moins une ligne de transfert sans diminution conséquente de sa vitesse massique et en ce que lesdites calories sont récupérées par au moins un réfrigérant liquide (L) mis en circulation, autour de ladite ligne de transfert ou d'au moins l'une desdites lignes de transfert, dans un espace aménagé entre ladite(lesdites) ligne(s) de transfert et une chemise (11) agencée autour de celle(s)-ci ; ladite récupération de calories étant mise en œuvre dans des conditions où ledit réfrigérant liquide (L) reste liquide et où ledit effluent gazeux (G) reste substantiellement gazeux.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit réfrigérant liquide (L) est mis en circulation à contre-courant de l'effluent gazeux (G).
3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdites calories récupérées sont utilisées dans ledit procédé de production de VCM.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit réfrigérant liquide (L) est un fluide caloporteur, notamment choisi parmi de l'eau pressurisée et un fluide caloporteur commercial de type huile.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit réfrigérant liquide (L) est un fluide de procédé, notamment choisi parmi une eau d'alimentation de chaudière et la charge d'alimentation de DCE liquide.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que lesdites calories récupérées sont utilisées pour chauffer et vaporiser, avantageusement en partie seulement, la charge d'alimentation de DCE liquide.
7. Unité de production de chlorure de vinyle (monomère : VCM) par cracking thermique de 1 ,2-dichloroéthane (DCE), comprenant :
- des moyens de conditionnement en pression et en température (1, 2, 3, 4) de la charge d'alimentation de DCE liquide ;
- un four de cracking (5) dudit DCE conditionné, ledit four renfermant au moins un faisceau de cracking ;
- des moyens (6, 7) pour laver, refroidir et condenser l'effluent gazeux issu dudit four de cracking (5) ; lesdits moyens de conditionnement (1, 2, 3, 4) et ledit four (5) d'une part, ledit four (5) et lesdits moyens (6,7) pour laver, refroidir et condenser, d*autre part, étant reliés entre eux par des lignes de transfert adéquates de la charge traitée ;
- ainsi que des moyens pour récupérer des calories sur l'effluent gazeux issu dudit four de cracking (5) ; caractérisée en ce que
- lesdits moyens pour la récupération desdites calories comprennent :
+ un simple chemisage (11) de la ligne de transfert ou d'au moins l'une desdites lignes de transfert de l'effluent gazeux issu dudit four de cracking (5) ; ledit chemisage constituant avantageusement un échangeur de type "double tube" ; et
+ des moyens (13b, 15a) pour la mise en circulation, dans l'espace ainsi aménagé entre ladite(lesdites) ligne(s) de transfert et la chemise (11) agencée autour, d'un réfrigérant liquide (L) ; et en ce que - chaque ligne de transfert chemisée de l'effluent gazeux issu dudit four de cracking (5) présente une section de passage, pour ledit effluent gazeux, inférieure ou égale à la section de passage totale du(des) faisceau(x) de cracking dudit four de cracking (5), débouchant dans ladite ligne de transfert.
8. Unité selon la revendication 7, caractérisée en ce que ladite ligne de transfert chemisée comporte des ailettes.
9. Unité selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisée en ce que la longueur chemisée de ladite ligne de transfert est réalisée en un ou plusieurs segments.
10. Unité selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisée en ce que lesdits moyens pour la récupération desdites calories sont agencés dans un circuit de récupération et de distribution de calories, intégré dans ladite unité de production de VCM.
11. Unité selon la revendication 10, caractérisée en ce que ledit circuit convient pour la distribution des calories récupérées, au niveau des moyens (1, 2, 3, 4) pour conditionner la charge d'alimentation de DCE liquide.
12. Unité selon l'une des revendications 10 ou 11, caractérisée en ce que ledit circuit renferme un dispositif d'apport de chaleur (14a) et/ou un dispositif de prélèvement de chaleur (14b).
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