Procédé et unité de production de chlorure de vinyle par cracking thermique de 1 ,2-dichloroéthaneProcess and unit for producing vinyl chloride by thermal cracking of 1, 2-dichloroethane
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).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).
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.Said cracking of DCE, to produce VCM, is a per se known method, implemented on several industrial sites. In the context of the present invention, the Applicant proposes to provide an improvement in the recovery of calories from the gaseous effluent from 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).In order to situate the context of the invention, it is proposed, below, to give, firstly, some general indications on said cracking process of DCE and, secondly, details on this subject. , with reference to FIGS. 1 and 2 annexed to the present text, figures which 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).
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 texteWe have, in said figures 1 and 2 appended as well as in the other figures 3 to 7 also appended and commented further in the present text.
(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.(Figures 3 to 7 which illustrate the invention), referenced from 1 to 7 the seven successive stages of the method and their associated device, specifying by an index the illustrated embodiment.
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 :The vinyl chloride monomer (VCM) is thus produced on a large scale by thermal cracking of 1,2-dichloroethane (DCE); the cracking process comprising the following steps:
1. mise sous pression du DCE liquide (6-30 bar) par une pompe ;1. pressurization of the liquid DCE (6-30 bar) by a pump;
2. préchauffage du DCE liquide ;2. preheating of the liquid DCE;
3. vaporation du DCE liquide préchauffé ; 4. surchauffe du DCE vaporisé ;3. vaporization of the preheated liquid DCE; 4. overheating of the vaporized DCE;
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 ;5. partial conversion of DCE (45-65%) into VCM according to the reaction: DCE - »VCM + HC1, by thermal cracking at temperatures between 400 and 500 ° C; 6. cooling and washing of the cracked gas (containing VCM, HC1, DCE) by direct injection of a mixture of liquid VCM + DCE and / or by spraying with such a mixture. The purpose of washing the cracked gas is to eliminate the particles and heavy products contained in said gas and thus to minimize the fouling of downstream equipment. The temperature of the gas, at the end of this operation, is variable, depending on the operating pressure;
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.7. additional cooling of the washed gas (containing VCM, HC1, DCE) to a temperature, depending on the operating pressure. A fraction of the VCM + DCE condensed at this stage is used for the injection / watering of the previous step 6.
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 :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:
- récupération du HC1, pouvant être utilisé à la production de DCE par voie d'oxychloration,- recovery of HC1, which can be used for the production of DCE by oxychlorination,
- récupération du DCE (non craqué), pour recyclage comme matière première,- recovery of DCE (not cracked), for recycling as a raw material,
- et récupération du VCM produit.- and recovery of the VCM produced.
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.The means or devices, most commonly used, to implement the seven steps of the process listed above are specified below. Said means are referenced nj in the figures, with n which identifies step 1 to 7 concerned and i the variant illustrated.
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 :Thus, step 2 of preheating the liquid DCE (pressurized by the pump 1) 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:
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 :2. preheating of the liquid DCE a - exchanger supplied with low pressure steam or other heat transfer fluid, b - exchanger heated by an intermediate current in the cooling / distillation section, c - bundle in the convection zone of the cracking oven (heat recovery from fumes), In the same way, we have:
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,3. vaporization of the preheated liquid DCE a - kettle type reboiler supplied with water vapor or other heat transfer fluid, b - vaporization column with kettle 3b 'reboiler (s) or thermosiphon supplied with water vapor or other heat transfer fluid, c - bundle in the convection zone of the cracking furnace, d - independent furnace, 4. overheating of the vaporized DCE a - bundle in the convection zone of the cracking furnace, b - bundle in the direct heating zone ( "radiation") from the cracking oven,
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,5. partial conversion of the DCE to - one or more tube bundles placed in the direct heating ("radiation") zone of the cracking oven; the heat necessary for the reaction is supplied by burners located either in the walls or in the bottom of the oven,
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,6. cooling and washing of the cracked gas a - T of mixture with direct injection of a liquid VCM + DCE stream into the hot effluent followed by a separation column, b - sprinkler column using a liquid VCM + DCE stream , c - T of mixture combined with a watering column,
7. refroidissement du gaz lavé a - échangeur alimenté avec un courant procédé (voir 2b), b -réfrigérant à eau, c - aéroéfrigérant.7. cooling of the washed gas a - exchanger supplied with a process current (see 2b), b - water cooler, c - air cooler.
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.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.
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.According to the prior art, the cracking of DCE has therefore generally been implemented, as described above, without recovery of calories from the gaseous effluent directly obtained from cracking. However, it was also recommended, according to said prior art, the intervention of different types of device to recover such 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 :Thus, in application EP-A-014 920, it is described the intervention of a tubular exchanger to cool the cracked gas and the use of the heat recovered, in the process, for:
- chauffer/évaporer directement les fonds de colonne de la section de distillation,- heat / evaporate the bottoms of the distillation section directly,
- 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,- heating a heat transfer fluid in order to supply the reboilers in the distillation section, - generating steam in order to supply the reboilers in the distillation section,
- préchauffer ou vaporiser le DCE de charge.- preheat or spray the charge DCE.
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.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.
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.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.
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.In application EP-A-264 065, it is also proposed to use a heat exchanger of this type, for the sole purpose of vaporizing the charge DCE. Said exchanger is equipped with a charge tank which ensures both natural circulation through the shell of the exchanger and a separation of the vapor / liquid mixture coming from said exchanger.
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) ;The devices recommended in these documents of the prior art are not fully satisfactory. The volume of the cylindrical container necessary to accommodate the serpentine beam is very large and limits the practical use of this type of exchanger. Indeed: - in the event of the intervention of a liquid as refrigerant, the flow required to ensure correct heat transfer on the ferrule side is approximately 20 times the flow circulating inside the bundle: the flow required which results is incompatible with the available currents whose flows are either fixed by the process (liquid DCE to be preheated), or subjected to other constraints (coolant). 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);
- 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.- in the case of the use of the exchanger as a DCE vaporizer according to EP-A-264 065, (natural) circulation through the exchanger is ensured by the charging tank; however, said charging tank only increases the volume of the assembly to give a residence time on the DCE side of the order of 50 minutes. This high residence time causes more or less significant thermal degradation depending on the operating temperature on the DCE side (between 150 and 250 ° C. depending on the operating pressure) and requires a significant purging rate to maintain the content of degraded products at an acceptable level. In US-A-4,324,932, it is proposed to recover calories from the gaseous effluent from cracking, while minimizing the formation of coke. The heat exchangers in issue are not specifically described. Mention is made of plates heat exchangers and tube exchangers with a single tube. Within them, it is planned to partially condense the gaseous effluent. It is in fact taught, in said patent US-A-4,324,932, to implement rapid cooling, of at least 1/10 th of the inlet temperature of the effluent in question, expressed in degrees Celsius, by second. Said rapid cooling can be implemented directly and / or indirectly, with a liquid and / or gaseous refrigerant. It is advantageously implemented in several stages, in particular directly and indirectly. The speed - rapid - of said cooling is recommended to minimize the formation of 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 :In patent US-A-5,728,906, heat exchange is implemented, as in GB-A-2,179,938 and DE-A-197 27,659, between the preheating and cracking zones of the oven cracking. The calories given off by the cracking effluent allow the charge to be vaporized, at least in part. The heat exchange is implemented in a double tube type exchanger. A single variant is possible. In fact, within said double tube exchanger, one can fear fouling in each of the two tubes. In such a context of VCM production by DCE cracking, the Applicant proposes an original process - more efficient and easier to implement than those mentioned above - to recover calories from the gaseous effluent from cracking . According to its first object, the invention therefore relates to a process for producing VCM by thermal cracking of DCE, implemented with recovery of calories from the gaseous effluent resulting from cracking. Typically, in the context of said process:
- 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- 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. One can in particular have two transfer lines in the context of the "low pressure" process where the ovens used generally contain two cracking beams, said two beams can be connected to a single transfer line but generally each of said two beams is connected independently to a transfer line. conceives that one can thus have, in absolute terms, n transfer lines each connected to a cracking beam of the n beams that the cracking oven contains) without consequent reduction in its mass speed; and
- 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 :- 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. It has been found, unexpectedly, that the installation of a simple jacket, around the transfer line (s), at the outlet of the cracking oven (generally between said outlet of the cracking oven and the injection / sprinkler cooling system (quench)), makes it possible to constitute one (or more) exchanger (s) of the "double tube" type, the characteristics of which are suitable for the use of a liquid refrigerant; particularly efficient exchanger (s) insofar as:
- 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.- the problems of fouling, by deposit of particles, are minimized in its (their) breast: a) indeed, we are dealing with a single line (s) of transfer, which does not contain any disturbing elements, such as bifurcations, and with a simple lining around that (s) )-this ; b) the gaseous effluent is maintained in the gaseous state. We aim to avoid any condensation of it, to maintain it at a temperature higher than its dew point temperature. To do this, 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. Advantageously, 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 ). Advantageously, as indicated, said mass speed is kept (substantially) constant; d) the refrigerant being maintained in the liquid state, no coke is formed therein.
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 ;In the context of the process of the invention, 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;
- 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.- the implementation of cooling is perfectly controlled with the intervention of a liquid refrigerant, maintained in the liquid state. 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). Advantageously, 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.
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 :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. We can already specify here, with reference to the device aspect of the invention, that:
- 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 ;- cracked 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;
- 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.- refrigerant side, 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.
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.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.
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,The recovery of calories, implemented according to the invention in a very simple way by means of a very simple device, 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,
- la charge de DCE liquide,- the load of liquid DCE,
- un fluide caloporteur, par exemple de l'eau pressurisée ou un fluide commercial (huile minérale, huile synthétique, ...). On peut, en fait, mettre en oeuvre :- a heat transfer fluid, for example pressurized water or a commercial fluid (mineral oil, synthetic oil, etc.). We can, in fact, implement:
- 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") ;- recovery / recovery of calories, "indirect", through a heat transfer fluid (see above). (The operating temperatures of the various heat consumers in a VCM production unit (liquid DCE preheater, reboilers in the distillation section, charge DCE evaporator) range from 100 to 210 ° C for a "low pressure" unit. "and 100 to 260 ° C for a" high pressure "unit. The use of a commercial heat transfer fluid that can operate at low pressure (0 - 2 bar) and at temperatures from 150 to 350 ° C is suitable for cooling the cracked gas and then allows the absorbed heat to be transferred to users operating in a temperature range from 100 to 260 ° C, thus covering both "low pressure" and "high pressure" processes);
- 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)).- recovery / recovery of calories, "direct", through a process fluid (fluid from the VCM production process (the load of liquid DCE, for example) or fluid from another process, works nearby, (boiler feed water, for example)).
Dans le cadre du procédé de l'invention, on met avantageusement en œuvre une récupération indirecte (via un liquide caloporteur) des calories.Within the framework of the process of the invention, an indirect recovery (via a heat-transfer liquid) of the calories is advantageously implemented.
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.As already indicated, care is taken to ensure that the minimum temperature of the refrigerant is above the dew point temperature of the cracked gas; in order to avoid the concentration of solid particles, possibly present, in the (small) amount of condensed liquid.
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 ;We now propose to describe, in general terms, the second object of the present invention, namely - the device associated with its first object - a VCM production unit by DCE cracking. Such a unit comprises: - means for conditioning the pressure and temperature of the liquid DCE feedstock;
- 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 ;- a cracking oven of said conditioned DCE; said oven containing at least one cracking beam; - Means for washing, cooling and condensing the gaseous effluent from said cracking oven; said conditioning means and said oven, on the one hand, said oven and said means for washing, cooling and condensing, on the other hand, being interconnected by suitable lines for transferring the treated charge;
- ainsi que des moyens pour récupérer des calories sur l'effluent gazeux issu dudit four de cracking.- as well as means for recovering calories from the gaseous effluent from said cracking oven.
De façon caractéristique, au sein d'une telle unité :Typically, within such a unit:
- 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- 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
- 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.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.
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.The conditions required on the passage section (s) of the jacketed transfer line (s) involved are obviously with reference to the problem of maintaining the mass speed of the gaseous effluent, to minimize the deposition of fouling particles. Advantageously, each lined transfer line (inner tube) has fins (longitudinal) on the outside, in order to improve the heat transfer on the refrigerant side.
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.We have seen above that the jacketed length of said transfer line can be made in one or more segments, arranged in various ways. Advantageously, 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. In the context of this advantageous variant, 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.
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.The intervention of an oven or any other equivalent means of heat supply makes it possible to increase the capacity of the circuit beyond the quantity of heat recovered in the process and possibly cover all of the heat requirements of the 'VCM production unit. It is also useful to facilitate / speed up start-up operations.
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.The intervention of an (aero) refrigerant or any other equivalent means of heat extraction increases the flexibility of the system during the starting, stopping and decoking operations. It is incidentally noted here that the calories recovered according to the invention can also quite be distributed, by means of an adequate circuit, in another unit.
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.It is also noted incidentally here that the invention has been described above and is claimed below, in the hypotheses of the intervention of a single or several transfer lines, implemented on said single transfer line or on at least one of said several transfer lines. For an optimized recovery of calories, it is obviously implemented on each of said several transfer lines. This corresponds to the most logical variant, the most advantageous, when at least two transfer lines are involved.
On se propose maintenant de décrire l'invention, sous ses deux aspects de procédé et de dispositif, en référence aux figures annexées.We now propose to describe the invention, under its two aspects of process and device, with reference to the appended figures.
Lesdites figures sont des schémas.Said figures are diagrams.
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.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.
La figure 4 illustre de manière générale l'invention. Les figures 5, 6 et 7 illustrent des modes de réalisation particuliers de l'invention :FIG. 4 generally illustrates the invention. Figures 5, 6 and 7 illustrate particular embodiments of the 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),- Figure 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),
- 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).- Figure 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).
Lesdites figures 5, 6 et 7 sont commentées, respectivement, dans le texte des exemples 1, 2 et 3 ci-après.Said Figures 5, 6 and 7 are commented, respectively, in the text of Examples 1, 2 and 3 below.
Sur toutes les figures annexées, figures 1 à 7, on retrouve la même logique au niveau des références.In all the appended figures, FIGS. 1 to 7, the same logic is found at the level of the references.
En référence aux figures 3A à 3D et à la figure 4, on peut préciser ce qui suit.With reference to FIGS. 3A to 3D and to FIG. 4, the following can be specified.
. 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 :. Figure 3A schematically shows the basic apparatus which can typically be used in the context of the present invention. Around the transfer line of the gaseous effluent from cracking - transfer line in a single straight segment - a jacket 1a (in a single straight segment) has been arranged. In the variant shown, 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. In FIGS. 3A and 3B, the reference 20 represents expansion compensators. On, respectively, FIGS. 3B and 3C, the jacketed length is in several segments:
- reliés par des sections droites (chemise 11b) ; - reliées par des coudes (chemise 1 le).- connected by straight sections (folder 11b); - connected by elbows (1 le shirt).
Sur la figure 3D, on a représenté un échangeur en 8 segments (chemise 1 ld), qui offre deux passes au réfrigérant L.In Figure 3D, there is shown an exchanger in 8 segments (1 ld jacket), which offers two passes to the refrigerant 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.. 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 .
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).The different "producers" and "consumers" are connected in series according to their respective operating temperatures but other configurations are possible. We find in said FIG. 4 (as well as in FIGS. 5 to 7) the references of the type ni, with n identifying one of the steps 1 to 7, as specified in the introduction to the present text, and i one of its variants of implementation in such or such device (i = a, b or c, generally).
On y trouve, en sus, des étapes ou moyens caractéristiques de l'invention, à savoir, en :There are, in addition, stages or means characteristic of the invention, namely, by:
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 circulation1 1. heating of the heat transfer fluid in one or more of the following devices a. exchanger on transfer line 11 '. bundle in the convection zone of the cracking furnace 12. cooling of the heat transfer fluid to its initial temperature by transferring its heat in one or more of the following devices a. a reboiler used to vaporize part or all of the load DCE b. a load DCE preheater c. one or more reboilers in the distillation section d. one or more exchangers heating other fluids (boiler feed water, heating water, etc.) depending on their presence near the VCM production unit 13. the circuit is completed by a. an expansion tank b. a circulation pump
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.14. and advantageously comprises a. an independent oven allowing heat to be supplied in the event of a deficit b. an (aero) refrigerant to dissipate excess heat.
Les moyens 12d ci-dessus (soulignés) ne sont pas représentés sur la figure 4.The means 12d above (underlined) are not shown in FIG. 4.
On en vient maintenant à la description de trois exemples de mise en oeuvre de l'invention.We now come to the description of three examples of implementation of the invention.
Exemple 1. Figure 5 : Procédé basse pression - Fluide caloporteur comme réfrigérant - Circuit caloporteur greffé sur une unité existante, selon la figure 1.Example 1. Figure 5: Low pressure process - Heat transfer fluid as refrigerant - Heat transfer circuit grafted onto an existing unit, according to 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 :The original unit (of Figure 5) is identical to that shown in Figure 1. It includes, as already indicated with reference to said Figure 1, the following equipment:
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'eau2. Preheating of the liquid DCE b. exchanger heated by an intermediate current in the cooling section 3. spraying of the DCE b. vaporization column with reboiler 3b 'thermosiphon type supplied with steam
4. surchauffe du DCE vaporisé a. faisceau dans la zone de récupération de chaleur sur fumées du four de cracking4. overheating of the sprayed DCE a. beam in the heat recovery zone on smoke from the cracking oven
5. conversion partielle du DCE a. deux faisceaux tubulaires (Di = 154 mm) placés dans la zone de chauffage direct ("radiation") du four de cracking5. partial conversion of the DCE a. two tubular bundles (Di = 154 mm) placed in the direct heating zone ("radiation") of the cracking oven
6. refroidissement et lavage du gaz craqué c. T de mélange 6a combiné avec une colonne d'arrosage 6b6. cooling and washing of cracked gas c. T of mixture 6a combined with a watering column 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 :7. cooling of the washed gas a. exchanger supplied with process current (see 2b) b. water cooler. The main operating parameters are indicated below:
débits DCE de charge 35 660 kg/h purge DCE colonne de vaporisation 825DCE load flow rates 35 660 kg / h DCE purge spray column 825
VCM produit 12 550 température DCE entrée préchauffeur 30 °CVCM produces 12,550 temperature DCE preheater inlet 30 ° C
DCE sortie préchauffeur 110DCE preheater output 110
DCE sortie colonne vaporisation 195 gaz craqué sortie four 485 gaz craqué entrée T de quench 485 pression sortie four 10 bar effDCE vaporization column outlet 195 cracked gas oven outlet 485 cracked gas T quench inlet 485 oven outlet pressure 10 bar eff
consommation vapeur :steam consumption:
- rebouilleur vaporisation DCE 7240 kg/h temps de séjour DCE :- DCE 7240 kg / h reboiling reboiler DCE residence time:
- le temps de séjour (calculé) du DCE liquide dans le système de vaporisation (colonne + rebouilleur + tuyauterie de liaison) est de 10 minutes.- the residence time (calculated) of the liquid DCE in the vaporization system (column + reboiler + connecting piping) is 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 transfertSaid original unit (according to Figure 1) has been modified, as shown in Figure 5, to incorporate a simple heat transfer circuit, comprising: 1 lb. an exchanger on a transfer line
12a. un rebouilleur servant à vaporiser une partie du DCE de charge 13 a. un ballon d'expansion 13b. une pompe de circulation.12a. a reboiler used to vaporize part of the load DCE 13 a. an expansion tank 13b. a circulation pump.
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 supplémentaireThe 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
12a, diminuant ainsi la chaleur échangée dans le (le duty du) rebouilleur 3b' alimenté en vapeur.12a, thereby reducing the heat exchanged in the (the duty of) reboiler 3b 'supplied with steam.
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 ;The heat exchanger on the transfer line is obtained by installing a jacket (Di = 255 mm), around the transfer line (D ext = 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.Dj nt = 202 mm), in several segments over a total length of 70 m. The annular space is supplied (in two passes) with 148,000 kg / h of heat transfer fluid of the "synthetic oil" type at a temperature of 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',The regulation of the system remains simple and flexible: - the flow DCE vaporized towards the cracking furnace is regulated by the addition of steam to the existing reboiler 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 :- the temperatures of the heat transfer circuit are maintained by a bypass on the additional reboiler 12a. For production conditions (charge rate, conversion) identical to those of origin, we observe:
- une diminution de la température du gaz craqué de 185°C à travers l'échangeur 1 lb sur ligne de transfert ;- a decrease in the temperature of the cracked gas by 185 ° C through the 1 lb exchanger on the transfer line;
- une augmentation de la température du fluide caloporteur de 22°C à travers ce même échangeur 11b ;- An increase in the temperature of the heat transfer fluid of 22 ° C through this same exchanger 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 ;- a reduction in steam consumption by the original reboiler 3b 'from 7240 to 3195 kg / h, ie a reduction of 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.- a residence time (calculated) of the liquid DCE in the vaporization system slightly increasing (12 minutes compared to 10 minutes at the origin) due to the volume of the additional reboiler 12a and its connecting piping. For all practical purposes, it can be specified here: - that 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.
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.Example 2. Figure 6: 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.
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 825The original unit (in Figure 6) is identical to that shown in Figure 1. It operates as described above. The main operating parameters are indicated below: load DCE flow rates 35660 kg / h purge DCE spray column 825
VCM produit 12550 température DCE entrée préchauffeur 30 °CVCM produces 12550 temperature DCE preheater inlet 30 ° C
DCE sortie préchauffeur 110DCE preheater output 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 :DCE vaporization column outlet 195 cracked gas oven outlet 485 cracked gas T quench inlet 485 oven outlet pressure 10 bar e steam consumption:
- rebouilleur vaporisation DCE 7240 kg/h temps de séjour DCE :- DCE 7240 kg / h reboiling reboiler DCE residence time:
- le temps de séjour (calculé) du DCE liquide dans le système de vaporisation (colonne + rebouilleur + tuyauterie de liaison) est de 10 minutes.- the residence time (calculated) of the liquid DCE in the vaporization system (column + reboiler + connecting piping) is 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 :Said original unit (according to FIG. 1) has been modified, as shown in FIG. 6, by the addition of a heating circuit of liquid DCE, comprising:
1 lb. un échangeur sur ligne de transfert 15a. une pompe de circulation de DCE.1 lb. an exchanger on transfer line 15a. a DCE circulation pump.
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.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.
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 :The heat exchanger 1 1b on the transfer line is obtained by installing a jacket (Di = 255 mm) around the transfer line (D ext = 219 mm; Dj m = 202 mm) in several segments over a length total of 70 m. 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:
- le débit de DCE vaporisé vers le four de cracking est réglé par l'appoint de vapeur d'eau vers le rebouilleur existant 3b',- the flow of DCE vaporized towards the cracking furnace is regulated by the addition of water vapor to the existing reboiler 3b ',
- le débit de DCE recyclé reste fixe et sa température ne nécessite aucune régulation.- the flow of recycled DCE remains fixed and its temperature does not require any regulation.
Pour des conditions de production (débit de charge, conversion) identiques à celles d'origine, on observe :For production conditions (charge rate, conversion) identical to those of origin, we 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),- a decrease in the temperature of the cracked gas by 185 ° C through the 1 lb exchanger on the transfer line, - an increase in the temperature of the DCE by 37 ° C through this same exchanger 11b; after expansion at the inlet of column 3b, the temperature drops to 195 ° C under the effect of the vaporization of part of the WFD (approximately 10% - calculated value),
- 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,- a reduction in steam consumption by the original reboiler 3b 'from 7240 to 3195 kg / h, i.e. a reduction of 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.- a residence time (calculated) of the liquid DCE in the vaporization system slightly increasing (12 minutes compared to 10 minutes originally) due to the volume of the exchanger 11b on the transfer line and the connecting piping.
Exemple 3. Figure 7 : Procédé haute pression - Fluide caloporteur comme réfrigérant - Circuit caloporteur dans une nouvelle unité.Example 3. Figure 7: High pressure process - Heat transfer fluid as refrigerant - Heat transfer circuit in a new unit.
La nouvelle unité est représentée sur la figure 7 et comporte, côtéThe new unit is shown in Figure 7 and has, side
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 crackingDCE, the following equipment: 2. preheating of the liquid DCE a. exchanger supplied with low pressure water vapor 3. spraying of DCE b. vaporization column with reboiler type thermosiphon supplied with heat transfer fluid 4. overheating of the vaporized DCE a. beam in the heat recovery zone on smoke from the cracking oven 5. partial conversion of the DCE a. a tube bundle (Di = 162 mm) placed in the direct heating ("radiation") area of the cracking oven
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 eau1 on. an exchanger on a transfer line 6. cooling and washing of the cracked gas c. T of mixture 6a combined with a watering column 6b 7. cooling of the washed gas b. water cooler
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 chaleurThe 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
13a. un ballon d'expansion 13b. une pompe de circulation.13a. an expansion tank 13b. a circulation pump.
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 °CThe 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 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 :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:
- le temps de séjour (calculé) du DCE liquide dans le système de vaporisation (colonne + rebouilleur + tuyauterie de liaison) est de 10 minutes.- the residence time (calculated) of the liquid DCE in the vaporization system (column + reboiler + connecting piping) is 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'àThe 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
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.335 ° C in the convection of the 11 'oven. The heat absorbed by the fluid is then used to vaporize all of the feed DCE in the reboiler 12a of the vaporization column 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.The heat exchanger l ie on transfer line is obtained by installing a jacket (Di = 255 mm) around the transfer line (D ext = 194 mm; D ιnt = 162 mm) in several segments over a length total of 100 m. 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.
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)).For all practical purposes, it can be specified here that 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)).
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.In normal operation, 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.
Par rapport à une unité "classique" fonctionnant à haute pression (unité telle que schématisée sur la figure 2), on constate les avantages suivants :Compared to a "conventional" unit operating at high pressure (unit as shown diagrammatically in FIG. 2), the following advantages are noted:
- 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,- The use of a heat transfer circuit allows the use of a vaporization column 3b with reboiler 12a; degradation products (especially solids) can be purged from the system instead of passing through all of the beams in convection and radiation as in the conventional system. The reduction in fouling allows a longer operating time and a higher cracking rate,
- le gain énergétique (consommation de combustible) par rapport à une unité classique d'une même capacité de production de VCM est d'environ- the energy gain (fuel consumption) compared to a conventional unit with the same VCM production capacity is around
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).4650 therms / h. The gain directly attributable to the installation of the heat exchanger on the transfer line is 2300 therm / h (calculated on the basis of the use of the auxiliary oven instead of the heat exchanger), the rest comes from the installation of the heat transfer circuit (higher cracking rate, better use of the heat available in the convection zone).
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.
In order not to burden the claims below, the devices which exist according to different variants i have been referenced by the single reference n, in place of the different m.