FR1416510A - Perfectionnements aux appareils et à la méthode pour le craquage d'hydrocarbures - Google Patents

Description

Perfectionnements aux appareils et à la méthode pour le craquage d'hydrocarbures.
La présente invention a trait à un appareil pour le craquage thermique d'hydrocarbures normalement liquides et normalement gazeux dans des fours tubulaires, et à une méthode de craquage thermique de ces hydrocarbures pour laquelle convient l'appareil.
L'emploi de fours tubulaires de craquage pour la production d'hydrogène, d'oléfines et autres produits gazeux et liquides intéressants à partir d'hydrocarbures normalement gazeux aussi bien que normalement liquides en présence de vapeur d'eau est bien connu. Par exemple, le brevet U.S.
n[deg] 2.914.386 du 20 décembre 1954 expose un four de réaction tubulaire chauffé en plusieurs points espacés pour donner un contrôle souple et élevé de la température des fluides en réaction et une durée prolongée du tube; le brevet U.S. n[deg] 2.525.276 du 22 août 1946 expose un procédé pour le craquage d'huiles hydrocarbonées avec un minimum de dépôt de carbone pour la production importante d'oléfines et qui comprend des moyens d'injection pour les matières premières hydrocarbonées aussi bien normalement gazeuses que normalement liquides; et le brevet U.S. n[deg] 2.904.502 du 19 février 1954 expose un procédé de conversion d'hydrocarbures pour obtenir une capacité élevée dans un four tubulaire avec un rendement élevé en produits liquides.
Selon l'invention, un appareil perfectionné pour le craquage thermique d'hydrocarbures normalement liquides et normalement gazeux dans un four tubulaire de craquage est caractérisé en ce qu'une série d'échangeurs thermiques est placée dans le carneau du four et qu'on fait passer à travers lesdits échangeurs l'hydrocarbure et la vapeur d'eau pour obtenir un mélange vaporisé et surchauffé, et qu'un noyau est agencé à l'intérieur de chaque tube de craquage du four pour former une couronne de craquage entre ce noyau et la paroi du tube, couronne à travers laquelle on fait passer le mélange vaporisé et surchauffé.
Le procédé amélioré pour un tel craquage thermique selon l'invention est caractérisé en ce qu'un mélange de vapeur d'eau et de l'hydrocarbure est vaporisé par échange thermique avec les gaz de carneau provenant du four, surchauffé jusqu'à une température allant d'environ 426,6 à environ 648,8 [deg]C par échange thermique avec les gaz de carneau, et envoyé ensuite à travers une zone de craquage allongée verticale de section annulaire.
Des mises en u̇vre préférées de l'invention ont été choisies aux fins d'illustration et de description de fonctionnement d'installation et sont montrées dans les dessins joints, dans lesquels des symboles de référence indiquent les parties semblables partout. Dans ces dessins : Figure 1 est un tableau schématique de succession des opérations illustrant le procédé et l'appareil pour le craquage d'un hydrocarbure léger tel que le naphte; Figure 2 est un tableau schématique de succession des opérations illustrant le procédé et l'appareil pour le craquage d'un hydrocarbure lourd tel que le pétrole brut, qui peut contenir des constituants indésirables à haut point d'ébullition.
Dans l'opération décrite ci-après pour le craquage de naphte, les conditions suivantes sont caractéristiques :
Alimentation en naphte : 7 718 kg/heure à 1,11 [deg]C ou température supérieure; Alimentation en vapeur primaire au vaporiseur de naphte : 6 810 à 7 718 kg/heure à 182,2 [deg]C; Alimentation en vapeur au noyau (facultative) : 0 à 908 kg/heure à 648,8 - 815,5 [deg]C; Alimentation en eau de la chaudière : 11440,8 kg/heure à 104,4 [deg]C; Vapeur engendrée par le procédé : 10 850,6 kg/ heure à 216,6 [deg]C; Evacuation de la chaudière : 590,2 kg d'eau/ heure.
10 tubes du four : Tubes de réaction alliage Incoloy 800, 203,20 mm de diamètre intérieur, épaisseur de paroi 6,35 mm et 13,71 m de long à l'intérieur de la section radiante du foyer.
Tube du noyau en alliage Incoloy 800, 165,1 mm de diamètre extérieur, épaisseur de paroi 6,35 mm et 14,32m de long. Couronne de 19,05 mm de large dans la zone de craquage.
Brûleurs, en rangées à des hauteurs diverses le long du côté du four, la plupart de ces brûleurs brûlant du gaz combustible mais certains étant chauffés, suivant les besoins, au mazout.
En référence particulière maintenant. à la figure 1, le naphte est envoyé par une canalisation 1 dans et à travers une pompe 2 d'où il est envoyé par une canalisation à soupape 3 dans un préchauffeur de naphte 4. Ce préchauffeur 4 est un premier échangeur thermique placé dans un carneau allongé 5 et à travers lequel du gaz de carneau passe à une température d'entrée d'environ 298,8 [deg]C et à une température de sortie d'environ 232,2 [deg]C. Le gaz de carneau émanant du côté sortie du préchauffeur 4 est envoyé, par l'intermédiaire d'un ventilateur aspirant, à une cheminée de l'usine (non représentée) par une conduite de sortie 6. Le naphte préchauffé quitte le préchauffeur 4 à une température d'environ 160 [deg]C par une canalisation 7 et est envoyé dans un vaporisateur de naphte 8.La vapeur primaire est envoyée par une canalisation 9 dans une canalisation à soupape 10 et dans ce vaporiseur de naphte 8. Celui-ci est un deuxième échangeur de température disposé dans le carneau allongé 5 et à travers lequel du gaz de carneau passe à une température d'entrée d'environ 382, 2 [deg]C, et dont l'extrémité de sortie est en communication directe avec le préchauffeur 4 et a donc à peu près la température d'entrée de celui-ci. Le naphte est mélangé à fond avec la vapeur d'eau et vaporisé par le fait de son passage à travers le vaporiseur 8, et le mélange est envoyé de ce vaporiseur, par l'intermédiaire de la canalisation 11 et à une température d'environ 204,4 [deg]C, dans un surchauffeur pour naphte-vapeur d'eau 12.Ce surchauffeur 12 est un troisième échangeur thermique disposé dans le carneau allongé 5 et à travers lequel du gaz de carneau passe à une température d'entrée d'environ 1204,4 [deg]C et à une température de sortie d'environ 915,5 [deg]C. Le mélange surchauffé naphte-vapeur d'eau est envoyé du surchauffeur 12 par l'intermédiaire de la canalisation 13 et à une température d'environ 593,3 [deg]C et une pression d'environ 5,954 kg/cm , dans les multiples tubes de réaction représentés par 14 et qui sont suspendus dans le four 15, lequel a plusieurs brûleurs 16 placés à diverses hauteurs le long de ses parois latérales. Le noyau 17 est disposé concentriquement à l'intérieur des tubes de réaction 14 qui s'étendent sur toute la hauteur du four.De même ce noyau s'étend pratiquement sur la longueur du tube de réaction, délimitant ainsi une couronne de préchauffage final et de réaction ou zone de craquage 18 qui s'étend pratiquement sur toute la hauteur du four.
Intercalés entre le vaporiseur de naphte 8 et le surchauffeur de naphte-vapeur d'eau 12 se trouvent un réchauffeur 19 et une chaudière 20, ce réchauffeur et cette chaudière étant tous deux disposés dans le carneau allongé 5 au-dessus du vaporiseur et au-dessous du surchauffeur. L'eau d'alimentation de la chaudière est envoyée par une canalisation 21 dans et à travers une pompe 22 d'où elle passe par une canalisation à soupape 23 dans le réchauffeur 19. Ce réchauffeur 19 est un quatrième échangeur thermique à travers lequel du gaz de carneau passe à une température d'entrée d'environ 482,2 [deg]C et dont l'extrémité de sortie est en communication directe avec le vaporiseur 8 et approche donc de la température d'entrée de celui-ci.L'eau d'alimentation chauffée est envoyée du réchauffeur 19, par la canalisation 24 et à une température d'environ 193,3 [deg]C, dans la chaudière 20. La chaudière 20 est un cinquième échangeur thermique et la température du gaz de carneau la traversant correspond aux conditions de sortie du surchauffeur 12 et aux conditions d'entrée du réchauffeur 19 puisque ladite chaudière est intercalée entre ces appareils en communication directe avec eux.La vapeur d'eau et l'eau non vaporisée provenant de la chaudière 20 sont envoyées, par l'intermédiaire d'une canalisation 25 et à une température d'environ 218,3 [deg]C, dans un collecteur de vapeur 26, procurant ainsi de la vapeur de procédé en excès pour une autre opération de l'usine comme désiré, ainsi qu'un moyen important pour réduire sensiblement la température des gaz de carneau jusqu'à un intervalle optimum avant qu'ils pénètrent dans le vaporiseur 8. L'eau non vaporisée du collecteur de vapeur est renvoyée à travers la chaudière 20 par une canalisation 26a et une pompe 26b.La vapeur d'eau du noyau est envoyée depuis la canalisation 9 par une canalisation 27 dans la partie supérieure du surchauffeur 12 d'où elle est envoyée, par l'intermédiaire d'une canalisation 28 et à une température d'environ 704,4 [deg]C, dans la partie inférieure du noyau 17 qui est pourvu d'une ouverture en haut pour permettre la sortie de la vapeur du noyau.
Le four 15 fonctionne avec la gamme approximative suivante de conditions pour le craquage de naphte :
Températures -extérieures des tubes réaction : 887,7 [deg]C à 1065,5 [deg]C; Températures des parois réfractaires : 1 093,3 [deg]C à 1232,2 [deg]C; Températures des noyaux : 721,1 [deg]C à 893,3 [deg]C; Températures des réactants quittant le tube de craquage : 787,7 [deg]C à 815,5 [deg]C; Pression des vapeurs craquées quittant le tube de craquage : 1,736 à 2,0876 kg/cm ; Dilution vapeur d'eau : 1 kg/kg de naphte.
Les produits craqués émanant des tubes de réaction 14 du four 15 passent par des conduits de sortie 29 et sont ensuite envoyés dans un réservoir de trempe ou un système approprié de récupération de chaleur (non illustrés) comme l'on veut. Les propriétés de la matière première et les produits de l'opération de craquage pour le traitement du naphte sont les suivants :

Il est reconnu, en référence à ce qui précède, que le craquage d'un hydrocarbure tel que le naphte léger pose normalement le minimum de problèmes en ce qui concerne le carbone et la formation de goudron dans un tube de craquage et dans ces canalisations d'alimentation et d'évacuation et accessoires, et présente des problèmes minimes ou nuls dus à la corrosion par H2S. On se rendra toutefois compte qu'un important objectif de la présente invention est de conserver les caractéristiques avantageuses de traitement connues de la technique et d'apporter en même temps des améliorations qui augmentent la capacité du four, de réduire au minimum le prix de revient du four par unité de capacité de production, et d'obtenir un four à grande efficacité thermique sans engendrer une quantité exagérée de vapeur d'eau en excès.A cet égard, le naphte est préchauffé et distillé à basse température et conjointement à une partie ou à la totalité de la vapeur d'eau de dilution, il est fortement préchauffé par échange thermique avec les gaz de carneau chauds s'écoulant de la section radiante du four. La température du mélange vapeur d'eaunaphte est donc, à une valeur thermique élevée, comprise dans l'intervalle allant d'environ 426,6 à 648,8 [deg]C, et de préférence d'environ 482,2 à 593,3 [deg]C, lorsqu'il pénètre dans les tubes de craquage.En outre, la zone finale de chauffage et de craquage s'étend pratiquement sur toute la hauteur du four : tout cela contribue à une efficacité thermique améliorée, à des investissements revenant moins cher pour une capacité donnée de four, et à un fonctionnement avec un minimum de perte de temps productif pour les opérations périodiques de désencrassage, ce pour une large gamme d'hydrocarbures de départ.
En référence plus spéciale maintenant à la figure 2, la méthode de craquage d'un hydrocarbure de départ lourd qui contient des constituants indésirables à haut point d'ébullition, par exemple du pétrole brut, va être décrite avec le four, la quantité d'hydrocarbure fournie à ce four, et les agencements de chauffage et de carneau restant à peu près les mêmes que ceux décrits pour la figure 1.
Le pétrole brut est envoyé par une canalisation 30 dans et à travers une pompe 31 d'où il est envoyé par une canalisation à soupape 32 dans un vaporiseur de pétrole brut 33. Une partie de la vapeur d'eau de dilution est ajoutée au pétrole en un point intermédiaire de ce vaporiseur. Le vaporiseur 33 est un premier échangeur thermique placé dans le carneau allongé 5 et du gaz de carneau le traverse. Le gaz de carneau émanant du côté sortie du vaporisateur 33 est envoyé à travers le conduit de sortie 6 par ventilation aspirante jusqu'à d'autres appareils de récupération de chaleur (non représentés) tels qu'un préchauffeur d'air de combustion, ou directement à la cheminée de l'usine (non représentée).Le pétrole brut totalement ou partiellement vaporisé est envoyé du vaporiseur 33 à une température allant d'environ 343,3 à 398,8 [deg]C à travers une canalisation 34 et passe dans une colonne ou appareil de rectification 35 en un point situé audessus de sa section d'épuration primaire 36. De la vapeur d'eau est envoyée par une canalisation 37 dans un préchauffeur de vapeur d'eau 38. Ce préchauffeur 38 est un deuxième échangeur thermique placé dans le carneau allongé 5 et du gaz de carneau le traverse. Une portion de la vapeur d'eau préchauffée est envoyée du préchauffeur 38, à une température allant d'environ 398,8 à 593,3 [deg]C, par une canalisation 39 et passe dans la colonne de rectification 35 en un point situé au-dessus de sa section de préchauffage des queues 40.L'autre portion de la vapeur d'eau préchauffée passe du préchauffeur 38, à la température d'environ 398,8 à 593,3 [deg]C, à une canalisation à soupape 41 et est envoyée dans un réchauffeur à haute température 42. Ce réchauffeur 42 est un troisième échangeur thermique placé dans le carneau allongé 5 en juxtaposition avec le four, et le gaz de carneau très chaud venant du four le traverse directement. La vapeur d'eau fortement chauffée passe du réchauffeur 42, à une température allant d'environ 537,7 à 815,55 [deg]C, par une canalisation 43 et est envoyée dans la colonne de rectification 35 en un point situé au-dessous de la section d'épuration secondaire 44.Un moyen d'imbibition, par exemple un tambour d'imbibition 45 et/ou des serpentins d'imbibition (non représentés), est placé entre la section de préchauffage des queues 40 et la section d'épuration secondaire 44. Ces appareils sont munis de moyens de chauffage supplémentaires (non représentés) quand cela est nécessaire. Une canalisation à soupape 46 fait passer les produits liquides de ce tambour d'imbibition 45 dans la section d'épuration secondaire 44, produits dont la combinaison donne un craquage en phase liquide avec les produits gazeux de tête fortement chauffés passant par une canalisation 47 au-dessous de la section de préchauffage des queues 40. Une section de rectification sélective 48 suivie d'un condenseur 49 fonctionnant avec reflux du liquide est placée au sommet de la colonne de rectification 35.Les produits en provenance du sommet de la colonne 35 sont envoyés par une canalisation 50 dans un surchauffeur pour pétrole-vapeur d'eau 51. Ce surchauffeur 51 est un quatrième échangeur thermique disposé dans le carneau allongé 5 entre le réchauffeur à haute température 42 et le préchauffeur de vapeur d'eau 38 et, comme les autres réchauffeurs, les gaz de carneau le traversent. Le mélange surchauffé et vaporisé de pétrole et de vapeur d'eau, pratiquement débarrassé de produits nocifs, est envoyé du surchauffeur 51, à une température d'environ 426,6 à 593,3 [deg]C, par une canalisation 52 dans un certain nombre de tubes de réaction représentés par 14. Comme décrit précédemment, la portion de la vapeur d'eau de dilution qui est ajoutée au pétrole en un point intermédiaire du vaporiseur 33 y est introduite par une canalisation à soupape 53.Dans tous les cas les queues lourdes sont finalement retirées de la colonne de rectification 35 par une canalisation 54 et envoyées à la récupération des résidus (non représentée).
Du fait que le procédé de craquage du pétrole et le travail dans le four sont analogues au procédé de craquage du naphte, ils ne seront pas décrits plus avant. Qu'il suffise de dire que si l'on veut de la vapeur d'eau pour le noyau pour traiter le pétrole on peut l'obtenir par la méthode précédemment décrite, c'est-à-dire par exemple en utilisant une section appropriée du réchauffeur 42. De même si l'on désire la génération de vapeur d'eau de traitement dans le traitement du pétrole, on peut l'engendrer de la même manière que celle employée dans le procédé de craquage du naphte, étant entendu naturellement que les conditions requises de chaleur pour la conversion et le fractionnement du pétrole brut en une alimentation en phase vapeur appropriée doivent d'abord être essentiellement assurées.Les conditions de craquage, les propriétés de la matière première ,et les rendements pour le traitement du pétrole brut sont les suivants :
Conditions de craquage. - Dilution de vapeur d'eau : 1,8 kg/kg de pétrole brut; pression de sortie des tubes de craquage 1,2439 kg/cm ; température des gaz craqués sortant des tubes de craquage : 793,3 [deg]C.
(Voir le tableau page 5) En se référant à ce qui précède, on se rendra compte que lorsqu'on craque les pétroles bruts entiers qui ont des quantités importantes de constituants aromatiques à haut point d'ébullition tels que l'asphalte et les asphaltines, la formation de goudron et de carbone peut être un problème. Dans certains cas, du carbone se dépose dans le tube de craquage lui-même, et dans maints cas la condensation de goudrons à haute température d'ébullition dans les canalisations et le matériel au-delà du tube de craquage crée des problèmes.C'est particulière-

ment le cas si l'on extrait de la chaleur des vapeurs contenant les gaz craqués soit dans des conditions contrôlées pour le rendement ou pour un traitement ultérieur, soit dans des conditions incontrôlées comme par exemple celles imposées par de graves variations climatiques. En outre, des pétroles bruts d'alimentation qui contiennent une quantité relativement grande de soufre peuvent offrir de graves problèmes de corrosion à l'intérieur du tube de craquage ou dans les canalisations et le matériel accessoire à l'extrémité d'alimentation ou d'évacuation du tube de craquage. La combinaison de l'utilisation de chaleur des gaz de carneau pour faire fonctionner la colonne de rectification et le passage de produits hautement vaporisés et rectifiés de celle-ci dans le tube de craquage simplifie efficacement ces problèmes.
Il est évident, d'après les mises en u̇vre cidessus, qu'il y a plusieurs facteurs qui influeront sur les conditions du fonctionnement le plus satisfaisant de l'invention. On se rendra facilement compte de cela en se référant à certaines caractéristiques impliquées dans la pratique de l'invention et aux avantages concomitants.
Quand la partie supérieure d'un tube de craquage sert à préchauffer de la vapeur d'eau à température relativement basse et à vaporiser l'hydrocarbure d'alimentation, une partie du potentiel de capacité de craquage du tube vertical doit être sacrifiée. De plus, afin d'obtenir un bon rendement thermique d'un tel four sans sacrifier à l'excès la capacité des tubes de craquage, il est parfois nécessaire d'engendrer une quantité relativement grande de vapeur d'eau en excès à partir de la chaleur disponible dans les gaz de carneau quittant la section radiante du four.
Conformément à la présente invention, on verra que la capacité du tube vertical n'est pas sacrifiée et que la température des gaz de carneau est utilisée pour réaliser un gradient décroissant de température par échange thermique avec les constituants essentiels requis pour la réaction de craquage. Par conséquent, la génération de vapeur d'eau en excès est réduite au minimum et en outre utilisée par échange thermique pour obtenir des conditions optimales de températures pour l'introduction des constituants essentiels dans le système de craquage. Cette situation prévaut pour le craquage thermique d'hydrocarbures normalement liquides aussi bien que pour celui d'hydrocarbures normalement gazeux.
La situation la plus compliquée concerne le craquage d'un pétrole brut hydrocarboné qui renferme une quantité importante de résidus aromatiques ou asphaltiques à haut point d'ébullition et une concentration relativement forte de soufre. Avec ce type de pétrole la formation de carbone sur des surfaces à l'intérieur du tube est fréquemment un problème.
La condensation de constituants à haut point d'ébullition du type goudron sur l'intérieur de canalisations, récipients, surfaces d'échange thermique et autre partant du tube de craquage est également fréquemment un problème. Une corrosion à l'intérieur du tube et/ou dans les canalisations et le matériel d'admission et d'évacuation par suite de la présence de composés contenant du soufre, par exemple H2S, ou de composés contenant d'autres constituants inorganiques nuisibles peut également créer de graves problèmes.
Ces problèmes sont réduits au minimum ou supprimés conformément à la présente invention en préchauffant et vaporisant le pétrole brut, en chauffant la vapeur d'eau de dilution et en surchauffant le mélange pétrole-vapeur d'eau par échange thermique avec les gaz de carneau et en introduisant ensuite le mélange vaporisé pétrole-vapeur d'eau dans les tubes de craquage via la colonne de rectification. Lorsque cela est nécessaire, on fait fonctionner le haut de la colonne de rectification avec un peu de condensat de reflux liquide ajouté pour diminuer encore plus les constituants à point d'ébullition supérieur formateurs de coke et de goudron et les constituants contenant des composants inorganiques nuisibles dans les vapeurs fournies aux tubes de craquage.
Dans la majorité des matières hydrocarbonées se rencontrant dans la nature, la teneur en soufre de la portion à point d'ébullition supérieur du pétrole est beaucoup plus élevée que celle existant dans les produits finaux plus légers. Par conséquent, une grande partie du soufre présent dans l'hydrocarbure d'alimentation brut peut être concentrée dans ces queues dans la colonne de rectification et maintenue de ce fait à l'écart du tube de craquage et autres canalisations et accessoires en aval.Les constituants à point d'ébullition supérieur quittant les sections des produits de queue de la colonne de rectification contiennent à la fois des composants aromatiques n'ayant essentiellement pas de chaînes latérales hydrocarbonées, des aromatiques avec des chaînes latérales courtes et relativement longues et/ou des noyaux naphténiques, des naphtènes, des alcanes à chaînes droites et ramifiées, des alcènes, des dioléfines, etc. Les noyaux aromatiques ne peuvent pas être craqués pour donner une quantité importante quelconque d'oléfines. Toutefois, les chaînes latérales -non aromatiques, les naphtènes, les alcanes, les alcènes, les dioléfines, etc. peuvent être craqués pour donner des rendements importants des oléfines désirées.Une perte de rendement se rencontre donc dans ces produits de queue réfractaires à moins qu'un moyen quelconque soit employé pour la récupération des constituants désirables.
C'est ainsi que sur le plan du craquage de pétrole brut de l'invention les queues liquides sont soumises à une opération de craquage/épuration à température élevée. Il est bien connu que les alcanes, alcènes, dioléfines et même les naphtènes sont craqués beaucoup plus facilement que les noyaux des cycles aromatiques. En conséquence, comme les types précédents d'appareils craquent en fragments de poids moléculaire plus bas, leurs points d'ébullition baissent et ils sont facilement détachés des queues restantes pour être transportés dans la vapeur qui pénètre finalement dans le tube de craquage, ce par une quantité relativement petite de vapeur d'arrachage surchauffée.La vaporisation partielle extrêmement rapide, la rectification, le craquage en phase liquide, etc., peuvent être effectués en chaîne avec le four de craquage, ou bien comme des opérations séparées hors chaîne . Cette dernière manière peut comprendre des moyens extérieurs pour le chauffage et le craquage supplémentaire des produits de queue lourds provenant de la section d'épuration, des moyens extérieurs pour détacher les produits craqués à poids moléculaire plus bas, des produits de queue lourds craqués, par vide ou par arrachage par vapeur d'eau ou par une combinaison de ces deux méthodes, et des moyens pour renvoyer les produits craqués à l'appareil de rectification au-dessous de la section de rectification mais au-dessus de la section d'épuration.La mise en =oeuvre préférée consiste dans le plan en chaîne utilisant un échange thermique par gaz de carneau car il a pour résultat l'économie optimum et un meilleur contrôle du procédé.
D'après ce qui précède, il est évident que le procédé et l'appareil exposés ici pour une présentation schématique de l'invention sont susceptibles de nombreuses autres combinaisons et dispositions possibles.
Les noyaux peuvent être faits d'alliages d'acier inoxydable résistant à la chaleur tels que l'acier inoxydable stabilisé ou non stabilisé type 310, ou d'autres alliages résistant à la chaleur comme Incoloy 800 ou l'inconel, de céramiques, ou bien, lorsque cela est avantageux, de matériaux agissant comme des catalyseurs pour la réaction de craquage.
Les noyaux ont ordinairement des oreilles écarteuses de centrage sur leur extérieur et ils peuvent être soit de simples tubes cylindriques extérieurement soit avoir des ailettes déflectrices ou des spirales sur leur extérieur pour améliorer le taux de transfert de chaleur de convection. En général ces noyaux sont conçus de manière à obtenir des taux élevés d'échange thermique et des taux bas de formation de carbone. Toutefois il faut prévoir une superficie transversale ouverte suffisante dans la section annulaire entre le tube et le noyau pour assurer le temps optimum de séjour pour le développement de la réaction de craquage et pour éviter que la chute de pression dans la zone de réaction ne dépasse les limites admissibles. Les largeurs de couronne employées sont allées de 6,35 à 38,1 mm.
Conformément à la présente invention, la matière première peut aller d'hydrocarbures normalement gazeux tels que l'éthane,. le propane, le butane, etc. à des hydrocarbures liquides à point d'ébullition relativement élevé tels que le pétrole brut. La portion de l'hydrocarbures d'alimentation qui doit être introduite dans les tubes de craquage à noyaux est pratiquement totalement vaporisée avant d'être introduite dans ces tubes de craquage, étant ordinairement vaporisée au contact d'une partie ou de la totalité de la vapeur de dilution par craquage. Elle est ensuite introduite dans le haut des tubes de craquage, soit avant soit après que le reste de la vapeur de dilution pour craquage lui a été ajouté.Le rapport vapeur d'eau-hydrocarbure employé déprend essentiellement de la difficulté rencontrée dans la vaporisation de la matière première et du problème de formation de coke ou de goudron rencontré dans les tubes de craquage et les appareils suivants de trempe et de récupération de chaleur. Normalement le rapport vapeur d'eau/hydrocarbure d'alimentation employé ira de 0,5 kg à 3,0 kg de vapeur d'eau par kg d'hydrocarbure. Avec des matières premières à point d'ébullition élevé, la méthode en chaîne de fractionnement utilise la vapeur d'eau de dilution pour craquage pour diminuer la pression partielle de l'hydrocarbure d'alimentation et permet par là de fractionner ou de vaporiser partiellement ces substances sans employer des alambics à vide ou de grandes quantités d'autre vapeur d'eau auxiliaire.En outre, la vapeur d'eau réduit la pression partielle des réactants et des produits à l'intérieur du tube de craquage et supprime de ce fait des réactions secondaires indésirables qui aboutissent à des pertes des produits oléfiniques désirés tels que l'éthylène, le propylène, les butadiènes et les butylènes. En général, la température extérieure du tube de craquage ira de 887,7 [deg]C à 1065,5 [deg]C. Les températures correspondantes des réfractaires du four iront d'environ 1093 [deg]C à 1232,2 [deg]C.
Les noyaux par rapport aux couronnes et à la dimension des tubes sont une variable du procédé Ils sont conçus pour réaliser un équilibre entre les conditions nécessaires suivantes du procédé : 1[deg] taux élevés d'échange thermique et taux faibles de formation de carbone; 2[deg] temps de séjour minimum mais suffisant pour que la réaction de craquage s'accomplisse; et 3[deg] chute de pression minimum compatible avec la condition 1[deg] ci-dessus. L'agencement préféré de tubes verticaux exposé ici avec emploi d'alliages à haute température aboutit à la propreté et à un minimum de problèmes de fonctionnement.On peut faire varier considérablement la dimension des tubes, la longueur étant par exemple de 6,095 à 24,383 m et le diamètre intérieur de 76,2 à 406,4 mm.
On comprendra que la présente invention ne se limite pas aux matières premières normalement liquides citées ici à titre d'exemple. D'autres matières premières normalement liquides et gazeuses entrent dans l'objet et le domaine de l'invention et, que la matière première soit normalement liquide ou bien gazeuse, la matière première ou la portion de celleci pénétrant dans les tubes annulaires de craquage est destinée à être essentiellement complètement vaporisée ou gazeuse, aussi effectivement que cela est pratiquement possible avec les objectifs de l'invention.Le butane, le propane, l'éthane et des mélanges gazeux contenant ces composants sont des exemples de matières premières différant considérablement du naphte ou de pétroles à point d'ébullition plus élevé.
D'après ce qui précède on verra que les avantages de la présente invention sont multiples et comprennent les suivants : production de rendements élevés en oléfines à partir d'une grande variété d'hydrocarbures de base; production de gaz craqués contenant de fortes concentrations des composants oléfiniques désirés; réduction des exigences en énergie et en investissements pour la production d'oléfines et réduction au minimum des problèmes de fonctionnement résultant, par exemple, de la formation de dépôts carbonés ou de la corrosion dans les tubes de craquage ou les appareils ultérieurs de traitement des gaz craqués.
Il est donc évident que la présente invention peut être réalisée par l'emploi de nombreux changements et modifications sans s'écarter de son esprit et de son champ d'action.

Claims (4)

RÉSUMÉ

1. Appareil pour la craquage thermique d'hydrocarbures normalement liquides et normalement gazeux en présence de vapeur d'eau en faisant passer un mélange vaporisé de vapeur d'eau et de l'hydrocarbure à travers un four tubulaire de craquage ayant un ou plusieurs tubes allongés s'étendant depuis le bas jusqu'au haut du four, caractérisé en ce qu'une série d'échangeurs thermiques sont disposés dans le carneau du four et que l'hydrocarbure et la vapeur d'eau sont envoyés à travers eux pour donner un mélange vaporisé et surchauffé, et qu'un noyau est agencé à l'intérieur du tube de craquage pour former une couronne de craquage entre ce noyau et la paroi du tube couronne à travers laquelle on fait passer le mélange vaporisé et surchauffé.

2. Appareil tel que spécifié en 1[deg], caractérisé, en outre, par les points suivants pris ensemble ou séparément : a. La série d'échangeurs thermiques comprend un échangeur vaporiseur pour vaporiser l'hydrocarbure en présence de la vapeur d'eau et un échangeur surchauffeur d'où le mélange est envoyé dans la couronne de oraquage du four; b. L'échangeur thermique surchauffeur a une section à travers laquelle de la vapeur d'eau est envoyée et d'où elle est amenée dans le bras du noyau placé dans la couronne de craquage; c. La série d'échangeurs thermiques comprend un échangeur préchauffeur pour l'hydrocarbure et un échangeur thermique de refroidissement pour les gaz de carneau avant l'échangeur vaporiseur; d. La série d'échangeurs thermiques comprend un appareil de rectification pour traiter le pétrole brut par enlèvement de constituants à point d'ébullition élevé, à travers lequel l'hydrocarbure est envoyé après passage à travers l'échangeur vaporiseur, le mélange vaporisé hydrocarbure-vapeur d'eau étant envoyé de cet appareil de ;rectification dans l'échangeur surchauffeur; e. L'appareil de rectification comprend une section de rectification ayant un système de reflux pour éliminer les constituants à haut point d'ébullition; f. L'appareil de rectification comprend une section d'épuration primaire pour enlever les constituants résiduels à point d'ébullition plus bas des hydrocarbures à point d'ébullition plus haut; g. L'appareil de rectification comprend un moyen de trempage pour le craquage liquide des queues d'hydrocarbures liquides non vaporisées et une section d'épuration secondaire pour enlever les produits craqués et obtenir des queues asphaltiques avec le mélange vaporisé hydrocarbure-vapeur d'eau comme produit de tête; h. L'appareil de rectification comprend des moyens extérieurs pour le chauffage et le craquage supplémentaire des produits de queue lourds provenant de la section d'épuration pour retirer les produits craqués à poids moléculaire plus bas de ces produits de queue lourds craqués, et des moyens pour renvoyer ces produits craqués à l'appareil de rectification au-dessous de la section de rectification mais au-dessus de la section d'épuration; i. Il comprend des moyens pour détacher, par vapeur d'eau des produits de queue lourds craqués, les constituants hydrocarbonés à plus bas point d'ébullition et les entraîner vers le haut à travers l'appareil de rectification pour qu'ils se mélangent avec les vapeurs passant aux tubes de craquage.

3. Procédé pour craquer thermiquement des hydrocarbures normalement liquides et normalement gazeux en présence de vapeur d'eau dans lequel un mélange vaporisé de vapeur d'eau et d'hydrocarbure est envoyé à travers une zone de craquage située dans un four tubulaire, caractérisé en ce que ce mélange est vaporisé par échange thermique avec des gaz de carneau provenant du four, surchauffé jusqu'à une température d'environ 426,6 à environ 648,8 [deg]G par échange thermique avec les gaz de carneau, et envoyé ensuite à travers une zone de craquage verticale allongée à section annulaire.

4. Procédé tel que spécifié en 3[deg], caractérisé, en outre, par les points suivants pris ensemble ou séparément : a. De la vapeur d'eau supplémentaire est chauffée à une température allant d'environ 760 à 982,2 [deg]C par échange thermique avec les gaz de carneau et envoyée vers le haut à travers la paroi intérieure de la zone annulaire de craquage; b. La chaleur pour la vaporisation du mélange hydrocarbure-vapeur d'eau est obtenue en faisant passer de l'eau en relation d'échange thermique avec les gaz de carneau chauds; c. Le mélange vaporisé est rectifié, puis surchauffé, et envoyé à travers la zone annulaire de craquage.