FR2472035A1 - PROCESS FOR HIGH TEMPERATURE TREATMENT OF HYDROCARBON CONTAINING MATERIALS TO AVOID CARBON DEPOSITS ON REACTOR SURFACE - Google Patents
PROCESS FOR HIGH TEMPERATURE TREATMENT OF HYDROCARBON CONTAINING MATERIALS TO AVOID CARBON DEPOSITS ON REACTOR SURFACE Download PDFInfo
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Abstract
PROCEDE POUR TRAITER A TEMPERATURE ELEVEE DE 500C OU PLUS UNE MATIERE CONTENANT UN HYDROCARBURE DANS UN APPAREIL EN ACIER REFRACTAIRE CONTENANT DU NICKEL, DANS LEQUEL ON REVET LES SURFACES DE L'APPAREIL EN CONTACT AVEC LA MATIERE CONTENANT L'HYDROCARBURE D'UN METAL DEPOURVU DE NICKEL, D'UN ALLIAGE DEPOURVU DE NICKEL, D'UN OXYDE OU NITRURE DEPOURVU DE NICKEL OU DE CARBURE DE SILICIUM, POUR EVITER LE DEPOT DE CARBONE SUR CES SURFACES.PROCESS FOR TREATING AT A HIGH TEMPERATURE OF 500C OR MORE A MATERIAL CONTAINING A HYDROCARBON IN A REFRACTORY STEEL APPARATUS CONTAINING NICKEL, IN WHICH THE SURFACES OF THE APPARATUS IN CONTACT WITH THE MATERIAL CONTAINING HYDROCARBIDE DEPUT FROM METAL ARE COATED NICKEL, AN ALLOY WITHOUT NICKEL, AN OXIDE OR NITRIDE WITHOUT NICKEL OR SILICON CARBIDE, TO AVOID THE DEPOSIT OF CARBON ON THESE SURFACES.
Description
Procédé pour traiter à température élevée des matièresProcess for treating high temperature materials
contenant un hydrocarbure.containing a hydrocarbon.
La présente invention concerne un procédé pour traiter The present invention relates to a method for treating
à température élevée des matières contenant un hydrocarbure. at high temperature hydrocarbon-containing materials.
Plus particulièrement, l'invention concerne des amé- More particularly, the invention relates to
liorations à un procédé dans lequel on soumet un hydrocar- to a process in which a hydrocarbon is subjected to
bure, un mélange d'un hydrocarbure, de vapeur d'eau et/ou bure, a mixture of a hydrocarbon, water vapor and / or
d'un gaz contenant de l'oxygène, ou un mélange d'un hydro- a gas containing oxygen, or a mixture of a hydro-
carbure et d'au moins une substance telle que l'hydrogène, carbide and at least one substance such as hydrogen,
le monoxyde de carbone et le dioxyde de carbone, à une ré- carbon monoxide and carbon dioxide, at a
action chimique telle qu'un craquage thermique, un reformage chemical action such as thermal cracking, reforming
à la vapeur, une oxydation partielle, etc. ou d'autres trai- steam, partial oxidation, etc. or other
tements à température élevée. Pour simplifier ces matières at high temperature. To simplify these matters
à traiter seront désignées ci-après par l'expression "ma- to be dealt with will be hereinafter referred to as "ma-
tières contenant un hydrocarbure".containing a hydrocarbon ".
A ce jour, pour produire à grande échelle de l'éthylène, To date, to produce ethylene on a large scale,
de l'hydrogène ou un mélange d'hydrogène et d'oxydes de car- hydrogen or a mixture of hydrogen and oxides of car-
bone, on soumet une matière contenant un hydrocarbure à un bone, a hydrocarbon-containing material is subjected to
craquage thermique, un reformage à la vapeur et/ou une oxy- thermal cracking, steam reforming and / or oxy-
dation partielle à température élevée et à pression élevée en présence ou non d'un catalyseur. Pendant ces réactions chimiques et avant ou après elles, la matière contenant un hydrocarbure que l'on manipule est soumise à des températures partial dation at high temperature and high pressure in the presence or absence of a catalyst. During these chemical reactions and before or after them, the hydrocarbon-containing material being handled is subjected to high temperatures.
élevées. Donc, l'hydrocarbure qu'elle contient subit une dé- high. So the hydrocarbon it contains undergoes a
composition thermique ce qui provoque un dépôt de carbone solide. Comme ce carbone solide tend à s'accumuler sur les surfaces du réacteur et des autres appareils en contact avec thermal composition which causes a solid carbon deposit. As this solid carbon tends to accumulate on the surfaces of the reactor and other devices in contact with
le gaz chaud, il est nécessaire d'arrêter le système de pro- the hot gas, it is necessary to stop the system of
duction et d'éliminer le carbone solide déposé pour réduire and remove the solid carbon deposited to reduce
au minimum son accumulation.at least its accumulation.
Dans la plupart des cas, comme matériaux de construction des In most cases, as building materials for
appareils de manipulation à température élevée d'une matière conte- high temperature handling apparatus of a
nant un hydrocarbure, on utilise le plus souvent des aciers au nic- a hydrocarbon, most commonly used steels are
kel conservant une résistance mécanique suffisante même dans de tel- kel retaining sufficient mechanical strength even in such
les conditions de température élevée. La demanderesse a découvert que the conditions of high temperature. The plaintiff has discovered that
le dépôt de carbone solide précédemment décrit est favorisé par l'ac- the solid carbon deposition previously described is favored by the
tion catalytique du nickel contenu dans ces aciers. catalytic conversion of the nickel contained in these steels.
L'invention a donc pour but de fournir un procédé pour The object of the invention is therefore to provide a method for
manipuler à température élevée une matière contenant un hy- handle at elevated temperature a material containing a
drocarbure sans pratiquement provoquer de dépôt de carbone. hydrocarbon without practically causing carbon deposition.
Elle a également pour but de fournir un procédé pour le trai- It is also intended to provide a process for the treatment of
tement à température élevée d'une matière contenant un hy- temperature of a material containing a hy-
drocarbure, dans lequel on peut éviter que l'appareil fait d'une matière métallique contenant du nickel et utilisé pour manipuler à la température élevée la matière contenant hydrocarbon, in which it is possible to prevent the apparatus from making a metal material containing nickel and used for handling at high temperature the material containing
un hydrocarbure, devienne fragile par carburation. a hydrocarbon, becomes fragile by carburation.
Selon l'invention, pour atteindre ces objectifs, dans According to the invention, to achieve these objectives, in
un procédé pour traiter une matière contenant un hydrocarbu- a process for treating a hydrocarbon-containing material
re à une température de 5000C ou plus dans un appareil éla- at a temperature of 5000C or more in a machine
boré en acier réfractaire contenant du nickel, cette matière made of refractory steel containing nickel, this material
contenant un hydrocarbure étant choisie parmi un hydrocar- containing a hydrocarbon being selected from a hydrocarbon
bure, un mélange d'un hydrocarbure, de vapeur d'eau et/ou bure, a mixture of a hydrocarbon, water vapor and / or
d'un gaz contenant de l'oxygène et un mélange d'un hydro- a gas containing oxygen and a mixture of a hydrogen
carbure et d'au moins un constituant tel que l'hydrogène, carbide and at least one constituent such as hydrogen,
le monoxyde de carbone, le dioxyde de carbone et les olé- carbon monoxide, carbon dioxide and
fines, on a recours à un perfectionnement selon lequel on revêt les surfaces de l'appareil en contact avec la matière contenant un hydrocarbure de: (a) un composant choisi parmi le titane, le cobalt, le chrome, le fer et leurs alliages; (b) un composant choisi parmi le titane, le cobalt,le chrome, le fer et leurs alliages contenant de l'aluminium ou de l'aluminium et du silicium; (c) un acier ne contenant pas de nickel, In one embodiment, the surfaces of the apparatus in contact with the hydrocarbon-containing material are coated with: (a) a component selected from titanium, cobalt, chromium, iron and their alloys; (b) a component selected from titanium, cobalt, chromium, iron and their alloys containing aluminum or aluminum and silicon; (c) a steel not containing nickel,
(d) un acier allié contenant de l'aluminium ou de l'a- (d) alloy steel containing aluminum or aluminum
luminium et du silicium et ne contenant pas de nickel; (e) un composant choisi parmi les alliages de titane et de niobium et les alliages de cuivre et de chrome; ou (f) un composant choisi parmi l'alumine, le dioxyde de titane, la silice, le carbure de silicium, le nitrure de luminium and silicon and not containing nickel; (e) a component selected from titanium and niobium alloys and copper and chromium alloys; or (f) a component selected from alumina, titanium dioxide, silica, silicon carbide, nitride,
silicium, le nitrure de bore et l'oxyde de chrome. silicon, boron nitride and chromium oxide.
L'invention va maintenant être décrite de façon détail- The invention will now be described in detail
lée. Dans la pratique de l'invention, on peut utiliser l'une EEA. In the practice of the invention, it is possible to use one
quelconque des matières de revêtement appartenant aux caté- any of the coating materials belonging to the
gories (a) à (f) précitées pour revêtir les surfaces de l'ap- gories (a) to (f) above for coating the surfaces of the ap-
pareil qui sont en contact avec la matière contenant un hydrocarbure à traiter. Ces matières de revêtement vont similar which are in contact with the hydrocarbon-containing material to be treated. These coating materials are going
maintenant être décrites de façon plus détaillée. now be described in more detail.
Parmi les matières métalliques appartenant à la caté- Of the metallic materials belonging to the category
gorie (a), on peut citer comme exemples typiques d'alliages de fer et de chrome, un alliage fer-chrome contenant 17 à 19% en poids de chrome et 0, 3% en poids de carbone, et un alliage fer-chrome contenant 26 à 28% en poids de chrome (a), typical examples of iron and chromium alloys are an iron-chromium alloy containing 17 to 19% by weight of chromium and 0.3% by weight of carbon, and an iron-chromium alloy containing 26 to 28% by weight of chromium
et 0,1% en poids de carbone.and 0.1% by weight of carbon.
On peut citer comme exemples typiques d'alliages appar- Typical examples of alloys
tenant à la catégorie (b), un alliage titane-aluminium con- category (b), a titanium-aluminum alloy
tenant 6% en poids d'aluminium et un alliage Ti-Al-Zr-V con- holding 6% by weight of aluminum and a Ti-Al-Zr-V alloy
tenant 6% en poids d'aluminium, 4% en poids de zirconium et holding 6% by weight of aluminum, 4% by weight of zirconium and
1% en poids de vanadium.1% by weight of vanadium.
Un exemple typique d'alliage appartenant à la catégorie (d) est un alliage Fe-Cr-Al-Si contenant 23% en poids de A typical example of alloy of category (d) is a Fe-Cr-Al-Si alloy containing 23% by weight of
chrome, 1,5% en poids d'aluminium et 1,5% en poids de sili- chromium, 1.5% by weight of aluminum and 1.5% by weight of silicon
cium. Les alliages de titane et de niobium appartenant à la catégorie (e) peuvent contenir 91 à 99% en poids de titane, 1 à 3% en poids de niobium et O à 2% en poids de chacun des autres composants tels que le zirconium, l'aluminium et le tantale. Les alliages de cuivre et de chrome appartenant à la catégorie (e) peuvent être constitués de 95 à 99% en poids cium. The titanium and niobium alloys of category (e) may contain 91 to 99% by weight of titanium, 1 to 3% by weight of niobium and 0 to 2% by weight of each of the other components such as zirconium, aluminum and tantalum. Copper and chromium alloys of category (e) may consist of 95 to 99% by weight
de cuivre, 1 à 3% en poids de chrome et O à 2% en poids d'au- of copper, 1 to 3% by weight of chromium and 0 to 2% by weight of
tres composants tels que le béryllium. very components such as beryllium.
Il n'y a pas de limitation particulière au procédé se- There is no particular limitation to the process
lon lequel on revêt les surfaces de l'appareil en contact whereon the surfaces of the apparatus in contact are
avec la matière contenant un hydrocarbure, d'une matière mé- with the hydrocarbon-containing material, a material
tallique appartenant à l'une quelconque des catégories (a) belonging to any of the categories (a)
à (e) précitées. Cependant généralement on effectue ce re- to (e) above. However generally this is done
vêtement selon le procédé de coulée selon lequel on coule une masse fondue de la matière métallique sur la surface à recouvrir du matériau de construction préalablement façonné en tube, en plaque ou en autres éléments; le procédé dans lequel on utilise un dispositif produisant des températures élevées tel qu'un chalumeau acétylénique, un arc électrique, etc. pour qu'une masse fondue de la matière métallique adhère auxsurfaces à recouvrir du matériau de construction; un procédé dans lequel on pulvérise et dépose une masse fondue de la matière métallique sur les surfaces à recouvrir du matériau de construction, par exemple selon un procédé de pulvérisation à la flamme ou de pulvérisation par plasma le procédé de dépôt par vaporisation chimique selon lequel on met une vapeur d'un composé métallique en contact avec les surfaces à revêtir du matériau de construction et on effectue une réaction chimique pour y déposer le métal; le procédé de dépôt par vaporisation physique selon lequel on ionise dans un vide poussé une vapeur d'un métal ou d'un garment according to the casting method of casting a melt of the metallic material onto the surface to be covered with previously formed construction material into tubular, plate or other elements; the method in which a device producing high temperatures such as an acetylene torch, an electric arc, etc. is used. for a melt of the metallic material to adhere to the surfaces to be covered with construction material; a method in which a melt of the metallic material is sprayed and deposited on the surfaces to be covered with the construction material, for example by a flame spraying or plasma spraying method, the chemical vapor deposition method according to which vaporizing a metal compound into contact with the surfaces to be coated with the building material and performing a chemical reaction to deposit the metal thereon; the physical vapor deposition method according to which one ionizes in a high vacuum a vapor of a metal or a
composé métallique et on fournit aux ions obtenus une éner- metal compound and provides the ions obtained with
gie cinétique dans un champ électrique pour les conduire dans un plasma ou un autre espace ou ils sont directement kinetics in an electric field to lead them into a plasma or other space where they are directly
déposés sur les surfaces à revêtir du matériau de construc- deposited on the surfaces to be coated with the construction material
tion ou soumis à une réaction chimique provoquant le dépôt chemical reaction causing the deposit
du métal; ou le procédé dit de placage selon lequel on fa- metal; or the so-called plating process according to which
brique séparément des tubes, des plaques ou d'autres éléments de la matière métallique et on les unit par pression aux brick separately from tubes, plates or other elements of the metallic material and are pressure-joined to
surfaces à revêtir du matériau de construction préalable- surfaces to be coated with the building material
ment façonné.fashioned.
Lorsqu'on utilise à une température élevée des éléments When using high temperature elements
revêtus d'une matière métallique appartenant à l'une quel- coated with a metallic material belonging to
conque des catégories (a) à (e) précitées, il se produit un léger degré d'interdiffusion ou de mélange de composants entre le matériau de construction contenant du nickel et la matière de revêtement. Il esU donc souhaitable que la matière de revêtement ait une épaisseur au moins égale à 100 um pour qu'elle résiste à une utilisation prolongée. On peut de plus soumettre le matériau de construction façonné et revêtu ainsi obtenu à une flexion, à un évasement, à un soudage ou In any of the above categories (a) to (e), there is a slight degree of interdiffusion or mixing of components between the nickel-containing building material and the coating material. It is therefore desirable for the coating material to have a thickness of at least 100 μm to withstand prolonged use. The resulting shaped and coated construction material can further be subjected to bending, flaring, welding or
à d'autres opérations pour fabriquer un appareil ou un élé- other operations to make a device or device
ment de forme désirée quelconque. Cependant, si le matériau de construction est sous forme d'une pièce moulée, il est souhaitable de ne pas soumettre le matériau de construction any desired shape. However, if the building material is in the form of a molded part, it is desirable not to subject the building material
revêtu à une flexion, un évasement ou un autre travail. covered with bending, flaring or other work.
Le procédé utilisé pour revêtir le matériau de construc- The process used to coat the building material
tion d'une matière non métallique appartenant à la catégorie -5- (f) précitée, dépend de la nature de la matière non métallique. (A) Si la matière non métallique est un oxyde, on peut effectuer le revêtement selon le procédé de pulvérisation dans lequel on fond l'oxyde et on le pulvérise sur les surfaces à revêtir du matériau de construction par exemple par pulvérisation à la flamme ou pulvérisation au plasma; ou le procédé de cuisson dans lequel on applique une suspension de l'oxyde aux surfaces à revêtir du matériau de construction puis on cuit à température élevée. Cependant dans ce dernier cas, il est souhaitable de cuire l'oxyde en combinaison avec un mélange constitué de diverses proportions d'oxydes choisis parmi la silice, l'alumine, l'oxyde de bore, l'oxyde de calcium, l'oxyde de zinc, l'oxyde de baryum, l'oxyde de zirconium et similaires pour abaisser la température de fusion de l'oxyde en dessous de celle du matériau de construction et éviter ainsi la fusion ou l'altération du matériau de construction. Néanmoins, la températureà laquelle on peut utiliser le matériau de construction revêtu obtenu selon ce procédé de cuisson est limitée à la température de fusion de la couche The use of a non-metallic material of the above-mentioned category depends on the nature of the non-metallic material. (A) If the nonmetallic material is an oxide, the coating can be carried out by the sputtering process in which the oxide is melted and sprayed onto the surfaces to be coated with the building material, for example by flame spraying or plasma spray; or the firing process in which a suspension of the oxide is applied to the surfaces to be coated with the building material and then fired at elevated temperature. However, in the latter case, it is desirable to cook the oxide in combination with a mixture consisting of various proportions of oxides selected from silica, alumina, boron oxide, calcium oxide, oxide zinc, barium oxide, zirconium oxide and the like to lower the melting temperature of the oxide below that of the building material and thus avoid melting or alteration of the building material. Nevertheless, the temperature at which the coated building material obtained according to this cooking method can be used is limited to the melting temperature of the layer
de revêtement.coating.
(B) Si la matière non métallique est le carbure de silicium, le nitrure de silicium ou le nitrure de bore, on peut effectuer le revêtement selon un procédé dans lequel on applique à la surface à revêtir du matériau de construction, une masse fondue ou une solution d'un composé contenant des liaisons silicium-carbone, azote-bore ou azote-silicium puis on effectue une réaction chimique dans l'air ou dans un gaz inerte à température élevée pour déposer le composé désiré; le procédé de pulvérisation précédemment décrit dans lequel on fond et pulvérise une poudre ou uné tige de carbure de silicium, de nitrure de bore ou de nitrure de silicium sur les surfaces à revêtir du matériau de construction avec (B) If the nonmetallic material is silicon carbide, silicon nitride or boron nitride, the coating may be applied by a method in which a melt is applied to the surface to be coated with the building material. a solution of a compound containing silicon-carbon, nitrogen-boron or nitrogen-silicon bonds and then a chemical reaction is carried out in air or in an inert gas at elevated temperature to deposit the desired compound; the spraying process described above in which a powder or a rod of silicon carbide, boron nitride or silicon nitride is melted and sputtered onto the surfaces to be coated with the construction material with
un chalumeau à plasma, le procédé de dépôt par vaporisa- a plasma torch, the vapor deposition process
tion chimique précédemment décrit ou le procédé de dépôt -6- previously described chemical composition or the deposition process
par vaporisation physique précédemment décrit. by physical vaporization previously described.
Le matériau de construction dont on revêt les surfaces avec la matière non métallique de la catégorie (f) peut être sous forme de tubes, de plaques ou d'autres éléments comme c'est le cas avec les matières métalliques appartenant aux catégories (a) à (e) précitées. Lorsqu'on utilise une telle matière non métallique, il est nécessaire The construction material coated with the non-metallic material of Class (f) may be in the form of tubes, plates or other elements as is the case with the metallic materials of the classes (a) to (e) above. When using such a non-metallic material, it is necessary
que l'épaisseur du revêtement ne soit pas inférieure à 10 pm. that the thickness of the coating is not less than 10 μm.
Cependant, il est souhaitable que l'épaisseur de la couche de revêtement ne dépasse pas 1 mm car, lorsqu'un appareil portant une couche de revêtement trop épaisse est soumis à un chauffage ou similaires, la couche de revêtement réduit le coefficient global de transfert de chaleur, ce qui gêne However, it is desirable that the thickness of the coating layer does not exceed 1 mm since, when an apparatus carrying a too thick coating layer is subjected to heating or the like, the coating layer reduces the overall transfer coefficient of heat, which hinders
le passage de la chaleur à travers elle et elle tend égale- the passage of heat through it and it also tends to
ment à s'écailler par suite de la différence de coefficient de dilatation thermique entre le matériau de construction flake as a result of the difference in thermal expansion coefficient between the building
et la matière de revêtement.and the coating material.
Parmi les divers éléments faits du matériau de construction précité et revêtusde la matière de revêtement précitée, les tubes sont particulièrement importants car on les utilise souvent comme réacteurs, échangeurs de chaleur, et similaires et, par conséquent, ils-sont fréquemment en Of the various elements made of the aforementioned construction material and coated with the above-mentioned coating material, the tubes are particularly important because they are often used as reactors, heat exchangers, and the like and, therefore, are frequently
contact avec une matière chaude contenant un hydrocarbure. contact with a hot material containing a hydrocarbon.
Donc, selon le trajet d'écoulement d'une matière contenant un hydrocarbure dans un réacteur ou un échangeur de chaleur, il est souvent nécessaire de revêtir non seulement une des Therefore, depending on the flow path of a hydrocarbon-containing material in a reactor or heat exchanger, it is often necessary to coat not only one of the
surfaces des tubes mais les deux surfaces. tube surfaces but both surfaces.
Il n'y a pas de limitation particulière à l'hydro- There is no particular restriction on hydro-
carbure que l'on traite dans la pratique de l'invention. carbide which is treated in the practice of the invention.
Par exemple, ces hydrocarbures peuvent aller des hydro- For example, these hydrocarbons can range from hydro-
carbures comportant un petit nombre d'atomes de carbone, carbides having a small number of carbon atoms,
tels que le méthane, l'éthane, etc. aux hydrocarbures compor- such as methane, ethane, etc. hydrocarbons
tant un nombre important d'atomes de carbone tels que l'huile lourde obtenue comme distillat dans la distillation sous vide du brut réduit. De façon générale, l'hydrocarbure que l'on traite dans la pratique de l'invention a un rapport atomique H/C de 2,0 à 4,0. L'invention est particulièrement efficace lorsqu'on applique au traitement de l'huile lourde précitée. as a large number of carbon atoms such as the heavy oil obtained as a distillate in the vacuum distillation of crude reduced. In general, the hydrocarbon which is treated in the practice of the invention has an H / C atomic ratio of 2.0 to 4.0. The invention is particularly effective when applied to the treatment of the aforementioned heavy oil.
2472035.2472035.
-7- On reut utiliser l'hydrocarbure précédemment -7- It is necessary to use the hydrocarbon previously
décrit isolément sous forme d'un gaz ou d'un liquide. described singly as a gas or a liquid.
Sinon, on peut lutiliser en mélange avec de la vapeur d'eau et/ou un gaz contenant de l'oxygène ou en mélange avec de l'hydroaène, du monoxyde de carbone, du dioxyde de carbone et/ou des oléfines (comme c'est par exemple le cas du gaz obtenu par traitement d'un hydrocarbure ou d'un mélange d'hydrocarbure, de vapeur d'eau et/ou d'un gaz contenant de l'oxygène). La teneur en hydrocarbure de ces mélanges Alternatively, it may be used in admixture with water vapor and / or oxygen-containing gas or in admixture with hydroaene, carbon monoxide, carbon dioxide and / or olefins (such as for example, the gas obtained by treating a hydrocarbon or a mixture of hydrocarbon, water vapor and / or an oxygen-containing gas). The hydrocarbon content of these mixtures
est généralement comprise entre 10 et 60% en poids. is generally between 10 and 60% by weight.
Dans la présente description, le terme "traiter" In this description, the term "treat"
indique non seulement que l'on soumet une matière contenant un hydrocarbure a une réaction chimique telle qu'un craquage thermique, un reformage à la vapeur, une oxydation partielle, etc., mais également qu'on la manipule sous forme d'un courant d'alimentation ou d'un courant de produit avant et not only indicates that a hydrocarbon-containing material is subjected to a chemical reaction such as thermal cracking, steam reforming, partial oxidation, etc., but also that it is handled in the form of a current feed or product stream before and
après cette réaction chimique.after this chemical reaction.
Dans la pratique de l'invention, on traite la matière contenant un hydrocarbure à des températures de In the practice of the invention, the hydrocarbon-containing material is treated at
5000C ou plus. De plus, on effectue de préférence ce trai- 5000C or more. Moreover, this treatment is preferably carried out
tement à une pression manométrique de 6 à 100 bars. Comme matériau de construction des appareils de traitement dans ces conditions sévères, on utilise généralement des matériaux contenant du nickel tels aue les aciers réfractaires au at a pressure of 6 to 100 bar. As the material of construction of the treatment apparatus under these severe conditions, nickel-containing materials are generally used, such as refractory steels.
nickel.nickel.
Selon l'une des caractéristiques de l'invention, lorsqu'on traite une matière contenant un hydrocarbure à According to one of the features of the invention, when treating a hydrocarbon-containing material with
des températures de 5000C o plus et, en particulier, lors- temperatures of 5000 ° C or more and, in particular,
qu'on la soumet à une réaction chimique telle qu'un craquage thermique, un reformage à la vapeur, une oxydation partielle, etc. en présence ou non d'un catalyseur, le dépôt et l'accumulation de carbone solide sur les surfaces du réacteur en contact avec la matière contenant un hydrocarbure peuvent être fortement réduits. Si on laisse en place le carbone solide déposé et accumulé, il gêne le passage d'un fluide contenant l'hydrocarbure et provoque un accroissement de la chute de pression. De plus, dans le cas o il est nécessaire d'éliminer ou de fournir de la chaleur pour effectuer une des réactions chimiques précitées, le dépôt et l'accumulation subject to a chemical reaction such as thermal cracking, steam reforming, partial oxidation, etc. in the presence or absence of a catalyst, deposition and accumulation of solid carbon on reactor surfaces in contact with the hydrocarbon-containing material can be greatly reduced. If the solid carbon deposited and accumulated is left in place, it hinders the passage of a fluid containing the hydrocarbon and causes an increase in the pressure drop. In addition, in the case where it is necessary to eliminate or provide heat to perform any of the above chemical reactions, the deposition and accumulation
2472035.2472035.
-8- de carbone solide provoquent une diminution nette du coefficient global de transfert de chaleur, ce qui rend difficile la poursuite de l'opération. Il est donc nécessaire d'arrêter à des intervalles réguliers le système à grande échelle pour éliminer le carbone déposé selon l'un quelconque des procédés bien connus. Lorsqu'on opère selon l'invention, la fréquence de ces opérations d'élimination du carbone peut être réduite aux deux tiers Solid carbon dioxide causes a net decrease in the overall coefficient of heat transfer, which makes it difficult to continue the operation. It is therefore necessary to stop the system on a large scale at regular intervals to remove carbon deposited by any of the well-known methods. When operating according to the invention, the frequency of these carbon removal operations can be reduced to two-thirds
de la fréquence nécessaire dans l'art antérieur. of the frequency necessary in the prior art.
Une autre caractéristique de l'invention est que l'on peut fortement diminuer la carburation du matériau de construction contenant du nickel. Il est bien connu que, lorsqu'on met un acier au carbone ou un acier allié contenant du nickel, du chrome, du fer et similaires en contact avec des substances contenant du carbone telles que des hydrocarbures, des oxydes de carbone, etc. à des températures de 700OC ou plus, il se produit un phénomène de carburation. Le carbone constitutif de ces substances s'infiltre et diffuse dans la microstructure de l'acier en réduisant sa résistance mécanique à un point Another feature of the invention is that the carburization of the nickel-containing building material can be greatly reduced. It is well known that when a carbon steel or alloy steel containing nickel, chromium, iron and the like is contacted with carbon-containing substances such as hydrocarbons, carbon oxides and the like. at temperatures of 700OC or more, a carburization phenomenon occurs. The constitutive carbon of these substances infiltrates and diffuses into the microstructure of steel reducing its mechanical strength to a point
tel que l'acier ne convient plus à l'emploi. On considère- such that steel is no longer suitable for use. We consider-
que cette carburation n'est pas seulement due à l'infil- that this carburation is not only due to the infiltration
tration et à la diffusion du carbone déposé dans la microstructure de l'acier, mais également à la présence carbon diffusion in the microstructure of steel, but also to the presence
d'une substance contenant du carbone à l'état gazeux. a substance containing carbon in the gaseous state.
Donc, l'invention permet de prolonger la durée de service So, the invention makes it possible to extend the service life
d'éléments tels que des tubes de réacteur, des canalisa- such as reactor tubes,
tions, etc. qui sinon devraient être remplacés à des tions, etc. who otherwise should be replaced at
intervalles de deux ou trois ans.intervals of two or three years.
L'invention permet d'obtenir des résultats parti- The invention makes it possible to obtain particular results
culièrement important lorsqu'on l'applique à des éléments en acier réfractaire au nickel utilisés à des températures de 5000C et plus et, en particulier, dont les surfaces sont en contact avec un courant de matière contenant un hydrocarbure. Bien que ces éléments et appareils puissent Particularly important when applied to nickel-refractory steel elements used at temperatures of 5000 ° C. and above, and in particular whose surfaces are in contact with a stream of hydrocarbon-containing material. Although these elements and devices can
avoir des formes désirées quelconques, les éléments tubu- have any desired shape, the tubular elements
laires utilisés comme réacteurs sont particulièrement importants. En effet, c'est dans un réacteur que le courant used as reactors are particularly important. Indeed, it is in a reactor that the current
2472035.2472035.
-9- de matière contenant un hydrocarbure atteint généralement sa température maximale, que le dépôt de carbone a particulièrement tendance à se produire en raison de la nécessité de l'apport ou de l'élimination d'une quantité importante de chaleur de réaction et o la diminution du coefficient global de transfert de chaleur provoquée par Of hydrocarbon-containing material generally reaches its maximum temperature, that carbon deposition is particularly likely to occur due to the need for the supply or removal of a significant amount of heat of reaction and o the decrease in the overall coefficient of heat transfer caused by
le carbone déposé entraîne la gêne la plus importante. the deposited carbon causes the greatest discomfort.
L'invention est illustrée par l'exemple non limi- The invention is illustrated by the nonlimited example
tatif suivant.next.
ExempleExample
On soumet de l'éthane à un craquage à la vapeur dans des tubes de réaction ayant un diamètre intérieur de 27 mm et une longueur de 800 mm. Ces tubes de réaction sont faits d'un acier au nickel (alliage à 20% de fer et 25% de nickel) et leur surface intérieure est recouverte des matières de revêtement indiquées dans le tableau ci-après. Le rapport de l'éthane à la vapeur d'eau est de 7/3 et on maintient la température des tubes de réaction à 7000C ou à 11000C par chauffage par l'extérieur. Après dix heures de fonctionnement continu sous une pression manométrique de 1 bar avec un débit d'alimentation de 10cm3/min, on examine l'état des dépôts de carbone sur les surfaces intérieures des tubes de réaction. Les résultats obtenus sont regroupés Ethane is steam cracked in reaction tubes having an internal diameter of 27 mm and a length of 800 mm. These reaction tubes are made of a nickel steel (20% iron alloy and 25% nickel) and their inner surface is covered with the coating materials indicated in the table below. The ratio of ethane to water vapor is 7/3 and the temperature of the reaction tubes is maintained at 7000C or 11000C by external heating. After ten hours of continuous operation at a pressure of 1 bar with a feed rate of 10 cm3 / min, the state of carbon deposits on the inner surfaces of the reaction tubes is examined. The results obtained are grouped together
dans le tableau ci-après.in the table below.
- 10 -- 10 -
TableauBoard
Matière de revêtement de la surface intérieure des tubes de réaction et état des dépôts de carbone N Matière de Tempé- Etat de dépôt de carbone sur la du revêtement rature surface intérieure des tubes tube de la surd'essai tité Forme d'essai face inté- (oc) d éposée rieure des dp 0 tubes (m-g/cm2.10h) tubes 1 chrome 1000 1,0 Pellicule 2 Alliage Fe-28%Cr 1000 2, 1 Pellicule 3 Alliage Ti-6%Al 700 0,3 Suie 4 Alliage Fe-23%Cr- 1000 2,1 Pellicule 1,5%Al-1,5%Si Alliage Ti-2%Nb 700 0,3 Suie 6 Alliage-Cu-l%Cr 700 <0,1 Suie 7 Alumine 1000 2,0 Pellicule 8 Dioxyde de 1000 1,4 Pellicule titane 9 Silice 1000 1,6 Pellicule Carbure de 1000 1,2 Pellicule silicium 11 Nitrure de 1000 1,4 Pellicule silicium 12 Nitrure de bore 1000 1,4 Pellicule 13 Oxyde de chrome 1000 1,0 Pellicule 14 Néant 1000 3,4 Pellicule Comme le montrent de façon évidente les valeurs du tableau, on observe un degré considérable de dépôt de carbone sur la surface intérieure non revêtue d'un tube élaboré en acier au nickel même dans le cas du craquage de l'éthane qui est un hydrocarbure léger. Ce dépôt de carbone diminue considérablement lorsqu'on revêt la surface d'une matière métallique ou non métallique dépourvue Coating material of inner surface of reaction tubes and state of carbon deposits N Tempering material - Degree of carbon deposition on the surface of the inner surface of the tubes of the over-test tube Integral face test form (oc) top dp 0 tubes (mg / cm2.10h) tubes 1 chrome 1000 1.0 Film 2 Alloy Fe-28% Cr 1000 2, 1 Film 3 Alloy Ti-6% Al 700 0.3 Suie 4 Alloy Fe-23% Cr-1000 2.1 Film 1.5% Al-1.5% Si Alloy Ti-2% Nb 700 0.3 Soy 6 Alloy-Cu-1% Cr 700 <0.1 Soy 7 Alumina 1000 2.0 Film 8 Dioxide 1000 1.4 Titanium Film 9 Silicon 1000 1.6 Film 1000 Carbide 1.2 Silicon Film 11 1000 Nitride 1,4 Silicon Film 12 Boron Nitride 1000 1,4 Film 13 Oxide chromium 1000 1.0 Film 14 None 1000 3.4 Film As the values in the table clearly show, there is a considerable degree of carbon deposition on the uncoated inner surface of an elaborate tube nickel steel even in the case of cracking ethane which is a light hydrocarbon. This carbon deposit decreases considerably when the surface of a non-metallic metallic or non-metallic material is coated.
de nickel. Entre autres le chrome, un alliage titane- of nickel. Among others, chromium, a titanium-
niobium et un alliage cuivre-chrome constituent des matières niobium and a copper-chromium alloy constitute
de revêtement particulièrement excellentes. particularly excellent coating.
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