FR2512049A1 - Procede et appareil pour le vapocraquage d'hydrocarbures lourds - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN PROCEDE ET UN APPAREIL POUR LE VAPOCRAQUAGE D'HYDROCARBURES LOURDS; ON UTILISE UNE PAIRE CONSTITUEE D'UNE PREMIERE ET D'UNE SECONDE ZONES SUCCESSIVES DE VAPOCRAQUAGE, LA PREMIERE DE CES ZONES A FOURNISSANT UN FLUX THERMIQUE IMPORTANT DE 41800 A 293000 KJM.H AU MELANGE REACTIONNEL CONSTITUE D'HYDROCARBURES LOURDS ET DE VAPEUR D'EAU ET LA SECONDE ZONE B LUI FOURNISSANT UN FLUX THERMIQUE MOINDRE DE 6280 A 41800 KJM.H; L'INVENTION EVITE LE DEPOT DE CARBONE SUR L'INTERIEUR D'UN REACTEUR TUBULAIRE.

Description

Procédé et appareil pour le vapocraauaae d'hydrocarbures lourds. La

présente invention concerne un procédé

amélioré et un appareil pour le vapocraquage des hydro-

carbures lourds pour produire de l'hydrogène, du monoxyde de carbone, du bioxyde de carbone et des hydrocarbures inférieurs. Les huiles lourdes (y compris les trois quali tés indiquées par les normes industrielles japonaises, c'est-à-dire les huiles lourdes A, B et C), les résidus

de distillation sous vide, le goudron, le brai et simi-

laires, peuvent être utilisés comme alimentations hydro-

carbonées lourdes dans l'invention.

Comme procédé classique pour la production de

gaz à partir d'huile lourde, on connait un procédé dé-

crit dans le brevet non examiné JA NO 101804/1979 Dans le procédé de l'art antérieur, on fait passer un mélange d'huile lourde et de vapeur d'eau à travers une zone de craquage thermique qui comprend un espace à température Alevre chauffé par l'extérieur de façon à vaporiser et

volatiliser l'huile lourde L'huile lourde ainsi vapori-

sée et volatilisée est conduite à travers une zone de

reformage contenant un catalyseur de façon à être trans-

formée en un mélange gazeux contenant de l'hydrogène comme composant principal Selon le procédé ci-dessus, on indique qu'une atomisation appropriée de l'huile lourde d'alimentation et l'existence d'une zone de craquage thermique résolvent le problème qui est posé dans l'art antérieur lorsque des goutelettes liquides fines de l'huile lourde sont mises en continu en contact avec la couche catalytique, c'est-à-dire les dépôts de carbone qui s'accumulent sur la surface de la couche catalytique

en colmatant ainsi cette couche.

Cependant, le carbone peut encore se déposer lors du chauffage de l'huile lourde à sa température de reformage, comme décrit dans le brevet non examiné JA NO 154303/1980 Donc,le procédé de l'art antérieur

du brevet non examiné JA NO 101804/1979 provoque l'adhé-

12049

rence du carbone à la paroi intérieure de la zone de craquage thermique, en particulier lorsque l'huile lourde atomisée vient en contact à une température relativement basse avec la paroi intérieure de la zone de craquage thermique Ce dépôt de carbone tend à empêcher un fonc-

tionnement prolongé.

Par conséquent, on désire éviter l'adhérence du carbone dans la zone de craquage thermique pour obtenir un fonctionnement régulier du procédé décrit dans le brevet non examiné JA NO 101804/1979 pendant une période prolongée. Des fours de craquage ont été à ce jour utilisés

pour soumettre le naphta à un craquage thermique pour pro-

duire de l'éthylène Un exemple typique d'un tel four de craquage comprend, comme indiqué dans le brevet publié JA NO 7388/1976, des tubes réactionnels verticaux suspendus dans un four de chauffage pour que le naphta puisse être soumis à un craquage thermique pendant qu'il

s'écoule à travers les tubes réactionnels Lorsqu'on uti-

lise un tel four de craquage pour soumettre une huile lourde à un craquage thermique, la paroi interne de chaque tube réactionnel se recouvre de carbone adhérent par suite du craquage des hydrocarbures lourds, ce qui empêche le libre passage des gaz à travers le tube réactionnel et

provoque un accroissement de la température du tube réac-

tionnel qui conduit à une réduction de la durée de service du tube réactionnel De plus, comme le craquage thermique des hydrocarbures lourds nécessite des températures plus élevées que celles utilisées pour le craquage thermique du naphta, un tel four de craquage classique ne peut pas être utilisé pour soumettre des hydrocarbures lourds à un craquage thermique afin d'obtenir un gaz riche en hydrogène

ou de l'éthylène.

D'autre part, le brevet non examiné JA NO 101804/1979 précité propose de produire un gaz constitué

principalement d'hydrogène par craquage thermique d'hy-

drocarbureslourds Un appareil qui est utilisé dans la

mise en pratique du procédé ci-dessus comprend un atomi-

seur, un dispositif de craquage thermique et un réacteur.

1 t 049 Cependant,dans ce procédé, il demeure difficile d'éviter

l'adhérence du carbone sur la paroi intérieure du dispo-

sitif de craquage thermique et par conséquent il n'est pas

possible d'obtenir une utilisation à long terme des ma-

tières constituant le dispositif de craquage thermique si l'atomiseur et le dispositif de craquage thermique s'ont

disposés de façon classique De plus, l'appareil ci-.

dessus nécessite certaines installations additionnelles

après le réacteur.

Un des objets de l'invention est de fournir un procédé qui évite pratiquement l'adhérence du carbone sur la paroi intérieure d'un réacteur lorsqu'on chauffe par l'extérieur des hydrocarbures louiis sans les mettre

en contact avec un catalyseur quelconque, pour les vapo-

craquer.

Un autre objet de l'invention est de fournir un appareil pour le craquage thermique des hydrocarbures lourds qui est dépourvu du problème d'adhérence du carbone aux

parois intérieures des réacteurs tubulaires et qui provo-

que rarement une altération thermique de ces réacteurstu-

bulaires. Dans le procédé selon l'invention, on fait passer un courant d'alimentation constitué d'un mélange d'hydrocarbures lourds et de vapeur d'eau successivement à travers des réacteurs tubulaires dans une première zone de vapocraquage dans laquelle un flux thermique important est appliqué, puis successivement à travers des réacteurs tubulaires dans une seconde zone de vapocraquage dans laquelle un flux thermique faible est appliqué Le flux thermique important qui est transféré à travers la paroi interne de chaque réacteur tubulaire dans la première zone de vapocraquage, au mélange d'hydrocarbureslourds et de la vapeur d'eau dans ce réacteur, est compris dans la gamme de 41 800 à 293 000 k J/m h, de préférence de 167 000 à 293 000 k J/m h Le flux thermique faible à travers la paroi interne de chaque réacteur tubulaire dans la seconde zone de vapocraquage est compris entre 6 280 et 41 800 k J/m h. Dans chaque zone de vapocraquage, la vitesse d'écoulement du courant d'alimentation est de 4 à l O Om/s La durée de 1 t O 49 séjour du courant d'alimentation est de 0,05 à 3 secondes

dans la première zone de vapocraquage et de 0,1 à 6 secon-

des dans la seconde zone de vapocraquage Les produits de vapocraquage obtenus sont à la température de 800 à 10000 C à la sortie de la première zone de vapocraquage et à la température de 850 à 11000 C à la sortie de la seconde zone de vapocraquage Pendant qu'ils passent à travers ces zones de vapocraquage, les hydrocarbures lourds sont soumis à un vapocraquage et sont transformés en un mélange gazeux constitué essentiellement d'hydrogène, de monoxyde de carbone, de bioxyde de carbone et d'hydrocarbures inférieurs

saturés et insaturés.

Il est particulièrement important dans le vapo-

craquage des hydrocarbures lourds d'élever rapidement la température des hydrocarbures lourds à la température de vapocraquage désirée A cet effet, il est nécessaire

d'effectuer le chauffage du mélange de départ d'hydrocar-

bures lourds et de vapeur d'eau en lui fournissant un flux thermique important Il est simultanément souhaitable d'élever la température des hydrocarbures lourds et de la vapeur d'eau à une valeur aussi élevée que possible Il est donc souhaitable de préchauffer les hydrocarbures

lourds à une température de 4500 C ou moins, en particu-

lier de 300 à 4500 C, avant d'introduire les hydrocarbures lourds dans la première zone de vapocraquage De plus, on préfère utiliser de la vapeur d'eau qui est surchauffée à une température de 600 à 10000 C, de préférence de 800 à 9500 C avant d'être introduite dans la première zone de vapocraquage Le rapport du nombre des moles du courant d'alimentation aux atomes de carbone de l'alimentation hydrocarbonée lourde, c'est-àdire le rapport vapeur d'eau/carbone (V/C) est, de préférence, de 2/1 ou plus et plus particulièrement de 3/1 à 6/1 La vapeur d'eau peut éventuellement contenir de l'oxygène, de l'hydrogène

et/ou du bioxyde de carbone qui lui est mélangé.

Les hydrocarbures lourds introduits dans la

première zone de vapocraquage qui est chauffée par l'ex-

térieur de façon à présenter un flux thermique important de 41 800 à 29 300 k J/m h, de préférence de 167 000 à 1 t O 49 29 300 k J/m h, sont amenés à passer avec la vapeur d'eau

à travers la première zone de vapocraquage avec une vi -

tesse d'écoulement de 4 à 100 m/s, de préférence de 30 à 80 m/s et avec une durée de séjour de 0,05 à 3 secondes, de préférence de 0,05 à 1 seconde Le mélange obtenu at- teint une température de 800 à 10000 C, de préférence de

850 à 9500 C à la sortie de la première zone de vapovra-

quage ayant le flux thermique important La pression d'en-

trée de la première zone de vapocraquage est, de préfé-

rence de 5 à 40 bars manométriques, et mieux de 10 à 30

bars manométriques Le diamètre intérieur de chaque réac-

teur tubulaire dans la première zone de vapocraquage est de préférence de 30 à 200 mm, et en particulier de

à 100 mm.

Si l'un quelconque des paramètres de flux ther-

mique, de vitesse d'écoulement et de durée de séjour at-

teignait des valeurs sortant des gammes précitées pour la

première zone de vapocraquage ayant le flux thermique im-

portant, le chauffage de l'alimentation d'hydrocarbures

lourds et de vapeur ne pourrait pas être effectué rapide-

ment ce qui provoquerait un dépôt de carbone, ou la tempé-

rature de la première zone de vapocraquage pourrait s'ac-

croitre de façon excessive, posant ainsi un problème de

l'endommagement des réacteurs tubulaires.

Lorsqu'il s'écoule à travers la première zone de vapocraquage un flux thermique important, le mélange des hydrocarbures lourds et de la vapeur d'eau passe en une période brève à travers la gamme des températures

de dépôt de carbone ( 400 à 5000 C) puis atteint la tempé-

rature plus élevée désirée Au cours du stade de chauffage ci-dessus, une partie de l'alimentation en hydrocarbures lourds est soumise à un craquage thermique et on peut

observer la formation d'une petite quantité de carbone.

Cependant, le carbone ainsi produit est entrainé par l'écoulement à grande vitesse sans qu'il adhère à la paroi intérieure de chaque réacteur tubulaire de la

première zone de vapocraquage.

Le mélange gazeux obtenu de la première zone de vapocraquage à flux thermique important est ensuite

12049 '

amené à pénétrer dans la seconde zone de vapocraquage à

flux thermique faible o la d Ashydrocrénation des hydrocar-

bures inférieurs du mélange gazeux et la conversion des hydrocarbures inférieurs ainsi déshydrogénés en hydrogène, monoxyde de carbone et dioxyde de carbone-par la vapeur d'eau, sont effectuées Il suffit donc de fournir à la seconde zone de vapocraquage à flux thermique faible, une quantité de chaleur égale ou quelque peu supérieure à celle nécessaire pour achever les diverses réactions

endothermiques qui s'y produisent Le flux thermique ap-

porté à la seconde zone de vapocraquage peut être compris dans la gamme de 6 280 à 41 800 k J/m h et de préférence de 20 900 à 41 800 k J/m h La vitesse d'écoulement du mélange gazeux dans la seconde zone de vapocraquage peut être de 4 à 100 m/s et de préférence de 30 à 80 m/s, et la durée de séjour peut être de 0,1 à 6 secondes et de

préférence de 0,1 à 2 secondes Le diamètre intérieur pré-

féré de chaque réacteur tubulaire dans la seconde zone de vapocraquage est de 30 à 200 mm, en particulier de 50 à 100 mm La température du gaz à la sortie de la seconde zone de vapocraquage peut être de 850 à 11000 C et de préférence de 900 à 10000 C. Si l'un quelconque des paramètres de flux thermique, de vitesse d'écoulement et de durée de séjour

de la seconde zone de vapocraquage ayant un flux ther-

mique faible atteignait des valeurs sortant des gammes précédemment définies, la réaction de craquage thermique ne s'effectuerait pas dans une mesure satisfaisante ou la température pourrait s'élever à une valeur excessive réduisant ainsi la résistance mécanique des réacteurs tubulaires.

Chacune des deux zones de vapocraquage respec-

tivement à flux thermique important et à flux thermique

faible, peut être construite par ajustement de la dis-

position ou de la capacité de chaque réchauffeur à combustion correspondant, c'est-à-dire de chaque brûleur de chauffage des réacteurs tubulaires correspondants pour

modifier le flux thermique dans les réacteurs tubulaires.

lt 049 Lorsqu'un tel ajustement du flux thermique est obtenu uniquement par modification de l'emplacement des brûleurs de chauffage, il est nécessaire de disposer plus de brûleurs de chauffage pour les réacteurs tubulaires aux emplacements correspondant à la première zone de vapo-

craquage à flux thermique important et moins de bru-

leurs de chauffage aux emplacements correspondant à la

seconde zone de vapocraquage à flux thermique faible.

Un appareil selon l'invention qui est décrit ci-après

peut être employé de façon avantageuse pour assurer l'a-

justement requis du flux thermique.

La figure unique annexée est une coupe ver-

ticale schématique d'un appareil selon un mode de réalisa-

tion de l'invention.

L'appareil selon l'invention, destiné à être utilisé dans le vapocraquage d'hydrocarbures lourds, comprend un premier four de chauffage semblable à une boite, un groupe de tubes pénétrant verticalement vers le bas dans un premier four de chauffage à travers une

de ses parois supérieures, un mélangeur disposé à l'ex-

trémité supérieure de chacun des tubes et conçu pour alimenter le tube qui lui est associé en un mélange

d'hydrocarbures lourds et de vapeur d'eau, ces hydro-

carbures lourds étant fournis en une proportion déter-

minée par un distributeur d'hydrocarbures lourds et la vapeur d'eau étant fournie par un distributeur de vapeur d'eau, chacun des tubes s'étendant à travers le premier four de chauffage au moins une fois verticalement vers le bas, puis dans la direction inverse verticalement vers le haut de façon à permettre à l'écoulement intratubulaire de s'effectuer avec une durée de séjour prédéterminée

dans le premier four de chauffage, un ou plusieurs ré-

chauffeurs à combustion disposés sur une paroi latérale et/ou la paroi de fond du premier four de chauffage et conçus pour chauffer par rayonnement chaque écoulement intratubulaire à des températures comprises dans la gamme de 800 à 10001 C avec un flux thermique compris dans la gamme de 41 800 à 293 000 k J/m h sur la paroi interne de chaque tube; chacun desdits tubes s'étendant 1 t 049 ensuite à travers un second four de chauffage au moins une fois verticalement vers le bas puis en direction inverse verticalement vers le haut defaçon à permettre à l'écoulement intratubulaire de s'effectuer avec une durée de séjour prédéterminée dans le second four de

chauffage; un ou plusieurs seconds réchauffeurs à combus-

tion disposés sur une paroi latérale et/ou une paroi de fond du second four de chauffage et conçus pour chauffer par rayonnement chaque écoulement intratubulaire à des températures comprises dans la gamme de 850 à 1 1000 C avec un flux thermique compris dans la gamme de 6280 à 41 800 k J/m,h; et chaque tube s'étendant de plus à travers la paroi supérieure ou la paroi inférieure du

second four de chauffage en une position située à l'ex-

térieur du second four de chauffage, chaque tube étant en cette position raccordé à un manifold de sortie dans lequel tous les écoulements intratubulaires de tous les

tubes sont combinés entre eux.

Selon un mode de réalisation de l'invention,

comme illustré par la figure, une première zone de chauf-

fage par rayonnement A à flux thermique important sous forme d'un four de chauffage semblable à une boite, et une seconde zone de chauffage par rayonnement B à faible flux thermique qui est également un four de chauffage

semblable à une boite, sont disposées avec leurs por-

tions supérieures communiquant entre elles Les deux

zones de chauffage A et B sont supportées par une co-

lonne 10 dont l'extérieur est recouvert de parois igni-

fugées 9 Au-dessus de la première zone dechauffage Aà

flux thermique important se trouve un distributeur d'en-

trée 2 pour l'alimentation d'hydrocarbures lourds Le

distributeur d'entrée 2 est raccordé par plusieurs con-

duites 14 d'introduction d'alimentation aux extrémités supérieures de plusieurs réacteurs tubulaires 5 qui sont sous forme de tubes continus allongés faits d'une matière métallique résistant à la chaleur La figure ne montre qu'un réacteur tubulaire 5 mais il est entendu qu'il existe plusieurs de ces réacteurs disposés parallèlement

251 * 049

entre eux dans la première zone de chauffage A Un dis-

tributeur 1 d'introduction de vapeur d'eau est disposé en un emplacement parallèle au distributeur d'entrée 2 de l'alimentation d'hydrocarbures lourds Le distributeur 1 d'introduction de la vapeur d'eau est couplé par plu- sieurs conduites 15 d'introduction de la vapeur d'eau

aux extrémités supérieures des réacteurs tubulaires 5.

Chaque réacteur tubulaire 5 est muni à son extrémité supérieure d'un mélangeur 16 tel qu'un injecteur mélangeur conçu pour mélanger ensemble l'alimentation d'hydrocarbures lourds et la vapeur d'eau et pour injecter le mélange ainsi produit vers le bas dans chaque réacteur tubulaire 5 Le

mélangeur 16 sert à former un courant mélangé de l'alimen-

tation d'hydrocarbures lourds et de la vapeur d'eau qui sont introduites respectivement par la conduite d'entrée 14 d'alimentation d'hydrocarbures lourds et la conduite d'introduction de vapeur d'eau Le mélangeur 16 peut

être d'un type approprié quelconque tant qu'il est ca-

pable de former un courant mélangé d'hydrocarbures lourds et de vapeur d'eau Il est également possible de disposer un atomiseur qui forme une couche mince de vapeur d'eau

autour du courant mélangé précité.

Les réacteurs tubulaires 5 sont suspendus par une suspension élastique 13 Le distributeur d'entrée 2

de l'alimentation d'hydrocarbures lourds et le disposi-

tif d'entrée 1 d'introduction de la vapeur d'eau sont suspendus au-dessus de la paroi supérieure de la première zone de chauffage A à flux thermique important Chaque réacteur tubulaire 5 a une première branche qui s'étend

verticalement vers le bas dans la première zone de chauf-

fage A et est repliée en U à la portion inférieure de la zone de chauffage A et une seconde branche qui s'étend verticalement vers le haut dans ladite première zone de chauffage L'extrémité supérieure de la seconde branche du réacteur tubulaire s'étend de la partie supérieure de la zone de chauffage A dans la partie supérieure de la seconde zone de chauffage B à faible flux thermique La première zone de chauffage A est munie de brûleurs 4 disposés sur la paroi latérale et de brûleurs 8 de plancher. Dans la zone de chauffage B à faible flux thermique, des réacteurs tubulaires 5 ' qui sont chacun raccordés aux réacteurs tubulaires correspondant 5 sous une forme unitaire, sont disposés verticalement Chacun des réacteurs tubulaires 5 ', comme le montre la figure, a deux sections en forme de U raccordées en série et décalées latéralement l'une de l'autre Chaque section en

forme de U est constituée d'une branche verticale s'éten-

dant vers le bas, d'une branche verticale s'étendant vers le haut et d'une portion en U raccordant les extrémités inférieures desdites branches L'extrémité d'évacuation de chaque réacteur tubulaire 5 ' s'étend vers le haut en un point situé au-dessus de la seconde zone de chauffage B, et en ce point, elle communique avec un manifold 11 de sortie des gaz ainsi produits Les réacteurs tubulaires ' et le manifold de sortie 11 sont respectivement sus- pendus par les suspensions élastiques 12 ' et 12 Comme chacun des réacteurs tubulaires 5 et 5 ' est suspendu par le dessus des zones de chauffage A et B, toute dilatation thermique des réacteurs tubulaires 5 et 5 ' est permise

vers le bas et il ne se développe pas de contrainte ther-

mique dans les réacteurs tubulaires 5 et 5 '.

Des brileurs 8 ' de plancher du four sont disposés dans

la zone de chauffage B à faible flux thermique Des fe-

nêtres d'inspection 3, 6, 3 ' et 6 ' sont ménagées dans les

parois latérales des zones de chauffage A et B pour per-

mettre l'observation de l'intérieur des fours Une sec-

tion de pont C est disposée au-dessus de l'extrémité supé-

rieure de la colonne 10 et communique avec les extrémités supérieures de la zone de chauffage A à flux thermique important et de la zone de chauffage B à faible flux thermique pour recueillir les gaz de combustion produits dans les zones de chauffage A et B La section de pont C a un carneau s'étendant vers le haut à partir de sa portion centrale Le carneau comporte une section 17 de chauffage par convection dans laquelle des dispositifs de récupération de la chaleur perdue, tels qu'un préchauffeur 251504 r il

18, sont disposés Des trous de visite 7 et 7 ' per-

mettent aux utilisateurs ou à une équipe d'entretien des pénétrer à l'intérieur de l'appareil lorsque l'opération

de chauffage a été suspendue.

Lorsque des hydrocarbures lourds sont soumis à un vapocraquage dans l'appareil ci-dessus, l'alimentation d'hydrocarbures lourds est introduite par le distributeur

d'entrée 2 puis traverse les conduites d'entrée 14 jus-

qu'aux mélangeurs 16 De la vapeur d'eau est fournie par le distributeur d'introduction de vapeur d'eau 1 puis traverse les conduites d'introduction de la vapeur d'eau pour atteindre les mélangeurs 16 Dans les mélangeurs 16, l'alimentation d'hydrocarbures lourds est mélangée avec la vapeur d'eau qui la dilue et le mélange est ensuite injecté dans les réacteurs tubulaires 5 La zone de chauffage A à flux thermique important qui loge les réacteurs tubulaires 5 est maintenue à une température élevée par les brûleurs 4, 8 Le mélange d'hydrocarbures

lourds et de vapeur d'eau est rapidement chauffé à 800 -

10000 C et est soumis à un vapocraquage par le flux ther-

mique important dans chaque réacteur tubulaire 5 En-

suite le mélange résultant de chaque réacteur tubulaire pénètre dans le réacteur tubulaire correspondant 5 ' dans la zone de chauffage B à faible flux thermique o il est soumis à un vapocraquage complémentaire et en même temps

chauffé de plus à 850-11000 C Le vapocraquage du mé-

lange s'achève dans la dernière portion de chaque réac-

teur tubulaire 5 ' et les gaz produits s'écoulent dans

le manifold de sortie 11 à partir duquel ils sont con-

duits à des installations de traitement ultérieur.

Comme la température de l'alimentation mixte est basse dans la première zone de chauffage A à flux thermique important, il est nécessaire d'introduire une grande quantité de chaleur à l'intérieur de la zone de

chauffage A pour que le mélange d'alimentation intratu-

bulaire puisse recevoir un flux thermique important par le réacteur tubulaire 5 qui lui correspond D'autre part, il est nécessaire de réduire le flux thermique fourni 1 t 049 au mélange s'écoulant à travers chaque réacteur tubulaire ' pour protéger contre l'endommagement les réacteurs tubulaires 5 ' dans la zone de chauffage B à faible

flux thermique Il est donc nécessaire de réduire la quan-

tité de chaleur introduite-à l'intérieur de la zone de chauffage B et, au lieu de fournir une quantité plu's importante de chaleur, de rendre la longueur globale de chaque réacteur tubulaire 5 ' supérieure à la longueur globale de chaque réacteur tubulaire 5 dans la zone de

chauffage A pour que la durée de séjour du mélange d'ali-

mentation dans la zone de chauffage B puisse être pro-

longée Les gaz de combustion qui sont évacués aux ex-

trémités supérieures des zones de chauffage A et B pé-

nètrent dans la section 17 de chauffage par convection et, après que la chaleur en a été récupérée, ils sont

évacués comme gaz d'échappement à l'extérieur de l'appa-

reil. Comme indiqué par la disposition des tubes 5 '

sur la figure, l'appareil de l'invention peut être cons-

truit selon une disposition en double avec deux appareils de vapocraquage comme décrit ci-dessus construits dans une relation d'image à objet si bien qu'une zone commune de chauffage agrandie au double B est utilisée et que les réacteurs tubulaires 5 ' de chaque appareil sont réunis

à un manifold de sortie commun 11.

Le mélange vapocraqué obtenu selon l'invention contient de l'hydrogène, du monoxyde de carbone et du bioxyde de carbone, des hydrocarbures inférieurs saturés

tels que le méthane et des hydrocarbures inférieurs in-

saturés tels que l'éthylène, le propylèr' et le buta-

diène Pour obtenir un gaz constitué principalement d'hy-

drogène, il est nécessaire de transformer ces hydro-

carbures en hydrogène et en monoxyde de carbone en mettant -le mélange vapocraqué en contact avec un catalyseur qui

est fait principalement d'un oxyde d'un métal alcalino-

terreux tel que l'oxyde de calcium et l'alumine mais

qui est pratiquement dépourvu d'impuretés telles que l'o-

xyde de silicium Il va sans dire que divers procédés connus autres que celui-ci peuvent être employés pour

1 t O 4.

transformer un tel mélange vapocraqué en un gaz constitué

principalement d'hydrogène.

Comme l'invention permet d'élever rapidement la température d'un mélange d'hydrocarbures lourds et de vapeur d'eau à la température désirée de vapocraquage, la durée de séjour du mélange dans la gamme des températures de dépôt de carbone est très brève et, par conséquent, le dépôt de carbone peut être réduit au minimum ce qui évite

avec succès le dépôt de carbone dans les réacteurs tu-

bulaires.

Dans un appareil selon l'invention, un mélange d'hydrocarbures lourds et de vapeur d'eau est soumis à un flux thermique important et est rapidement chauffé dans les réacteurs tubulaires dans la première zone de chauffage à flux thermique important Donc, les parois

intérieures des réacteurs tubulaires peuvent être main-

tenues exemptes du dépôt de carbone qui se produirait sinon pendant le craquage des hydrocarbures lourds Le craquage des hydrocarbures lourds est de plus favorisé lorsque le mélange ci-dessus traverse les réacteurs tubulaires dans la seconde zone de chauffage à faible flux thermique, si bien que l'on obtient un gaz craqué

ayant la composition désirée Comme les réacteurs tubu-

laires sont exposés à un flux thermique relativement faible dans la seconde zone de chauffage à faible flux thermique, les réacteurs tubulaires sont extrêmement peu endommagés par les températures élevées malgré la température élevée du gaz d'alimentation qui traverse lesréacteurs tubulaires Par conséquent, la durée de

service des réacteurs tubulaires peut être considérable-

ment prolongée L'appareil selon l'invention nermet d'ob-

tenir un degré extrêmement élevé de rendement tlermique global car les gaz de combustion produits dans les deux zones de chauffage sont rassemblés dans la zone-de chauffage par convection et la chaleur qu'ils contiennent peut y

être récupérée.

L'invention va être décrite de façon plus dé-

taillée dans les exemples et exemples comparatifs suivants.

1 t 04

EXEMPLES 1 à 5 -

On dispose, comme représenté sur la figure, des réacteurs tubulaires en épingle à cheveux (en forme de U) ayant un diamètre intérieur et une longueur prédéterminés, dans une zone de chauffage A à flux thermique important et dans une zone de chauffage B à faible flux thermique d'un four de chauffage pour former une zone de vapocraquage à flux thermique important et une autre zone de vapocraquage

à faible flux thermique.

on introduit des hydrocarbures lourds avec de

la vapeur d'eau surchauffée à une température prédéter-

minée dans les réacteurs tubulaires de la zone de vapocraquage è flux thermique important d'un appareil de vapocraquage construit

canoe décrit ci-dessus et illustré par la figure.

Après 100 heures de fonctionnement continu, on démonte l'appareil réactionnel pour examiner l'intérieur des réacteurs tubulaires et déterminer la quantité de carbone qui y adhère Les conditions opératoires et les résultatsde l'examen figurent respectivement dans le

tableau 1 et le tableau 2.

TABLEAU 1

_______________________________________________________

Exemple N 1 2 3 4

:: : :::

: Zone de vapocraquage A à:::: flux thermique important: : Réacteurs tubulaires, dia-::: :: : mètre intérieur (rm):70 70: 70: 70:70:

:: : :::

: Réacteurs tubulaires,::: :: :longueur (m): 22 : 22 22: 222: : Flux thermique k J/m 2 h:272000:188 000:284 000 62 800 : Vitesse d'écoulement::: :: : (m/s): 47: 33 : 50: 15: Température de sortie 890 890 890 890

: -_: 890:890:890:

251 r 049 (suite du Tableau 1)

Exemple N

:: : :::

: Zone de vapocraquage B à::::: : faible flux thermique::::

:: : :::

: Réacteurs tubulaires, : diamètre intérieur (nm): 70 : Réacteurs tubulaires, : : : longueur (m): 44 : 44: 44: 44

*:: :: :

:Flux thermique (k J/m 2 h):33 500: 23 400: 35 100: 10 400

:: : : :

: Vitesse d'écoulemeint : (m/s) Température de sortie ( c) : 940 Alimentation en: huile : hi hydrocarbures lourds:lourde C:lou Quantité d'alimentation en hydrocarbure lourds: fournie (kg/h) 350 : 30: Temnpérature de 1 'alimen: tation d'huile lourde: fournie ( C): 350 :: Quantité de vapeur:: d'eau fournie (kg/h) 2240: Température de la:: vapeur d'eau fournie 900 ( ,C) Pression de réaction:: (bars manométriques) : 18: :: uile: h urde C: lo 18 - uie: ul uile ' huile urde C:lourde C

370: 110

350: 700: :

251 049

TABLEAU 2

_______________________________________________________

Exemple N 1 2 3 4

:: : :::

: Présence de carbone adhé- rant dans les réacteurs tubulaires: : Zone de vapocraquage A à flux thermique important néant néant néant néant Zone de vapocraquage B à: a: N n faible flux thermique néant néant néant néant : Composition du gaz à la

sortie de la zone de va-

pocraquage B à faible flux thermique: H 2 ( o) : H 2 (vol%): 43,6 : 46,8: 41,4: 51,0: CO (vol %) 13,5 15,3 13,0 15,7

:: : :::

CO 2 (vol %): 9,4 : 12,9 8,5: 14,0 :C 2 H(vol %): 23,2 : 20,6: 24,6: 16, 4:

:: : :::

:C H (vol %): 4,5 : 1,9: 5,0: 1,2:

3:::::

:CH 4 (vol%): 3,5 : 0,8: 3,8: 0,5: : Autresgaz (vol %): 2,3: 1,7: 3,7: 1, 2:

:: : :::

EXEMPLES COMPARATIFS 1 à 4 -

On répète les modes opératoires des exemples 1 à 4 dans des conditions opératoires sortant des gammes de l'invention Après 24 heures de fonctionnement continu, on examine l'intérieur de chaque réacteur tubulaire pour déterminer la quantité de carbone qui y adhère Les conditions opératoires et les résultats expérimentaux sont résumés respectivement dans le tableau 3 et le

tableau 4.

TABLEAU 3

_______________________________________________________

:: : :::

: Exemple comparatif N : 1: 2: 3: 4:

:: : :::

:: : :::

:: : :::

: Zone de vapocraquage A: :::: : flux thermique important::::::

:: : ::

: Réacteurs tubulaires,: :::: :diamntre intérieur (mnm),: 70: 70: 70: 70: Réacteurs tubulaires,::: :: longueur (m): 22: 22: 22: 22: Flux 2 Flux thermique k J/m h:33 500:376 000:20 900:418 000 Vitesse d'écoulement (m/s) 47 33 3,3 120 Temperature de sortie ( C): 750 1070: 900 770

::: : : :

Zone de vapocraquage B à:::: : faible flux thermique:::: ::

::: : : :

Réacteurs tubulaires:::: : diamntre intérieur (mn): 70: 70: 70: 70:

::: : : :

Réacteurs tubulaires::: :: longueur (m): 44 44 44 44

2: :::

: Flux thermique k J/m h:33 500:33 500: 4 180: 52 000: Vitesse d'écoulement (m/s): 52 38 3,6: 130 Température de sortie ( 0: 800: 1 130: 960: 830: Alimentation d'hydrocar huile huile huile: huile :bures lourds buires lourds lourde C lourde C lourde C lourde C

:': : :::

Quantité d'alimentation:: d'hydrocarbure lourds:: fournie (kg/h) 350 350 35 900 Tempe'rature de l'ali:::: : : mentation d'huile::: :: lourde fournie (OC): 350 350: 350 350 : Quantité de vapeur:: d'eau fournie (kg/h) : 2 240: 2 240: 157: 5 720:

:: : :::

Température de la:: : vapeur d'eau fournie 900 900 900 900

(OC): ::::

Pression de réaction:::: : (bars manomètriques) 18: 18: 18:18

:: : :::

251 a 049

TABLEAU 4

:: :::

Exemple comparatif NO: 1: 2: 3 4

:::: ::

:: : :::

Présence de carbone : adhérant dans les réac teurs tubulaires: Zone de vapocraquage A à flux thermique important oui oui oui: oui Zone de vapocraquage B à faible flux thermique oui oui oui oui C position du gaz à la :sortie de la zone de vapocraquage B à faible flux thermique:

:2: : 2 : ,: O

H (vol %) 22,0 56,0 54,0 27,0 o O (vol%) 4,1 12,6 12,7 6,5 : C 02 (vol %) : 1,5 : 14,3: 13,0: 5,1 C 2 H 4 (vol%) 28,0 14,1 16,4 25,2 2 4 C 3 H(vol %) 26,0 1,0: 1,5 24,6 36:: CH 4(vol %) 10,0 0,5 0,7 6,5 4 (vol %) Autres gaz 8,4 1,5 1,7 5,1

251049 '

Claims (2)

REVENDICATIONS

1 Procédé pour le vapocraquage d'hydrocarbures

lourds pour former un gaz contenant de l'hydrogène, carac-

térisé en ce qu'il comprend des stades consistant à faire s'écouler une alimentation d'hydrocarbures louras avec de la vapeur d'eau à travers un ou plusieurs premiers réacteurs tubulaires sans catalyseur dans une première zone de vapocraquage ayant un flux thermique important compris

dans la gamme de 41 800 à 293 000 k J/m h sur la paroi inté-

rieure dudit réacteur tubulaire, avec une vitesse d'écoule-

ment de 4 à 100 m/s et une durée de séjour dans ledit pre-

mier réacteur tubulaire de 0,05 à 3 secondes, de façon à chauffer rapidement ladite alimentation d'hydrocarbures lourds et la vapeur d'eau à une température comprise dans

la gamme de 800 à 1 0000 C; puis à faire S'écouler le mé-

lange gazeux évacué de ladite première zone de vapocraquage à travers un ou plusieurs seconds réacteurs tubulaires sans catalyseur dans une seconde zone de vapocraquage ayant un faible flux thermique compris dans la gamme de 6 280 à 41 800 k J/m h, avec une vitesse d'écoulement de 4 à m/s et avec une durée de séjour dans le second réacteur

tubulaire de 0,1 à 6 secondes de façon à élever la tempé-

rature dudit mélange gazeux et de la vapeur d'eau a une valeur comprise dans la gamme de 850 à 11000 C pour soumettre ainsi les hydrocarbures lourds à un vapocraquage et produire

ledit gaz contenant de l'hydrogène.

2 Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit flux thermique important est compris dans la gamme de 167 000 à 293 000 k J/r, h, lesdits hydrocarbures

lourds et la vapeur d'eau traversent ledit premier réac-

teur tubulaire à un débit de 30 à 80 m/s et avec une durée de séjour dans ledit premier réacteur tubulaire de 0,05 à 1 seconde, et lesdits hydrocarbures lourds et la vapeur d'eau sont ainsi chauffés à une température comprise dans la gamme de 850 à 9500 C; et ledit flux thermique faible est compris dans la gamme de 20 900 à 41 800 k J/m h, ledit mélange gazeux traverse ledit second réacteur tubulaire avec une vitesse d'écoulement de 30 à 80 m/s et une durée 251 t 049 de séjour dans ledit second réacteur tubulaire de 0,1 à 2 secondes et ledit mélange gazeux est ainsi chauffé à une température comprise dans la gamme de 900 à 1 000 C. 3 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite alimentation d'hydrocarbures lourds et la vapeur d'eau sont injectées à une pression de 5 à 40 bars

manométriques aux entrées desdits premiers réacteurs'tubu-

laires et lesdits premiers réacteurs tubulaires sont chacun constitués de tubes métalliques continus allongés ayant un

diamètre intérieur compris dans la gamme de 30 à 200 mm.

4 Procédé selon la revendication 3, caractérisé

en ce que ladite pression est de 10 à 30 bars manométri-

ques et ledit diamètre intérieur est compris dans la gamme

de 50 à 100 mm.

5 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rapport des moles de ladite vapeur d'eau aux atomes de carbone de ladite alimentation d'hydrocarbures

lourds est compris dans la gamme de 3/1 à 6/1.

6 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite alimentation d'hydrocarbures lourds est choisie parmi le groupe constitué par une huile lourde, un

résidu de distillation sous vide, un goudron et un brai.

7 Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite huile est une huile lourde C. 8 Procédé selon la revendication 1, caractérisé

en ce que ledit gaz contenant de l'hydrogène est consi-i-

tué essentiellement d'hydrogène, de monoxyde de carbone, de bioxyde de carbone, d'hydrocarbures inférieurs saturés

et d'hydrocarbures inférieurs insaturés.

9 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite alimentation d'hydrocarbures lourds et la vapeur d'eau sont chauffés de façon à passer rapidement à travers la gamme des températures de 400 à 5000 C lorsque ladite alimentation d'hydrocarbures lourds et la vapeur

d'eau sont chauffées dans ladite première zone de vapocra-

quage, pour réduire au minimum le dépôt de carbone sur la

paroi intérieure dudit premier réacteur tubulaire.

Appareil utile dans le vapocraquage des hydrocarbures lourds caractérisé en ce qu'il comprend un premier four de chauffage; plusieurs tubes ( 5) s'rtendant

verticalement vers le bas dans ledit premier four de chauf-

fece (A) a travers une paroi supérieure de celui-ci; plusieurs mélangeurs disposés aux extrémités supérieures de chacun desdits tubes, chacun de ces mélangeurs étant conçu pour alimenter le tube correspondant en un mélange comprenant une alimentation d'hydrocarbures lourds et de la vapeur d'eau, ces hydrocarbures lourds étant apportés auxdits mélangeurs dans une certaine proportion par un distributeur d'alimentation ( 2) en hydrocarbures lourds et ladite vapeur d'eau est apportée auxdits mélangeurs par un distributeur ( 1) de vapeur d'eau, chacun desdits tubes ( 5) s''tendant au moins

une fois à travers ledit premier four de chauffage (A) ver-

ticalement et vers le bas puis dans la direction inverse

verticalement et vers le haut de façon à ce que l'écoule-

ment intratubulaire dans chacun desdits tubes se fasse avec une durée de séjour prédéterminée lors du passage à travers ledit premier four de chauffage (A) un ou plusieurs premiers réchauffeurs à combustion ( 4 et 8) discosés R l'intérieur dudit

premier four de chauffage (A) ailleurs que sur sa paroi supé-

rieure et conçus pour chauffer par rayonnement chacun desdits écoulements intratubulaires à une température

comprise dans la gamme de 800 à 1000 C avec un flux ther-

mique compris dans la gamme de 41 800 à 293 000 k J/m h. sur la paroi intérieure de chaque tube; un second four

de chauffage (B) a travers lequel chacun desdits tubes ( 5 ') s'é-

tend ensuite au moins une fois verticalement vers le bas puis dans la direction inverse verticalement vers le haut

de façon à ce que ledit écoulement intratubulaire s'ef-

fectue avec une durée de séjour prédéterminée lors du pas-

sage à travers ledit second four de chauffage (B); un ou plusieurs seconds rechauffeurs (R') combustion disposés sur l'intérieur dudit second four de chauffage (B) et conçus pour chauffer par rayonnement chaque courant intratubulaire à une température comprise dans la gamme de 850 à 1100 C avec un flux thermique compris dans la gamme de 6280 à 41800 k J/m 2 h, chacun desdits tubes ( 9 ') s'étendant de plus à travers une paroi supérieure dudit second four de chauffage (B) 251 t 49 en des positions situées à l'extérieur dudit second four

de chauffage (B 3); et un manifold de sortie ( 11) auquel chacun des-

dits tubes ( 5 ') est raccordé en lesdites positions de façon à ce que tous lesdits écoulements intratubulaires soient combinés ensemble.

11 Appareil selon la revendication 10, carac-

térisé en ce qu'il comprend de plus une section de pont

communiquant avec lesdits premier et second fours (A et B) de chauf-

fage, de façon à ce que lesdits tubes ( 5) à l'extrrmité de chacune de leurs dites sections s'étendant verticalement

vers le haut dans ledit premier four de chauffage (A) s'éten-

dent ensuite latéralement à travers ladite section de pont dans ledit second four de chauffage (B) our communiquer avec les extrémités les plus hautes de chacune desdites sections s'étendant verticalement vers le bas desdits tubes ( 5 ') dans

ledit second four de chauffage (B).

12 Appareil selon la revendication 11, carac-

térisé en ce que ladite section de pont a pratiquement la structure d'une boîte ayant des ouvertures sur ses côtés inférieurs opposés, chacune desdites ouvertures permettant la communication respectivement avec ledit premier et ledit second fours de chauffage (A et B) et ayant un dispositif pour récupérer la chaleur perdue du gaz de combustion produit par ledit premier et ledit second réchauffeurs par combustion ( 4,8 et 8 '),plac A au-dessus

desdites ouvertures.

13 Appareil selon la revendication 10, carac-

térisé en ce qu'il comprend de plus plusieurs suspensions Plastiques ( 12, 19 ' et 13 ') è partir desauelles lesdits tubes ( 5 et 5 ') sont suspendus si bien que la dilatation thermique desdits

tubes (< et R') ne s'effectue cue vers le bas.

14 Appareil selon l'une des revendications 10

ou 12, caractérisé en ce que chacun desdits tubes ( 5 ') s'étend deux fois verticalement vers le bas puis verticalement vers le haut dans ledit second four de chauffage (P) pour former deux sections de tube en U parallèles raccordées par une section de tube s'étendant latéralement en communication avec l'extrémité la plus haute de la section s'étendant verticalement vers le haut de la première

251 O 49

desdites sections en U et l'extrémité la plus haute de la section s'étendant verticalement vers le bas de la seconde desdites section en U.

Appareil selon la revendication 10, carac-

térisé en ce que lesdits tubes ( 5 et 5 ') sont constitu Js chacun de tubes métalliques allongés continus résistant à la chaleur ayant chacun un diamètre intérieur compris dans la gamme

de 30 à 200 mm.

16 Appareil selon la revendication 15, carac-

térisé en ce que ledit diamètre intérieur est compris

dans la gamme de 50 à 100 mm.

17 Appareil pour le vapocraquage d'hydrocarbures

lourds, caractérisé en ce qu'il comprend une paire d'appa-

reils selon la revendication 10, utilisant un second four de chauffage (M) unique camnnm agrandi et étant en rapport de miroir à objet si bien-que les tubes de chacun desdits appareils sont raccordés à un réchauffeur de sortie commun

unique ( 11).

18 Procédé selon la revendication 1, caracté-

2 C risé en ce que la durée de séjour dans ledit second réac-

tour tubulaire est environ double de la durée de séjour dans ledit premier réacteur tubulaire, le flux thermique dans ledit premier réacteur tubulaire est 4 à 14 fois supérieur au flux thermique dans ledit second réacteur tubulaire et la température du gaz contenant de l'hydrogène qui est

évacuée de la seconde zone de vapocraquage est supé-

rieure de 50 à 100 C à la température du mélange gazeux

évacué de la première zone de vapocraquage.