FR2600641A1 - Procede et four de vapocraquage d'hydrocarbures gazeux destines a la fabrication d'olefines et de diolefines - Google Patents
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Abstract
PROCEDE DE FABRICATION D'OLEFINES ET DE DIOLEFINES PAR CRAQUAGE A LA VAPEUR D'EAU D'HYDROCARBURES GAZEUX, CONSISTANT A FAIRE PASSER A TRAVERS UNE ZONE DE RADIATION D'UN FOUR, UN MELANGE D'HYDROCARBURES GAZEUX ET DE VAPEUR D'EAU CIRCULANT DANS UN TUBE DE CRAQUAGE PLACE A L'INTERIEUR DE CETTE ZONE, EN UN TEMPS DE SEJOUR MOYEN COMPRIS ENTRE 300 ET 1800MILLISECONDES, SOUS UNE PRESSION DE SORTIE DE FOUR COMPRISE ENTRE 120 ET 240 KPA, PROCEDE CARACTERISE EN CE QUE: A.LA TEMPERATURE DE CRAQUAGE DU MELANGE D'HYDROCARBURES GAZEUX ET DE VAPEUR D'EAU AUGMENTE DEPUIS LA TEMPERATURE D'ENTREE DE LA ZONE DE RADIATION COMPRISE ENTRE 500 ET 700C JUSQU'A LA TEMPERATURE DE SORTIE DE CETTE ZONE COMPRISE ENTRE 800 ET 880C, ET B.LE VOLUME REACTIONNEL DE LA PREMIERE MOITIE DE LA LONGUEUR DU TUBE DE CRAQUAGE, SITUEE VERS L'ENTREE DE LA ZONE DE RADIATION, EST DE 1,3 A 4 FOIS SUPERIEUR A CELUI DE LA DEUXIEME MOITIE DE LA LONGUEUR DU TUBE, SITUEE VERS LA SORTIE DE CETTE ZONE.
Description
La présente invention se rapporte à un procédé de craquage à la vapeur d'eau d'hydrocarbures gazeux, destiné à fabriquer des oléfines et des dioléfines, et notamment de l'éthylène. La présente invention a également pour objet un dispositif constitué par un four de craquage destiné à la mise en oeuvre de ce procédé.
Il est connu de réaliser le craquage à la vapeur d'eau des hydrocarbures gazeux, en particulier d'alcanes gazeux comportant de 2 à 4 atomes de carbone, éventuellement mélangés à du méthane et/ou des alcènes comportant de 2 à 4 atomes de carbone, dans des fours dont la température de sortie est généralement comprise entre 8000C et 8800C.
Dans ce procédé, connu sous le nom de craquage ou de pyrolyse à la vapeur d'eau, ou encore sous le nom de vapocraquage, on fait passer à travers la partie radiante d'un four un mélange d'hydrocarbures gazeux et de vapeur d'eau circulant dans un tube de craquage disposé sous la forme d'un serpentin à l'intérieur de ce four, la pression de ce mélange à la sortie du four étant généralement comprise entre 120 kPa et 240 kPa. Les hydrocarbures gazeux sont ainsi transformés en partie en oléfines comportant généralement de 2 à 6 atomes de carbone et notamment en éthylene, et en partie en sous-produits indésirables, tels que le méthane.
Les procédés de vapocraquage connus jusqu a présent mettent en oeuvre des hydrocarbures gazeux généralement d'un prix peu élevé, tels que le gaz naturel. Dans ces procédés, on cherche à convertir en oléfines la quantité la plus élevée possible d'hydrocarbures gazeux.
Ces procédés sont donc réalisés dans le but d'obtenir un taux élevé de conversion, ce taux de conversion étant défini par le rapport pondéral de la quantité d'hydrocarbures transformée à la quantité d'hydrocarbures mise en oeuvre. Cependant, ce taux élevé de conversion est généralement obtenu au détriment de la sélectivité en oléfines et notamment en éthylène de la réaction de vapocraquage. Ces procédés sont réalisés à l'aide de fours de vapocraquage qui sont conçus pour fonctionner selon des conditions dites de haute sévérité.
Ces conditions sont telles que le mélange d'hydrocarbures gazeux et de vapeur d'eau circulant dans le tube de craquage est soumis à une température relativement élevée et à une pression faible, pendant un temps court. En outre, ces fours de vapocraquage comprennent un dispositif de chauffe qui répartit la charge thermique généralement d'une façon homogène le long du tube, de telle sorte que le mélange d'hydrocarbures gazeux et de vapeur d'eau est soumis à une température qui, dès l'entrée dans le four, croît très rapidement pour atteindre en un temps relativement court une température élevée, proche de la température de sortie du four.Cependant les procédés mettant en oeuvre ces fours de vapocraquage peuvent présenter de sérieux inconvénients, tels que des phénomènes importants de cokage à l'intérieur du tube de craquage et un effet de vieillissement prématuré des installations de vapocraquage.
Selon les circonstances économiques, les procédés de vapocraquage peuvent mettre en oeuvre des hydrocarbures gazeux d'un prix relativement élevé, tels que le gaz de pétrole liquéfié, également appelé LPG, ou de l'éthane, produit secondaire issu du vapocraquage d'hydrocarbures liquides, tels que le naphta ou le gaz-oil. Dans ce cas, il est avantageux de rechercher un procédé de vapocraquage ayant une sélectivité en éthylène la plus élevée possible, en particulier un procédé permettant de fabriquer pour une quantité donnée d'éthylène la quantité la plus faible possible de sous-produits indésirables, tels que le méthane. La sélectivité en éthylène de la réaction de vapocraquage est définie par le rapport pondéral de la quantité d'éthylène fabriqué à la quantité d'hydrocarbures gazeux transformée.
Il est, ainsi, apparu depuis quelques années un besoin urgent de modifier les procédés de vapocraquage des hydrocarbures gazeux dans le but d'accroître sensiblement la sélectivité en éthylène des réactions de vapocraquage. Cependant, compte tenu de la taille importante des installations industrielles de vapocraquage et du coût élevé des investissements, il n'est pas concevable que la modification envisagée du procédé entraîne des transformations trop importantes et onéreuses des unités déjà existantes de vapocraquage. Ainsi, depuis plusieurs années, de nombreuses études ont été menées dans ce domainè et des efforts incessants de recherche ont été réalisés aussi bien au stade laboratoire qu'au stade industriel.
Il a été maintenant trouvé un procédé et un dispositif constitué par un four de craquage à la vapeur d'eau d'hydrocarbures gazeux permettant non seulement d'accroître très sensiblement la sélectivité en éthylène de la réaction de vapocraquage, mais aussi de diminuer très notablement la quantité de méthane produite, en évitant également les inconvénients cités précédemment. Le procédé et le dispositif de l'invention peuvent, en outre, être facilement adaptés aux installations déjà existantes de vapocraquage d'hydrocarbures gazeux.
La présente invention concerne tout d'abord un procédé de fabrication d'oléfines et de dioléfines, et principalement d'éthylène, par craquage à la vapeur d'eau d'hydrocarbures gazeux, consistant à faire passer, à travers une zone de radiation d'un four, un mélange d'hydrocarbures gazeux et de vapeur d'eau, circulant dans un tube de craquage placé à l'intérieur de cette zone, en un temps de séjour moyen compris entre 300 et 1800 millisecondes, sous une pression de sortie de four comprise entre 120 kPa et 240 kPa, procédé caractérisé en ce que
(a) la température de craquage du mélange d'hydrocarbures
gazeux et de vapeur d'eau augmente depuis la température
d'entrée de la zone de radiation, comprise entre 500 et
700OC, jusqu'à la température de sortie de cette zone,
comprise entre 800 et 8800C, cette augmentation de tempéra
ture étant associée à une répartition non homogène de la
puissance thermique du four appliquée le long du tube,
répartition telle que la puissance thermique appliquée à la
deuxième moitié de la longueur du tube, située vers la
sortie de la zone de radiation, est de 1,5 à 5 fois supé
rieure à celle appliquée à la première moitié de la lon
gueur du tube, située vers l'entrée de cette zone, et
(b) le volume réactionnel de la première moitié de la longueur
du tube de craquage, située vers l'entrée de la zone de
radiation, est de 1,3 à 4 fois supérieur à celui de la
deuxième moitié de la longueur du tube, située vers la
sortie de cette zone.
(a) la température de craquage du mélange d'hydrocarbures
gazeux et de vapeur d'eau augmente depuis la température
d'entrée de la zone de radiation, comprise entre 500 et
700OC, jusqu'à la température de sortie de cette zone,
comprise entre 800 et 8800C, cette augmentation de tempéra
ture étant associée à une répartition non homogène de la
puissance thermique du four appliquée le long du tube,
répartition telle que la puissance thermique appliquée à la
deuxième moitié de la longueur du tube, située vers la
sortie de la zone de radiation, est de 1,5 à 5 fois supé
rieure à celle appliquée à la première moitié de la lon
gueur du tube, située vers l'entrée de cette zone, et
(b) le volume réactionnel de la première moitié de la longueur
du tube de craquage, située vers l'entrée de la zone de
radiation, est de 1,3 à 4 fois supérieur à celui de la
deuxième moitié de la longueur du tube, située vers la
sortie de cette zone.
La figure 1 est une illustration schématique d'un four horizontal de vapocraquage, comprenant une enceinte thermique de radiation, également appelée zone de radiation, à travers laquelle passe un tube de craquage disposé sous la forme d'un serpentin.
Les figures 2 et 3 sont des graphiques tridimensionnels représentant la répartition du flux thermique à l'intérieur de l'enceinte thermique de radiation d'un four horizontal de vapocraquage, répartition obtenue respectivement selon une puissance de chauffe de type non-homogène, telle que décrite selon la présente invention, et une puissance de chauffe de type homogène.
Le procédé selon la présente invention est caractérisé, tout d'abord, par le domaine-de température de craquage du mélange d'hydrocarbures gazeux et de vapeur d'eau circulant dans le tube.
Cette température augmente le long du tube de craquage, depuis l'entrée jusqu'à la sortie de la zone de radiation du four, c'est-àdire dans le sens d'écoulement du mélange. En particulier, la température de craquage du mélange d'hydrocarbures gazeux et de vapeur d'eau est à l'entrée de la zone de radiation du four comprise entre 5000C et 7000C, de préférence comprise entre 5500C et 6600C ; elle est à la sortie de cette zone comprise entre 8000C et 8800C, de préférence comprise entre 8100C et 8500C. De préférence, le mélange d'hydrocarbures gazeux et de vapeur d'eau est soumis à un préchauffage avant son entrée dans la zone de radiation du four, ce préchauffage pouvant être réalisé par tout moyen connu, notamment dans une zone de chauffage par convection du four.
Par ailleurs, le procédé de l'invention est caractérisé par le fait que la température de craquage du mélange d'hydrocarbures gazeux et de vapeur n'augmente pas d'une façon uniforme le long du tube, entre l'entrée et la sortie de la zone de radiation du four.
Plus précisément, l'augmentation de la température de craquage du mélange est relativement modérée dans la première moitié de la longueur du tube, située vers l'entrée de la zone de radiation du four, tandis que l'augmentation de la température de craquage du mélange est plus importante dans la seconde moitié de la longueur du tube, située vers la sortie de la zone de radiation du four. Le réglage de la température de craquage du mélange d'hydrocarbures gazeux et de vapeur, circulant dans le tube entre l'entrée et la sortie de la zone de radiation du four, est obtenu par une répartition graduée de la puissance thermique appliquée au tube.En particulier, la puissance thermique appliquée à la deuxième moitié de la longueur du tube, située vers la sortie de la radiation du four, est de 1,5 à 5 fois supérieure, de préférence de 2 à 4 fois supérieure à celle appliquée à la première moitié de la longueur du tube, située vers l'entrée de cette zone.
Le temps de séjour moyen du mélange d'hydrocarbures gazeux et de vapeur d'eau, circulant dans le tube de craquage entre l'entrée et la sortie de la zone de radiation du four est généralement compris entre 300 et 1800 millisecondes, de préférence compris entre 400et 1400 millisecondes.
Par ailleurs, le procédé de l'invention est, également, caractérisé par un volume réactionnel qui, dans la première moitié de la longueur du tube de craquage, située vers l'entrée de la zone de radiation, est de 1,3 à 4 fois supérieur, de préférence de 1,5 à 2,5 fois supérieur à celui de la deuxième moitié de la longueur du tube, située vers la sortie de cette zone. Plus particulièrement, le volume réactionnel par unité de longueur du tube de craquage diminue de façon continue ou discontinue depuis l'entrée jusqu'à la sortie de la zone de radiation du four. En pratique, on préfère réaliser cette diminution d'une façon discontinue, en particulier par paliers le long du tube de craquage.
On constate que dans ces conditions la combinaison d'une répartition non homogène de la puissance thermique appliquée le long du tube decraquage avec un volume réactionnel décroissant par unité de longueur du tube de craquage a pour résultat de diminuer notablement le temps de séjour moyen du mélange circulant dans la deuxième moitié de la longueur du tube de craquage. L'effet de cette combinaison permet ainsi au mélange d'hydrocarbures gazeux et de vapeur d'eau de traverser relativement lentement la première moitié de la longueur du tube de craquage où la température de craquage est la plus faible, et au contraire plus rapidement la deuxième moitié de la longueur du tube de craquage où la température de craquage est la plus élevée.Le procédé de l'invention a pour résultat d'accroître la sélectivité en éthylène de la réaction de vapocraquage et de diminuer significativement la quantité de méthane produite. Ce résultat est, en outre, obtenu avec un rendement thermique de radiation amélioré par rapport aux procédés antérieurement connus, du fait d'une température moyenne de craquage relativement plus faible.
Le procédé selon la présente invention procure, en outre, d'autres avantages. En particulier, il permet de diminuer les phénomènes de cokage se produisant à l'intérieur du tube de craquage. Il permet, en outre, d'accroître la durée de vie d'une installation de vapocraquage, fonctionnant ainsi à une température moyenne de craquage relativement faible.
La composition du mélange d'hydrocarbures gazeux et de vapeur d'eau, mise en oeuvre dans le procédé selon l'invention, est telle que le rapport pondéral de la quantité d'hydrocarbures gazeux à la quantité de vapeur d'eau est compris entre 1 et 10, de préférence compris entre 2 et 6.
Les hydrocarbures gazeux, mis en oeuvre dans le mélange avec la vapeur d'eau, sont constitués par des alcanes comportant de 2à 4 atomes de carbone, en particulier l'éthane, le propane ou le butane, ou par leurs mélanges. Ces alcanes peuvent être mis en oeuvre éventuellement en mélange avec des alcènes comportant de 2 à 6 atomes de carbone et/ou du méthane et/ou des alcanes comportant de 5 à 6 atomes de carbone. On peut, en particulier, mettre en oeuvre dans le procédé de l'invention du gaz naturel ou du gaz de pétrole liquéfié, également appelé LPG,. ou de l'éthane, produit secondaire issu du vapocraquage d'hydrocarbures liquides, tels que le naphta ou le gaz-oil.
La présente invention concerne, également, un dispositif permettant la mise en oeuvre du procédé de vapocraquage d'hydrocarbures gazeux décrit précédemment, en particulier un dispositif consti tué par un four de craquage à la vapeur d'eau d'hydrocarbures gazeux, comprenant une enceinte thermique de radiation munie de moyens de chauffe, enceinte à travers laquelle passe au moins un tube de craquage où circule le mélange de vapeur d'eau et d'hydrocarbures gazeux à craquer, dispositif caractérisé en ce que
(a) le diamètre interne du tube de craquage diminue d'une façon
continue ou discontinue depuis l'entrée jusqu'à la sortie
de l'enceinte thermique de radiation, de telle sorte que le
rapport entre les diamètres internes du tube à l'entrée et
à la sortie de cette enceinte est compris entre 1,2 et 3,
et
(b) les moyens de chauffe sont constitués par des brûleurs dont
la puissance thermique augmente le long du tube de craqua
ge, depuis l'entrée jusqu'à la sortie de l'enceinte thermi
que de radiation, de telle sorte que le rapport entre la
puissance thermique des brûleurs appliquée à la première
moitié de la longueur du tube de craquage, située vers
l'entrée de l'enceinte thermique de radiation, et celle
appliquée à la deuxième moitié de la longueur du tube,
située vers la sortie de cette enceinte, est compris entre
40/60 et 15/85.
(a) le diamètre interne du tube de craquage diminue d'une façon
continue ou discontinue depuis l'entrée jusqu'à la sortie
de l'enceinte thermique de radiation, de telle sorte que le
rapport entre les diamètres internes du tube à l'entrée et
à la sortie de cette enceinte est compris entre 1,2 et 3,
et
(b) les moyens de chauffe sont constitués par des brûleurs dont
la puissance thermique augmente le long du tube de craqua
ge, depuis l'entrée jusqu'à la sortie de l'enceinte thermi
que de radiation, de telle sorte que le rapport entre la
puissance thermique des brûleurs appliquée à la première
moitié de la longueur du tube de craquage, située vers
l'entrée de l'enceinte thermique de radiation, et celle
appliquée à la deuxième moitié de la longueur du tube,
située vers la sortie de cette enceinte, est compris entre
40/60 et 15/85.
Le four de vapocraquage, selon la présente invention, comprend une enceinte thermique de radiation à travers laquelle passe au moins un tube de craquage disposé sous la forme d'un serpentin horizontal ou vertical. Le diamètre moyen interne et la longueur du tube doivent rester dans des domaines de valeurs compatibles avec les contraintes mécaniques et thermiques auxquelles sont soumis les matériaux constituant le tube de craquage. En particulier, le diamètre moyen interne du tube de craquage est compris entre 70 mm et 160 mm, de préférence compris entre 80 et 150 mm.
Par ailleurs, le four de vapocraquage de l'invention est caractérisé par un tube de craquage dont le diamètre interne diminue d'une façon continue ou discontinue entre l'entrée et la sortie de l'enceinte thermique de radiation du four, c'est-à-dire dans le sens de l'écOulement du mélange d'hydrocarbures gazeux et de vapeur d'eau.
En particulier, la diminution du diamètre interne du tube de craquage est telle que le rapport entre les diamètres internes du tube à l'entrée et à la sortie de l'enceinte thermique de radiation est compris entre 1,2 et 3, de préférence compris entre 1,4 et 2,2. En pratique, le diamètre interne du tube de craquage à l'entrée de l'enceinte thermique de radiation est compris de préférence entre 110 et 180 mm, et celui à la sortie de cette enceinte est compris de préférence entre 60 et 100 mm. Ces valeurs tiennent compte du fait que l'on veut éviter d'accroître exagérément les pertes de charge du tube de craquage, notamment dans la partie où le diamètre interne du tube est le plus faible. La diminution du diamètre interne peut être continue tout le long du tube de craquage.Cependant, on préfère mettre en oeuvre un tube de craquage constitué d'une succession de tubes de diamètre interne décroissant depuis l'entrée jusqu'à la sortie de l'enceinte thermique de radiation du four.
En pratique, le tube de craquage est disposé sous la forme d'un serpentin constitué d'une succession de sections droites reliées entre elles par des coudes, ces sections droites ayant des diamètres internes décroissants depuis l'entrée jusqu'à la sortie de l'enceinte thermique de radiation.
La figure 1 illustre schématiquement un four horizontal de vapocraquage comprenant une enceinte thermique de radiation (1) à travers laquelle passe un tube de craquage disposé sous la forme d'un serpentin constitué de huit sections droites horizontales reliées entre elles par des coudes, les sections (2) et (3) ayant un diamètre interne de 135 mm, les séctions (4) et (5) un diamètre interne de 117 mm, les sections (6) et (7) un diamètre interne de 99 mm et les sections (8) et (i) un diamètre interne de 81 mm, l'entrée et la sortie du tube de craquage dans l'enceinte thermique de radiation étant respectivement en (10) et (11).
Une variante peut consister à mettre en oeuvre un tube de craquage qui, dès l'entrée dans l'enceinte thermique de radiation du four, est divisé en un faisceau de tubes parallèles dont le diamètre interne peut être constant et dont le nombre diminue depuis l'entrée jusqu'à la sortie de l'enceinte thermique, de telle sorte que le volume réactionnel constitué par l'ensemble des tubes correspondant à la première moitié de la longueur du tube de craquage est de 1,3 à 4 fois supérieur, de préférence de 1,5 à 2,5 fois supérieur à celui correspondant à la deuxième moitié de la longueur du tube.
Le four de vapocraquage, selon la présente invention, comprend une enceinte thermique de radiation munie de moyens de chauffe constitués de brûleurs, disposés par exemple en rangées sur la sole et/ou sur les murs de l'enceinte. La disposition, le réglage et/ou la taille des brûleurs dans l'enceinte thermique sont tels que la puissance thermique est croissante le long du tube de craquage depuis l'entrée jusqu'à la sortie de l'enceinte. En particulier, le rapport entre la puissance thermique des brûleurs appliquée à la première moitié de la longueur du tube de craquage, située vers l'entrée de l'enceinte, et celle appliquée à la deuxième moitié de la longueur du tube, située vers la sortie de cette enceinte, est compris entre 40/60 et 15/85, de préférence compris entre 33/67 et 20/80.Ce profil croissant de la puissance thermique des brûleurs appliquée le long du tube de craquage peut être facilement obtenu en réglant d'une façon appropriée le débit d'alimentation en gaz ou en fuel-gaz de chacun des brûleurs. Une autre manière consiste à disposer dans l'enceinte thermique des brûleurs de taille et de puissance de chauffe appropriées. Toutefois, la puissance maximum de chauffe doit être telle que la température de peau n'excède pas la limite compatible avec la nature du métal ou de l'alliage constituant le tube de craquage.
Les exemples non limitatifs suivant illustrent la présente invention.
Exemple 1
Un four de vapocraquage, tel que représenté schématiquement à la figure 1, comprend une enceinte thermique de radiation (1) en briquetage constitué par un parallélépipède rectangle dont les dimensions internes sont de 9,75 m pour la longueur, de 1,70 m pour la largeur et 4,85 m pour la hauteur. Dans l'enceinte (1), on place un tube de craquage en acier réfractaire à base de nickel et de chrome, ayant un diamètre moyen interne de 108 mm, une épaisseur de 8 mm et, compte tenu de la capacité de l'enceinte (1), une longueur totale de 80 mètres, comprise entre l'entrée (10) et la sortie (11). Ce tube de craquage est disposé sous la forme d'un serpentin, comprenant huit sections droites horizontales, d'égale longueur chacune, reliées entre elles par des coudes.Le diamètre interne des sections (2) et (3) situées vers l'entrée de l'enceinte thermique est de 135 mm ; les sections (4) et (5) qui suivent, ont un diamètre interne de 117 mm puis les sections (6)- et (7) ont un diamètre interne de 99 mm ; le diamètre interne des sections (8) et (9) situées vers la sortie de l'enceinte thermique est de 81 mm.
Un four de vapocraquage, tel que représenté schématiquement à la figure 1, comprend une enceinte thermique de radiation (1) en briquetage constitué par un parallélépipède rectangle dont les dimensions internes sont de 9,75 m pour la longueur, de 1,70 m pour la largeur et 4,85 m pour la hauteur. Dans l'enceinte (1), on place un tube de craquage en acier réfractaire à base de nickel et de chrome, ayant un diamètre moyen interne de 108 mm, une épaisseur de 8 mm et, compte tenu de la capacité de l'enceinte (1), une longueur totale de 80 mètres, comprise entre l'entrée (10) et la sortie (11). Ce tube de craquage est disposé sous la forme d'un serpentin, comprenant huit sections droites horizontales, d'égale longueur chacune, reliées entre elles par des coudes.Le diamètre interne des sections (2) et (3) situées vers l'entrée de l'enceinte thermique est de 135 mm ; les sections (4) et (5) qui suivent, ont un diamètre interne de 117 mm puis les sections (6)- et (7) ont un diamètre interne de 99 mm ; le diamètre interne des sections (8) et (9) situées vers la sortie de l'enceinte thermique est de 81 mm.
Par ailleurs, les diamètres internes du tube de craquage à l'entrée (10) et à la sortie (11) de l'enceinte (1) étant respectivement de 135 mm et de 81 mm, le rapport entre les diamètres internes du tube à l'entrée et à la sortie est donc de 1,7. Par ailleurs, le volume réactionnel de la première moitié de la longueur du tube de craquage, correspondant aux sections droites (2), (3), (4), et (5), est 1,95 fois supérieur au volume réactionnel de la deuxième moitié de la longueur du tube de craquage, correspondant aux sections droites (6), (7), (8) et (9).
L'enceinte thermique de radiation du four de vapocraquage est munie de brûleurs disposés sur les murs de l'enceinte, suivant cinq rangées horizontales, situées à égale distance les unes des autres. La puissance thermique totale est répartie entre les cinq rangées de brûleurs de la façon suivante
- 5 % de la puissance thermique totale sur la première rangée de
brûleurs, située dans le haut de l'enceinte, au voisinage de
l'entrée du tube de craquage,
- 10 % sur la deuxième rangée de brûleurs, située immédiatement
en dessous de la première,
- 20 % sur la troisième rangée de brûleurs, située immédiatement
en dessous de la deuxième,
- 25 % sur la quatrième rangée de brûleurs, située immédiatement
en dessous de la troisième, et
- 40 % sur la cinquième rangée de brûleurs, située immédiatement
en dessous de la quatrième, au voisinage de la sortie du tube
de craquage.Ainsi, le rapport entre la puissance thermique
des brûleurs appliquée à la première moitié de la longueur du
tube, située vers l'entrée de l'enceinte, et celle appliquée à
la deuxième moitié de la longueur du tube, située vers la
sortie de cette enceinte, est de 25/75.
- 5 % de la puissance thermique totale sur la première rangée de
brûleurs, située dans le haut de l'enceinte, au voisinage de
l'entrée du tube de craquage,
- 10 % sur la deuxième rangée de brûleurs, située immédiatement
en dessous de la première,
- 20 % sur la troisième rangée de brûleurs, située immédiatement
en dessous de la deuxième,
- 25 % sur la quatrième rangée de brûleurs, située immédiatement
en dessous de la troisième, et
- 40 % sur la cinquième rangée de brûleurs, située immédiatement
en dessous de la quatrième, au voisinage de la sortie du tube
de craquage.Ainsi, le rapport entre la puissance thermique
des brûleurs appliquée à la première moitié de la longueur du
tube, située vers l'entrée de l'enceinte, et celle appliquée à
la deuxième moitié de la longueur du tube, située vers la
sortie de cette enceinte, est de 25/75.
La nappe de flux thermique mesurée à l'intérieur de l'enceinte thermique de radiation du four est, dans ces conditions, représentée à la figure 2 par la surface inscrite dans le graphique tridimensionnel reliant par les trois axes de coordonnée, la longueur
L de l'enceinte thermique, la hauteur H de cette enceinte et le flux thermique F. La figure 2 montre, en particulier, que le maximum du flux thermique de radiation se situe dans la partie inférieure de l'enceinte thermique, correspondant à la deuxième moitié de la longueur du tube de craquage située vers la sortie de l'enceinte thermique de radiation.
L de l'enceinte thermique, la hauteur H de cette enceinte et le flux thermique F. La figure 2 montre, en particulier, que le maximum du flux thermique de radiation se situe dans la partie inférieure de l'enceinte thermique, correspondant à la deuxième moitié de la longueur du tube de craquage située vers la sortie de l'enceinte thermique de radiation.
Dans ce tube de craquage, on fait circuler un mélange d'éthane et de vapeur d'eau. La composition du mélange d'éthane et de vapeur d'eau mise en oeuvre est telle que le rapport pondéral de la quantité d'éthane à la quantité de vapeur d'eau est de 2,25. On introduit ainsi dans le tube de craquage l'éthane suivant un débit de 1800 kg/h et la vapeur d'eau suivant un débit de 800 kg/h.
La température de craquage du mélange d'éthane et de vapeur d'eau s'élève de 5850C à l'entrée de la zone de radiation du four jusqu'à 8460C à la sortie de cette zone. La pression du mélange à la sortie du four est de 170 kPa. Compte tenu de la répartition du flux thermique dans l'enceinte, la puissance thermique appliquée à la deuxième moitié de la longueur du tube de craquage, située vers la sortie de la zone de radiation, est 3 fois supérieure à celle appli quée à la première moitié de la longueur du tube, située vers l'entrée de cette zone.
Le temps de séjour moyen du mélange d'éthane et de vapeur d'eau circulant dans le tube de craquage entre l'entrée et la sortie de la zone de radiation du four est de 640 millisecondes.
Dans ces conditions, on fabrique par tonne d'éthane transformée 850 kg d'éthylène et 55 kg de méthane. On constate que la sélectivité en éthylène est donc de 85 %.
Exemple 2 (comparatif)
Un four de vapocraquage comprend une enceinte thermique de radiation, identique en forme et en taille à celle de l'exemple 1.
Un four de vapocraquage comprend une enceinte thermique de radiation, identique en forme et en taille à celle de l'exemple 1.
Dans cette enceinte, on place un tube de craquage en acier réfractaire à base de nickel et de chrome, d'un poids total sensiblement identique à celui de l'exemple 1, ayant un diamètre interne de 108 mm, une épaisseur de 8 mm et, compte tenu de la capacité de l'enceinte et des contraintes thermiques du four, une longueur totale de 80 mètres comprise entre l'entrée et la sortie de l'enceinte. Ce tube de craquage est disposé sous la forme d'un serpentin comprenant huit sections droites horizontales, d'égale longueur chacune, reliées entre elles par des coudes. - Le diamètre interne de ces sections droites est constant et égal à 108 mm. Ainsi, les diamètres internes du tube à l'entrée et à la sortie de l'enceinte sont identiques.De même, le volume réactionnel de la première moitié de la longueur du tube de craquage, correspondant aux quatre premières sections droites, est identique au volume réactionnel de la deuxième moitié de la longueur du tube de craquage, correspondant aux quatre dernières sections droites.
L'enceinte thermique de radiation du four de vapocraquage est munie de brûleurs disposés sur les murs de l'enceinte, suivant cinq rangées horizontales, situées à égale distance les unes des autres. La puissance thermique de l'ensemble de ces brûleurs est répartie de façon homogène entre ces cinq rangées. Ainsi, le rapport entre la puissance thermique des brûleurs appliquée à la première moitié et celle appliquée à la deuxième moitié de la longueur du tube de craquage est de 50/50.
La nappe de flux thermique mesurée à l'intérieur de l'enceinte thermique de radiation du four est, dans ces conditions, représentée à la figure 3 par la surface inscrite dans le graphique tridimensionnel reliant par les trois axes de coordonnée, la longueur
L de l'enceinte thermique, la hauteur H de cette enceinte et le flux thermique F. La figure 3 montre, en particulier, que le maximum du flux thermique de radiation se situe dans la partie centrale de l'enceinte thermique.
L de l'enceinte thermique, la hauteur H de cette enceinte et le flux thermique F. La figure 3 montre, en particulier, que le maximum du flux thermique de radiation se situe dans la partie centrale de l'enceinte thermique.
Dans ce tube de craquage, on fait circuler un mélange d'éthane et de vapeur d'eau, identique à celui mis en oeuvre à l'exemple 1. On y introduit l'éthane suivant un débit de 1800 kg/h et la vapeur d'eau suivant un débit de 800 kg/h.
La température de craquage du mélange d'éthane et de vapeur d'eau s'élève de 6360C à l'entrée de la zone de radiation du four jusqu'à 8460C à la sortie de cette zone. La pression du mélange à la sortie du four est de 170 kPa. Compte tenu de la répartition du flux thermique dans l'enceinte, la puissance thermique appliquée à la deuxième moitié de la longueur du tube de craquage est identique à celle appliquée à la première moitié de la longueur du tube.
Le temps de séjour moyen du mélange d'éthane et de vapeur d'eau circulant dans le tube de craquage entre l'entrée et la sortie de la zone de radiation du four est de 585 millisecondes.
Dans ces conditions, on fabrique par tonne d'éthane transformée 805 kg d'éthylène et 71 kg de méthane.
On constate que la sélectivité en éthylène est de 80,5 %, valeur inférieure à celle de l'exemple 1 et que la quantité de métta- ne produite a augmenté par rapport à celle de l'exemple 1.
Exemple 3
On opère exactement comme à l'exemple 1, excepté le fait qu'au lieu d'utiliser de l'éthane, on utilise un mélange d'hydrocarbures gazeux comprenant 76 % en poids d'éthane, 19 % en poids de propane et 5 % en poids de propylène. La pression à la sortie du four est de 175 kPa au lieu de 170 kPa. La température de craquage du mélange est à l'entrée de la zone de radiation de 5750C au lieu de 5850C, et à la sortie de cette zone de 8480C au lieu de 8460C. Le temps de séjour moyen du mélange d'hydrocarbures gazeux et de vapeur d'eau circulant dans le tube de craquage entre l'entrée et la sortie de la zone de radiation est de 665 millisecondes au lieu de 640 millisecondes.
On opère exactement comme à l'exemple 1, excepté le fait qu'au lieu d'utiliser de l'éthane, on utilise un mélange d'hydrocarbures gazeux comprenant 76 % en poids d'éthane, 19 % en poids de propane et 5 % en poids de propylène. La pression à la sortie du four est de 175 kPa au lieu de 170 kPa. La température de craquage du mélange est à l'entrée de la zone de radiation de 5750C au lieu de 5850C, et à la sortie de cette zone de 8480C au lieu de 8460C. Le temps de séjour moyen du mélange d'hydrocarbures gazeux et de vapeur d'eau circulant dans le tube de craquage entre l'entrée et la sortie de la zone de radiation est de 665 millisecondes au lieu de 640 millisecondes.
Dans ces conditions, on fabrique par tonne du mélange d'hydrocarbures gazeux transformée 785 kg d'éthylène et 120 kg de méthane On constate que la sélectivité en éthylène est de 78,5 %.
Exemple 4 (comparatif)
On opère exactement comme à l'exemple 2, excepté le fait qu'au lieu d'utiliser de l'éthane, on utilise un mélange d'hydrocarbures gazeux identique à celui mis en oeuvre à l'exemple 3. La pression du mélange à la sortie du four est175 kPa, au lieu de 175 kPa.
On opère exactement comme à l'exemple 2, excepté le fait qu'au lieu d'utiliser de l'éthane, on utilise un mélange d'hydrocarbures gazeux identique à celui mis en oeuvre à l'exemple 3. La pression du mélange à la sortie du four est175 kPa, au lieu de 175 kPa.
La température de craquage du mélange est à l'entrée de la zone de radiation de 6100C au lieu de 6360C et àla sortie de cette zone de 8480C au lieu de 8460C. Le temps de séjour du mélange d'hydrocarbures gazeux et de vapeur d'eau circulant dans le tube de craquage entre l'entrée et la sortie de la zone de radiation est de 610 millisecondes au lieu de 585 millisecondes.
Dans ces conditions, on fabrique par tonne du mélange d'hydrocarbures gazeux transformée 750 kg d'éthylène et 195 kg de méthane. On constate que la sélectivité en éthylène est de 75 %, valeur inférieure à celle de l'exemple 3 et que la quantité de.métha- ne fabriquée a considérablement augmenté.
Claims (9)
1. Procédé de fabrication d'oléfines et de dioléfines par craquage à la vapeur d'eau d'hydrocarbures gazeux, consistant à faire passer à travers une zone de radiation d'un four un mélange d'hydrocarbures gazeux et de vapeur d'eau circulant dans un tube de craquage placé à l'intérieur de cette zone, en un temps de séjour moyen compris entre 300 et 1800 millisecondes, sous une pression de sortie de four comprise entre 120 et 240 kPa, procédé caractérisé en ce que
(a) la température de craquage du mélange d'hydrocarbures
gazeux et de vapeur d'eau augmente depuis la température
d'entrée de la zone de radiation comprise entre 500 et
7000C jusqu'à la température de sortie de cette zone com
prise entre 800 et 8800C, cette augmentation de température
étant associée à une répartition non homogène de la puis
sance thermique du four appliquée le long du tube de cra
quage, répartition telle que la puissance thermique appli
quée à la deuxième moitié de la longueur du tube, située
vers la sortie de la zone de radiation, est de 1,5 à 5 fois
supérieure à celle appliquée à la première moitié de la
longueur du tube, située vers l'entrée de cette zone, et
(b) le volume réactionnel de la première moitié de la longueur
du tube de craquage, située vers l'entrée de la zone de
radiation, est de 1,3 à 4 fois supérieur à celui de la
deuxième moitié de la longueur du tube, située vers la
sortie de cette zone.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la puissance thermique appliquée à la deuxième moitié de la longueur du tube est de -2 à 4 fois supérieure à celle appliquée à la première moitié de la longueur du tube.
3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le volume réactionnel de la première moitié de la longueur du tube de craquage est de 1,5 à 2,5 fois supérieur à celui de la deuxième moitié de la longueur du tube.
4. Procédé selon la revendication 1, caractériséenceqpeles hydrocarbures gazeux mis en oeuvre sont constitués par des alcanes comportant de 2 à 4 atomes de carbone ou par leurs mélanges, ces alcanes étant éventuellement mis en oeuvre en mélange avec des alcènes comportant de 2 à 6 atomes de carbone et/ou du méthane et/ou des alcanes comportant de 5 à 6 atomes de carbone.
5. Procédé selon la revendication- 1, caractérisé en ce que la composition du mélange d'hydrocarbures gazeux et de vapeur d'eau mis en oeuvre est telle que le rapport pondéral de la quantité d'hydrocarbures gazeux à la quantité de vapeur d'eau est compris entre 1 et 10.
6. Dispositif constitué par un four de craquage à la vapeur d'eau d'hydrocarbures gazeux, comprenant une enceinte thermique de radiation munie de moyens de chauffe, enceinte à travers laquelle passe au moins un tube de craquage où circule le mélange de vapeur d'eau et d'hydrocarbures gazeux à craquer, dispositif caractérisé en ce que
(a) le diamètre interne du tube de craquage diminue d'une façon
continue ou discontinue depuis l'entrée jusqu a la sortie
de l'enceinte thermique de radiation, de telle sorte que le
rapport entre les diamètres internes du tube à l'entrée et
à la sortie de cette enceinte est compris entre 1,2 et 3,
et
(b) les moyens de chauffe sont constitués par des brûleurs dont
la puissance thermique augmente le long du tube de craqua
ge, depuis l'entrée juqu'à la sortie de l'enceinte thermi
que de radiation, de telle sorte que le rapport entre la
puissance thermique des brûleurs appliquée à la première
moitié de la longueur du tube de craquage, située vers
l'entrée de l'enceinte thermique de radiation, et celle
appliquée à la deuxième moitié de la longueur du tube,
située vers la sortie de cette enceinte, est compris entre
40/60 et 15/85.
7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le tube de craquage est constitué d'une succession de tubes de diamètre interne décroissant depuis l'entrée jusqu'à la sortie de l'enceinte thermique de radiation.
8. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le rapport entre la puissance thermique des brûleurs appliquée à la première moitié de la longueur du tube de craquage, située vers l'entrée de l'enceinte thermique de radiation, et celle appliquée à la deuxième moitié de la longueur du tube, située vers la sortie de cette enceinte, est compris entre 33/67 et 20/80.
9. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le rapport entre les diamètres internes du tube de craquage à l'entrée et à la sortie de l'enceinte thermique de radiation est compris entre 1,4 et 2,2.
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8609220A FR2600641B1 (fr) | 1986-06-25 | 1986-06-25 | Procede et four de vapocraquage d'hydrocarbures gazeux destines a la fabrication d'olefines et de diolefines |
| EP87108911A EP0252355B1 (fr) | 1986-06-25 | 1987-06-22 | Procédé et four de vapocraquage d'hydrocarbures destinés à la fabrication d'oléfines et de dioléfines |
| DE8787108911T DE3765324D1 (de) | 1986-06-25 | 1987-06-22 | Verfahren und ofen fuer das dampfkracken von kohlenwasserstoffen fuer die zubereitung von olefinen und diolefinen. |
| ES87108911T ES2018664B3 (es) | 1986-06-25 | 1987-06-22 | Procedimiento y horno de vapocraqueado de hidrocarburos destinados a la fabricación de olefinas y de diolefinas. |
| CA000540458A CA1256456A (fr) | 1986-06-25 | 1987-06-24 | Methode et four de fractionnement en debit des hydrocarbures en vue de la preparation des olefines et des diolefines |
| JP62158780A JPH0813972B2 (ja) | 1986-06-25 | 1987-06-25 | 炭化水素の水蒸気分解によるオレフィンおよびジオレフィンの製造方法およびそのための装置 |
| US07/607,606 US5124003A (en) | 1986-06-25 | 1990-10-30 | Apparatus for the steam cracking of hydrocarbons for the preparation of olefins an diolefins |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8609220A FR2600641B1 (fr) | 1986-06-25 | 1986-06-25 | Procede et four de vapocraquage d'hydrocarbures gazeux destines a la fabrication d'olefines et de diolefines |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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| FR2600641A1 true FR2600641A1 (fr) | 1987-12-31 |
| FR2600641B1 FR2600641B1 (fr) | 1988-10-07 |
Family
ID=9336709
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| FR8609220A Expired FR2600641B1 (fr) | 1986-06-25 | 1986-06-25 | Procede et four de vapocraquage d'hydrocarbures gazeux destines a la fabrication d'olefines et de diolefines |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR2600641B1 (fr) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114634821A (zh) * | 2022-04-01 | 2022-06-17 | 东营科尔特新材料有限公司 | 一种反应管用除碳器及利用电供能的蒸汽裂解反应系统 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE1262994B (de) * | 1960-12-22 | 1968-03-14 | Dynamit Nobel Ag | Verfahren und Vorrichtung zur gleichzeitigen Herstellung von Acetylen und AEthylen |
-
1986
- 1986-06-25 FR FR8609220A patent/FR2600641B1/fr not_active Expired
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE1262994B (de) * | 1960-12-22 | 1968-03-14 | Dynamit Nobel Ag | Verfahren und Vorrichtung zur gleichzeitigen Herstellung von Acetylen und AEthylen |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114634821A (zh) * | 2022-04-01 | 2022-06-17 | 东营科尔特新材料有限公司 | 一种反应管用除碳器及利用电供能的蒸汽裂解反应系统 |
| CN114634821B (zh) * | 2022-04-01 | 2023-10-13 | 东营科尔特新材料有限公司 | 一种反应管用除碳器及利用电供能的蒸汽裂解反应系统 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2600641B1 (fr) | 1988-10-07 |
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