FR2645874A1 - Process for decoking a hydrocarbon vapour cracking installation - Google Patents
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Abstract
Description
PROCEDE DE DECOKAGE D'UNE INSTALLATION DE VAPOCRAQUAGE
D'HYDROCARBURES
L'invention concerne un procédé de décokage d'une installation de vapocraquage d'hydrocarbures.DECOKAGE PROCESS OF A VAPOCRACKING SYSTEM
HYDROCARBONS
The invention relates to a method of decoking an installation for steam cracking of hydrocarbons.
Il est déjà connu, pour éliminer le coke qui se dépose sur les parois -internes d'une installation de vapocraquage d'hydrocarbures, notamment sur les parois des tubes du four de vapocraquage dans lesquels passe la charge d'hydrocarbures, d'utiliser un procédé de décokage chimique oxydant par un mélange air-vapeur, ou bien par de la vapeur d'eau surchauffée avec éventuellement une addition d'hydrogène. I1 faut cependant pour cela arrêter le fonctionnement normal de l'installation de vapocraquage. It is already known, in order to eliminate the coke which is deposited on the internal walls of an installation for steam cracking of hydrocarbons, in particular on the walls of the tubes of the steam cracking oven through which the charge of hydrocarbons passes, to use a oxidizing chemical decoking process by an air-steam mixture, or by superheated steam with optionally the addition of hydrogen. However, this requires stopping the normal operation of the steam cracking installation.
On a également proposé de réaliser ce décokage par une érosion de la couche de coke déposée au moyen de particules de matière solide véhiculées par un courant gazeux circulant à vitesse élevée dans les tubes du four de vapocraquage. En général, le fonctionnement normal de l'installation est arrêté et le four de vapocraquage est isolé des autres parties de l'installation situées en aval, pour être relié à l'atmosphère. It has also been proposed to carry out this decoking by an erosion of the coke layer deposited by means of particles of solid material conveyed by a gaseous current circulating at high speed in the tubes of the steam cracking furnace. In general, the normal operation of the installation is stopped and the steam cracking furnace is isolated from the other parts of the installation located downstream, to be connected to the atmosphere.
On a également proposé de réaliser un décokage continu de l'installation, pendant son fonctionnement normal, au moyen de particules de sable injectées dans la charge d'hydrocarbures à traiter. Il est prévu de piéger les particules de sable en aval du four de vapocraquage, lors de la trempe directe des effluents ae vapocraquage par injection d'huile lourde. Cependant, il est ensuite à peu près impossible de séparer les particules de sable de l'huile de trempe, ce qui interdit de réutiliser ensuite l'huile de trempe, même pour la brûler. De plus, les tubes du four et les coudes raccordant les tubes sont soumis à une érosion intense, qui entraine rapidement leur destruction. Ce procédé n'a donc jamais pu être utilisé en pratique. It has also been proposed to carry out continuous decoking of the installation, during its normal operation, by means of sand particles injected into the hydrocarbon charge to be treated. It is planned to trap the sand particles downstream of the steam cracking furnace, during the direct quenching of the steam cracking effluents by injection of heavy oil. However, it is then almost impossible to separate the sand particles from the quenching oil, which makes it impossible to reuse the quenching oil afterwards, even for burning it. In addition, the furnace tubes and the elbows connecting the tubes are subjected to intense erosion, which quickly leads to their destruction. This process has therefore never been used in practice.
L'invention apour but d'apporter une solution simple, efficace et peu coûteuse à ces problèmes. The invention aims to provide a simple, effective and inexpensive solution to these problems.
Elle a pour objet un procédé de décokage d'une instaliation de vapocraquage d'hydrocarbures, qui puisse être mis en oeuvre sans que le fonctionnement normal de l'installation soit arrêté, et sans qu'il en résulte un risque de détérioration des composants de l'installation. It relates to a process for decoking an installation for steam cracking of hydrocarbons, which can be implemented without the normal operation of the installation being stopped, and without this resulting in a risk of deterioration of the components of the installation.
Elle propose, à cet effet, un procédé de décokage d'une installation de vapocraquage d'hydrocarbures qui comprend un four à tubes de vapocraquage et des moyens de trempe indirecte des effluents de vapocraquage, ce procédé consistant à éliminer le coke déposé sur les parois internes de l'installation, en particulier des tubes du four et des moyens de trempe indirecte, par érosion au moyen de particules solides véhiculées par un courant gazeux à vitesse élevée, caractérisé en ce que lesdites particules solides comprennent un noyau de matière peu fragile, enrobé d'une couche mince ou pellicule de coke et ont en moyenne une dimension inférieure à 250 pm. To this end, it proposes a process for decoking an installation for steam cracking of hydrocarbons which comprises a steam cracking tube furnace and means for indirect quenching of steam cracking effluents, this process consisting in removing the coke deposited on the walls. internal of the installation, in particular of the furnace tubes and the indirect quenching means, by erosion by means of solid particles conveyed by a gaseous current at high speed, characterized in that said solid particles comprise a core of not very fragile material, coated with a thin layer or film of coke and have on average a size less than 250 μm.
Ces particules solides permettent d'éroder et d'éliminer à peu près complètement la couche de coke déposée sur la paroi interne de l'installation, sans risquer d'endommager les parois métalliques recouvertes par la couche de coke. En effet, lorsque ces particules solides viennent frapper une paroli métallique recouverte d'une couche de coke, elles peuvent au plus fracturer cette couche de coke et en enlever des morceaux de petite taille, mais elles sont incapables d'endommage~ la paroi métallique située sous la couche de coke. La pellicule de coke est fragile vis à vis du métal des tubes ; en cas de choc non élastique sur le métal, elle se fracture, ce qui ne serait pas le cas si on utilisait des particules de sable par exemple, qui attaqueraient le métal. These solid particles make it possible to almost completely erode and eliminate the layer of coke deposited on the internal wall of the installation, without risking damaging the metal walls covered by the layer of coke. Indeed, when these solid particles strike a metallic paroli covered with a layer of coke, they can at most fracture this layer of coke and remove small pieces of it, but they are incapable of damaging the metal wall located under the coke layer. The coke film is fragile with respect to the metal of the tubes; in the event of a non-elastic impact on the metal, it fractures, which would not be the case if sand particles were used, for example, which would attack the metal.
En conséquence, il est possible de réaliser un décokage continu ou sensiblement continu de l'installation, en injectant ces particules solides dans la charge d'hydrocarbures à traiter. Le décokage peut donc être réalisé sans arrêter le fonctionnement normal de l'installation de vapocraquage, ce qui se traduit par des gains importants. Consequently, it is possible to carry out continuous or substantially continuous decoking of the installation, by injecting these solid particles into the charge of hydrocarbons to be treated. The decoking can therefore be carried out without stopping the normal operation of the steam cracking installation, which results in significant gains.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le procédé consiste également à séparer ces particules solides du courant gazeux qui les véhicule au moyen d'un cyclone, puis à mélanger ces particules solides à un liquide hydrocarboné dépourvu de composés aromatiques lourds de pyrolyse, à recomprimer le mélange particules-liquide et à le réinjecter dans l'installation, au moins en un point du four de vapocraquage. According to another characteristic of the invention, the method also consists in separating these solid particles from the gas stream which carries them by means of a cyclone, then mixing these solid particles with a hydrocarbon liquid devoid of heavy aromatic pyrolysis compounds, re-compress the particle-liquid mixture and reinject it into the installation, at least at one point in the steam cracking oven.
La pellicule de coke qui recouvre en effet le noyau des particules solides évite le collage et le fritage de ces particules entre elles. Elle permet de plus un excellent écoulement des particules, ce qui facilite leur récupération par séparation du courant gazeux dans un cyclone. The coke film which in fact covers the core of the solid particles prevents the particles from sticking and sintering together. It also allows an excellent flow of the particles, which facilitates their recovery by separation of the gas stream in a cyclone.
La pellicule de coke facilite également leur mouillage par un liquide hydrocarboné, ce qui permet de les mélanger facilement à ce liquide pour les recomprimer au moyen d'une pompe et les réinjecter ensuite dans l'installation de vapocraquage. The coke film also facilitates their wetting with a hydrocarbon liquid, which makes it easy to mix them with this liquid to recompress them by means of a pump and then reinject them into the steam cracking installation.
Selon une autre caractéristique de l'invention, la pellicule de coke formee sur le noyau des particules solides a une épaisseur comprise entre 0,08 et 10 microns environ. de préférence entre 0,15et 5 microns. According to another characteristic of the invention, the coke film formed on the core of the solid particles has a thickness of between 0.08 and 10 microns approximately. preferably between 0.15 and 5 microns.
La dimension des particules solides est en moyenne inférieure à 250 microns environ. en particulier inférieure à 150 microns, et de préférence comprise entre 4 et 45 microns environ. Dans ce dernier cas, leur présence ne modifie sensiblement pas les propriétés d'écoulement du courant gazeux qui les véhicule, mais confère à ce courant gazeux une capacité d'érosion légère et régulière de la couche de coke déposée sur les parois internes de l'installation, ce qui permet d'éliminer cette couche de coke au fur et à mesure de sa formation. En réglant la quantité de particules solides transportées par le courant gazeux, on peut soit laisser une couche très mince de coke sur les parois internes de l'installation, pour les protéger de tout risque d'érosion, soit les débarrasser complètement de la couche de coke déposée. The size of the solid particles is on average less than about 250 microns. in particular less than 150 microns, and preferably between 4 and 45 microns approximately. In the latter case, their presence does not substantially modify the flow properties of the gas stream which carries them, but gives this gaseous stream a capacity for slight and regular erosion of the coke layer deposited on the internal walls of the installation, which allows this layer of coke to be eliminated as it is formed. By adjusting the quantity of solid particles transported by the gas stream, it is possible either to leave a very thin layer of coke on the internal walls of the installation, to protect them from any risk of erosion, or to completely rid them of the layer of coke deposited.
Par ailleurs, les tubes des fours de vapocraquage sont généralement réalisés en un alliage métallique
Fe-Ni-Cr, et il se forme sur leur surface interne une couche dure d'oxyde métallique (essentiellement d'oxyde de chrome) qui ne sera pas, ou très peu, attaquée par ces particules solides et qui protégera donc en permanence le métal des tubes.In addition, the tubes of steam cracking ovens are generally made of a metal alloy
Fe-Ni-Cr, and a hard layer of metallic oxide (essentially chromium oxide) is formed on their internal surface which will not be, or very little, attacked by these solid particles and which will therefore permanently protect the metal tubes.
L'invention prévoit également d'ajouter des particules d'appoint aux particules solides recyclées, pour compenser la faible perte de particules dans le cyclone, ces particules d'appoint pouvant avantageusement contenir un catalyseur de coke, tel que le fer ou le nickel. The invention also provides for adding make-up particles to the recycled solid particles, to compensate for the low loss of particles in the cyclone, these make-up particles may advantageously contain a coke catalyst, such as iron or nickel.
On peut donc utiliser comme particules d'appoint des particules métalliques non enrobées de coke, ou encore des particules, non régénérées, d'un catalyseur utilisé dans des procédés de craquage catalytique fluide. It is therefore possible to use as make-up particles metal particles not coated with coke, or even particles, not regenerated, of a catalyst used in fluid catalytic cracking processes.
En variante, ces particules d'appoint peuvent également comporter une couche ~superficielle de coke. As a variant, these make-up particles may also include a surface layer ~ of coke.
L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparat- tront plus clairement à la lecture de la description qui suit, faite à titre d'exemple en référence au dessin annexé, qui représente schématiquement une partie d'une ins- lallation de vapocraquage d'hydrocarbures selon l'invention. The invention will be better understood and other details, characteristics and advantages thereof will appear more clearly on reading the description which follows, given by way of example with reference to the appended drawing, which schematically represents a part of an installation for steam cracking of hydrocarbons according to the invention.
Cette installation comprend essentiellement un four 10 de vapocraquage d'une charge d'hydrocarbures, comprenant des tubes 12 dans lesquels passent les hydrocarbures, qui sont par exemple reliés à leurs extrémités à des collecteurs 14 d'alimentation en hydrocarbures et 16 de sortie des effluents de vapocraquage. Le collecteur de sortie 16 est relié à un échangeur ou une chaudière de trempe indirecte 18 dont la sortie est reliée, par un ou plusieurs cyclones 20, à des moyens 22 de distillation et de trempe directe par injection d'huile lourde. This installation essentially comprises an oven 10 for steam cracking a hydrocarbon charge, comprising tubes 12 through which the hydrocarbons pass, which are for example connected at their ends to manifolds 14 for supplying hydrocarbons and 16 for discharging effluents. steam cracking. The outlet manifold 16 is connected to an exchanger or an indirect quenching boiler 18, the outlet of which is connected, by one or more cyclones 20, to means 22 for distillation and direct quenching by injection of heavy oil.
Lors du fonctionnement normal de cette installation, la charge d'hydrocarbures vaporisée est amenée au collecteur d'alimention 14 et circule à grande vitesse dans les tubes 12 où elle subit un vapocraquage. Les effluents de vapocraquage sont transmis par le collecteur de sortie 16 à l'échangeur 18 où ils subissent une trempe indirecte et sont refroidis à une température intermédiaire, inférieure à 600 C environ, mais suffisante pour éviter toute condensat on de liquide. Les effluents de vapocraquage gagnent ensuite les moyens de distillation et de trempe indirecte. During the normal operation of this installation, the charge of vaporized hydrocarbons is brought to the supply manifold 14 and circulates at high speed in the tubes 12 where it undergoes steam cracking. The steam cracking effluents are transmitted by the outlet manifold 16 to the exchanger 18 where they undergo indirect quenching and are cooled to an intermediate temperature, less than approximately 600 ° C., but sufficient to avoid any condensate or liquid. The steam cracking effluents then reach the means of distillation and indirect quenching.
Le vapocraquage des hydrocarbures dans le four 10 et leur passage dans l'échangeur 18 se traduisent par un dépôt de coke sur les parois avec lesquelles ils sont en contact. The steam cracking of the hydrocarbons in the furnace 10 and their passage through the exchanger 18 results in a deposit of coke on the walls with which they are in contact.
Dans la technique antérieure, il est nécessaire d'arrêter périodiquement l'installation pour réaliser un décokage, en général par voie chimique au moyen de vapeur d'eau, les durées de fonctionnement continu de l'installation ne pouvant pas excéder quelques semaines dans le meilleur des cas. In the prior art, it is necessary to periodically stop the installation in order to carry out decoking, in general chemically by means of steam, the periods of continuous operation of the installation not being able to exceed a few weeks in the best case.
L'invention prévoit de réaliser un décokage continu ou discontinu de l'installation, sans arrêter son fonctionnement normal, au moyen de particules solides qui sont injectées dans la charge d'hydrocarbures vaporisée amenée dans les tubes 12 par l'intermédiaire du collecteur 14. Ces particules solides circulent avec la charge d'hydrocarbures dans les tubes 12, puis dans la chaudière de trempe indirecte 18, et sont finalement séparées des effluents gazeux de vapocraquage dans le ou les cyclones 20. The invention provides for continuous or discontinuous decoking of the installation, without stopping its normal operation, by means of solid particles which are injected into the charge of vaporized hydrocarbon brought into the tubes 12 via the manifold 14. These solid particles circulate with the hydrocarbon charge in the tubes 12, then in the indirect quench boiler 18, and are finally separated from the gaseous steam cracking effluents in the cyclone (s) 20.
Les effluents sortent du ou des cyclones 20 pour gagner les moyens de distillation et de trempe directe, tandis que les particules solides sortant en partie inférieure du ou des cyclones 20 sont mélangées dans un réservoir 24 à un liquide, de préférence un liquide hydrocarboné sensiblement dépourvu de composés aromatiques lourds de pyrolyse, pour former une suspension particules solides-liquide dont le niveau de pression est remonté par pompage, pour que cette suspension puisse être réinjectée dans l'installation de vapocraquage, par exemple à l'entrée du collecteur d'alimentation 14 et à l'entrée de la chaudière de trempe 18, comme indiqué schématiquement sur le dessin.The effluents leave the cyclone (s) 20 to gain the means of distillation and direct quenching, while the solid particles leaving the bottom of the cyclone (s) 20 are mixed in a tank 24 with a liquid, preferably a substantially free hydrocarbon liquid. of heavy aromatic pyrolysis compounds, to form a suspension of solid-liquid particles, the pressure level of which is raised by pumping, so that this suspension can be reinjected into the steam cracking installation, for example at the inlet of the supply manifold 14 and at the inlet of the quench boiler 18, as shown diagrammatically in the drawing.
Un appoint de particules solides, destiné à compenser les pertes de particules solides dans le cyclone 20, est réalisé en 26. An addition of solid particles, intended to compensate for the losses of solid particles in cyclone 20, is carried out at 26.
Les particules solides qui s'échappent du cyclone 20 avec les effluents gazeux de vapocraquage sont en quantité très faible (l'efficacité de séparation du cyclone peut être supérieure à 99 %) et sont piégées par l'huile de trempe des effluents gazeux. The solid particles which escape from the cyclone 20 with the gaseous steam cracking effluents are in very small quantity (the separation efficiency of the cyclone can be greater than 99%) and are trapped by the quench oil of the gaseous effluents.
La nature des particules solides et leur dimension, ainsi que leur quantité par rapport au débit de gaz circulant dans l'installation, sont déterminées de façon à produire une érosion de la couche de coke déposée en particulier sur les parois internes des tubes 12 et de la chaudière de trempe indirecte 18, sans risquer de détériorer ces parois elles-mêmes. The nature of the solid particles and their size, as well as their quantity in relation to the flow of gas circulating in the installation, are determined so as to produce an erosion of the coke layer deposited in particular on the internal walls of the tubes 12 and of the indirect quenching boiler 18, without risking damaging these walls themselves.
Pour cela, l'invention prévoit que les particules solides comprennent un noyau de matière peu fragile, qui est enrobé d'une couche mince ou pellicule de coke. La dimension globale de ces particules est, en moyenne, lnfé- rieure à 250 microns, plus précisément inférieure à 150 microns et est de préférence comprise entre 4 et 45 microns environ. La pellicule de coke formée sur le noyau des particules a une épaisseur comprise entre 0,08 et 10 microns environ, de préférence entre 0,15 et 5 microns environ. Ces dimensions dépendent de la masse du noyau des particules métalliques, et donc de la nature de ce noyau. Dans un cas particulier de réalisation de l'invention, le noyau des particules solides utilisées est métallique et a une dimension moyenne comprise entre 4 et 30 microns, de préférence entre 4 et 15 microns environ.Les débits de particules sont très faibles, par exemple entre 0,05 et 3 * en poids du débit de gaz, et de préférence entre 0,1 et 1 % en poids. For this, the invention provides that the solid particles comprise a core of slightly brittle material, which is coated with a thin layer or film of coke. The overall size of these particles is, on average, less than 250 microns, more precisely less than 150 microns and is preferably between 4 and 45 microns approximately. The coke film formed on the core of the particles has a thickness of between about 0.08 and 10 microns, preferably between about 0.15 and 5 microns. These dimensions depend on the mass of the nucleus of the metallic particles, and therefore on the nature of this nucleus. In a particular embodiment of the invention, the core of the solid particles used is metallic and has an average size of between 4 and 30 microns, preferably between 4 and 15 microns approximately. The particle flow rates are very low, for example between 0.05 and 3 * by weight of the gas flow rate, and preferably between 0.1 and 1% by weight.
La pellicule de coke qui enrobe le noyau des particules va, de façon globale, s'éroder ou se fragmenter en cas de choc violent sur des parois métalliques. Le risque d'érosion du métal de ces parois est donc réduit, d'autant plus que ce métal est en général protégé par une couche d'oxyde très dure (oxyde de chrome, oxyde de silicium, oxyde d'aluminium). The coke film which coats the nucleus of the particles will generally erode or fragment in the event of a violent impact on metal walls. The risk of erosion of the metal of these walls is therefore reduced, all the more so since this metal is generally protected by a very hard oxide layer (chromium oxide, silicon oxide, aluminum oxide).
Les particules d'appoint qui sont ajoutées en 26 contiennent éventuellement un catalyseur de coke, tel que le fer ou le nickel. On peut donc utiliser comme particules d'appoint des noyaux métalliques qui ne sont pas initialement enrobés de coke. Lorsque ces particules circulent dans l'installation de vapocraquage et y sont recyclées, elles se recouvrent progressivement de coke. The make-up particles which are added at 26 optionally contain a coke catalyst, such as iron or nickel. Metallic cores which are not initially coated with coke can therefore be used as make-up particles. When these particles circulate in the steam cracking installation and are recycled there, they gradually cover themselves with coke.
Ces particules d'appoint peuvent également être des particules de catalyseurs, qui ont été utilisés dans des procédés de craquage catalytique fluide des hydrocarbures, et qui n'ont pas été régénérés. These make-up particles may also be particles of catalysts, which have been used in processes for fluid catalytic cracking of hydrocarbons, and which have not been regenerated.
On peut bien entendu utiliser également des particules d'appoint qui sont déjà pourvues d'une couche superficielle de coke. It is of course also possible to use make-up particles which are already provided with a surface layer of coke.
Les particules d'appoint peuvent être stockées sous forme d'un mélange solide-liquide, le liquide pouvant être de l'eau, ou un liquide hydrocarboné dépourvu de composés aromatiques lourds de pyrolyse, par exemple une fraction de la charge d'hydrocarbures à traiter. L'addition de ces particules au flux de particules recyclées ne pose donc pas de problèmes, non plus que leur addition à la charge d'hydrocarbures. De plus, pour le stockage de ces particules sous forme d'une suspension solides-liquide, la présence de la pellicule de coke permet de bénéficier de l'expérience acquise sur les mélanges charbon-eau ou charbon-fioul, pour le choix d'additifs de stabilisation de la suspension, (l'état de surface des particules étant de même nature). L'érosion de la pompe d'alimentation de la suspension est également réduite, grâce à la pellicule de coke. The make-up particles can be stored in the form of a solid-liquid mixture, the liquid possibly being water, or a hydrocarbon liquid devoid of heavy aromatic pyrolysis compounds, for example a fraction of the hydrocarbon charge to treat. The addition of these particles to the stream of recycled particles therefore poses no problems, nor does their addition to the hydrocarbon charge. In addition, for the storage of these particles in the form of a solid-liquid suspension, the presence of the coke film makes it possible to benefit from the experience acquired on coal-water or coal-fuel oil mixtures, for the choice of additives for stabilizing the suspension (the surface condition of the particles being of the same nature). The erosion of the suspension feed pump is also reduced, thanks to the coke film.
L'invention confère donc des avantages déterminants aux techniques de ce type. The invention therefore confers decisive advantages to techniques of this type.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
ST | Notification of lapse |