FR2760466A1 - Four tubulaire a radiation a bruleurs a courte et longue flamme pour la decomposition thermique d'hydrocarbures en presence de vapeur d'eau - Google Patents

Abstract

Four tubulaire à radiation, notamment de vapocraquage, à bruleurs à courte et longue flamme, comprenant une zone de radiation (1) à au moins une nappe de tubes verticaux (5) , chauffée par au moins une rangée de brûleurs principaux (6) , verticaux à longue flamme, ces bruleurs étant associés à des bruleurs à courte flamme (7) , de puissance unitaire moindre, sensiblement adjacents aux premiers, les entrées d'air principal de l'ensemble de tous les bruleurs étant disposées à des niveaux étagés sur une hauteur faible par rapport à celle de la zone de radiation, les brûleurs à longue flamme chauffant la zone de radiation sur la plus grande partie de sa hauteur, les bruleurs à courte flamme chauffant une zone relativement plus limitée proche des points d'émission des bruleurs à longue flamme.

Description

L'invention concerne un four tubulaire à radiation pour la décomposition thermique d'hydrocarbures en présence de vapeur d'eau. De tels fours sont utilisés notamment pour le vapocraquage d'hydrocarbures, par exemple d'éthane, de propane, de butane, ou de fractions telles que du naphta ou des gazoles atmosphériques ou sous vide, pour la production d'éthylène et de propylène. De tels fours sont également utilisés pour le vaporéformage d'hydrocarbures, par exemple de méthane, pour la production d'hydrogéne ou de mélanges H2/CO.

Ces fours comprennenttypiquement une zone de convection pour le préchauffage de la charge et une zone de radiation, ou zone réactionnelle, à flux thermique plus élevé permettant de réaliser la conversion des hydrocarbures à des températures comprises typiquement entre 650 et 950"C.

La charge préchauffée et additionnée de vapeur d'eau circule dans des faisceaux tubulaires disposés dans l'enceinte de radiation, selon une ou plusieurs passes, c'est à dire un ou plusieurs passages verticaux le long de la hauteur de la zone de radiation. Les tubes sont en alliage réfractaire et leur température de peau est généralement comprise entre 800 et 1200"C.

Dans le cas du réformageà la vapeur, les tubes contiennent du catalyseur.

L'un des problèmes techniques les plus importants pour le dimensionnement et l'agencementde ce type de fours consiste à transférer aux tubes un flux thermique très élevé sans pour autant provoquer de points chauds excessifs qui provoqueraient de graves phénomènes de cokage, une détérioration ou une destruction rapide des tubes par fluage ou rupture.

A cet effet de nombreux constructeurs de fours utilisent des murs radiants équipés d'un grand nombre de brûleurs radiants à flamme plate, répartis de façon sensiblement uniforme sur les parois verticales de l'enceinte de radiation. Ceci assure une grande uniformité du transfert thermique radiatif. De plus, les brûleurs radiants émettent des gaz de combustion ou flammes plates qui ne peuvent atteindre les tubes.

Cette solution technique, performante au niveau du transfert thermique est cependant plus onéreuse que d'autres conceptions de fours utilisant un nombre de brûleurs beaucoup plus faible, généralement des brûleurs verticaux de forte capacité unitaire.

Cet inconvénient d'une conception à grand nombre de brûleurs de paroi est accru dans le cas où, pour une meilleure efficacité thermique, on préchauffe l'air de combustion ou que l'on utilise de l'air partiellement brûlé de sortie d'une turbine à gaz. Dans ce cas, on doit alimenterpar des gaines d'air chaud un grand nombre de brûleurs, ce qui est complexe et onéreux.

Les conceptions de four à nombre limitée brûleurs verticaux, situés sur la sole ou la voûte du four, ou également à un niveau médian dans le cas des fours à terrasses, ne présentent pas cet inconvénient, ou de façon plus limitée dans le cas des fours à terrasses. Par contre, les flammes émises par de gros brûleurs verticaux conduisent à une émission thermique radiative beaucoup moins uniforme que celle de parois à brûleurs radiants. De façon classique, ces flammes présentent un ventre à flux thermique maximal alors que le flux thermique est plus faible au niveau de la zone initiale d'émission des gaz, à proximité du brûleur, et au niveau des zones les plus éloignées, à l'autre extrémité de la zone de radiation. Ces gros brûleurs verticaux présentent donc un déficit de puissance thermique rayonnée près du brûleur, et sont par ailleurs difficilement compatibles avec des zones de radiation de plus de 9 à 9,5 m de haut, du fait d'une longueur insuffisante de la flamme, ou alors c'est au détriment du flux moyen transmis.

L'objet de l'invention est un four tubulaire à radiation combinant les avantages des conceptions précédentes, sans en avoir les inconvénients: - utilisation d'un nombre limité de brûleurs, dont l'alimentation par des gaines d'air préchauffé est facile, avec avantage de coût et de simplicité.

- obtention d'une puissance thermique rayonnée plus uniforme, avec notamment une puissance thermique élevée près de la zone d'émission des brûleurs verticaux.

- possibilité d'utiliserdes zones de radiation de 10 mde hauteur ou plus.

L'invention propose à cet effet un four tubulaire de chauffage par radiation pour la décomposition thermique d'hydrocarbures en présence de vapeur d'eau, comprenant: - une zone de radiation comprenant au moins une nappe de tubes verticaux de circulation d'un mélange d'hydrocarbures et de vapeur d'eau, chauffée par au moins une rangée de brûleurs d'un premier type, sensiblement verticaux, émettant des flux de gaz de combustion chauffant la zone de radiation sur la plus grande partie de sa hauteur, ces bru leurs produisant au moins 50% de la puissance thermique du four, caractérisé en ce que ces bruleurs sont associés à des bruleurs d'un deuxième type, de puissance thermique unitaire plus faible, chauffant une zone relativement plus limitée de la zone de radiation, leurs niveaux de flux thermique maximal étant relativement proches des niveaux des points d'émission de gaz de combustion des bru leurs de premier type, les entrées d'air principal de l'ensemble de tous ces bruleurs de premier et second type étant disposées à un même niveau ou à des niveaux étagés sur une hauteur faible par rapport à celle de la zone de radiation, I'ensemble de ces bru leurs de premier et second type produisant au moins 80%, et en particulier 100% de la puissance thermique du four.

Cette caractéristique I 'invention présente des avantages importants: en effet, elle permet de réaliser un apport thermique sélectif dans la zone de déficit thermiquedes gros brûleurs verticaux, et donc d'augmenter la puissance transmise aux tubes au niveau du point d'émission des gaz, ou nez de ces brûleurs. En effet, commeles entrées d'air principal des différents bnrleurs sont voisines, les différents bru leurs d'une meme zone de chauffe sont sensiblement voisins. Par ailleurs, les bru leurs de deuxième type ont une émission thermique maximale à un niveau relativement proche du niveau des bruleurs verticaux; ils chauffent donc une zone locale, qui est proche du nez des bruleurs verticaux, apportant une puissance thermique complémentairedans une zone ou le flux thermique émis par ces derniers est faible.

Par ailleurs, les brûleurs de deuxième type permettent de chauffer éventuellement une hauteur supplémentaire de la zone de radiation, qui peut alors avoir une hauteur totale supérieure ou égale à 10 m.

Enfin, ceci peut être obtenu en utilisant des gaines d'air préchauffé dans une zone limitée et concentrée du four.

De façon caractéristique, si la zone de radiation a une hauteur H, les entrées d'air principal de l'ensemble de tous les bruleurs sont disposées à un même niveau ou à des niveaux étagés sur une hauteur n'excèdant pas 0,25H et de préférence 0,2H. De façon la plus adéquate, les entrées d'air principal des différents bruleurs sont disposées à des niveaux étagés sur une hauteur n'excèdant pas 0,15 H et en particulier 0,1 H. Les entrées d'air principal des différents bruleurs peuvent égalementetre installées au même niveau.

Par définition, I'air dit principal est la totalité de l'air d'alimentation du bru leur, ou le seul air secondaire lorsque le bruleur est à air primaire et air secondaire. On entend par ailleurs par air aussi bien de l'air seul que de l'air enrichi par et / ou composé d'air partiellement brulé de sortie d'une turbine à gaz.

De façon préférée, les points d'émission de gaz de combustion des différents bru leurs de premier et second type sont également disposés à un même niveau ou à des niveaux étagés sur une hauteur n'excèdant pas 0,25H et de préférence 0,2H. De façon la plus adéquate, les points d'émission des différents bruleurs sont égalementdisposés à des niveaux étagés sur une hauteur n'excèdant pas 0,15 H et en particulier 0,1 H. Les points d'émission des différents bruleurs peuvent égalementetre disposés au même niveau.

De façon caractéristique, les bru leurs de deuxieme type sont à flamme plus courte que ceux de premier type. Leur point d'émission thermique maximale est à un niveau plus proche que le point correspondant des bru leurs de premier type du niveau des points d'émission de gaz des bruleurs verticaux de premier type, ou nez de ces bru leurs. De façon préférée, le point d'émission thermique maximale d'un bruleur de second type est à un niveau éloigné au plus de 0,2 H et de préférence au plus 0,15 H et en particulier au plus 0,1 H du niveau du point d'émission de gaz d'un bruleur de premier type qui lui est associé. Au contraire, le point d'émission thermique maximale d'un bru leur de premier type, vertical à forte capacité unitaire, est typiquement éloigné d'au moins 0,25 H, et généralement d'au moins 0,3 H de son point d'émission de gaz de combustion.

Selon une première variante caractéristique de l'invention, les bruleurs de deuxieme type sont des bruleurs radiants. Ces bruleurs radiants sont avantageusement disposés sensiblement au niveau de la façade verticale des bru leurs de premier type qui est tournée vers la nappe de tubes. Cela permet notamment de chauffer cette façade verticale au niveau de laquelle le flux rayonné par ces bruleurs verticaux est relativement faible. De façon typique, on peut installer un bruleur radiant juste en dessous de chaque bruleur de premier type.

On peut également intercaler, ou alterner les deux types de bruleurs et installer un bruleur radiant entre deux bru leurs de premier type, notamment à proximité de la façade de ces bruleurs.

Selon un autre mode de réalisation de l'invention, ces bruleurs radiants sont disposés en dessous des bru leurs de premier type, en position décalée par rapport à la paroi de la zone de radiation.

On peut également installer deux bru leurs radiants, superposés ou juxtaposés, en dessous de chaque bruleur de premier type, ou sensiblement au niveau de la façade de ce bruleur.

Les bru leurs radiants peuvent également etre décalés légèrement vers la nappe de tubes, leur partie supérieure étant au même niveau que les bru leurs verticaux, ou tangentant ce niveau, les gaines d'air des deux types de bruleurs étant sensiblement adjacentes.

Ainsi, de par leur disposition, les entrées d'air principal des bru leurs radiants peuvent etre, selon l'invention, voisines ou sensiblement adjacentes de celles des bru leurs de premier type. Ceci est particulièrement utile quand on installe des gaines d'air préchauffé pour l'alimentation des brûleurs, et ne pouvait pas être obtenu dans la conception de l'art antérieur, où les brûleurs radiants sont disposés de l'autre côté de la flamme des brûleurs verticaux, donc de façon éloignée.

Cette disposition de bru leurs verticaux et radiants disposés du même coté par rapport à la flamme (longue) des bruleurs verticaux, et de préférence sensiblement adjacents, apporte donc des avantages importants par rapport à l'art antérieur: d'une part en augmentant le flux thermique au niveau du point d'émission de gaz de ces bru leurs, et d'autre part en réalisant cet apport thermique complémentaire sans compliquer l'alimentation d'air chaud des bru leurs, qui reste dans une zone restreinte. Cela peut permettre également d'augmenter la hauteur de la zone de radiation en fournissant une hauteur de chauffe supplémentaire. De plus, cette configuration est très saine et fiable du point de vue du fonctionnement des bruleurs, car il ne peut pas y avoir d'interaction entre les flammes de ces bruleurs:
Les flammes des bru leurs verticaux ne peuvent pas perturber le fonctionnement des bnrleurs radiants.

Selon une autre variante caractéristique de l'invention, les bruleurs de deuxieme type sont des bruleurs sensiblement verticaux de puissance thermique unitaire plus faible et à longueurde flammeplus courte que ceux de premiertype.

Ces bruleurs sensiblement verticaux de premieret deuxieme type peuvent etre à direction de flamme opposée ou à direction de flamme identique, leurs points d'émission de gaz de combustion étant typiquement au même niveau ou à des niveaux proches, éloignés par exemple au plus de 0,2 H.

Pour chacune des variantes précitées, les alimentationsd'airprincipal peuvent etre en paroi du four et / ou par la sole du four, et / ou par le toit ou plafond ou la voute du four (avec par exemple des configurations d'alimentation d'air identiques ou différentes pour les deux types de bruleurs).

Au moins un, et de préférence au plus deux bruleurs de deuxieme type peuvent etre associés à chaque bruleur de premier type.

Pour un four comprenant une pluralité de zones de chauffe à bru leurs, les entrées d'air principal des différents bruleurs d'une même zone de chauffe peuvent etre alimentées par une gaine horizontale commune. Cette gaine peut etre disposée à l'intérieur ou à l'extérieur de l'enceinte de la zone de radiation, le long d'une paroi verticale du four, sous ou le long de la sole du four, ou sur ou le long du plafond de la zone de radiation. II est ainsi facile d'utiliser pour l'alimentation des brûleurs de l'air préchauffé et / ou de l'airde sortie d'une turbine à gaz.

Un four selon l'invention peut avoir différentes conceptions. II peut comprendre une nappe unique de tubes verticaux. II peut également comprendre, à titre d'exemple, au moins deux nappes de tubes verticaux, une zone de chauffe située entre ces deux nappes alimentée par au moins une rangée de bruleurs sensiblement verticaux à relativement longue flamme, de premier type, et par au moins une rangée de brûleurs sensiblement verticaux à relativement courte flamme, de deuxieme type.

II peut également comprendre au moins deux nappes de tubes verticaux, une zone de chauffe située entre ces deux nappes, alimentée par une rangée de bru leurs sensiblement verticaux à relativement longue flamme, de premier type, et par au moins une rangée de brûleurs radiants, supportés de préférence par des gaines d'alimentation d'air principal des bruleurs de premier type disposés dans cette zone de chauffe, ces gaines, ou au moins leurs parties terminales, étant disposées à l'intérieur de la zone de radiation.

De façon générale, I'intéret de l'invention est encore accru lorsque les bruleurs sont alimentés par de l'air préchauffé et / ou de l'air de sortie d'une turbine à gaz.

L'invention sera mieux comprise et d'autres détails et avantages apparaîtront plus clairementà la lecture due la description qui suit, faite à titre d'exemple en référence aux dessins annexés, dans lesquels: - Chacune des figures (1A, 1B, 1 C, 1 D, 1E) représente schématiquement une variante de réalisation d'un four de vapocraquage selon l'art antérieur.

- Chacune des figures 2A, 2B, 2C, 2D, 2E, représente schématiquement une variante de réalisation de réacteurs élémentaires, ou serpentins de vapocraquage.

- la figure 3A et la figure 3B représentent un four, et une partie d'un four de vapocraquage selon deux modes caractéristiques de réalisation de l'invention, dans lesquels il y a une rangée unique de brûleurs radiants de deuxième type de chaque côté de la nappe de tubes, - la figure 4 représente une courbe-type de flux thermique reçu par les tubes sans l'invention, et avec l'invention, - les figures 5A, 5B, 6A,6B, 7A et 7B représentent chacune un four ou une partie de four selon d'autres modes de réalisation caractéristiques.

On se réfère tout d'abord à la figure 1 A, qui représente un four de vapocraquage d'un type très courant: il comporte une zone de radiation 1, chauffée d'une part par deux rangées de brûleurs verticaux 6, disposés sur la sole du four, et d'autre part par dix rangées (2 fois 5) de brûleurs radiants 7 disposés sur les parois verticales de la zone de radiation. Les brûleurs verticaux, de capacité faible ou moyenne, émettent des flammes relativement courtes ou moyennes qui se développent verticalement dans la partie inférieure de la zone de radiation, alors que les brûleurs radiants 7 chauffent les parois dans les parties médiane et supérieure au moyen de flammes plates. De façon typique, la puissance thermique produite par les bruleurs verticaux 6 est, pour ce type de four de l'art antérieur, de 40% au plus et généralement de 25 à 35 % de la puissance thermique totale. Les alimentations d'air des bru leurs sont étagées sur toute la hauteur de la zone de radiation.

La charge de vapocraquage est d'abord préchauffée dans la zone de convection 3 du four, puis craquée dans une nappe de tubes verticaux 5, vue par le travers. La charge craquée sort par la partie supérieure de la zone de radiation et est trempée dans un échangeur de trempe 4, puis traitée en aval par des moyens non représentés.

La figure 1B représente avec les mêmes références un autre type de four, dit four à terrasses où il n'y a pas de brûleurs radiants mais quatre rangées de brûleurs verticaux situés à deux niveaux du four, généralement sur la sole et en position médiane. Dans ce type de four, où les parois peuvent être inclinées, il y a développement de la flamme de chaque rangée de brûleurs en vis à vis de la demi-paroi correspondante. Les bruleurs de ces fours à terrasses sont identiques, à flamme relativement longue, et leur positionnement est tel que leurs entrées d'air sont espacées d'au moins un tiers et typiquement de 40 à 50% de la hauteur de la zone de radiation.

La figure 1 C représente un type de four, utilisé en particulier avec un faisceau de tubes à une seule passe verticale ascendante, qui ne comporte que des brûleurs de sole 6, ou alimentés en partie inférieure des parois de la zone de radiation, de forte capacité unitaire et à longue flamme. Ces bru leurs produisent la totalité de la puissance thermiquedu four.

La figure 1 D représente une conception de four intermédiaire entre les conceptions décrites en 1 A et 1 C, où des brûleurs principaux à longue flamme 6 sont utilisés avec un nombre limité de brûleurs radiants 7 très éloignés, ce qui permet d'accroître la hauteur de la zone de radiation.

Le four décrit dans la figure 1 E, et représenté partiellement, comporte deux rangées de tubes verticaux et trois rangées de brûleurs verticaux 6, qui sont des brûleurs de voute, ou de toit à longue flamme. Ce type de four est utilisé, notamment, dans certains procédés de vaporeformage.

On se réfère maintenant à la figure 2( 2A,2B,2C,2D,2E), qui représente divers types connus de faisceaux de vapocraquage.

La figure 2A représente un faisceau de vapocraquage à 8 passes, c'est-à-dire 8 passes verticales en zone de radiation (la dénomination de passe s'appliquant de façon générale à un passage vertical, généralement sur une longueur voisine de la hauteur de la zone de radiation).

La figure 2B représente un faisceau ou tube de vapocraquage à une seule passe, typiquement verticale ascendante.

La figure 2C représente un faisceau de vapocraquage à deux passes, dont la première comporte deux tubes (faisceau à flux initial divisé ou split-coil , de type 2 en 1).

La figure 2D représente un faisceau de vapocraquage à deux passes dont la première comporte plus de deux tubes et la seconde un seul tube.

La figure 2E représente un faisceau de vapocraquage à deux passes, du type en U, ou à épingle, et flux non divisé.

Ces exemples ne sont pas limitatifs et il existe d'autres types de faisceaux utilisés assez largement, en particulier des faisceaux à deux passes ou quatre passes ou six passes, ou 8 passes ou N passes dans la zone de radiation, à flux divisé (split-coil) par exemple de type 4 en 1, ou N en 1, avec N compris entre 2 et 12, ou de type 4-2-1-1, c'est à dire 4 en 2 en 1 en 1, ou à flux non divisé.

On se réfère maintenant à la figure 3A, qui représente un four de vapocraquage selon l'invention. Ce four comporte une zone de radiation de hauteur H, une nappe de tubes 5, et de chaque coté de la nappe de tubes 5, une rangée de brûleurs verticaux 6, de premier type, et une rangée de brûleurs radiants 7 de second type.

Les brûleurs radiants sont disposés juste en dessous des brûleurs verticaux et leur sont sensiblement adjacents.

Les bru leurs verticaux 6 sont des bru leurs de forte capacité unitaire, produisant typiquement au moins 50%, de préférence au moins 60%, et en particulier au moins 70% de la puissance thermique du four. Leur point d'émission thermique maximale, au niveau du point A sur la figure, est relativement éloigné et à la distance D1 de leur point d'émission de gaz de combustion. Ils sont alimentés en combustible, par exemple en gaz tel qu'un mélange méthane / hydrogène, et / ou en fioul liquide, par la ligne 20.

Les bru leurs radiants 7 sont alimentés en combustible, par exemple en gaz tel qu'un mélange méthane / hydrogène, par la ligne 21. Les lignes d'alimentation 20 et / ou 21 peuvent égalementalimenterde l'air primaire, en prémélange.

Dans ce mode de réalisation, le ( nez,,, ou bec d'émission de chaque brûleur radiant 7 se trouve placé sensiblement sur la façade 15 du brûleur vertical adjacent qui est tournée vers la nappe de tubes 5. Ce point, qui est également le point d'émission thermique maximale du bruleur radiant 7, est à un niveau situé à une distance D2 relativement faible du niveau du point d'émission de gaz de combustion du bru leur vertical 6. Typiquement, D2 est inférieur à 0,75 Dl, et par exemple à 0,6 D1. Ces valeurs sont également applicables à d'autres types de bru leurs de second type et / ou de configurations de tels bru leurs et notamment à celles décrites dans les figures suivantes. Selon la configuration de la figure 3A, le bru leur radiant 7 apporte donc une puissance thermique complémentaire au niveau du nez, ou point d'émission de gaz du bruleur vertical 6. De plus, il chauffe également une hauteur de paroi supplémentaire, comprise par exemple entre 0,8 et 2,8 m
Les axes d'alimentation de l'air principal des deux types de brûleurs (alimentation d'air globale) ou d'air secondaire lorsque le brûleur est à prémélange partiel, sont très voisins, espacés d'une longueur L faible. Ceci permet d'avoir une gaine commune 9d'airnotammentpréchauffé, pouvant contenirde l'air partiellement brûlé de sortie d'une turbine à gaz (on rappelle que selon l'invention on appelle air, ou air de combustion des brûleurs, indifféremment de l'air seul ou de l'air partiellement brûlé, ou additionné d'air partiellement brûlé de sortie d'une turbine à gaz).

Ainsi, selon cette variante caractéristique de l'invention, les brûleurs radiants 7 chauffent la façade 15 du brûleur 6 ainsi que la zone autour de leur point d'émission et chauffent les tubes 5 dans la zone du déficit de puissance rayonnée du brûleur 6 correspondant à la zone de son point d'émission de gaz de combustion.

Ils chauffent de plus une hauteur supplémentaire, notamment au niveau de leur point d'émission, ce qui permet d'avoir une zone de radiation de hauteur totale H élevée, par exemple entre 10 et 12 mètres.

Ainsi, selon l'invention, la conception de deux types de brûleurs adjacents à longue, et courte flamme permet-elle de conserver les avantages des conceptions de four à gros brûleurs verticaux sans en avoir les inconvénients. Les combinaisons de bruleurs selon l'art antérieur utilisent en effet soit des bruleurs éloignés et en nombre élevé, typiquement à flamme courte ou moyenne, soit des bru leurs éloignés à relativement longue flamme (cas des fours à terrasses), soit uniquementdes bruleurs à longue flamme qui ont une répartition de flux thermique très imparfaite.

On se réfère maintenant à la figure 3B, qui décrit avec les memes références une variante de réalisation d'une partie du four décrit en figure 3A (les parties à droite et en haut de la figure ne sont pas représentées).

Dans cette variante, les brûleurs radiants 7 sont disposés dans un décrochement en dessous des brûleurs verticaux, décalés par rapport à la paroi (principale) de la zone de radiation.

Cette disposition nécessite la réalisation du décrochement 16 de la façade 15 des brûleurs 6, mais éloigne les brûleurs de la nappe de tubes, ce qui permet une chauffe un peu plus régulière.

Selon une configuration différente, mais voisine de celle de la figure 3B, il est également possible que les bruleurs radiants 7 soient décalés de l'autre coté, et disposés de façon plus proche des tubes 5 que ne l'est la façade 15. Dans ce cas, on peut rapprocher encore plus les bru leurs 6 et 7.

On se réfère maintenant à la figure 4. Les deux courbes B et C représentent des courbes de flux thermique transmis aux tubes réactionnels, avec en abcisse le pourcentage F du flux transmis aux tubes par rapport au flux thermique maximum admissible, et en ordonnée le niveau d'élévation dans la zone de radiation du four, jusqu'à la hauteur H de cette zone.

La courbe C est représentative du cas d'un four à brûleurs verticaux seuls (par exemple des brûleurs de sole, tel que celui décrit à la figure 1 C), c'est-à-dire pour un four selon l'art antérieur. On voit que cette courbe est en cloche , avec un ventre de flux thermique maximum au niveau de la zone d'épanouissement de la flamme. II y a par contre un déficit de puissance transmise au niveau du nez du brûleur 6, qui se trouve, par exemple, à environ 9 mètres seulement du plafond de la zone de radiation ( la hauteur est limitée par la longueur de flamme réalisable.

Cette hauteur pourrait etre supérieure mais au détriment du flux moyen).

La courbe B représente la même courbe mais modifiée par l'adjonction, selon l'invention, de chaque coté de la nappe de tubes 5 d'une rangée de brûleurs radiants tels que décrits aux figures 3A ou 3B.

Cette adjonction de brûleurs à courte flamme permet de rajouter une hauteur supplémentaire dans la zone de radiation, ce qui porte sa hauteur totale H de 9 à il mètres.

On voit que ces brûleurs radiants comblent par ailleurs au moins partiellement le déficit de flux thermique au niveau du nez des brûleurs 6, et permet d'obtenir un profil moyen de flux thermique plus plat, ce qui est un avantage important. La différence de surface (hachurée) entre les deux courbes A et B représente le gain de puissance thermique et donc de capacité du four, grace à l'invention, pour une memesurface au sol.

Selon la figure 5A, qui est une vue de la paroi de la zone de radiation d'un four, vue de l'intérieur en coupe du four suivant la nappe de tubes, on a représenté deux types de brûleurs: des brûleurs verticaux 6 de premier type, à longue flamme (représentée) et forte capacité unitaire, et des brûleurs verticaux 8, de deuxième type, à courte flamme, représentée également, et faible capacité unitaire.

Ces derniers brûleurs apportent un flux thermique additionnel au niveau des brûleurs 6, ce qui rend plus plat le profil thermique global.

Les bru leurs verticaux 8, de deuxième type, sont de capacité unitaire plus faible que celle des bruleurs 6 , et à flamme plus courte. Le niveau de leur point d'émission thermique maximale est à une distance, D2, du niveau du nez des bru leurs 6, faible par rapport à la distance, D1, du niveau du point d'émission thermique maximale, A, des bruleurs 6, au niveau du nez de ces mêmes bruleurs 6.

L'obtention de flammes courtes, est bien connue de l'homme de l'art: elle peut être obtenue par des brûleurs d'un type géométrique et / ou d'une géométrie générale différente de celle des brûleurs8 mais également de même géométrie, par changementde réglages tels que notamment le rapport air primaire/ air secondaire ou le débit global du brûleur, ou le débit ou la nature du combustible.

Selon l'invention, les bruleurs de dit premier et deuxieme type ont des propriétés de chauffe différentes (celle des seconds étant plus locale). Le plus souvent, ceci correspond à des géométries de bruleurs différentes (par exemple, les bruleurs de deuxième type étant plus petits). On ne sortirait cependant pas du cadre de l'invention si les bru leurs de deuxième type ont une géométrie générale identique mais des règlages notablement différents, en particulier obtenus par des positions différentes d'organes de ces bru leurs aussi bien que de leurs circuits d'alimentation,tels que, par exemples non limitatifs, vanne de réglage de débit de combustible , dispositif de règlage de la pression d'alimentation du combustible, circuit d'alimentation de combustible de nature différente, vanne, volet, ouvreau ou dispositif équivalent de règlage

La figure 5B représente une paroi verticale de four selon un autre mode de réalisation de l'invention, vue de l'intérieur du four, selon une coupe du four identique à celle de la figure 5A. Ce four comporte des brûleurs verticaux 6 à flamme ascendante de forte capacité (brûleurs de premier type) et des brûleurs verticaux 8 de moindre capacité qui émettent des flux de gaz de combustion dans la direction opposée, c'est-à-dire vers le bas.

La figure 6A représente également une paroi de four, selon une autre variante de réalisation de l'invention, avec deux nappes de tubes 5, trois rangées de gros brûleurs verticaux 6, et quatre rangées de brûleurs verticaux 8 à courte flamme et de moindre capacité unitaire.

Dans les trois zones de chauffe, les bruleurs 6 et les bruleurs 8 sont représentés décalés. II est également possible de les disposer en aRernance.

De façon générale, et pour toutes les variantes, les orifices de sortie des bruleurs 6, 7 ou 8 peuvent etre, pour chaque type de bru leur, circulaires ou ovales ou carrés ou rectangles dont les grands cotés sont parallèles ou perpendiculaires à la ou aux nappes de tubes, ou carrés ou rectangles à coins arrondis, ou de toute autre géométrie connue.

La figure 6B représente schématiquement un four selon un autre mode de réalisation, à deux nappes de tubes verticaux et trois zones de chauffe, à brûleurs verticaux à longue flamme de premier type 6, et à brûleurs radiants 7 de second type à courteflammeet moindre capacité unitaire.

Ce derniermodede réalisation comporte dans la zone de chauffe située entre les deux nappes de tubes de gros brûleurs verticaux de premier type 6, associés à des brûleurs radiants 7, supportés par les gaines d'alimentation d'air principal des brûleurs verticaux 6.

Dans le schéma représenté, les gaines longitudinales d'alimentation d'air principal des brûleurs d'une même zone de chauffe sont alimentées au même niveau. De plus elles sont disposées, au moins pour les zones de chauffe sitées le long d'une paroi radiante, à l'intérieur de la zone de radiation. Dans la zone de chauffe centrale, des gaines d'air verticales, internes à la zone de radiation, supportent les bruleurs radiants 7, et alimentent les bruleurs verticaux et radiants 6 et 7.

La figure 7A représente également un autre mode de réalisation de l'invention avec un four à une nappe de tubes comprenant, de chaque coté de cette nappe, une rangée de bru leurs 6 de premier type et deux rangées de bnrleurs radiants 7, deux à deux superposés ou en quinconce, de deuxième type.

La figure 7B représente également un autre mode de réalisation de l'invention avec une paroi de four vue de l'intérieurdu four selon une coupe du four suivant le plan d'une nappe de tubes. Le four comprend, de chaque coté de cette nappe, des bruleurs 6 de premier type et des bruleurs radiants 7 de deuxième type, disposés en alternance, sensiblement au même niveau. Les bru leurs radiants peuvent etre en retrait par rapport à la façade des bru leurs 6, au niveau de cette façade, ou même plus proches de la nappe de tubes 5 que ladite façade. Les alimentations d'air principal des bruleurs radiants, ainsi que celles des bruleurs verticaux 6 peuvent, pour chaque type de bru leurs, etre disposées sur la paroi du four, ou sur la sole du four. Elles peuvent égalementetre communes.

L'invention n'est pas limitée aux exemples présentés mais pourra être utilisée également avec d'autres moyens techniques ou variantes de réalisation qui apparaîtront clairement à l'homme de l'art.

On ne sortirait pas du cadre de l'invention en utilisant par ailleurs, en association aves l'invention, divers éléments technologiques, ou de procédé, ou de construction, ou de dispositifs pour fours ou faisceaux de tubes de four ou différents types de bruleurs déjà connus de l'homme de l'art.

Claims (19)

REVENDICATIONS

1. Four tubulaire de chauffage par radiation pour la décomposition thermique d'hydrocarbures en présence de vapeur d'eau, comprenant: - une zone de radiation (1) comprenant au moins une nappe de tubes verticaux (5) de circulation d'un mélange d'hydrocarbures et de vapeur d'eau, chauffée par au moins une rangée de brûleurs (6) d'un premier type, sensiblement verticaux, émettant des flux de gaz de combustion chauffant la zone de radiation sur la plus grande partie de sa hauteur, ces bruleurs produisant au moins 50% de la puissance thermique du four, caractérisé en ce que ces bru leurs sont associés à des bruleurs (7, 8) d'un deuxième type, de puissance thermique unitaire plus faible, chauffant une zone relativement plus limitée de la zone de radiation, leurs niveaux de flux thermique maximal étant relativement proches des niveaux des points d'émission de gaz de combustion des bruleurs de premier type, les entrées d'air principal de l'ensemble de tous ces bnrleurs de premier et second type étant disposées à un même niveau ou à des niveaux étagés sur une hauteur faible par rapport à celle(H) de la zone de radiation, I'ensemble de ces bnrleurs de premier et second type produisant au moins 80%, et en particulier 100% de la puissance thermiquedu four.

2. Four selon la revendication 1, comprenant une zone de radiation de hauteur H, caractérisé en ce que les entrées d'air principal de l'ensemble de tous les bruleurs sont disposées à un même niveau ou à des niveaux étagés sur une hauteur n'excèdant pas 0,25H et de préférence 0,2H.

3. Four selon l'une des revendications 1 ou 2, caractériséen ce que les bruleurs (7, 8) de deuxieme type sont à flamme plus courte que ceux de premiertype.

4. Four selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les bru leurs de deuxieme type sont des bru leurs radiants (7).

5. Four selon la revendication 4, caractérisé en ce que les bnrleurs radiants (7) sont disposés sensiblement au niveau de la façade verticale des bru leurs (6) de premier type qui est tournée vers la nappe de tubes.

6. Four selon la revendication 4, caractérisé en ce que les bruleurs radiants (7) sont disposés en dessous des bruleurs (6) de premier type.

7. Four selon la revendication 6, caractérisé en ce que les bruleurs radiants (7) sont disposés en dessous des bruleurs (6) de premier type, en position décalée par rapport à la paroi de la zone de radiation.

8. Four selon l'une des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que les entrées d'air principal des bru leurs radiants sont sensiblement adjacentes de celles des bruleurs de premiertype.

9. Four selon l'une des revendications 1 à 3, caractériséen ce que les bruleurs (8) de deuxieme type sont des bru leurs sensiblement verticaux de puissance thermique unitaire plus faible et à longueur de flamme plus courte que ceux de premier ty p e .

10. Four selon la revendication 9, caractérisé en ce que les bru leurs de premier et deuxieme type sont des bru leurs sensiblement verticaux à direction de flamme opposée.

11. Four selon la revendication 9, caractérisé en ce que les bruleurs de premier et deuxieme type sont des bruleurs sensiblement verticaux à direction de flamme identique.

12. Four selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un et au plus deux bruleurs de deuxieme type associés à chaque bruleur de premier type.

13. Four selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les entrées d'air principal des différents bruleurs sont disposées à des niveaux étagés sur une hauteur n'excèdant pas 0,15 H et de préférence 0,1 H.

14. Four selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que les entrées d'air principal des différents bruleurs sont disposées au mêmeniveau.

15. Four selon l'une des revendications précédentes, comprenant une pluralité de zones de chauffe à bru leurs, caractérisé en ce que les entrées d'air principal des différents bruleurs d'une même zone de chauffe sont alimentées par une gaine horizontale commune(9).

16. Four selon la revendication 15, caractérisé en ce que la dite gaine (9) est disposée à l'intérieur de l'enceinte de la zone de radiation (1).

17. Four selon l'une des revendications précédentes , caractérisé en ce que les bruleurs sont alimentés par de l'air préchauffé et / ou de l'aire sortie d'une turbine àgaz.

18. Four selon l'une des revendications 9 à 17, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux nappes de tubes verticaux, une zone de chauffe située entre ces deux nappes, alimentée par au moins une rangée de bru leurs sensiblement verticaux (6) à relativement longue flamme, de premier type, et par au moins une rangée de brûleurs sensiblement verticaux (8) à relativement courte flamme, de deuxieme type.

19. Four selon l'une des revendications 4 à 8 et 12 à 17, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux nappes de tubes verticaux, une zone de chauffe située entre ces deux nappes alimentée par une rangée de bru leurs sensiblement verticaux (6) à relativement longue flamme, de premier type, et par au moins une rangée de brûleurs radiants (7), de deuxieme type, supportés par des gaines d'alimentation d'air principal des bru leurs de premier type disposés dans cette zone de chauffe, ces gaines ou au moins leurs parties terminales étant disposées à l'intérieurde la zone de radiation.