FR2768153A1

FR2768153A1 - Tubular oven for hydrocarbons vapocracking with high efficiency and capacity

Info

Publication number: FR2768153A1
Application number: FR9711152A
Authority: FR
Inventors: Eric Lenglet
Original assignee: Procedes Petroliers et Petrochimiques
Current assignee: Procedes Petroliers et Petrochimiques
Priority date: 1997-09-09
Filing date: 1997-09-09
Publication date: 1999-03-12

Abstract

The oven contains a radiation zone comprising a tubular beam with at least two vertical passes. Tubular oven for hydrocarbons vapocracking with high efficiency and capacity consists of a radiation zone comprising of a tubular beam with at least two vertical passes. The penultimate pass of the beam comprises of at least two vertical tubular elements (6,7) in parallel, fed by two fractions of the same hydrocarbon charge and connected at a point E located before a common soaking exchanger (10), the two tubular elements being placed at different distances from the last pass (9,9A,9B). These elements have different surface to volume ratios so that an identical conversion of the charge fractions flowing in the two tubular elements are obtained.

Description

FOUR TUBULAIRE DE VAPOCRAQUAGE D'HYDROCARBURES
À RENDEMENT ET CAPACITÉ ÉLEVÉE.TUBULAR OIL FOR HYDROCARBON VAPORING
HIGH EFFICIENCY AND CAPACITY.

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 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.The invention relates to a tubular radiation oven for the thermal decomposition of hydrocarbons in the presence of water vapor. Such ovens are used for steam cracking of hydrocarbons, for example ethane, propane, butane, or fractions such as naphtha or atmospheric or vacuum gas oils, for the production of ethylene and propylene.

Ces fours comprennenttypiquement une zone de oonvection 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 780 et 920aC. These ovens typically include a convection zone for preheating the charge and a radiation zone, or reaction zone, with a higher thermal flux making it possible to carry out the conversion of hydrocarbons at temperatures typically between 780 and 920aC.

La charge additionnée de vapeur d'eau est préchauffée dans la zone de convection puis 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 disposés selon une ou plusieurs nappes, chacune des nappes étant dans un plan vertical, chauffée de part et d'autre par deux zones de chauffe à gaz de combustion alimentées par des bruleurs. Dans la partie supérieure de la zone de radiation, les gaz de combustion sont évacués latéralement, typiquement vers la zone de convection qui est décalée par rapport à la nappe de tubes.The charge added with water vapor is preheated in the convection zone and then circulates in tubular bundles arranged in the radiation enclosure, in one or more passes, ie one or more vertical passages along the height of the radiation zone. The tubes are arranged in one or more layers, each of the layers being in a vertical plane, heated on either side by two combustion gas heating zones supplied by burners. In the upper part of the radiation zone, the combustion gases are discharged laterally, typically towards the convection zone which is offset with respect to the sheet of tubes.

Pour obtenir des rendements élevés (sélectivité élevée), il est nécessaire de réaliser le vapocraquage avec un temps de résidence trés court, ce qui conduit à utiliser des faisceaux tubulaires comportant un nombre de passes limité, par exemple 1,2 ou 4 passes. Ceci nécessite l'utilisation de tubes de faible diamètre, seuls capables de pater la température de la charge au niveau requis avec une longueur totale du faisceau limitée. II en résulte que ces faisceaux sélectifs ont généralementune capacité unitaire faible, ce qui accroitle cout d'investissement du four.To obtain high yields (high selectivity), it is necessary to carry out steam cracking with a very short residence time, which leads to using tubular bundles comprising a limited number of passes, for example 1.2 or 4 passes. This requires the use of small diameter tubes, the only ones capable of pasting the temperature of the charge to the required level with a limited total length of the beam. As a result, these selective beams generally have a low unit capacity, which increases the investment cost of the furnace.

Pour limitercet inconvénient, on a déja proposé des faisceaux tubulaires sélectifs a flux d'entrée divisé, typiquement à 2 passes, dont la premiére passe comporte un grand nombre de tubes d'entrèe identiques disposés en parallèlle, raccordés à leur extrémité inférieure à un tube unique de seconde passe. Les tubes de première passe, alimentés par des débits de charge identiques, sont de faible diamètre intérieur, par exemple 45 mm, ce qui permet un apport athermique élevé, alors que le tube de seconde passe est de plus gros diamètre, par exemple 140 mm. Avec cette conception, on peut réaliser des faisceaux de capacité unitaire relativement élevée. Toutefois on est limité au niveau capacité par un inconvénient lié à cette géométrie de faisceau: En effet, la charge circulant dans le tube de première passe le plus éloigné du tube de seconde et première passe parcourt un chemin plus long et est donc plus convertie que la charge circulantdans le tube de première passe le moins éloigné de ce tube de seconde et dernière passe. Ces deux parties de la charge ont donc des degrés de conversion différents à leur point de mélange. Ceci est néfaste du point de vue du rendement, particulièrement pour les faisceaux ayant un très grand nombre de tubes de première passe, avec donc des positions très différentes par rapport à la seconde passe, qui sont les faisceaux de plus grande capacité unitaire.To limit this drawback, selective tubular bundles with a divided inlet flow, typically with 2 passes, have already been proposed, the first pass of which comprises a large number of identical inlet tubes arranged in parallel, connected at their lower end to a tube. single second pass. The first pass tubes, supplied with identical charge flow rates, are of small internal diameter, for example 45 mm, which allows a high thermal input, while the second pass tube is of larger diameter, for example 140 mm . With this design, beams of relatively high unit capacity can be produced. However, we are limited to the capacity level by a drawback linked to this beam geometry: In fact, the charge circulating in the first pass tube farthest from the second and first pass tube travels a longer path and is therefore more converted than the charge circulating in the first pass tube the least distant from this second and last pass tube. These two parts of the charge therefore have different degrees of conversion at their point of mixing. This is detrimental from the point of view of efficiency, particularly for bundles having a very large number of first pass tubes, with therefore very different positions relative to the second pass, which are the bundles of greater unit capacity.

L'objet de l'invention est un four tubulaire de vapocraquage ne présentant pas ces inconvénients, et comportant des faisceaux sélectifs, de capacité unitaire élevée, ce qui permet de réduire le cout d'investissement du four.The object of the invention is a tubular steam cracking oven not having these drawbacks, and comprising selective beams, of high unit capacity, which makes it possible to reduce the investment cost of the oven.

L'invention propose à cet effet un four tubulaire devapocraquage d'hydrocarbures comportant une zone de radiation comprenant un faisceau tubulaire à au moins deux passes verticales, I'avant-demière passe de ce faisceau comprenant en parallèle au moins deux éléments tubulaires verticaux alimentés en amont par deux fractions d'une mème charge d'hydrocarbures, et raccordés en aval en un point situé en amont d'un échangeur de trempe commun, ces deux éléments tubulaires étant disposés à des distances différentes de la demière passe, caractérisé en ce que cesdits deux éléments tubulaires ont des rapports surface sur volume différents, déterminés pour obtenir une conversion sensiblement identique des fractions de la charge circulant dans ces deux éléments tubulaires, au niveau de leur point de raccordementen aval.To this end, the invention provides a tubular hydrocarbon cracking furnace comprising a radiation zone comprising a tubular bundle with at least two vertical passes, the penultimate pass of this bundle comprising in parallel at least two vertical tubular elements supplied with upstream by two fractions of the same hydrocarbon charge, and connected downstream at a point located upstream of a common quench exchanger, these two tubular elements being arranged at different distances from the last pass, characterized in that these two tubular elements have different surface area to volume ratios, determined to obtain a substantially identical conversion of the fractions of the charge flowing in these two tubular elements, at their downstream connection point.

De façon caractéristique, I' élément tubulaire le plus éloigné de la dernière passe a un rapport surface sur volume plus petit que I' élément tubulaire le plus proche de la dernière passe.Typically, the tubular member furthest from the last pass has a smaller surface area to volume ratio than the tubular member closest to the last pass.

Ainsi, selon l'invention, deux éléments tubulaires au moins de I'avant-demière passe ne sont pas identiques comme dans l'art antérieur mais sont différents afin de tenir compte de leur position respective vis à vis de la dernière passe.Thus, according to the invention, at least two tubular elements of the penultimate pass are not identical as in the prior art but are different in order to take account of their respective positions with respect to the last pass.

L'obtention de degrés de conversion identiques ou voisins des différentes parties de la charge alimentant le faisceau tubulaire, à leur point de mélange, permet d'améliorer les rendements de vapocraquage, en particulier pour les faisceaux de grande capacité ayant des différences de position notables entre les éléments tubulaires d'une mèmepasse.Obtaining identical or similar degrees of conversion of the different parts of the load supplying the tube bundle, at their mixing point, makes it possible to improve the steam cracking yields, in particular for large capacity bundles having notable differences in position. between the tubular elements of a memepass.

Par définition, la distance d'un élément tubulaire à la demière passe est la distance de cet élémenttubulaire au tube de la dernière passe qui lui est raccordé en aval. By definition, the distance from a tubular element to the last pass is the distance from this tubular element to the tube of the last pass which is connected to it downstream.

Les deux éléments tubulaires précités peuvent ètre raccordés chacun à un tube de la dernière passe spécifique ou bien à un mème tube de la dernière passe, commun.The two aforementioned tubular elements can each be connected to a tube of the last specific pass or else to a same tube of the last, common pass.

Ledit point de raccordementpeut ètre situé sensiblement à l'extrémité aval de la dernière passe.ll peut également ètre situé en partie basse de la zone de radiation, immédiatementen amont de la dernière passe.Said connection point can be located substantially at the downstream end of the last pass. It can also be located in the lower part of the radiation zone, immediately upstream of the last pass.

Selon une première variante caractéristique, chacun desdits deux éléments tubulaires appartient à la première passe et est constitué par l'ensemble formé par deux tubes voisins verticaux de mème longueur raccordés à leur extrémité inférieure à un tronçon de tube commun de plus grand diamètre disposé en dessous de ces deux tubes, la longueur communede ces dits deux tubes voisins étant différente pour ces deux éléments tubulaires, cette longueur étant relativement plus faible pour I' élément tubulaire le plus éloigné de la dernière passe. Cette première variante s'applique en particulier à des fours comprenant des faisceaux à 2 passes.According to a first characteristic variant, each of said two tubular elements belongs to the first pass and is formed by the assembly formed by two vertical neighboring tubes of the same length connected at their lower end to a section of common tube of larger diameter disposed below. of these two tubes, the common length of these said two neighboring tubes being different for these two tubular elements, this length being relatively shorter for the tubular element furthest from the last pass. This first variant applies in particular to ovens comprising bundles with 2 passes.

De façon caractérisque préférée, l'élémenttubulaire de première passe comprenant lesdits deux tubes voisins de relativement plus faible longueur a un rapport surface sur volume plus petit, une surface plus petite, et est plus éloigné de la dernière passe que l'élémenttubulaire de première passe comprenant lesdits deux tubes voisins de relativement plus grande longueur.Preferably, the first pass tubular element comprising said two relatively shorter neighboring tubes has a smaller surface to volume ratio, a smaller surface area, and is more distant from the last pass than the first pass tubular element. comprising said two relatively longer neighboring tubes.

Selon une autre variante caractéristique, I'un desdits deux éléments tubulaires appartient à la première passe, et l'autre élémenttubulaire appartient à une passe d'ordre N, avec N supérieur ou égal à 3, en particulier à une troisième passe, cet élémenttubulaire d'une passe d'ordre N ayant un rapport surface sur volume plus petit que celui de I' élément tubulaire de première passe, et étant relativement plus éloigné de la dernière passe que I' élément tubulaire de première passe. Ces dits deux éléments tubulaires sont de façon préférée raccordés dans la partie inférieure de la zone de radiation et reliés à un tube commun de dernière passe.According to another characteristic variant, one of said two tubular elements belongs to the first pass, and the other tubular element belongs to a pass of order N, with N greater than or equal to 3, in particular to a third pass, this tubular element of an order N pass having a surface area to volume ratio smaller than that of the first pass tubular element, and being relatively more distant from the last pass than the first pass tubular element. These two tubular elements are preferably connected in the lower part of the radiation zone and connected to a common tube of last pass.

Selon une autre variante caractéristique, chacun des dits deux éléments tubulaires de l'avant-demière passe est constitué par un tube unique, ce tube étant de diamètre (inteme au moins, et généralement aussi externe) relativement plus grand pour I' élément tubulaire le plus éloigné de la dernière passe ( par exemple plus grand de 2 à 20 %, en particulierde 3 à 15 % ).According to another characteristic variant, each of said two tubular elements of the penultimate pass is constituted by a single tube, this tube being of diameter (internal at least, and generally also external) relatively larger for the tubular element the further from the last pass (for example greater by 2 to 20%, in particular by 3 to 15%).

Ces diverses variantes caractéristiques peuvent ètre mises en oeuvre simultanément et appliquées à un méme faisceau tubulaire, comme il sera indiqué ultérieurement
L'invention sera mieux comprise et d'autres détails et avantages apparaîtront plus dairementà la lecture due la description qui suit, faite à titre d'exemple en référence aux dessins, annexés dans lesquels: - Chacune des figures 1 A, 1 B représente schématiquement une variante de réalisation d'une partie d'un four de vapocraquage selon l'art antérieur.These various characteristic variants can be implemented simultaneously and applied to the same tube bundle, as will be indicated later.
The invention will be better understood and other details and advantages will appear more clearly on reading the description which follows, given by way of example with reference to the appended drawings in which: - each of FIGS. 1 A, 1 B schematically represents an alternative embodiment of a part of a steam cracking oven according to the prior art.

-Chacune des figures2A, 28, 2C, 2D, 2E représente schématiquement une variante de réalisation d'une partie d'un four de vapocraquage selon l'invention.-Each of Figures 2A, 28, 2C, 2D, 2E schematically shows an alternative embodiment of part of a steam cracking oven according to the invention.

Chacune des figures3A, 38 représente schématiquement une variante de réalisation d'un four de vapocraquage pouvant etre utilisée selon l'invention. Each of FIGS. 3A, 38 schematically represents an alternative embodiment of a steam cracking oven which can be used according to the invention.

On se reporte tout d'abord à la figure 1A, qui représente une partie d'un four de vapocraquage selon l'art antérieur, dans lequel on a représenté de façon schématique l'enceinte de la zone de radiation (1) du four. Cette zone de radiation comprend notamment un faisceau tubulaire à quatre passes, comprenant quatre tubes (2) de la première passe descendante, deux tubes (3) de la seconde passe ascendante, un tube (4) de troisième et avant-demière passe et un tube (9) de la dernière passe. Ce faisceau est donc de type 4-2-1-1. on connait égalernent d'autres types de faisceau à quatre passes, par exemple de type 8-4-2-1, ou 42-2-1, ou 2-2-1-1, ou 2-1-1-1, etc. En sortie, les gaz craqués sont refroidis brutalement dans l'échangeurde trempe (10)
On a représenté à la figure 18 une partie d'un four de vapocraquage comprenant un autre type de faisceau tubulaire selon l'art antérieur. Ce faisceau est à deux passes et flux d'entrée divisé ou (( < split-coil . Il II comporte une pluralité de tubes (5) de première passe descendante, raccordésdans la partie inférieure de la zone de radiation, et reliés au tube (9) de la seconde et dernière passe. Tous les tubes (5) sont identiques et ont donc le mème rapport surface sur volume. Ils sont alimentés par des débits élémentaires de charge identiques. Par ailleurs, on constate que les tubes (5) sont disposés selon une nappe, et sont donc disposés à des distances différentes de la dernière passe (9). La fraction de la charge circulant dans le tube le plus proche de la dernière passe (9) circule du point (A) vers le point (B), alors que la fraction de la charge circulant dans le tube le plus éloigné de la dernière passe (9) circule du point (C) vers le point (D). La conversion de ces deux fractions de la charge est donc identique aux points B et
D. II n'en est pas de mème au point de raccordement ou point de mélange (E) car la fraction de la charge passant par le point (D) subit une conversion supplémentaire notable entre les points (D) et (E) alors que la fraction de la charge passant par le point (B) a une conversion sensiblement inchangée au point (E) très proche du point (B). Au point de mélange (E) les deux fractions de la charge ont donc des conversions différentes ce qui est néfaste du point de vue des rendements. Cet inconvénient est d'autant plus grand que la distance du point (D) au point (E) est grande, c'est à dire pour les faisceaux de grande capacité qui ont un nombre élevé de tubes (5).First of all, reference is made to FIG. 1A, which represents a part of a steam cracking oven according to the prior art, in which the enclosure of the radiation zone (1) of the oven has been represented schematically. This radiation zone notably comprises a tubular bundle with four passes, comprising four tubes (2) of the first descending pass, two tubes (3) of the second ascending pass, a tube (4) of third and first and last pass and a tube (9) from the last pass. This beam is therefore of the 4-2-1-1 type. other types of beam with four passes are also known, for example of the type 8-4-2-1, or 42-2-1, or 2-2-1-1, or 2-1-1-1, etc. At the outlet, the cracked gases are suddenly cooled in the quenching exchanger (10)
FIG. 18 shows a part of a steam cracking oven comprising another type of tube bundle according to the prior art. This beam is with two passes and divided input flow or ((<split-coil. It II comprises a plurality of tubes (5) of first descending pass, connected in the lower part of the radiation area, and connected to the tube ( 9) of the second and last pass. All the tubes (5) are identical and therefore have the same surface area to volume ratio. They are supplied with identical elementary charge flow rates. Furthermore, it can be seen that the tubes (5) are arranged in a sheet, and are therefore arranged at different distances from the last pass (9). The fraction of the charge flowing in the tube closest to the last pass (9) flows from point (A) to point ( B), while the fraction of the charge flowing in the tube furthest from the last pass (9) flows from point (C) to point (D) .The conversion of these two fractions of the charge is therefore identical to points B and
D. It is not the same at the connection point or mixing point (E) because the fraction of the charge passing through point (D) undergoes a significant additional conversion between points (D) and (E) then that the fraction of the charge passing through point (B) has a substantially unchanged conversion at point (E) very close to point (B). At the mixing point (E) the two fractions of the charge therefore have different conversions which is harmful from the point of view of yields. This disadvantage is all the greater the greater the distance from point (D) to point (E), that is to say for large capacity beams which have a high number of tubes (5).

On se reporte maintenant à la figure 2A, qui représente une partie d'un four de vapocraquage selon l'invention. Le faisceau tubulaire représenté est également du type à deux passes et flux divisé, mais les différents tubes ou éléments tubulaires de la première et avant-demière passe ne sont pas tous identiques. Ce faisceau comporte notamment un élément tubulaire (6) relativement proche de la dernière passe (9) composé de trois parties (6A), (6B), et (6C). (6A) et (68) sont deux tubes voisins raccordésà leur extrémité inférieure à un mèmetronçon de tube (6C) de diamètre relativement plus grand, pour collecter les fractions de la charge circulant dans (6A) et (6B). Le faisceau comporte également un élément tubulaire (7) relativement éloigné de la dernière passe (9), composé de trois parties (7A), (7B), et (7C). (7A) et (78) sont de façon analogue deux tubes voisins raccordés à leur extrémité inférieure à un mèmetronçon de tube (7C) disposé en dessous de (7A) et (7B).Referring now to Figure 2A, which shows a part of a steam cracking furnace according to the invention. The tubular bundle shown is also of the two pass and divided flow type, but the different tubes or tubular elements of the first and penultimate pass are not all identical. This bundle notably comprises a tubular element (6) relatively close to the last pass (9) composed of three parts (6A), (6B), and (6C). (6A) and (68) are two neighboring tubes connected at their lower end to a tube tube (6C) of relatively larger diameter, to collect the fractions of the charge flowing in (6A) and (6B). The bundle also comprises a tubular element (7) relatively distant from the last pass (9), composed of three parts (7A), (7B), and (7C). (7A) and (78) are similarly two neighboring tubes connected at their lower end to a tube tube (7C) disposed below (7A) and (7B).

De façon caractéristique, la longueur commune des tubes (6A) et (68) est plus grande que celle des tubes (7A) et (78). A l'inverse, la longueur du tronçon de tube (6C) est plus faible que celle du tronçon (7C), la longueur totale des éléments (6) et (7) étant typiquement identique. A titre d'exemple, les tubes (6A) et (6B) peuvent avoir un diamètre intérieur de 40 mm, un diamètre extérieur de 53 mm et une longueur de 9 m, ces deux tubes étant raccordés au tronçon de tube (6C) de diamètre intérieur 60 mm,de diamètre extérieur 74 mm et de longueur 2 m
Les tubes (7A) et (78) sont de diamètres intérieur et extérieur identiques aux tubes (6A) et (68), mais ont une longueur plus faible, par exemple comprise entre 7 met 8,5 m. Le tronçon de tube (7C) est de mème diamètres intérieur et extérieur que (6C) mais de plus grande longueur, la longueur totale de I' élément tubulaire (7) étant de 11 m, de mèmeque celle de (6). Avec ces valeurs on peut vérifier que
I' élément tubulaire (7) présente à la fois un rapport surface (extérieure) sur volume (intérieur) d'une part, et une surface (extérieure) d'autre part, qui sont plus faibles que les mèmes paramètres de I' élément tubulaire (6). Il en résulte que la puissance thermique transmise à la fraction de la charge circulant dans l'él ément (7) est moins importante que celle transmise à l'élément (6). La conversion de la charge au point (D) est donc plus faible que celle au point (B). De façon préférée caractéristique on déterminerales longueurs des éléments (7A) et (7B) de façon à équilibrer sensiblement les conversions des deux fractions de la charge circulant dans (6) et (7), au point de mélange (E).Typically, the common length of the tubes (6A) and (68) is greater than that of the tubes (7A) and (78). Conversely, the length of the tube section (6C) is shorter than that of the section (7C), the total length of the elements (6) and (7) being typically identical. For example, the tubes (6A) and (6B) can have an internal diameter of 40 mm, an external diameter of 53 mm and a length of 9 m, these two tubes being connected to the tube section (6C) of inside diameter 60 mm, outside diameter 74 mm and length 2 m
The tubes (7A) and (78) have internal and external diameters identical to the tubes (6A) and (68), but have a shorter length, for example between 7 and 8.5 m. The tube section (7C) is of the same internal and external diameters as (6C) but of greater length, the total length of the tubular element (7) being 11 m, of memeque that of (6). With these values we can verify that
The tubular element (7) has both a surface (exterior) to volume (interior) ratio on the one hand, and a surface (exterior) on the other hand, which are lower than the same parameters of the element. tubular (6). As a result, the thermal power transmitted to the fraction of the charge flowing in the element (7) is less than that transmitted to the element (6). The conversion of the charge at point (D) is therefore lower than that at point (B). Characteristically preferably, the lengths of the elements (7A) and (7B) are determined so as to substantially balance the conversions of the two fractions of the charge flowing in (6) and (7), at the mixing point (E).

On choisit donc les longueurs et diamètres des différents tubes de façon à ce que
I' élément tubulaire (7) relativement éloigné de la dernière passe ait un rapport surface sur volume et une surface plus faibles que ceux de l'élément (6), plus proche de la dernière passe. L'homme de l'art pourra aisément déterminer les différents paramètres de façon à ce que les conversions des différentes parties de la charge soient sensiblement identiques au point de mélange. A titre indicatif, lorsque de façon préférée les débits de charge alimentant (6) et (7) sont identiques, le rapport surface sur volume d'une part, et la surface d'autre part, seront typiquement plus faibles de 2 à 25 %, et en particulier de 3 à 20 % pour un élément tubulaire (7) relativement éloigné de la dernière passe que les mèmes paramètres d' un élément tubulaire (6) relativement proche de la dernière passe.We therefore choose the lengths and diameters of the different tubes so that
I tubular element (7) relatively distant from the last pass has a ratio surface to volume and a smaller surface than those of the element (6), closer to the last pass. Those skilled in the art will easily be able to determine the different parameters so that the conversions of the different parts of the charge are substantially identical at the mixing point. As an indication, when preferably the charge flow rates supplying (6) and (7) are identical, the surface area to volume ratio on the one hand, and the surface area on the other hand, will typically be lower by 2 to 25% , and in particular from 3 to 20% for a tubular element (7) relatively distant from the last pass as the same parameters of a tubular element (6) relatively close to the last pass.

On se reporte maintenant à la figure 28, qui représente un autre type de faisceau tubulaire selon linvention. Ce faisceau comprend deux groupes d'éléments tubulaires du type précédemment décrit, avec deux tubes voisins raccordés à un tronçon de tube commun, mais chacun de ces groupes d'éléments est relié à un tube de dernière passe spécifique: (9A) ou (9B). Le groupe d'éléments tubulaires le plus éloigné du tube de la dernière passe qui lui correspond, est composé d'éléments (7) de plus petite surface et de plus petit rapport surface sur volume que les éléments (6) du groupe d'éléments tubulaires le plus proche du tube de la dernière passe qui lui correspond, pour les mèmes raisons que celles exposées pour la figure précédente.Referring now to Figure 28, which shows another type of tube bundle according to the invention. This bundle comprises two groups of tubular elements of the type described above, with two neighboring tubes connected to a common tube section, but each of these groups of elements is connected to a tube of specific last pass: (9A) or (9B ). The group of tubular elements furthest from the tube of the last pass which corresponds to it, is composed of elements (7) of smaller surface area and of smaller surface area to volume ratio than the elements (6) of the group of elements tubular closest to the tube of the last pass which corresponds to it, for the same reasons as those explained for the previous figure.

On se reporte maintenant à la figure 2C, qui représente un autre type de faisceau tubulaire selon l'invention. Ce faisceau comprend deux groupes de tubes différents, dont le premier est composé d'éléments du type précédemment décrit
L'autre groupe de tubes est constitué par un faisceau à 3 passes, du type 2-1-1 (deux tubes de première passe, un tube de seconde passe, et un tube de troisième passe). D'autres configurations, par exemple 4-2-1, ou 2-2-1 etc. , c'est à dire 4-2-1-1 ou 2-2-1-1 etc. en comptant la dernière passe (9) sont également possibles. L'extrémité de ce faisceau à 3 passes (relativement éloigné de la dernière passe) est raccordéeaux éléments du premier groupe, juste en amont de la dernière passe (9). Les tubes du faisceau à trois passes sont de diamètres nettement plus grands et sont alimentés par un débit de charge beaucoup plus élevé que ceux d'un élément tubulaire du premier groupe. Selon l'invention, les diamètres, longueurs et débits de charge sont déterminés de façon à ce que les conversions des différentes fractions de la charge soient sensiblements identiques à chaque point de mélange. Dans ce mode de réalisation de l'invention, I'élément tubulaire (6) le plus proche de la dernière passe est un élément tubulaire de la premiere passe, alors que l'élément tubulaire (7) le plus éloigné de la dernière passe (et appartenant à l'avant < lemière passe ) est un élément tubulaire de la troisième passe. Les différentes parties du faisceau, alimentées par des fractions de la mèmecharged'hydrocarbures, ont donc un nombre de passes différent, par exemple 2 et P, avec P=8 ou P= 6 ou de préférence P=4 comme il est représenté à la figure 2C. Les diamètres et les débits d'alimentation d'un élément tubulaire (7) de la partie du faisceau à P passes sont typiquement plus grands d'au moins 80% par rapport aux mèmesparamètres d'un élément tubulaire (6) de la première passe de la partie du faisceau à 2 passes.Referring now to Figure 2C, which shows another type of tube bundle according to the invention. This bundle comprises two different groups of tubes, the first of which is composed of elements of the type previously described
The other group of tubes is made up of a 3-pass beam, of the 2-1-1 type (two first-pass tubes, a second-pass tube, and a third-pass tube). Other configurations, for example 4-2-1, or 2-2-1 etc. , i.e. 4-2-1-1 or 2-2-1-1 etc. counting the last pass (9) is also possible. The end of this 3-pass bundle (relatively far from the last pass) is connected to the elements of the first group, just upstream from the last pass (9). The tubes of the three-pass bundle are considerably larger in diameter and are supplied with a much higher charge flow rate than those of a tubular element of the first group. According to the invention, the diameters, lengths and flow rates of the charge are determined so that the conversions of the different fractions of the charge are substantially identical at each mixing point. In this embodiment of the invention, the tubular element (6) closest to the last pass is a tubular element from the first pass, while the tubular element (7) furthest from the last pass ( and belonging to the front <first pass) is a tubular element of the third pass. The different parts of the bundle, fed by fractions of the same hydrocarbon loaded, therefore have a different number of passes, for example 2 and P, with P = 8 or P = 6 or preferably P = 4 as shown in the Figure 2C. The diameters and the feed rates of a tubular element (7) of the part of the beam with P passes are typically greater by at least 80% compared to the same parameters of a tubular element (6) of the first pass of the part of the beam with 2 passes.

On se reporte maintenant aux figures 2D et 2E, qui représententd'autrestypes de faisceaux tubulaires selon l'invention. Ces faisceaux, dont les configurations ne sont pas limitatives selon l'invention, sont également des faisceaux comportant une partie à 2 passes et une partie à P passes avec P supérieur à 2. Le faisceau de la figure 2D comprend un faisceau à 2 passes et un un faisceau à 4 passes, raccordéssensiblement en sortie de la dernière passe. Le faisceau de la figure 2E comprend un faisceau à 2 et 4passes, et un autre faisceau à 2 et 4 passes, raccordés sensiblement en sortie de la dernière passe.Reference is now made to FIGS. 2D and 2E, which represent other types of tubular bundles according to the invention. These beams, the configurations of which are not limiting according to the invention, are also beams comprising a part with 2 passes and a part with P passes with P greater than 2. The beam in FIG. 2D comprises a beam with 2 passes and a beam with 4 passes, substantially connected at the output of the last pass. The beam of FIG. 2E comprises a beam with 2 and 4 passes, and another beam with 2 and 4 passes, connected substantially at the outlet of the last pass.

On se reporte maintenant à la figure 3A, qui représente schématiquement un four de vapocraquage pour la réalisation de linvention comportant: -une zone de radiation (1) comprenant une nappe de tubes verticaux de circulation d'un mélange d'hydrocarbures et de vapeur d'eau, comprenant au moins un faisceau selon l'invention. Le ou les faisceaux sont vus par le travers.Referring now to FIG. 3A, which schematically represents a steam cracking furnace for carrying out the invention comprising: a radiation zone (1) comprising a layer of vertical tubes for circulation of a mixture of hydrocarbons and steam d water, comprising at least one bundle according to the invention. The beam (s) are seen from the side.

- deux zones de chauffe à gaz de combustion, pour le chauffage de part et d'autre de cette nappe de tubes, - une zone de convection (20) pour une récupération de chaleur sur les gaz de combustion chauffant ladite nappe de tubes, décalée par rapport à cette nappe de tubes, - au moins un échangeurde trempe (10) des effluents de vapocraquage.- two combustion gas heating zones, for heating on either side of this sheet of tubes, - a convection zone (20) for heat recovery from the combustion gases heating said tube sheet, offset relative to this ply of tubes, - at least one quenching exchanger (10) for steam cracking effluents.

La zone de radiation comporte avantageusement, dans sa partie supérieure un corps (21) formant une restriction pour le passage des gaz de combustion chauffant ladite nappe de tubes, cette restriction étant non symétrique par rapport à la nappe de tubes et disposée principalement au moins du même coté de la nappe de tubes que la zone de convection pour repousser vers le haut le point moyen du virage des gaz de combustion en direction de la zone de convection, et éviter le virage prématuré de ces gaz vers la zone de convection. The radiation zone advantageously comprises, in its upper part a body (21) forming a restriction for the passage of combustion gases heating said layer of tubes, this restriction being non-symmetrical with respect to the layer of tubes and disposed mainly at least of the same side of the sheet of tubes as the convection zone to push up the average point of the turn of the combustion gases towards the convection area, and avoid the premature turn of these gases towards the convection area.

Ce corps peut comprendre une épaisseur de paroi supplémentaire au niveau de la partie supérieure de la paroi de la zone de radiation située du coté de la zone de convection. II peut également etre constitué par un élément réfractaire situé dans la partie supérieure de la zone de radiation, décalé du coté de la zone de convection.This body may include an additional wall thickness at the level of the upper part of the wall of the radiation zone situated on the side of the convection zone. It can also be constituted by a refractory element located in the upper part of the radiation zone, offset from the side of the convection zone.

Ce type de dispositif pour améliorer l'écoulement des fumées est également utilisable dans des fours conventionnels, non conformes à l'invention.This type of device for improving the flow of smoke is also usable in conventional ovens, not in accordance with the invention.

On se reporte maintenant à la figure 38, qui représente schématiquement un autre type de four pouvant comprendre des faisceaux selon l'invention. Cette configuration de four permet d'accroitre encore la capacité unitaire d'un faisceau alimentant un mème échangeur de trempe.Referring now to Figure 38, which schematically shows another type of oven may include beams according to the invention. This configuration of furnace makes it possible to further increase the unit capacity of a bundle supplying a same quench exchanger.

Ce type de four comporte en effet dans la partie principale inférieure de la zone de radiation (1) deux rangées ou nappes de tubes verticaux (vues par le travers), parallèlles, chauffées principalement par des bruleurs verticaux (25) typiquement de sole. Dans chacune des nappes, la charge circule dans au moins deux passes, la première étant descendante et la dernière étant ascendante. Chaque tube de cette dernière passe est raccordé au moyen d'un tronçon de tube incliné (22), par exemple en forme de S, ou sensiblement horizontal, à un tronçon de tube supérieur vertical (23) disposé dans une partie supérieure de la zone de radiation, dans le plan médian des deux nappes précitées. De préférence, chaque tronçon de tube supérieur (23) collecte les effluents réactionnels de au moins deux tubes de dernière passe ascendante, chacun de ces deux tubes appartenant à l'une des nappes précitées, via deux tronçons inclinés (22) et un point de raccordement. La partie supérieure de la zone de radiation peut avoir des bru leurs notamment des bruleurs radiants latéraux (24), ou peut ne pas avoir de bru leurs, et utiliser le rayonnement des fumées provenant de la zone de radiation principale inférieure.This type of oven in fact comprises in the lower main part of the radiation area (1) two rows or layers of vertical tubes (seen from the side), parallel, heated mainly by vertical burners (25) typically of hearth. In each of the layers, the charge circulates in at least two passes, the first being downward and the last being upward. Each tube of the latter pass is connected by means of an inclined tube section (22), for example S-shaped, or substantially horizontal, to a vertical upper tube section (23) disposed in an upper part of the zone. of radiation, in the median plane of the two aforementioned layers. Preferably, each upper tube section (23) collects the reaction effluents from at least two tubes of last ascending pass, each of these two tubes belonging to one of the abovementioned layers, via two inclined sections (22) and a point of connection. The upper part of the radiation zone may have noises, in particular lateral radiant burners (24), or may not have noises, and use the radiation of the fumes coming from the lower main radiation zone.

Chacun des tubes des deux nappes précitées est supporté à sa partie supérieure par un ressort (26) ou un contre-poids ou un dispositif équivalent. Les tronçons de tubes supérieurs (23) sont également supportés, de préférence par un ou plusieurs échangeurs de trempe (10).Each of the tubes of the two above-mentioned plies is supported at its upper part by a spring (26) or a counterweight or an equivalent device. The upper tube sections (23) are also supported, preferably by one or more quench exchangers (10).

Le four représenté à la figure 38 comporte également un corps (21) formant une restriction non symétrique dans la partie supérieure de la zone de radiation, décalée du coté de la zone de convection (20) afin d'améliorer l'écoulement des fumées et d'éviter leur virage prématuré vers la zone de convection (20).The oven represented in FIG. 38 also comprises a body (21) forming a non-symmetrical restriction in the upper part of the radiation zone, offset from the side of the convection zone (20) in order to improve the flow of the fumes and avoid their premature turn towards the convection zone (20).

Ce type de four est également utilisable avec des faisceaux tubulaires conventionnels, non conformes à l'invention. II permet, en réunissant les emuents de deux nappes de tubes, d'obtenir des faisceaux (alimentant un mème échangeur de trempe) de très grande capacité unitaire. Ce type de four à plusieurs nappes de tubes bénéficie d'une conception particulière de l'enceinte ou enveloppe du four: Cette enceinte comporte un décrochement à la partie supérieure de la zone de radiation (ou de la zone de radiation principale), formant une encoche, en particulier avec la zone de transition vers la zone de convection, cette zone de transition formant la partie supérieure de l'encoche, cette encoche étant utilisée pour installer les moyens de suspension des tubes de l'une des nappes (celle de gauche sur la figure 38), tels que ressorts, contre-poids etc. De façon préférée, les bords extérieurs de l'encoche sont superposés de façon à ce que l'une des faces de l'enceinte de la zone de convection soit dans le mème plan vertical que l'une des faces de l'enceinte de la zone de radiation, ces deux zones étant disposées du mème coté par rapport à ce plan. Ceci permet d'utiliser pour ces deux zones des poteaux de structure communes.This type of oven can also be used with conventional tubular bundles, not in accordance with the invention. It allows, by bringing together the emuents of two layers of tubes, to obtain bundles (supplying the same quench exchanger) of very large unit capacity. This type of furnace with several layers of tubes benefits from a particular design of the enclosure or envelope of the furnace: This enclosure comprises a recess at the upper part of the radiation area (or of the main radiation area), forming a notch, in particular with the transition zone towards the convection zone, this transition zone forming the upper part of the notch, this notch being used to install the means for suspending the tubes of one of the layers (the one on the left in Figure 38), such as springs, counterweights, etc. Preferably, the outer edges of the notch are superimposed so that one of the faces of the enclosure of the convection zone is in the same vertical plane as one of the faces of the enclosure of the radiation zone, these two zones being arranged on the same side with respect to this plane. This allows the use of common structural posts for these two areas.

Un four selon l'invention fonctionne de la même façon qu'un four conventionnel: La charge d'hydrocarbures, par exemple du naphta, est vaporisée en présence de vapeur d'eau et préchauffée dans la zone de convection du four à une température généralement comprise entre 460 et 660 degrés C. Cette charge additionnée de vapeur d'eau et préchauffée est alors craquée dans la zone de radiation du four, sa température étant portée à un niveau compris entre 780 et 920 degrés C, par circulation dans un ou plusieurs faisceaux tubulaires, avant d'etre trempée entre environ 350 et 540 degrés C dans un ou plusieurs échangeurs de trempe, puis traitée en aval par des moyens non représentés. Selon l'invention, un faisceau tubulaire au moins est à flux d'entrée divisé et comprend deux éléments tubulaires au moins appartenant à l'avant-dernière passe ayant des rapports surface sur volume différents pour sensiblement équilibrer la conversion des différentes parties de la charge à leur point de mélange.An oven according to the invention operates in the same way as a conventional oven: The hydrocarbon charge, for example naphtha, is vaporized in the presence of water vapor and preheated in the convection zone of the oven at a temperature generally between 460 and 660 degrees C. This charge, added with preheated steam, is then cracked in the radiation zone of the oven, its temperature being brought to a level between 780 and 920 degrees C, by circulation in one or more tubular bundles, before being quenched between about 350 and 540 degrees C in one or more quench exchangers, then treated downstream by means not shown. According to the invention, at least one tubular bundle has a divided inlet flow and comprises at least two tubular elements belonging to the penultimate pass having different surface to volume ratios to substantially balance the conversion of the different parts of the load at their mixing point.

L'invention permet de réaliser un four de vapocraquage ayant des faisceaux tubulaires sélectifs < a haut rendement) et de forte capacité unitaire: 6000 à 12000 kg/h de charge d'hydrocarbures pour chaque faisceau et échangeur de trempe pour un four à une nappe de tubes, et le double pour un four à deux nappes.The invention makes it possible to produce a steam cracking furnace having selective tubular bundles (with high efficiency) and of high unit capacity: 6000 to 12000 kg / h of hydrocarbon charge for each bundle and quench exchanger for a tablecloth furnace. of tubes, and double for a two-layer oven.

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 clairementà l'homme de l'art.The invention is not limited to the examples presented but may also be used with other technical means or variant embodiments which will be clear to those skilled in the 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 dispositifs pour fours ou faisceaux de tubes de four, ou divers types de matériaux réfractaires ou brûleurs, déjà connus de l'hommede l'art. It would not be departing from the scope of the invention to use, in addition, in association with the invention, various technological, process or construction elements or devices for ovens or bundles of oven tubes, or various types of materials. refractories or burners, already known to those skilled in the art.

Claims

CLAIMS 1. Tubular steam cracking furnace for hydrnoerbuoes comprising a radiation zone (1) comprising a tubular bundle with at least two vertical passes, the penultimate pass of this bundle comprising in parallel at least two vertical tubular elements (6, 7) supplied upstream by two fractions of the same hydrocarbon load, and connected downstream at a point (E) located upstream of an onrnmun quench exchanger (10), these two tubular elements being arranged at different distances from the last pass (9, 9A, 98), characterized in that these two tubular elements have different surface to volume ratios, determined to obtain a substantially identical conversion of the fractions of the charge circulating in these two tubular elements, at their point connection (E) downstream.

2. Oven according to claim 1, characterized in that the tubular element furthest from the last pass has a smaller surface area to volume ratio than the tubular element closest to the last pass.

3. Oven according to one of the preceding claims, characterized in that said connection point (E) is located substantially at the downstream end of the last pass (9A, 9B).

4. Oven according to one of claims 1 and 2, characterized in that said connection point (E) is located in the lower part of the radiation area, immediately upstream of the last pass (9).

5. Oven according to one of the preceding claims, in particular with two passes, characterized in that each of said two tubular elements belongs to the first pass and is constituted by the assembly formed by two vertical neighboring tubes of the same length (6A, 6B ), (7A, 7B) connected at their lower end to a section of common tube of larger diameter (6C), (7C) disposed below these two tubes, the common length of these said two neighboring tubes being different for these two elements tubular, this length being relatively shorter for the tubular element (7) furthest from the last pass.

6. Oven according to claim 5, characterized in that the tubular first pass element comprising said two neighboring tubes of relatively shorter length has a smaller surface area to volume ratio, a smaller surface area, and is further from the last passes as the first pass tubular element comprising said two neighboring tubes of relatively greater length.

7. Oven according to one of the preceding claims, characterized in that one of said two tubular elements belongs to the first pass, and the other tubular element belongs to a pass of order N, with N greater than or equal to 3, in particular at a third pass, this tubular element of a pass of order N having a surface area to volume ratio smaller than that of the tubular element of the first pass, and being relatively more distant from the last pass than the tubular element first.

8. Oven according to claim 7, characterized in that these said two tubular elements are connected in the lower part of the radiation area and connected to a common tube (9) of last pass.

9. Oven according to one of claims 1 to 4, characterized in that each of said two tubular elements of the pass hem is constituted by a single tube, this tube being of relatively larger diameter for the most tubular element far from the last pass.