WO1996020257A1 - Procede et installation de vapocraquage flexible avec limitation du cokage des lignes de transfert de gaz craques - Google Patents

Procede et installation de vapocraquage flexible avec limitation du cokage des lignes de transfert de gaz craques Download PDF

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WO1996020257A1
WO1996020257A1 PCT/FR1995/001719 FR9501719W WO9620257A1 WO 1996020257 A1 WO1996020257 A1 WO 1996020257A1 FR 9501719 W FR9501719 W FR 9501719W WO 9620257 A1 WO9620257 A1 WO 9620257A1
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WO
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particles
quenching
downstream
coke
zone
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PCT/FR1995/001719
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Inventor
Eric Lenglet
Jean-Pierre Burzynski
Hervé CAZOR
Roland Huin
Original Assignee
Institut Français Du Petrole
Procedes Petroliers Et Petrochimiques
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Publication date
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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G9/00—Thermal non-catalytic cracking, in the absence of hydrogen, of hydrocarbon oils
    • C10G9/002—Cooling of cracked gases
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G9/00—Thermal non-catalytic cracking, in the absence of hydrogen, of hydrocarbon oils
    • C10G9/14—Thermal non-catalytic cracking, in the absence of hydrogen, of hydrocarbon oils in pipes or coils with or without auxiliary means, e.g. digesters, soaking drums, expansion means
    • C10G9/16—Preventing or removing incrustation

Definitions

  • the invention relates to a process for steam cracking of flexible hydrocarbons, that is to say compatible with a wide variety of fillers to be cracked.
  • the steam cracking process is the basic process of the petrochemical industry and consists of cracking at high temperature and then brutally cooling a load of hydrocarbons and water vapor.
  • the main operational problem results from the deposition of carbonaceous products on the internal walls of the installation. These deposits, consisting of coke or heavy tars of condensed pyrolysis and more or less agglomerated, limit the heat transfer in the cracking zone (coil with pyrolysis tubes) and the indirect quenching zone (effluent quench exchanger), requiring frequent stops to decoker the installation.
  • the conventional cycle times (operation between two complete chemical decokings of the cracking zone, in air and / or steam) are either fixed (programmed stops), or variable depending on the coking of the installation, and s typically range from 3 weeks to 12 weeks for fillers such as naphtha and liquefied petroleum gases.
  • the purified cracked gases (freed of particles) then circulate in transfer pipes to reach a zone of direct quenching with pyrolysis oil making it possible to reduce the temperature to a value close to 200 ° C., then undergo a primary fractionation before d '' be compressed then fractionated in the cold section of the steam cracker.
  • this residual fouling has the drawback of having to periodically stop the steam cracker to clean the lines, or of not cracking the most fouling charges, and therefore of limiting the flexibility of the process.
  • the object of the invention is therefore to propose a method and an installation making it possible to remedy this drawback, that is to say to limit or eliminate the residual fouling of these cracked gas transfer lines.
  • the invention therefore provides a method of steam cracking hydrocarbon feeds in a steam cracking installation comprising at least one steam cracking oven which comprises at least one cracking zone (2) with pyrolysis tubes, connected by a transfer zone (3) to means (4) for indirect quenching of the effluents from the cracking zone (2), for example a quenching exchanger (TLE), and downstream means (6) for direct quenching of the cooled effluents connected upstream to the means (4) indirect quenching by at least one pipe (5) for evacuating cracked gases, the method comprising the injection of erosive solid particles to remove at least part of the carbonaceous deposits located on the internal walls of the installation, the area of cracking remaining in communication with the downstream means (6) during the particle injection phases, the method being characterized in that it comprises, during a steam cracking cycle:
  • This process allows at least partial decoking of the evacuation pipe due to the circulation of coke particles, which have an erosive activity, up to the means of direct quenching with pyrolysis oil.
  • the particles typically silica or alumina
  • the separation of such particles is typically greater than 99% in a conventional cyclone. This very effective separation eliminates any erosive capacity of the non-separated residual particles, downstream of the cyclone. This almost complete separation of the particles is also required to avoid polluting the downstream sections, and the quenching oil by mineral particles.
  • the object of the particle injections was the decoking of the pyrolysis tubes.
  • the object of the particle injections is decoking or checking the fouling of the quench exchangers (indirect quenching means), so as to limit the drift of the effluent outlet temperature from these exchangers.
  • the invention therefore provides both a type of particles and a particular mode of injection which together make it possible to achieve a technical objective, the limitation of fouling of the downstream discharge lines which was not achieved or even identified in the process previously described.
  • the coke particles which circulate in the cracked gas discharge pipe, in order to limit its fouling are injected downstream of the indirect quenching means, for example at the outlet of these indirect quenching means.
  • These coke particles which can be angular (very erosive particles), or spherical (less erosive particles), or contain a mixture of angular and spherical particles, which makes it possible to adjust the erosive intensity of the mixture, then circulate in the pipe. evacuation of cracked gases, and at least partially eliminate the deposits of coke, or condensed tars, which are on the walls of this pipe.
  • the coke particles injected according to the invention do not harm the usual uses of pyrolysis oil, when they are found mixed with this oil.
  • the coke particles are injected into the cracked gas transfer zone between the cracked zone and the indirect quenching means.
  • This transfer zone typically comprises a short cylindrical pipe connected downstream to the inlet cone of a quench exchanger.
  • This inlet cone which is not cooled by the pressurized water which surrounds the tubes of the exchanger, is not considered here as part of this exchanger (TLE) but as an integral part of the zone transfer conveying the hot cracked gases from their exit from the radiation enclosure of the furnace in which the cracking zone is located. It would not be departing from the scope of the invention if the coke particles were injected in the immediate vicinity of the crossing of the radiation enclosure by the most downstream pyrolysis tubes, or even a few tens of centimeters upstream of this crossing.
  • the invention avoids circulating the coke particles over several meters in the cracking zone, with bends at very high speed of circulation, capable of spraying the particles.
  • the coke particles thus introduced into the transfer zone, and preserved from bursting due to the choice of injection points, according to a characteristic arrangement of the invention, can then eliminate part of the fouling of the downstream pipes.
  • part of the deposits is eliminated, both from the quench exchanger (tubes of the exchanger) and from the downstream evacuation pipes, since the coke particles circulate in these two pieces of equipment.
  • This second variant is therefore effective because it contributes to two technical objectives of the process: the elimination of deposits from the exchanger, and residual deposits in the downstream pipes for discharging cracked gases.
  • coke particles are injected into the cracked gas transfer zone (second variant), where the gases circulate at high temperature: typically 800 to 850 ° C at the oven outlet
  • the size of the coke particles is not limited to very precise values.
  • the average diameters that is to say the diameters corresponding to the point 50% by weight, will preferably be chosen in the range 30 to 400 micrometers, and preferably 50 to 250 micrometers, for example from 50 to 160 micrometers.
  • the particles of size included in these particle size intervals after having circulated in the pipes, are found fragmented at least in part, then are trapped in the quenching oil.
  • the average diameter then typically drops below 100 micrometers, and these particles are burned satisfactorily - in combustion stoves using quenching oil.
  • the quantities and qualities of particles necessary for these two operations are not generally identical and depend on many factors: circulation speeds in the TLE quench exchangers, in the downstream pipes, type of cracked charge, severity of cracking, and dilution rate by water vapor.
  • the invention therefore provides for several process arrangements, which can be implemented on different steam cracking installations, or on the same installation, with different operating conditions, for example different charges to be cracked.
  • all of the particles injected are made up of coke particles, at least part of which is injected upstream of the indirect quenching means.
  • these particles are injected entirely into said cracked gas transfer zone, for example into the inlet cones of the quenching exchangers.
  • this separator can have a separation efficiency of less than 95%. This relatively low separation efficiency allows particles to circulate downstream and to use a less expensive and bulky separator than a cyclone.
  • This system is well suited to loads giving low or medium coking.
  • Coke could also be used for the decoking of TLEs but with higher amounts than if mineral particles are used.
  • the cracked gases pass, downstream of the indirect quenching means, a gas / solid separator, for example a cyclone, of which one temporarily degrades the separation efficiency by means of an auxiliary gas stream during at least part of the coke particle injection phases, to allow the circulation of coke particles downstream, up to the direct quenching means.
  • a gas / solid separator for example a cyclone
  • This process arrangement makes it possible to use a very efficient cyclone, and to allow only a desired, well-determined quantity of coke to go downstream.
  • the volume flow of cracked gases is increased by 10 to 50% during the phases of injection of coke particles. This makes it possible to increase the speed of circulation and therefore the efficiency of decoking these particles.
  • the amount of particles suitable for decoking the indirect quenching means depends on many factors. It is advantageously possible to adjust the quantity of particles injected upstream from the indirect quenching means, in order to substantially stabilize the temperature of the effluents from these indirect quenching means. This allows easy process control.
  • this quantity of coke circulating up to the direct quenching means is between 10 and 250 ppm by weight, relative to the cracked gases during a steam cracking cycle.
  • 10 to 150 ppm, and typically 15 to 100 ppm of coke will be circulated relative to the cracked gases. All these figures must be considered in average value compared to the cracked gases over the whole of a cycle, and not in instantaneous value.
  • This instantaneous value can be much higher if discontinuous injections are made, spaced a few hours apart for example.
  • a chemical elimination is carried out of at least part of the coke deposited in the cracking zone, by injecting upstream of this zone mineral salts of elements from the potassium group, sodium, lithium , barium, calcium and strontium, chosen from active mineral salts to catalyze the gasification of coke by water vapor.
  • 15 to 100 ppm (by weight of elements) originating from an equimolar aqueous solution of potassium carbonate and sodium carbonate can be injected.
  • a steam cracking installation comprising at least one steam cracking oven, which comprises at least one cracking zone with pyrolysis tubes, connected by a transfer zone to means for indirect quenching of the effluents from this cracking zone, for example a quenching exchanger (TLE), and downstream means for direct quenching of these cooled effluents, connected upstream to the indirect quenching means by at least one pipe for discharging cracked gases, this installation also comprising means for injecting erosive solid particles for at least partial elimination of carbon deposits, this installation being characterized in that it comprises:
  • the means for circulating coke particles typically comprise means for injecting these particles into the transfer zone.
  • An installation is also proposed comprising a gas / solids separator, for example a cyclone, for the elimination of solid particles contained in the cooled cracked gases originating from the indirect quenching means, this separator being connected downstream to the direct quenching means, this installation also comprising means for temporarily introducing into said separator an auxiliary gas stream capable of significantly reducing its separation efficiency, in order to promote the circulation of coke particles towards the downstream direct quenching means.
  • the evacuation pipe comprises an isolation valve, called an oven outlet valve (VF), characterized in that this evacuation pipe comprises, between the outlet of the indirect quenching means and the valve oven outlet (VF), a sudden change of direction, of the simple deflection type with an angle between 30 and 180 °, for the evacuation of at least most of the steam cracking effluents, a recovery chamber for particles located at the level of the abrupt change, or downstream, connected by a narrowing to a reservoir for receiving the recovered particles and means for maintaining this reservoir in an atmosphere that cannot be condensed under the conditions of the reservoir.
  • VF oven outlet valve
  • the installation may also include means for injecting chemical compounds from the group mentioned above, upstream of the cracking zone (mineral salts of elements from the sodium, potassium, lithium, barium, calcium group), active to accelerate the gasification of coke by water vapor.
  • chemical compounds from the group mentioned above upstream of the cracking zone (mineral salts of elements from the sodium, potassium, lithium, barium, calcium group), active to accelerate the gasification of coke by water vapor.
  • FIG. 1 schematically represents a steam cracking installation according to the invention comprising different devices corresponding to different variants of the invention.
  • FIGS. 2A and 2B represent two alternative embodiments of part of a steam cracking installation according to the invention.
  • FIG. 1 shows a steam cracking furnace (1) delimited by its enclosure, comprising a supply (20) of a hydrocarbon charge and a supply (21) of dilution water vapor.
  • a supply (20) of a hydrocarbon charge and a supply (21) of dilution water vapor.
  • These supply streams are preheated, mixed, and superheated in the convection zone of the oven, at a typical temperature of 500 to 650 ° C., then the overall charge is cracked in the cracking zone (2) with pyrolysis tubes, located in the radiation area of the oven.
  • the cracked gases leave the oven enclosure at high temperature, typically 780 to 900 ° C, and pass through a transfer zone (3) before being abruptly cooled in indirect quenching means (4) constituted by a heat exchanger. quenching, or "TLE".
  • the transfer zone typically includes a short pipe and the inlet cone of the quench exchanger.
  • This inlet cone can be conical, or flared in a trumpet, or more complex in shape depending on the types of exchangers used.
  • the cracked gases typically cooled to between 360 and 500 ° C, circulate in the evacuation pipe (5), which leads to the direct quenching means (6), where the cracked gases are cooled to about 200 ° C by mixing with a recirculation stream of pyrolysis oil.
  • the cracked gases are then treated in downstream means (7) to produce the various desired products: ethylene, propylene, C4 cut, pyrolysis gasoline and pyrolysis fuel.
  • the pipe (5) for evacuating the cracked gases comprises means (8) for measuring the temperature of the effluents leaving the quench exchanger (TLE).
  • This pipe also includes a valve (VF) called the oven outlet valve, making it possible to isolate the oven in question from the rest of the downstream installation.
  • the pipe (5) finally crosses a cyclone (11) located upstream of the valve (VF).
  • the solid particles separated in the cyclone fall into the tank (12) and can be recycled through line 10 and reinjected into the cracked gas transfer zone (3).
  • This reservoir (12) is maintained under an atmosphere of a barrier gas (22).
  • a line (9) also makes it possible to supply, in a controlled manner, a gas stream capable of preventing the fall of solid particles, and therefore of greatly degrading, or even temporarily canceling the separation efficiency of the cyclone (11).
  • the installation comprises means (13) for storing and feeding coke particles with an average diameter of between 0.03 and 1 mm, which can be introduced into the transfer zone (3) by the line (17), or immediately downstream of the cyclone (11), by the line (16).
  • At least a significant part of these particles (at least 5%, and preferably from 20 to 100%) circulate in the evacuation pipe (5), up to the direct quenching means (6).
  • FIG. 1 also comprises means (14) for storing and feeding solid non-hydrocarbon particles, for example particles of silicon carbide, alumina, or other mineral compounds of high hardness, in particular of angular particles of higher decoking efficiency than that of coke particles.
  • solid non-hydrocarbon particles for example particles of silicon carbide, alumina, or other mineral compounds of high hardness, in particular of angular particles of higher decoking efficiency than that of coke particles.
  • the installation also comprises means (15) for storing and supplying an aqueous solution of mineral salts catalysts for gasification of coke by water vapor, from the group of salts of alkaline and alkaline-earth elements.
  • This aqueous solution is supplied by the line (19), and sprayed very finely into the charge leaving the convection zone of the oven.
  • FIGS. 2A and 2B represent an installation part according to the invention, comprising not a cyclone (very high typical separation efficiency, greater than 99%), but a gas / separation device. relatively low efficiency solids, less than 95%.
  • This relatively low efficiency, compact and economical separator uses an abrupt change of direction of the gas flow, from an angle between 30 and 180 °, to recover the particles in a chamber (11) then in the tank ( 12).
  • FIGS. 2A and 2B which schematically represent two variants of this gas / solid separator
  • FIGS. 2A and 2B which schematically represent two variants of this gas / solid separator
  • FIG. 1 works in the following way: there is a crack in the oven (1) of various charges ranging from ethane to vacuum distillate, depending on the supplies. Without the means of the invention, at least some of these charges would quickly foul the TLE quench exchanger, and would cause the cycle time to drop from a normal value of 30 to 60 days to a value of the order of 2 to 7 days, for example which would lead to very costly production stoppages. Furthermore, with some of these fillers, for example heavy or vacuum distillates, there would be a gradual fouling of the discharge pipe (5) due to residual coking or to deposits of residual heavy products having passed through the exchanger quenched without depositing on it.
  • any cleaning of the pipe (5) is expensive, and especially of the part downstream of the oven outlet valve VF.
  • this cleaning when stopped, by dismantling and pickling the coke with pressurized water, requires not only the stopping of the oven (1) but also of the entire steam cracking installation, typically comprising several ovens. Indeed, it is necessary to put out of service the means (6) of direct quenching, common to the whole of the steam cracking installation.
  • the conventional steam cracking installation such as an installation intended for cracking naphtha, cannot therefore handle heavy loads without problems of rapid coking of the quench exchangers, and is also penalized by the residual fouling of the downstream evacuation pipes. cracked gases.
  • the fouling by coking of the pyrolysis tubes for typical heavy loads can also be slightly increased compared to naphtha, but remains however of the same order of magnitude and compatible with normal operation (cycle times generally between 3 weeks and 6 weeks).
  • the installation according to the invention is operated in the following manner: the outlet temperature of the quench exchanger is measured by the temperature indicator (8).
  • a dose of powder consisting of mineral particles is injected, for example 30 kg of corundum, from the storage and supply means (14) (new powder) and (10) (recycled powder), through line (17).
  • This operation allows to strip part of the coke deposited in the exchanger, and to drop its outlet temperature.
  • the mineral particles are injected into the inlet cone of the exchanger, at one or more points where the cracked gases are already slowed down, for example by
  • the particles will be introduced just upstream of an impactor-diffuser, located in the cone, consisting of several rows of offset surfaces, allowing the particles to be distributed more evenly in the different tubes of the exchanger, and , again, to reduce the risk of erosion of the tube plate.
  • the particles pass through the exchanger, carried by the cracked gases, then are almost entirely separated (more than 99.5% typically for particles with a diameter greater than 70 micrometers) in the cyclone (11). These mineral particles are then recovered in the reservoir (12), and can be recycled in the zone (3) via the line 10, typically after a filtration step, not shown.
  • the evacuation pipe (5) is not decoked by mineral particles downstream of the cyclone, and has a tendency to fouling and / or to progressive plugging, due to a notable residual coking in the heavy loads.
  • small amounts of coke particles from the storage and supply means (13) are injected continuously or in discontinuous doses, by means of the line (17) which opens into the transfer zone ( 3). In a coordinated manner with these coke injections, the separation efficiency of the cyclone (11) is almost completely degraded, by means of a gas stream introduced by the line (9), which prevents the coke particles from falling into the tank (12).
  • Figure 1 can operate by directly injecting the coke particles into the pipeline (5), just downstream of the cyclone (1 1). Mineral particles can also be injected at the entrance to zone (2), if the elbows in this zone are reinforced, and the bundle of pyrolysis tubes adapted to the loads treated.
  • This can be obtained by injecting upstream of this cracking zone small quantities of chemical additives, of the group described above, for example an equimolar mixture of sodium carbonate and potassium carbonate, in dilute aqueous solution.
  • These additives at least partially gasify the coke of zone (2). They are introduced from the storage means and the feed (15), and introduced via the line (19), preferably in spray form, into the charge to be cracked at the outlet of the convection zone, even during steam cracking. .
  • FIGS. 2A and 2B operate in a different manner from that of FIG. 1.
  • particles of coke which are introduced into the zone transfer (3).
  • the separation chambers (11), according to the two variants presented, have a low separation efficiency, for example of 80% (typically against more than 99.5% for a cyclone). In this case, 20% of the coke particles are not separated, and carry out pickling of the downstream pipe (5), in accordance with the second technical objective of the invention.
  • the proportion of coke particles circulating downstream can be increased if necessary by using the gas stream supplied in (9), to degrade the separation during certain coke injections.
  • the quantity of coke circulating downstream the adequate pigs obviously depends on the type of installation (speed of circulation in the pipeline (5) in particular) and on the type of cracked charges. In practice, the quantity of particles necessary will be adopted experimentally, by measuring the fouling speed of the pipe (5), directly or by means of pressure drop measurements.
  • the coke particles therefore circulate in the pipe (5) up to the direct quenching means (6), and make it possible to avoid its rapid fouling.
  • the transfer zone (3) is injected, continuously or discontinuously:
  • Example 1 The quantities of particles mentioned in the previous examples will advantageously be corrected from experimental measurements, for each installation, according to its own characteristics and the nature of the charges to be cracked.
  • the installation of Example 1 the most complex, is suitable for all types of loads, including very heavy loads such as vacuum distillates.
  • Example 2 is well suited to moderately coking loads.
  • Example 3 is well suited to relatively low coking loads.
  • the coking of the cracking zone (2) can be reduced by injecting upstream of this zone, for example 50 ppm, continuously during the steam cracking, of active compounds Na + K of an aqueous solution diluted to 95 % water of potassium carbonate and sodium carbonate, these 50 ppm being counted in relation to the hydrocarbon charge.
  • the invention makes it possible to reduce the coking problems and to make flexible the existing steam cracking installations, at moderate investment cost.

Landscapes

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Abstract

L'invention décrit un procédé et une installation de vapocraquage permettant de supprimer ou fortement limiter le cokage des échangeurs de trempe (4) ainsi que celui des canalisations (5) d'évacuation de gaz craqués, et ceci sans pollution de l'huile de pyrolyse produite. On utilise des particules solides érosives, que l'on fait circuler dans l'installation, une partie au moins de ces particules étant des particules de coke, introduites en aval de la zone de craquage (2), et qui circulent, au moins pour une partie d'entre elles, jusqu'aux moyens de trempe directe (6) des gaz craqués. Les quantités de particules injectées sont suffisantes pour limiter l'augmentation de la température des effluents des échangeurs de trempe à une valeur inférieure à 100 °C par mois. Des additifs chimiques permettent par ailleurs de limiter le cokage de la zone de craquage (2).

Description

PROCEDE ET INSTALLATION DE VAPOCRAQUAGE FLEXIBLE AVEC LIMITATION DU COKAGE DES LIGNES DE TRANSFERT DE GAZ CRAQUES
L'invention concerne un procédé de vapocraquage d'hydrocarbures flexible c'est- à-dire compatible avec une grande variété de charges à craquer.
Le procédé de vapocraquage est le procédé de base de l'industrie pétrochimique et consiste à craquer à haute température puis à refroidir brutalement une charge d'hydrocarbures et de vapeur d'eau. Le principal problème opératoire résulte du dépôt de produits carbonés sur les parois internes de l'installation. Ces dépôts, constitués de coke ou de goudrons lourds de pyrolyse condensés et plus ou moins agglomérés, limitent le transfert thermique dans la zone de craquage (serpentin à tubes de pyrolyse) et la zone de trempe indirecte (échangeur de trempe des effluents), nécessitant des arrêts fréquents pour décoker l'installation. Les durées de cycles classiques (fonctionnement entre deux décokages chimiques complets de la zone de craquage, à l'air et/ou à la vapeur) sont soit fixes (arrêts programmés), soit variables en fonction du cokage de l'installation, et s'échelonnent généralement entre 3 semaines et 12 semaines pour des charges telles que le naphta et les gaz de pétrole liquéfiés.
Il est connu de l'homme de l'art que les problèmes de cokage rencontrés lors du craquage des charges lourdes (gazoles atmosphériques, gazoles lourds, distillats sous vide) sont beaucoup plus sévères que ceux rencontrés sur des charges classiques, telles que le naphta.
En conséquence, ces charges ne peuvent être craquées dans des vapocraqueurs conventionnels conçus pour le craquage du naphta, et ne peuvent l'être, selon les procédés connus, que dans des fours spéciaux comportant typiquement une trempe directe (à l'huile de pyrolyse) des effluents de vapocraquage, ce qui nuit considérablement au bilan énergétique de l'installation (pas de production de vapeur haute pression).
Les procédés connus permettant d'avoir une flexibilité vers les charges lourdes sont donc incompatibles avec les installations de vapocraquage existantes sur charges conventionnelles, et présentent un bilan énergétique fortement dégradé. Les demandeurs ont par ailleurs déjà proposé (FR-A-2645874, EP-A- 419 643, EP-A-425 633 et EP-A-447 527) un procédé de décokage en marche d'installations de vapocraquage, par injection de particules solides érosives, pour s'affranchir des problèmes de cokage, et obtenir un vapocraquage continu ou sensiblement continu (par exemple des durées de cycle de l'ordre de Ce procédé consiste, pour une charge déterminée, à laisser se former et maturer sur les parois internes du serpentin de craquage une couche de coke, puis à injecter des particules érosives (par exemple des particules minérales dures, de diamètre inférieur à 150 micromètres, sphériques, ou angulaires ce qui accroît l'effet érosif) en quantité adéquate pour sensiblement stabiliser l'état de cokage des tubes de pyrolyse, sans éliminer totalement la précouche de coke qui a un rôle protecteur pour ces tubes
Ces particules, injectées en amont des tubes de pyrolyse, circulent donc dans ces tubes, puis dans le ou les échangeurs de trempe des effluents (généralement appelés TLE" ou "TLX") puis sont séparées, en aval de ces échangeurs, dans un cyclone permettant de récupérer les particules, et de ne pas polluer les sections aval.
Les gaz craqués épurés (débarrassés des particules) circulent alors dans des canalisations de transfert pour rejoindre une zone de trempe directe à l'huile de pyrolyse permettant de réduire la température à une valeur voisine de 200°C, puis subissent un fractionnement primaire avant d'être comprimés puis fractionnés dans la section froide du vapocraqueur.
Les demandeurs ont trouvé, de façon inattendue, que ce procédé présentait des inconvénients lors de l'utilisation de certaines charges lourdes, telles que des distillats sous vide. On a en effet constaté lors d'essais pilote que si la partie de la ligne de transfert de gaz craqués reliant l'échangeur de trempe au cyclone de récupération des particules restait sensiblement sans encrassement, il n'en était pas de même de la partie aval de cette ligne de transfert, reliant la sortie gaz du cyclone à la zone de trempe directe à l'huile de pyrolyse. Cet encrassement résiduel de cette partie de la ligne de transfert n'était pas attendu car les parois froides de l'échangeur de trempe en amont auraient du piéger les goudrons lourds susceptibles de se condenser. Il résulte peut être d'un retard à la condensation des produits lourds, ou de la poursuite des réactions secondaires produisant ces produits lourds.
Quoi qu'il en soit, cet encrassement résiduel présente l'inconvénient de devoir arrêter périodiquement le vapocraqueur pour nettoyer les lignes, ou de ne pas craquer les charges les plus encrassantes, et donc de limiter la flexibilité du procédé. L'objet de l'invention est donc de proposer un procédé et une installation permettant de remédier à cet inconvénient, c'est-à-dire à limiter ou supprimer l'encrassement résiduel de ces lignes de transfert de gaz craqués.
II permet ainsi de traiter des charges diverses, y compris des charges très lourdes sans problèmes opératoires, et d'utiliser pour ces charges des fours de craquage à haute récupération énergétique comprenant des échangeurs de trempe (TLE) refroidissant les gaz craqués à des températures inférieures ou égales à 530°C (ou même 450°C) (TLE "naphta") sans que ceci n'entraîne le bouchage des lignes d'évacuation aval. Un autre objet, d'une variante de l'invention, applicable principalement au craquage de charges conventionnelles (naphta) ou semi-conventionnelles (condensats) est de permettre de craquer ces charges avec un encrassement réduit ou nul des TLE, dans une installation ayant un coût d'investissement très bas. Enfin, une autre variante de l'invention permet de réduire ou d'annuler, par des moyens chimiques, l'encrassement des tubes de pyrolyse.
L'invention propose donc un procédé de vapocraquage de charges hydrocarbonées dans une installation de vapocraquage comportant au moins un four de vapocraquage qui comprend au moins une zone de craquage (2) à tubes de pyrolyse, reliée par une zone de transfert (3) à des moyens (4) de trempe indirecte des effluents de la zone de craquage (2), par exemple un échangeur de trempe (TLE), et des moyens aval (6) de trempe directe des effluents refroidis reliés en amont aux moyens (4) de trempe indirecte par au moins une canalisation (5) d'évacuation de gaz craqués, le procédé comprenant l'injection de particules solides érosives pour éliminer une partie au moins des dépôts carbonés situés sur les parois internes de l'installation, la zone de craquage restant en communication avec les moyens aval (6) pendant les phases d'injection de particules, le procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend au cours d'un cycle de vapocraquage :
a - L'injection de particules solides érosives de diamètre moyen compris entre
0.02 et 4 mm, en au moins un point situé en amont des moyens (4) de trempe indirecte, en quantité suffisante pour limiter l'augmentation de la température des effluents de ces moyens (4) de trempe indirecte à une valeur inférieure à 100°C par mois, et de préférence à 50°C par mois. b - L'injection de particules de coke de diamètre moyen compris entre 0,03 et 1 mm, en au moins un point situé en aval de la zone de craquage (2), une partie au moins de ces particules circulant dans la canalisation d'évacuation (5) jusqu'aux moyens aval (6) de trempe directe, pour limiter l'encrassement de cette canalisation d'évacuation.
Ce procédé permet de réaliser un décokage au moins partiel de la canalisation d'évacuation du fait de la circulation de particules de coke, qui ont une activité érosive, jusqu'aux moyens de trempe directe à l'huile de pyrolyse.
Dans le procédé antérieurement décrit, les particules (typiquement de silice ou d'alumine), qui étaient introduites à l'entrée de la zone de craquage pour décoker celle-ci, étaient séparées dans un cyclone. Or la séparation de telles particules, de diamètre compris entre 30 et 150 micromètres, est typiquement supérieure à 99 % dans un cyclone conventionnel. Cette séparation très efficace élimine toute capacité érosive des particules résiduelles non séparées, en aval du cyclone. Cette séparation presque totale des particules est également requise pour éviter de polluer les sections aval, et l'huile de trempe par des particules minérales.
L'utilisation, selon l'invention, de particules de coke, combustibles, permet d'éviter cet inconvénient et de pouvoir faire circuler ces particules jusqu'à la zone de mélange avec l'huile de trempe, sans que le mélange de ces particules avec l'huile de trempe ne fasse perdre à celle-ci sa valeur commerciale de fioul combustible.
Par ailleurs, dans le procédé antérieurement décrit, l'objet des injections de particules était le décokage des tubes de pyrolyse. Au contraire, selon l'invention l'objet des injections de particules est le décokage ou le contrôle de l'encrassement des échangeurs de trempe (moyens de trempe indirecte), de façon à limiter la dérive de la température de sortie des effluents de ces échangeurs.
Enfin, les particules de coke sont introduites en aval de la zone de craquage ; il est donc clair qu'elles ne peuvent décoker cette zone. Cette disposition particulière de procédé caractéristique de l'invention résulte de résultats pilote : on a en effet découvert qu'en injectant une quantité donnée de particules de coke en amont de la zone de craquage, on obtenait un effet de décokage de l'échangeur de trempe et ou des canalisations d'évacuation de gaz craqués considérablement plus faible, parfois non décelable, par comparaison à une injection de ces mêmes particules en aval de la zone de craquage.
On interprète cette observation surprenante par le fait que si l'on introduit les particules de coke en amont des tubes de pyrolyse, ces particules traversent une pluralité de coudes à très haute vitesse (typiquement 150 m/s), sont pulvérisées en une poussière par impact dans ces coudes et perdent leur capacité érosive.
L'invention prévoit donc à la fois un type de particules et un mode d'injection particulier qui conjointement permettent de réaliser un objectif technique, la limitation de l'encrassement des lignes d'évacuation aval qui n'était pas réalisé ni même identifié dans le procédé antérieurement décrit.
Selon une première variante du procédé selon l'invention, les particules de coke qui circulent dans la canalisation d'évacuation de gaz craqués, afin de limiter son encrassement, sont injectées en aval des moyens de trempe indirecte, par exemple à la sortie de ces moyens de trempe indirecte. Ces particules de coke, qui peuvent être angulaires (particules très érosives), ou sphériques (particules moins érosives), ou comporter un mélange de particules angulaires et sphériques, ce qui permet de régler l'intensité érosive du mélange, circulent alors dans la canalisation d'évacuation des gaz craqués, et éliminent au moins partiellement les dépôts de coke, ou goudrons condensés, qui se trouvent sur les parois de cette canalisation.
Elles sont ensuite piégés au niveau de la zone aval de trempe directe des gaz craqués, et se retrouvent mélangées à l'huile de pyrolyse : boucle générale d'huile de trempe, et courant d'huile de pyrolyse produite, qui est évacuée et généralement vendue comme fuel ou comme charge d'unité de "carbon black".
Du fait de leur nature hydrocarbonée, les particules de coke injectées suivant l'invention ne nuisent pas aux utilisations habituelles de l'huile de pyrolyse, lorsqu'elles se retrouvent mélangées à cette huile. Selon une deuxième variante du procédé selon l'invention, les particules de coke sont injectées dans la zone de transfert de gaz craqués entre la zone de craquage et les moyens de trempe indirecte.
Cette zone de transfert, de longueur limitée, comporte typiquement une courte conduite cylindrique reliée en aval au cône d'entrée d'un échangeur de trempe. Ce cône d'entrée, qui n'est pas refroidi par l'eau sous pression qui entoure les tubes de l'échangeur, n'est pas considéré ici comme faisant partie de cet échangeur (TLE) mais comme faisant partie intégrante de la zone de transfert véhiculant les gaz craqués chauds depuis leur sortie de l'enceinte de radiation du four dans laquelle se trouve la zone de craquage. On ne sortirait pas du cadre de l'invention si les particules de coke étaient injectées à proximité immédiate de la traversée de l'enceinte de radiation par les tubes de pyrolyse les plus en aval, ou même à quelques dizaines de centimètres en amont de cette traversée.
Par contre, selon l'invention, on évite de faire circuler les particules de coke sur plusieurs mètres dans la zone de craquage, avec des coudes à très haute vitesse de circulation, susceptibles de pulvériser les particules.
Les particules de coke ainsi introduites dans la zone de transfert, et préservées d'un éclatement du fait du choix des points d'injection, selon une disposition caractéristique de l'invention, peuvent alors éliminer une partie des encrassements des canalisations aval.
Dans la seconde variante du procédé, on élimine une partie des dépôts, à la fois de l'échangeur de trempe (tubes de l'échangeur) et des canalisations d'évacuation aval, puisque les particules de coke circulent dans ces deux équipements.
Cette deuxième variante est donc performante car elle contribue à deux objectifs techniques du procédé : l'élimination des dépôts de l'échangeur, et des dépôts résiduels dans les canalisations aval d'évacuation de gaz craqués.
De façon générale, et plus particulièrement lorsque l'on injecte les particules de coke dans la zone de transfert de gaz craqués (seconde variante), où les gaz circulent à haute température : typiquement 800 à 850°C en sortie four, on prévoit avantageusement d'utiliser des particules de coke dont le coke (matériau de base) a subi au cours de son processus de fabrication une calcination à une température supérieure ou égale à 800°C. On a en effet noté curieusement dans des essais, des irrégularités de performances avec du coke non stabilisé thermiquement à haute température. Ceci peut provenir d'un éclatement des particules introduites, ou d'un ramollissement de ces particules lorsqu'elles sont portées très rapidement à haute température.
Si l'on utilise plusieurs sources de particules de coke, on préférera donc choisir au moins les particules les plus efficaces pour l'élimination des dépôts (particules angulaires) parmi des matériaux stabilisés thermiquement.
La dimension des particules de coke n'est pas limitée à des valeurs très précises. Cependant les diamètres moyens, c'est-à-dire les diamètres correspondant au point 50 % poids, seront préférentiellement choisis dans l'intervalle 30 à 400 micromètres, et de préférence 50 à 250 micromètres, par exemple de 50 à 160 micromètres.
En effet, les particules de dimension comprise dans ces intervalles granulométriques, après avoir circulé dans les canalisations, se retrouvent fragmentées au moins en partie, puis sont piégées dans l'huile de trempe. Le diamètre moyen descend alors typiquement en-dessous de 100 micromètres, et ces particules sont brûlées de manière satisfaisante -dans les foyers de combustion utilisant l'huile de trempe.
Selon l'invention on réalise deux opérations :
- On fait circuler des particules solides dans les moyens de trempe (échangeurs, appelés également TLE) pour réduire leur encrassement.
- On fait circuler des particules de coke dans les canalisations en aval des TLE.
Les quantités et qualités de particules nécessaires à ces deux opérations ne sont pas généralement identiques et dépendent de nombreux facteurs : vitesses de circulation dans les échangeurs de trempe TLE, dans les canalisations aval, type de charge craquée, sévérité de craquage, et taux de dilution par la vapeur d'eau. Aussi l'invention prévoit-elle plusieurs dispositions de procédé, pouvant être mises en oeuvre sur des installations de vapocraquage différentes, ou sur une même installation, avec des conditions opératoires différentes, par exemple différentes charges à craquer.
Selon une première disposition de procédé caractéristique de l'invention, la totalité des particules injectées est constituée de particules de coke dont une partie au moins est injectée en amont des moyens de trempe indirecte..
Typiquement, ces particules sont injectées en totalité dans ladite zone de transfert de gaz craqués, par exemple dans les cônes d'entrée des échangeurs de trempe.
Pour des charges de vapocraquage relativement légères (propane, butane, naphta) on pourra choisir d'injecter une petite quantité de particules de coke, dans la zone de transfert, sans les récupérer en aval. Selon cette disposition caractéristique, la totalité des particules solides érosives injectées est constituée de particules de coke qui circulent dans les moyens de trempe indirecte (TLE), puis dans la canalisation d'évacuation, la totalité de ces particules circulant en totalité jusqu'aux moyens de trempe directe.
Lorsque l'on craque des charges plus lourdes, la quantité de particules nécessaires au nettoyage de l'échangeur de trempe peut être trop élevée pour que l'on puisse l'injecter sans la récupérer. Il est donc possible selon l'invention d'injecter des particules de coke dans la zone de transfert, et de séparer une partie au moins de ces particules dans un séparateur gaz/solides disposé en aval des moyens de trempe indirecte.
Selon une première disposition caractéristique, ce séparateur peut avoir une efficacité de séparation inférieure à 95 %. Cette efficacité de séparation relativement basse permet de laisser circuler des particules en aval et d'utiliser un séparateur moins onéreux et volumineux qu'un cyclone.
Ce système est bien adapté aux charges donnant un cokage faible ou moyen.
Pour des charges très cokantes on pourra utiliser deux types de particules - des particules minérales dures très efficaces telles que du SiC ou du corindon, pour le décokage de l'échangeur de trempe, qui sont récupérées en quasi totalité,
- des particules de coke, pour le décokage des canalisations aval. Si ce coke est injecté dans la zone de transfert, il contribue aussi au décokage de l'échangeur de trempe.
On pourrait également utiliser du coke pour le décokage des TLE mais avec des quantités plus élevées que si l'on utilise les particules minérales.
Selon une autre disposition caractéristique, proposée en variante, et applicable de façon générale, avec un ou deux types de particules, les gaz craqués traversent, en aval des moyens de trempe indirecte, un séparateur gaz/solides, par exemple un cyclone, dont on dégrade temporairement l'efficacité de séparation au moyen d'un courant gazeux auxiliaire pendant une partie au moins des phases d'injection de particules de coke, pour permettre la circulation de particules de coke en aval, jusqu'aux moyens de trempe directe.
Cette disposition de procédé permet d'utiliser un cyclone très efficace, et de ne laisser partir vers l'aval qu'une quantité de coke voulue, bien déterminée.
Selon une autre disposition caractéristique, on augmente de 10 à 50 % le débit volumique de gaz craqués pendant les phases d'injection de particules de coke. Ceci permet d'accroître la vitesse de circulation et donc l'efficacité de décokage de ces particules.
La quantité de particules adéquate pour décoker les moyens de trempe indirecte dépend de nombreux facteurs. On pourra avantageusement ajuster la quantité de particules injectées en amont des moyens de trempe indirecte, pour sensiblement stabiliser la température des effluents de ces moyens de trempe indirecte. Ceci permet un contrôle facile du procédé.
Pour ce qui concerne les particules de coke circulant dans les canalisations aval, jusqu'aux moyens de trempe directe, la quantité adéquate dépend également de nombreux facteurs. Typiquement cette quantité de coke circulant jusqu'aux moyens de trempe directe est comprise entre 10 et 250 ppm en poids, par rapport aux gaz craqués au cours d'un cycle de vapocraquage.
De préférence on fera circuler de 10 à 150 ppm, et typiquement de 15 à 100 ppm de coke par rapport aux gaz craqués. Tous ces chiffres doivent être considérés en valeur moyenne par rapport aux gaz craqués sur l'ensemble d'un cycle, et non en valeur instantanée.
Cette valeur instantanée pourra être beaucoup plus forte si l'on fait des injections discontinues, espacées de quelques heures par exemple.
Les demandeurs ont également trouvé d'autres moyens techniques de limitation du cokage, qui peuvent être utilisés en conjonction avec les moyens de l'invention relatifs au décokage des moyens de trempe indirecte, et des canalisations aval.
Ces moyens nouveaux concernant l'utilisation d'additifs chimiques nouveaux, très efficaces pour le décokage des tubes de pyrolyse de la zone de craquage.
Ainsi, selon une disposition caractéristique, on effectue une élimination chimique d'une partie au moins du coke déposé dans la zone de craquage, en injectant en amont de cette zone des sels minéraux d'éléments du groupe du potassium, du sodium, du lithium, du baryum, du calcium et du strontium, choisis parmi les sels minéraux actifs pour catalyser la gazéification du coke par la vapeur d'eau.
A titre d'exemple, on peut injecter de 15 à 100 ppm (en poids d'éléments) provenant d'une solution aqueuse équimolaire de carbonate de potassium et de carbonate de sodium.
On peut également utiliser une solution aqueuse équimolaire de plusieurs acétates : acétate de potassium, acétate de sodium, acétate de lithium, acétate de baryum.
On pense que l'action de ces additifs est de favoriser la gazéification du coke par la vapeur d'eau. Cette gazéification requiert cependant de très hautes températures (900 à 1000°C), telles que celles des tubes de pyrolyse.
Par contre, ces additifs ne peuvent être efficaces pour le décokage des échangeurs de trempe et canalisations aval, beaucoup plus froides (moins de 500°C). Aussi ces additifs nouveaux sont-ils très efficaces en synergie avec le décokage par injection de particules érosives en amont de ces échangeurs et canalisations aval.
Le résultat de cette utilisation conjointe permet de réduire le cokage de ces deux zones séparément, et produit un résultat d'ensemble (cycles de longue durée) ne pouvant être obtenu par l'utilisation de ces deux techniques séparément. Il permet également de ne pas introduire de particules solides érosives dans la zone de craquage, ce qui supprime les risques d'érosion des tubes et coudes de cette zone.
On propose également une installation pour la réalisation du procédé selon l'invention ainsi que de ses différentes variantes et dispositions caractéristiques.
On propose donc une installation de vapocraquage comportant au moins un four de vapocraquage, qui comprend au moins une zone de craquage à tubes de pyrolyse, reliée par une zone de transfert à des moyens de trempe indirecte des effluents de cette zone de craquage, par exemple un échangeur de trempe (TLE), et des moyens aval de trempe directe de ces effluents refroidis, reliés en amont aux moyens de trempe indirecte par au moins une canalisation d'évacuation de gaz craqués, cette installation comprenant également des moyens d'injection de particules solides érosives pour une élimination au moins partielle de dépôts carbonés, cette installation étant caractérisée en ce qu'elle comprend :
a - des moyens de mesure de la température T des effluents des moyens de trempe indirecte, et des moyens d'injection en amont de ces moyens de trempe indirecte de particules solides érosives de diamètre moyen compris entre 0,02 et 4 mm, en quantité suffisante pour limiter l'augmentation de la température T à une valeur inférieure à 100°C par mois et de préférence à 50°C par mois.
b - des moyens de mise en circulation de particules de coke de diamètre moyen compris entre 0,03 et 1 mm, dans la canalisation d'évacuation de gaz craqués et jusqu'aux moyens de trempe directe, pour une limitation de l'encrassement de cette canalisation, raccordés à l'installation en aval de la zone de craquage.
Les moyens de mise en circulation de particules de coke comprennent typiquement des moyens d'injection de ces particules dans la zone de transfert. On propose également une installation comprenant un séparateur gaz/solides, par exemple un cyclone, pour l'élimination des particules solides contenues dans les gaz craqués refroidis issus des moyens de trempe indirecte, ce séparateur étant relié en aval aux moyens de trempe directe, cette installation comprenant également des moyens d'introduction temporaire dans ledit séparateur d'un courant gazeux auxiliaire susceptible de réduire notablement son efficacité de séparation, pour favoriser la circulation de particules de coke vers les moyens aval de trempe directe.
On propose également une installation dans laquelle la conduite d'évacuation comprend une vanne d'isolement, dite vanne de sortie four (VF), caractérisée en ce que cette canalisation d'évacuation comporte, entre la sortie des moyens de trempe indirecte et la vanne de sortie four (VF), un changement de direction brusque, du type à déviation simple d'un angle compris entre 30 et 180°, pour l'évacuation de la plus grande partie au moins des effluents de vapocraquage, une chambre de récupération de particules située au niveau du changement brusque, ou en aval, reliée par un rétrécissement à un réservoir de réception des particules récupérées et des moyens de maintien de ce réservoir sous atmosphère incondensable aux conditions du réservoir.
L'installation peut également comporter des moyens d'injection de composés chimiques du groupe précédemment cité, en amont de la zone de craquage (sels minéraux d'éléments du groupe du sodium, potassium, lithium, baryum, calcium), actifs pour accélérer la gazéification du coke par la vapeur d'eau.
L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront plus clairement à l'examen des figures annexées.
Les figure 1 représente schématiquement une installation de vapocraquage selon l'invention comprenant différents dispositifs correspondant à différentes variantes de l'invention. La figures 2A et 2B représentent deux variantes de réalisation d'une partie d'une installation de vapocraquage selon l'invention.
On se réfère maintenant à la figure 1 , qui représente un four de vapocraquage (1) délimité par son enceinte, comprenant une alimentation (20) d'une charge d'hydrocarbures et une alimentation (21) de vapeur d'eau de dilution. Ces courants d'alimentation sont préchauffés, mélangés, et surchauffés dans la zone de convection du four, à une température typique de 500 à 650°C, puis la charge globale est craquée dans la zone de craquage (2) à tubes de pyrolyse, située dans la zone de radiation du four.
Les gaz craqués sortent de l'enceinte du four à haute température, typiquement 780 à 900°C, et traversent une zone de transfert (3) avant d'être refroidis brusquement dans des moyens de trempe indirecte (4) constitués par un échangeur de trempe, ou "TLE".
La zone de transfert comprend typiquement une courte conduite et le cône d'entrée de l'échangeur de trempe. Ce cône d'entrée peut être conique, ou évasé en trompette, ou de forme plus complexe selon les types d'échangeurs utilisés. En sortie de l'échangeur de trempe, les gaz craqués, refroidis typiquement entre 360 et 500°C circulent dans la canalisation d'évacuation (5), qui conduit aux moyens (6) de trempe directe, où les gaz craqués sont refroidis à environ 200°C par mélange avec un courant de recirculation d'huile de pyrolyse. Les gaz craqués sont alors traités dans des moyens aval (7) pour produire les différents produits désirés : éthylène, propylène, coupe C4, essence de pyrolyse et fuel de pyrolyse.
La canalisation (5) d'évacuation des gaz craqués comprend des moyens (8) de mesure de la température des effluents de sortie de l'échangeur de trempe (TLE).
Cette canalisation comprend également une vanne (VF) dite vanne de sortie four, permettant d'isoler le four considéré du reste de l'installation aval. La canalisation (5) traverse enfin un cyclone (11) situé en amont de la vanne (VF). Les particules solides séparées dans le cyclone tombent dans le réservoir (12) et peuvent être recyclées par la ligne 10 et réinjectées dans la zone de transfert de gaz craqués (3). Ce réservoir (12) est maintenu sous atmosphère d'un gaz de barrage (22). Une ligne (9) permet par ailleurs d'alimenter de manière commandée un courant gazeux susceptible d'empêcher la chute des particules solides, et donc de fortement dégrader, ou même annuler temporairement l'efficacité de séparation du cyclone (11 ).
L'installation comprend des moyens (13) de stockage et d'alimentation de particules de coke de diamètre moyen compris entre 0.03 et 1 mm, qui peuvent être introduites dans la zone de transfert (3) par la ligne (17), ou immédiatement en aval du cyclone (11 ), par la ligne (16).
Selon l'invention une partie notable au moins de ces particules (au moins 5 %, et de préférence de 20 à 100 %) circulent dans la canalisation d'évacuation (5), jusqu'aux moyens de trempe directe (6).
L'installation de la figure 1 comprend également des moyens (14) de stockage et d'alimentation de particules solides non hydrocarbonées, par exemple des particules de carbure de silicium, d'alumine, ou d'autres composés minéraux de haute dureté, en particulier de particules angulaires d'efficacité de décokage plus élevée que celle des particules de coke.
Ces particules minérales peuvent être injectées dans la zone de transfert (3) par la ligne (17), et/ou en amont de la zone de craquage (2), par la ligne (18), si la charge à craquer est bien connue et si les coudes de la zone (2) sont renforcés.
L'installation comprend également des moyens (15) de stockage et d'alimentation d'une solution aqueuse de sels minéraux catalyseurs de gazéification du coke par la vapeur d'eau, du groupe des sels d'éléments alcalins et alcalino-terreux. Cette solution aqueuse est alimentée par la ligne (19), et pulvérisée très finement dans la charge en sortie de la zone de convection du four.
On se réfère maintenant aux figures 2A et 2B, qui représentent une partie d'installation selon l'invention, comportant non pas un cyclone (d'efficacité de séparation typique très élevée, supérieure à 99 %), mais un dispositif de séparation gaz/solides de relativement faible efficacité, inférieure à 95 %. Ce séparateur d'efficacité relativement faible, compact et économique, utilise un changement de direction brusque de l'écoulement gazeux, d'un angle compris entre 30 et 180°, pour récupérer les particules dans une chambre (11) puis dans le réservoir (12).
Les différents éléments techniques représentés sur les figures 2A et 2B (qui représentent schématiquement deux variantes de ce séparateur gaz/solide) sont référencés de manière identique à ceux de la figure 1.
L'installation de la figure 1 fonctionne de la façon suivante : on craque dans le four (1) diverses charges allant de l'éthane au distillât sous vide, en fonction des approvisionnements. Sans les moyens de l'invention, certaines de ces charges au moins encrasseraient rapidement l'échangeur de trempe TLE, et conduiraient à faire chuter la durée de cycle d'une valeur normale de 30 à 60 jours à une valeur de l'ordre de 2 à 7 jours, par exemple ce qui conduirait à des arrêts de production très coûteux. Par ailleurs, avec certaines de ces charges, par exemple des distillats lourds ou sous vide, il se produirait un encrassement progressif de la canalisation d'évacuation (5) dû à un cokage résiduel ou à des dépôts de produits lourds résiduels ayant traversé l'échangeur de- trempe sans s'y déposer.
Tout nettoyage de la canalisation (5) est onéreux, et tout particulièrement de la partie en aval de la vanne de sortie four VF. En effet, ce nettoyage à l'arrêt, par démontage et décapage du coke à l'eau sous pression, nécessite non seulement l'arrêt du four (1 ) mais également de l'ensemble de l'installation de vapocraquage, comportant typiquement plusieurs fours. En effet, il faut mettre hors service les moyens (6) de trempe directe, communs à l'ensemble de l'installation de vapocraquage.
L'installation de vapocraquage classique, telle qu'une installation prévue pour craquer du naphta, ne peut donc traiter des charges lourdes sans problèmes de cokage rapide des échangeurs de trempe, et est pénalisée également par l'encrassement résiduel des canalisations aval d'évacuation des gaz craqués. L'encrassement par cokage des tubes de pyrolyse pour les charges lourdes typiques peut également être un peu augmenté par rapport au naphta, mais reste cependant du même ordre de grandeur et compatible avec un fonctionnement normal (durées de cycle comprises en général entre 3 semaines et 6 semaines). Pour supprimer ou fortement réduire les problèmes opératoires précités, on fait fonctionner l'installation selon l'invention de la façon suivante : on mesure la température de sortie de l'échangeur de trempe par l'indicateur de température (8). Dès que cette température approche la température limite, par exemple à 430°C, on injecte une dose de poudre constituée de particules minérales par exemple 30 kg de corindon, à partir des moyens de stockage et d'alimentation (14) (poudre neuve) et (10) (poudre recyclée), par la ligne (17). Cette opération permet de décaper une partie du coke déposé dans l'échangeur, et de faire chuter sa température de sortie. On répète ces injections de doses de poudre aussi souvent qu'il est nécessaire pour stabiliser la température de sortie de l'échangeur.
En variante, on pourrait se contenter de laisser augmenter légèrement cette température, par exemple de 20 ou 30°C par mois. Le procédé permet donc de résoudre le problème d'encrassement rapide des échangeurs de trempe lors du craquage de charges lourdes.
Les particules minérales sont injectées dans le cône d'entrée de l'échangeur, en un ou plusieurs points où les gaz craqués sont déjà ralentis par exemple de
40 % au moins, par rapport à leur vitesse de circulation à l'entrée du cône. Ceci limite les risques d'érosion de la plaque tubulaire de l'échangeur. De façon caractéristique, on introduira les particules juste en amont d'un impacteur- diffuseur, situé dans le cône, constitué de plusieurs rangées de surfaces décalées, permettant de répartir de façon plus homogène les particules dans les différents tubes de l'échangeur, et, à nouveau, de réduire les risques d'érosion de la plaque tubulaire.
Les particules traversent l'échangeur, véhiculées par les gaz craqués, puis sont séparées quasiment en totalité (à plus de 99,5 % typiquement pour des particules de diamètre supérieur à 70 micromètres) dans le cyclone (11 ). Ces particules minérales sont alors récupérées dans le réservoir (12), et peuvent être recyclées dans la zone (3) par l'intermédiaire de la ligne 10, typiquement après une étape de filtration, non représentée.
Comme la récupération des particules est quasiment complète dans le cyclone (1 1), il n'y a sensiblement plus de particules minérales érosives en aval du cyclone, ce qui permet de ne pas polluer l'huile de trempe et l'huile de pyrolyse produite. Par contre, la canalisation d'évacuation (5) n'est pas décokée par des particules minérales en aval du cyclone, et a une tendance à l'encrassement et/ou au bouchage progressif, du fait d'un cokage résiduel notable dans le cas des charges lourdes. Aussi, l'on injecte, en continu ou par doses discontinues, de petites quantités de particules de coke provenant des moyens (13) de stockage et d'alimentation, au moyen de la ligne (17) qui débouche dans la zone de transfert (3). De façon coordonnée avec ces injections de coke, on dégrade de façon quasi- totale l'efficacité de séparation du cyclone (11), grâce à un courant gazeux introduit par la ligne (9), qui empêche les particules de coke de tomber dans le réservoir (12).
Ces particules de coke, qui selon l'invention ont été introduites en aval de la zone de craquage (2) pour éviter qu'elles ne soient pulvérisées, ne peuvent donc pas être séparées par le cyclone, et circulent vers l'aval, dans la canalisation d'évacuation (5) jusqu'aux moyens de trempe directe (6). Cette circulation de particules de coke produit un effet de décapage de la canalisation (5) permettant d'éviter son encrassement rapide. Ainsi l'invention réalise le deuxième objectif technique : la limitation de l'encrassement des canalisations aval. Comme les particules de coke sont combustibles, elles ne polluent pas l'huile de trempe.
En variante, l'installation de la figure 1 peut fonctionner en injectant directement les particules de coke dans la canalisation (5), juste en aval du cyclone (1 1 ). On peut également injecter des particules minérales à l'entrée de la zone (2), si les coudes de cette zone sont renforcés, et le faisceau de tubes de pyrolyse adapté aux charges traitées.
On peut également augmenter la durée de cycle du four (durée entre deux décokages chimiques consécutifs de la zone de craquage, à l'air et/ou à la vapeur d'eau), qui n'est plus limitée par l'échangeur de trempe grâce aux moyens de l'invention : il faut pour cela réduire le cokage de la zone de craquage (2). Ceci peut être obtenu en injectant en amont de cette zone de craquage de petites quantités d'additifs chimiques, du groupe précédemment décrit, par exemple un mélange équimolaire de carbonate de sodium et de carbonate de potassium, en solution aqueuse diluée. Ces additifs gazéifient au moins partiellement le coke de la zone (2). Ils sont introduits à partir des moyens de stockage et l'alimentation (15), et introduits par la ligne (19), de préférence sous forme pulvérisée, dans la charge à craquer en sortie de la zone de convection, au cours même du vapocraquage.
L'installation selon les deux variantes des figures 2A et 2B fonctionne de manière différente de celle de la figure 1. On utilise pour ce type d'installation qu'un seul type de particules : des particules de coke, qui sont introduites dans la zone de transfert (3).
Les chambres de séparation (11), selon les deux variantes présentées, ont une efficacité de séparation basse, par exemple de 80 % (contre typiquement plus de 99,5 % pour un cyclone). Dans ce cas, 20 % des particules de coke ne sont pas séparées, et réalisent un décapage de la canalisation aval (5), conformément au second objectif technique de l'invention. La proportion de particules de coke circulant vers l'aval peut être accrue si nécessaire en utilisant le courant gazeux alimenté en (9), pour dégrader la séparation lors de certaines injections de coke.
La quantité de coke circulant vers l'aval la pigs adéquate dépend évidemment du type d'installation (vitesse de circulation dans la canalisation (5) en particulier) et du type de charges craquées. Dans la pratique on adoptera la quantité de particules nécessaires de façon expérimentale, en mesurant la vitesse d'encrassement de la canalisation (5), directement ou par l'intermédiaire de mesures de pertes de charge.
Exemple 1 :
Dans une installation du type de la figure 1 on injecte en discontinu, par exemple toutes les 4 heures, des doses de poudre correspondant en valeur moyenne par rapport aux gaz craqués sur un cycle de vapocraquage à :
- de 100 à 300 ppm (parties par million en poids) de particules de carbure de silicium de diamètre moyen 150 micromètres, introduites dans la zone de transfert (3), et séparées en quasi totalité dans le cyclone (11 ), - de 20 à 80 ppm de particules de coke de diamètre moyen 100 micromètres, introduites dans la zone de transfert (3), et non récupérées dans le cyclone (11) dont on dégrade l'efficacité de séparation par ajout d'un gaz auxiliaire au cours des phases d'injection de coke.
Contrairement aux particules de SiC, les particules de coke circulent donc dans la canalisation (5) jusqu'aux moyens de trempe directe (6), et permettent d'éviter son encrassement rapide.
Exemple 2 :
Dans une installation du type de la figure 2A ou 2B, on injecte en discontinu, à intervalles compris entre 2 et 8 heures :
- 400 ppm de particules de coke de diamètre moyen 100 micromètres, introduites dans la zone de transfert (3). Du fait de l'efficacité de séparation réduite de la chambre (11) utilisée, de 5 à 25 % des particules introduites ne sont pas séparées, et réduisent l'encrassement de la canalisation d'évacuation (5) en aval de la chambre (11 ).
Exemple 3 :
Dans une installation ne comprenant pas de séparateur de particules (11), on injecte dans la zone de transfert (3), en continu ou en discontinu :
- de 20 à 80 ppm de particules de coke de diamètre moyen 100 micromètres (en valeur moyenne par rapport aux gaz craqués, ou en valeur instantanée si l'on injecte ces particules en continu.
Ces particules, non récupérées, décapent le coke de l'échangeur de trempe ainsi que celui de la canalisation aval (5).
Les quantités de particules citées dans les exemples précédents seront avantageusement corrigées à partir de mesures expérimentales, pour chaque installation, en fonction de ses caractéristiques propres et de la nature des charges à craquer. De façon générale, l'installation de l'exemple 1 , la plus complexe, est adaptée à tous types de charges, y compris des charges très lourdes telles que des distillats sous vide.
L'installation de l'exemple 2 est bien adaptée aux charges moyennement cokantes. L'installation de l'exemple 3 est bien adaptée aux charges relativement peu cokantes.
Dans tous les cas, on peut réduire le cokage de la zone de craquage (2) en injectant en amont de cette zone par exemple 50 ppm, en continu pendant le vapocraquage, de composés actifs Na + K d'une solution aqueuse diluée à 95 % d'eau de carbonate de potassium et de carbonate de sodium, ces 50 ppm étant comptés par rapport à la charge d'hydrocarbures.
L'invention n'est pas limitée strictement aux moyens décrits, et l'on pourrait par exemple utiliser d'autres types de séparateurs de faible efficacité que ceux décrits dans les figures 2A et 2B sans sortir du cadre de l'invention.
On pourra également utiliser toutes les techniques connues de l'homme de l'art pour éviter ou limiter le cokage telles que suppression des points froids sur les lignes de gaz craqués, ou balayage à la vapeur des lignes ou piquages sur lignes de gaz craqués lorsque ces lignes ou piquages ne sont pas alimentés par un courant gazeux.
L'invention permet de réduire les problèmes de cokage et de rendre flexible les installations de vapocraquage existantes, à coût d'investissement modéré.

Claims

REVENDICATIONS
1 - Procédé de vapocraquage de charges hydrocarbonées dans une installation de vapocraquage comportant au moins un four de vapocraquage qui comprend au moins une zone de craquage (2) à tubes de pyrolyse, reliée par une zone de transfert (3) à des moyens (4) de trempe indirecte des effluents de la zone de craquage (2), et des moyens aval (6) de trempe directe des effluents refroidis reliés en amont aux moyens (4) de trempe indirecte par au moins une canalisation (5) d'évacuation de gaz craqués, le procédé comprenant l'injection de particules solides érosives pour éliminer une partie au moins des dépôts carbonés situés sur les parois internes de l'installation, la zone de craquage restant en communication avec les moyens aval (6) pendant les phases d'injection de particules, le procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend au cours d'un cycle de vapocraquage :
a - L'injection de particules solides érosives de diamètre moyen compris entre 0.02 et 4 mm, en au moins un point situé en amont des moyens (4) de trempe indirecte, en quantité suffisante pour limiter l'augmentation de la température des effluents desdits moyens (4) de trempe indirecte à une valeur inférieure à 100°C par mois, et de préférence à 50°C par mois.
b - L'injection de particules de coke de diamètre moyen compris entre 0,03 et 1 mm, en au moins un point situé en aval de la zone de craquage (2), une partie au moins des particules de coke circulant dans la canalisation d'évacuation (5) jusqu'aux moyens aval (6) de trempe directe, pour limiter l'encrassement de ia canalisation d'évacuation.
2 - Procédé selon la revendication 1 , dans lequel les particules de coke circulant dans ladite canalisation d'évacuation (5) de gaz craqués sont injectées dans ladite zone de transfert (3). 3 - Procédé selon la revendication 1 , dans lequel les particules de coke circulant dans la canalisation d'évacuation (5) sont injectées en aval des moyens de trempe indirecte (4).
4 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel le coke des particules injectées a subi au cours de son processus de fabrication une calcination à une température supérieure ou égale à environ 800°C.
5 - Procédé selon l'une des revendications 1 , 2 et 4, dans lequel la totalité des particules injectées sont des particules de coke injectées dans la zone de transfert (3).
6 - Procédé selon la revendication 5, dans lequel une partie au moins des particules de coke injectées est séparée des gaz craqués dans un séparateur gaz/solides situé en aval des moyens de trempe indirecte (4), ledit séparateur ayant une efficacité de séparation inférieure à 95 %.
7 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 6 dans lequel les gaz craqués traversent en aval des moyens de trempe indirecte (4) un séparateur gaz/solide, par exemple un cyclone, dont on dégrade temporairement l'efficacité de séparation au moyen d'un courant gazeux auxiliaire, pendant une partie au moins des phases d'injection de particules de coke, pour permettre la circulation de particules de coke en aval, jusqu'aux moyens de trempe directe (6).
8 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel on augmente le débit voiumique de gaz craqués de 10 à 50 % pendant les phases d'injection de particules de coke.
9 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel on ajuste la quantité de particules injectées en amont des moyens de trempe indirecte (4) pour sensiblement stabiliser la température des effluents de ces moyens de trempe indirecte.
10 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, dans lequel la quantité moyenne de particules de coke circulant jusqu'aux moyens de trempe directe (6) est comprise entre 10 et 250 ppm en poids par rapport aux gaz craqués, au cours d'un cycle de vapocraquage. 11 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 10, dans lequel la totalité des particules injectées est constituée de particules de coke, introduites dans la zone de transfert (3), et qui circulent dans les moyens de trempe indirecte (4), puis dans la canalisation d'évacuation (5), la totalité de ces particules circulant jusqu'aux moyens de trempe directe (6).
12 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 11 , dans lequel on effectue une élimination chimique d'une partie au moins du coke déposé dans la zone de craquage (2), en injectant en amont de ladite zone des sels minéraux d'éléments du groupe du potassium, du sodium, du lithium, du baryum, du calcium et du strontium, choisis parmi les sels minéraux actifs pour catalyser la gazéification du coke par la vapeur d'eau.
13 - Installation de vapocraquage pour la réalisation du procédé selon l'une des revendications 1 à 12, comportant au moins un four de vapocraquage, qui comprend au moins une zone de craquage (2) à tubes de pyrolyse, refiée par une zone de transfert (3) à des moyens (4) de trempe indirecte des effluents de cette zone de craquage, et des moyens aval (6) de trempe directe des effluents refroidis, reliés en amont aux moyens (4) de trempe indirecte par au moins une canalisation (5) d'évacuation de gaz craqués, ladite installation comprenant également des moyens d'injection de particules solides érosives pour une élimination au moins partielle de dépôts carbonés, l'installation étant caractérisée en ce qu'elle comprend :
a - des moyens de mesure de la température T des effluents des moyens (4) de trempe indirecte, et des moyens d'injection en amont des moyens de trempe indirecte, de particules solides érosives de diamètre moyen compris entre 0,02 et 4 mm, en quantité suffisante pour limiter l'augmentation de la température T à une valeur inférieure à 100°C par mois et de préférence à 50°C par mois.
b - des moyens de mise en circulation de particules de coke de diamètre moyen compris entre 0,03 et 1 mm, dans la canalisation (5) d'évacuation de gaz craqués et jusqu'aux moyens (6) de trempe directe, pour une limitation de l'encrassement de la canalisation, raccordés à l'installation en aval de ladite zone de craquage (2). 14 - Installation selon la revendication 13, dans laquelle les moyens de mise en circulation de particules de coke comprennent des moyens d'injection desdites particules dans la zone de transfert (3).
15 - Installation selon l'une des revendications 13 et 14 comprenant un séparateur gaz/solides, pour l'élimination des particules solides contenues dans les gaz craqués refroidis issus des moyens de trempe indirecte (4), le séparateur étant relié en aval aux moyens de trempe directe (6), l'installation comprenant également des moyens d'introduction temporaire dans ledit séparateur d'un courant gazeux auxiliaire susceptible de réduire notablement son efficacité de séparation, pour favoriser la circulation de particules de coke vers les moyens aval de trempe directe.
16 - Installation selon l'une des revendications 13 à 15, dans laquelle la conduite d'évacuation (5) comprend une vanne d'isolement, dite vanne de sortie four (VF), caractérisée en ce que la canalisation d'évacuation comporte, entre la sortie des moyens de trempe indirecte (4) et la vanne de sortie four (VF), un changement de direction brusque, du type à déviation simple d'un angle compris entre 30 et 180°, pour l'évacuation de la plus grande partie au moins des effluents de vapocraquage, une chambre de récupération de particules (11) située au niveau du changement brusque, ou en aval, reliée par un rétrécissement à un réservoir (12) de réception des particules récupérées et des moyens de maintien du réservoir (12) sous atmosphère incondensable aux conditions du réservoir.
PCT/FR1995/001719 1994-12-26 1995-12-22 Procede et installation de vapocraquage flexible avec limitation du cokage des lignes de transfert de gaz craques WO1996020257A1 (fr)

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FR2645874A1 (fr) * 1989-04-14 1990-10-19 Procedes Petroliers Petrochim Procede de decokage d'une installation de vapocraquage d'hydrocarbures
WO1990012851A1 (fr) * 1989-04-14 1990-11-01 Procedes Petroliers Et Petrochimiques Procede et appareillage pour le decokage d'une installation de vapocraquage

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