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WO1996020258A1 - Procede et installation de vapocraquage a injection, recuperation et recyclage de particules erosives - Google Patents

Procede et installation de vapocraquage a injection, recuperation et recyclage de particules erosives Download PDF

Info

Publication number
WO1996020258A1
WO1996020258A1 PCT/FR1995/001720 FR9501720W WO9620258A1 WO 1996020258 A1 WO1996020258 A1 WO 1996020258A1 FR 9501720 W FR9501720 W FR 9501720W WO 9620258 A1 WO9620258 A1 WO 9620258A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
powders
installation
gas
transfer
screen
Prior art date
Application number
PCT/FR1995/001720
Other languages
English (en)
Inventor
Eric Lenglet
Paul Broutin
Jean-Pierre Burzynski
Hervé CAZOR
Roland Huin
Original Assignee
Institut Français Du Petrole
Procedes Petroliers Et Petrochimiques
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institut Français Du Petrole, Procedes Petroliers Et Petrochimiques filed Critical Institut Français Du Petrole
Publication of WO1996020258A1 publication Critical patent/WO1996020258A1/fr

Links

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
    • C10G9/14—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 steam cracking process is the basic process of petrochemicals. It consists in thermally cracking a mixture of hydrocarbons and steam at high temperatures of the order of 800 to 850 ⁇ C, then quenching the effluents in a quench exchanger generally designated by TLX or TL ⁇ (Transfer Une Exchanger "), then split the cooled effluents.
  • the problem ope main tory of the method resides in the ae coke deposit ⁇ ans cracking tubes and those of the transfer line exchanger.
  • the particles are injected "in-line", that is to say either during normal operation of the steam cracking process (preferred operation ⁇ or during phases where one interrupts temporarily and briefly, the hydrocarbon feed, ovens then being swept by the steam of water alone and remaining connected to the downstream processing sections ⁇ es effiuents.
  • one cup r e ry the injected particles, because if p aration gas / soii ⁇ e (e.g. a cyclone) downstream of the exchangers tremoe. so as not to pollute the downstream sections.
  • p aration gas / soii ⁇ e e.g. a cyclone
  • the spent catalyst powders are recovered under pressure (operating pressure of the reactor), and these powders are transferred to a regeneration zone (combustion of the coke), which is itself under pressure, close to that of the reactor, before transferring the regenerated catalyst back to the reactor (in a fluidized bed, "moving bed", or by bucket elevations in the first versions of the TCC)
  • the particles fall by gravity into a filter placed below the recovery cyclone and join an airlock, to allow their recycling by means of a current of steam.
  • the installation uses a filter directly receiving the powder collected in the cyclone, typically at a temperature of 400 to
  • the object of the invention is to solve this technical problem, not with a new filtration method, difficult to make reliable, but thanks to a new conception of the process, and of the corresponding installation, making it possible to carry out the operation of filtration that is both simple, economical and reliable, easy to maintain, and with existing equipment.
  • the invention proposes a process for steam cracking of hydrocarbons in an installation comprising at least one steam cracking oven, comprising at least one cracking zone with pyrolysis tubes connected downstream to a quenching exchanger for the effluents of this zone. for their sudden cooling, the process comprising the injection of powders containing erosive solid particles, upstream of the quench exchanger for the on-line elimination of at least part of the coke deposited in this exchanger, also comprising the separation, by primary separation means effluent / solid gases, of at least part of the injected powders and the recovery and recycling of at least part of the separated powders, the process being characterized in that:
  • a step D is carried out, discontinuously, of depressurization of the powders recovered up to substantially atmospheric pressure
  • a step T is carried out, beforehand, simultaneously, or after step D, of pneumatic transfer of these powders in a transfer pipe, the powders being conveyed by an inert, non-coking transport gas, and from point of atmospheric dew below 1 10 ° C, the temperature of the transport gas at its supply point being lower than the temperature of the effluent leaving the exchanger, • a step is carried out after the pneumatic transfer step so-called secondary separation of the transport gas and the powders conveyed by said gas,
  • the transport gas used for the circulation of the powders recovered in the transfer pipe can be steam, at a temperature below for example 200 ° C., or preferably fuel gas (produced by the steam cracker, or external) such as methane or a methane / hydrogen mixture. Nitrogen can also be used. When using fuel gas or nitrogen as the transport gas, it will also be preferable to use a supply of this gas at a temperature below 250 ° C, or even below 200 ° C; it is also possible in this case to use a transport gas at a temperature below 150 ° C and even a cold gas at room temperature.
  • This gas has a main role in pneumatic transport of the particles, in dense or diluted phase, for example at a gas speed of between 2 and 60 m / s and preferably 5 to 50 m / s, for example in the diluted phase at a speed of 20 to 35 m / s, according to techniques well known to those skilled in the art; these techniques generally use pressurization of the shipping container, isolated from upstream, and / or downstream, then the pneumatic evacuation of the powder in a controlled flow of transport gas (for example by means of a ve ⁇ turi ).
  • the powder can also be extracted from the shipping container by a screw, a lock or other known components.
  • This transport gas also has two other functions, which contribute to the cooling of the transported powder: by simple mixing, it allows a first cooling of this powder, since it is at a temperature lower by at least 50 ° C., in particular d 'at least 100 ° C, and even preferably at least 150 ° C relative to the temperature of the effluent of the TLE (powder arrival temperature).
  • the pneumatic transport of particles whether in dense or diluted phase, accelerates heat exchange with the wall of the transfer duct (in particular with respect to a fall of particles in a gravity flow); indeed, the turbulent gas / particle flow achieves an efficient particle / wall heat transfer via the gas.
  • this step T of pneumatic transfer of the recovered powders achieves a second effective cooling of the powders, the wall of the transfer duct forming exchanger.
  • the temperature of this conduit, over a length of at least several meters is lower by at least 50 ° C, in particular by at least 100 ° C, and preferably by at least 150 ° C by relative to the temperature of the effluent from the TLE (powder arrival temperature).
  • the powder can be cooled to a level such that the subsequent sieving operation of the powder, to remove large fragments, for example greater than 3 or 4 mm, can be carried out at an operating temperature relatively low, less than about 250 ° C, and preferably 180 ° C, for example between 40 and 150 ° C.
  • This low temperature and the use of atmospheric pressure then makes it possible to use existing vibrating screens (or vibrating screens), perfectly reliable, the arrival of powder and the outlets of sieved powders on the one hand, and fragments of other part, which can be connected to the vibrating screen by conventional flexible cuffs (for example rubber).
  • the invention therefore makes it possible, thanks to a significant modification of the recycling process, to solve in a completely reliable manner the problem of filtration (or indifferently screening, or sieving) consisting in eliminating the large solid fragments present in the recovered powder.
  • Screening can be carried out with existing materials, which are very common and therefore economical.
  • simple maintenance can be carried out, the screen being at atmospheric pressure, low temperature, and under nitrogen. This easy maintenance therefore makes the process more reliable, insofar as possible clogging problems can be resolved in a very short time, which is not detrimental to the continuity of the steam cracking.
  • the pneumatic transfer stage T is carried out using a transport gas with a very low condensation point at atmospheric pressure: less than 110 ° C., but very generally at ambient temperature, according to the preferred version of the process where uses nitrogen or a light aliphatic hydrocarbon gas (H2 / C 1 / C2 / C3 / C4) and in particular fuel gas Ci or C1 / H2;
  • this pneumatic transport by a gas under conditions far from its condensation point dry gas, noncondensable at room temperature, or overheated
  • the drying of the powders and elimination of traces of liquid that may be present on the recovered powder humidity, or pyrolysis essence entrained with the powder at the time of its recovery during its gravity fall in the receiving container located below the cyclone (or gas separator / solid).
  • This drying of the powder in a circulating bed is a new essential element making the operation of the screen more reliable and preventing it from clogging.
  • the particles of the transport gas are separated, at the downstream end of the transfer duct, in at least one cyclone (or a gas / particle separator, called a secondary separator, in contrast to the primary separator having separated the powders from the cracked gases), to recover the dry particles and eliminate the vapors, that is to say the traces of liquid evaporated in the transport gas, before the screening operation.
  • a cyclone or a gas / particle separator, called a secondary separator, in contrast to the primary separator having separated the powders from the cracked gases
  • this separation is typically made for this separation to be carried out at a temperature of between approximately 40 and 180 ° C., and preferably between 80 and 160 ° C., this temperature being at least higher 25 ° C at the dew point of the transport gas at the pressure of the secondary separator; this can possibly be achieved by heating the transfer duct just before the cyclone.
  • the powders, separated in the secondary separator at this temperature at the end of step T are then dry, and can be sent to the screening step.
  • the steam cracking installation comprises a plurality of quench exchangers equipped with the erosive decoking process, and a plurality of effluent gas / primary solid separators and of collected powder collection points; in this case, according to a characteristic arrangement of the invention, at least part of the powders, recovered at several collection points, is transferred to a single point using the transfer conduits, during step T of the method, according to the 'invention.
  • these 10 collection points being divided into two groups of 5 points, the 5 points of a group being connected by their pneumatic transfer conduits to a secondary separator and a treatment module comprising a vibrating screen; such an installation therefore comprises 20 TLEs, 10 primary separators,
  • Step T characteristic according to the invention, has in this case a triple function - cooling of powders (in circulating bed)
  • This method according to the invention has considerable advantages compared to the previously described method where the powders were conveyed by a large flow of cracked gases, towards a single point and a common module, by directing the effluent from the different TLEs, sequentially towards the module common, during particle injections, thanks to large diameter valves since they are crossed by the total flow of cracked gases from a TLE; the advantages are:
  • the method according to the invention is therefore both much more reliable, easy to operate, and economical from the investment point of view.
  • the pneumatic transfer stage T and the secondary separation stage are carried out prior to the depressurization stage.
  • the secondary separator can be in direct communication (that is to say without depressurization valve) with a discharge line of cooled cracked gases, to allow the evacuation of the transport gas, downstream the secondary separator, mixed with the cooled cracked gases circulating in this line; so we carry out the transfer of the powders recovered in the different cans of reception, under pressure, to a single point (the secondary separator).
  • There is therefore only one depressurization system downstream for example an airlock comprising at least two controlled valves, for depressurizing the powders to atmospheric pressure.
  • the atmospheric pressure zone typically comprising the vibrating screen
  • the atmospheric pressure zone will be connected directly inside the enclosure of a furnace, or to a chimney (zones at atmospheric pressure, but confined, the gaseous discharges being emitted on top of a chimney), rather than directly in the open air.
  • the powders are injected upstream of the cracking zone, in order to carry out a preponderant decoking of both the cracking zone and quench exchanger.
  • a large portion of powders is injected, and more particularly 70% by weight at least during a steam cracking cycle, into the transfer zone, located between the outlet of the cracking zone, that is to say conventionally at the level of the exit from the oven enclosure (radiation zone), and the entry into the quench exchanger, the inlet cone of this exchanger forming part of this transfer area.
  • This second variant of the process is advantageously used to make flexible an oven intended for cracking light loads (naphtha, liquefied petroleum gases), and also to treat, under variable conditions, condensates, diesel, heavy distillates. or under vacuum; unlike the first variant, it does not allow a substantially continuous steam cracking requiring the injection upstream of the cracking zone of large quantities of erosive powders, for example several thousand ppm of angular mineral powders, relative to the gases cracked, but allows to strongly limit the fouling of the quench exchanger, whatever the loads treated, without technological risks for the installation and without modifying it in an expensive way (without strengthening the elbows of the cracking zone ).
  • This second variant requires much lower quantities of powders, injected for the most part or even entirely in an area where the tubes of the quench exchanger, which do not include bends, are at relatively low temperature (350 ° C approximately), and where the gas circulation speed is relatively low, typically less than 120 m / s.
  • the control of the process is very easy to implement: it consists in injecting a sufficient quantity of powder, generally by discontinuous injections at intervals between 0.3 and 72 hours, in particular between 1 and 30 hours, to limit the increase in the outlet temperature of the quench exchanger to an acceptable value for the industrial operation of the installation: 100 ° C per month, or preferably 30 ° C per month, or even to substantially stabilize this temperature.
  • the particles which can be used according to the invention comprise particles of average diameter (diameter at point 50% by weight) of between 0.02 and 4 mm and preferably between 0.07 and 0.8 mm, preferably comprising at least 20% by weight angular particles, which can be chosen from, in particular, coke, calcined at high temperature, silicon carbide, simple or mixed oxides of silicon, aluminum and zirconium. Other particles (angular metal, crushed ores, sand, spent FCC fluid cracking catalyst) can also be used.
  • the decoking of the pyrolysis tubes of the cracking zone can be done, in a conventional manner, by decoking in air or by an air / water vapor mixture, or with water vapor alone, optionally with the addition of hydrogen.
  • This decoking, chemical, by gasification of coke, accelerated with respect to the (limited) gasification occurring during the steam cracking itself, can also be strongly accelerated by injecting chemical compounds which are catalysts for the gasification of coke by vapor of water, upstream of the cracking zone.
  • These gasification catalyst compounds comprise at least one mineral salt of at least one element from the group of sodium, potassium, lithium and barium, active for the gasification of coke.
  • an equimolar mixture of potassium carbonate and sodium carbonate or an equimolar mixture of sodium acetate, potassium acetate, lithium acetate and barium acetate, are effective for decoking or limiting the coking of the cracking zone.
  • aqueous solution preferably diluted with at least 90% water and preferably 95 99.9% water; this solution is preferably atomized, or sprayed very finely into the charge of hydrocarbons and water vapor downstream from the dry point, for example at the outlet of the convection zone, at a level where the charge is at a temperature of around 500 to 650 ° C.
  • a steam cracking installation is also proposed, making it possible to implement the method according to the invention, comprising at least one steam cracking oven, comprising at least one cracking zone with pyrolysis tubes connected downstream via a zone for transferring cracked gases to at least one quench exchanger for these cracked gases, and comprising means for injecting upstream of the quench exchanger, powders containing erosive particles, also comprising primary separation means for cracked gases / solids, downstream of the quench exchanger, for the recovery, in at least one receiving container, of at least part of the injected particles, characterized in that the installation comprises means for pneumatically transferring the powders recovered in the receiving can adapted to cool the powders, comprising in particular a supply of a non-coka ⁇ t transport gas, with an atmospheric dew point below 1 10 ° C, the pneumatic transfer means also comprising a transfer pipe connected upstream to the receiving container and downstream to a secondary gas / solid separator, comprising a powder outlet connected downstream to a screen operating substantially at atmospheric pressure and under an essentially
  • the screen is of the vibrating screen type, with a maximum operating temperature below 250 ° C., and in particular at 180 ° C.
  • this screen has an operating temperature below 150 ° C., and comprises flexible cuffs, for example made of elastomer or reinforced elastomer, for its connection to the inlet and outlet of the powders, passing through the screen before being at least partially recycled, and also at the exit of "refusals", or large fragments, which are eliminated.
  • flexible cuffs for example made of elastomer or reinforced elastomer
  • centrifugal screen (frequently called a centrifugal screen), chosen from existing conventional materials, thanks to the specific operating conditions according to the invention, a vibrating screen (or vibrating screen) being however preferred.
  • the mesh size of the screen will preferably be between 2 and 6 mm and greater than the maximum dimension of the "new" particles.
  • An installation is also proposed such that at least part of the powder recycling means are connected and directly connected to the cracked gas transfer zone, for the injection into this transfer zone of at least 70% by weight of the injected powders. upstream of the quench exchanger during a steam cracking cycle; this installation is particularly suitable for flexible cracking of various loads.
  • the powders are preferably injected into the inlet cone of the quench exchanger, and in particular at one or more points of this cone where the passage section offered to the cracked gases (effiuents from the cracking zone) is increased d 'at least 25%, and for example 40 to 400% relative to the passage section of these cracked gases in the terminal part of the transfer duct.
  • the powders are therefore injected at a point where the speed of the cracked gases is already greatly reduced, which reduces or eliminates the risks of erosion of the tube plate; more we will inject preferably new and recycled powders conveyed by a gas such as nitrogen, fuel gas or water vapor, at a gas speed of between 5 and 50 m / s, just upstream of a playing impactor also a role of diffuser of these particles, to better distribute them in the different tubes of the quench exchanger.
  • a gas such as nitrogen, fuel gas or water vapor
  • the quantity of powder required for limiting the fouling of the quench exchanger can be reduced, if necessary, by increasing the gas circulation speed at the time of the injections, for example by increasing the volume flow rate of cracked gases by 10 at 50%; this speed can also be increased permanently, by closing off some of the tubes of the quench exchanger, for example from 4 to 25% of the tubes.
  • an installation comprising means for metering and injecting mineral salts catalysts for the gasification of coke, these means being connected upstream of the cracking zone; these means such as a storage tank, a metering pump, for example for injecting mineral salts comprising at least one salt of an element from the group of sodium, potassium, lithium and barium, active as a catalyst gasification of coke by steam.
  • An installation comprising a plurality of quench exchangers (TLE), a plurality of primary gas / solid separators, for the recovery of powders in a plurality of receiving cans arranged at a plurality of collection points, characterized in that that it comprises a plurality of pipes for the pneumatic transfer of the powders recovered in the said receiving containers, by means of said non-coking transport gas, each of these transfer pipes being connected upstream to one of the receiving containers and downstream to the same secondary separator, the outlet of the powders of which is connected to the screen.
  • TLE quench exchangers
  • TLE quench exchangers
  • This installation is particularly economical, in comparison with the installation described in the prior art, where the powders are conveyed by cracked gases at high temperature, by means of large-diameter valves, very expensive, and the elimination system of which large fragments are placed in a high temperature pressure area, excluding the use of conventional equipment.
  • the reliability of the installation according to the invention is also higher, due to the implementation of a reliable system for removing large fragments, as well as drying of the powders by the transport gas, beforehand. at the screening stage.
  • FIG. 1 schematically illustrates an embodiment of a steam cracking installation according to the invention
  • FIG. 2 shows schematically and in a simplified way, part of a steam cracking installation according to the invention, comprising a plurality of primary separators and containers for receiving the recovered powders, a single secondary separator and a single vibrating screen.
  • FIG. 1 where a part of a steam cracking oven (1) has been represented comprising a cracking zone (2) with pyrolysis tubes, located in the radiation zone of the oven, connected downstream to a quench exchanger (4), or (TLE), via a zone (3) for transferring cracked gases, this zone comprising the inlet cone of the TLE, which contains an impactor-diffuser (24) located just downstream of at least one point of introduction of powders by a line (25).
  • a part of a steam cracking oven (1) has been represented comprising a cracking zone (2) with pyrolysis tubes, located in the radiation zone of the oven, connected downstream to a quench exchanger (4), or (TLE), via a zone (3) for transferring cracked gases, this zone comprising the inlet cone of the TLE, which contains an impactor-diffuser (24) located just downstream of at least one point of introduction of powders by a line (25).
  • This impactor-diffuser consists of two rows of surfaces, offset relative to each other, so that it is substantially opaque, seen from the entry of cracked gases into the cone, while being permeable to gas.
  • temperature measurement means (27) make it possible to know the temperature of the cooled cracked gases circulating in a discharge line (15), which indirectly makes it possible to know the degree of fouling of the TLE by coke.
  • the cracked gases pass through a primary cracked / solid gas separator (5), constituted by a cyclone, which makes it possible to recover almost all of the solid particles in a receiving container (6).
  • This container contains a grid (32) with a large mesh passage, for example 20 mm, making it possible to stop any large pieces of coke which could hinder the pneumatic transfer downstream of the powders. These large pieces being very rare, this grid can operate for long periods without maintenance.
  • a supply of nitrogen (9) under pressure, or of another non-coking gas with an atmospheric dew point, ie of initial condensation temperature at the pressure of 1 atmosphere below 110 ° C., such as fuel gas (methane or methane / hydrogen), or water vapor introduced at about 200 ° C, allows to inject such a gas, called “incondensable” to simplify, in the receiving container (6); this allows this balloon to be placed under an incondensable gas atmosphere, to introduce an incondensable barrier gas, by a line (10), to avoid the presence of cracked gases in the can (6), to stripping the powders recovered in making them pass through a stream of incondensable gas, introduced by a line (33), and evacuating them by a stream of transport gas, introduced by a line (1 1).
  • This gas can also be used to pressurize the container (6), by a line (34), at the time of the pneumatic evacuation of the powders.
  • the container (6) can be isolated upstream side by a valve (7) and downstream side by a valve (8). These valves (7) and (8), controlled, make it possible, with the container (6), to form a pneumatic airlock, to empty the container, and discharge the powder only by pneumatic means, that is to say without screws, lock or other mechanical extractor.
  • the powder contained in the container (6) When the powder contained in the container (6) is pneumatically emptied, it is evacuated by a transfer pipe (12), conveyed by the non-coking "noncondensable" transport gas, over a length of several meters and preferably between 5 and 150 m, for example between 10 and 60 meters, to carry out step T of the process.
  • the mixture of powder and transport gas is separated in a secondary separator (13), preferably a cyclone.
  • the transport gas leaving the secondary separator, and which comprises the "incondensable" gas, possibly supplemented with hydrocarbon vapors, for example traces of pyrolysis gasoline, evaporated, originating from the powder joins the general evacuation line cracked gas cooled (15) by a line (14).
  • This airlock performs step D of the process (depressurization to the atmosphere), and comprises a valve (18) for depressurization, connected to the atmosphere, preferably inside the enclosure of one of the steam cracking furnaces. , or to a fireplace.
  • This airlock also includes means (16) for introducing sweeping nitrogen, making it possible to put the powders under a nitrogen atmosphere before their depressurization. This nitrogen sweep could possibly be suppressed when the transport gas supplied with (9) is already nitrogen.
  • the depressurization airlock also includes means (35) for removing used powders.
  • Means (36) for introducing new powders, to compensate for the consumption and loss of used powders, can be connected to the container (17), or to another place in the installation, for example just upstream of the secondary separator ( 13).
  • the powder After depressurization, downstream of the airlock consisting of the container (17) and its isolation valves, the powder falls into a vibrating screen (19), of the conventional type, with flexible sleeves allowing connections with the inlet and the outlet of powders and fragments compatible with the vibrations of the device.
  • the screen (1 9) is connected to the atmosphere directly (without depressurization valve) by a line (23).
  • the mesh size of the screen for a conventional powder with a particle size between 70 and 800 microns, can typically be 3, or 4 millimeters, making it possible to eliminate all "rejects", larger than this mesh size, which are collected in a container (22).
  • This container which can also be isolated by controlled valves 20a and 20b, upstream and downstream, is the airlock for shipping the powder to recycle it in the installation.
  • the pneumatic transfer of the powders from the shipping container (20) is also advantageously carried out by means of a "noncondensable" gas, supplied with (21) such as fuel gas or nitrogen.
  • a noncondensable gas supplied with (21) such as fuel gas or nitrogen.
  • Water vapor is also a possible transport gas, but presents constraints for maintaining the temperature of the lines, to avoid any condensation of water liable, with the powders, to block these lines.
  • the preferred transport gases both for the pneumatic transport of step T and for the pneumatic transport of the powders for recycling, from the canister (20), are gases noncondensable at room temperature, more specifically nitrogen or fuel gas. Then, the powder transport lines are advantageously unheated and not insulated.
  • the recycled powders, circulating in the line (25), in dense phase or in diluted phase, are generally reinjected into the inlet cone of the quench exchanger, for example at 4 points, by means of injectors whose diameter internal can typically vary from 10 to 35 mm, for example from 10 to 20 mm, without risk of clogging, thanks to the elimination of large fragments in the vibrating screen (or sieve) (19). If the load of the installation is well known, and relatively constant, and the coil (2) of pyrolysis tubes is adapted to this load, the powders can be reinjected not by the line
  • the load of the installation is variable, at least 70% of the particles are injected via the line (25), or even 100%, the quantity injected for the line (26) being less than 200 ppm compared to cracked gases (average value over a steam cracking cycle), and preferably less than 100 ppm.
  • the installation also includes means (28) for injecting anti-coking chemical compounds, and more particularly mineral salts which are catalysts for gasification of coke by water vapor. These compounds are injected upstream of the cracking zone (2), during the steam cracking operation, to limit or cancel the coking speed, and / or during decoking phases with steam alone, to accelerate this decoking. .
  • the installation also obviously includes means (30) for supplying hydrocarbons (charge to be cracked) and (29) for supplying dilution water vapor.
  • the assembly (31), contained in the drawn rectangle, and constituted by the secondary separator (13), the can (17) for the depressurization of the powders, the vibrating screen (19), and the re-shipment airlock (20), as well as all the power supplies and related materials, is a powder processing module.
  • This processing module can be arranged differently without departing from the scope of the invention, and may possibly include other functions (for example weighing the recovered powders, and / or removing very fine particles, before recycling, by sieving , elutriation, or other means).
  • FIG. 2 there is shown schematically and simplified, two quench exchangers (4) belonging to the same oven (1) or to two different ovens, equipped with powder injectors in accordance with method according to the invention.
  • the powders, injected into the two TLEs, are separated in two primary cyclonic separators (5), and recovered in two collection points, different and distant, constituted by the two receiving drums (6).
  • Two sources (9) of "incondensable" transport gas make it possible to evacuate, respectively, the powders contained in the cans (6).
  • This installation also includes two lines (25), common along part of their length, for recycling the powders upstream of the two TLEs, and two lines for discharging cooled cracked gases (15).
  • This installation therefore includes a number of devices of the installation of Figure 1, duplicated.
  • This installation typically contains a single module
  • the installation according to FIG. 1 operates as follows: according to a preferred version of the process, the installation makes it possible to carry out steam cracking of various charges, ranging from ethane to atmospheric diesel. Some of these charges very quickly foul the quench exchanger and make the installation inoperable without frequent removal of the coke from the quench exchanger.
  • powder is injected into the inlet cone of the quenching exchanger by means of the shipping container (20), and its valves (20a) and (20b) upstream and downstream, forming pneumatic shipping lock.
  • the powders are conveyed by a stream of nitrogen, fed at (21), and circulate in the line (25), before being introduced into the inlet cone of the quench exchanger (4).
  • the powder, brought by the line (25) is then transported by the cracked gases, circulates in the exchanger (4) then in the line (15) downstream of the exchanger, and is separated in the primary cyclone (5) ; it then falls into the receiving container (6), the valve (7) being open during the injection of powders into the exchanger, while the valve (8) is closed.
  • the powder is then stripped, to obtain at least partial drying, by a controlled injection of nitrogen by the line (33), coming from the feed (9).
  • Another controlled flow of barrier nitrogen, introduced into the line (10) opposes the arrival of cracked gases in the can (6), which is therefore kept under an incondensable atmosphere.
  • the valve (7) is closed, and simultaneously the nitrogen circulation in the lines (10) and (34) is interrupted.
  • the powder is therefore trapped in the balloon (6), isolated from upstream and downstream.
  • We can then perform the pneumatic transfer step T of this powder by pressurizing the container (6), with nitrogen introduced through the line (33), and by opening the valve (8), with the introduction of gas. transport (nitrogen) flow controlled by line (11).
  • the container (6) then empties pneumatically, the powder being transferred in the phase diluted by nitrogen. transport in the transfer line (12) long at least several meters, for example 25 meters.
  • the powder is separated from the transport gas in the secondary cyclone (13), and falls into the container (17), the valve 17a being open during step T, after having optionally swept the container (17) with an additional current d nitrogen introduced through line (16), the valve 17a is closed.
  • the powder dose which has been dried and cooled by its circulation in the pipe (12), is therefore dry, at a typical temperature of 120 ° C., for example, in the can (17).
  • the valve (18) is then opened, for placing the container (17) in communication with the atmosphere, in order to carry out step D of depressurization of the powder to substantially atmospheric pressure; in fact, before this depressurization phase, the container (17), like the cyclone (13), is in direct communication with the line (15) for discharging the cooled cracked gases, which is under a pressure typically close to 1. 7 bar absolute.
  • valve 17b is opened immediately downstream of the container (17), so that the powder falls, by gravity, into the vibrating screen (19). Large fragments, greater than 3 mm, are discharged into the container (22) while the powder, without large fragments, falls into the container (20); the powder has therefore returned to its starting point and can be recycled, by pressurizing the can
  • this spent powder is eliminated by the line (35), when it arrives in the can (17) and it is introduced by the line (36), a dose of new powder, for example 30 kg of new powder.
  • this powder can be angular silicon carbide, with a particle size between 70 and 250 micrometers, with an average diameter of 150 micrometers. It is also possible to use corundum, ground coke, or other powders, mineral, metallic, preferably partially angular.
  • a small amount of injected is injected, by the means (28) comprising a reservoir for storing coke gasification catalysts chemicals and a metering pump.
  • these products preferably in a highly dilute aqueous solution, for example 96% water, atomized in the steam cracking charge vaporized and preheated to 550 ° C., for example, in the convection zone of the oven.
  • An equimolar mixture of sodium carbonate and potassium carbonate can in particular be used.
  • FIG. 2 works exactly in the same way as that of FIG. 1, the dose of powder circulating either in the quench exchanger presented on the left part of the figure or in that presented on the right part.
  • Orientation valves located on the lines (25) allow direct the powders towards the part of the installation where the heat exchanger is the most dirty.
  • Comparative Example 1 A steam cracking installation with powder injection (for example silicon carbide), comprises 20 quench exchangers (TLE), and a single module for processing and recycling these powders.
  • powder injection for example silicon carbide
  • TLE quench exchangers
  • this module operates under pressure (for example 1.7 bar absolute), and in a water vapor atmosphere.
  • the injected powders are conveyed to the common module for treatment by the effluent cracked gases from each of the TLEs, oriented successively towards this common module by means of sets of orientation valves.
  • This installation therefore comprises, for each TLE, two large diameter valves (typically 300 mm), to direct the effluent either to the downstream sections for the treatment and fractionation of cracked gases, or to the common module for recovery and treatment of powders when 'we inject particles into this TLE.
  • two large diameter valves typically 300 mm
  • This installation includes, before recycling the powders, a static grid (for example with a mesh diameter close to 5 mm) to remove large fragments.
  • a static grid for example with a mesh diameter close to 5 mm
  • This installation not in accordance with the invention, has very limited reliability, because of the risks of clogging of the static grid, and of the fact that the powders, conveyed towards the common module by cracked gases, are not dried, and can therefore sometimes contain traces of liquid, and be sticky. Access for maintenance of the grid is relatively difficult and requires a long time, due to the pressure and the operating temperature of this grid (close to 400 ° C.).
  • Example 2 The same steam cracking installation is fitted in accordance with the invention. For example, 20 primary cyclones (5) and receiving drums (6) are installed, connected by 20 transfer pipes (12) to a single module (31) comprising a single secondary separator and a single vibrating screen (19), operating at atmospheric pressure, under nitrogen.
  • the screening operation can be carried out with great reliability, by reducing the mesh size to 3 mm, thanks to the standard vibrating screen, whose flexible cuffs are compatible with the operating conditions (moderate temperature, atmospheric pressure).
  • the operating conditions moderate temperature, atmospheric pressure.
  • access to the screen is very easy and can be achieved in a very short time.
  • cyclones (5) and canisters (6) are less expensive than large-diameter controlled valves, compatible with a powder service.
  • the transfer pipes (12) do not convey very hot cracked gases but very low flow rates of cooler gases (for example 1000 m 3 / h of noncondensable transport gas, in instantaneous flow, against typically around 10 000 m 3 / h of cracked gas, for each TLE, in Example 1).
  • the lines (12) can be made of carbon steel, and of much smaller diameter (for example 50 to 100 mm) than those of the lines of Example 1 (typically of diameter around 300 mm), which are necessarily made of alloy steel, because it carries cracked gases.
  • the invention which presents both a much more reliable process, in a less expensive installation, therefore achieves significant progress compared to the prior art.

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Abstract

On décrit un procédé de vapocraquage d'hydrocarbures avec injection en amont d'un échangeur de trempe (4) de particules érosives, caractérisé en ce que les particules récupérées dans un séparateur primaire (5) sont refroidies par transport pneumatique (7, 8, 9) dans une canalisation (12) de transfert, séparées du gaz de transport, dépressurisées, puis tamisées dans un crible (19) vibrant à pression atmosphérique sous atmosphère d'azote, avant d'être recyclées.

Description

PROCEDE ET INSTALLATION DE VAPOCRAQUAGE
A INJECTION, RECUPERATION ET RECYCLAGE
DE PARTICULES EROSIVES
Le procédé de vapocraquage est le procédé de base de la pétrochimie. Il consiste à craquer thermiquement un mélange d'hydrocarbures et de vapeur d'eau à des températures élevées de l'ordre de 800 à 850βC, puis à tremper les effluents dans un échangeur de trempe généralement désigné par TLX ou TLΞ (Transfer Une Exchanger"), puis a fractionner les effiuents refroidis.
L'arrière plan technologique est illustré par les αemanαes de brevet WO A9012851 ET FFUA-2706479.
Le problème opératoire principal du procède réside dans le dépôt αe coke αans les tubes de craquage et ceux de l'échangeur de trempe.
Pour limiter ou supprimer cet inconvénient, on a déjà propose un procédé de vapocraquage avec injection de particules solides (poudres) érosives pour éliminer une partie au moins des dépôts de coke.
Les particules sont injectées "en ligne", c'est-à-dire soit pendant le fonctionnement normal du vapocraquage (fonctionnement préféré}, soit pendant des phases où l'on interrompt temporairement, et brièvement, l'alimentation en hydrocarbures, les fours étant alors balayés par de la vapeur d'eau seule et restant reliés aux sections aval de traitement αes effiuents.
En dehors du cas où l'on injecte uniαuement des particules de coke, en faible αuantitέ, on récupère les particules injectées, car séparation gaz/soiiαe (par exemple par un cyclone) en aval des echangeurs de tremoe. αe façon a ne pas polluer les sections aval.
Bien que le procède puisse fonctionner en cycie ouvert ( injection αe canicules "neuves" sans recyclage), il sera généralement nécessaire αe recycler les particules pour éviter les coûts opératoires et les problèmes d'environnement lies à l'élimination αe αuaπtites importantes αe couαres usées.
Le problème techniαue eu recyclage αe oouαres est ciassiαue αans l'industrie pétrolière et petrocnimique, où de nomoreux orocéαes utilisent αes catalyseurs en pouαre qu'il faut recycler aores un traitement αe régénération : on citera notamment le procédé TCC (Tnermofor Catalytic Crackmg), le procédé de réformage catalytique (d'essence vierge) et le procédé FCC (Fiuid Catalytic Cracking). Dans tous ces procédés bien connus de l'homme de l'art, on récupère les poudres de catalyseur usé (coke) sous pression (pression opératoire du réacteur), et l'on transfère ces poudres vers une zone de régénération (à combustion du coke), qui est elle même sous pression, voisine de celle du réacteur, avant de retransférer le catalyseur régénéré vers le réacteur (en lit fluidisé, "lit mobile", ou par des élévations à godets dans les premières versions du TCC)
Ces procédés fonctionnent donc sensiblement à isopression entre la zone de réaction et de récupération des poudres d'une part et la zone de traitement de ces poudres d'autre part (avec éventuellement des différences de pression limitées équilibrées par une hauteur hydrostatique de catalyseur fluidisé). Ce choix de deux zones à pressions voisines est naturel, répond au principe de simplicité, et permet de limiter les risques de mise en communication intempestive de ces deux zones avec les problèmes de sécurité attenants.
Les demandeurs ont également proposé, antérieurement, et décrit dans le brevet européen EP-A-419 643, EP-A-425 633 et EP-A-447 527, un procédé et une installation de vapocraquage avec injection de particules solides érosives, récupération et traitement simplifié de ces particules à la même pression que celle de leur récupération (selon le même principe général), puis recyclage de ces particules.
Dans cette installation, les particules tombent gravitairement dans un filtre disposé en dessous du cyclone de récupération et rejoignent un sas de remontée en pression, pour permettre leur recyclage au moyen d'un courant de vapeur d'eau.
Le traitement de ces poudres est simplifié puisqu'il ne comprend pas de phase de combustion du coke, et consiste donc essentiellement en cette filtration, pour éliminer les gros morceaux de coke éventuellement présents, avec une purge de poudre usée et un appoint de poudre neuve.
Or, à la suite d'essais pilote, il s'avère que cette installation n'est pas complètement satisfaisante au niveau de la fiabilité : en effet, et bien que l'on ait injecté des particules très fines (70 à 800 micromètres en diamètre moyen), et que l'érosion du coke par ces particules ne produise pas de particules de coke (érodé des parois) de dimension supérieure, on a retrouvé lors de nombreux essais des particules de coke de plusieurs millimètres de longueur (Jusqu'à plus de 10 mm) qui s'étaient probablement détachés des parois, peut être lors de phases transitoires.
Ces fragments, irréguliers doivent être éliminés avant de recycler les poudres, de façon à ne pas boucher les injecteurs de poudres, de faible diamètre.
Or, il s'avère que ces fragments de coke angulaires, colmatent assez rapidement un simple filtre statique (à grille ou à panier de maille 2 à 4 mm), et requièrent l'usage de moyens de filtration efficaces, comme des cribles vibrants. Même dans ce cas, un accès rapide pour décolmatage est souhaitable, des morceaux pouvant se piquer dans les mailles du crible.
Or l'installation, telle que décrite, utilise un filtre recevant directement la poudre recueillie dans le cyclone, typiquement à une température de 400 à
450°C, cette poudre tombant dans le cyclone gravitairement, donc n'étant que très peu refroidie.
A cette température, on ne peut trouver de crible vibrant classique, et il faudrait mettre au point un appareil de filtration efficace (crible vibrant spécial, ou autre solution) compatible avec un fonctionnement sous pression et à haute température. Même dans ce cas, en cas de colmatage, l'accès à cet équipement pour décolmatage serait relativement malaisé. Cette conception d'installation de recyclage se heurte donc à un problème de filtration nécessitant la mise au point de matériels spécifiques de filtration, complexes et onéreux.
L'objet de l'invention est de résoudre ce problème technique, non pas avec un nouveau mode de filtration, difficile à fiabiliser, mais grâce à une nouvelle conception du procédé, et de l'installation correspondante, permettant de réaliser l'opération de filtration de manière à la fois simple, économique et fiable, de maintenance aisée, et avec des matériels existants.
A cet effet, l'invention propose un procédé de vapocraquage d'hydrocarbures dans une installation comprenant au moins un four de vapocraquage, comportant au moins une zone de craquage à tubes de pyrolyse reliée en aval à un échangeur de trempe des effiuents de cette zone pour leur refroidissement brusque, le procédé comprenant l'injection de poudres contenant des particules solides érosives, en amont de l'échangeur de trempe pour l'élimination en ligne d'une partie au moins du coke déposé dans cet échangeur, comprenant également la séparation, par des moyens de séparation primaire gaz effluents/solide, d'une partie au moins des poudres injectées et la récupération et le recyclage d'une partie au moins des poudres séparées, le procédé étant caractérisé en ce que :
• l'on réalise, de manière discontinue, une étape D de dépressurisation des poudres récupérées jusqu'à sensiblement la pression atmosphérique,
• l'on réalise, préalablement, simultanément, ou après l'étape D, une étape T de transfert pneumatique de ces poudres dans une canalisation de transfert, les poudres étant véhiculées par un gaz de transport inerte, non cokant, et de point de rosée atmosphérique inférieur à 1 10°C, la température du gaz de transport à son point d'alimentation étant inférieure à la température des effiuents en sortie de l'échangeur, • l'on réalise après l'étape de transfert pneumatique, une étape de séparation dite secondaire du gaz de transport et des poudres véhiculées par ledit gaz,
• l'on réalise, après ces étapes de dépressurisation D, de transfert T et de séparation secondaire au moins une étape de criblage des poudres, réalisée sous atmosphère essentiellement d'azote et à pression sensiblement atmosphérique, au moyen d'au moins un crible, dont la température opératoire n'excède pas 250°C environ, et de préférence 180°C, et l'on récupère la fraction des poudres criblées de plus fine granulométrie ; et
• l'on recycle, sous pression, dans l'installation, une partie au moins de ladite fraction des poudres cribiées, par transfert pneumatique.
Le gaz de transport utilisé pour la mise en circulation des poudres récupérées dans la canalisation de transfert peut être de la vapeur d'eau, à une température inférieure par exemple à 200°C, ou de préférence du fuel gaz (produit par le vapocraqueur, ou externe) tel que du méthane ou un mélange méthane/hydrogène. On peut également utiliser de l'azote. Lorsqu'on utilise du fuel gaz ou de l'azote comme gaz de transport, il sera également préférable d'utiliser une alimentation de ce gaz à température inférieure à 250°C, ou même inférieure à 200°C ; il est également possible dans ce cas d'utiliser un gaz de transport à température inférieure à 150°C et même un gaz froid, à température ambiante. Ce gaz a un rôle principal de transport pneumatique des particules, en phase dense ou diluée, par exemple à vitesse de gaz comprise entre 2 et 60 m/s et de préférence 5 à 50 m/s, par exemple en phase diluée à une vitesse de 20 à 35 m/s, selon des techniques bien connues de l'homme de l'art ; ces techniques mettent en oeuvre généralement une pressurisation du bidon d'expédition, isolé de l'amont, et/ou de l'aval puis l'évacuation pneumatique de la poudre dans un débit contrôlé de gaz de transport (par exemple grâce à un veπturi). On peut également extraire la poudre du bidon d'expédition par une vis, une écluse ou d'autres composants connus.
Ce gaz de transport a également deux autres fonctions, qui concourent au refroidissement de la poudre transportée : par simple mélange, il permet un premier refroidissement de cette poudre, puisqu'il est à température plus basse d'au moins 50°C, notamment d'au moins 100°C, et même de préférence d'au moins 150°C par rapport à la température des effiuents du TLE (température d'arrivée de la poudre).
D'autre part, le transport pneumatique de particules, qu'il soit en phase dense ou diluée, accélère les échanges de chaleur avec la paroi du conduit de transfert (par rapport notamment à une chute de particules dans un écoulement gravitaire) ; en effet, l'écoulement turbulent gaz/particules réalise un transfert thermique efficace particules/paroi via le gaz.
Par conséquent, cette étape T de transfert pneumatique des poudres récupérées réalise un second refroidissement efficace des poudres, la paroi du conduit de transfert formant échangeur. Selon l'invention, la température de ce conduit, sur une longueur d'au moins plusieurs mètres est inférieure d'au moins 50°C, notamment d'au moins 100°C, et de préférence d'au moins 150°C par rapport à la température des effiuents du TLE (température d'arrivée de la poudre).
De manière caractéristique selon l'invention, la poudre peut être refroidie à un niveau tel que l'opération ultérieure de tamisage de la poudre, pour éliminer les gros fragments, par exemple supérieurs à 3 ou 4 mm, puisse être réalisée à une température opératoire relativement basse, inférieure à 250°C environ, et de préférence à 180°C, par exemple entre 40 et 150°C. Cette température basse et l'utilisation de la pression atmosphérique permet alors d'utiliser des tamis vibrants (ou cribles vibrants) existants, parfaitement fiables, l'arrivée de poudre et les sorties de poudres tamisées d'une part, et des fragments d'autre part, pouvant être raccordés au crible vibrant par des manchettes souples classiques (par exemple en caoutchouc).
Cette possibilité était totalement exclue dans l'installation décrite dans l'art antérieur, du fait de la température et de la pression opératoire du crible.
L'invention permet donc, grâce à une modification importante du procédé de recyclage, de résoudre de manière complètement fiable le problème de filtration (ou indifféremment criblage, ou tamisage) consistant à éliminer les gros fragments solides présents dans la poudre récupérée. Le criblage peut être réalisé avec des matériels existants, très courants, donc économiques. De plus, en cas de colmatage du crible, une maintenance simple peut être faite, le crible étant à pression atmosphérique, basse température, et sous azote. Cette maintenance aisée permet donc de fiabiliser le procédé, dans la mesure où des problèmes éventuels de colmatage peuvent être résolus dans un temps très bref, qui n'est pas préjudiciable à la continuité du vapocraquage.
L'étape T de transfert pneumatique est réalisée grâce à un gaz de transport à point de condensation très bas à pression atmosphérique : inférieur à 1 10°C, mais très généralement à la température ambiante, selon la version préférée du procédé où l'on utilise de l'azote ou un gaz d'hydrocarbures aliphatiques légers ( H2/C 1 / C2/C3/C4) et notamment du fuel gaz Ci ou C1 /H2 ; ce transport pneumatique par un gaz sous des conditions éloignées de son point de condensation (gaz sec, incondensable à température ambiante, ou surchauffé) permet de réaliser une autre fonction de procédé, caractéristique et très importante selon l'invention : le séchage des poudres et l'élimination des traces de liquide pouvant être présentes sur la poudre récupérée (humidité, ou essence de pyrolyse entraînée avec la poudre au moment de sa récupération lors de sa chute gravitaire dans le bidon de réception situé en dessous du cyclone (ou séparateur gaz/solides).
Ce séchage de la poudre en lit circulant est un nouvel élément essentiel permettant de fiabiliser le fonctionnement du crible et d'éviter son colmatage.
Selon une caractéristique de l'invention, on sépare les particules du gaz de transport, à l'extrémité aval du conduit de transfert, dans au moins un cyclone (ou un séparateur gaz/particules, dit séparateur secondaire, par opposition au séparateur primaire ayant réalisé la séparation des poudres des gaz craqués), pour récupérer les particules sèches et éliminer les vapeurs, c'est-à-dire les traces de liquide évaporé dans le gaz de transport, avant l'opération de criblage.
Pour rendre le séchage des poudres plus efficace, on prévoit, de façon caractéristique, de réaliser cette séparation à une température comprise entre environ 40 et 180°C, et de préférence entre 80 et 160°C, cette température étant supérieure d'au moins 25°C au point de rosée du gaz de transport à la pression du séparateur secondaire ; ceci peut éventuellement être réalisé en réchauffant le conduit de transfert juste avant le cyclone. Les poudres, séparées dans le séparateur secondaire à cette température à l'issue de l'étape T sont alors sèches, et peuvent être envoyées à l'étape de criblage.
Généralement, l'installation de vapocraquage comporte une pluralité d'échangeurs de trempe équipés du procédé de décokage érosif, et une pluralité de séparateurs gaz effluents/solides primaires et de points de collecte de poudres récupérées ; dans ce cas, selon une disposition caractéristique de l'invention, une partie au moins des poudres, récupérées en plusieurs points de collecte, est transférée en un point unique grâce aux conduits de transfert, lors de l'étape T du procédé, selon l'invention.
Ces poudres sont alors séparées dans un même séparateur secondaire, et traitées dans un même module, comportant donc un crible vibrant commun pour le criblage des poudres provenant des différents points de collecte.
Par exemple, pour une installation comportant 20 TLE, on pourra utiliser 10 séparateurs primaires et 10 points de collecte (1 séparateur primaire et un
1 point de collecte étant affectés aux gaz craqués et aux particules circulant dans
2 TLE), ces 10 points de collecte étant répartis en deux groupes de 5 points, les 5 points d'un groupe étant reliés par leurs conduits de transfert pneumatique à un séparateur secondaire et un module de traitement comportant un crible vibrant ; un telle installation comprend donc 20 TLE, 10 séparateurs primaires,
10 points de collecte, 2 séparateurs secondaires et 2 modules de traitement (donc 2 cribles vibrants) ; dans certains cas on pourra utiliser un module de traitement unique, et donc un séparateur secondaire et un crible vibrant unique pour l'ensemble d'une installation.
L'étape T, caractéristique selon l'invention, a dans ce cas une triple fonction - refroidissement des poudres (en lit circulant)
- séchage des poudres (en lit circulant)
- transfert des poudres collectées en un point unique, grâce à la pluralité des lits circulants.
Ce procédé selon l'invention présente des avantages considérables par rapport au procédé antérieurement décrits où les poudres étaient véhiculées par un débit important de gaz craqués, vers un point unique et un module commun, en orientant les effiuents des différents TLE, séquentiellement vers le module commun, lors des injections de particules, grâce à des vannes de gros diamètre puisqu'elles sont traversées par le débit total des gaz craqués d'un TLE ; les avantages sont les suivants :
- Utilisation d'un crible vibrant de type classique économique et fiable,
- Accès au crible vibrant pour maintenance très facile,
- Transfert des particules vers le point unique au moyen d'un gaz "propre" et non cokant, éliminant les risques de cokage et de bouchage,
- Utilisation de lignes de transfert relativement froides, en acier au carbone (contrairement aux lignes de circulation de gaz craqués, en acier allié),
- Utilisation de débit de gaz de transport beaucoup plus faible que le débit d'un TLE, donc utilisation de lignes (ou canalisations) de transfert de beaucoup plus petit diamètre (par exemple de 50 à 100 mm, contre 250 à 400 mm),
- Pas d'utilisation de vannes de grand diamètre, très onéreuses.
Le procédé selon l'invention est donc à la fois beaucoup plus fiable, facile à opérer, et économique du point de vue des investissements.
Selon une disposition caractéristique préférée de l'invention, l'étape T de transfert pneumatique et l'étape de séparation secondaire sont réalisées préalablement à l'étape de dépressurisation. En particulier, le séparateur secondaire, commun, peut être en communication directe (c'est-à-dire sans vanne de dépressurisation) avec une ligne d'évacuation de gaz craqués refroidis, pour permettre l'évacuation du gaz de transport, en aval du séparateur secondaire, en mélange avec les gaz craqués refroidis circulant dans cette ligne ; ainsi on réalise le transfert des poudres récupérées dans les différents bidons de réception, sous pression, vers un point unique (le séparateur secondaire). Il n'y a donc plus qu'un seul système de dépressurisation, en aval (par exemple un sas comprenant au moins deux vannes commandées), pour réaliser la dépressurisation des poudres jusqu'à la pression atmosphérique.
Ceci est très intéressant car cela limite grandement le nombre de vannes devant être complètement étanches, pour des raisons de sécurité, de façon à interdire des fuites d'hydrocarbures provenant de la zone sous pression, vers la zone à pression atmosphérique, généralement reliée directement à l'atmosphère. De façon préférée, la zone à pression atmosphérique, comprenant typiquement le crible vibrant, sera reliée directement à l'intérieur de l'enceinte d'un four, ou à une cheminée (zones à pression atmosphérique, mais confinées, les rejets gazeux étant émis au sommet d'une cheminée), plutôt que directement à l'air libre.
Selon l'une des variantes de procédé selon l'invention, utilisable essentiellement pour le craquage d'une charge connue dans des conditions stables, les poudres sont injectées en amont de la zone de craquage, pour réaliser un décokage prépondérant à la fois de la zone de craquage et de l'échangeur de trempe.
Selon une autre variante de procédé, caractéristique de l'invention, on injecte une partie importante de poudres, et plus particulièrement 70 % poids au moins au cours d'un cycle de vapocraquage, dans la zone de transfert, située entre la sortie de la zone de craquage, c'est à dire conventionnellement au niveau de la sortie de l'enceinte du four (zone de radiation), et l'entrée dans l'échangeur de trempe, le cône d'entrée de cet échangeur faisant partie de cette zone de transfert.
Cette seconde variante de procédé est avantageusement utilisée pour permettre de rendre flexible un four prévu pour le craquage de charges légères (naphta, gaz de pétrole liquéfiés), et de traiter également, dans des conditions variables, des condensats, du gazole, des distillats lourds ou sous vide ; elle ne permet pas de réaliser, contrairement à la première variante, un vapocraquage sensiblement continu nécessitant l'injection en amont de la zone de craquage de quantités importantes de poudres érosives, par exemple plusieurs milliers de ppm de poudres minérales angulaires, par rapport aux gaz craqués, mais permet de limiter fortement l'encrassement de l'échangeur de trempe, quelles que soient les charges traitées, sans risques technologiques pour l'installation et sans modifier celle-ci de façon onéreuse (sans renforcer les coudes de la zone de craquage). Cette seconde variante requiert des quantités de poudres beaucoup plus faibles, injectées pour la plus grande partie ou même en totalité dans une zone où les tubes de l'échangeur de trempe, qui ne comportent pas de coudes, sont à relativement basse température (350°C environ), et où la vitesse de circulation des gaz est relativement faible, typiquement inférieure à 120 m/s. Selon cette seconde variante, le contrôle du procédé est très facile à mettre en oeuvre : il consiste à injecter une quantité de poudre suffisante, généralement par injections discontinues à intervalles compris entre 0,3 et 72 heures, en particulier entre 1 et 30 heures, pour limiter l'augmentation de la température de sortie de l'échangeur de trempe à une valeur acceptable pour le fonctionnement industriel de l'installation : 100°C par mois, ou de préférence 30°C par mois, ou même à sensiblement stabiliser cette température.
Les particules utilisables selon l'invention comprennent des particules de diamètre moyen (diamètre au point 50 % poids) compris entre 0,02 et 4 mm et de préférence entre 0,07 et 0,8 mm, comprenant de préférence au moins 20 % poids de particules angulaires, pouvant être choisies parmi notamment le coke, calciné à haute température, le carbure de silicium, les oxydes simples ou mixtes du silicium, de l'aluminium et du zirconium. D'autres particules (métalliques angulaires, minerais broyés, sable, catalyseur usé de craquage fluide FCC) peuvent également être utilisées.
Le décokage des tubes de pyrolyse de la zone de craquage peut être fait, de façon conventionnelle, par décokage à l'air ou par un mélange air/vapeur d'eau, ou à la vapeur d'eau seule éventuellement additionnée d'hydrogène. Ce décokage, chimique, par gazéification du coke, accélérée par rapport à la gazéification (limitée) se produisant au cours du vapocraquage lui-même, peut être également accéléré fortement en injectant des composés chimiques catalyseurs de la gazéification du coke par la vapeur d'eau, en amont de la zone de craquage.
Les demandeurs ont trouvé que l'on pouvait en particulier accélérer fortement la vitesse de décokage à la vapeur d'eau seule de la zone de craquage, ou même réduire fortement, ou supprimer le cokage de cette zone lors du vapocraquage en injectant ces composés chimiques en amont de la zone de craquage (pendant les phases de décokage à la vapeur d'eau seule et/ou pendant le fonctionnement normal du vapocraquage). Ces composés catalyseurs de gazéification comprennent au moins un sel minéral d'au moins un élément du groupe du sodium, du potassium, du lithium et du baryum, actifs pour la gazéification du coke.
Par exemple, un mélange équimolaire de carbonate de potassium et du carbonate de sodium, ou un mélange équimolaire d'acétate de sodium, d'acétate de potassium, d'acétate de lithium et d'acétate de baryum, sont efficaces pour le décokage ou la limitation du cokage de la zone de craquage.
On peut injecter par exemple entre 1 et 200 ppm, en particulier entre 5 et 100 ppm des éléments précités, sous la forme de carbonates ou d'acétates en solution aqueuse, de préférence dilués à au moins 90 % d'eau et de préférence 95 à 99.9 % d'eau ; cette solution est de préférence atomisée, ou pulvérisée très finement dans la charge d'hydrocarbures et de vapeur d'eau en aval du point sec, par exemple en sortie de la zone de convection, à un niveau où la charge est à une température de l'ordre de 500 à 650°C.
On propose également une installation de vapocraquage, permettant de mettre en oeuvre le procédé selon l'invention, comprenant au moins un four de vapocraquage, comportant au moins une zone de craquage à tubes de pyrolyse reliée en aval par l'intermédiaire d'une zone de transfert de gaz craqués à au moins un échangeur de trempe de ces gaz craqués, et comprenant des moyens d'injection en amont de l'échangeur de trempe, de poudres contenant des particules érosives, comprenant également des moyens de séparation primaire gaz craqués/solides, en aval de l'échangeur de trempe, pour la récupération, dans au moins un bidon de réception, d'une partie au moins des particules injectées, caractérisée en ce que l'installation comprend des moyens de transfert pneumatique des poudres récupérées dans le bidon de réception adaptés à refroidir les poudres, comprenant notamment une alimentation d'un gaz de transport non cokaπt, de point de rosée atmosphérique inférieur à 1 10°C, les moyens de transfert pneumatique comprenant également une canalisation de transfert reliée en amont au bidon de réception et en aval à un séparateur secondaire gaz/solides, comprenant une sortie des poudres reliée en aval à un crible fonctionnant sensiblement à pression atmosphérique et sous atmosphère essentiellement d'azote, le crible étant relié en aval à des moyens de recyclage sous pression d'une partie au moins des poudres criblées dans l'installation, l'installation comprenant en outre des moyens de dépressurisation de poudres jusqu'à sensiblement la pression atmosphérique disposés en amont du crible.
De façon caractéristique, selon l'invention, le crible est du type crible vibrant, de température opératoire maximale inférieure à 250°C, et notamment à 180°C. De préférence, ce crible a une température opératoire inférieure à 150°C, et comprend des manchettes souples, par exemple en élastomère ou élastomère renforcé, pour son raccordement à l'entrée et à la sortie des poudres, traversant le crible avant d'être recyclées au moins partiellement, et aussi à la sortie des "refus", ou fragments de grande dimension, qui sont éliminés. L'utilisation de tels cribles conventionnels, à manchettes souples, était impossible dans le procédé décrit antérieurement à l'invention, et aurait nécessité la mise au point de technologies spécifiques de criblage.
En variante, on pourrait également utiliser un crible centrifuge (appelé fréquemment tamiseur centrifuge), choisi dans les matériels conventionnels existants, grâce aux conditions opératoires spécifiques selon l'invention, un crible vibrant (ou tamiseur vibrant) étant cependant préféré.
La dimension des mailles du crible sera de préférence comprise entre 2 et 6 mm et supérieure à la dimension maximale des particules "neuves".
On propose également une installation telle qu'une partie au moins des moyens de recyclage de poudres sont reliés et directement raccordés à la zone de transfert de gaz craqués, pour l'injection dans cette zone de transfert de 70 % poids au moins des poudres injectées en amont de l'échangeur de trempe au cours d'un cycle de vapocraquage ; cette installation est particulièrement adaptée pour le craquage flexible de diverses charges. Les poudres sont injectées de préférence dans le cône d'entrée de l'échangeur de trempe, et en particulier en un ou plusieurs points de ce cône où la section de passage offerte aux gaz craqués (effiuents de la zone de craquage) est augmentée d'au moins 25 %, et par exemple de 40 à 400 % par rapport à la section de passage de ces gaz craqués dans la partie terminale du conduit de transfert. Les poudres sont donc injectées en un point où la vitesse des gaz craqués est déjà fortement réduite, ce qui réduit ou élimine les risques d'érosion de la plaque tubulaire ; de plus on injectera préférentiellement les poudres, neuves et recyclées véhiculées par un gaz tel que de l'azote, du fuel gaz ou de la vapeur d'eau, à vitesse de gaz comprise entre 5 et 50 m/s, juste en amont d'un impacteur jouant également un rôle de diffuseur de ces particules, pour mieux les répartir dans les différents tubes de l'échangeur de trempe.
On peut réduire, si nécessaire, la quantité de poudre requise pour la limitation de l'encrassement de l'échangeur de trempe en augmentant la vitesse de circulation des gaz au moment des injections, par exemple en augmentant le débit volume de gaz craqués de 10 à 50 % ; on peut également augmenter cette vitesse de manière permanente, en obturant certains des tubes de l'échangeur de trempe, par exemple de 4 à 25 % des tubes.
Selon l'invention, on prévoit également une installation comprenant des moyens de dosage et d'injection de sels minéraux catalyseurs de gazéification du coke, ces moyens étant reliés à l'amont de la zone de craquage ; ces moyens tels qu'un réservoir de stockage, une pompe doseuse, permettent par exemple d'injecter des sels minéraux comprenant au moins un sel d'un élément du groupe du sodium, du potassium, du lithium et du baryum, actif comme catalyseur de gazéification du coke à la vapeur d'eau.
On propose également une installation comprenant une pluralité d'échangeurs de trempe (TLE), une pluralité de séparateurs primaires gaz/solides, pour la récupération de poudres dans une pluralité de bidons de réception disposés en une pluralité de points de collecte, caractérisée en ce qu'elle comprend une pluralité de canalisations pour le transfert pneumatique des poudres récupérées dans les dits bidons de réception, au moyen du dit gaz de transport non cokant, chacune de ces canalisations de transfert étant reliée en amont à l'un des bidons de réception et en aval à un même séparateur secondaire, dont la sortie des poudres est reliée au crible.
Cette installation est particulièrement économique, par comparaison avec l'installation décrite dans l'art antérieur, où les poudres sont véhiculées par des gaz craqués à haute température, au moyen de vannes de grand diamètre, très onéreuses, et dont le système d'élimination des gros fragments est disposé dans une zone sous pression à haute température, excluant l'utilisation de matériels conventionnels.
La fiabilité de l'installation selon l'invention est également supérieure, du fait de la mise en oeuvre d'un système fiable d'élimination des fragments de grande dimension, ainsi que d'un séchage des poudres par le gaz de transport, préalablement à l'étape de criblage.
L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit, faite à titre d'exemple en référence des dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 illustre schématiquement un mode de réalisation d'une installation de vapocraquage selon l'invention,
- la figure 2 représente schématiquement et de façon simplifiée, une partie d'une installation de vapocraquage selon l'invention, comportant une pluralité de séparateurs primaires et de bidons de réception des poudres récupérées, un seul séparateur secondaire et un seul crible vibrant.
On se réfère d'abord à la figure 1 où l'on a représenté une partie d'un four (1) de vapocraquage comprenant une zone de craquage (2) à tubes de pyrolyse, située dans la zone de radiation du four, reliée en aval à un échangeur de trempe (4), ou (TLE), par l'intermédiaire d'une zone (3) de transfert des gaz craqués, cette zone comprenant le cône d'entrée du TLE, qui contient un impacteur-diffuseur (24) situé juste en aval d'au moins un point d'introduction de poudres par une ligne (25).
Cet impacteur-diffuseur est constitué de deux rangées de surfaces, décalées l'une par rapport à l'autre, de telle sorte qu'il est sensiblement opaque, vu de l'entrée des gaz craqués dans le cône, tout en étant perméable aux gaz. En sortie du (TLE), des moyens (27) de mesure de température permettent de connaître la température des gaz craqués refroidis circulant dans une ligne d'évacuation (15), ce qui permet indirectement de connaître le degré d'encrassement du TLE par le coke.
Les gaz craqués traversent un séparateur gaz craqués/solides primaire (5), constitué par un cyclone, ce qui permet de récupérer la quasi totalité des particules solides dans un bidon de réception (6). Ce bidon contient une grille (32) de grand passage de maille, par exemple 20 mm, permettant d'arrêter des gros morceaux éventuels de coke pouvant gêner le transfert pneumatique aval des poudres. Ces morceaux de grande dimension étant très rares, cette grille peut fonctionner pendant de longues durées sans maintenance. Une alimentation d'azote (9) sous pression, ou d'un autre gaz non cokant de point de rosée atmosphérique c'est à dire de température de condensation initiale à la pression de 1 atmosphère inférieure à 110°C, tel que du fuel gaz (méthane ou méthane/hydrogène), ou de la vapeur d'eau introduite à environ 200°C, permet d'injecter un tel gaz, appelé "incondensable" pour simplifier, dans le bidon de réception (6) ; ceci permet de mettre ce ballon sous atmosphère de gaz incondensable, d'introduire un gaz de barrage incondensable, par une ligne (10), pour éviter la présence de gaz craqués dans le bidon (6), de réaliser un strippage des poudres récupérées en les faisant traverser par un courant de gaz incondensable, introduit par une ligne (33), et de les évacuer par un courant de gaz de transport, introduit par une ligne (1 1 ). Ce gaz peut aussi être utilisé pour mettre sous pression le bidon (6), par une ligne (34), au moment de l'évacuation pneumatique des poudres. Le bidon (6) est isolable côté amont par une vanne (7) et côté aval par une vanne (8). Ces vannes (7) et (8), commandées, permettent de réaliser, avec le bidon (6), un sas d'expédition pneumatique, pour vidanger le bidon, et évacuer la poudre uniquement par des moyens pneumatiques, c'est à dire sans vis, écluse ou autre extracteur mécanique.
On pourra utiliser tous les moyens connus de l'homme de l'art pour réaliser ce sas d'expédition pneumatique, sans sortir du cadre de l'invention, par exemple un bidon à fond conique, ou hémisphérique, fluidisé ou non, avec une ligne d'évacuation et/ou sa vanne (8) en position horizontale, verticale, ou inclinée, ascendante, ou descendante.
Lorsqu'on vidange pneumatiquement la poudre contenue dans le bidon (6), celle- ci est évacuée par une canalisation de transfert (12), véhiculée par le gaz de transport "incondensable" non cokant, sur une longueur de plusieurs mètres et de préférence entre 5 et 150 m, par exemple entre 10 et 60 mètres, pour réaliser l'étape T du procédé. Le mélange de la poudre et du gaz de transport est séparé dans un séparateur secondaire (13), de préférence un cyclone. Le gaz de transport sortant du séparateur secondaire, et qui comprend le gaz "incondensable", éventuellement additionné de vapeurs d'hydrocarbures, par exemple de traces d'essence de pyrolyse, évaporées, provenant de la poudre, rejoint la ligne générale d'évacuation de gaz craqués refroidis (15) par une ligne (14). Les poudres récupérées dans le séparateur secondaire (13), et qui sont refroidies et sèches, grâce au transfert pneumatique dans la canalisation de transfert (12), sont recueillies dans le bidon (17), qui comprend lui aussi des vannes 17a et 17b amont et aval, pour former un sas. Ce sas réalise l'étape D du procédé (dépressurisation à l'atmosphère), et comprend une vanne (18) de dépressurisation, reliée à l'atmosphère, de préférence à l'intérieur de l'enceinte d'un des fours de vapocraquage, ou à une cheminée. Ce sas comprend également des moyens (16) d'introduction d'azote de balayage, permettant de mettre les poudres sous atmosphère d'azote avant leur dépressurisation. On pourra éventuellement supprimer ce balayage à l'azote lorsque le gaz de transport alimenté en (9) est déjà de l'azote. Le sas de dépressurisation comprend également des moyens (35) d'élimination des poudres usées. Des moyens (36) d'introduction de poudres neuves, pour compenser les consommations et pertes de poudres usées, peuvent être raccordés au bidon (17), ou à un autre endroit de l'installation, par exemple juste en amont du séparateur secondaire (13).
Après dépressurisation, en aval du sas constitué par le bidon (17) et ses vannes d'isolement, la poudre tombe dans un crible vibrant (19), de type conventionnel, à manchettes souples permettant les raccordements avec l'entrée et les sorties de poudres et fragments de manière compatible avec les vibrations de l'appareil. Le crible (1 9) est relié à l'atmosphère directement (sans vanne de dépressurisation) par une ligne (23). La dimension des mailles du crible, pour une poudre classique de granulométrie comprise entre 70 et 800 microns, pourra typiquement être de 3, ou 4 millimètres, permettant d'éliminer tous les "refus", plus gros que cette dimension de maille, qui sont recueillis dans un bidon (22). La poudre sans fragments de grande dimension tombe dans un bidon
(20). Ce bidon, qui est lui aussi isolable par des vannes 20a et 20b commandées, amont et aval, est le sas d'expédition de la poudre pour réaliser son recyclage dans l'installation.
Le transfert pneumatique des poudres, à partir du bidon d'expédition (20), est lui aussi avantageusement réalisé au moyen d'un gaz "incondensable", alimenté en (21 ) tel que du fuel gaz ou de l'azote. La vapeur d'eau est également un gaz de transport possible, mais présente des contraintes de maintien en température des lignes, pour éviter toute condensation d'eau susceptible, avec les poudres, d'obturer ces lignes.
Ainsi, de façon caractéristique, selon l'invention, les gaz de transport préférés, aussi bien pour le transport pneumatique de l'étape T que pour le transport pneumatique des poudres pour leur recyclage, à partir du bidon (20), sont des gaz incondensables à température ambiante, et plus précisément de l'azote ou du fuel gaz. Alors, les lignes de transport des poudres sont avantageusement non chauffées et non calorifugées.
Les poudres recyclées, circulant dans la ligne (25), en phase dense ou en phase diluée, sont généralement réinjectées dans le cône d'entrée de l'échangeur de trempe, par exemple en 4 points, au moyen d'injecteurs dont le diamètre interne peut typiquement varier de 10 à 35 mm, par exemple de 10 à 20 mm, sans risques de bouchage, grâce à l'élimination des fragments de grande dimension dans le crible (ou tamis) vibrant (19). Si la charge de l'installation est bien connue, et relativement constante, et que le serpentin (2) de tubes de pyrolyse est adapté à cette charge, on pourra réinjecter les poudres non pas par la ligne
(25) mais par une ligne (26), en amont de la zone de craquage (2) pour décoker également cette zone (au moyen de quantité de poudres notablement plus élevées). De préférence, cependant, et très généralement lorsque la charge de l'installation est variable, on injecte 70 % au moins des particules par la ligne (25), ou même 100 %, la quantité injectée pour la ligne (26) étant inférieure à 200 ppm par rapport aux gaz craqués (valeur moyenne sur un cycle de vapocraquage), et de préférence inférieure à 100 ppm.
L'installation comprend également des moyens (28) d'injection de composés chimiques anticokage, et plus particulièrement de sels minéraux catalyseurs de gazéification du coke par la vapeur d'eau. Ces composés sont injectés en amont de la zone de craquage (2), pendant le fonctionnement du vapocraquage, pour limiter ou annuler la vitesse de cokage, et/ou pendant des phases de décokage à la vapeur d'eau seule, pour accélérer ce décokage. L'installation comprend également, de façon évidente, des moyens (30) d'alimentation en hydrocarbures (charge à craquer) et (29) d'alimentation de vapeur d'eau de dilution.
L'ensemble (31), contenu dans le rectangle tireté, et constitué par le séparateur secondaire (13), le bidon (17) pour la dépressurisation des poudres, le crible vibrant (19), et le sas de réexpédition (20), ainsi que toutes les alimentations et matériels annexes, est un module de traitement des poudres. Ce module de traitement pourra être agencé différemment sans sortir du cadre de l'invention, et pourra comporter éventuellement d'autres fonctions (par exemple le pesage des poudres récupérées, et/ou l'élimination de très fines particules, avant recyclage, par tamisage, élutriation, ou d'autres moyens).
On se réfère maintenant à la figure 2. Sur cette figure, on a représenté de façon schématique et simplifiée, deux échangeurs de trempe (4) appartenant au même four (1 ) ou à deux fours différents, équipés d'injecteurs de poudre conformément au procédé selon l'invention.
Les poudres, injectées dans les deux TLE, sont séparées dans deux séparateurs primaires cycloniques (5), et récupérées en deux points de collecte, différents et éloignés, constitués par les deux bidons de réception (6).
Deux sources (9) de gaz de transport "incondensable" permettent d'évacuer, respectivement, les poudres contenues dans les bidons (6). Cette installation comprend également deux lignes (25), communes sur une partie de leur longueur, pour le recyclage des poudres en amont des deux TLE, et deux lignes d'évacuation de gaz craqués refroidis (15).
Cette installation comprend donc un certain nombre de dispositifs de l'installation de la figure 1 , dupliqués.
Cette installation, par contre, contient de façon caractéristique un seul module
(31 ) de traitement des poudres comprenant un séparateur secondaire unique
(13), un crible vibrant (19) relié à l'atmosphère, ainsi que d'autres moyens non représentés). De façon caractéristique, les différentes canalisations de transfert (12) convergent vers le module (31 ) commun ; ceci permet de diminuer fortement le coût de l'installation, et également sa maintenance.
L'installation selon la figure 1 fonctionne de la façon suivante : selon une version préférée du procédé, l'installation permet de réaliser un vapocraquage de charges diverses, allant de l'éthane au gazole atmosphérique. Certaines de ces charges encrassent très rapidement l'échangeur de trempe et rendent l'installation inopérable sans élimination fréquente du coke de l'échangeur de trempe. Ainsi, selon l'invention, on injecte de la poudre dans le cône d'entrée de l'échangeur de trempe au moyen du bidon d'expédition (20), et de ses vannes (20a) et (20b) amont et aval, formant sas d'expédition pneumatique. Les poudres sont véhiculées par un courant d'azote, alimenté en (21), et circulent dans la ligne (25), avant d'être introduites dans le cône d'entrée de l'échangeur de trempe (4). Ces particules rebondissent sur l'impacteur-diffuseur (24), et se dispersent dans les interstices de cet impacteur, et se répartissent de façon améliorée dans les différents tubes de l'échangeur (4). On fonctionne de la façon suivante : dès que la température de sortie de l'échangeur, mesurée par l'indicateur de température (27) dépasse une valeur prédéterminée proche de la température maximale admissible, on déclenche l'injection d'une dose de poudre d'environ 30 Kg, initialement contenue dans le bidon (20). La poudre, amenée par la ligne (25) est alors véhiculée par les gaz craqués, circule dans l'échangeur (4) puis dans la ligne (15) en aval de l'échangeur, et est séparée dans le cyclone primaire (5) ; elle tombe alors dans le bidon de réception (6), la vanne (7) étant ouverte pendant l'injection de poudres dans l'échangeur, alors que la vanne (8) est fermée. On réalise alors un strippage de la poudre, pour obtenir un séchage au moins partiel, par une injection contrôlée d'azote par la ligne (33), provenant de l'alimentation (9). Un autre débit contrôlé d'azote de barrage, introduit dans la ligne (10) s'oppose à la venue de gaz craqués dans le bidon (6), qui est donc maintenu sous atmosphère incondensable. Après cette étape de strippage, on ferme la vanne (7), et simultanément on interrompt les circulations d'azote dans les lignes (10) et (34). La poudre est donc emprisonnée dans le ballon (6), isolé de l'amont et de l'aval. On peut alors réaliser l'étape T de transfert pneumatique de cette poudre en mettant en pression le bidon (6), par de l'azote introduit par la ligne (33), et en ouvrant la vanne (8), avec introduction de gaz de transport (azote) en débit contrôlé par la ligne (11 ). Le bidon (6) se vidange alors pneumatiquement, la poudre étant transférée sous phase diluée par l'azote de transport dans la canalisation de transfert (12) longue de plusieurs mètres au moins, par exemple de 25 mètres. La poudre est séparée du gaz de transport dans le cyclone secondaire (13), et tombe dans le bidon (17), la vanne 17a étant ouverte pendant l'étape T, après avoir éventuellement balayé le bidon (17) par un courant additionnel d'azote introduit par la ligne (16), on referme la vanne 17a. La dose de poudre, qui a été séchée et refroidie par sa circulation dans la canalisation (12), se trouve donc sèche, à une température typique de 120°C, par exemple, dans le bidon (17). On ouvre alors la vanne (18), de mise en communication du bidon (17) avec l'atmosphère, pour réaliser l'étape D de dépressurisation de la poudre jusqu'à sensiblement la pression atmosphérique ; en effet, avant cette phase de dépressurisation, le bidon (17), comme le cyclone (13), est en communication directe avec la ligne (15) d'évacuation des gaz craqués refroidis, qui est sous une pression typiquement voisine de 1 .7 bar absolu.
Après dépressurisation, on ouvre la vanne 17b immédiatement en aval du bidon (17), pour que la poudre tombe, gravitairement, dans le crible vibrant (19). Les gros fragments, supérieurs à 3 mm sont évacués dans le bidon (22) alors que la poudre, sans gros fragments, tombe dans le bidon (20) ; la poudre est donc revenue à son point de départ et peut être recyclée, en pressurisant le bidon
(20) grâce aux vannes amont et aval formant sas, et en vidangeant le bidon pneumatiquement, la poudre étant évacuée par le gaz de transport (azote) introduit par la ligne (21 ) en débit contrôlé.
Au bout d'un nombre prédéterminé (par exemple 10) de circulations de cette poudre, on élimine cette poudre, usée, par la ligne (35), lorsqu'elle arrive dans le bidon (17) et l'on introduit par la ligne (36), une dose de poudre neuve, par exemple 30 Kg de poudre neuve. A titre d'exemple, cette poudre peut être du carbure de silicium angulaire, de granulométrie comprise entre 70 et 250 micromètres, de diamètre moyen 150 micromètres. On peut également utiliser du corindon, du coke broyé, ou d'autres poudres, minérales, métalliques, de préférence partiellement angulaires.
Par ailleurs, pour fortement limiter le cokage des tubes de pyrolyse, on injecte, par les moyens (28) comprenant un réservoir de stockage de produits chimiques catalyseurs de gazéification du coke, et une pompe doseuse, une petite quantité de ces produits, de préférence en solution aqueuse fortement diluée, par exemple à 96 % d'eau, atomisée dans la charge de vapocraquage vaporisée et préchauffée à 550°C, par exemple, dans la zone de convection du four.
On peut utiliser notamment un mélange équimolaire de carbonate de sodium et de carbonate de potassium.
Ces composés chimiques catalyseurs de gazéification du coke à la vapeur d'eau, additionnés éventuellement d'autres composés (par exemple des composés phosphores anticokage tel que du benzyl diethyl phosphite, ou d'autres composés du phosphore (phosphates, phosphites) actifs, sont utiles pour accroître la durée de cycle de l'installation.
L'association du décokage érosif de l'échangeur de trempe, et du décokage chimique, par gazéification chimique accélérée du coke de la zone de craquage présente un très grand intérêt, et permet d'accroître la durée de cycle du vapocraquage beaucoup plus que chacune des deux techniques prises séparément, et ceci dans des conditions de flexibilité de la charge du four, sans les risques technologiques liés à l'utilisation du décokage érosif de la zone de craquage, dans les conditions flexibles. Cette utilisation conjointe des deux modes de décokage, avec la récupération des poudres injectées et leur recyclage après une étape de criblage, à température modérée, pression atmosphérique et sous atmosphère d'azote, conformément à l'invention, est, en outre particulièrement intéressante : en effet, les composés chimiques utilisés provoquent la circulation de fragments de coke en quantité notable, qui se détachent des parois des tubes de pyrolyse, sans doute du fait des fortes vitesses de circulation de gaz.
L'utilisation, selon l'invention, de moyens très fiables d'élimination des fragments de grande dimension est donc particulièrement utile lorsque l'on injecte également ces composés chimiques dans la zone de craquage, en plus des poudres à l'entrée du TLE.
L'installation décrite dans la figure 2 fonctionne exactement de la même façon que celle de la figure 1 , la dose de poudre circulant soit dans l'échangeur de trempe présenté sur la partie gauche de la figure soit dans celui présenté sur la partie droite. Des vannes d'orientation situées sur les lignes (25) permettent d'orienter les poudres vers la partie de l'installation où l'échangeur est le plus encrassé.
Exemple 1 comparatif : Une installation de vapocraquage avec injection de poudres (par exemple du carbure de silicium), comprend 20 échangeurs de trempe (TLE), et un module unique de traitement et de recyclage de ces poudres.
Selon le procédé et l'installation antérieurement décrite, non conforme à l'invention, ce module fonctionne sous pression (par exemple 1.7 bar absolu), et dans une atmosphère de vapeur d'eau.
Les poudres injectées sont véhiculées vers le module commun de traitement par les gaz craqués effiuents de chacun des TLE, orientés successivement vers ce module commun au moyen de jeux de vannes d'orientation.
Cette installation comporte donc, pour chaque TLE, deux vannes de grand diamètre (typiquement 300 mm), pour orienter les effiuents soit vers les sections aval de traitement et fractionnement des gaz craqués, soit vers le module commun de récupération et de traitement des poudres lorsqu'on injecte des particules dans ce TLE.
Cette installation comprend, avant recyclage des poudres, une grille statique (par exemple de diamètre de maille voisin de 5 mm) pour éliminer les gros fragments.
Cette installation, non conforme à l'invention, présente une fiabilité très limitée, en raison des risques de bouchage de la grille statique, et du fait que les poudres, véhiculées vers le module commun par des gaz craqués, ne sont pas séchées, et peuvent donc parfois comporter des traces de liquide, et être collantes. L'accès pour la maintenance de la grille est relativement difficile et requiert un temps long, du fait de la pression et de la température opératoire de cette grille (voisine de 400°C).
De plus cette installation est onéreuse du fait de la mise en oeuvre de 40 vannes d'orientation de grand diamètre (2 par TLE). Exemple 2 : On équipe la même installation de vapocraquage conformément à l'invention. On installe par exemple 20 cyclones primaires (5), et bidons de réception (6), reliés par 20 canalisations de transfert (12) à un module unique (31) comprenant un seul séparateur secondaire et un seul crible vibrant (19), fonctionnant à pression atmosphérique, sous azote.
Cette installation est considérablement plus fiable, car les poudres sont séchées et refroidies lors de leur transfert pneumatique par un gaz incondensable relativement froid.
L'opération de criblage peut être réalisée avec une très grande fiabilité, en abaissant la dimension de maille à 3 mm, grâce au crible vibrant standard, dont les manchettes souples sont compatibles avec les conditions opératoires (température modérée, pression atmosphérique). En cas d'intervention pour maintenance, l'accès au crible est très facile et peut être réalisé en un temps très court. Pour l'investissement, on a également un avantage marqué par comparaison avec l'installation décrite dans l'exemple 1 : en effet, les cyclones (5) et bidons (6) sont moins onéreux que des vannes commandées de grand diamètre, compatibles avec un service "poudres". De plus, les canalisations de transfert (12) ne véhiculent pas des gaz craqués très chauds mais des débits très faibles de gaz plus froids (par exemple 1 000 m3/h de gaz de transport incondensable, en débit instantané, contre typiquement environ 10 000 m3/h de gaz craqués, pour chaque TLE, dans l'exemple 1 ). Les lignes (12) peuvent être en acier carbone, et de diamètre beaucoup plus faible (par exemple 50 à 100 mm) que ceux des lignes de l'exemple 1 (typiquement de diamètre 300 mm environ), qui sont nécessairement en acier allié, car véhiculant des gaz craqués.
L'invention, qui présente à la fois un procédé beaucoup plus fiable, dans une installation moins onéreuse, réalise donc un progrès important par rapport à l'art antérieur.

Claims

REVENDICATIONS
1 - Procédé de vapocraquage d'hydrocarbures dans une installation comprenant au moins un four de vapocraquage (1), comportant au moins une zone de craquage
(2) à tubes de pyrolyse reliée en aval à au moins un échangeur de trempe (4, TLE) des effiuents de cette zone pour leur refroidissement brusque, le procédé comprenant l'injection de poudres contenant des particules solides érosives, en amont de l'échangeur de trempe pour l'élimination en ligne d'une partie au moins du coke déposé dans cet échangeur, comprenant également la séparation, par des moyens (5) de séparation primaire gaz effluents/solides, d'une partie au moins des poudres injectées et la récupération et le recyclage d'une partie au moins des poudres séparées, le procédé étant caractérisé en ce que :
• l'on réalise, de manière discontinue, une étape D de dépressurisation des poudres récupérées jusqu'à sensiblement la pression atmosphérique,
• l'on réalise, préalablement, simultanément, ou après l'étape D, une étape T de transfert pneumatique de ces poudres dans une canalisation(12) de transfert, les poudres étant véhiculées par un gaz de transport inerte, non cokant, et de point de rosée atmosphérique inférieur à 110°C, la température du gaz de transport à son point d'alimentation étant inférieure à la température des effiuents en sortie de l'échangeur (TLE),
• l'on réalise après l'étape T de transfert pneumatique, une étape de séparation dite secondaire du gaz de transport et des poudres véhiculées par ledit gaz,
• l'on réalise après les étapes de dépressurisation D, de transfert T et de séparation secondaire au moins une étape de criblage des poudres, réalisée sous atmosphère essentiellement d'azote et à pression sensiblement atmosphérique, au moyen d'au moins un crible (19), dont la température opératoire n'excède pas 250°C environ et de préférence 180°C, et l'on récupère la fraction des poudres criblées de plus fine granulométrie ; et • l'on recycle, sous pression, dans l'installation, une partie au moins de ladite fraction des poudres criblées, par transfert pneumatique.
2 - Procédé selon la revendication 1 , dans lequel les poudres transférées pneumatiquement sont séparées du gaz de transport dans au moins un séparateur secondaire (13) gaz/solides, opérant à une température comprise entre 40 et 180°C, ladite température étant supérieure d'au moins 25°C au point de rosée du gaz de transport à la pression du séparateur secondaire, avant de réaliser l'étape du criblage.
3 - Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, l'installation comprenant une pluralité d'échangeurs de trempe, une pluralité de séparateurs primaires gaz/solides (5), les poudres séparées dans ces séparateurs primaires étant récupérées dans une pluralité de bidons de réception (6) disposés en une pluralité de points de collecte de ces poudres, caractérisé en ce que ces poudres sont transférées, lors de l'étape T de transfert pneumatique, à un même séparateur secondaire (13), puis envoyées dans un même crible (19), avant d'être, au moins en partie recyclées.
4 - Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'étape T de transfert pneumatique est réalisée préalablement à l'étape D de dépressurisation.
5 - Procédé selon la revendication 4, l'installation comportant au moins une ligne (15) d'évacuation de gaz craqués refroidis, caractérisé en ce que le séparateur secondaire (13) est en communication directe avec ladite ligne d'évacuation, pour permettre l'évacuation du gaz de transport, en aval du séparateur secondaire, en mélange avec les gaz craqués refroidis circulant dans la dite ligne.
6 - Procédé, selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'on injecte une partie importante des poudres, par exemple 70 % poids au moins, dans la zone de transfert, au cours d'un cycle de vapocraquage, ces poudres étant de diamètre moyen compris entre 0,02 et 4 mm.
7 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'on injecte en amont de la zone de craquage des composés chimiques catalyseurs de gazéification du coke par la vapeur d'eau.
8 - Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que ces composés catalyseurs de gazéification comprennent au moins un sel minéral d'au moins un élément du groupe du sodium, du potassium, du lithium, du baryum, actif pour la gazéification du coke. 9 - Installation de vapocraquage comprenant au moins un four de vapocraquage (1), comportant au moins une zone (2) de craquage à tubes de pyrolyse reliée en aval par l'intermédiaire d'une zone (3) de transfert de gaz craqués à au moins un échangeur de trempe (4, TLE) de ces gaz craqués, et comprenant des moyens d'injection (25, 26) en amont de l'échangeur de trempe, de poudres contenant des particules érosives, comprenant également des moyens (5) de séparation primaire gaz craqués/solides, en aval de l'échangeur de trempe, pour la récupération, dans au moins un bidon (6) de réception, d'une partie au moins des particules injectées, caractérisée en ce que l'installation comprend des moyens (9, 12) de transfert pneumatique des poudres récupérées dans le bidon de réception adaptés à refroidir les poudres, comprenant notamment une alimentation (9) d'un gaz de transport non cokant, de point de rosée atmosphérique inférieur à 1 10°C, les moyens de transfert pneumatique comprenant également une canalisation (12) de transfert reliée en amont au bidon (6) de réception et en aval à un séparateur secondaire (13) gaz/solides, comprenant une sortie des poudres reliée en aval à un crible (19) fonctionnant sensiblement à pression atmosphérique et sous atmosphère essentiellement d'azote, le crible étant relié en aval à des moyens de recompression et de recyclage sous pression (20, 21 , 25, 26) d'une partie au moins des poudres criblées dans l'installation, ladite installation comprenant en outre des moyens de dépressurisation de poudres jusqu'à sensiblement la pression atmosphérique disposés en amont du crible (19).
10 - Installation selon la revendication 9, caractérisée en ce que le crible est du type crible vibrant.
11 - Installation selon l'une des revendications 9 et 10, caractérisée en ce que une partie (25) au moins des moyens de recompression et de recyclage de poudres est raccordée directement à la dite zone (3) de transfert pour l'injection de 70 % poids au moins des poudres injectées en amont de l'échangeur de trempe au cours d'un cycle de vapocraquage.
12 - Installation selon l'une des revendications 9 à 11 caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens (28) de dosage et d'injection d'au moins un sel minéral catalyseur de gazéification du coke, reliés à l'amont de la zone de craquage, ce sel minéral étant choisi dans le groupe des sels minéraux d'un élément du groupe du sodium, du potassium, du lithium et du baryum.
13 - Installation de vapocraquage, selon l'une des revendications 9 à 12, comprenant une pluralité d'échangeurs de trempe (TLE), une pluralité de séparateurs primaires gaz/solides (5), pour la récupération de poudres dans une pluralité de bidons de réception (6) disposés en une pluralité de points de collecte, caractérisée en ce qu'elle comprend une pluralité de canalisations (12) pour le transfert pneumatique des poudres récupérées dans les dits bidons de réception, au moyen du dit gaz de transport non cokant, chacune de ces canalisations de transfert étant reliée en amont à l'un des bidons de réception et en aval à un même séparateur secondaire, dont la sortie des poudres est reliée au crible.
14 - Installation de vapocraquage selon l'une des revendications 9 à 13, dans laquelle les moyens de dépressurisation comprennent un sas (17, 17a et 17b) de dépressurisation en sortie du séparateur secondaire (13), et en amont du crible (19), ledit sas étant relié à l'atmosphère par une vanne (18).
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