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EP0907695A1 - Steam cracking installation and method with single controlled injection of solid particles in a quenching exchanger - Google Patents

Steam cracking installation and method with single controlled injection of solid particles in a quenching exchanger

Info

Publication number
EP0907695A1
EP0907695A1 EP97930571A EP97930571A EP0907695A1 EP 0907695 A1 EP0907695 A1 EP 0907695A1 EP 97930571 A EP97930571 A EP 97930571A EP 97930571 A EP97930571 A EP 97930571A EP 0907695 A1 EP0907695 A1 EP 0907695A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
exchanger
diffuser
impactor
particles
cone
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Ceased
Application number
EP97930571A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Eric Lenglet
Jean-Pierre Burzynski
Gérard Courteheuse
Roland Huin
Yves Gougne
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Procedes Petroliers et Petrochimiques
IFP Energies Nouvelles IFPEN
Original Assignee
Procedes Petroliers et Petrochimiques
IFP Energies Nouvelles IFPEN
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 Procedes Petroliers et Petrochimiques, IFP Energies Nouvelles IFPEN filed Critical Procedes Petroliers et Petrochimiques
Publication of EP0907695A1 publication Critical patent/EP0907695A1/en
Ceased legal-status Critical Current

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
    • C10G9/002—Cooling of cracked gases
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10G—CRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G9/00—Thermal non-catalytic cracking, in the absence of hydrogen, of hydrocarbon oils
    • C10G9/14—Thermal non-catalytic cracking, in the absence of hydrogen, of hydrocarbon oils in pipes or coils with or without auxiliary means, e.g. digesters, soaking drums, expansion means
    • C10G9/16—Preventing or removing incrustation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28G—CLEANING OF INTERNAL OR EXTERNAL SURFACES OF HEAT-EXCHANGE OR HEAT-TRANSFER CONDUITS, e.g. WATER TUBES OR BOILERS
    • F28G1/00—Non-rotary, e.g. reciprocated, appliances
    • F28G1/12—Fluid-propelled scrapers, bullets, or like solid bodies
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S585/00—Chemistry of hydrocarbon compounds
    • Y10S585/949—Miscellaneous considerations
    • Y10S585/95—Prevention or removal of corrosion or solid deposits

Definitions

  • the invention relates to an installation for steam cracking of hydrocarbons and to an implementation method, comprising a decoking step with a single controlled injection of solid particles.
  • the steam cracking process is the basic process of the petrochemical industry and consists of cracking at high temperature and then brutally cooling a load of hydrocarbons and water vapor.
  • the main operational problem results from the deposition of carbonaceous products on the internal walls of the installation. These deposits, consisting of coke or heavy tars of condensed pyrolysis and more or less agglomerated, limit the heat transfer in the cracking zone (coil with pyrolysis tubes) and the indirect quenching zone (effluent quench exchanger), requiring frequent stops to decoker the installation.
  • the erosive solid particles can be injected upstream of the cracking zone of each oven so that they pickle the coke deposited in the pyrolysis tubes, then downstream, that of the effluent quenching exchangers.
  • the injections are carried out online, that is to say either preferably during the normal operation of the furnace, or during periods when the supply of hydrocarbons is briefly interrupted, the furnace then being swept by a flow of water vapor and remaining connected to the downstream sections of the installation (primary oven, compression of cracked gases, etc.).
  • This passage under steam, in the absence of oxygen, can also be used for steam decoking of the furnace tubes, when it is carried out for longer periods of time. It is also possible to inject particles during air decoking phases, during the circulation of air or air / vapor mixtures in the installation.
  • erosive particles was very difficult to implement reliably with flexible operation under necessarily variable conditions: the geometry of the pyrolysis tubes cannot in fact be adapted for all of the charges, to ensure a correspondence between the erosive intensity local and the local coking speed (the nature of the coke and its hardness can also vary greatly from one charge to another), on the other hand, in flexible operation, therefore under variable operating conditions, type of load and dilution rate, pressure drop and skin temperature of the tubes are no longer reliable indicators of the state of coking of a bundle of pyrolysis tubes which cannot therefore be known and controlled in real time.
  • a new process which combines chemical decoking (for example with air), at least preponderant, of pyrolysis tubes with decoking, at least in part by erosion, of the quench exchangers.
  • This process comprises therefore an erosive decoking of the tubes of the quenching exchangers, which requires suitable means for introducing erosive particles into these exchangers.
  • quench exchangers are of the multitubular type with an inlet tubular plate which may comprise, for example, from 50 to 100 cracked gas circulation tubes, each tube being cooled, most often, by pressurized water circulation in an annular space around this tube
  • Each exchanger comprises an "inlet cone" of evolving geometry connected to the cracked gas transfer duct, itself connected to the pyrolysis tubes of the upstream cracking zone corresponding.
  • This term of inlet cone used generally, must be considered in a non-restrictive manner and represents the intermediate part at the inlet of the exchanger, making it possible to pass from the transfer duct to the tubular plate of the exchanger, much larger diameter.
  • This transformation can be conical in the strict sense, in trumpet, or according to other evolutionary forms
  • the process does not require a strictly equal distribution of the quantities of particles in each tube, but relatively small distribution differences are sought, and it is in particular necessary to avoid that one of the tubes collects for example 10%, or on the contrary 10 times more particles than the average value.
  • a tube poorly supplied with erosive particles could become clogged, due to insufficient decoking, while a tube supercharged would risk being eroded by the particles in excessive quantity.
  • the distribution of the particles must moreover be carried out without causing significant erosion of the tube plate of the exchanger.
  • the particle introduction and distribution device must therefore be both: • robust to withstand high temperatures, the risk of impact and erosion,
  • the injection manifolds are generally straight or circular conduits, comprising injection nozzles or orifices. This known solution was expei imentee for the application considered, and quickly abandoned for multiple reasons
  • One of the objects of the invention is to remedy the drawbacks of the prior art and to respond to the technical problems mentioned above.
  • This device has a large number of advantages with respect to technical problems l)
  • the particles injected immediately upstream of the impactor-diffuser do not have time to be fully accelerated before their impact on the impactor-diffuser, which reduces the risk of erosion.
  • the impactor-diffuser comprising a plurality of gas passages makes it possible to diffuse the gases and the particles in a plurality of directions and to improve the distribution (distribution) of the particles in the different tubes of the exchanger.
  • the impactor-diffuser being essentially opaque seen from upstream avoids the direct impact of at least most of the particles on the tube plate; the particles which rebound on the impactor-diffuser lose part of their kinetic energy, which reduces the risks of erosion, and rebound with variable angles, which gives a dispersing effect and improves the distribution of the particles in the various exchanger tubes.
  • the permeability of the impactor-diffuser finally makes it possible to properly supply particles to the tubes placed just behind the impactor-diffuser.
  • a number of injection points has been described between 1 and 8, but preferably between 2 and 6 (in sufficient number to improve the distribution of the particles), the injectors being oriented mainly in a substantially radial manner, in directions directed towards or near the axis of the cone.
  • the devices described effectively make it possible to obtain the desired technical results, but at the cost of a plurality of injection lines, which requires the implementation of a plurality of injection lines and upstream particle distribution means. between the different injection lines.
  • These multiple injection lines typically each comprising a shut-off valve provided for the high temperatures of the downstream injection point (for example 850 ° C.) are therefore relatively complex and expensive.
  • the object of the installation and of the method according to the invention is to propose a technical solution to the problem posed, notably simpler to implement and therefore also less expensive and more reliable.
  • a single axial injection is used placed immediately upstream of the multitubular quench exchanger.
  • the furnace comprises several tubular exchangers arranged in parallel, there will therefore be, according to the invention, several injection lines but a single line for each of the exchangers.
  • impactor-diffuser designates a solid body, generally metallic located on the path of the flow and being able to deflect the gases according to several directions, and to obtain 1 direct impact, on itself, of a significant part of the solid particles incident carried by the gases, in order to avoid the direct impact of these particles on the downstream tube plate
  • impactor-diffuser opaque at least at 70%
  • the projected surface of the various elements of the impactor-diffuser, on the terminal section of the transfer duct represents at least 70% of this section.
  • the section of the duct is the area delimited by the circle corresponding to the inside diameter of the transfer duct just upstream of the cone, the surface being projected parallel to the axis of the cone).
  • the section considered is that of the terminal part of the duct, downstream of the Y or the bend, parallel to the tube plate
  • the gas passages can be non-communicating or communicating, for example at the ends of solid surfaces which constitute 1 diffusing impactor, as will be dec ⁇ t later
  • the distance L from the ends of the injector to the impactor-diffuser is between 0.1 x D and 1.5 x D, D being the diameter of the tube plate and preferably between 0.15 x D and 1.2 x D
  • the impactor-diffuser will advantageously be approximately 90% opaque, seen from the transfer duct, and even 100%
  • the impactor-diffuser advantageously comprises surfaces arranged according to two levels, and offset so that the surfaces at one level are facing voids at the other level.
  • the impactor-diffuser comprises a plurality of straight bars, preferably of circular section, substantially parallel and arranged according to at least two levels substantially perpendicular to the axis of the cone, the bars being offset so that the solid surfaces of the bars of one of said levels are substantially opposite empty spaces at the other level
  • the transfer duct comprises a bend disposed immediately upstream of the inlet cone, the injection duct being connected to the transfer duct just at this bend
  • the transfer conduit comprises two branches connected in Y immediately upstream of the inlet cone, the injection conduit being connected to the transfer conduit just at the point of connection of the two branches forming a Y
  • the invention also provides a steam cracking process in a steam cracking installation, characterized in that one injects, preferably discontinuously, just upstream of a multitubular quench exchanger comprising an inlet cone, solid particles erosive by a single injection line, arranged substantially on the axis of the exchanger inlet cone, in sufficient quantity to limit the increase in the temperature of the exchanger effluents to a value below 100 ° C per month and preferably less than 30 ° C per month.
  • the hydraulic decokings of the exchanger can thus be spaced at intervals of at least 6 months and preferably at least 18 months.
  • FIG. 1 represents a supply of particles, according to a mode known from the prior art, with a multi-point spatial distribution
  • an indirect quenching exchanger (3) for the steam cracking effluents coming from a cracking zone with pyrolysis tubes, not shown, is connected to this zone by a transfer duct (1), opening into the cone. inlet (2) of the exchanger.
  • This exchanger is of the multitubular type and comprises a plurality of tubes (4) for the circulation of cracked gases for their sudden cooling, connected to a tubular plate (5)
  • injection ramps (I) injection ramps (I), only one of which is shown, with a plurality of injection points (In) to achieve the spatial distribution of the particles.
  • FIGS. 2A and 2B represent the characteristic part of an installation according to the invention.
  • a single injector or injection pipe (I) typically tubular, arranged along the axis of the cone (2) and opening into the cone, makes it possible to inject particles just upstream of an impactor-diffuser (6), comprising a plurality of surfaces (A, B, C, F), as well as empty spaces (E) forming several gas passages
  • This impactor-diffuser is located opposite the transfer duct (1), downstream of the current lines of this transfer duct, symbolized by parallel arrows
  • FIG. 2B schematically illustrates a top view of the surfaces ABCF of the impactor-diffuser seen from the tube plate (5)
  • the injection point located at the end of the injection pipe (I) is disposed at a reduced distance (L), upstream of the impactor-diffuser (by definition, of defined position by the most downstream solid surfaces)
  • (L) is smaller than the diameter (D) of the tube plate (5) of the exchanger
  • this impactor comprises two levels of solid surfaces A and C on the one hand, and B and F on the other hand, the empty spaces (E) at one of the levels being substantially opposite the solid surfaces on the other level
  • A, B, C, F are either straight bars or O-rings (A, B, C) or a disc (F), and are of rectangular section, they can be made of refractory alloy (for example HK 40) , and connected to each other and to the cone (2) by fixing lugs, or other mechanical devices not shown
  • FIGS. 3A, 3B illustrate another variant of a diffuser impactor (6) comprising a plurality of bars (6a, 6b, 6c), rectilinear, substantially perpendicular to the axis of the exchanger, of circular section, substantially parallel and arranged in two levels These bars are supported by a single central spacer (7) and substantially perpendicular to the axis of the bars The end of the bars is located at a distance d from the cone of at least 30 mm, and preferably 80 mm
  • the projections of the bars are not contiguous, the projected free space being at most 30% of the total space seen from the duct.
  • a totally opaque impactor seen from the upstream duct (1) will be used, the bars of one row occupying the space opposite the interstices of the other row
  • Figure 4 shows a part of an installation, according to a first characteristic variant
  • the gas transfer conduit c ⁇ qués (l) has a bend immediately upstream of the inlet cone (2) of the exchanger
  • the injection pipe (I) which opens inside the transfer pipe is connected at the elbow, which allows the particles to be well injected in the direction of the axis of the cone.
  • This device is much more effective for particle distribution that a device where the injection pipe (I) would bend inside an axial transfer pipe (1)
  • the impactor-diffuser (6) comprises rectilinear bars perpendicular to the plane shaped by the elbow and the axis of the cone (2)
  • the cone (2) has a substantially conical internal part (8), made of a refractory metal alloy opening opposite the impactor-diffuser (6)
  • This impactor-diffuser (6) is mechanically fixed to the internal cone (8) by fixing lugs (1 1) shown in dotted lines
  • Refractory concrete (9) is placed between the internal metallic cone (8) and the external metallic wall (10) of the cone (2) in order to reduce the internal free volume of the cone (2 ) and lower the temperature of the outer wall of the cone (2)
  • the cracked gas transfer duct (1) comprises two branches which are connected by forming a Y, just upstream of the inlet cone (2)
  • the injection pipe (I) is connected to the transfer pipe (1) substantially at the point of connection of the two branches of the Y. This symmetrical arrangement is very efficient from the point of view of the distribution of the particles in the exchanger tubes
  • the installation according to the invention operates in the following manner, injections, preferably discontinuous, of solid particles are carried out, sequentially for each of the quenching exchangers (or ovens, comprising several quenching exchangers)
  • the erosive solid particles are transported by transport pneumatic to the injection pipes (I), by a carrier gas such as fuel gas, nitrogen, or water vapor
  • the particles can be supplied from a silo of new particles, or on the contrary, be separated downstream of the quench exchangers and, in part at least, recycled.
  • the pneumatic transport mode can be transport in dense phase, or in dilute phase, in continuous or pulsed regime, and use movens well known in the art. skilled in the art, such as valves, locks, feed screws, switches
  • the non-homogeneous gas / particle mixture arrives at the level of the impactor-diffuser, or the gas is diffused by passages (E) (fig 2A) in several directions; the majority (50%, 70% or 90% or 100%) of the particles bounce off the solid surfaces of the impactor-diffuser and are themselves diffused and dispersed secondarily through the passages (E), and around the impactor-diffuser, and are distributed correctly in the different tubes (4) of the exchanger
  • the quantities of particles which it is necessary to inject can be easily determined from the outlet temperature of the quench exchanger, the drift of which is sought to limit to a value below 30 ° C. per month, for example
  • This injection mode according to the invention with a single injection pipe disposed substantially on the axis of the inlet cone of the exchanger and directed substantially along this axis, has unexpectedly proved to be as effective as devices ⁇ multiple injection pipes such as three or four pipes radially substantially radially

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Abstract

The invention discloses a steam cracking installation and method with controlled injection of solid particles in a quenching exchanger (3). The particles are injected with a single axially injecting conduit located on the axis of the quenching exchanger feed hopper (2), immediately upstream of an impact separator-diffuser (6) comprising solid surfaces arranged opposite the conduit for the transfer of the cracked gases towards the exchanger; this impact separator-diffuser is located in the exchanger feed hopper (2), is permeable to gases by means of a plurality of passages, and has an opacity of at least 70 % as viewed from the transfer conduit.

Description

INSTALLATION ET PROCEDE DE VAPOCRAQUAGE A INJECTION UNIQUE CONTROLEE DE PARTICULES SOLIDES DANS UN ÉCHANGEUR DE TREMPEINSTALLATION AND METHOD FOR CONTROLLED SINGLE INJECTION VAPOCRACKING OF SOLID PARTICLES IN A TEMPER EXCHANGER
L'invention concerne une installation de vapocraquage d'hydrocarbures et un procédé de mise en œuvre, comportant une étape de décokage à injection unique contrôlée de particules solides.The invention relates to an installation for steam cracking of hydrocarbons and to an implementation method, comprising a decoking step with a single controlled injection of solid particles.
L'arrière plan technologique est illustré par le brevet FR- A- 1.433.702 et WO-A- 96 20259.The technological background is illustrated by patent FR-A-1,433,702 and WO-A-96 20,259.
Le procédé de vapocraquage est le procédé de base de l'industrie pétrochimique et consiste à craquer à haute température puis à refroidir brutalement une charge d'hydrocarbures et de vapeur d'eau. Le principal problème opératoire résulte du dépôt de produits carbonés sur les parois internes de l'installation. Ces dépôts, constitués de coke ou de goudrons lourds de pyrolyse condensés et plus ou moins agglomérés limitent le transfert thermique dans la zone de craquage (serpentin à tubes de pyrolyse) et la zone de trempe indirecte (échangeur de trempe des effluents), nécessitant des arrêts fréquents pour décoker l'installation.The steam cracking process is the basic process of the petrochemical industry and consists of cracking at high temperature and then brutally cooling a load of hydrocarbons and water vapor. The main operational problem results from the deposition of carbonaceous products on the internal walls of the installation. These deposits, consisting of coke or heavy tars of condensed pyrolysis and more or less agglomerated, limit the heat transfer in the cracking zone (coil with pyrolysis tubes) and the indirect quenching zone (effluent quench exchanger), requiring frequent stops to decoker the installation.
Les demandeurs ont proposé (EP-A-419 643, EP-A-425 633 et EP-A-447 527) un procédé de décokage en marche d'installations de vapocraquage par injection de particules solides érosives, pour s'affranchir des problèmes de cokage et obtenir un vapocraquage continu ou sensiblement continu (par exemple durées de cycle de l'ordre d'un an).The applicants have proposed (EP-A-419,643, EP-A-425,633 and EP-A-447,527) a process for decoking in operation steam-cracking plants by injection of erosive solid particles, in order to overcome the problems coking and obtain a continuous or substantially continuous steam cracking (for example cycle times of the order of one year).
Les particules solides érosives peuvent être injectées en amont de la zone de craquage de chaque four afin qu'elles décapent le coke déposé dans les tubes de pyrolyse, puis en aval, celui des échangeurs de trempe des effluents.The erosive solid particles can be injected upstream of the cracking zone of each oven so that they pickle the coke deposited in the pyrolysis tubes, then downstream, that of the effluent quenching exchangers.
On réalise les injections en ligne c'est-à-dire soit, de préférence, pendant le fonctionnement normal du four, soit pendant des périodes où l'on interrompt brièvement l'alimentation en hydrocarbures, le four étant alors balayé par un débit de vapeur d'eau et restant relié aux sections aval de l'installation (four primaire, compression des gaz craqués, etc.). Ce passage sous vapeur, en l'absence d'oxygène peut également être utilisé pour le décokage à la vapeur des tubes du four, lorsqu'il est réalisé pendant des durées plus longues. On peut également injecter des particules pendant des phases de décokage à l'air, lors de la circulation d'air ou de mélanges air/vapeur dans l'installation.The injections are carried out online, that is to say either preferably during the normal operation of the furnace, or during periods when the supply of hydrocarbons is briefly interrupted, the furnace then being swept by a flow of water vapor and remaining connected to the downstream sections of the installation (primary oven, compression of cracked gases, etc.). This passage under steam, in the absence of oxygen, can also be used for steam decoking of the furnace tubes, when it is carried out for longer periods of time. It is also possible to inject particles during air decoking phases, during the circulation of air or air / vapor mixtures in the installation.
Pour réaliser dans une installation de vapocraquage existante, prévue pour le craquage du naphta, un vapocraquage flexible, compatible avec l'utilisation de charges lourdes (gasoil, distillât sous vide) ou oléfiniques, on a trouvé qu'il était essentiel de bien décaper le coke déposé dans les échangeurs de trempe des effluents, et qu'un décokage en marche de ces échangeurs de trempe permettait, de manière inattendue, de pouvoir rendre une installation de vapocraquage existante compatible avec une très grande variété de charges et de conditions opératoires. On a également trouvé, de manière inattendue que le coke déposé dans les échangeurs de trempe était beaucoup plus facile à éliminer par érosion que le coke disposé dans les tubes de pyrolyse et que le procédé proposé antérieurement de décokage complet de l'installation par de fines particules érosives était très difficile à mettre en œuvre de manière fiable avec un fonctionnement flexible sous des conditions nécessairement variables : la géométrie des tubes de pyrolyse ne peut en effet être adaptée pour l'ensemble des charges, pour assurer une correspondance entre l'intensité érosive locale et la vitesse de cokage locale (la nature du coke et sa dureté pouvant par ailleurs varier tiès fortement d'une charge à l'autre) , d'autre part, en fonctionnement flexible, donc en régime variable de conditions opératoires, type de charge et taux de dilution, la perte de charge et la température de peau des tubes ne sont plus des indicateurs Fiables de l'état de cokage d'un faisceau de tubes de pyrolyse qui ne peut donc être connu et contrôlé en temps réel.To achieve in an existing steam cracking installation, intended for cracking naphtha, a flexible steam cracking, compatible with the use of heavy loads (gas oil, vacuum distillate) or olefins, it has been found that it is essential to properly strip the coke deposited in the effluent quenching exchangers, and that a decoking in operation of these quenching exchangers made it possible, unexpected, to be able to make an existing steam cracking installation compatible with a very wide variety of loads and operating conditions. It was also unexpectedly found that the coke deposited in the quench exchangers was much easier to remove by erosion than the coke placed in the pyrolysis tubes and that the previously proposed method of completely decoking the installation with fines. erosive particles was very difficult to implement reliably with flexible operation under necessarily variable conditions: the geometry of the pyrolysis tubes cannot in fact be adapted for all of the charges, to ensure a correspondence between the erosive intensity local and the local coking speed (the nature of the coke and its hardness can also vary greatly from one charge to another), on the other hand, in flexible operation, therefore under variable operating conditions, type of load and dilution rate, pressure drop and skin temperature of the tubes are no longer reliable indicators of the state of coking of a bundle of pyrolysis tubes which cannot therefore be known and controlled in real time.
Pour remédier à ces inconvénients, on propose un nouveau procédé associant un décokage chimique (par exemple à l'air), au moins prépondérant, des tubes de pyrolyse à un décokage, au moins en partie par érosion, des échangeurs de trempe Ce procédé comporte donc un décokage érosif des tubes des échangeurs de trempe, qui requiert des moyens adaptés d'introduction des particules érosives dans ces échangeurs.To overcome these drawbacks, a new process is proposed which combines chemical decoking (for example with air), at least preponderant, of pyrolysis tubes with decoking, at least in part by erosion, of the quench exchangers. This process comprises therefore an erosive decoking of the tubes of the quenching exchangers, which requires suitable means for introducing erosive particles into these exchangers.
Pour la majeure partie des installations, ces échangeurs de trempe (TLE) sont de type multitubulaire avec une plaque tubulaire d'entrée pouvant comporter par exemple de 50 à 100 tubes de circulation des gaz craqués, chaque tube étant refroidi, le plus souvent, par circulation d'eau sous pression dans un espace annulaire autour de ce tube Chaque échangeur comprend un "cône d'entrée" de géométrie évolutive relié au conduit de transfert des gaz craqués, lui-même relié aux tubes de pyrolyse de la zone de craquage amont correspondante. Ce terme de cône d'entrée, utilisé de façon générale, doit être considéré de façon non restrictive et représente la pièce intermédiaire à l'entrée de l'échangeur, permettant de passer du conduit de transfert à la plaque tubulaire de l'échangeur, de diamètre beaucoup plus élevée. Cette transformation peut être conique au sens strict, en trompette, ou selon d'autres formes évolutivesFor most of the installations, these quench exchangers (TLE) are of the multitubular type with an inlet tubular plate which may comprise, for example, from 50 to 100 cracked gas circulation tubes, each tube being cooled, most often, by pressurized water circulation in an annular space around this tube Each exchanger comprises an "inlet cone" of evolving geometry connected to the cracked gas transfer duct, itself connected to the pyrolysis tubes of the upstream cracking zone corresponding. This term of inlet cone, used generally, must be considered in a non-restrictive manner and represents the intermediate part at the inlet of the exchanger, making it possible to pass from the transfer duct to the tubular plate of the exchanger, much larger diameter. This transformation can be conical in the strict sense, in trumpet, or according to other evolutionary forms
Le problème technique pour lequel il a été trouvé une solution objet de l'invention concerne la distribution des particules dans les différents tubes de l'échangeurThe technical problem for which a solution object of the invention has been found concerns the distribution of particles in the different tubes of the exchanger
Le procédé ne nécessite pas une répartition strictement égale des quantités de particules dans chaque tube mais on recherche des écarts de répartition relativement réduits, et il faut en particulier éviter que l'un des tubes ne recueille par exemple 10 %, ou bien au contraire 10 fois plus de particules que la valeur moyenne. En effet, un tube mal alimenté en particules érosives pourra se boucher, du fait d'un décokage insuffisant, alors qu'un tube suralimenté risquerait d'être érodé par les particules en quantité excessive.The process does not require a strictly equal distribution of the quantities of particles in each tube, but relatively small distribution differences are sought, and it is in particular necessary to avoid that one of the tubes collects for example 10%, or on the contrary 10 times more particles than the average value. In fact, a tube poorly supplied with erosive particles could become clogged, due to insufficient decoking, while a tube supercharged would risk being eroded by the particles in excessive quantity.
La distribution des particules doit par ailleurs être réalisée sans provoquer d'érosion notable de la plaque tubulaire de l'échangeur.The distribution of the particles must moreover be carried out without causing significant erosion of the tube plate of the exchanger.
Ce problème technique est rendu beaucoup plus délicat par plusieurs éléments et contraintes de procédé :This technical problem is made much more delicate by several elements and process constraints:
1) les très hautes températures (typiquement 850°C) à l'entrée des échangeurs TLE.1) very high temperatures (typically 850 ° C) at the inlet of the TLE exchangers.
2) le cokage intense dans cette zone, avec des risques de bouchage des conduits d'arrivée de particules.2) intense coking in this area, with the risk of blockage of the particle inlet ducts.
3) les très grandes vitesses de circulation, et turbulences dans cette zone (typiquement 100 m/s et plus). 4) la possibilité d'impact de fragments massifs de coke détachés des parois en amont, et3) very high traffic speeds, and turbulence in this area (typically 100 m / s and more). 4) the possibility of impact of massive fragments of coke detached from the upstream walls, and
5) la relative fragilité de la plaque tubulaire d'entrée des TLE, d'épaisseur généralement voisine de 10 mm seulement, vis à vis des problèmes d'érosion.5) the relative fragility of the tubular entry plate of the TLEs, of thickness generally close to only 10 mm, with regard to erosion problems.
Le dispositif d'introduction et de répartition des particules doit donc à la fois être : • robuste pour résister aux hautes températures, aux risques de chocs et d'érosion,The particle introduction and distribution device must therefore be both: • robust to withstand high temperatures, the risk of impact and erosion,
• fiable, notamment vis à vis des problèmes de bouchage par le coke,• reliable, especially with regard to coke plugging problems,
• performant du point de vue répartition, dans des conditions locales de haute turbulence, et• efficient from a distribution point of view, in local conditions of high turbulence, and
• ne pas présenter de risques d'érosion élevés pour la piaque tubulaire.• not present a high risk of erosion for the tubular piac.
On connaît déjà des techniques pour injecter et répartir des solides en poudre ou des liquides atomisés dans un échangeur multitubulaire.Techniques are already known for injecting and distributing powdered solids or atomized liquids in a multitubular exchanger.
Ces techniques consistent à réaliser une injection multipoints, par des rampes d'injection, pour répartir les solides ou les liquides directement en face des tubes de l'échangeur. Ces injections sont avantageusement réalisées avec un nombre de points importants (par exemple 15 ou 20) ou même en nombre égal à celui des tubes de l'échangeur) pour améliorer la distribution.These techniques consist in carrying out a multi-point injection, by injection ramps, to distribute the solids or the liquids directly in front of the tubes of the exchanger. These injections are advantageously carried out with a number of important points (for example 15 or 20) or even in a number equal to that of the tubes of the exchanger) to improve the distribution.
Les rampes d'injection sont des conduits généralement droits ou circulaires, comportant des buses ou orifices d'injection. Cette solution connue a été expéi imentee pour l'application considérée, et rapidement abandonnée pour des raisons multiplesThe injection manifolds are generally straight or circular conduits, comprising injection nozzles or orifices. This known solution was expei imentee for the application considered, and quickly abandoned for multiple reasons
• déformation des rampes, trop fragiles,• deformation of the ramps, which are too fragile,
• bouchages successifs d'injection de nombreux points par du coke, probablement du fait des perturbations aérodynamiques entre les différents points d'injection dues aux turbulences et recirculations intenses dans le cône d'entrée de l'échangeur , ces turbulences peuvent en effet provoquer l'arrêt du débit de certains points d injection et leur bouchage• successive blockages of injection of numerous points by coke, probably due to aerodynamic disturbances between the various injection points due to intense turbulence and recirculation in the inlet cone of the exchanger, these turbulences can indeed cause l '' stop the flow of certain injection points and their clogging
Le problème technique est en fait très difficile à résoudre car les contraintes sont apparemment contradictoires Si l'on veut répartir de manière sensiblement égale les particules, il est logique de faire une injection avec une répartition spatiale multi-pomts, avec un grand nombre de points, ce qui présente des risques de bouchageThe technical problem is in fact very difficult to solve because the constraints are apparently contradictory. If one wants to distribute the particles in a substantially equal way, it is logical to make an injection with a multi-pump spatial distribution, with a large number of points , which presents risks of blockage
Si l'on utilise un petit nombre de points d'injection, on disposera ceux-ci notablement en amont (par exemple à 50 fois le diamètre du conduit), pour que les particules aient le temps de se distribuer correctement dans le gaz Dans ce cas, les vitesses des particules sont élevées, car les particules ont le temps d'être fortement accélérées par la circulation du gaz a grande vitesse, et l'on a des risques d'érosion de la plaque tubulaireIf a small number of injection points are used, these will be arranged considerably upstream (for example 50 times the diameter of the duct), so that the particles have time to distribute themselves correctly in the gas. case, the particle velocities are high, because the particles have time to be strongly accelerated by the circulation of gas at high speed, and there is a risk of erosion of the tube plate
Si l'on rajoute un impacteur central en vis à vis du conduit de transfert, pour éviter l'impact durect des particules sur la plaque tubulaire, les particules contournent alors celui-ci à sa périphérie, et la répartition des particules dans les tubes en aval sera moins bonne, en particulier les tubes disposés juste derrière l'impacteur seront peu alimentes en particulesIf a central impactor is added opposite the transfer duct, to avoid the impact of particles on the tube plate, the particles then bypass the latter at its periphery, and the distribution of particles in the tubes in downstream will be less good, in particular the tubes placed just behind the impactor will be little supplied with particles
Un des objets de l'invention est de remédier aux inconvénients de l'art antérieur et de répondre aux problèmes techniques mentionnés ci-avantOne of the objects of the invention is to remedy the drawbacks of the prior art and to respond to the technical problems mentioned above.
Pour résoudre ces problèmes, on a déjà proposé, dans la demande de brevet français n°94/ 15744 et la demande de brevet PCT n°PCT/FR95/01721 une installation et un procédé de vapocraquage comprenant l'injection de particules solides immédiatement à l'entrée ou dans le cône d'entrée d'un échangeur de trempe multitubulane, juste en amont d'un impacteur-diffuseur disposé dans le cône d'entrée, perméable aux gaz selon une pluralité de passages de gaz et opaque à 70 % au moins vu de la section d'entrée du côneTo resolve these problems, French patent application No. 94/15744 and PCT patent application No. PCT / FR95 / 01721 have already proposed an installation and a steam cracking process comprising the injection of solid particles immediately at the inlet or into the inlet cone of a multitubulan quench exchanger, just upstream of an impactor-diffuser arranged in the inlet cone, permeable to gases according to a plurality of gas passages and opaque at 70% at least seen from the cone entry section
Ce dispositif présente un grand nombre d'avantages vis à vis des problèmes techniques l) Les particules, injectées immédiatement en amont de l'impacteur-diffuseur n'ont pas le temps d'être complètement accélérées avant leur impact sur l'impacteur-diffuseur, ce qui réduit les risques d'érosion.This device has a large number of advantages with respect to technical problems l) The particles injected immediately upstream of the impactor-diffuser do not have time to be fully accelerated before their impact on the impactor-diffuser, which reduces the risk of erosion.
2) L'impacteur-diffuseur comprenant une pluralité de passages de gaz permet de diffuser les gaz et les particules dans une pluralité de directions et d'améliorer la distribution (répartition) des particules dans les différents tubes de l'échangeur.2) The impactor-diffuser comprising a plurality of gas passages makes it possible to diffuse the gases and the particles in a plurality of directions and to improve the distribution (distribution) of the particles in the different tubes of the exchanger.
3) L'impacteur-diffuseur étant essentiellement opaque vu de l'amont évite l'impact direct de la plus grande partie au moins des particules sur la plaque tubulaire; les particules qui rebondissent sur l'impacteur-diffuseur perdent une partie de leur énergie cinétique, ce qui réduit les risques d'érosion, et rebondissent avec des angles variables, ce qui donne un effet de dispersion et améliore la répartition des particules dans les différents tubes de l'échangeur.3) The impactor-diffuser being essentially opaque seen from upstream avoids the direct impact of at least most of the particles on the tube plate; the particles which rebound on the impactor-diffuser lose part of their kinetic energy, which reduces the risks of erosion, and rebound with variable angles, which gives a dispersing effect and improves the distribution of the particles in the various exchanger tubes.
4) La perméabilité de l'impacteur-diffuseur permet enfin d'alimenter correctement en particules les tubes disposés juste derrière l'impacteur-diffuseur.4) The permeability of the impactor-diffuser finally makes it possible to properly supply particles to the tubes placed just behind the impactor-diffuser.
Dans les demandes de brevet précitées on a décrit un nombre de points d'injection compris entre 1 et 8, mais préférentiellement entre 2 et 6 (en nombre suffisant pour améliorer la distribution des particules), les injecteurs étant orientés principalement de façon sensiblement radiale, dans des directions dirigées vers l'axe du cône ou voisines de cet axe.In the aforementioned patent applications, a number of injection points has been described between 1 and 8, but preferably between 2 and 6 (in sufficient number to improve the distribution of the particles), the injectors being oriented mainly in a substantially radial manner, in directions directed towards or near the axis of the cone.
Les dispositifs décrits permettent effectivement d'obtenir les résultats techniques désirés, mais au prix d'une pluralité de conduites d'injection, ce qui nécessite la mise en œuvre d'une pluralité de lignes d'injection et de moyens amont de répartition de particules entre les différentes lignes d'injection. Ces lignes d'injection multiples, comportant typiquement chacune une vanne de sectionnement prévue pour les hautes températures du point d'injection aval (par exemple 850°C) sont donc relativement complexes et onéreuses.The devices described effectively make it possible to obtain the desired technical results, but at the cost of a plurality of injection lines, which requires the implementation of a plurality of injection lines and upstream particle distribution means. between the different injection lines. These multiple injection lines, typically each comprising a shut-off valve provided for the high temperatures of the downstream injection point (for example 850 ° C.) are therefore relatively complex and expensive.
L'objet de l'installation et du procédé selon l'invention est de proposer une solution technique au problème posé, notablement plus simple à mettre en œuvre et donc également moins onéreuse et plus fiable.The object of the installation and of the method according to the invention is to propose a technical solution to the problem posed, notably simpler to implement and therefore also less expensive and more reliable.
On propose donc une installation de vapocraquage d'hydrocarbures comportant au moins un four de craquage comprenant au moins une zone de craquage à au moins un tube de pyrolyse relié en aval par l'intermédiaire d'un conduit de transfert à un cône d'entrée d'un échangeur de trempe des effluents de cette zone, du type multitubulaire à plaque tubulaire d'entrée, caractérisée en ce qu'elle comprend : a) un impacteur-diffuseur de particules, comportant des surfaces solides disposées en vis à vis du conduit de transfert, à l'intérieur du dit cône d'entrée, ledit impacteur-diffuseur étant perméable aux gaz selon une pluralité de passages de gaz, mais opaque au moins à 50 % et de préférence au moins à 70 % vu du dit conduit de transfert situé en amont, b) un conduit d'injection unique de particules solides pour une élimination au moins partielle du coke déposé dans les tubes de l'échangeur, débouchant en un point d'introduction des particules disposé à une distance L en amont de l'impacteur-diffuseur n'excédant pas 2,5 fois le diamètre D de la plaque tubulaire de l'échangeur de trempe, ce conduit d'injection étant, au moins dans sa partie terminale, disposé sensiblement sur l'axe du cône (ou très proche de cet axe, sans sortir du cadre de l'invention).We therefore propose an installation for steam cracking of hydrocarbons comprising at least one cracking furnace comprising at least one cracking zone with at least one pyrolysis tube connected downstream via a transfer duct to an inlet cone an exchanger for quenching the effluents of this zone, of the multitubular type with an inlet tubular plate, characterized in that it comprises: a) a particle impactor-diffuser, comprising solid surfaces arranged opposite the transfer duct, inside said inlet cone, said impactor-diffuser being permeable to gases in a plurality of gas passages, but opaque at least 50% and preferably at least 70% seen from the said transfer conduit located upstream, b) a single injection conduit for solid particles for at least partial elimination of the coke deposited in the tubes of the exchanger, emerging at a point of introduction of the particles disposed at a distance L upstream of the impactor-diffuser not exceeding 2.5 times the diameter D of the tubular plate of the quenching exchanger, this conduit d injection being, at least in its terminal part, arranged substantially on the axis of the cone (or very close to this axis, without departing from the scope of the invention).
Ainsi, selon l'invention, on utilise une injection axiale unique disposée immédiatement en amont de l'échangeur de trempe multitubulaireThus, according to the invention, a single axial injection is used placed immediately upstream of the multitubular quench exchanger.
On ne sortirait pas du cadre de l'invention si l'on utilisait également d'autres lignes d'injection de particules disposées beaucoup plus en amont, par exemple en amont des tubes de pyrolyse ou d'échangeurs de trempe primaires disposés en amont de l'échangeur multitubulaire, pour injecter des quantités mineures par rapport à l'injection pπcipale de particules a une distance d'au moins 10 x D en amont de la plaque tubulaire de l'échangeur multitubulaire, par exemple en amont des tubes de pyrolyse.It would not be departing from the scope of the invention if other particle injection lines were also used placed much further upstream, for example upstream of the pyrolysis tubes or primary quenching exchangers arranged upstream of the multitubular exchanger, for injecting minor quantities relative to the main injection of particles at a distance of at least 10 x D upstream of the tube plate of the multitubular exchanger, for example upstream of the pyrolysis tubes.
Lorsque le four comporte plusieurs échangeurs tubulaires disposés en parallèle, on aura donc conformément à l'invention plusieurs lignes d'injection mais une ligne unique pour chacun des échangeurs.When the furnace comprises several tubular exchangers arranged in parallel, there will therefore be, according to the invention, several injection lines but a single line for each of the exchangers.
Le terme d'impacteur-diffuseur désigne un corps solide, généralement métallique situé sur la trajectoire de l'écoulement et pouvant dévier les gaz selon plusieurs directions, et obtenir 1 impact direct, sur lui- même, d'une partie importante des particules solides incidentes véhiculées par les gaz, afin d'éviter l'impact direct de ces particules sur la plaque tubulaire disposée en avalThe term of impactor-diffuser designates a solid body, generally metallic located on the path of the flow and being able to deflect the gases according to several directions, and to obtain 1 direct impact, on itself, of a significant part of the solid particles incident carried by the gases, in order to avoid the direct impact of these particles on the downstream tube plate
Par impacteur-diffuseur, opaque au moins à 70 %, on entend un impacteur-diffuseur sur lequel 70 % au moins des lignes de courant du conduit de transfert, prolongées dans le cône parallèlement à l'axe de ce cône, rencontrent l'impacteur.By impactor-diffuser, opaque at least at 70%, is meant an impactor-diffuser on which at least 70% of the current lines of the transfer duct, extended in the cone parallel to the axis of this cone, meet the impactor .
En d'autres termes, la surface projetée des divers éléments de l'impacteur-diffuseur, sur la section terminale du conduit de transfert représente 70 % au moins de cette section. (La section du conduit est la surface délimitée par le cercle correspondant au diamètre intérieur du conduit de transfert juste en amont du cône, la surface étant projetée parallèlement à l'axe du cône). Lorsque le conduit de transfert forme une pièce en Y, ou un coude la section considérée est celle de la partie terminale du conduit, en aval du Y ou du coude, parallèlement à la plaque tubulaireIn other words, the projected surface of the various elements of the impactor-diffuser, on the terminal section of the transfer duct represents at least 70% of this section. (The section of the duct is the area delimited by the circle corresponding to the inside diameter of the transfer duct just upstream of the cone, the surface being projected parallel to the axis of the cone). When the transfer duct forms a Y-piece, or a bend, the section considered is that of the terminal part of the duct, downstream of the Y or the bend, parallel to the tube plate
Les passages des gaz peuvent être non communicants ou communicants, par exemple à des extrémités de surfaces solides qui constituent 1 impacteur diffuseur, comme il sera décπt plus loinThe gas passages can be non-communicating or communicating, for example at the ends of solid surfaces which constitute 1 diffusing impactor, as will be decπt later
De façon préférée, la distance L des extrémités de l'injecteur à l'impacteur-diffuseur est comprise entre 0, 1 x D et 1,5 x D, D étant le diamètre de la plaque tubulaire et de préférence entre 0, 15 x D et 1,2 x DPreferably, the distance L from the ends of the injector to the impactor-diffuser is between 0.1 x D and 1.5 x D, D being the diameter of the tube plate and preferably between 0.15 x D and 1.2 x D
L'impacteur-diffuseur sera avantageusement opaque à 90 % environ, vu du conduit de transfert, et même à 100 %The impactor-diffuser will advantageously be approximately 90% opaque, seen from the transfer duct, and even 100%
L'impacteur-diffuseur comprend avantageusement des surfaces disposées selon deux niveaux, et décalées de façon à ce que les surfaces à un niveau soient en vis à vis de vides à l'autre niveau. On pourra se référer notamment à la demande de brevet WO-A-96 20259 incorporée comme référence qui décπt divers impacteurs-diffuseurs et dispositifs applicables à l'inventionThe impactor-diffuser advantageously comprises surfaces arranged according to two levels, and offset so that the surfaces at one level are facing voids at the other level. We can refer in particular to patent application WO-A-96 20259 incorporated as a reference which decπt various impactors-diffusers and devices applicable to the invention
Selon une variante caractéristique, l'impacteur-diffuseur comporte une pluralité de barreaux rectihgnes, de préférence de section circulaire, sensiblement parallèles et disposés selon au moins deux niveaux sensiblement perpendiculaires à l'axe du cône, les barreaux étant décalés de façon à ce que les surfaces solides des barreaux de l'un des dits niveaux soient sensiblement en vis à vis d'espaces vides à l'autre niveauAccording to a characteristic variant, the impactor-diffuser comprises a plurality of straight bars, preferably of circular section, substantially parallel and arranged according to at least two levels substantially perpendicular to the axis of the cone, the bars being offset so that the solid surfaces of the bars of one of said levels are substantially opposite empty spaces at the other level
Selon une variante caractéristique d'installation, le conduit de transfert comporte un coude disposé immédiatement en amont du cône d entrée, le conduit d'injection étant raccordé au conduit de transfert juste au niveau de ce coudeAccording to a characteristic variant of installation, the transfer duct comprises a bend disposed immediately upstream of the inlet cone, the injection duct being connected to the transfer duct just at this bend
Selon une autre variante caractéristique, le conduit de transfert comporte deux branches raccordées en Y immédiatement en amont du cône d'entrée, le conduit d'injection étant raccordé au conduit de transfert juste au niveau du point de raccordement des deux branches formant un YAccording to another characteristic variant, the transfer conduit comprises two branches connected in Y immediately upstream of the inlet cone, the injection conduit being connected to the transfer conduit just at the point of connection of the two branches forming a Y
L'invention propose également un procédé de vapocraquage dans une installation de vapocraquage, caractérisé en ce que l'on injecte, de préférence de façon discontinue, juste en amont d'un échangeur de trempe multitubulaire comportant un cône d'entrée, des particules solides érosives par une ligne d'injection unique, disposée sensiblement sur l'axe du cône d'entrée de l'échangeur, en quantité suffisante pour limiter l'augmentation de la température des effluents de l'échangeur à une valeur inférieure à 100°C par mois et de préférence inférieure à 30°C par mois. Les décokages hydrauliques de l'échangeur peuvent ainsi être espacés à des intervalles d'au moins 6 mois et de préférence d'au moins 18 mois.The invention also provides a steam cracking process in a steam cracking installation, characterized in that one injects, preferably discontinuously, just upstream of a multitubular quench exchanger comprising an inlet cone, solid particles erosive by a single injection line, arranged substantially on the axis of the exchanger inlet cone, in sufficient quantity to limit the increase in the temperature of the exchanger effluents to a value below 100 ° C per month and preferably less than 30 ° C per month. The hydraulic decokings of the exchanger can thus be spaced at intervals of at least 6 months and preferably at least 18 months.
L'invention sera mieux comprise au vu des figures suivantes illustrant de manière schématique l'installation, et divers modes de réalisation selon l'invention, parmi lesquellesThe invention will be better understood from the following figures schematically illustrating the installation, and various embodiments according to the invention, among which
La figure 1 représente une alimentation en particules, selon un mode connu de l'art antérieur, avec une distribution spatiale multi-pointsFIG. 1 represents a supply of particles, according to a mode known from the prior art, with a multi-point spatial distribution
Selon la figure 1, un échangeur de trempe indirecte (3) des effluents de vapocraquage provenant d'une zone de craquage à tubes de pyrolyse, non représentée, est relié à cette zone par un conduit de transfert (1), débouchant dans le cône d'entrée (2) de l'échangeur. Cet échangeur est du type multitubulaire et comporte une pluralité de tubes (4) de circulation des gaz craqués pour leur refroidissement brusque, raccordés à une plaque tubulaire (5)According to FIG. 1, an indirect quenching exchanger (3) for the steam cracking effluents coming from a cracking zone with pyrolysis tubes, not shown, is connected to this zone by a transfer duct (1), opening into the cone. inlet (2) of the exchanger. This exchanger is of the multitubular type and comprises a plurality of tubes (4) for the circulation of cracked gases for their sudden cooling, connected to a tubular plate (5)
Classiquement, pour distribuer des particules et les répartir, on utilise des rampes d'injection (I), dont une seule est représentée, avec une pluralité de points d'injection (In) pour réaliser la répartition spatiale des particules.Conventionally, to distribute particles and distribute them, use is made of injection ramps (I), only one of which is shown, with a plurality of injection points (In) to achieve the spatial distribution of the particles.
Le grand nombre de points In, et les conditions thermiques, aérodynamiques, et chimiques (cokage), sont très défavorables pour ce dispositif, et provoquent notamment des problèmes de bouchage et de déformation des rampes.The large number of points In, and the thermal, aerodynamic and chemical conditions (coking), are very unfavorable for this device, and in particular cause problems of blockage and deformation of the ramps.
Les figures 2A et 2B représentent la partie caractéristique d'une installation selon l'invention. Selon la figure 2A un injecteur unique ou conduit d'injection (I), typiquement tubulaire, disposé selon l'axe du cône (2) et débouchant dans le cône, permet d'injecter des particules juste en amont d'un impacteur- diffuseur(6), comprenant une pluralité de surfaces (A, B, C, F), ainsi que des espaces vides (E) formant plusieurs passages de gaz Cet impacteur-diffuseur est situé en vis à vis du conduit de transfert (1), en aval des lignes de courant de ce conduit de transfert, symbolisées par des flèches parallèlesFIGS. 2A and 2B represent the characteristic part of an installation according to the invention. According to FIG. 2A, a single injector or injection pipe (I), typically tubular, arranged along the axis of the cone (2) and opening into the cone, makes it possible to inject particles just upstream of an impactor-diffuser (6), comprising a plurality of surfaces (A, B, C, F), as well as empty spaces (E) forming several gas passages This impactor-diffuser is located opposite the transfer duct (1), downstream of the current lines of this transfer duct, symbolized by parallel arrows
A l'examen de la figure 2A, on voit que si l'on prolonge les flèches situés dans le conduit de transfert ( 1 ), ces flèches rencontrent au moins l'une des surfaces solides A, B, C, F. Cet impacteur- diffuseur (6) est donc opaque à 100 % vu du conduit de transfert (1) Il est néanmoins perméable aux gaz grâce aux espaces vides (E) formant une pluralité de passages de gaz Avantageusement, on utilisera un impacteur-diffuseur comportant un plus grand nombre de surfaces solides (par exemple entre 8 et 20), et de passages de gaz (E), qu'il n'est représenté sur cette figureOn examining FIG. 2A, it can be seen that if the arrows located in the transfer duct (1) are extended, these arrows meet at least one of the solid surfaces A, B, C, F. This impactor - diffuser (6) is therefore 100% opaque seen from the transfer duct (1) It is nevertheless permeable to gases thanks to the empty spaces (E) forming a plurality of gas passages Advantageously, will use an impactor-diffuser comprising a greater number of solid surfaces (for example between 8 and 20), and gas passages (E), than it is represented in this figure
La figure 2B illustre schematiquement une vue de dessus des surfaces ABCF de l'impacteur-diffuseur vue de la plaque tubulaire (5)FIG. 2B schematically illustrates a top view of the surfaces ABCF of the impactor-diffuser seen from the tube plate (5)
Conformément à l'invention, le point d'injection, situé à l'extrémité du conduit d'injection (I) est disposé à une distance réduite (L), en amont de l'impacteur-diffuseur (par définition, de position définie par les surfaces solides les plus en aval) Selon la figure, (L) est plus petite que le diamètre (D) de la plaque tubulaire (5) de l'échangeurAccording to the invention, the injection point, located at the end of the injection pipe (I) is disposed at a reduced distance (L), upstream of the impactor-diffuser (by definition, of defined position by the most downstream solid surfaces) According to the figure, (L) is smaller than the diameter (D) of the tube plate (5) of the exchanger
Comme on le voit également, cet impacteur comprend deux niveaux de surfaces solides A et C d'une part, et B et F d'autre part, les espaces vides (E) à l'un des niveaux étant sensiblement en vis à vis des surfaces solides de l'autre niveauAs can also be seen, this impactor comprises two levels of solid surfaces A and C on the one hand, and B and F on the other hand, the empty spaces (E) at one of the levels being substantially opposite the solid surfaces on the other level
A, B, C, F sont soit des barreaux rectilignes, soit des anneaux toriques (A, B, C) ou un disque (F), et sont de section rectangulaire , ils peuvent être réalisés en alliage réfractaire (par exemple HK 40), et raccordés entre eux et au cône (2) par des pattes de fixation, ou autres dispositifs mécaniques non représentésA, B, C, F are either straight bars or O-rings (A, B, C) or a disc (F), and are of rectangular section, they can be made of refractory alloy (for example HK 40) , and connected to each other and to the cone (2) by fixing lugs, or other mechanical devices not shown
Les figures 3A, 3B illustrent une autre variante d'impacteur diffuseur (6) comportant une pluralité de barreaux (6 a, 6 b, 6 c), rectilignes, sensiblement perpendiculaires à l'axe de l'échangeur, de section circulaire, sensiblement parallèles et disposés selon deux niveaux Ces barreaux sont supportés par une entretoise (7) unique centrale et sensiblement perpendiculaire à l'axe des barreaux L'extrémité des barreaux est située à une distance d du cône d'au moins 30 mm, et de préférence 80 mmFIGS. 3A, 3B illustrate another variant of a diffuser impactor (6) comprising a plurality of bars (6a, 6b, 6c), rectilinear, substantially perpendicular to the axis of the exchanger, of circular section, substantially parallel and arranged in two levels These bars are supported by a single central spacer (7) and substantially perpendicular to the axis of the bars The end of the bars is located at a distance d from the cone of at least 30 mm, and preferably 80 mm
Selon la figure 3B, les projections des barreaux ne sont pas jomtives, l'espace libre projeté étant au plus de 30 % de l'espace total vu du conduit De préférence, on utilisera un impacteur totalement opaque vu du conduit amont (1), les barreaux d'une rangée occupant l'espace en vis à vis des interstices de l'autre rangéeAccording to FIG. 3B, the projections of the bars are not contiguous, the projected free space being at most 30% of the total space seen from the duct. Preferably, a totally opaque impactor seen from the upstream duct (1) will be used, the bars of one row occupying the space opposite the interstices of the other row
La figure 4 représente une partie d'une installation, selon une première variante caractéristique Le conduit de transfert de gaz cιαqués (l) comporte un coude immédiatement en amont du cône d'entrée (2) de l'échangeur De façon caractéristique, le conduit d injection (I) qui débouche à l'intérieur du conduit de transfert est raccordé au niveau du coude, ce qui permet de bien injecter les particules dans la direction de l'axe du cône Ce dispositif est bien plus efficace pour la répartition des particules qu'un dispositif où le conduit d'injection (I) ferait un coude à l'intérieur d un conduit de transfert (1) axial L'impacteur-diffuseur (6) comprend des barreaux rectilignes perpendiculaires au plan forme par le coude et l'axe du cône (2)Figure 4 shows a part of an installation, according to a first characteristic variant The gas transfer conduit cιαqués (l) has a bend immediately upstream of the inlet cone (2) of the exchanger Typically, the injection pipe (I) which opens inside the transfer pipe is connected at the elbow, which allows the particles to be well injected in the direction of the axis of the cone. This device is much more effective for particle distribution that a device where the injection pipe (I) would bend inside an axial transfer pipe (1) The impactor-diffuser (6) comprises rectilinear bars perpendicular to the plane shaped by the elbow and the axis of the cone (2)
Le cône (2) comporte une partie sensiblement conique interne (8), en alliage métallique réfractaire débouchant en vis a vis de I impacteur-diffuseur (6) Cet impacteur-diffuseur (6) est fixé mécaniquement au cône interne (8) par des pattes de fixation ( 1 1) représentées en pointillé Du béton réfractaire (9) est dispose entre le cône interne métallique (8) et la paroi métallique externe (10) du cône (2) afin de réduire le volume libre interne du cône (2) et d'abaisser la température de la paroi externe du cône (2)The cone (2) has a substantially conical internal part (8), made of a refractory metal alloy opening opposite the impactor-diffuser (6) This impactor-diffuser (6) is mechanically fixed to the internal cone (8) by fixing lugs (1 1) shown in dotted lines Refractory concrete (9) is placed between the internal metallic cone (8) and the external metallic wall (10) of the cone (2) in order to reduce the internal free volume of the cone (2 ) and lower the temperature of the outer wall of the cone (2)
La figure 5 représente une partie d installation selon une autre variante caractéristique le conduit de transfert de gaz craqués (1) comprend deux branches se raccordant en formant un Y, juste en amont du cône d'entrée (2)5 shows an installation part according to another characteristic variant the cracked gas transfer duct (1) comprises two branches which are connected by forming a Y, just upstream of the inlet cone (2)
De façon caractéristique, le conduit d'injection (I) est raccordé au conduit de transfert (1) sensiblement au niveau du point de raccordement des deux branches du Y Cette disposition symétrique est très performante du point de vue de la distribution des particules dans les tubes de l'échangeurTypically, the injection pipe (I) is connected to the transfer pipe (1) substantially at the point of connection of the two branches of the Y. This symmetrical arrangement is very efficient from the point of view of the distribution of the particles in the exchanger tubes
L'installation selon l'invention fonctionne de la façon suivante on réalise des injections, de préférence discontinues, de particules solides, séquentiellement pour chacun des échangeurs de trempe (ou fours, comportant plusieurs échangeurs de trempe) Les particules solides érosives sont véhiculées par transport pneumatique vers les conduites d'injection (I), par un gaz porteur tel que du fuel gaz, de l'azote, ou de la vapeur d'eau Les particules peuvent être alimentées à partir d'un silo de particules neuves, ou au contraire être séparées en aval des échangeurs de trempe et, en partie au moins, recyclées Le mode de transport pneumatique peut être un transport en phase dense, ou en phase diluée, en régime continu ou puisé, et utiliser des movens bien connus de l'homme de l'art, tels que des vannes, écluses, vis d'alimentation, aiguillagesThe installation according to the invention operates in the following manner, injections, preferably discontinuous, of solid particles are carried out, sequentially for each of the quenching exchangers (or ovens, comprising several quenching exchangers) The erosive solid particles are transported by transport pneumatic to the injection pipes (I), by a carrier gas such as fuel gas, nitrogen, or water vapor The particles can be supplied from a silo of new particles, or on the contrary, be separated downstream of the quench exchangers and, in part at least, recycled. The pneumatic transport mode can be transport in dense phase, or in dilute phase, in continuous or pulsed regime, and use movens well known in the art. skilled in the art, such as valves, locks, feed screws, switches
Les particules, injectées dans un échangeur par le conduit (I) pénètrent dans le cône (2), mais ne sont pas instantanément dispersées pai 1 écoulement de gaz. Le mélange non homogène gaz/particules arrive au niveau de l'impacteur-diffuseur, ou le gaz est diffusé par des passages (E) (fig 2A) dans plusieurs directions ; la majorité (50 %, 70 % ou 90 % ou 100 %) des particules rebondissent sur les surfaces solides de l'impacteur-diffuseur et sont elles-mêmes diffusées et dispersées secondairement à travers les passages (E), et autour de l'impacteur-diffuseur, et se répartissent de façon correcte dans les différents tubes (4) de l'échangeurThe particles, injected into an exchanger through the conduit (I) penetrate into the cone (2), but are not instantaneously dispersed by a flow of gas. The non-homogeneous gas / particle mixture arrives at the level of the impactor-diffuser, or the gas is diffused by passages (E) (fig 2A) in several directions; the majority (50%, 70% or 90% or 100%) of the particles bounce off the solid surfaces of the impactor-diffuser and are themselves diffused and dispersed secondarily through the passages (E), and around the impactor-diffuser, and are distributed correctly in the different tubes (4) of the exchanger
Les quantités de particules qu il est nécessaire d'injecter peuvent être déterminées facilement a partir de la température de sortie de l'échangeur de trempe dont on cherche a limiter la dérive a une valeur inférieure à 30°C par mois, par exempleThe quantities of particles which it is necessary to inject can be easily determined from the outlet temperature of the quench exchanger, the drift of which is sought to limit to a value below 30 ° C. per month, for example
Ce mode d'injection selon l'invention, avec un conduit d injection unique disposé sensiblement sur l'axe du cône d'entrée de l'échangeur et dirigé sensiblement selon cet axe, s'est révélé de façon inattendue aussi performant que des dispositifs α conduits d'injection multiples tels que trois ou quatre conduits diπgés sensiblement radialementThis injection mode according to the invention, with a single injection pipe disposed substantially on the axis of the inlet cone of the exchanger and directed substantially along this axis, has unexpectedly proved to be as effective as devices α multiple injection pipes such as three or four pipes radially substantially radially
On a notamment obtenu avec des împacteurs-diffuseurs conformes à ceux des figures 3A et 3B, sensiblement opaques à 100 %, et une injection axiale unique à 0,8 x D en amont de l'impacteur- diffuseur, des déviations de répartition de particules inférieures à 20 % par rapport à la valeur moyenne, aussi bonnes qu'avec ti ois ou quatre mjecteurs, et cela de façon notablement plus simple, plus fiable et moins onéreuse Particulate distribution deviations were obtained with impactors-diffusers conforming to those of FIGS. 3A and 3B, substantially 100% opaque, and a single axial injection at 0.8 × D less than 20% compared to the average value, as good as with three or four mjectors, and this in a significantly simpler, more reliable and less expensive way

Claims

REVENDICATIONS
1. Installation de vapocraquage d'hydrocarbures comportant au moins un four de craquage comprenant au moins une zone de craquage α au moins un tube de pyrolyse relié en aval par l'intermédiaire d'un conduit de transfert ( 1) à un cône d entrée (2) d'un échangeur (3) de trempe des effluents de cette zone, du type multitubulaire à plaque tubulaire d'entrée (5), caractérisée en ce qu'elle comprend1. Installation for steam cracking of hydrocarbons comprising at least one cracking furnace comprising at least one cracking zone α at least one pyrolysis tube connected downstream via a transfer duct (1) to an inlet cone (2) a heat exchanger (3) for quenching the effluents from this zone, of the multitubular type with an inlet tubular plate (5), characterized in that it comprises
a) un impacteur-diffuseur (6), de particules, comportant des surfaces solides disposées en vis à vis du conduit (1) de transfert, à l'inteneur du dit cône (2) d'entrée, ledit impacteur-diffuseur étant perméable aux gaz selon une pluralité de passages de gaz, mais opaque au moins à 50 % et de préférence au moins à 70 % vu du dit conduit de transfeit ( l) situé en amont, b) un conduit (I) d'injection unique de particules solides pour une élimination au moins partielle du coke déposé dans les tubes de l'échangeur (3), le conduit débouchant en un point d'introduction des particules disposé à une distance L en amont de l'impacteur-diffuseur n'excédant pas 2,5 fois le diamètre D de la plaque tubulaire de l'échangeur de trempe, ce conduit d'injection étant, au moins dans sa partie terminale, dispose sensiblement sur l'axe du cône (2).a) an impactor-diffuser (6), of particles, comprising solid surfaces arranged opposite the conduit (1) for transfer, to the interior of said cone (2) inlet, said impactor-diffuser being permeable to gases in a plurality of gas passages, but opaque at least 50% and preferably at least 70% seen from said transfer duct (l) located upstream, b) a single injection duct (I) of solid particles for at least partial elimination of the coke deposited in the tubes of the exchanger (3), the conduit opening out at a point of introduction of the particles disposed at a distance L upstream of the impactor-diffuser not exceeding 2.5 times the diameter D of the tubular plate of the quench exchanger, this injection conduit being, at least in its terminal part, arranged substantially on the axis of the cone (2).
2. Installation de vapocraquage selon la revendication 1, dans laquelle la distance L de l'extrémité de l'injecteur à l'impacteur-diffuseur est comprise entre 0,1 x D et 1,5 x D, D étant le diamètre de la plaque tubulaire et de préférence entre 0.15 x D et 1 ,2 x D2. Steam cracking installation according to claim 1, in which the distance L from the end of the injector to the impactor-diffuser is between 0.1 x D and 1.5 x D, D being the diameter of the tubular plate and preferably between 0.15 x D and 1, 2 x D
3. Installation de vapocraquage selon l une des revendications 1 et 2, dans laquelle l'impacteur-diffuseur est opaque à au moins 90 % en vu on, vu du conduit de transfert (1)3. Steam cracking installation according to one of claims 1 and 2, in which the impactor-diffuser is at least 90% opaque when viewed on, seen from the transfer duct (1)
4. Installation de vapocraquage selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'impacteur- diffuseur comporte une pluralité de barreaux rectilignes (6a), (6b), (6b), de préférence de section circulaire, sensiblement parallèles et disposés selon au moins deux niveaux sensiblement perpendiculaires à l'axe du cône, les barreaux étant décalés de façon à ce que les surfaces solides des barreaux de l'un des dits niveaux soient sensiblement en vis à vis d'espaces vides à l'autre niveau4. Steam cracking installation according to one of claims 1 to 3, characterized in that the impactor-diffuser comprises a plurality of straight bars (6a), (6b), (6b), preferably of circular section, substantially parallel and arranged in at least two levels substantially perpendicular to the axis of the cone, the bars being offset so that the solid surfaces of the bars of one of said levels are substantially opposite empty spaces at the other level
5. Installation de vapocraquage selon l'une des revendications 1 à 4, comprenant un conduit de transfert (1) comportant un coude disposé immédiatement en amont du cône d'entrée (2), caractérisé en ce que le conduit d'injection (I) est raccordé au conduit de transfert (1) juste au niveau du dit coude 5. Steam cracking installation according to one of claims 1 to 4, comprising a transfer duct (1) comprising an elbow disposed immediately upstream of the inlet cone (2), characterized in that the injection duct (I ) is connected to the transfer duct (1) just at the level of said elbow
6. Installation de vapocraquage selon l'une des revendications 1 à 4, comprenant un conduit de transfert (1) comportant deux branches raccordées en Y immédiatement en amont du cône d'entrée (2), caractérisé en ce que le conduit d'injection (I) est raccordé au conduit de transfert (1) juste au niveau du point de raccordement des deux branches formant un Y6. Steam cracking installation according to one of claims 1 to 4, comprising a transfer duct (1) comprising two branches connected in Y immediately upstream of the inlet cone (2), characterized in that the injection duct (I) is connected to the transfer duct (1) just at the point of connection of the two branches forming a Y
7 Procédé de vapocraquage, dans une installation selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'on injecte juste en amont d un échangeur de trempe multitubulaire, de préférence de façon discontinue, des particules solides érosives par une ligne d'injection (I) unique, disposée sensiblement sur l'axe du cône d'entrée (2) de l'échangeur, en quantité suffisante pour limiter l'augmentation de la température des effluents de l'échangeur (3) à une valeur inférieure à 100°C par mois et de préférence 30°C par mois, et de préférence pour espacer les décokages hydrauliques de l'échangeur à des intervalles d'au moins 6 mois 7 steam cracking process, in an installation according to one of claims 1 to 6, characterized in that one injects just upstream of a multitubular quench exchanger, preferably discontinuously, erosive solid particles by a line d single injection (I), disposed substantially on the axis of the inlet cone (2) of the exchanger, in sufficient quantity to limit the increase in the temperature of the effluents from the exchanger (3) to a lower value at 100 ° C per month and preferably 30 ° C per month, and preferably to space the hydraulic decokings of the exchanger at intervals of at least 6 months
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