BE564873A

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Publication number: BE564873A
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Description

La présente invention se rapporte à un procédé de proteo- tion des parois des chambres de pyrolyse dans des fours de traite- ment thermique d'hydrocarbures, en vue de la production d'hydrooar- bures non saturés, et aux fours pour l'exécution de ce procédé.

On sait qu'on peut produire ces hydrocarbures non-saturés, en particulier l'acétylène et/ou l'éthylène ou autres oléfines, au départ d'hydrocarbures plus saturés, en portant ces derniers, à l'état gazeux ou sous forme de liquide finement divisé par pulvéri- sation; à des températures élevées, pendant un temps très court.

A cet effet, on peut notamment soumettre l'hydrocarbure

de départ à une combustion partielle ou l'injecter dans des gaz de combustion chauds.

De nombreux types de four ont déjà été proposés et/ou utilisés pour réaliser ces réactions de pyrolyse, mais ils présen /'tent certains inconvénients qui compliquent leur utilisation à l'échelle industrielle.

Ils donnent lieu notamment à des arrêts fréquents, à cause des dépôts de carbone qui se forment sur les parois de la chambre de pyrolyse, dépôts qu'on est obligé d'enlever périodiquement pour assurer un fonctionnement régulier du four et un rendement élevé en hydrocarbures non-saturés. Dans le cas de fours construits entiez rement ou partiellement en matériaux réfactaires, on se heurte, en outre, à des difficultés dues à l'étanchéité imparfaite de la construction aprèâ une certaine durée de fonctionnement,, D'autre part, l'emploi de métaux présente des inconvénients du fait des dilatations thermiques et du rôle oatalytique indésirable que peuvent jouer ces métaux.

La présente invention a pour objet de permettre la produc- tien, en marche continue, d'hydrocarbures non-saturés dans des conditions conduisant à des rendements élevés, tout en évitant les désavantages signalés ci-dessus.

Oe résultat est obtenu moyennant un procédé simple et un dispositif original, consistant à envelopper latéralement la zone de pyrolyse des hydrocarbures dé départ, )par une nappe oontinue et homogène d'un fluide, animée d'un mouvement hélicoidal.

On remplace ainsi les parois solides, fixes, délimitant la zone de pyrolyse, par des parois liquides, dynamiques qui entraînent les particules de carbone, permettant ainsi de maintenir une zone de pyrolyse invariable, protègent les parois des effets thermiques et inhibent éventuellement leur action catalytique*
Il a déjà. été proposé de laisser s'écouler librement de l'eau le long des parois de la chambre de pyrolyse, mais il a été observé que les parois risquent de ne pas être mouillées entièrement, laissant par le fait même des zones d'accrochage du noir de carbone, à moins d'utiliser des pressions et débits d'eau élevés.

Toutes autres choses restant égales, en imprimant un mouvement hélioofdal au fluide formant écran protecteur, on tapissas les parois intérieures de la chambre de pyrolyse d'un film beaucoup plus homogène, et on peut utiliser des pressions et débits de fluide moins élevés. On évite ainsi tout contact entre les réactifs chauds et des éléments de paroi de la chambre éventuellement non protégés par l'écran, et on réalise les conditions les meilleures visant la pleine efficacité de cet écran protecteur.

Le dispositif utilisé à cet effet consiste de préférence en une bague à rainures hélicoidales, inclinées de préférence à 45
A par rapport à l'axe de cette bague, fixée contre les parois de la chambre de pyrolyse, au sommet de cette dernière, de façon à ne laisser que ces rainures comme passage libre pour l'injection du fluide formant nappe protectrice. Ce fluide, par exemple de l'eau, amené sous pression, est, par suite de son passage dans les rainu- res de la bague, injecté le long des parois sous forme de lames animées d'un mouvement hélicoidal et formant ensemble une,nappe continue,, homogène, adhérant à ces parois solides.

La vitesse de cet écran fluide protecteur doit être suf- fisante pour que la durée de contact et 11 échange thermique entre cet écran et les gaz en évolution soient très réduits. D'autre part, cet écran prend naissance directement à l'entrée de la chambre de pyrolyse, de sorte que la surface entière de la paroi de cette cham- bre est protégée. La réaction de pyrolyse s'effectue dans les condi- tions optima au point de vue thermique et dans une zone dont les di- mensions restent invariables, ce qui contribue à l'obtention de rende- ' ments élevés en hydrocarbures non saturés.

Ce dispositif, de réalisation aisée, est facilement adaptable à tout four de pyrolyse d'hydrocarbures, sans modifica- tions structurelles importantes de ce dernier.

Les descriptions suivantes de deux types différents de fours de pyrolyse d'hydrocarbures illustrent la présente invention.

La figure I est une coupe verticale schématique, d'une forme de réalisation d'un four pour la production d'acétylène par combustion partielle d'hydrocarbures plus saturés.

La figure II est une coupe verticale d'une partie de ce four et la fige III représente, en coupe verticale, un détail de la figure Il*
La figure IV est une coupe verticale d'une autre forme de réalisation d'un four utilisé pour la pyrolyse, en acétylène et oléfines, d'hydrocarbures injectés dans des gaz chauds de combustion.

Dans le four représente à la figure I, un distributeur 1, en forme de djque cylindrique, est traversé par les canaux paral- lèles 2 de distribution du mélange d'hydrocarbure gazeux à pyrolyser et d'oxygène dans la chambre de combustion 3. A sa partie supérieure cette chambre de combustion est pourvue d'une bague 4, encastrée et fixée dans le distributeur 1. Comme représenté aux figures II et III, cette bague 4 est à rainures hélicoidales 5. Le long de son pourtour extérieur, le distributeur 1 comporte une cavité annulaire 6, dans laquelle est aménagée une fente annulaire 7 qui relie cette cavité aux rainures 5. Une conduite 8 permet d'alimenter la cavité annu- 1-tire 6.

Un pulvérisateur 9, pour l'injection d'eau de refroidisse- ment.est placé à l'extrémité de sortie de la chambre de combustion D'autre part, une ou plusieurs canalisations 10 traversent le disque distributeur 1, en sens perpendiculaire à la direction des canaux 2 de distribution du mélange gazeux. de mélange gazeux d'hydrocarbure à pyrolyser et d'oxygène entre dans la chambre de combustion 3 par passage à travers les canaux 2 du distributeur 1. 1) Se produit une combustion partielle de l'hydrocarbure et les produits gazeux de réaction sont refroidis brusquement par injection transversale d'eau à. l'aide du pulvérisa- teur 9.

Afin de protéger la surface interne de la paroi de la cham- bre de combustion 3, contre les dépôts de carbone, en amène de l'eau sous pression par la conduite 8 dans la cavité 6. Par l'intermédiai- re de la fente 7, l'eau passe dans les rainures héliooi'dales 5 de l'anneau 4 et elle est alors éjectée en formant un écran continu, animé d'un mouvement hélicoïdal, le long de la surface interne de la paroi.

Le four représenté aux figures IV et V comprend une bague 11, disposée entre la chambre de combustion 12 et la chambre de pyro-

lyse 13, de façon à injecter de l'eau ou autre fluide le long de la paroi 22 de la chambre de pyrolyse 13. Une enveloppe 15, à circu-
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lation d'eau de refroïdïssement,, entoure la chambre de pyrolyse. 13 et uns autre enveloppe 15' entoure là" chambre de combustion bzz Les conduites 14 et 16 servent à amener l'eau respectivement dans
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les enveloppes 15 et 15e* Cette demiëre est munie de la conduite de sortie 17. La bague li comporte des rainures hëliooi'dales 23 de la mène façon que la bague 4 représentée aux figures 1 à III.

Une ouverture annulaire 21,au-dessus de la paroi 22 de la chambre
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de pyrolyse 139 conduit aux rainures hélioofdal'as 2,3 de la bague ils
Les conduites 19 et 20 servent à l'introduction de gaz combustible et comburant dans la chambre de combustion 12. La con-
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duite 18 seris à l'injection de'l'hydrocarbure à pyrolyser. Un puez risateur 24 est place à 1"extrémité de sortie de la chambre de pyrolyse 13.
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Le gaz combustible et l'osygene sont amenés respective'- ment par les conduites 19 et 20 dans la chambre de combustion 12 où ils s'enflamment immédiatement.

L'hydrocarbure à pyrolyser est injecté par la conduite 18 dans les gaz chauds de combustion ainsi formés, et le mélange en résultant entre dans la chambre de pyro- lyse 3. De l'eau de refroidissement circule dans l'enveloppe 15' entre les conduites 16 et 17. Dans l'enveloppe 15, on amène aussi de l'eau sous pression par la conduite 14, cette eau passant ensuite par l'ouverture 21 dans les rainures 23, d'où elle est injectée
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sur la paroi 22 de façon à former un fïla continu qui s'éeoule hélio.

8o:.a.emsxt sur cette paroi 22 et la protège contre les dépôts de carbone.

Les exemples suivants,nullement limitatifs, illustrent la présente invention-.

Exemple
Dans le four représenté à la figure 1, on a introduite par
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les canaux 2 du distributeur 1-t-un mélange de 1900 m3/lie, d'une fraction de .gaz de fours à coke, à environ 85 % dehyàrocarbures en Si '- 02e et 1000 m3/. doOxYgbnev ces réactif a étant préchauffés à une température d'environ 450 c.

Par la conduite 8, la cavité annulaire 6 et la fente annulaire 7, on a introduit 2,5 m3/H. d'eau qui, par l'intermédiaire des fenteshéliooidales 5, formait un écran d'eau à mouvement hélicoidal le long de la faoe interne de la paroi métallique de la chambre de combustion 3.

La réaction de combustion partielle a donné 3400 m3/H. de - gaz de pyrolyse qui contenait 10 kg./H. de noir de carbone. Ces gaz de pyrolyse ont été soumis à un refroidissement brusque par injec- tion transversale d'eau à l'aide du pulvérisateur 9. Leur teneur en acétylène était de 7,2 %.

Environ la moitié de la quantité de noir de carbone était entraînée aveo le gaz de pyrolyse et était enlevée de ce dernier dans les étapes de purification. La moitié restante se retrouvait dans l'eau totale du réacteur (qui comprend l'eau de refroidissement,
Le four de combustion partielle a marché en continu pendant une période de plusieurs semaines, après quoi on a arrêté et inspecté le réacteur. Il n'y avait pas de traces de dépôts de carbone ni de matières goudronneuses, malgré certaines petites aspérités sur la paroi de la chambre de pyrolyse. Cet essai démontre qu'il ne s'est pas produit de "déchirure" de l'écran d'eau par ces aspérités, grâce au mouvement hélicoïdal de l'écran d'eau.

Les dimensions de la chambre de combustion restent ainsi constantes.

Dans un autre essai, effectué dans les mêmes conditions, mais sans écran d'eau, il a fallu arrêter après quelques heures de marche pour nettoyer la paroi de la chambre de combustion.

Exemple
Dans le four représenté à. la figure 4, on a introduit dans la chambre de combustion, respectivement par les conduites 19 et 20, 4800 m3/Jour d'oxygène, préchauffé à 450 C., et 5200 m3/jour , de gaz de fours à coke, à 59% d'hydrogène et 25,5 % de méthane, également préchauffé à 450 C.

.

Dans la vapeur d'eau surchauffée, formée par la combustio@ de ce gaz et ayant une température d'environ 1400 0., on a injecté par les conduites 18, 4070 m3/jour d'un mélange propane-butane,

préchauffé à 350 c., et ayant la composition suivante: Propane.................. 82;3% en volume Butane, .................. 15,3% Butène;

.................. 2,4 %
En même temps, on a introduit 21 m3/jour deau'par les ouvertures 23, de façon à former un écran d'eau hélicoïdal le long de la paroi 22 de la chambre de pyrolyse, où le mélange Propane- butane est décomposé sous l'effet de la température élevée de la chambre de pyrolyse.

Les gaz formés ont été refroidis brusquement. Ils conte- naient 9,8 % en volume d'acéthlène et 11,2% d'éthylène (calculée sur gaz sec).

Ce four a été utilisé pour la production simultanée de
2 T./J. d'acétylène et 2,5 T./J. d'éthylène, production qui est restée constante pendant une période de fonctionnement très longue sans nécessité d*arrêt pour le nettoyage de la surface interne de la paroi 22 de la chambre de pyrolyse,
Bien que ces fours soient décrits avec utilisation deau pour former l'écran protecteur, il est entendu qu'on peu% utiliser d'autres fluides difficilement inflammables, par exemple des huiles lourdes.

Par rapport à l'eau, ces dernières sont plus adhérentes aux parois des chambres de pyrolyse et permettent de travailler à des températures plus élevées, On peut ajouter des agents mouil- lants aux fluides protecteurs pour en réduire la tension super- ficielle.

La présente invention est aussi applicable à d'autres types de fours que ceux décrits précédemment, pour autant que la section transversale de la chambre de pyrolyse soit curviligne, par exemple circulaire ou elliptique.

Claims

RESUME La présente invention a pour objet: 1 ) Un procédé de protection de la paroi des chambres de pyrolyse dans des fours, du type général à section transversale circu- laire, où des hydrocarbures sont traités thermiquement, soit par combustion partielle, soit par injection dans des gaz chauds <Desc/Clms Page number 8> de combustion, en vue de la production d'hydrocarbures non saturés, procédé suivant lequel on recouvre la surface interne de la paroi de cette chambre de pyrolyse par un film continu et homogène d'un fluide animé d'un mouvement hélicoidal, pour empê- cher ainsi les dépdts de oarbone et de matières goudronneuses sur cette paroi.

2 ) Un procédé suivant 1 , comprenant les points suivants considérés .. ensemble ou séparément: a/ le film continu et homogène de fluide prend naissance à l'en- trée de la chambre de pyrolyse, pratiquement au niveau d'in- troduction de l'hydrocarbure à pyrolyser dans cette chambre et recouvre entièrement la paroi de cette chambre.

b/ on imprime un mouvement hélicoïdal au fluide en le faisant passer, sous pression, dans les rainures hélicoidales que comporte, à sa surface extérieure, une bague annulaire placée à l'entrée de la chambre de pyrolyse, pratiquement au niveau d'introduction de l'hydrocarbure à pyrolyser, ces rainures constituant, entre cette surface externe de la bague et la surface interne de la paroi de la chambre de pyrolyse, le seul passage, vers la chambre de pyrolyse$ du fluide sous pression. c/ le fluide inerte est de l'eau* d/ le fluide inerte est une huile pratiquement incombustible dans les conditions de pyrolyse. e/ le fluide inerte est additionné d'un agent tensio-actif.

f/ le fluide inerte est de l'eau amenée sous pression et ayant préalablement circulé dans une enveloppe entourant la chambre de pyrolyse.

,-) Un four de pyrolyse d'hydrocarbures, en hydrocarbures non-saturéa.

comprenant une chambre de pyrolyse, du type général à section transversale circulaire, comportant un dispositif placé à l'entrée de cette chambre de pyrolyse, pratiquement au niveau d'introduction de l'hydrocarbure à pyrolyser, ce dispositif consistant en une bague annulaire comportant des rainures héli- coidales à sa surface externe, ces rainures constituant, entre <Desc/Clms Page number 9> cette surface externe et la surface interne de la paroi de la- chambre de pyrolyse, le seul passage, vers cette chambre de pyrolyse, du fluide sous pression.

4 ) Un four de pyrolyse suivant 3 , comprenant les points suivantsp considérés ensemble ou séparément: a/ le four est un four de traitement thermique d'hydrocarbure par combustion partielle et oomprend une chambre de combustion avec, à une extrémité, un distributeur à orifices multiples pour l'introduction du mélange d'hydrocarbures et de gaz comburant dans la chambre de combustion, et, à l'autre ,¯ extrémité, un dispositif de refroidissement brusque des gaz de combustion,ce four étant remarquable en ce que la bague annulaire est encastrée et fixée dans le distributeur.

b/ le distributeur comporte une cavité annulaire pourvue d'une conduite d'amenée de fluide sous pression, la cavité annu- laire communiquant avec les rainures de la bague par une fente annulaire aménagée en bordure de la paroi de la chambre de combustion. c/ le four est un four de traitement thermique d'hydrocarbure par injection de l'hydrocarbure dans des gaz chauds de com- bustion communiquant directement avec une chambre de pyro- lyse, la chambre de combustion comportant à une extrémité, coté chambre de pyrolyse, un dispositif d'injection de l'hydrocarbure à pyrolyser et à l'autre extrémité un dispo- sitif de refroidissement bruàque des gaz de pyrolyse,

ce four étant remarquable en ce que la bague annulaire est fixée à la paroi de la chambre de pyrolyse, pratiquement au niveau de la zone de mélange de l'hydrocarbure et des gaz chauds. <Desc/Clms Page number 10> d/ la paroi de la chambre de pyrolyse oomporte une ouverture annulaire assurant le passage de l'eau soue pression depuis l'enveloppe entourant cette chambre dans les rainures de la bague annulaire.