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Publication number: BE634732A
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Description


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  Procédé et dispositif pour le craquage catalytiuqe continu d'hydrocarbures facilement   volatil*   
La présente invention est relative à un procédé de craquage catalytique continu d'hydrocarbures facilemet volatil% ou de leurs mélanges, en particulier de 1* essence légère, ainsi qu'à un dispositif pour la aise en oeuvre -dudit procédé. 



   La présente invention concerne plus particulière- ment la préparation d'un   gaz   totalement échangeable contre le gaz de chauffage Se formant lors de la cokéfaction de 

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 charbon, c'est-à-drie d'un gaz ayant le   caractère   du gaz de ville. Comme on   lait.   il est possible de produire, à partir d'hydrocarbures facilement volatils, toit que par exemple le gaz naturel, le gaz   liquéfié   et l'essence légère, un gaz combustible   à   pouvoir calorifique élevé, en faisant passer un mélange constitué par les vapeurs d'hydrocarbures et de la vapeur d'eau dans des tubes chauffés de   l'extérieur,   dans lesquels est placé un catalyseur approprié, notamment un catalyseur très actif au nickel.

   Le mélange réactionnel   préchauffé   est chauffé à son entrée dans la zone du   cataly-   seur, qui possède normalement une température entre   750   et 805 C. et il se produit alors uu craquage des molécules d'hydrocarbure avec formation de plus petites molécules. 



   Au cours du passage   consécutif   du mélange réaction- nel à travers la zone du catalyseur, les produits du cra- quage entrent en réaction avec la vapeur   d'eau,   en donnant principalement lieu à la formation d'oxyde de carbone et d'hydrogène. On réussit, en conduisant l'opération de   ma-   nière appropriée, à obtenir un gaz combustible qui est constitué principalement par de   l'hydrogène,   de   l'onde   de carbone et des hydrocarbures légers, notamment du méthane, et dont le pouvoir calorifique et la densité correspondant!   à   ceux du gaz de ville courant. 



   Dans ce procédé, l'intervalle de temps pendant lequel le mélange réactionnel entrant dans le tube de   or**     quage   est chauffé à la température du   catalyseur,   est   d'une   importance critique. Cet intervalle de temps, comme on l'a constaté, doit être aussi bref que possible, afin de maint-e nir aussi faible que possible la formation de produits de polymérisation, qui a principalement lieu au cours de la période dite de chauffage.

     Cet   produits de polymérisation 

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 qui se forment avec une   vitesse   finie à partir des produits du craquage de l'hydrocarbure initia.!, pénétreraient à la longue dans le catalyseur, ce qui réduirait son activité et   Mènerait,  finalement, un arrêt plus ou   moins   total des   réactions   de craquage* 
Si   l'on   effectue les réactions du craquage   sous   une   pression   sensiblement normale, ou tout au plus légère- ment supérieure à la normale, jusqu'à 2 atmosphères environ, il devient possible,   d'une   manière générale,

   avec un   dimen-     sionnement   raisonnable des tubes de craquage et des   tempé-   ratures matériellement contrôlables des parois des tubes, d'effectuer le chauffage du mélange réactionnel jusqu'à la température du catalyseur avec une rapidité telle que la formation de produits de polymérisation n'a pas le temps de se produire, de sorte que l'on obtient une marche en   conti-   u ne nécessitant qu'occasionnellement une régénération du catalyseur. 



   Si l'on désire cependant effectuer le oraquage sous une pression sensiblement plus élevée, par exemple sous une pression comprise entre 3 et   15   atmosphères, les réactions de polymérisation se produisent si rapidement que la formation de quantités gênantes de produits de poly-   mérisation   est déjà terminée avant que ne s'amorcent les réactions des produits du craquage avec la vapeur d'eau dans la suite du déroulement de l'opération. Il n'est alors plus possible de maintenir une marche en continu.

   Le même effet se produit, bien que de çpn moins   prononcée   sous une pression normale ou légèrement accrue, si l'on utilise une substance de départ qui a tendance, par sa composition et sa zone d'ébullition, à amener la formation de fragmenta moléculaires polymérisables lors d'un chauffage de   300'C   

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 environ jusqu'à   800*0   environ. 



   Des limita, imposées par la nature des matériaux et par la construction, empêchent de réduire la durée du chauffage par un chauffage plus poussé des tube* de   craquage,   
On a maintenant trouvé qu'il était possible de vaincre les difficultés mentionnées ci-dessus en chauffant (dans une zone de chauffage sans catalyseur, prévue en amont de la   zone   du catalyseur, à l'intérieur du tube de craquage, sur le trajet de l'écoulement du mélange réactionnel consti- tué par des vapeurs d'hydrocarbures, de la vapeur d'eau et, le cas échéant, d'air, et que traversent tous les composants du mélange de départ) uniquement les composante thermique- ment insensibles (vapeur d'eau, air),   à   une température de 800 à   850*0,   tandis que les vapeurs d'hydrocarbure sont seu- lement chauffées,

   séparément, jusqu'à une température a la- quelle leur décomposition par la chaleur ne se produit pas encore, un mélange intime des composants, ainsi préalablement chauffés à des températures différentes, s'effectuant, à l'extrémité de la zone de chauffage, de la manière la plue rapide, avant que le mélange ne pénètre dans la zone du catalyseur. 



   On obtient par conséquent pour résultat, grâce au procédé conforme à l'invention, que seule la'vapeur d'eau se trouve soumise à un temps de chauffage relativement long, tandis que les vapeurs d'hydrocarbure ne subissent, au cours de leur traversée de la zone de chauffage, qu'une élévation de température peu importante, mais se trouvent pourtant mélangées, à la sortie de ladite zone de chauffage, d'une manière intense et extrêmement rapide, avec la vapeur d'eau préchauffée, pour être ensuite immédiatement conduites, dans la zone du catalyseur, Par ailleurs, le fait que seule 

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 la vapeur d'eau entre en contact avec la paroi Intérieure très chaude des tube* de craquage, permet de pousser, en cas de besoin, la température de ladite paroi jusqu'aux limites extrêmes permises par les matériaux,

   ce qui ne serait nullement possible si les vapeurs de l'hydrocarbure pouvaient également entrer en contact avec la paroi du tube. 



   Etant donné que la proportion entre la vapeur d'eau et les vapeurs d'hydrocarbure est généralement   de 2 '   ou 3 pour 1, on est assuré, à l'extrémité de la   none   de chauffage, de disposer dans des conditions thermiques éle- vées, d'une quantité suffisante de chaleur pour élever brutalement la température des vapeurs d'hydrocarbure. 



   On a constaté qu'il n'était pas   absolument   indispen- sable de porter la totalité de la vapeur d'eau à une   tempé-   rature élevée, séparément des vapeurs d'hydrocarbure, dans la zone de chauffage, mais qu'il est également suffisant, pour atteindre le but visé par l'invention, de préchauffer ainsi, à température élevée, une fraction de 60 à   80 %   de ladite vapeur d'eau, tandis qu'on fait passer le reste de Cette dernière, avec les vapeurs d'hydrocarbure, séparément par courant de vapeur   d'eau,   à travers la zone de chauffage. 



   Lorsqu'on plus de la vapeur d'eau, de l'air forme également une composante du mélange de départ (généralement dans la proportion   de 7   parties en volume de vapeur d'eau pour une partie en volume d'air), cet air peut être ajouté à la vapeur d'eau devant être préchauffée à une température élevée. Le cas échéant, on peut aussi faire passer cet air à travers la zone de chauffage, séparé tant des hydrocar- bures que de la vapeur d'eau, et ne le mélanger aux autres composants qu'à l'extrémité de ladite zone. 



   Le dessin annexé illustre en coupe verticale un 

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 tube de craquage réalisé pour la mise en oeuvre du procédé conforme z   l'invention.   



   Le four dans lequel se trouve le tube de   oraquage,   le cas échéant conjointement avec d'autres tubes de   oraquage   de même structure, ainsi que les installations de chauffage du four, n'étant pas essentiels à la description de la pré- sente invention, ne sont pas représentés 'sur le dessin. 



   Le tube de craquage est désigné en l, et il est habituellement réalisé en acier inoxydable à   chaud*     Pans   la partie supérieure du tube de oraquage, il est prévu une zone de chauffage 2 et, dans la partie inférieure, une   zone   de catalyseur   3.   La zone de chauffage 2 est subdivisée en plusieurs zones annulaires par des tubes   concentriques 4   et 5, emboîtés l'un dans l'autre. La zone annulaire extérieure est reliée à une conduite d'amenée 6, et la zone annulaire intérieure à une conduite d'amenée 7.

   La conduite 6 sort à l'amenée, dans la zone de chauffage,   soit'de   la totalité, soit d'une quantité partielle de 60   à   80% de la vapeur   d' eau.   La vapeur d'eau   s'écoule   vers le bas à travers la zone annulaire de chauffage et   arrive, à   une température d'au moins 800 . dans une zone de mélange 9 qui est déli- mitée, à sa partie inférieure, par la   sont   de catalyseur 3. par la conduite 7 sont   amené..,   dans la zone annulaire Inté- rieure du tube 4, les vapeurs d'hydrocarbure, qui sont en général préchauffées à une température de   300*   environ. 



  Il se produit naturellement un certain échauffement des vapeurs d'hydrocarbure lors de leur trajet vers le bas, mais l'on peut limiter cet écbauffement à une sous de température non critique, notamment en faisant passer vers le bas, à travers la zone annulaire intérieure, une partie de la vapeur d'eau avec les vapeurs d'hydrocarbure. Finalement, on 

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 introduit,par le tube 45, la quantité relativement' faible d'air de réaction, que l'on fait descendre à travers la zone de chauffage. à l'extrémité de la zone de chauffage, l'air s'uti, à l'intérieur du tube 4, à une partie des va- peurs d'hydrocarbure dans une chambre de combustion 10. 



  La réaction exothermique provoque une élévation rapide de température de cette fraction des vapeurs d'hydrocarbure. 



  Les produits de la combustion parviennent, ensemble, avec l'autre courant partiel des vapeurs d'hydrocarbure, dans la zone de mélange 9, où ils se mélangent rapidement et de   fa-   çon intense à la vapeur d'eau préalablement   chauffée   à une température élevée, de sorte qu'on est assuré de franchir rapidement la zone de température critique susmentionnée. 



  Ensuite, le mélange ainsi préparé entre dans la zone de catalyseur 3. Celle-ci, dans le présent cas, présente éga- lement une forme annulaire, par suite de la disposition d'un élément tubulaire de refoulement   11.   



   Pour. faire dévier, d'une direction principalement parallèle à l'axe, à une direction radiale, le sens   d'écou-     lement   du mélange dans la zone principale du oraquage, et améliorer ainsi le contact de l'ensemble du mélange réaction- nel avec la paroi chauffée du tube de   oraquags,     l'élément   de refoulement   11   est muni, dans le présent cas, dans la région de la zone principale de   oraquage,     d'une   bande de tôle 12, de forme hélicoïdale, qui ramène constamment le mélange en réaction contre la paroi chaude   du   tube. 



   La configuration de la zone principale de craquage, . dans la forme représentée, ne constitue toutefois aucune   caractéristique   essentielle de la présente invention. 11 est également possible de prévoir cette zone principale de carauqe, sans organes accessoires ni élément de refoulement!, 

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 !sous la tome d'une chambre cylindrique, uniforméent remplie de catalyseur. 



   Le gaz   terminé,   chaud, sort du tube de crqus par l'extrémité inférieure et cet   soumis   ensuite, de la manière connue, aux autres traitements. 



   Comme il a déjà été mentionné, le tube de craquage même est placé, ensemble avec d'autres tubes de/ configuration, dans un four à section circulaire ou rectangulaire, revêtu d'un matériau réfractaire. Le chauffage des tube* s'effec- tue à l'aide de brûleurs disposés à la partie supérieure ou inférieure, à l'intérieur du four. Les gaz chauds de combustion s'écoulent le long des tubes et sont ensuite évacués du four séparément du gaz utile. 

**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.

Claims

REVENDICATIONS 1. Procédé de craquage catalytique continu d'hydrocarbures facilement volatils, ou de leurs mélanges, dans des tubes chauffés extérieurement (tubes de craquage), en vue de la production d'un gaz de chauffage, et plus par- ticulièrement d'un gaz combustible ayant la qualité du gaz de ville, ledit procédé étant caractérisé par le fait que, dans une zone de chauffage sans catalyseur, prévue en amont de la zone du catalyseur, à l'intérieur du tube de craquage, sur le trajet de l'écoulement du mélange réactionnel consti- tué par des vapeurs d'hydrocarbure, de la vapeur d'eau et, le cas échéant, d'air, et que traversent tous les composants du mélange de départ, on chauffe uniquement les composants thermiquement insensibles (vapeur d'eau, air) à une tempé- rature de 800 à 850 C.

tandis que les vapeurs d'hydrocarbure sont seulement chauffées, séparément, juqu'à une tempéra- ture à laquelle leur décomposition par la chaleur ne se produit pas encore, un mélange intime des composants, ainsi <Desc/Clms Page number 9> préalablement! chauffés à des température différentes, s'effectuant!, à l'extrémité de la zone de chauffage , de la manière la plus rapide, avant que le mélange ne pénètre dans la zone du catalyseur.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que, de la quantité totale de vapeur d'eau né- cessaire aux réactions du craquage, on ne chauffe préala. blemen à température élevée qu'une fraction de 60 à 80 %, tandis que le reste de la vapeur d'eau est amené, avec les vapeurs d'hydrocarbure, séparément à travers la zone de chauffage.

3, Procédé selon la revendication 1 ou 2, carac- térisé par le fait qu'on ajoute à la vapeur d'eau, préala. blement chauffée à température élevée, l'air nécessaire aux réactions de craquage.

4. procédé selon la revendication 1 ou 2, came- térisé par le fait que l'air nécessaire aux réactions de craquage est amené, séparément des autres composants de départ, à travers la zone de chauffage, et n'est mélangé aux autres composants qu' à l'extrémité de celle-ci.

5. Procédé selon les revendications 1 à 4, carac- térisé par le fait que le craquage s'effectue sous une pression de 3 à 15 atmosphères.

6. Installation pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, comprenant un tube vertical, chauffé extérieurement (tube de craquage), comportant une zone de catalyseur à sa partie inférieure et une zone de chauffage, sans catalyseur, à sa partie supérieure, ladite installation étant caractérisée par le fait que, dans l'axe de la zone de chauffage est disposé un tube, ouvert vers le bas, à travers lequel on fait descendre les vapeurs d'hydro- <Desc/Clms Page number 10> carbure mélangées le cas échéant avec une partie de la quan- tité totale de vapeur d'eau nécessaire au craquages tandis que dans l'espace Intermédiaire annulaire situé entre les deux tubes, la vapeur d'eau, ou une quantité partielle de celle-ci, est soumise,

le cas échéant conjointement avec de l'air, à un préchauffage à température élevée, par ab- sorption de chaleur du tube chauffé de craquage, et qu'il est prévu, entre l'extrémité inférieure du tube intérieur et de la limite supérieure de la zone du catalyseur, une chambra de mélange pour les composants amenés à travers la zone de chauffage.

7. Installation selon la revendication 4, carac- térisée par le fait que l'air est amené séparément, au moyen d'une lance centrale, jusqu'au voisinage de la cham- bre de mélange, et se mélange avec les hydrocarbures en une réaction exothermique, avant que naît lieu le mélange avec la vapeur d'eau surchauffée