CH373030A - Procédé de fabrication par pyrolyse d'hydrocarbures non saturés et four pour l'exécution de ce procédé - Google Patents

Description

  
 



  Procédé de fabrication par pyrolyse d'hydrocarbures non saturés
 et four pour Pexécution de ce procédé
 La présente invention se rapporte à un procédé de fabrication par pyrolyse d'hydrocarbures non saturés à partir d'hydrocarbures plus saturés dans des fours à section transversale circulaire et au four 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 pulvérisation, 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 présentent certains inconvénients qui compliquent leur utilisation à l'échelle industrielle.



   Ils donnent lieu notamment à des arrts 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 entièrement ou partiellement en matériaux réfractaires, on se heurte, en outre, à des difficultés dues à l'étanchéité imparfaite de la construction après une certaine durée de fonctionnement.



  D'autre part, l'emploi de métaux présente des inconvénients du fait des dilatations thermiques et du rôle catalytique indésirable que peuvent jouer ces métaux.



     I1    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 tre mouillées entièrement, laissant par le fait mme 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 hélicoïdal au fluide formant écran protecteur, on tapisse 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 et conduisant à des rendements élevés, tout en évitant les désavantages signalés ci-dessus.



   Le procédé selon l'invention est caractérisé en ce qu'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 hélicoïdal, pour empcher ainsi les dépôts de carbone et de matières goudronneuses sur cette paroi.



   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 leur action catalytique éventuelle.



   L'invention a également pour objet un four pour la mise en oeuvre du procédé, caractérisé en ce qu'il comprend à l'entrée de la chambre de pyrolyse, pra  tiquement au niveau d'introduction des hydrocarbures à pyrolyser, une bague annulaire présentant des rainures hélicoïdales à sa surface externe, ces rainures constituant, entre cette surface et la surface interne de la paroi de la chambre de pyrolyse, le seul passage, vers cette chambre de pyrolyse, du fluide sous pression. Ce fluide, par exemple de l'eau, amené sous pression, est, par suite de son passage dans les rainures de la bague, injecté le long des parois sous forme de lames animées d'un mouvement hélicoïdal et formant ensemble une nappe continue, homogène, adhérant à ces parois solides.



   La vitesse de cet écran fluide protecteur doit de préférence tre suffisante pour que la durée de contact et l'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 chambre est protégée. La réaction de pyrolyse s'effectue dans les conditions optima au point de vue thermique et dans une zone dont les dimensions restent invariables, ce qui contribue à l'obtention de rendements élevés en hydrocarbures non saturés.



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



   La fig. 1 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 fig. 2 est une coupe verticale d'une partie de ce four et la fig. 3 représente, en coupe verticale, un détail de la fig. 2.



   La fig. 4 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.



   La fig. 5 est une coupe verticale schématique d'une partie de la fig. 4.



   Dans le four représenté aux fig. 1, 3, un distributeur 1, en forme de disque cylindrique, est traversé par les canaux parallèles 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 fig. 2 et 3, cette bague 4 est à rainures hélicoïdales 5. Le long de son pourtour extérieur, le distributeur 1 comporte une cavité annulaire 6, dans laquelle est aménagée une fente 7 fermée en V qui relie cette cavité 6 aux rainures 5. Une conduite 8 permet d'alimenter la cavité annulaire 6. Un pulvérisateur 9, pour l'injection d'eau de refroidissement, est placé à l'extrémité de sortie de la chambre de combustion 3.

   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.



      Ce e 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.



     I1    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 pulvérisateur 9. Afin de protéger la surface interne de la paroi de la chambre de combustion 3, contre les dépôts de carbone, on amène de l'eau sous pression par la conduite 8 dans la cavité 6.



  Par l'intermédiaire de la fente 7, l'eau passe dans les rainures hélicoïdales 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 fig. 4 et 5 comprend une bague 11, disposée entre la chambre de combustion 12 et la chambre de pyrolyse 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 circulation d'eau de refroidissement, entoure la chambre de pyrolyse 13 et une autre enveloppe 15' entoure la chambre de combustion 12. Les conduites 14 et 16 servent à amener l'eau respectivement dans les enveloppes 15 et 15'. Cette dernière est munie de la conduite de sortie 17. La bague 11 comporte des rainures hélicoïdales 23, de la mme façon que la bague 4 représentée aux fig. 1 à 3. Une ouverture annulaire 21, au-dessus de la paroi 22 de la chambre de pyrolyse 13, conduit aux rainures hélicoïdales 23 de la bague 11.



   Les conduites 19 et 20 servent à l'introduction de gaz de combustible et comburant dans la chambre de combustion 12. La conduite 18 sert à l'injection de l'hydrocarbure à pyrolyser. Un pulvérisateur 24 est placé à l'extrémité de sortie de la chambre de pyrolyse 13.



   Le gaz combustible et l'oxygène sont amenés respectivement 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 pyrolyse 13. 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 sur la paroi 22 de façon à former un film continu qui s'écoule   hélicoidalement    sur cette paroi 22 et la protège contre les dépôts de carbone.



   Les exemples suivants illustrent la présente in  invention:   
Exemple   1 :   
 Dans le four représenté à la fig. 1, on a introduit, par les canaux 2 du distributeur 1, un mélange de 1900 m3/h d'une fraction de gaz de fours à coke, à environ 85 % d'hydrocarbures en   C1-C2,    et   1000 m0/h    d'oxygène, ces réactifs étant préchauffés à une température d'environ 4500 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 fentes hélicoïdales 5, forment un écran d'eau à mouvement hélicoïdal le long de la face interne de la paroi métallique de la chambre de combustion 3.



   La réaction de combustion partielle a donné 3400m3/h de gaz de pyrolyse qui contenaient 10kg/h de noir de carbone. Ces gaz de pyrolyse ont été soumis à un refroidissement brusque par injection 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 avec 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 brusque injectée par le pulvérisateur 9).



   Le four de combustion partielle a marché en continu pendant une période de plusieurs semaines, après quoi on a arrté et inspecté le réacteur.   I1    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 mmes conditions, mais sans écran d'eau, il a fallu arrter après quelques heures de marche pour nettoyer la paroi de la chambre de combustion.



  Exemple 2:
 Dans le four représenté à la fig. 4, on a introduit dans la chambre de combustion, respectivement par les conduites 19 et 20, 4800 m3/jour d'oxygène, préchauffé à   450O    C, et 5200   m3/jour    de gaz de four à coke, à 59 % d'hydrogène et 25,5 % de méthane, également préchauffé à 4500 C.



   Dans la vapeur d'eau surchauffée, formée par la combustion de ce gaz et ayant une température d'environ   14000 C,    on a injecté par les conduites 18,   4070 m3/jour    d'un mélange propane-butane, préchauffé à 3500 C, et ayant la composition suivante:
 Propane 82,3 % en volume
 Butane 15,3 % en volume
 Butène 2,4 % en volume
 En mme temps, on a introduit 21 m3/jour d'eau 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 contenaient 9,8 % en volume d'acétylène et 11,2 % d'éthylène (calculés 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'arrt pour le nettoyage de la surface interne de la paroi 22 de la chambre de pyrolyse.



   Bien que ces fours soient décrits avec utilisation d'eau pour former l'écran protecteur, on peut utiliser d'autres fluides, par exemple des huiles lourdes, difficilement inflammables. 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 mouillants aux fluides protecteurs pour en réduire la tension superficielle.
  

Claims (1)

1. REVENDICATION I Procédé de fabrication par pyrolyse d'hydrocarbures non saturés à partir d'hydrocarbures plus saturés dans des fours à section transversale circulaire, caractérisé en ce qu'on recouvre la surface interne de la paroi de la chambre de pyrolyse par un film continu et homogène d'un fluide animé d'un mouvement hélicoïdal, pour empcher ainsi les dépôts de carbone et de matières goudronneuses sur cette paroi.

   SOUS-REVENDICATIONS 1. Procédé suivant la revendication I, caractérisé en ce que la pyrolyse est réalisée par combustion partielle des hydrocarbures.

   2. Procédé suivant la revendication I, caractérisé en ce que la pyrolyse est réalisée par injection des hydrocarbures dans des gaz chauds.

   3. Procédé suivant la revendication I, caractérisé en ce que le film continu et homogène de fluide prend naissance à l'entrée de la chambre de pyrolyse, pratiquement au niveau d'introduction de l'hydrocarbure à pyrolyser dans cette chambre et recouvre entièrement la paroi de cette chambre.

   4. Procédé suivant la revendication I, caractérisé en ce qu'on imprime un mouvement hélicoïdal au fluide en le faisant passer, sous pression, dans les rainures hélicoïdales 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.

   5. Procédé suivant la revendication I, caractérisé en ce que le fluide est de l'eau.

   6. Procédé suivant la revendication I, caractérisé en ce que le fluide est une huile pratiquement incombustible dans les conditions de pyrolyse.

   7. Procédé suivant la revendication I, caractérisé en ce que le fluide est additionné d'un agent tensioactif.

   8. Procédé suivant la revendication I, caractérisé en ce que le fluide est de l'eau amenée sous pression et ayant préalablement circulé dans une enveloppe entourant la chambre de pyrolyse.

   REVENDICATION II Four pour la mise en oeuvre du procédé suivant la revendication I, caractérisé en ce qu'il comprend à l'entrée de la chambre de pyrolyse, pratiquement au niveau d'introduction des hydrocarbures à pyrolyser, une bague annulaire présentant des rainures hélicoïdales à sa surface externe, ces rainures constituant, entre cette surface et la surface interne de la paroi de la chambre de pyrolyse, le seul passage, vers cette chambre de pyrolyse, du fluide sous pression.

   SOUS-REVENDICATIONS 9. Four suivant la revendication II, pour le traitement thermique d'hydrocarbures par combustion partielle, caractérisé en ce qu'il comprend 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, et en ce que la bague annulaire est encastrée et fixée dans le distributeur.

   10. Four suivant la sous-revendication 9, caractérisé en ce que le distributeur comporte une cavité annulaire pourvue d'une conduite d'amenée de fluide sous pression, la cavité annulaire communiquant avec les rainures de la bague par une fente annulaire aménagée en bordure de la paroi de la chambre de combustion.

   11. Four suivant la revendication II, pour la pyrolyse d'hydrocarbures par injection des hydrocarbures dans des gaz chauds de combustion communiquant directement avec la chambre de pyrolyse, caractérisé en ce que la chambre de combustion comporte, à une extrémité, côté chambre de pyrolyse, un dispositif d'injection de l'hydrocarbure à pyrolyser et en ce que la chambre de pyrolyse comporte à l'autre extrémité un dispositif de refroidissement brusque des gaz de pyrolyse, la bague annulaire étant fixée à la paroi de la chambre de pyrolyse, pratiquement au niveau de la zone de mélange de l'hydrocarbure et des gaz chauds.

   12. Four suivant la sous-revendication 11, caractérisé en ce que la paroi de la chambre de pyrolyse comporte une ouverture annulaire assurant le passage de l'eau sous pression depuis l'enveloppe entourant cette chambre jusque dans les rainures de la bague annulaire.