L'invention concerne un procédé et une installation de vapocraquage d'hydrocarbures pour la production d'éthylène et d'autres hydrocarbures insaturés inférieurs.

Il est bien connu actuellement de réaliser le vapocraquage des hydrocarbures dans un four à tubes de circulation d'un mélange hydrocarbures-vapeur d'eau qui est porté à haute température, en général de l'ordre de 850 à 880° C pendant un temps très court de l'ordre de 0,07 à 0,3 seconde.

On utilise en particulier des fours dans les¬ quels les tubes forment des serpentins comprenant plu- sieurs longueurs droites en série. Les tubes sont réunis par un collecteur de sortie à des moyens de trempe, soit de trempe directe par contact avec de l'huile, soit de trempe indirecte dans un échangeur de chaleur ou une chaudière, la trempe étant destinée à arrêter les réac- tions chimiques des effluents de vapocraquage, et notam¬ ment les réactions secondaires de pyrolyse des oléfines formées par vapocraquage.

Dans ces fours, les tubes ont une longueur importante et un grand diamètre (diamètre intérieur par exemple de 75 à 150 mm), ce qui interdit d'avoir une température élevée d'effluents en sortie du four (la vi¬ tesse de montée en température avec des tubes de gran diamètre est insuffisante, et la réalisation de tempéra¬ tures élevées de sortie des effluents conduirait à un surcraquage de ces effluents) . Le temps de collecte et de transfert des effluents jusqu'à la zone de trempe inter¬ dit également d'avoir une température élevée des ef¬ fluents en sortie de four, qui se traduirait par un sur¬ craquage des effluents et donc par une diminution d rendement.

Il existe cependant un procédé de vapocraquage d'hydrocarbures, selon lequel les températures de réac¬ tion dans le four et les températures des effluents à la sortie du four sont très élevées (par exemple 880 à 900° C pour une charge naphta) , grâce à l'utilisation d'une pluralité de tubes de petit diamètre, par exemple 30 mm, réalisant un craquage monopasse dans le four. Pour éviter un surcraquage des effluents en aval des tubes, ces der¬ niers sont reliés directement à leurs extrémités, à une pluralité de petits échangeurs de trempe qui sont dispo¬ sés dans le prolongement des tubes du four, chaque échangeur de trempe correspondant à un tube du four, ou éventuellement à deux tubes du four. On réalise donc un craquage des hydrocarbures à très haute température avec une trempe sans temps de transit important entre le four et l'échangeur de trempe. On obtient ainsi de bons rendements en éthylène, propylène et butadiène. Cette technique nécessite cependant la mise en oeuvre d*échangeurs de trempe spéciaux, beaucoup moins compacts que les échangeurs de trempe classiques de la première technique citée et nécessite une procédure de déco age spécifique assez délicate.

Il est impossible de combiner entre elles ces deux techniques connues, qui sont incompatibles : il ne suffirait pas de remplacer un échangeur de trempe associé à un four classique, par une pluralité d'échangeurs élémentaires situés dans le prolongement des tubes, car il faudrait pour cela que les tubes traversent la voûte du four, ce qui n'est pas réalisable sur les fours exis- tants. Il est également impossible de remplacer les tubes de grand diamètre par une pluralité de petits tubes, en conservant les échangeurs de trempe : pour éviter un surcraquage dans la ligne de transfert vers les échangeurs de trempe, on serait amené à limiter les températures de craquage, ce qui annulerait les avantages liés à l'utilisation des petits tubes avec une très haute

température de craquage (rendement en éthylène augmenté d'environ 15 %) .

L'invention a précisément pour objet un pro¬ cédé et un dispositif de vapocraquage d'hydrocarbures, qui permettent de combiner les avantages des deux tech¬ niques connues précitées, sans en présenter les inconvé¬ nients.

Elle a également pour objet un procédé et une installation de vapocraquage d'hydrocarbures, permettant d'obtenir un meilleur rendement de production d'oléfines.

Elle a encore pour objet un procédé et une installation de ce type, qui permettent le traitement de charges d'hydrocarbures beaucoup plus diverses avec une sévérité de craquage variable et déterminable à volonté. L'invention propose donc un procédé de vapocraquage d'hydrocarbures pour la production d'éthylène et autres hydrocarbures insaturés inférieurs, consistant à faire passer une charge d'hydrocarbures va¬ porisée à vitesse et température élevées dans un four à petits tubes monopasse et à soumettre les effluents à une trempe en sortie du four, caractérisé en ce qu'il consiste à faire déboucher lesdits tubes dans une zone de collecte située dans le four et raccordée par une conduite de transfert à une zone de trempe extérieure au four, et à réaliser, dans une zone compacte située dans le four à proximité immédiate de l'extrémité des petits tubes, un refroidissement contrôlé de ces effluents pour obtenir une chute notable de la température dans la zone de collecte, et réaliser pour une prétrempe limitée, inférieure ou égale à 160° C environ, des effluents avant leur transfert dans la zone de trempe.

Cette prétrempe limitée des effluents avant leur sortie du four de craquage permet de travailler à une température plus élevée et avec un temps de séjour plus bref des hydrocarbures dans le four, et donc d'obtenir un meilleur rendement en oléfines, sans pour

cela prpvoquer de surcraquage dans la zone de transfert vers l'échangeur de trempe. De plus, la prétrempe reste limitée ; cette caractéristique, est contraire aux règles de l'art (on cherche dans les procédés connus de vapocraquage, à tremper complètement les effluents, par un refroidissement d'au moins 300° C environ, afin de geler toute réaction chimique ultérieure, ce qui n'est pas réalisé selon l'invention).

De plus, l'invention permet de réaliser le transfert thermique, du fait de son caractère limité, dans une zone très compacte, installée à l'intérieur même du four. Les effluents, refroidis à une température de l'ordre de 780 à 840° C environ, peuvent ainsi être collectés et transférés en dehors du four sans surcraquage notable. L'invention rend donc possible la transformation d'un four existant, en utilisant des tubes monopasse de faible diamètre donnant de meilleurs rende¬ ments. Il devient également possible d'utiliser un four monopasse à tubes de faible diamètre, sans associer ces tubes à des échangeurs de chaleur élémentaires.

Enfin, l'invention permet d'éviter ou de limiter un post-craquage des effluents entre le four et la zone de trempe.

Selon un premier mode de réalisation de l'invention, le refroidissement limité est réalisé dans ladite zone compacte, par échange avec un fluide plus froid que les effluents de vapocraquage. L ¹ échangeur utilisé pourra avantageusement avoir une hauteur comprise entre 0,5 et 1,2 m, dans la zone terminale des petits tubes de vapocraquage. Il sera avantageusement isolé (calorifuge) de façon à éviter une exposition directe au rayonnement du four.

Le fluide de refroidissement peut être de l'eau sous forte pression, de la vapeur d'eau, de l'air comprimé (pour utilisation dans une turbine à gaz) ou une

partie de la charge de vapocraquage elle-même, sans que ces exemples soient limitatifs.

Selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, le refroidissement limité est réalisé en injectant dans la zone de collecte un débit relativement faible d'un milieu ou agent ayant une température infé¬ rieure à celle des effluents de vapocraquage.

De manière particulièrement avantageuse, ce débit est injecté sensiblement à l'extrémité amont de la zone de collecte. De cette façon, le refroidissement plus intense obtenu en début de la zone de collecte (refroidissement plus intense que le refroidissement fi¬ nal après mélange avec la totalité des effluents collec¬ tés) permet d'éliminer totalement tout craquage partiel au début de cette zone de collecte.

De préférence, ledit milieu ou agent injecté dans la zone de collecte est un gaz.

Il serait possible d'injecter un liquide dans cette zone pour réaliser la prétrempe des effluents, mais on risquerait alors de créer des points froids dans la zone de collecte, c'est-à-dire des zones de surcokage et de condensation de goudron.

Selon une autre caractéristique de l'invention, la prétrempe est déterminée de façon à per- mettre dans la conduite de transfert et la partie adja¬ cente de la zone de collecte un post-craquage contrôlé des effluents. Il est en effet aisé de contrôler la tem¬ pérature de sortie des effluents de la zone de collecte, en ajustant le débit du fluide de refroidissement, ou sa température (que le refroidissement soit par échange in¬ direct ou par injection et mélange) .

Ainsi l'invention offre la possibilité de faire varier la température dans la ligne de transfert vers l'échangeur de trempe, et de pouvoir réaliser, éventuellement, un post-craquage contrôlé dans cette zone. Pour cela il suffira de très peu (ou pas du t .. z)

refroidir les effluents. Cette disposition est particu¬ lièrement avantageuse pour les charges légères telles que propane ou éthane, qui sont relativement réfractaires et qui nécessitent un temps de séjour plus important dans la zone réactionnelle.

La possibilité d'ajuster la sévérité du cra¬ quage en utilisant une zone réactionnelle complémentaire permet d'avoir en quelque sorte un four à géométrie va¬ riable permettant de faire varier le temps de séjour dans de larges proportions (possibilité de l'augmenter de 100 % par exemple) .

Selon une autre caractéristique de l'invention, le gaz injecté pour réaliser la prétrempe comprend, en majeure partie, des fractions pétrolières recyclées issues des produits de pyrolyse, par exemple dans la gamme C4 jusqu'au gazole léger, les fractions recyclées étant de préférence composées essentiellement d'essence de pyrolyse hydrotraitée.

On obtient ainsi, par post-craquage limité et contrôlé des fractions d'essence de pyrolyse, une augmentation du rendement en oléfines, et une augmenta¬ tion en octane de l'essence de pyrolyse qui est craquée plus sévèrement, du fait d'un recyclage partiel.

Par exemple, le gaz utilisé pour la prétrempe peut être une faible fraction du débit des effluents à l'issue d'une première trempe indirecte, cette fraction étant recomprimée (avantageusement par un éjecteur) et réinjectée dans la zone de collecte.

Une fraction de la charge craquée particulièrement intéressante pour le refroidissement est une charge d'éthane craquée et refroidie (par exemple l'éthane de recyclage); dans le cas d'un postcraquage dans la ligne de transfert, on peut obtenir une conver¬ sion supérieure de l'éthane (par exemple 65-70 %) .

On peut réguler la température des effluents à l'issue de la prétrempe, par variation de la pression- ou du débit du gaz de prétrempe.

Selon encore une autre caractéristique i por- tante de l'invention, le milieu ou agent injecté dans la zone de collecte pour la prétrempe comprend des parti¬ cules solides érosives, qui sont de préférence véhiculées par un courant de gaz porteur.

Ces particules solides ont une granulométrie comprise par exemple entre 5 et 250 microns environ, par exemple entre 5 et 60 microns et un débit compris entre

0,05 et 8 % en poids du débit d'effluents de vapocraquage.

Elles permettent de réaliser par érosion un décokage de la zone de collecte, de la conduite de transfert et de l'échangeur de trempe.

Avantageusement, en sortie de l'échangeur de trempe, elles sont séparées des effluents gazeux, par exemple dans un cyclone, et recomprimées, pour être recyclées par injection dans la zone de collecte des ef¬ fluents en sortie des tubes du four.

L'invention propose également une installation de vapocraquage d'hydrocarbures, en particulier par exécution du procédé qui vient d'être décrit, cette ins- tallation comprenant un four de craquage à petits tubes monopasse et des moyens de trempe des effluents gazeux sortant du four, caractérisée en ce que les tubes sont réunis entre eux, dans le four, par un collecteur de sortie qui est raccordé aux moyens de trempe par une conduite de transfert, une zone compacte de refroidisse¬ ment contrôlé des effluents étant prévue dans le four au voisinage immédiat des extrémités de sortie des petits tubes, pour réaliser une prétrempe limitée des effluents inférieure ou égale à 160° C environ, avant leur trans- fert aux moyens de trempe.

Cette zone compacte peut être constituée par un échangeur de chaleur, situé immédiatement en amont du collecteur de sortie, ou bien par le collecteur de sortie lui-même qui comprend alors des moyens d'injection d'un débit relativement faible d'un milieu ou agent gazeux ayant une température inférieure à celle des effluents.

Lorsque les moyens de trempe finale compren¬ nent un échangeur de chaleur, un conduit branché sur la sortie de cet échangeur permet avantageusement de préle- ver une faible fraction du débit des effluents gazeux pour l'amener à des moyens de recompression (par exemple un éjecteur) reliés à des moyens d'injection dans le collecteur de sortie précité.

Lorsque le gaz de prétrempe injecté dans le collecteur de sortie véhicule des particules solides érosives, un séparateur gaz-solide, tel qu'un cyclone, est prévu en sortie de 1'échangeur de trempe, pour séparer ces particules solides du débit d'effluents gazeux. Des moyens sont prévus pour recycler ces particules solides dans le collecteur de sortie des tubes du four.

De façon ' générale, l'invention permet de réaliser le vapocraquage des hydrocarbures dans un four monopasse à tubes de faible diamètre, qui sont raccordés par un collecteur de sortie à un échangeur de trempe, sans courir le risque de surcraquage des effluents et en obtenant un rendement supérieur en oléfines. Elle permet également, par l'utilisation d'une zone de postcraquage contrôlé d'élargir le domaine des charges susceptibles d'être traitées, et d'utiliser notamment des charges plus réfractaires comme le propane ou l'éthane.

Dans la description qui suit, faite à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, dans les¬ quels:

la figure 1 représente schématiquement une première forme de réalisation d'une installation selon 1'invention, les figures 2 à 6 représentent schématiquement d'autres formes de réalisation de cette installation,

En figure 1, on a représenté schématiquement un four 10 de vapocraquage d'hydrocarbures, comprenant une série de tubes parallèles rectilignes 12 qui sont reliés entre eux, à une de leurs extrémités, par un collecteur d'entrée 14 alimenté par une conduite 16, et, à leur autre extrémité, par un collecteur de sortie 18 logé à l'intérieur du four et raccordé par une conduite de transfert 20 à des moyens 22 de trempe des effluents gazeux de vapocraquage. Le four 10 est du type monopasse, la charge d'hydrocarbures ne circulant qu'une fois dans les tubes rectilignes 12 entre les extrémités opposées du four. Les tubes 12 ont un diamètre interne relativement faible (par exemple 25 mm) et sont en grand nombre. Ce four est donc conçu pour fonctionner avec une température de réaction relativement élevée et un temps de séjour très court de la charge dans le four, ce qui, de façon connue, permet d'améliorer le rendement en oléfines.

Selon l'invention, on injecte, dans le collecteur de sortie 18, un agent ou milieu de préférence gazeux, dont la température est inférieure à celle des effluents gazeux pénétrant dans le collecteur 18.

L'injection de cet agent gazeux est réalisée au moyen d'un conduit 24 raccordé au collecteur de sorti 18 à une extrémité 26 de celui-ci, opposée à l'extrémit 28 du collecteur raccordée à la conduite de transfert 20. Des moyens 30 de réglage de débit ou de pression son prévus sur la conduite 24 et sont commandés par de moyens 32 sensibles à la température des effluents gazeu dans la conduite de transfert 20, de façon à pouvoir ré

guler cette température par variation du débit de gaz injecté dans le collecteur de sortie 18.

La différence de température entre le gaz in¬ jecté et les effluents de vapocraquage permet de réaliser une prétrempe limitée des effluents, dans le collecteur de sortie 18. On comprend que le gaz de prétrempe se ré¬ chauffe au fur et à mesure qu'il progresse vers la conduite de transfert 20 de sorte que son action sur les effluents devient faible à la sortie du collecteur 18, ce qui permet si on le souhaite un post-craquage des effluents dans la conduite de transfert 20 menant aux moyens de trempe 22. Ce post-craquage peut être limité et contrôlé grâce aux moyens 30 et 32 précités.

Le refroidissement des effluents gazeux dans le collecteur de sortie 18 est inférieur ou égal à 160° C environ, ces effluents ayant une température comprise entre 780 et 860° C environ à leur sortie du collecteur 18. De façon plus précise, le refroidissement des ef¬ fluents gazeux dû à la prétrempe est inférieur à 130°C, par exemple compris entre 4 et 120° C environ, de préférence entre 10 et 100° C, ou encore entre 30 et 80° C. Le gaz de prétrempe amené par le conduit 24 est de préférence composé, en* grande partie, de fractions pétrolières recyclées issues des produits de pyrolyse, par exemple dans la gamme des C4 jusqu'au gazole léger. Il peut être composé essentiellement d'essence de pyrolyse ou d'un effluent refroidi de vapocraquage d'éthane recyclé.

L'installation représentée en figure 1 permet d'augmenter le rendement en oléfines de 6 à 14 % environ, par rapport à une installation multipasse classique.

Dans la variante de réalisation de la figure 2, les moyens de trempe des effluents gazeux de vapocra¬ quage comprennent un échangeur de trempe indirect, par exemple du type chaudière à vapeur, dont la sortie est reliée par une conduite 34 à des moyens de trempe di-

recte. Un conduit 36 branché sur la conduite 34 permet de prélever une faible fraction q du débit d'effluents ga¬ zeux sortant de l'échangeur de trempe 22, et de l'amener à des moyens de recompression qui sont ici constitués par un éjecto-compresseur 38 alimenté en 40 par un débit de gaz auxiliaire 42 à pression élevée. La sortie de 1'éjecto-compresseur 38 est reliée par la conduite 24 au collecteur de sortie 18 dans le four 10.

Les moyens 30, 32 permettent de régler l température dans la conduite de transfert 20 (par exempl pour réaliser un postcraquage contrôlé) , en jouant sur l débit de gaz moteur alimentant 1'éjectocompresseur 38 pa le conduit 40.

Cette variante de l'invention permet, grâce a recyclage de la petite fraction q du débit d'effluent gazeux, de limiter la consommation de gaz auxiliaire o gaz de prétrempe.

Dans la variante de réalisation de la figur 3, le gaz de prétrempe injecté dans le collecteur d sortie 18 par la conduite 24 contient des particule solides érosives de faible granulométrie, qui von permettre de décoker, par érosion, le collecteur d sortie 18, la conduite de transfert 20 et surtou l'échangeur de trempe indirecte 22. Des moyens de séparation gaz-solide, compre nant au moins un cyclone 44 sont montés en sortie d l'échangeur de trempe 22. Le cyclone 44 comprend, e partie supérieure, un conduit 46 de sortie des effluent gazeux, menant à des moyens de trempe directe, et e partie inférieure, un conduit 48 de collecte de particules solides séparées des effluents gazeux et d prélèvement d'une petite fraction q des effluents gazeux Il se forme ainsi, dans le conduit vertical 48 un li fluidisé en phase dense qui permet de remonter l pression des particules pour les réinjecter dans l conduit 24 alimenté par un débit 42 de gaz auxiliaire.

Comme dans le mode de réalisation précédent, des moyens 30, 32 de contrôle de la température de pré¬ trempe limitée sont prévus. Des moyens 50 d'appoint en particules solides sont prévus sur la conduite d'injection 24, comme représenté schématiquement, pour compenser les défauts d'efficacité de la séparation gaz- solide dans le cyclone 44, une très faible quantité de particules pouvant être emmenée par les effluents vers les moyens de trempe directe finale. Les particules solides ont de préférence une granulométrie comprise entre 5 et 250 microns environ, et sont injectés dans le collecteur de sortie 18 à un débit compris entre 0,01 et 8 % environ en poids du débit d'effluents de vapocraquage. On notera que la présence de ces particules solides dans les effluents gazeux passant par la conduite de transfert 20 favorise une recombinai¬ son des radicaux libres dans cette zone, de façon favo¬ rable au rendement de l'installation.

Dans la variante de réalisation de la figure 4, la prétrempe limitée des effluents de vapocraquage est réalisée dans un échangeur de chaleur 52 compact, qui est disposé dans le four 10 immédiatement en amont du collecteur de sortie 18 et qui est traversé par les tubes 12. Cet échangeur de chaleur 52 est relié à une conduite d'entrée 54 et une conduite de sortie 56 d'un fluide qui est amené dans 1'échangeur à une température inférieure à celle des effluents.

Une vanne 58 sur la conduite de sortie 56 permet de contrôler le débit de fluide circulant dans l'échangeur 52. Cette vanne 58 peut elle-même être commandée par un dispositif 60 sensible à la température des effluents dans la conduite de transfert 20.

L'échangeur de chaleur 52 est compact, la longueur d'échange étant inférieure ou égale à un mètre environ, de sorte qu'il peut être disposé sans difficulté

majeure dans un four existant. Il est possible de réali¬ ser un échangeur compact grâce au fait que la prétrempe des effluents est très limitée, et ne requiert que des surfaces d'échange réduites. Dans la variante de réalisation de la figure

5, le four 10 comprend deux faisceaux 62, 64, de tubes 12, qui sont imbriqués l'un dans l'autre et qui sont à sens contraires de circulation des hydrocarbures. Chaque faisceau 62, 64, comprend un collecteur 14 d'entrée d'une demi-charge d'hydrocarbures, et un collecteur de sortie 14 des effluents de vapocraquage. Les deux faisceaux 62, 64, sont légèrement décalés en hauteur l'un par rapport à l'autre, de telle sorte que les tubes 12 d'un faisceau traversent le collecteur d'entrée 14 de l'autre faisceau avant de parvenir à leur collecteur de sortie 18.

Ainsi, chaque demi-charge d'hydrocarbures amenée à un collecteur d'entrée 14 d'un faisceau de tubes permet, par échange de chaleur, un refroidissement limité des effluents de vapocraquage circulant dans les tubes 12 de l'autre faisceau. Ce refroidissement restant en fait insuffisant, des moyens d'injection directe d'un fluide froid à l'entrée des collecteurs 18 permettent de réali¬ ser la prétrempe voulue.

Par ailleurs, et comme on le voit sur le des- sin de la figure 5, les tubes 12 sont alternés, un tube appartenant à un faisceau 62 ou 64, tandis que le tube voisin appartient à l'autre faisceau 64 ou 62. En consé¬ quence, les parties d'extrémités des tubes 12 qui sont reliées à un collecteur d'entrée 14 sont nettement plus froides que les parties d'extrémités, situées au même niveau, des tubes de l'autre faisceau qui sont reliés à un collecteur de sortie 18. Elles captent donc, dans le four, plus d'énergie calorifique que les extrémités des tubes reliées au collecteur de sortie. Il résulte une captation prioritaire du flux thermique dans le four par les parties de tubes reliées au collecteur d'entrée 14,

ce qui est favorable à une élévation rapide de la tempé¬ rature de la charge d'hydrocarbures, et donc à une amé¬ lioration du rendement.

En figure 6, on a représenté encore une autre variante de réalisation de l'invention, semblable à celle de la figure 5, mais dans laquelle la zone d'échange de chaleur des effluents avec la demi-charge entrant dans le four est augmentée. Pour cela, chaque collecteur d'entrée

14 est raccordé à des tronçons de tubes parallèles 66, de plus grand diamètre que les tubes 12, et qui sont traversés axialement par les tubes 12 appartenant à l'autre faisceau. A leurs extrémités opposées au collecteur d'entrée 14, ces tronçons de tubes 66 sont réunis entre eux et aux tubes 12 du faisceau auquel appartient le collecteur d'entrée 14 concerné.

Ces tronçons de tubes 66, qui peuvent avoir une longueur inférieure ou égale à un mètre, augmentent largement la surface d'échange de chaleur entre chaque demi-charge entrant dans le collecteur d'entrée d'un faisceau de tubes, et les extrémités des tubes de l'autre faisceau.

La prétrempe des effluents de vapocraquage immédiatement avant leur entrée dans les collecteurs de sortie 18, se traduit également par un préchauffage de chaque demi-charge d'hydrocarbures.

Les avantages de l'invention sont importants : possibilité d'utiliser un échangeur de trempe classique avec un four monopasse à tubes de petit diamètre, - prétrempe limitée et contrôlée des effluents de vapocraquage, évitant leur surcraquage,

- post-craquage éventuel limité et contrôlé des effluents avant la trempe indirecte, permettant de traiter des charges très légères, - décokage de l'échangeur de trempe par éro¬ sion par des particules solides.

adaptation à des installations préexis¬ tantes, multipasses, permettant d'augmenter le rendement en éthylène d'environ 10 à 15 %, grâce au craquage mono¬ passe sans surcraquage final.