FR2502316A1

FR2502316A1 - Echangeur de chaleur pour la trempe de gaz a haute temperature

Info

Publication number: FR2502316A1
Application number: FR8204854A
Authority: FR
Inventors: Masaaki Nonaka; Tsunehiko Kurisaka; Hitoshi Iwasaki; Yukimasa Shigemura; Masahiko Yoshida; Hiroshi Ohi
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Priority date: 1981-03-23
Filing date: 1982-03-22
Publication date: 1982-09-24
Also published as: KR860000534Y1; GB2096759A; KR830009465A; FR2502316B1; IT8220350A0; GB2096759B; JPS57157991A; IT1153477B; JPS628714B2

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN ECHANGEUR DE CHALEUR POUR LA TREMPE DE GAZ A HAUTE TEMPERATURE. SELON L'INVENTION, L'ECHANGEUR COMPREND ESSENTIELLEMENT UN TAMBOUR A VAPEUR 12 SOUS LEQUEL SONT SUSPENDUS DES TUBES D'ECHANGE 15 FERMES A LEUR EXTREMITE INFERIEURE. LE TAMBOUR A VAPEUR ENFERME UNE CHAMBRE 13 A REFRIGERANT QUI COMMUNIQUE AVEC DES TUBES 16 PERMETTANT D'INTRODUIRE LE FLUIDE REFRIGERANT A L'INTERIEUR DES TUBES D'ECHANGE DE CHALEUR 15 AU NIVEAU DE LEUR EXTREMITE BASSE. LES GAZ CHAUDS A TREMPER ENTRENT PAR L'EXTREMITE BASSE 30 A L'INTERIEUR D'UNE ENVELOPPE ETANCHE 25 ENFERMANT LES TUBES D'ECHANGE ET QUITTENT L'APPAREIL PAR DES ORIFICES DE SORTIE 28, 29. L'INVENTION S'APPLIQUE NOTAMMENT A LA TREMPE DES GAZ CRAQUES D'ORIGINE PETROLIERE REDUISANT LES PHENOMENES DE COKAGE ET AMELIORANT LE RENDEMENT DE TREMPE ET LE RENDEMENT DE RECUPERATION DE CHALEUR.

Description

1- La présente invention a pour objet un échangeur de chaleur pour le

trempage (dit également dans la technique "quenching" selon le terme anglo-saxon) de gaz portés à haute température, et en particulier un échangeur de chaleur pour le trempage des gaz craqués obtenus par décomposition thermique de matériaux bruts de pétrole, tels que naphte de pétrole,

kérosène, gaz de pétrole liquéfié (GPL),etc afin de fa-

briquer des oléfines telles que l'éthylène, le propylène ou

analogues, et en vue de récupérer la chaleur des gaz craqués.

Différents types d'échangeurs de chaleur ont été dévelop-

pés à cet effet, et il n'existe pas à ce jour d'échangeurs de chaleur qui puissent fonctionner de façon continue pendant de longues périodes de temps, qui présentent une construction

compacte et qui puissent être utilisés pour différents maté-

riaux bruts. Plus particulièrement, le problème le plus sé-

rieux qui empêche un fonctionnement en continu est le phénomène dénommé cokage ou "coking" provoqué par le dépôt de coke contenu dans les gaz craqués sur les surfaces de transfert de chaleur de l'échangeur. Un tel dépôt de coke diminue le coefficient de transfert de chaleur et augmente les pertes de charge des gaz craqués, rendant impossible une récupération

efficace de la chaleur. En outre, lorsque le phénomène de coka-

ge apparaît, il est nécessaire d'éliminer les dépôts de coke à

intervalles de temps prédéterminés.

Un échangeur de chaleur pour le trempage des gaz chauds conçu classiquement selon l'art antérieur est décrit dans la demande de brevet japonaise publiéedéposée en 1974 sousle numéro 12321; dans cet échangeur, des tubes verticaux sont

prévus dans un milieu réfrigérant pour le passage des gaz cra-

qués ou décomposés. Dans un échangeur de chaleur de ce type, étant donné que les gaz craqués s'écoulent à travers les tubes qui ont un diamètre relativement petit, lorsque le cokage apparaît, le diamètre effectif des tubes diminue, avec pour résultat que les pertes de charge dans les tubes augmentent rapidement, augmentant ainsi le pourcentage de composants

indésirables produits ou obligeant à interrompre l'opération.

Dans un tel type d'échangeur de chaleur, dans lequel les gaz craqués s'écoulent à travers les tubes, lorsque le

matériau craqué est un matériau lourd, le domaine d'utilisa-

tion de l'échangeur de chaleur devient étroit. Lorsqu'un échangeur de chaleur destiné à la trempe des gaz chauds et dessiné pour un matériau brut léger tel qu'un naphte, et qu'il est utilisé pour le craquage d'un matériau brut lourd, la perte de charge augmente brutalement, de sorte que le craquage est impossible. Inversement, lorsqu'un échangeur de chaleur dessiné pour un matériau brut lourd de craquage est utilisé pour un matériau brut léger, la température du gaz à la sortie de l'échangeur devient beaucoup trop élevée, de sorte que la quantité de récupération de vapeur à haute

pression diminue considérablement. En outre, comme la résis-

tance des tubes de transfert de chaleur à l'encontre des contraintes thermiques est limitée, il est nécessaire de faire

fonctionner l'échangeur de chaleur en apportant de façon con-

tinue un réfrigérant (de l'eau sous forte pression), de sorte qu'il est impossible de pratiquer le "décokage en ligne" opération dans laquelle le coke déposé sur la surface des tubes de transfert de chaleur est brûlé au moyen d'un gaz

constitué par de l'air et de la vapeur d'eau à haute tempéra-

ture mélangés et l'on fait passer dans les tubes après avoir

complètement éliminé par évaporation le réfrigérant.

Au lieu de faire passer les gaz craqués à travers les

tubes, on a également proposé un échangeur de chaleur dans le-

quel le réfrigérant, tel que de l'eau, passe à travers les tubes, tandis que le gaz craqué passe à l'extérieur des tubes comme décrit notamment au brevet US 3 433 298 daté du 18 mars 1969. Ce type d'échangeur de chaleur est plus avantageux que celui du type précédemment décrit. Dans l'échangeur de chaleur du type précédemment décrit, le cokage apparaît dans le tube et sa croissance est arrêtée par la vitesse d'écoulement du gaz, de sorte que lorsque la vitesse d'écoulement est très

basse, les tubes de transfert de chaleur peuvent être parfaite-

ment obturés, de sorte qu'il est nécessaire de dessiner l'é-

changeur de chaleur pour lui donner un certain degré de vites-

se massique. Avec le dernier type mentionné d'échangeur de

chaleur dans lequel les dépôts de coke se font sur la périphé-

rie extérieure des tubes, même lorsque la vitesse de passage est très faible, l'obturation des tubes ne se produit pas, et

le coke ne s'accroit pas au-delà d'une épaisseur déterminée.

Ceci tient au fait que les dépôts de coke se formant à la périphérie externe des tubes, ils s'écaillent et se défont lorsque l'épaisseur du dépôt de coke augmente au-delà d'une valeur prédéterminée. Dans ce cas, le coke déposé peut être éliminé par le procédé de décokage en ligne.

Dans ce dernier type d'échangeur cependant, les ex-

trémités opposées d'une pluralité de tubes réfrigérants font saillie à l'extérieur d'un bottier entourant les tubes et le réfrigérant s'écoule dans les tubes de la base vers le sommet. Une telle construction d'un échangeur de chaleur avec ses extrémités opposées qui font saillie extérieurement est

non seulement compliquée mais rend également difficile l'as-

semblage ou le désassemblage.

En outre, avec ce type d'appareils, étant donné que

les tubes d'eau adjacents sont interconnectés par des ailet-

tes décalées et par les parois des tuyaux, lorsqu'ils sont soumis à des gaz à température supérieure à 8000C, les tubes d'eau tendent à se voiler et des fissures se forment sous l'effet des contraintes thermiques auxquelles les tubes sont

soumis.

En conséquence, un objet principal de l'invention est

de prévoir un nouvel échangeur de chaleur permettant le trem-

page de gaz à haute température qui permet de récupérer de façon efficace plus de chaleur que selon l'art antérieur, qui empêche un accroissement des pertes de charge et qui puisse fonctionner durant de longs intervalles de temps,

Un autre objet de l'invention est de prévoir un échan-

geur de chaleur compact en particulier pour la trempe (ou trempa-

ge) des gaz craqués à haute température et quisoit de construction relativement simple. Un autre objet encore de l'invention est de prévoir un nouvel échangeur de chaleur permettant la trempe

de gaz à haute température et qui puisse être facilement assem-

blé et désassemblé.

Un autre objet encore de l'invention est de prévoir un nouvel échangeur de chaleur en particulier pour la trempe des gaz à haute température qui puisse être utilisé pour le craquage non seulement d'huiles légères mais également d'huiles lourdes. Un autre objet encore de l'invention est de prévoir un échangeur de chaleur perfectionné pour le trempage des gaz craqués qui soit susceptible d'assurer efficacement la récupération de la chaleur, étant donné que le coke déposé sur les tubes de transfert de chaleur s'en détache de lui-mé- me. Pour atteindre ces objets, et d'autres encore, on prévoit un échangeur de chaleur comprenant une pluralité de tubes de transfert de chaleur dont les extrémités inférieures sont 1o fermées et une pluralité de tubes intérieurs respectivement introduits dans les tubes de transfert de chaleur et dont les extrémités inférieures sQient ouvertes, Le réfrigérant, habituellement de l'eau, est amené dans les tubes intérieurs

par l'intermédiaire d'une chambre réfrigérante disposée au-des-

sus des tubes intérieurs, et de là, le réfrigérant est con-

traint à s'écouler dans un espace compris entre les tubes intérieurs et les tubes de transfert de chaleur à travers les extrémités ouvertes des tubes intérieurs, créant ainsi un écoulement naturel de réfrigérant sans qu'il soit nécessaire d'utiliser aucune pompe. Au moins une entretoise s'étendant dans la direction longitudinale de chaque tube de transfert

de chaleur est disposée sur sa surface extérieure, Des passa-

ges d'écoulement de gaz chaudssont définis par les surfaces extérieures des tubes de transfert de chaleur adjacents et par les entretoises de façon à faire passer l'écoulement des gaz chauds dans la direction longitudinale des tubes de transfert de chaleur le long de leurs surfaces extérieures

de la base vers le sommet.

Conformément à l'invention, on prévoit un échangeur de chaleur pour la trempe de gaz à haute température comprenant un tambour à vapeur; une enveloppe-cylindrique reliée de façon étanche aux gaz au pied du tambour à vapeur; une pluralité de tubes de transfert de chaleur émanant du pied du tambour à vapeur et dont les extrémités inférieures sont fermées; une chambre réfrigérante disposée dans le tambour à vapeur et adaptée de façon à séparer l'écoulement aval de l'écoulement amont du réfrigérant; une pluralité de tubes internes s'étendant depuis la base de la chambre réfrigérante à travers les tubes de transfert de chaleurs respectifs, les extrémités inférieures des tubes intérieurs étant ouvertes au moins une entretoise fixée à la surface extérieure de chaque tube de transfert de chaleur et s'étendant dans sa direction longitudinale; un conduit intérieur de gaz chauds ouvrant dans un espace de diffusion de gaz à l'extrémité in- férieure de l'enveloppe; au moins un orifice de sortie des gaz prévu au-dessus des extrémités supérieures des entretoises, grâce à quoi, les gaz à haute température sont trempés lorsqu'ils passent à travers le tuyau d'admission des gaz, la chambre de diffusion des gaz et les passages de gaz définis par les surfaces externes des tubes de transfert de chaleur adjacents et leurs entretoises comprises entre eux, de sorte

que les gaz à hautre température déchargés à travers l'appa-

reil ont une composition prédéterminée lorsqu'ils passent à

travers l'orifice d'évacuation.

L'invention apparaîtra plus clairement à l'aide de la

description qui va suivre faite en référence aux dessins

annexés, dans lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale montrant un mode de réalisation préféré d'un échangeur de chaleur conforme à l'invention pour la trempe de gaz à haute température; - la figure 2, est une vue en coupe transversale faite selon la ligne II-II de la figure 1 - la figure 3, est une vue semblable à celle de la

figure 2 montrant une autre variante de réalisation de l'échan-

geur de chaleur;

- les figures 4 et 5 sont des vues en coupe longitudina-

le montrant deux autres variantes modifiées de l'invention.

En se référant tout d'abord à la figure 1, l'échangeur de chaleur 10 montré à cette figure comprend un tambour à vapeur 12 constitué en acier au carbone et enfermant une chambre 13 réfrigérante ou chambre à eau également fabriquée en acier au carbone. Une pluralité de tubes 15 de transfert de chaleur verticaux émanent ou sont suspendus à la base du tambour à vapeur 12, les tubes de transfert de chaleur 15 étant construits de façon à être étanches aux gaz. Ces tubes

de transfert de chaleur 15 ont le même diamètre et sont ré-

gulièrement disposés dans un même plan avec un espacement égal,

les extrémités des tubes 15 étant fermées.

Des tubes 16 intérieurs verticaux émanant ou suspendus à la base de la chambre réfrigérante 13 sont introduits dans les tubes de transfert de chaleur respectifs 15 avec des espacements convenables entre eux. Un réfrigérant tel que de l'eau introduit dans la chambre 13 à l'intérieur du tambour 12 par un orifice d'entrée 18 s'écoule vers le bas à travers les tubes respecitfs internes 16 et de là s'écoulent vers le haut depuis les ouvertures de base 16a à travers les espaces compris entre les tubes internes 16 et les tubes de transfert de chaleur 15 de façon à entrer dans le tambour à vapeur 12, tandis que, lorsque le réfrigérant circule entre les tubes de transfert de chaleur 15 et les tubes internes 16, il est chauffé par les gaz craqués à haute température comme il sera décrit plus loin de façon à produire de la vapeur. Un tel écoulement naturel se produit pendant le fonctionnement de l'échangeur de chaleur, de sorte qu'il n'est pas nécessaire d'utiliser de pompe de circulation. Au sommet du tambour à

vapeur 12, est prévue une soupape d'échappement 19 de la va-

peur. Les tubes de transfert de chaleur 15 sont entourés par une enveloppe polygonale 25 comprenant une paroi interne 21, une couche d'isolation thermique 22 et une paroi externe 23, et l'extrémité supérieure de l'enveloppe 25 est soudée au fond du tambour à vapeur 12 ou reliée à ce fond par un flasque. La paroi interne 21 est constituée en un alliage tel qu'un acier inoxydable et incoloy (alliage à base essentiellement de nickel, chrome et fer) pouvant résister à des températures relativement élevées, tandis que l'isolant thermique 22 est constitué d'une fonte légère, tandis que de l'acier au carbone est utilisé pour la paroi externe 23. Des orifices de sortie de gaz 28 et 29 sont prévues au voisinage des extrémités supérieures-de l'enveloppe 25 et sensiblement

au point milieu de la longueur de l'appareil. L'extrémité in-

férieure de l'enveloppe 25 s'étend légèrement au delà des ex-

trémités inférieures des tubes de transfert de chaleur 15,

et un conduit d'entrée de gaz 30 est prévu à l'extrémité in-

férieure de l'enveloppe 25 pour l'admission des gaz à tempéra-

ture élevée formés par craquage de matériaux bruts de pétrole tels que naphte, kérosène, huiles légères et gaz de pétrole liquéfiés. Entre le conduit d'arrivée 30 et les extrémités inférieures des tubes de transfert de chaleur 15 est définie une chambre de diffusion de gaz en forme d'entonnoir de façon à diffuser uniformément les gaz admis et assurer leur contact uniforme avec les tubes de transfert de chaleur 15 autant que possible. Conformément au mode de réalisation illustré à la figure 1, les parties inférieures des tubes de transfert de chaleur agissent en tant que section de trempe A, tandis que les

parties supérieures agissent en tant que section de récupé-

ration de chaleur B. La section de trempe A constituée par les parties inférieures des tubes 15 de transfert de chaleur comprend des entretoises 32 qui agissent comme des ailettes de transfert de

chaleur et s'étendent dans la direction longitudinale des tu-

bes de transfert de chaleur, comme il apparaît aux figures 2 et 3. A la figure 2, sept tubes de transfert de chaleur sont utilisés, tandis qu'à la figure 3, six tubes de transfert de

chaleur sont prévus. A la figure 2, une ou plusieurs entretoi-

ses 32 sont fixées à la surface extérieure de chaque tube de transfert de chaleur en s'étendant dans la direction radiale des tubes. Par exemple, chacun des tubes de transfert de chaleur 15A comporte une entretoise radiale unique 32A, tandis que chacun des tubes de transfert de chaleur 15B comporte deux entretoises radiales 32B décalées à 1200 l'une par rapport à l'autre, et chacun des tubes de transfert de chaleur 15C

comporte trois entretoises radiales 32C décalées de 1200.

Les longueurs radiales.de toutes les entretoises sont les

mômes et leurs extrémités externes viennent contre les périphé-

ries des tubes de transfert de chaleur adjacents avec un léger intervalle, par exemple de 1 millimètre. Ces intervalles sont prévus afin d'empêcher le dommage des tubes de transfert de chaleur lorsqu'ils sont soumis à une expansion thermique. Avec la construction illustrée à la figure 2, les entretoises des

tubes de transfert de chaleur adjacents définissent des passa-

ges 35 longitudinaux de gaz ayant sensiblement une configuration en Dupe triangulaire. Quoique non représentés à la figure 2,

les tubes de transfert de chaleur comportent également des en-

tretoises radiales dont les extrémités externes sont espacées quelque peu de la paroi interne de l'enveloppe polygonale

25. Ainsi, la fonction des entretoises eat également de main-

tenir un espacement défini entre les tubes de transfert de chaleur adjacents et de définir des passages d'écoulement de gaz entre les surfaces extérieures des tubes de transfert de chaleur. Selon la variante de réalisation illustrée à la figure 3, cinq tubes 15A de transfert de chaleur ayant chacun une seule entretoise 32A et un tube de transfert 15D comportant deux entretoises espacées à 180' 32D et 32E sont associés, En conséquence, chaque passage de gaz 35 défini par les entretoises présente une configuration en coupe transversale sensiblement carrée. Comme à la figure 2, les extrémités extérieures des entretoises font saillie vers les surfaces extérieures des tubes de transfert de chaleur adjacents dont

ils sont écartés d'une faible distance.

Lorsque la section A de trempe comportant les entre-

toises caractéristiques de l'invention est utilisée, les

entretoises redressent l'écoulement du gaz s'écoulant à tra-

vers les passages de gaz-de sorte que le gaz s'écoule unifor-

mément le long des surfaces des tubes de transfert de chaleur.

D'autre part, les entretoises augmentent la surface de trans-

fert de chaleur pour le gaz qui traverse les passages de gaz.

Quand l'épaisseur des entretoises est choisie de façon appro-

priée, il est possible de diminuer la surface de section transversale des passages de gaz dans l'enveloppe 25 jusqu'à

une valeur désirée, de sorte qu'on augmente la vitesse d'écou-

lement du gaz.

Etant donné que des entretoises radiales sont prévues, sur les surfaces extérieures des tubes de transfert de chaleur, dans leur direction longitudinale, l'utilisation de la section

de trempe favorise l'action de trempe par suite de l'augmenta-

tion de la surface de transfert de chaleur et l'augmentation de la vitesse d'écoulement de gaz diminuant par suite le dépôt

de coke.

Etant donné que la section A de trempe du gaz est cons-

truite de façon à provoquer l'écoulement de gaz à travers les passages de gaz définis par les surfaces extérieures des tubes de transfert de chaleur et les entretoises, le coke se dépose sur les surfaces extérieures des tubes de transfert de chaleur et sur les entretoises. Etant donné que le film de coke déposé se détache et s'écaille effectivement, il n'y a aucun risque d'obstruction du passage d'écoulement de gaz. En conséquence, la section de trempe diminue la vitesse de formation de la

couche de coke par rapport aux échangeurs de chaleur classi-

ques dans lesquels le gaz passe à l'intérieur des tubes de trans

fert de chaleur.

En outre, dans un échangeur de chaleur conforme à l'invention, étant donné que les tubes internes sont disposés concentriquement dans les tubes de transfert de chaleur, le réfrigérant s'écoule à travers les tubes intérieurs et ensuite vers le haut à travers les espaces compris entre les tubes internes et les tubes externes de transfert de chaleur sous

l'effet d'une circulation naturelle, de sorte que la construc-

tion est beaucoup plus simple que celle utilisée dans les échan-

geurs de chaleur de l'art antérieur, ce qui simplifie également

l'assemblage et le désassemblage de l'échangeur.

Dans un mode de réalisation préféré de l'invention,

chaque tube de transfert de chaleur présente un diamètre exter-

ne de 50,8 millimètres, et chaque entretoise a une épaisseur de six millimètres, une hauteur de quinze millimètres et une longueur de 160 centimètres. Lorsque le nombre des tubes de transfert de chaleur 12 est de 19, et avec des entretoises disposées comme montré dans la figure 2, lorsqu'on utilise un produit brut ayant une densité spécifique de 0,84 et un indice de corrélation selon la norme du Bureau des Mines égal à 30, même lorsqu'on utilise l'échangeur de chaleur de façon continue pendant 60 jours ou davantage, il n'est pas nécessaire de

procéder à un décokage.

Habituellement, la section A de trempe est dessinée

de façon qu'elle puisse refroidir les gaz craqués de la tem-

pérature de craquage jusqu'à une température de l'ordre de 600 à 650 OC, température à laquelle les réactions secondaires ou tertiaires du gaz craqué sont bloquées. Le gaz craqué est alors refroidi de façon complémentaire par la section de récupération de chaleur B qui sera maintenant décrite et qui sert à

récupérer la chaleur abandonnée.

La section B de récupération de chaleur est constituée par les parties supérieures des tubes de transfert de chaleur 15 de façon à récupérer efficacement la chaleur des gaz qui sont passés à travers la section de trempe A à vitesse élevée. Pour cette raison, la section en coupe transversale du passage des gaz est rendue plus importante dans la partie B de récupération de chaleur que dans la partie A de trempe, de façon que la vitesse d'écoulement des gaz diminue ou de façon à augmenter le coefficient de transfert de chaleur du gaz en créant une turbulence du gaz. Pour cette raison, une pluralité de saillies ou protubérances 40 alignées selon la direction longitudinale sont prévues sur tous ou sur une partie choisie des tubes de transfert de chaleur 15 dans la moitié supérieure de ces tubes. Les protubérances 40 font

saillie à partir de la surface extérieure des tubes de trans-

fert de chaleur dans la direction radiale et ont la même

hauteur que celle des entretoises, et leurs extrémités exter-

nes viennent en regard des surfaces extérieures des tubes de transfert de chaleur adjacents en laissant entre eux de petits intervalles. De préférence, chaque saillie 40 a une épaisseur de l'ordre de six millimètres, une hauteur de

l'ordre de quinze millimètres et une longueur axiale de l'or-

dre de 50 millimètres dans l'exemple de réalisation ainsi décrit. La section B de récupération de chaleur fonctionne de manière similaire à celle de la section de trempe A comme décrit ci-dessus. Les saillies 40 créent une turbulence dans

l'écoulement du gaz de façon à augmenter la vitesse d'écoule-

ment du gaz ou augmenter le coefficient de transfert de cha-

leur tout en maintenant les espacements désirés entre les tubes de transfert de chaleur adjacents. Dans ce mode de réalisation illustré, deux orifices de sortie de gaz 28 et 29 sont prévus. Un des orifices de sortie 28 est situé dans une partie suffisamment éloignée de la section de trempe des gaz A, c'est-à-dire proche de la base du tambour à vapeur 12, c'est-à-dire en aval de la section de récupération de chaleur B. L'autre orifice de sortie 29 est disposé au voisinage de l'extrémité supérieure de la section de trempe A, c'est-à-dire au voisinage de l'extrémité aval des passages de gaz 35 définis par les entretoises 32 et les tubes de transfert de

chaleur 15 de la section de trempe.

Lorsque deux orifices de sortie de gaz 28 et 29 sont

prévus, l'orifice de sortie 29 est utilisé pour les gaz cra-

qués à partir d'huiles lourdes, et l'orifice 28 de sortie est utilisé pour les gaz craqués à partir d'huiles légères. Si

l'augmentation de la perte de charge entre l'orifice de sor-

tie 29 et l'orifice de sortie 28 est déraisonnable en compa-

raison de la récupérationde chaleur entre l'orifice 29 et l'orifice 28 lorsqu'on utilise l'orifice de sortie 28 pour les

gaz craqués d'huiles lourdes, l'orifice de sortie 29 est uti-

lisé pour les gaz craqués d'huiles lourdes.

Si l'un ou l'autre des orifices de sortie 28 et 29

est utilisé, l'autre orifice de sortie est obturé.

L'échangeur de chaleur décrit ci-dessus présente d'excellentes caractéristiques comme il peut être noté des conditions théoriques suivantes Plus particulièrement, la relation entre les facteurs qui déterminent les caractéristiques de l'échangeur de chaleur

de trempe et ses excellentes caractéristiques ressort du ta-

bleau suivant. L'idéal est de satisfaire toutes les caracté-

ristiques repérées 1 à 5 du tableau.

Pratiquement cependant, il n'est pas possible de sa-

tisfaire simultanément tous ces critères.

tableau

facteur vitesse massi- teixérature diamètre de que (au démar- de sortie de tubes de effet rage d'un cy- gaz(au détarransfert cle) _J ai.l augmentation de plus 1 l'effet de trempe supérieure inférieure petit température de sor- plus 2 tie des gaz inféri- supérieure inférieure petit eure lors du cokage élévation moindre de plus la température de supérieure plus élevé petit sortie des gaz _ perte de charge des 4 gaz inférieure lors plus petite plus élev supérieure du cokage moindre augmentation de la perte de char- supérieure plus éleve supérieure qe des gaz _ De façon plus précise, l'abaissement de la température

de sortie des gaz en vue d'augmenter le rendement de récupé-

ration de-chaleur et la diminution de la perte de charge en -vue d'éviter une diminution du rendement de production de l'éthylène sont des objets contradictoires. L'échangeur de

chaleur conforme à l'art antérieur dans lequel les gaz cra-

qués traversent les tubes étaient dessinés de façon à réaliser un compromis entre ces facteurs contradictoires. Dans le cas

d'une trempe dans laquelle les gaz craqués passent à l'exté-

rieur des tubes, il est possible d'adopter une construction idéale correspondant aux conditions de craquage des produits bruts respectifs, étant donné qu'il est possible de déterminer à volonté la vitesse d'écoulement des gaz et le diamètre des tubes grâce aux entretoises que portent les tubes de transfert de chaleur en conformité avec la température des gaz suivant la

longueur des tubes de transfert de chaleur.

Pour assurer le fonctionnement de l'échangeur de cha-

leur durant une longue période de temps, on a choisi les deux

principes suivants contradictoires.

1. On rend la vitesse d'écoulement des gaz aussi faible que possible. Ce choix est adopté afin de diminuer la perte de charge des gaz autant que possible au moment du démarrage du cycle de façon à diminuer la perte de charge au moment du dépôt de coke et afin d'assurer de longs cycles

opératoires.

2. On augmente autant que possible la vitesse des gaz

de façon à freiner la croissance de la couche de coke.

Ces deux choix présentent les inconvénients respectifs suivants. A. Dans le premier cas, il est impossible d'effectuer

une trempe effective du gaz craqué.

B. Dans le deuxième cas, étant donné que la perte de charge des gaz au moment du démarrage du cycle est importante, même lorsqu'une faible quantité de coke s'est déposée, la valeur absolue de la perte de charge des gaz augmente. Pour cette raison, conformément à l'invention, il est nécessaire

de prévoir des entretoises entre les tubes de transfert de cha-

leur sur les parties dans lesquelles le gaz craqué est admis

de façon à augmenter la vitesse d'écoulement du gaz. Générale-

ment, la vitesse de croissance du coke est inférieure à l'ori-

fice d'entrée à ce qu'elle est à l'orifice de sortie, de sorte que cechoix est avantageux en ce qui concerne l'augmentation

de la vitesse des gaz.

En outre, à l'orifice d'entrée, la température des gaz est plus élevée, et la vitesse des gaz est supérieure à ce qu'elle est à l'orifice de sortie de sorte que le dépôt de coke est réduit. Dans la section de récupération de chaleur qui fait suite à la section de trempe, étant donné que rien n'est fixé aux tubes de transfert de chaleur, aux saillies près qui empêchent la flexion des tubes de transfert de chaleur, la vitesse d'écoulement des gaz devient basse. Cependant, différant en cela de l'art antérieur dans lequel les gaz

craqués passent à travers les tubes, quoique la vitesse d'é-

coulement des gaz a diminué, le film de coke ne croît pas au-de-

là d'une épaisseur définie, de sorte que ce phénomène n'empê-

chera pas l'écoulement du gaz. En conséquence, conformément à l'invention, il est possible de diminuer la température à l'orifice de sortie des gaz dans un intervalle dans lequel la vitesse massique est relativement faible, grâce à quoi,

l'échangeur de chaleur de l'invention peut être utilisé effica-

cement et de façon souple pour traiter des huiles légères à

des huiles lourdes.

Les figures 4 et 5 illustrent schématiquement d'autres

variantes de réalisation d'un échangeur de chaleur pour la trem-

pe des gaz craqués, dans lesquels les tubes de transfert de chaleur 15 émanant du tambour à vapeur 12 et les tubes internes

16 émanant de la chambre à eau 13 ont été représentés. D'au-

tres parties de l'échangeur sont également montrées schémati-

quement. A la figure 4, l'orifice de sortie de gaz 29 illustré

à la figure 1 a été omis, de sorte que le gaz introduit s'é-

coule vers l'orifice de sortie 28 à travers la section de trempe A et la section de récupération de chaleur B. Cette variante peut être utilisée pour des gaz craqués produits à partir du

craquage d'huiles légères ou du craquage d'huiles lourdes.

A la figure 5, la section de récupération de chaleur B montrée à la figure 4 a été omise, de sorte que l'échangeur

de chaleur comprend seulement la section de trempe A dans la-

quelle les entretoises 32 sont prévues sensiblement sel3.toute

la longueur des tubes de transfert de chaleur 15. Cette cons-

truction est utilisée pour les gaz craqués, produits à partir du craquage d'une huile légère. Lorsque la quantité de coke

déposé est très faible et les pertes de charge du gaz n'augmen-

tent pas considérablement pour le craquage des huiles légères, l'échangeur de l'invention est utilisé pour le gaz produit à partir du craquage d'une huile légère. En conséquence, lorsque

la solution illustrée à la figure 5 peut être utilisée, l'aug-

mentation de la perte de charge admise est prise en considéra-

tion. Avec l'échangeur illustré à la figure 5, la construction

peut être faite de manière compacte.

Il doit être bien entendu que l'invention n'est nulle-

ment limitée aux modes de réalisation spécifiques décrits ci-

dessus et que de nombreuses variantes et modifications peuvent

être apportées par l'Homme de l'Art.

D'autre part, quoique la description qui précède des

échangeurs de chaleur conformes à l'invention a été faite en relation avec des gaz craqués, il est clair- que l'invention peut également être utilisée pour n'importe quel autre gaz chaud sur lequel on désire faire une trempe et dont on veut récupérer

la chaleur.

250231C

Claims

REVENDICATIONS

1. Echangeur de chaleur pour la trempe de gaz chauds, caractérisé en ce qu'il comprend: - un tambour à vapeur (12); - une enveloppe cylindrique (25) étanche au gaz reliée à la base dudit tambour à vapeur; - une pluralité de tubes (15) de transfert de chaleur émanant par dessous lui dudit tambour à vapeur (12), les extrémités inférieures desdits tubes (15) de transfert de chaleur étant fermées; - une chambre à réfrigérant (13) disposée dans ledit tambour à vapeur (12) susceptible de diviser le réfrigérant en un écoulement aval et un écoulement amont; - une pluralité de tubes internes (16) s'étendant à partir de la base de ladite chambre à réfrigérant (13) à travers les tubes de transfert de chaleur respectifs (15), les extrémités inférieures (16a) desdits tubes internes (16) étant ouvertes; - au moins, une entretoise (32) fixée à une surface extérieure de certains au moins desdits tubes de transfert de chaleur (15) et s'étendant longitudinalement par rapport à eux; - un conduit (30) d'amenée de gaz chauds débouchant dans un volume de diffusion de gaz à l'extrémité inférieure de ladite enveloppe (25); - au moins, un orifice de sortie des gaz (28, 29) prévu au-dessus des extrémités supérieures desdites entretoises (32); - grâce à quoi, lesdits gaz chauds subissent une trempe lorsqu'ils passent à travers ledit conduit d'amenée des gaz (30), ladite chambre de diffusion des gaz et les passages de gaz définis par les surfaces extérieures des tubes (15) de

transfert de chaleur adjacents et les entretoises (32) dispo-

sées entre ces tubes de façon que les gaz s'échappent en ayant une composition prédéterminée à travers lesdits orifices

de sortie de gaz (28, 29).

2. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites entretoises (32) s'étendent dans la direction radiale à partir de la surface extérieure de chaque tube de transfert de chaleur (15) et les extrémités O231' externes des entretoises font face à un tube (15) de transfert de chaleur adjacent avec un faible intervalle entre cette extrémité et la surface du tube adjacent,

3. Echangeur de chaleur selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que chaque passage de gaz défini par lesdits tubes (15) de transfert de chaleur et lesdites entretoises (32) a une configuration régulière de

section transversale sensiblement triangulaire.

4. Echangeur de chaleur selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que chaque passage de gaz défini par lesdits tubes de transfert de chaleur (15) et lesdites entretoises f32) présentent une configuration en

coupe transversale sensiblement carrée.

5. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications

précédentes, caractérisé en ce qu'une section ou partie de récupération B est prévue entre lesdits orifices de sortie

(28, 29) des gaz et une extrémité aval desdites entretoises-

(32).

6. Echangeur de chaleur selon la revendication 5, ca-

ractérisé en ce que ladite section de récupération de chaleur B comprend des saillies radiales (40) prévues sur au moins l'un

des tubes de transfert de chaleur (15).

7. Echangeur de chaleur selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'au moins la plupart des tubes de transfert

de chaleur (15) comportent au niveau de ladite section B plu-

sieurs saillies (40) qui sont espacées longitudinalement les

unes des autres sur lesdits tubes de transfert de chaleur (15).

8. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications

précédentes, caractérisé en ce qu'un orifice (29) de sortie de gaz chauds est prévu au voisinage d'une extrémité aval desdites

entretoises (32).

9. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications

à 8, caractérisé en ce qu'un orifice de sortie des gaz chauds (28) est prévu au voisinage de l'extrémité aval de ladite

section B de récupération de chaleur.