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L'invention concerne un procédé de cokéfaction de charges
d'hydrocarbures, produits lourds de distillation ou résidus. Elle
concerne plus particulièrement l'étape subséquente de récupération du
coke (décokage ou decoking) après qu'il se soit déposé dans le
réacteur.
La cokéfaction est un procédé bien connu de l'industrie du raffinage
dont l'objectif est de valoriser les coupes lourdes et surtout les
résidus de distillation en leur faisant subir une décomposition
thermique.
Celle-ci a généralement lieu dans de grands réacteurs vides où la
décomposition s'effectue en distillats qui se dégagent du réacteur et
en produit cokéfié qui se dépose sur la paroi du réacteur.
La charge est le plus souvent introduite par le bas du réacteur et,
dans ce cas, le coke se dépose en premier dans le bas du réacteur ; il
remplit ensuite progressivement des parties de plus en plus élevées du
réacteur jusqu'à le remplir complètement.
A ce moment on arrête l'injection de la charge et on envoie cette
charge dans un deuxième réacteur vide.
Après cette première étape de formation du coke, il y a une deuxième
étape de récupération du coke produit.
Pour cela, après avoir purgé le réacteur de tous les hydrocarbures
résiduels et l'avoir refroidi, on l'ouvre à sa partie supérieure et on
creuse un trou à l'aide d'outils appropriés. Ceux-ci sont habituelle-
ment supportés par un échafaudage ou tour de forage (derrick) quipermet de creuser à l'intérieur du réacteur à partir de son sommet. La
structure des échafaudages (un par réacteur, il y a deux réacteurs au
moins) est installée au-dessus des réacteurs eux-mêmes situés bien
au-dessus du sol pour permettre d'injecter la charge et surtout de
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récupérer le coke produit qui descend par gravité du
réacteur pour être ensuite transporté vers une zone de
stockage ou chez l'utilisateur.
L'objet de l'invention est un procédé et un dispositif qui
permettent d'éviter les échaudages au-dessus des réacteurs
pour alléger l'ensemble de la structure, économiser les
investissements et rendre plus pratique et plus économique
l'extraction du coke.
Selon la présente invention, il est prévu un procédé de
vidange successive du coke d'au moins deux réacteurs de
production de coke, dans leguel on projette de l'eau sous
pression dans la direction du coke, d'abord du haut vers le
bas puis latéralement en direction de la périphérie,
caractérisé en ce qu'on utilise des moyens d'éjection d'eau
suspendus à un tube flexible, supporté par un tambour
comportant des moyens de déplacement permettant de le placer
successivement au-dessus de chacun des réacteurs, le tube
étant enroulé au repos sur le tambour dont la rotation
permet de descendre ou remonter le tube, le tube étant
pourvu d'armatures de résistance à la pression interne et
aux contraintes de traction et de torsion.
Selon la presente invention, il est également prévu un
dispositif pour le vidange successive du coke d'au moins
deux réacteurs de production de coke, comprenant deux
réacteurs de cokage, au moins un tambour mobile autour de
son axe, des moyens de déplacement du tambour permettant de
la placer successivement au-dessus de chacun des réacteurs
de cokage, au moins un tube flexible enroulé au repos sur le
tambour et reliée à une extrémité à des moyens
d'alimentation en fluide et à l'autre extrémité à un
dispositif d'éjection du fluide, et des moyens de guidage du
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tube lors de son déroulement, le tambour étant disposé à un
niveau supérieur à celui des réacteurs de cokage et les
moyens de guidage étant réglés pour permettre la descente du
tube successivement dans chacun des réacteurs.
On peut utiliser un dispositif tel que décrit ci-dessus pour
chaque réacteur; de préférence, en cas d'emploi de plusieurs
réacteurs, par exemple 2, 3 ou 4, on n'utilise qu'un seul
dispositif qui est alors mobile et peut se déplacer
latéralement pour venir au-dessus de chacun des réacteurs à
tour de rôle.
L'invention utilise des tuyaux flexibles, qui possèdent des
propriétés telles qu'ils permettent sans risque de véhiculer
de l'eau sous très haute pression. De plus ces flexibles
sont très résistants aux efforts de traction et présentent
une rigidité contrôlée. Il permettent de suspendre des
masses importantes à leur extrémité, ce qui permet d'une
part d'introduire des outils (turbine) à l'intérieur du
réacteur et par ailleurs d'éviter le ballant du flexible
lorsque des débits d'eau à haut~
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Un tuyau, stocké sur un tambour, est donc suspendu au-dessus d'un
réacteur et peut être introduit progressivement, par rotation du
tambour, jusqu'au fond du réacteur.
L'autre extrémité du tuyau est raccordée à une pompe qui injecte de
l'eau sous haute pression.
L'opération s'effectue en deux phases :
- la première consiste à creuser un trou dans l'axe du réacteur en
introduisant par le haut l'extrémité inférieure du tuyau, supportant
le dispositif d'éjection d'eau. L'eau est éjectée sous pression de
100 à 600 bars ou plus, à partir d'orifices disposés à l'extrémité
inférieure du dispositif et orientés vers le bas. De préférence on
utilise un dispositif tournant autour de son axe tel qu'une turbine,
et la rotation de la turbine peut résulter de l'orientation
particulière d'un ou plusieurs orifices d'éjection (composante au
moins en partie tangentielle d'un ou plusieurs jets).
Lorsque le dispositif atteint le fond du réacteur, le tuyau et le
dispositif d'éjection sont relevés progressivement par réenroulement
du tuyau sur le tambour, et on modifie le dispositif d'éjection
d'eau de telle manière que l'éjection puisse se faire désormais
latéralement, avec une composante tangentielle, et non plus
uniquement vers le bas. De préférence, on supprime totalement
l'éjection vers le bas.
- dans la deuxième phase, on introduit à nouveau le tube flexible et
le dispositif d'éjection par le passage précédemment foré. La
pression de l'eau dans une direction latérale, avec composante
tangentielle est alors établie à 100-600 bars ou plus, de préférence
150-400 bars, ce qui effrite le coke qui s'échappe par la base en
morceaux entraînés par l'eau. Le fait d'utiliser une pression
élevée, par exemple 150-400 bars ou plus, permet d'obtenir des
morceaux de coke relativement grands et d'éviter les poussières trop
fines qui seraient difficiles à séparer ultérieurement.
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Selon un autre mode de réalisation, l'arrêt de l'éjection verticale
d'eau, vers le bas, et le démarrage de l'éjection latérale d'eau
peuvent être commandés à distance par tout dispositif approprié
(faisant appel, par exemple, à des conducteurs de télécommande
incorporés au flexible), ce qui évite d'avoir à remonter le tuyau.
Le tambour qui porte le flexible peut être mobile ; il peut se
déplacer par exemple sur des rails et peut ainsi venir se placer
au-dessus du réacteur à décoker pendant que les autres réacteurs sont
en service ou en attente de décokage.
Les tubes flexibles utilisables dans l'invention seront constitués de
couches superposées pouvant comporter une ou plusieurs gaines
plastiques étanches, au moins une armature de résistance à la pression
interne, pouvant être constituée, par exemple, d'au moins un
enroulement spiral à pas court, et au moins une armature de résistance
à la traction et aux couples de torsion, pouvant par exemple, être
constituée de deux enroulements croisés à pas long.
Ils répondent avantageusement aux caractéristiques suivantes :
Flexibilité suffisante pour pouvoir être enroulés sur un tambour de
rayon compris entre 0,5 et 5 mètres.
Résistance interne à la pression d'au moins 100 bars, de préférence
150 à 1000 bars.
Résistance à la rupture par élongation de 10 à 10 daN, de préférence
2.10 à 5.10 daN.
Couple limite de torsion : 100 à 10000 m. daN, de préférence 500 à
5000 m.daN.
Rigidité à 20 C : 50 à 1000 daN.m j de préférence 100 à 500 daN.m2.
De préférence on opère avec un poids suspendu au tube (éjecteur +
éventuellement masse d'alourdissement) de 10 à 5.10 N ; ce poids
doit être évidemment choisi compatible avec la résistance à la
rupture.
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Des tubes de ce type ont été étudiés à l'INSTITUT FRANCAIS DU PETROLE
et sont actuellement commercialisés par la SOCIETE COFLEXIP, FRANCE.
Les figures 1 et 2 illustrent la mise en oeuvre de l'invention.
La figure 1 est une vue d'ensemble de l'installation.
Les figures 2a et 2b illustrent un mode particulier de réalisation du
dispositif d'éjection d'eau, respectivement en vue latérale et en
coupe BB perpendiculaire à l'axe, au niveau de la buse 22.
L'installation comporte deux réacteurs de cokage 1 et 2. Le réacteur 1
est en cours de vidange du coke et le réacteur 2 en cours de dépôt de
coke (cokage). Les conduites d'admission de la charge d'hydrocarbures
et de soutirage des produits volatils n'ont pas été représentées, dans
un but de simplification. Un tambour d'enroulement ou touret 3 est
disposé au-dessus des réacteurs. Son arbre de rotation est creux et
sert à l'alimentation en eau, amenée sous pression par la conduite 4,
par l'intermédiaire d'un joint tournant raccordant l'arbre de rotation
du touret à la conduite. L'axe du tambour est supporté par deux
flasques rigides dont un seul t5) est visible. Les deux flasques
s'appuient sur un chassis muni de roues telles que 7 et 8, permettant
à l'ensemble d'être déplacé sur le chemin de roulement 9. L'ensemble
est porté par un échafaudage, ou superstructure, comportant notamment
les poutrelles 10 à 13. Un tube flexible de haute résistance mécanique
14 est enroulé sur le tambour. Il est relié à la conduite 4 par une
pièce d'accouplement non-représentée qui permet l'alimentation quelle
que soit la position du tambour. L'autre extrémité porte une turbine
15 capable de tourner sur eIle-meme sous l'effet de jets d'eau sortant
de tuyères telles que 17 et 22 dont l'orientation comporte une
composante tangentielle. Si la turbine n'est pas suffisamment lourde,
une masse additionnelle relativement lourde 16 permet d'accroître le
poids suspendu au tube. Une poulie 18 permet de guider le tube
flexible et donc de le maintenir dans l'axe du réacteur, quel que soit
le degré de déroulement du tube sur le tambour.
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La turbine 15 comporte des buses 17, 21 et 25 dirigées vers le bas et
des buses 22 à 24 dirigées latéralement avec une composante
tangentielle par rapport à la rotation de la turbine. Celle-ci est
indépendantc de la masse 16 qui, normalement, n'est pas entraînée en
rotation (le raccordement entre la turbine 15 et la masse 16 est
réalisé par l'intermédiaire de roulements).
Le fonctionnement peut être par exemple le suivant : l'outil 15/16
étant initialement relevé au-dessus du réacteur l, on ouvre les
extrémités supérieure 19 et inférieure 20 du réacteur rempli de coke
et on descend l'ensemble (14, 15, 16), par déroulement du tuyau 14 sur
son tambour. L'eau sous pression alimentant le flexible 14 est éjectée
à partir des éjecteurs inférieurs, dirigés vers le bas, tels que 17 et
21, et la descente du tuyau dans le réacteur se poursuit au fur et à
mesure du percement d'un puits par les jets dans le lit de coke. Dès
que l'outil est arrivé en bas du réacteur, le coke est entraîné par
l'ouverture inférieure 20 et tombe sous le réacteur d'où il est évacué
par des dispositifs de transport de type connu.
On ressort alors l'outil du réacteur, puis on ferme les éjecteurs
inférieurs 17, 21 et 25 de la turbine (excepté lorsqu'on veut
accroître l'effet d'entraînement du coke), et on ouvre les éjecteurs
latéraux 22 à 24. Le coke est détaché des parois du réacteur, et est
évacué par l'ouverture 20.
Quand l'opération est terminée, on retire l'outil du réacteur 1, on
déplace le tambour 3 et ses supports sur les rails tels que 9 et après
ouverture du réacteur 2, on descend le flexible et l'outil de manière
à effectuer le décokage du réacteur 2. Le réacteur 1 est utilisé pour
une nouvelle opération de cokage.
Au lieu d'une seule turbine 15, comportant des ouvertures vers le bas
et vers les côtés, on peut également employer deux turbines
distinctes, l'une comportant des ouvertures vers le bas et l'autre des
ouvertures latérales.
