LE VAPOCRAQUAGE

INTERET

Le développement des produits de la chimie organique requiert chaque année des quantités plus importantes de matières premières hydrocarbonées. Par vapocraquage, il est possible d'obtenir des hydrocarbures insaturés, de nature aliphatique ou aromatique, qui en raison de leur nombreuses possibilités réactionnelles présentent sur le plan de la synthèse organique une souplesse d'emploi remarquable.

Par une suite de réactions endothermiques, les hydrocarbures, soumis à l'intérieur de tubes à une température de 800-850 °C en présence de vapeur d'eau dans un rapport voisin de 0,5 en poids, sont transformés en un mélange complexe de produits. On les sépare et les purifie par des méthodes physiques ou chimiques.

Les produits sont refroidis à la sortie du four par des chaudières qui récupèrent environ 50% de la chaleur contenue, ce qui évitent que la composition du produit n'évolue par une succession de réactions parasites.

Le mélange est alors envoyé dans une section de fractionnement à basse température (17 à 100 °C), où s'opère la séparation des principaux constituants. Pour le butadiène, le benzène et le toluène, on doit faire appel à des méthodes de séparation de haute sélectivité : distillation extractive pour le butadiène, extraction par solvant pour les deux autres.

Certaines impuretés sont éliminées par des méthodes particulières :

L'ensemble des opérations permet d'obtenir, avec des matières premières liquides et suivant les conditions opératoires utilisées (en % du poids de la charge) :

Les autres produits sont utilisés pour la chauffe (hydrogène, méthane, résidus lourds) ou soumis à de nouvelles purifications pour en extraire les constituants (isobutène, but-1-ène, but-2-ène, cyclopentadiène et isopropène).

Les produits principaux du craquage à la vapeur sont utilisés soit directement dans les polymérisations (éthylène, propylène; butadiène), soit dans de nouvelles réactions (oxydation, chloration, alkylation...).

TECHNIQUE DE GAZEIFICATION

exemple de deux installations de gazéification de l'entreprise allemande Veba.

Exploitée depuis 1972, la raffinerie de Geselkirchen comprend 4 lignes de gazéification d'huiles lourdes qui assurent le traitement de 60 t/h de résidus de distillation sous vide. Le gaz de synthèse (160 000 m3/h) subit d'autres étapes de traitement pour être transformé en méthanol, ammoniac et hydrogène.

Une installation pilote a été construite à la fin des années 70 pour mettre au point un procédé d'alimentation en combustibles solides (coke de charbon et de pétrole) donnant une alternative au système d'alimentation en eaux boueuses et à l'alimentation pneumatique. Il se compose d'une extrudeuse à vis sans fin.

Les particules solides finement broyées (<0,3 mm) sont dosées dans l'extrudeuse à la pression atmosphérique. Pour minimiser les forces de friction à l'intérieur de l'extrudeuse, on ajoute une faible quantité d'agent liquide (selon le type de particules solide et leur granulométrie). Le mélange obtenu est ensuite comprimé à une pression supérieure à celle régnant dans le réacteur.

Le combustible ainsi comprimé sort de l'extrudeuse. Le débit maximal de l'extrudeuse s'élève à 2,5 t/h.La charge est atomisée au moyen d'un jet de vapeur et amenée au sommet du réacteur de gazéification.

Afin de gazéifier également les boues solides/huileuses, l'installation pilote a été pourvue d'un système d'alimentation en boues.

Dans le brûleur, le combustible est mélangé à l'oxygène nécessaire à la gazéification. Le réacteur comporte un chemisage en brique et a été conçu pour une pression de gazéification maximum de 60 bars.

La gazéification se produit à 1 500 °C environ. Cette température étant supérieure aux points de fusion des composants inorganiques des charges, cela produit des scories vitreuses.

Une fois sorti de la zone de réaction, le gaz de synthèse chaud subi une trempe à l'eau jusqu'à environ 600 °C, tandis que les scories liquides se solidifient.

Dans le laveur, le gaz de synthèse est lavé avec de l'eau et refroidi à 50 °C environ. Simultanément, la poussière restante est enlevée par lavage. Le gaz de synthèse est dépoussiéré et dépressurisé puis envoyé à la centrale électrique de la raffinerie.


Résultats obtenus pour des boues urbaines + huile :
H2 (vol. %)
CO (vol. %)
CO2 (vol. %)
H2S (vol. %)
N2+CH4 (vol. %)
rapport H2/CO (mole/mole)


: 38,6
: 30,8
: 1,25
: 28,6
: 0,6
: 1,4


L'association pyrolyse en four rotatif / gazéification

Le procédé de gazéification à flux entrainé ne peut fonctionner qu'avec des matières finement broyées (<0,5 mm) et dosées de manière précise dans le réacteur haute pression.

Or le broyage fin des matières plastiques et des bourres de déchiquetage des voitures, par exemple, exigerait une procédure à la fois très complèxe et très coûteuse.

D'où l'intérêt d'associer cette technique à la pyrolyse en four rotatif.

En effet, La pyrolyse dans des tambours rotatifs à chauffage indirect est opérationnelle avec des matériaux grossiers pouvant atteindre jusqu'à 200 mm. La période de séjour en phase solide s'élevant à 30 mn environ, il n'est pas nécessaire de doser exactement la charge , et sa composition peut varier fortement.

Pour cette raison, Veba propose dans un premier temps la technologie pyrolytique pour homogénéiser les matières plastiques et les pneus, et en réduire la taille; et dans un deuxième temps, la gazéification de l'huile et du coke produit par la pyrolyse. Cette méthode permet de réaliser des économies sur l'opération de broyage.

TECHNIQUE

Exemple des déchets ménagers ou des plastiques

Les déchets sont d'abord déchiquetés puis chargés dans le tambour de pyrolyse et les vapeurs d'huile issues du gaz pyrolytique sont refroidies.

Les gaz non condensables comprennent principalement de l'hydrogène, du méthane, de l'éthane, et de l'éthylène, ainsi qu'un faible pourcentage d'hydrocarbures C3 à C4. Contenant des substances polluantes comme le NH3, le HCl et le H2S, ils doivent être épurés. Le HCl et le NH3 sont lavés dans un simple épurateur à eau.

Le HCl dissout est neutralisé en NaCl par addition de soude. Les substances polluantes à base de H2S recquièrent un procédé d'épuration spécial pour convertir le H2S en soufre élémentaire. Après épuration, les gaz non condensables servent pour le chauffage du tambour ou comme gaz combustible supplémentaire en cas d'excédent. Les gaz chauds issus du chauffage du tambour servent à produire de la vapeur dans un récupérateur conventionnel de chaleur/générateur de vapeur.

Après séparation des métaux, le coke pyrolytique est finement broyé puis gazéifié avec l'huile de pyrolyse.

La gazéification se déroule à une pression de 25 bars et à une température de 1450 °C. Les substances inorganiques restantes sous forme de scories vitrifiées sont évacuées. L'excédent de chaleur dans le gaz de synthèse sert à produire de la vapeur.

La poussière en suspension dans le gaz de synthèse est filtrée. En aval suit un nettoyage du gaz en deux temps, similaire à celui des gaz pyrolytiques non condensables. Le HCl est d'abord lavé dans un épurateur à eau puis converti en NaCl par adjonction de soude. Le H2S contenu dans le gaz de synthèse et le gaz pyrolytique est converti en soufre élémentaire.