METHOD FOR CONTROLLING A REFORMING REACTION BY MEASUREMENT OF THE TEMPERATURE OF THE REFORMING TUBES AND FUNCTIONAL PARAMETER MODIFICATION

La présente invention concerne un procédé de contrôle d'un procédé de reformage à la vapeur d'hydrocarbures pour l'obtention d'un gaz de synthèse.

Un procédé de reformage à la vapeur d'hydrocarbures est mis en œuvre dans une chambre de combustion d'un four de reformage comprenant des brûleurs et des tubes remplis de catalyseurs et aptes à être traversés par un mélange d'hydrocarbures et de vapeur. Les brûleurs sont disposés de manière à transférer la chaleur de leur combustion au mélange d'hydrocarbures et de vapeur à travers la paroi des tubes, généralement par radiation de la chaleur de la flamme sur les parois réfractaires de la chambre de combustion.

Des fours de reformage comprenant des brûleurs et des tubes remplis de fluides à réchauffer sont connus à partir des documents de brevet EP 1 216 955 A2EP1216955A2, US 3,656,913US3656913A ou GB 1 247 338GB1247338A. Les tubes de reformeur présentent habituellement une durée de vie d'environ 100 000 heures dans les conditions normales d'utilisation.

Des températures plus élevées que prévues réduisent la durée de vie des tubes : ainsi, la durée de vie peut être divisée par 2 si le tube est utilisé à une température de 10 à 20°C de plus que sa température de design ou DTT (c'est à dire Design Temperature of the Tube),

Toutefois, des températures élevées sont toujours souhaitables pour augmenter le rendement de production en gaz de synthèse.

Il est par conséquent nécessaire de contrôler le procédé mis en œuvre dans le four de manière à mettre en œuvre une température élevée permettant un rendement élevé en gaz de synthèse tout en s'assurant que cette température ne réduit pas la durée de vie des tubes de reformage. On considère la température DTT-15°C comme la température maximale à laquelle le four de reformage peut être utilisé sans risque, cette température maximale d'opération est aussi appelée MOT (ou Maximum Operating Temperature).

Le but de la présente invention est de proposer un tel procédé de contrôle.

Dans ce but, l'invention concerne un procédé de contrôle d'un procédé de reformage à la vapeur d'hydrocarbures mis en œuvre dans une chambre de combustion comprenant des brûleurs et des tubes, lesdits tubes étant remplis de catalyseur et étant aptes à être traversés par un mélange d'hydrocarbures et de vapeur, les brûleurs étant disposés de manière à transférer la chaleur de leur combustion au mélange d'hydrocarbures et de vapeur à travers la paroi des tubes, procédé selon lequel on mesure la température de paroi T de chaque tube, de préférence dans la partie aval du tube, et si pour au moins un tube, la température mesurée T est supérieure ou égale à la MOT, alors on modifie au moins un paramètre opératoire du reformage de manière à abaisser la température mesurée T de ce tube à une valeur inférieure à la MOT.

L'invention comprend donc une étape de mesure de la température de la paroi T de chaque tube dans la partie aval dudit tube. Par partie aval, on entend la moitié du tube située en aval selon le sens de circulation du mélange d'hydrocarbures et de vapeur dans le tube. Chaque tube présente une température de design DTT spécifique à la nature de sa composition métallique et sa géométrie. Cette température est définie par le fabricant de tubes. Selon l'invention, on mesure la température T pour chaque tube et on la compare à la température de design DTT de ce tube. Si la température mesurée T est inférieure à la MOT, aucune action de contrôle de la réaction de reformage n'est nécessaire. Par contre, si pour au moins un tube, la température T mesurée pour ce tube est supérieure ou égale à la MOT, alors, dans une seconde étape, on modifie des paramètres opératoires de la réaction de reformage de manière à abaisser la température du reformage, et donc la température mesurée T de ce tube, jusqu'à une valeur inférieure à la MOT..

Selon le procédé de l'invention, les étapes de mesure de la température de paroi T de chaque tube et de modification éventuelle du au moins un paramètre opératoire sont réalisées au moins une fois par mois.

De préférence, cette mesure est également réalisée lors des démarrages de l'installation de reformage et pendant les tests de production.

Afin d'assurer la sécurité des tubes entre deux mesures de la température T de l'ensemble des tubes telles que décrite ci-dessus, l'invention peut comprendre en outre tout ou partie des opérations suivantes :

• lors de chaque mesure de la température T pour l'ensemble des tubes, on identifie les tubes dits « très chauds » (very hot tube), il s'agit des tubes dont la température mesurée T est supérieure ou égale à MOT - 10°C. Si pour au moins un des tubes la température mesurée T est supérieure ou égale à MOT - 10°C, alors la température de ce au moins un tube identifié est mesurée plus fréquemment, et de préférence tous les jours. Il est clair que la température limite MOT -10°C retenue pour assurer cette surveillance accrue peut être adaptée par l'homme du métier qui aurait à tenir compte de conditions particulières.
• lors de chaque mesure de la température T pour l'ensemble des tubes, on identifie les 25 % de tubes les plus chauds, même si ces tubes ne sont pas des tubes « très chauds » selon l'invention, de sorte que en cas de modification des paramètres opératoires du procédé de reformage ayant pour conséquence une augmentation significative de la température des tubes, on mesure la température de ces 25% de tubes les plus chauds. Si pour au moins un tube, la température mesurée T est supérieure ou égale à MOT - 10°C, alors la température de ce au moins un tube, identifié alors comme « tube très chaud » est mesurée plus fréquemment, et de préférence tous les jours.

Parmi les facteurs pouvant conduire à une augmentation significative de la température des tubes, on peut citer par exemple, une 'augmentation de la charge alimentant le four de reformage de 5 à 10%, l'augmentation de la température de sortie du gaz de synthèse généré dans les tubes de 5 à 10°C, l'arrêt du recyclage du CO₂ ou la modification de la configuration des brûleurs.

Pour abaisser la température des tubes, on modifie préférentiellement au moins un paramètre opératoire choisi parmi : le débit du mélange hydrocarbures et vapeur, le rapport entre les quantités d'hydrocarbures et de vapeur, les débits de comburant et/ou de combustible dans les brûleurs, la pression du comburant et/ou du combustible dans les brûleurs, le pourcentage d'oxygène dans le comburant; on choisira avantageusement de modifier les débits de combustible et/ou de comburant des brûleurs.

De préférence, on mesure la température de paroi T des tubes au moyen d'un pyromètre. On peut également utiliser un thermocouple de contact ou une caméra infrarouge. Les mesures pyrométriques s'effectuent par l'intermédiaire d'ouvertures percées dans la paroi du four ("peephole" en anglais) à travers lesquelles un opérateur pointe un pyromètre (ou un autre instrument de mesure) sur le tube dont la température de paroi T doit être mesurée. Le pyromètre est tenu horizontalement lors de la mesure. Pour un pyromètre, selon une première variante, il est possible de prendre comme température de paroi T du tube la valeur Tm indiquée par le pyromètre lorsqu'on le dirige directement vers la paroi du tube. Selon une seconde variante, pour un pyromètre, la température de paroi T du tube est déduite, d'une part, de la valeur Tm indiquée par le pyromètre pointé à partir d'un « peephole » situé sur une paroi de la chambre de combustion (première paroi), et dirigé directement vers le tube et, d'autre part, de la température moyenne Tw de cette même paroi, à proximité du tube à partir de la formule : TKelvin=14388/λln1+ε1e14388/λTm−1−1−εe14388/λTw−1 dans laquelle :

• T est la température en Kelvin,
• λ est la longueur d'onde du pyromètre en µm,
• Tm est la température indiquée par le pyromètre lorsqu'il est directement dirigé vers le tube, en Kelvin
• Tw, en Kelvin, est la moyenne de six mesures de la température relevées sur la (première) paroi de la chambre de combustion de part et d'autre du tube,
• ε est l'émissivité du tube.

Selon cette deuxième variante, il faut donc réaliser à l'aide du pyromètre six mesures de température sur la paroi de la chambre de combustion à partir de laquelle la mesure Tm de température du tube a été faite (soit la première paroi). Ces six mesures sont réalisées en pointant le pyromètre à partir de la seconde paroi de la chambre vers la première paroi de la chambre de combustion ..

• trois mesures sont réalisées à droite du tube :
  • une première mesure à la hauteur du point du tube où la mesure Tm a été faite,
  • la deuxième mesure au-dessus et à la verticale de la première mesure, et
  • la troisième mesure en-dessous et à la verticale de la première mesure,
• trois mesures sont réalisées à gauche du tube :
  • une première mesure à la hauteur du point du tube où la mesure Tm a été faite,
  • la deuxième mesure au-dessus et à la verticale de la première mesure, et
  • la troisième mesure en-dessous et à la verticale de la première mesure.

Afin d'illustrer l'emplacement de ces six mesures, la figure 1 représente 3 tubes de reformage 1, 1' et 1". La température Tm est mesurée au point 2 situé sur le tube 1' par pointage direct du pyromètre sur ce tube. Pour obtenir Tw, six mesures sont réalisées sur la paroi de la chambre de combustion (située derrière le tube 1' lors de la mesure de la température de la paroi de la chambre): 3 à droite du tube 1' (31, 32, et 33) et 3 à gauche du tube (41, 42, 43).

L'émissivité ε du tube peut être fournie par le fabricant de tube ou mesurée en laboratoire sur un échantillon de tube.

Les mesures selon la seconde variante sont particulièrement utiles pour mesurer la température de paroi des tubes situés en biais par rapport aux ouvertures percées dans la paroi du four ("peepholes"), car, ne se trouvant pas en face des ouvertures, ces tubes ne subissent pas le phénomène de refroidissement dû à l'ouverture du « peephole ».

Ce type de mesure est également préférable pour les tubes dits « très chauds », c'est à dire tous les tubes qui ont déjà présenté une température de paroi T supérieure ou égale à MOT - 10°C, ainsi que pour tous les tubes qui font partie des 25 % de tubes présentant les températures les plus élevées.

Cette méthode de mesure peut être appliquée sur tout type de four de reformage.

La présente invention présente l'avantage de limiter le vieillissement des tubes de reformage. Un autre avantage est qu'elle permet de mieux contrôler la puissance dans les différents brûleurs et d'assurer une production optimale de gaz de synthèse issu de la réaction de reformage.