Usines d'éthylène

Four de craquage

Dans le four de craquage ou de pyrolyse du vapocraqueur, les hydrocarbures à longue chaîne sont craqués thermiquement. Dans la plupart des usines, cela se fait par l'ajout de vapeur chaude.

À l'intérieur du craqueur, de nombreuses bobines sont parallèles les unes aux autres. Après une phase de préchauffage, le mélange C_xH_x-H₂O est envoyé, en moins d'une seconde, de l'entrée du four à travers les serpentins, qui sont alimentés de l'extérieur par des brûleurs. La distribution homogène du flux du média est cruciale pour une qualité constante du produit. Ce process est soutenu par des buses Venturi spécialement fabriquées avec une qualité de surface élevée et un profil arrondi précisément conçu pour éviter une cokéfaction irrégulière.

Une autre variable critique est la température de l'hydrocarbure craqué à la sortie du four, la Coil Outlet Temperature (COT). Elle se situe entre 750 et 900 °C, en fonction de la matière première. Les instruments de mesure de la température qui y sont utilisés doivent résister à un flux de fluides très abrasifs. Les points de mesure invasifs requièrent donc des doigts de gant/des tubes de protection Stellit^®, soit en matériau brut, soit en version revêtement. Comme alternative, des capteurs de température de surface avec des temps de réponse rapides peuvent être envisagés.

En plus de la méthode de craquage à la vapeur, l'industrie utilise également la méthode du catalyseur. Cela permet d'obtenir un rendement plus élevé de propylène, par exemple. La surveillance de la température dans le craquage catalytique repose principalement sur des thermomètres multipoints.

Refroidisseur de gaz de craquage, trempe à l'huile et trempe à l'eau

Le gaz à la fin du process de craquage est chimiquement instable et très réactif. Il doit donc être refroidi de plusieurs centaines de degrés, immédiatement après avoir quitté le four de craquage. Cela se fait dans le refroidisseur de gaz de craquage/échangeur de lignes de transfert. L'énergie thermique ainsi libérée est utilisée dans le process d'échange de chaleur pour produire de la vapeur à haute pression pour l'usine.

Le refroidissement se poursuit dans les étapes suivantes du process, à savoir la trempe à l'huile et la trempe à l'eau. Dans ces deux procédés, les huiles pyrolytiques, le benzène pyrolytique et les particules solides sont éliminés simultanément du flux du média.

La trempe de l'huile en tant que fractionnement primaire est de première importance. La pression différentielle entre les différents niveaux de la colonne est l'indicateur clé de son fonctionnement optimal. Une valeur croissante implique la présence possible de dépôts qui peuvent réduire le débit. Des transmetteurs de pression différentielle précisément équilibrés, combinés à deux séparateurs à membrane affleurante fabriquées dans un matériau spécifique au fluide, assurent une surveillance précise de ce paramètre.

Compresseurs et épuration des gaz acides

Les compresseurs compriment le mélange gazeux préparé en quatre à six étapes successives. L'épuration des gaz acides est une étape intermédiaire qui permet d'éliminer le sulfure d'hydrogène (H₂S) et le dioxyde de carbone indésirables.

Pendant la compression, le fluide est refroidi et le condensat qui en résulte est séparé dans des séparateurs. Leur niveau doit être surveillé en permanence pour éviter tout débordement potentiel. Les compresseurs et les zones de l'usine en aval sont ainsi protégés d'une humidité excessive.

Les instruments modulaires de mesure de niveau bypass sont recommandés pour cette tâche, car ils transmettent le niveau avec précision et, grâce à une fonction de commutation optionnelle, déclenchent un avertissement à temps. Aux points particulièrement critiques, les versions avec une double chambre permettent une mesure redondante. En plus de l'indicateur de dérivation, d'autres systèmes de mesure peuvent être intégrés, par exemple, une chaîne reed, des capteurs magnétostrictifs, un radar et une fourche vibrante.

Pour le bon fonctionnement des compresseurs, il faut surveiller la température de leurs roulements fortement sollicités. Des capteurs de température très résistants aux vibrations garantissent la précision nécessaire à cet effet.

Colonnes de fractionnement et séparateurs

Après la compression et le refroidissement supplémentaire dans une installation frigorifique, le mélange gazeux traité est séparé en produits finis. Ce process se déroule dans plusieurs colonnes de distillation, connectées en série (déméthaniseur, dééthaniseur, dépropaniseur, debutaniseur), et des séparateurs, principalement pour les composés C₂, C₃ et C₄.

En raison des différences de température dans les colonnes de distillation, les composants à faible point d'ébullition montent vers le haut et y sont écumés, tandis que les substances à point d'ébullition plus élevé descendent vers le bas et sont acheminées vers la colonne suivante. Progressivement, on obtient ainsi les milieux suivants : éthylène, propylène, butène et autres fractions d'hydrocarbures. L'éthylène est la fraction la plus importante en termes de volume.

Pour une séparation constante et propre des milieux difficiles, la pression et la température du process doivent être parfaitement équilibrées à tout moment. Cela exige à la fois leur haute disponibilité et la précision correspondante des instruments de mesure installés.

La qualité de la mesure n'est pas le seul facteur critique dans l'instrumentation pour la surveillance de la pression et de la température, mais c'est également vrai pour le niveau et le débit - les instruments doivent être résistants aux conditions du process afin de remplir leur tâche comme prévu et, en même temps, ne pas compromettre la qualité du produit. Tous les instruments de mesure sont donc fabriqués dans des matériaux spécifiques à l'application, et les soudures sont également soumises à des tests non destructifs.

Hydrogénation de l'acétylène et du MA/PD

L'acétylène et le méthylacétylène/propadiène (MA/PD) produits au cours du process de distillation/craquage sont convertis en éthylène et en propylène, respectivement, par hydrogénation avec de l'hydrogène. (C₂H₂ + H₂ => C₂H₄; C₃H₄ + H₂ => C₃H₆). De cette façon, le rendement total de ces deux produits finis de haute qualité, augmente.

Le process d'hydrogénation sélective a lieu dans des réacteurs à lit fixe remplis des catalyseurs appropriés. Le contrôle du process dépend essentiellement du fait que le flux d'acétylène et de MA/PD soit soumis à une température homogène. Des points de mesure de la température multiples et répartis de manière optimale dans le lit catalytique permettent de détecter immédiatement les points chauds et froids. La fonction de surveillance crée ainsi les conditions nécessaires pour que la réaction se déroule de manière uniforme. En même temps, elle permet de tirer des conclusions sur le vieillissement du catalyseur.

Deux versions de thermomètres multipoints peuvent être utilisées pour la mesure. La version sans doigt de gant/tube de protection permet de placer les points de mesure directement dans le lit du catalyseur. Cette solution offre le temps de réponse le plus rapide. Les thermomètres multipoints à glissière avec doigts de gant et tube de protection constituent une alternative. Dans ce cas, les capteurs des points de mesure sont positionnés individuellement dans le doigt de gant/le tube de protection au moyen d'une tige de guidage et pressés contre sa paroi pour obtenir un temps de réponse relativement court. L'avantage : si nécessaire, les sondes de température peuvent être retirées individuellement du doigt de gant/du tube de protection pendant le fonctionnement - c'est-à-dire lorsque le process reste fermé - et leur performance de mesure peut être vérifiée.

En plus de la température, la pression dans le réacteur doit également être surveillée. Lors de la mesure, il est important d'éviter que la hausse des températures dans l'hydrogène ne provoque une dérive. Dans ce cas, les joints à membrane avec des membranes recouvertes d'or assurent une transmission de pression fiable et permanente vers l'instrument de mesure respectif.

Réservoirs de stockage et systèmes de torche

Tous les produits sont stockés temporairement à l'état gazeux ou liquide dans de grands réservoirs jusqu'à leur utilisation ultérieure. L'éthylène, par exemple, doit être refroidi à -103 °C afin de pouvoir en stocker une grande quantité dans un espace relativement restreint. Le process de remplissage nécessite une surveillance des conditions de température dans la cuve. Pour ce faire, des thermomètres multipoints sont insérés dans le réservoir par le haut.

En raison de la grande différence entre la température du fluide et la température ambiante, des capteurs supplémentaires sont placés sur la coque en acier du réservoir. Lors du premier remplissage, ils servent à avertir à temps que la coque du réservoir se refroidit trop vite, ce qui permet d'éviter des fissures potentielles.

Les capteurs de température situés dans la base en béton du réservoir et dans les bacs sous la tuyauterie extérieure remplissent une fonction comparable - s'ils détectent un refroidissement soudain au point de mesure, cela indique une fuite dans la cuve de la citerne.

Chaque usine d'éthylène possède au moins un système de torche. Il fonctionne 24 heures sur 24 pour brûler, si nécessaire, tout gaz indésirable ou excédentaire provenant de toutes les parties de la production, de manière contrôlée.

Le système de torche est donc également un élément fondamental de la sécurité des installations. Son instrumentation de mesure comprend des thermocouples. Ils surveillent les brûleurs pilotes et fournissent également des informations dès qu'une quantité suffisante de gaz produit une flamme.

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