Anticoking Coatings for High Temperature Petrochemical Reactors Revêtements pour réacteurs pétrochimiques à cokage réduit

Abstract

Coke deposition is a major problem for several refinery and petrochemical processes, among which steam cracking for ethylene production. Decreasing coking rates will reduce decoking frequency and will also decrease heat transfer degradation. For these processes, a means of reducing coking phenomena is the application of anticoking coatings on the reactor walls. For this purpose a methodology was developed under a CEC Brite-Euram project with steam cracking as the main application. A first selection of the coatings and their techniques of deposition was performed according to their composition (non catalytic compounds), their resistance to carburization and oxidation and also according to the nature of the substrate. The feasibility of coating deposition was studied for small diameter furnace tubes and the techniques were perfected in particular with respect to the physicochemical characterization of the coatings and their resistance during thermal cycling and coking-decoking cycles. For the thermal cycling and the coking evaluation, industrial conditions were reproduced as closely as possible. For coking tests, a microreactor with complete mixing of the gas phase was developed for temperatures up to 950°C. The coking behavior of the coated samples was compared with conventional refractory alloys: reduction of the coking rate by a factor of 3 was measured with the most promising coating. This work was completed by the kinetic modelling of coking on uncoated materials. La formation de coke est un problème crucial pour de nombreux procédés pétrochimiques. Ralentir le cokage permet de réduire la fréquence des décokages et de limiter la dégradation du transfert thermique. Un des moyens envisageables pour réduire le cokage est le dépôt d'un revêtement à la paroi de ces réacteurs. La mise au point de tels revêtements a fait l'objet d'un projet de recherche européen Brite-Euram, pour lequel le vapocraquage a été la principale application considérée. Au cours de ce projet, L'Institut français du pétrole a développé une méthodologie pour l'étude de tels revêtements. Une première sélection de matériaux et de techniques de revêtement a été opérée au travers d'un cahier des charges et des informations disponibles dans la littérature. Les revêtements retenus ont ensuite été évalués au travers d'un test de cyclage thermique et d'un test de cokage réalisés dans des conditions proches des conditions industrielles. Pour le test de cokage, il a été mis au point un microréacteur agité permettant d'opérer jusqu'à 950°C. Les vitesses de cokage obtenues sur des éprouvettes revêtues ont été comparées à celles obtenues sur des éprouvettes en alliages réfractaires non revêtues : une réduction par un facteur 3 de la vitesse asymptotique de cokage a été observée pour le revêtement le plus prometteur. En parallèle, le Laboratorium voor Petrochemische Techniek a entrepris l'étude cinétique du cokage sur des alliages réfractaires non revêtus, ce qui a permis de modéliser le dépôt de coke sur ces matériaux.