Les Réductions d’Émissions Attendues Grâce aux Services IGS pour Foyers Chauffés Sont :

Comment les Raffineries Réduisent Leurs Émissions Grâce aux Solutions Ingénierées d’IGS

Les raffineries, ainsi que les installations pétrochimiques et chimiques, collaborent avec Integrated Global Services (IGS) pour évaluer leurs foyers chauffés. Cette évaluation permet d’estimer les résultats pouvant être obtenus grâce à l’application d’une ou de plusieurs technologies innovantes : les revêtements Cetek à haute émissivité, les services de nettoyage TubeTech™, et les solutions environnementales SCR.

Le revêtement Cetek peut être appliqué sur le réfractaire, sur les tubes de procédé, ou sur les deux, selon le type de foyer chauffé ainsi que sa conception et ses paramètres de fonctionnement.

Revêtements de la Section Radiante

Les tubes de procédé dans les foyers chauffés sont généralement en alliage d’acier, tels que l’ASTM A335 P9 (9 % de chrome). À des températures de fonctionnement élevées, en présence d’oxygène en excès, les surfaces externes s’oxydent et des couches de tartre se forment. Ces couches sont fortement isolantes et créent une barrière importante au transfert de chaleur par conduction vers le fluide de procédé à l’intérieur.

Cela entraîne une surchauffe du foyer pour maintenir la production, ce qui génère encore plus d’oxydation et de formation de tartre. Finalement, le foyer chauffé devient limité et les taux de production diminuent.

Le procédé d’application du revêtement sur les tubes élimine toute l’oxydation et le tartre présents sur les surfaces des tubes. Un revêtement céramique en film mince à haute émissivité est ensuite appliqué, empêchant toute nouvelle oxydation ou formation de tartre pendant toute la durée de vie du revêtement. La haute émissivité du revêtement garantit que la quantité maximale de chaleur rayonnante disponible est absorbée par les surfaces des tubes.

Le bénéfice combiné des revêtements à haute émissivité appliqués aux surfaces réfractaires et aux tubes peut atteindre une augmentation de 15 % de l’efficacité du transfert thermique dans la section radiante.

Nettoyage de la Section de Convection

L’efficacité de la section de convection peut être améliorée grâce au nettoyage de cette section. La solution TubeTech™ d’IGS utilise un nettoyage robotisé qui permet d’atteindre une zone propre à plus de 90 %, sans les risques associés au nettoyage manuel ou à l’entrée en espace confiné.

Pourquoi l’Efficacité des Foyers Chauffés est-Elle Importante ?

L’amélioration de l’efficacité de la section radiante et/ou de la section de convection du foyer chauffé entraîne une diminution de la consommation de combustible (sauf si l’objectif initial était une augmentation de capacité). Une diminution de la consommation de combustible se traduit par une réduction des émissions de CO₂ et de NOₓ.

La Science Derrière la Solution

Émissivité des Surfaces Réfractaires : Pourquoi est-Ce Important ?

Dans la section radiante, ou reformeur primaire, une grande partie de l’énergie rayonnante provenant de la flamme ou des gaz de combustion est transférée directement aux tubes de procédé ou catalytiques ; cependant, une proportion significative interagit avec les surfaces réfractaires.

Le mécanisme de cette interaction a un impact notable sur l’efficacité globale du transfert de chaleur par rayonnement. Un facteur majeur pour déterminer l’efficacité radiante est l’émissivité de la surface réfractaire.

Aux températures de fonctionnement des foyers de procédé, les nouveaux revêtements en fibre céramique, par exemple, présentent des valeurs d’émissivité d’environ 0,4. Les briques isolantes réfractaires (IFB) et les matériaux moulables ont des valeurs d’émissivité avoisinant 0,6. Ces matériaux ont été conçus principalement en tenant compte des exigences structurelles et de leur efficacité isolante.

Ils n’interagissent pas toujours avec le rayonnement de la manière la plus efficace. Les revêtements céramiques Cetek, en revanche, avec des valeurs d’émissivité supérieures à 0,9, ont été conçus spécifiquement pour améliorer les caractéristiques de rayonnement des surfaces réfractaires.

Il est important de comprendre comment la propriété d’émissivité d’une surface peut affecter l’efficacité du transfert de chaleur. Deux facteurs doivent être pris en compte :
Le premier est la distribution spectrale du rayonnement absorbé/émis par une surface donnée, et le second est la valeur de l’émissivité de cette surface.

Cette amélioration de l’efficacité du transfert de chaleur entraîne deux effets significatifs sur les émissions de NOₓ et de CO₂ :

1. Une baisse de la température des gaz de combustion quittant la section radiante (bridgewall temperature), puisque davantage de chaleur disponible est absorbée par les tubes de procédé dans la section radiante. Dans les procédés à haute température, tels que le reformage catalytique, le reformage du méthane à la vapeur et le vapocraquage, la réduction des émissions de NOₓ peut atteindre 25 à 30 %.
2. L’augmentation de l’efficacité du transfert de chaleur dans la section radiante signifie que la même charge absorbée peut être obtenue avec moins de combustible hydrocarboné, ce qui peut entraîner une réduction de 15 % des émissions de CO₂.

Qu’est-Ce que le NOₓ Thermique ?

Dans les foyers de procédé au gaz à haute température, y compris les foyers de raffinerie, les reformeurs de méthane à la vapeur et les vapocraqueurs, les émissions de NOₓ proviennent principalement du NOₓ thermique. Celui-ci se forme lorsque l’azote et l’oxygène présents dans l’air de combustion se combinent sous l’effet des températures élevées dans les produits de combustion de la flamme.

Effet de la Température du Foyer sur la Production de NOₓ

La relation entre la température du foyer (firebox temperature) et les émissions de NOₓ est illustrée dans le graphique ci-dessous, extrait de la norme API 535.

Qu’est-Ce que les Émissions de CO₂ ?

Les émissions de CO₂ proviennent exclusivement de la combustion de combustibles hydrocarbonés — gaz naturel ou gaz issus de la raffinerie. Toute réduction de l’utilisation de combustible hydrocarboné entraîne naturellement une diminution des émissions de CO₂ du foyer chauffé.