Dans l’industrie du raffinage pétrolier et de la pétrochimie, l’unité de craquage catalytique constitue un équipement central de production ; toutefois, le traitement des fumées de régénération de cette unité a longtemps été confronté au double défi d’une consommation énergétique élevée et d’émissions importantes. En mettant en œuvre de manière innovante une technologie d’échangeur de chaleur permettant de récupérer la chaleur résiduelle des fumées de régénération du craquage catalytique, Qingdao Anbang a réussi à concilier une utilisation efficace de l’énergie et la conformité aux normes environnementales strictes, offrant ainsi à l’industrie une solution de pointe, reproductible et exemplaire.

Défis liés au traitement des gaz de combustion de régénération issus du craquage catalytique

Les fumées de régénération du craquage catalytique peuvent atteindre des températures dépassant 350 °C, avec des concentrations en particules pouvant aller jusqu’à 1 000 mg/m³ et des teneurs en SO₂ allant jusqu’à 1 500 mg/m³. Les procédés de traitement conventionnels consistent généralement en un rejet direct ou en une élimination rudimentaire des poussières et de la désulfuration, ce qui non seulement entraîne un gaspillage important d’énergie thermique, mais ne permet pas non plus de satisfaire aux réglementations environnementales de plus en plus strictes. En octobre 2016, Qingdao Anbang a lancé un projet de traitement des fumées de régénération du craquage catalytique, utilisant un échangeur de chaleur à récupération de chaleur résiduelle comme équipement central et réalisant une avancée technologique majeure.

Applications innovantes des échangeurs de chaleur à récupération de chaleur résiduelle

Dans le cadre de ce projet, Qingdao Anbang Raffinage et Chimie a mis en œuvre un échangeur de chaleur à gaz de combustion à tuyaux à effet de gravité. Cet équipement exploite ingénieusement le principe du thermosiphon pour assurer un transfert de chaleur particulièrement efficace, sans recourir à une source d’énergie externe. Lorsque des fumées de combustion à haute température circulent dans l’échangeur, la chaleur est transférée au fluide caloporteur froid, permettant ainsi la récupération de l’énergie thermique ; parallèlement, la température des fumées est réduite, ce qui facilite les étapes ultérieures de dépoussiérage et de désulfuration.

En service, les fumées de combustion régénérées sont refroidies, passant de 160 à 190 °C à 130 à 150 °C, après leur passage dans un échangeur de chaleur à récupération de chaleur résiduelle. L’énergie thermique ainsi récupérée sert à préchauffer les fumées propres, afin de maintenir leur température en sortie dans la plage de 88 à 120 °C. Cette approche permet non seulement d’éviter la pollution thermique, mais aussi d’assurer une utilisation en cascade de l’énergie.

Flux de processus et points techniques marquants

Le schéma global du procédé est le suivant : gaz de combustion à haute température provenant de la chaudière à récupération de chaleur du craquage catalytique → refroidissement dans un échangeur de chaleur gaz de combustion‑eau → dépoussiérage dans un filtre à manches → mélange avec les gaz de combustion issus de l’incinérateur de gaz acides résiduaires → refroidissement complémentaire dans un échangeur de chaleur → désulfuration dans une tour de désulfuration → rejet par la cheminée après échange thermique.

L’aspect novateur de l’échangeur de chaleur à récupération de chaleur résiduelle réside dans :

- Il utilise une conception de caloduc à gravité, ne nécessitant aucune alimentation externe et tirant parti de l’effet thermosiphon pour assurer un transfert de chaleur particulièrement efficace.

- La disposition en faisceau de tubes décalés permet efficacement d’éviter que les poussières contenues dans les fumées ne provoquent des obstructions.

- L’espacement entre les tubes est conçu de manière raisonnable (≥50 mm), ce qui le rend adapté aux conditions d’évacuation des fumées très chargées en poussières.

- Intégré de manière transparente aux dépoussiéreurs à manches et aux systèmes de désulfuration, permettant un traitement intégré comprenant l’épuration des poussières, le refroidissement, la désulfuration et la récupération de la chaleur résiduelle.

Des avantages environnementaux et économiques importants

À la mise en service du projet, les résultats ont été remarquables :

- La concentration de particules dans les fumées a été réduite à moins de 5 mg/m³, soit un niveau nettement inférieur à la norme nationale.

- La concentration de SO₂ a été réduite de 4 230 mg/m³ à « non détectée », atteignant ainsi des émissions ultra‑faibles.

- Le taux de récupération de la chaleur résiduelle dépasse 70 %, ce qui permet d’économiser environ 1 500 tonnes de charbon standard par an.

- Les coûts d’exploitation ne s’élèvent qu’à 25 RMB par tonne (sur la base du pétrole brut), soit une réduction de 30 % par rapport aux méthodes conventionnelles.

- La chaleur résiduelle récupérée est utilisée pour chauffer les fumées propres, réduisant ainsi la consommation d’énergie supplémentaire.

Fait notable, le système assure également un traitement avancé des eaux usées de désulfuration, oxydant le sulfite en sulfate et maintenant les concentrations en DCO inférieures à 60 mg/L ainsi que les matières en suspension inférieures à 400 mg/L, conformément aux exigences de la Norme d’émission des polluants applicable à l’industrie du raffinage du pétrole.

Importance de la démonstration à l’échelle de l’industrie

Le projet de traitement des fumées de régénération du craquage catalytique de Qingdao Anbang a été mis en service avec succès en avril 2017, établissant une référence dans le secteur. L’investissement total du projet s’est élevé à 25,18 millions de yuans, dont 17,06 millions pour les équipements, 6,04 millions pour l’installation et 2,08 millions pour la construction des infrastructures. La période de retour sur investissement est d’environ trois ans, avec des avantages économiques significatifs.

Ce cas montre que les échangeurs de chaleur destinés à récupérer la chaleur résiduelle des fumées de régénération du craquage catalytique permettent non seulement de relever efficacement les défis liés au traitement des fumées, mais aussi d’assurer une utilisation efficiente de l’énergie, ce qui en fait l’une des technologies clés pour promouvoir un développement vert et à faible intensité carbone dans l’industrie de la raffinerie et de la pétrochimie.

Conclusion

L’application d’échangeurs de chaleur à récupération de chaleur résiduelle pour les fumées du régénérateur dans le craquage catalytique constitue une voie majeure permettant à l’industrie du raffinage pétrolier d’atteindre « la réduction de la pollution et l’atténuation des émissions de carbone, tout en générant des gains d’efficacité synergiques ». L’expérience réussie de Qingdao Anbang montre qu’au moyen de l’innovation technologique et de l’intégration des systèmes, les entreprises de raffinage et de pétrochimie peuvent non seulement se conformer aux réglementations environnementales, mais aussi réduire de manière significative leur consommation d’énergie et leurs coûts, réalisant ainsi un résultat gagnant‑gagnant qui concilie bénéfices économiques et intérêts environnementaux.

À mesure que les réglementations environnementales se durcissent, la technologie de récupération de la chaleur résiduelle des fumées de régénération du craquage catalytique connaîtra une adoption plus large. L’expérience de Qingdao Anbang fournit aux raffineries et aux entreprises pétrochimiques à l’échelle nationale une feuille de route technique pragmatique ainsi que des lignes directrices en matière de gestion, contribuant à la transition de l’industrie vers des opérations vertes et à faible teneur en carbone.