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Procédé et dispositif pour la transformation continue en hydro- carbures légers des hydrocarbures lourds des pétroles et analogues
La présente invention a pour objet un procédé pour la transformation continue en hydrocarbures légers des hydro- , carbures lourds des pétroles,-huiles de schiste,houilles,etc.,
Elle vise également un dispositif propre à la mise en oeuvre de ae procédé.
Celui-ci consiste à porter l'huile à traiter à une température légèrement inférieure à la limite de stabilité moléculaire de ses constituants les plus lourds, à en séparer les vapeurs pour mettre la partie restée liquide en contact intime avec les vapeurs et les gaz chauds provenant du cracking de cette même portion de l'huile,après qici ces vapeurs, j ointes à celles qui proviennent du chauffage préalable de l'huile, subissent une rectification,une déphlegmation,puis une oonden- sation fractionnée donnant des produits marchands.
L'huile brute peut être soumise déjà à une première dissociation partielle à la suite de son chauffage préalable jusque vers la limite de stabilité de ses portions lourdes.
A cet effet,on la chauffe sous pression dans un récipient, de
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manière à rester en-dessous de la dissociation,puis on la fait écouler avec une certaine vitesse,pour transformer ensuite son énergie cinétique en chaleur par des chocs répétés contre des obstacles. La ahaleur ainsi engendrée provoque une surchauf- fe uniforme et modérée de la phase liquide de l'huile,jusqu'au point d'instabilité moléculaire et provoque une première dis- sociation,avea formation de 'produits plus volatils.
Un araoking presque intégral des portions lourdes de l'huile est obtenu ensuite en faisant écouler ce liquide chaud, en couche mince,sur une série de gradins dont la surface va de préférence en croissant et qui sont portés à des températures de plus en plus élevées,suffisantes pour que le liquide entre en caléfaction sur ces gradins.
Là encore,la totalité de l'huile est échauffée d'une façon uniforme et graduelle,de sorte que,dans les deux phases de la dissociation,on évite les inconvénients des procédés oon- nus,où l'on ne peut empêcher qu'une partie de l'huile soit surchauffée exagérément,tandis que le reste n'est porté qu'à une température insuffisante,deux causes qui entraînent un abaissement de rendement de l'opération,des traitements répétés des fractions lourdes,les surchauffes locales exagérées provo- quant en outre l'encrassement des appareils et leur détérioration rapide par suite de la formation de coke graphitique.
Au cours de la seconde phase de la dissociation,menée suivant l'invention,il se produit une distillation d'où résulte un classement des constituants des fractions lourdes de l'huile.
Les constituants les plus volatils tendent à se rassembler sur les gradins les moins chauds et les moins volatils sur les gra- dins les plus chauds.
.
La dissociation de ces divers constituants s'effectue alternativement sur la phase vapeur,à la surface des gradins et' sur la phase liquide,sur les surfaces descendantes qui réunissent les dits gradins.
En effet,le- liquide entrant en caléfaction sur les
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gradins est soustrait à la surchauffe qui ne porte alors que sur les vapeurs,les quelles se dissocient dans la mesure voulue, à basse pression ou même à la pression atmosphérique. Les consti- tuants de composition voisine, rassembles sur les mêmes gradins, 'se trouvent placés pour la dissociation,dans les mêmes conditions qui sont les plus convenables. Lorsque la surface, des gradins augmente au fur et à mesure qu'ils doivent recevoir des oonsti- tuants plus lourda,il en résulte une augmentation du temps pen- dant lequel ces fractions sont soumises au chauffage,ce qui est favorable à leur dissociation.
Pour obtenir presque exclusivement des hydrocarbures saturés,on effectue l'opération dans une atmosphère de gaz sur- chauffée,contenant de l'hydrogène libre. Cet hydrogène sature les hydrocarbures incomplets et permet la formation d'hydroxar- bures oondensables,analogues à l'essenoe,à partir d'hydrocarbures à faible exposant de carbone, qui, autrement, seraient perdus à l'état de gaz inoondensables. les gaz contenant de l'hydrogène peuvent être préci- sément ceux qui sont mis en liberté et recueillis au cours de l'opération,ou bien des gaz non oondensables provenant des puits de pétrole.
Le carbone se sépare dans ces conditions, en minime quantité, à l'état amorphe,sous une forme très divisée.
Il est maintenu en suspension dans l'huile et il est facilement entraîné/hors des appareils de traitement par une fraction des portions les plus lourdes de l'huile. Cette fraction peut être d'ailleurs ramenée dans le cycle des opérations, après avoir été séparée du carbone.
En combinant la distillation du naphte et la dissocia- tion de ces parties lourdes,ces opérations étant menées comme il vient d'être indiqué, on transforme un orude pauvre, en produits légers,constitués par des carbures saturés (essences marchandes) et celà,d'une façon continue,et du premier jet. On évite les traitements répétés de l'huile lourde,indispensables dans les
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procédés connus, Le mode de oraoking adopté augmente le rendement final, tout en évitant l'encrassement des appareils.
On s'épargne donc une dépense importante de oombus- tible, une perte considérable de temps et des frais élevés d'en- tretien.L'installation devient aussi moins encombrante,pour une quantité donnée de naphte à traiter dans le même temps.
Le dessin annexé représente,à titre d'exemple, une des formes d'exécution d'une installation fonctionnant suivant l'in- vention. lies figs.l et Ibis donnent une vue sohématique d'em- semble. la fig.2 est une coupe vertioale,à plus grande échelle, par l'axe de la ohaudière de oraoking ou convertisseur,dont la fig.2bis montre un détail à plus grande échelle encore.
La fig. 3 est une coupe horizontale de la fig.2, sui- vant 3-3
La fig.4 est une variante de la fig. 2 et la fig.4bis une variante de la fig.2bis.
La fig. 5 est une seconde variante de la fig.2. la fig.6 montre,à @ grande échelle, en coupe verti- oale,un détail de la fig.l. la fig.7 est une coupe horizontale de la précédente, suivant 7-7.
La fig. 8 montre la coupe verticale d'un autre-.-détail que les fig. 9 et 10 représentent respectivement en coupe par des plans transversaux 9-9 et 10-10. la fig.ll donne le schéma d'un dispositif régulateur
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pour déphlegmatenr.
Telle qu'elle est représentée aux fig.l et 1 bis, l'installation comporte une chaudière A,oomprenant deux serpen- tins a,al,plaoés à la suite l'un de l'autre. Le premier sert au réchauffage du croe qu'une pompe B aspire,par 6,dans un bao 0 pour le refouler dans ce serpentin a,par c1.
Au sortir de ce ser- pentin,le orude se rend dans l'autre al, chauffé par un brûleur spécial a2 dont les gaz résiduaires contribuent au chauffage du
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premier serpentin,avant de s'échapper par la cheminée a3,
Le naphte,chauffa à la température voulue et sous la pression requise (contrôlées par un thermomètre a4 et un manomè- tre a5), quitte la chaudière A pour se rendre,par a6,dans la chambre cent@@le d d'une tour de déphlemation et de réaction D. le mélange intime de liquide divisé et de vapeur sor- tant de al arrive tangentiellement dans la chambre d avec une grande vitesse et y prend un mouvement giratoire qui provoque la séparation des liquides et des vapeurs par l'effet de la force centrifuge.
le jet de fluide chaud vient heurter des obstacles de sorte que son énergie cinétique se transforme en chaleur, ce qui provoque,avec une surchauffe de l'huile, une première dissociation de celle-ci et une première production de produits légers (les dispositions de la chambre d seront décrites par la suite d'une façon détaillée).
Les vapeurs s'élèvent dans la chambre D vers le dé- phlegmateur d1 qui la surmonte et passent de la,dans une série de déphlegmateurs-oondenseurs E,E1,E2. où se condensent les divers produits marchands plus lourds que l'essence,produits qui se ras- semblent dans des récipients 9,91,92,après avoir traversé les refroidisseurs G.G1,G2. Des canalisations f,fl,f2 permettent de soutirer les produits. les vapeurs non encore condensées à la sortie de E2, se rendent dans un condenseur tubulaire H où se condense l'es- sence légère. Ce produit est séparé des gaz non oondensables en h.
L'essence liquide gagne,par hl,la partie supérieure d'un sarubber I,surmontant le récipient J où l'on recueille l'essence qu'on peut soutirer par 11,tandis que les gaz non oondensables arrivent par h2 à la base de ce même sorubber pour être évacués au sommet de celui-ci.
(L'arrivée et le départ du liquide réfrigérant aux déphlegmateurs-condenseurs et aux refroidisseurs ont lieu par les canalisations @1).
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les gaz non aondensables,dépouillés autant que possible de vapeurs par ce lavage à aontre-aourant,gagnent,par j2,un ga- zomètre K d'où ils sont repris par une pompe L et refoulés par 1, pour être employés au chauffage.de la chaudière 6,et à celui du convertisseur M,en combinaison avec de l'huile résiduaire.
Ces gaz servent aussi pour constituer à l'intérieur du convertisseur,une atmosphère riche en hydrogène libre, comme on le verra par la suite. le convertisseur M est destiné au cracking proprement dit des portions lourdes de l'huile qui arrivent au sommet du convertisseur lorsqu'elles quittent la colonne D à faible dis- tance de son fond. La conduite m qui'fait communiquer la colonne D avec le convertisseur est suffisamment large pour que les fractions lourdes de l'huile puissent s'y écouler en même temps que les gaz et les vapeurs provenant du cracking dans le convex- tisseur,circulent dans le sens inverse pour s'élever dans la colonne D, en traversant un empilage 0 (anneaux de Rasohig ou autres),sur lequel ruissellent les fractions lourdes non vapo- risées du naphte.
Les vapeurs et les gaz provenant du convertis- seur,se joignent ensuite à ceux 'qui sont formés par l'effet du chauffage du orude et par la première dissociation que subissent ses constituants lourds dans la chambre d. le convertisseur M comporte une enveloppe oalorifugée m1,dont la base,formant cuve mll,repose sur le massif annulaire m2 du foyer..;, l'intérieur de l'enveloppe ml et concentriquement à celle-ci,est disposé un tronc de cône métallique creux m3,(ner-
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vurd ou non i.ntérieurement,aomme indiqué aux figs .20is et 4bisa), reposant sur les bords de la cavité centrale du massif m2. Sur
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m 3 sont enfilées une série de viroles m4,formant des auges an- nulaires superposées.
Ces auges sont,de préférence.emplies d'une masse de métal ou d'alliage, fusible dans les conditions de marche de l'appareil. Le point de fusion de ces métaux ou alliages est choisi d'autant plus élevé que l'on s'approche davantage de la . base de m3.
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A l'intérieur de m3,se dresse une cheminée concentrique
N,qui descend au-dessous du niveau de la base du massif m2 et communique,avec un carneau souterrain n, qui débouche sous le serpentin a de la chaudière A.
Le chauffage du convertisseur est assuré par umbrûleur n1. alimenté par les gaz non oondensables provenant du gazomètre K 'et par de l'huile résiduaire. Ce brûleur est disposé dans une chambre de combustion n a du massif m2, chambre qui débouche tan- gentiellement dans l'espace annulaire n, entourant la base de la cheminée N. après que les gaz brûles ont traversé une cloison perforée nh3.Les gaz de la oombustion tendent, de ce fait,à prendre un mouvement de rotation dans un plan horizontal. Ce mouvement se oombine avec le mouvement d'ascension provoqué par le tirage et il en résulte que les gaz chauds suivent, dans l'espace qui sépare la cheminée N du tronc de cône 3,un trajet hélicoïdal avant d'être évacués dans une direction descendante,par la ohe- minée N.
La base de cette cheminée a une double paroi N4(fig.2 et 3), dans laquelle on fait circuler l'air alimentant le brû- leur n1. On récupère ainsi une partie de la chaleur emportée par les gaz de la combustion,tout en protégeant la base de la cheminée contre une surchauffe dangereuse. Il y a aussi une enveloppe d'air analogue ±5,autour de la chambre n6 où débou- ohent les gaz chauds du brûleur n1.
On voit immédiatement que la partie inférieure du tronc de cône m et les auges m4,m5 correspondantes sont chauf- fées plus fortement que le sommet et les auges supérieures. les portions lourdes du naphte se déversent en couche mince dans la cuvette m6 qui surmonte le tronc de cône m3 et descend de là sur les gradins formés par les bains métalliques des auges m4.
L'huile non transformée dans le oonvertisseur vient se rassembler dans la cuve m'l.où plonge une cloche m7. Sous cette cloche on injeote tangentiellement,par un conduit perforé 8,une partie des gaz non condensables du gazomètre K. Ces gaz,
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riches en hydrogène liure,se surchauffent au contact de l'huile et passent sous le bord inférieur de la cloche mj7 pour se ré- .pandre dans l'espace qui sépare le tronc de cône m3 de l'enve- loppe ml.Il en résulte que le cracking se produit dans le con- vertisseur en atmosphère riche en hydrogène libre et favorable par suite aux recombinaisons utiles.
Ainsi qu'il a été dit au début,ce cracking s'effectue,pour une large part,par surchauffe des vapeurs,sans surchauffe correspondante de la phase liquide, parce que l'huile entre en oaléfaation sur les gradins.
Le carbone qui se sépare pendant le cracking,en faible quantité et sous un état amorphe, reste en suspension dans l'huile qui l'entraîne dans la cuve m'l où le brassage continuel provo- qué par l'injection de gaz empêche le dépôt des particules so- lides. On soutire continuellement l'huile chargée de carbone pour la faire passer dans un filtre 0 qui arrête le carbone, après quoi,cette huile est envoyée par 1 2 dans un éohangeur de chaleur P où elle réchauffe une partie du orude, dont le reste est réchauffé par les vapeurs de la colonne D,dans l'enveloppe du déphlegmateur d1 où il se rend par l' l,pour le quitter par 13 qui se rend au serpentin a,ainsi que c1.
L'huile lourde refroidie gagne ensuite, par 112,un réfrigérant Q,à eau,où sa température est abaissée au-dessous de son point d'inflammabilité et ce liquide vient finalement se déverser dans un récipient R.
Le niveau de l'huile dans la cuve m'l peut être élevé au-dessus des derniers gradins, en fermant la valve .L'huile doit alors passer par la dérivation en arceau p1 dont le point culminant est au niveau voulu. Cette opération a pour but de nettoyer les gradins inférieurs où la production de oarbone est maximum. On peut également nettoyer l'ensemble des gradins en faisant ruisseler à leur surface de l'huile amenée du bas de la colonne D,par la oanalisation rl. Une canalisation analogue r2 amène de l'huile de D au fond de la cuve m'l.Les conduites rl et r sont branchées sur un tuyau r permettant de relier la
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colonne D au filtre à carbone 0.
On doit aussi prévoir une conduite (non représentée), amenant de l'eau au sommet du tronc de cône à gradins.
Grâoa à ces dispositions, l'appareil peut être nettoyé en marche et rapidement,sans intervention de la main.
On peut donner à la pièce creuse qui porte les gra- dins de oaléfaotion m4,une forme sensiblement cylindrique(fig.4) ou même la tome d'un tronc de cône renversé (fig.5).Dans ce dernier cas,l'arrivée d'huile se fait par une tubulure latérale m'.la tubulure m étant réservée au passage des vapeurs.
Lorsque cette tubulure est au contraire agencée comme dans les fige.1 et 3,on lui donne de préférence une forme de
T.Cette pièce comporte alors. (fig.6 et 7) un déversoir annu- laire m" et une petite tubulure m"l,par laquelle on fait refluer les fractions condensées en E,E1,E2 quand on n'a pas . la vente de ces fractions et qu'on veut lestransformer autant que possible en essence par un nouveau cracking en M.
Le re- flux des dits produits s'obtient en agissant convenablement sur les conduites g,g1,g2 pour faire éoouler ces liquides par les canalisations à siphon e,e1,e2,abouytissant à la conduite g" reliée à la tubulure :mule Des ramifications g"l et g"2 per- mettent de faire arriver les mêmes portions du naphte dans la colonne D,immédiate ment au-dessus de la chambre d et immédiate- .ment au-dessous du déphle gmateur dl.
Ainsi qu'ila déjà été dit, les vapeurs du cracking.
.S'élèvent à travers l'empilage d2 sur lequel ruisselle cons- tamment le reflux du déphle gmateur d1, ainsi que le liquide sé- paré dans la chambre oentrale d.
L'huile sortant du serpentin al arrive dans cette chambre par deux ajutages horizontaux d3, débouchant à des niveaux différents,de part et d'autre de l'axe de la chambre d.
L'huile sortant de ces ajutages,prend par conséquent un mouve- @ ment de rotation rapide,en sens inverse,dans l'espace annulaire, ménagé entre la paroi de la chambre d et un cylindre ajouré
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conncentique d4, prolongeant dans la chambre d,la partie supé- rieure de la tour D (fige.8,9,10). t'intérieur de la chamgre d et l'extérieur de la cham- bre d4 portant, des ailettes d5 et d6 oontre leapelles viennent heurter les jets de fluide sortant de d3;
fluide d'ou l'huile se sépare sous l'action de la force centrifuge,en s'échauffant sous l'influence des chocs qu'elle subit contre les ailettes d5 et d6. le reflux dans la tour D peut être réglé automatique- ment en utilisant le dispositif de la fig.ll pour la réfrigéra- tion du déphlegmateur d1.Suivant ce dispositif,l'espace entourant le faisceau tubulaire du déphlegmateur, contient un bain réfrigé- rant, constitué par un liquide à point d'ébullition déterminé, une certaine fraction du naphte par exemple.
Une réserve de ce liquide est contenue dans un réservoir s qui communique par sl avec l'atmosphère et dans lequel on peut envoyer du liquide par s2.Le fond du réservoir s communique avec la base de l'es- pace entourant les tubes de d1 par un tuyau s3 pourvu d'un robinet s4. Ce même espace est relié,par sa partie supérieure à une canalisation s5 qui amène les vapeurs dans un serpentin s6, baignant dans une cuve d'eau. L'extrémité inférieure de ce ser- pentin est reliée au sommet du réservoir s. En marche, les va- peurs formées autour des tubes de dl vont se condenser en s6.
La température du déphlegmateur est ainsi maintenue sensiblement. constante à tous les régimes de marche,seule,la rapidité de circulation du liquide réfrigérant varie dans le déphalegmateur dl. Un régulateur thermostatique s7 peut être disposé de manière à actionner,au besoin par servo-moteur,une vanne s8, interposée sur 83,en fonction de la température des vapeurs qui traversent les tube s de dl.
La vanne s8 est commandée de manière à ce que si la température augmente, le retour du liquide réfrigérant du réal- pient s au déphlegmateur est ralenti de sorte que le niveau bais- ' se autour des tubes et que l'effet réfrigérant diminue.Des effets
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inverses sont réalisés quand la température à contrôler augmente.
Il est bien évident que l'invention n'est pas limitée aux formes et aux détails de construction décrits et représentés mais qu'elle peut duuer lieu à des variantes.
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REVBNDI.CATIONS.
19-Un prooédé pour la transformation continue en hydrocarbures légers des hydrocarbures lourds des pétroles et analogues,consistant à porter l'huile à traiter 4 une température légèrement inférieure à la limite de stabilité moléculaire de ses constituants les plus lourds,à en séparer les vapeurs pour mettre la partie restée liquide en contact intime avec les va- peurs et les gaz chauds provenant du cracking de cette mme portion de l'huile,après quoi ces vapeurs,jointes à celles qui proviennent du chauffage préalable de l'huile,subissent une ratification,une déphlegmation,puis une condensation fraotion- @ née donnant des produits marchands.
2 -Le cracking des portions lourdes de l'huile en les faisant arriver en couche mince sur dea surfaces portées à des températures suffisantes pour que le liquide entre en caléfaction aur ces surf aces,afin d'obtenir une surchauffe de la phase ga- zeuse sans surchauffe correspondante de la phase liquide.
39-l'utilisation,pour le cracking suivant 2 d'une série de surfaces de plus en plus chaudes.
,0.La constitution des surfaces chaudes pour le orao-
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king aveo oaléfaatiox,sous forme de gradins, '-Une disposition suivant 4 , dans laquelle les gra- dins sont de plus en plus larges.
6 -La réalisation du cracking aveo oaléfaotion dans
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une atmosphère riche en hydrogène libre,aonstituéo,notanuenttpar les gaz mis en liberté et recueillis au cours du traitement,ou par des gaz inoondensables des puits de pétrole.
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