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MEMOIRE DESCRIPTIF DEPOSE A L'APPUI DE LA DEMANDE
D'UN BREVET D'INVENTION Procédé de distillation perfectionné des huiles minérales.
Cette invention a trait à un procédé perfectionné pour effectuer la distillation continue d'huile minérale ou de pétrole sous l'action d'un vide relativement élevé, de telle sorte que l'huile en cours de traitement se sépare en deux ou plus de deux fractiuns. La distillation des huiles dans le vide:présente un avantage considérable en ce sens qu'elle protège certains hydrocarbures contre le " cracking " ou décomposition moléculaire qui détruit la viscosité et la couleur de l'huile.
On sait que la distillation peut être réalisée dans le vide à des tempé- ratures beaucoup plus basses que lorsque des pressions atmosphériques ordinaires ou des pressions supérieures sont appliquées, et que la distillation exige ordinairement, lorsqu'elle est réalisée à la pression atmosphérique ou à une pression supérieure, des températures si élevées que le " cracking " de l'huile est sujet à se produire, ces températures élevées ayant fréquentent pour effet de modifier
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la couleur désirable de l'huile et ses propriétés vis- queuses.
La distillation des huiles dans le vide à l'avan- tage de surmonter cette tendance au " cracking " en raison du fait qu'elle permet d'appliquer des températures plus basses, mais les appareils utilisés ou imaginés jusqu'à ce jour sont non seulement de construction et d'installa- tion coûteuse mais de réglage difficile et de frais d'en- tretien et de service élevés. Aussi l'invention a-t-elle principalement pour but la réalisation d'un système de distillation dans le vide qui soit simple tout en étant efficace et qui soit tel que les frais d'installation et d'exploitation puissent être réduits à une valeur relati- vement faible.
Un autre but de l'invention est la réalisation d'un appareil de distillation établi de façon à comporter un dispositif de chauffage primaire de l'huile constitué par un serpentin ou un faisceau tubulaire de forme telle que le vide régnant dans le système se propage jusqu'au point d'introduction de l'huile dansle serpentin, ou jusqu'à tout endroit où l'huile serait susceptible d'être soumise à un surchauffage dangereux si le vide n'existait pas;
à cet effet la construction de ce serpentin est telle que son diamètre interne augmente d'une façon continue ou inter- mi ttence en divers points de saiongueur, la diminution de la résistance de frottement offerte au passage de l'huile dans le serpentin étant ainsi telle qu'elle permet au vide de pénétrer dans le serpentin ou faisceau tubulaire jusqu'à un point où la température de l'huile est voisine de la température de " cracking ". Le vide sera d'autant plus grand que l'huile sera soumise à une température plus élevée dans le dispositif de chauffage primaire de sorte
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que, au point de sortie, endroit où la température de l'huile est maximum, le vide sera maximum.
Cette construc- tion du serpentin ou faisceau tubulaire que renferme le dispositif de chauffage ou de distillation primaire est l'une des caractéristiques fondamentales de l'invention, car l'expérience a démontré que lorsque l'huile que renferment des chaudières de distillation à tubes se vaporise, la vaporisation de cette huile crée des contre- pressions très grandes à moins que la section n'ait été augmentée d'une façon correspondant au volume des vapeurs.
L'invention consiste par conséquent à prévoir, pour distiller de l'huile dans le vide, un procédé suivant lequel la construction de l'appareil employé soit telle qu'elle permette au vide de pénétrer jusqu'à un point situé au-delà de celui auquel les températures seraient suffisamment éle- vées pour déterminer la décomposition de l'hydrocarbure si ce vide n'existait pas. Ce résultat est obtenu principa- lement, dans ce cas, par les variations apportées au diamè- tre interne des serpentins ou tubes constituant la chau- dière de chauffage ou de distillation primaire ou son équivalent.
L'invention porte en outre sur un système de distillation de l'huile dans le vide comportant un élémentde chauffage primaire d'efficacité perfectionnée lui permettant de travailler sous des températures inférieures à celles appliquées dans les systèmes actuels, ce qui permet de réaliser une économie dans la quantité de combustible requise et également, d'une façon générale, de simplifier les appareils nécessaires pour réaliser ce système et di- minuer leur importance.
Pour mieux faire comprendre l'invention, on la décrira ci-après en se référant au dessin annexé dans lequel :
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Figure 1 représente schématiquement l'appareil qui peut être employé pour réaliser industriellement le procé- dé suivant l'invention.
Figure 2 est une vue de détail à plus grande échelle du serpentin de chauffage primaire.
Figure 3 est une vue analogue d'une autre forme de réalisation de ce serpentin.
Figure 4 est une vue schématique d'une autre disposition de serpentin de chauffage primaire.
Figure 5 montre une variante.
Dans les figures 1 et 2 qui représentent plus ou moins schématiquement une disposition d'appareil pouvant être employée avec succès pour la mise en pratique du procédé, 1 désigne lemssif de maçonnerie supportant un dispositif de chauffage primaire, ou chaudière de distillation tubu- laire. Ce dispositif comprend la chambre de combustion usuelle 2 et une chambre à tubes 3,, ceschambres 2 et 3 étant séparées par un mur d'autel 4. Dans la chambre 3 sont disposés des faisceaux tubulaires supérieur 5 et in- férieur 6. A ce dernier est relié un tuyau d'alimentation 7 provenant d'une source d'huile et par lequel l'huile froide ou préchauffée est envoyée au dispositif de chauffage.
Après avoir circulé à travers le faisceau tubulaire infé- rieur à une pression égale ou supérieure à celle de l'atmos- phère, la température de l'huile se trouve élevée, par exemple de la température atmosphérique à 320 C. environ, ce qui permet aux fractions les plus légères de l'huile de se vaporiser facilement sans danger de " cracking Il pour la partie non vaporisée de l'huile, ces fractions vapori- sées quittant le dispositif de chauffage par un tuyau 9 qui aboutit à une chambre à vapeur 10 prévue dans un
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vaporisateur 11.
Les gaz et vapeurs engendrés par cette opération de chauffage initiale montent dans le séparateur et sont préférablement conduits à travers un serpentin réfrigérant 12a dans lequel les vapeurs sont réduites à l'état liquide et convenablement emmagasinées en vue de leur emploi ultérieur.
Les fractions les plus lourdes, c'est-à-dire non vapori- sées, de l'huile s'accumulent dans la partie inférieure du séparateur 10 et en sont évacuées par une tuyauterie 13 sur laquelle est montée une pompe 14 de tout type approprié.
Le condensat est alors refoulé par un tuyau 14' jusqu'à l'orifice d'entrée du faisceau tubulaire supérieur 5, dans lequel l'huile est exposée aux températures les plus hautes qui règnent dans le dispositif de chauffage primaire ou chaudière de distillation à tubes, mais dont la construc- tion et la forme sont telles qu'elles empêchent la décompo- sition ou " cracking " de l'huile.
A titre d'exemple de réalisation particulière du fais- ceau supérieur de tubes, on a calculé que le faisceau tubulaire 5 muni de tubes de 75 m/m de diamètre interne au point où l'huile est admise, c'est-à-dire à l'entrée du fais- ceau, devra posséder approximativement des tubes de 150 m/m de diamètre interne à l'orifice d'échappement ou extrémité de sortie du faisceau, les diamètres des tubes aux points intermédiaires du faisceau variant soit progressivement, soit par échelons. L'augmentation du diamètre peut être réalisée en augmentant progressivement le diamètre, comme dans la figure 2, ou en augmentant ce diamètre d'une façon intermittente ou par échelons brusques, comme dans la figure 3.
Le procédé préféré consiste à augmenter succes- sivement le diamètre des tubes individuels dont est composé
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le faisceau supérieur dans la direction de l'extrémité de sortie. L'élargissement des diamètres des tubes aux divers points de la chaudière a pour effet de réduire la résistance de frottement offerte à l'huile passant dans les tubes au point de permettre au vide exercé à l'ori- fice de sortie de la chaudière de pénétrer dans le fais- ceau tubulaire jusqu'à un point où ce faisceau est chauffé à des températures élevées ou voisines du point de " cracking ".
Il y a lieu de penser que, sans cet élargis- sement des surfaces à mesure que l'huile progresse à travers le faisceau tubulaire, on n'obtiendrait pas le maximum d'efficacité d'une chaudière tubulaire à vide, étant donné que l'huile, qui est sous pression, ne pourrait se vapo- riser qu'à une température élevée et que, à cette tempéra- ture, la chaleur véhiculée par l'huile serait suffisante pour surmonter la chaleur latente de vaporisation lorsque la zone de vide se trouve atteinte. Ceci déterminerait une chute de température au moment où l'huile quitte les tubes de sorte qu'apparemment l'huile ne serait pas sur- chauffée. Toutefois, on constaterait par un examen plus approfondi que l'huile a été surchauffée, au moins loca- lement, en quelque point de son passage à travers le faisceau tubulaire.
Un autre avantage fondamental obtenu en accroissant la section des éléments du faisceau tubulaire de la façon décrite réside dans le fait que l'expérience a démontré que lorsque l'huile que renferment des chaudières de distillation se vaporise, des contre- pressions très élevées sont engendrées par la vaporisation de l'huile; l'accroissement de section est précisément prévu dans le but de compenser l'accroissement de volume des vapeurs et de permettre à ces vapeurs de circuler
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convenablement dans le faisceau tubulaire sans se surchauffer localement.
L'accroissement de la surface des tubes de l'extrémité d'entrée à l'extrémité de sortie de la chaudière 5 est suffisant pour que, par la diminution qui en résulte du frottement dans les tuyaux ou des contre- pressions de l'huile passant dans ladite chaudière, une pres- sion de 100 m/m de mercure régnant à la sortie de la chaudière se propage jusqu'à l'entrée de ladite chaudière, le vide susmentionné diminuant graduellement à mesure qu'on se rapproche de cette extrémité d'entrée.
Par exem- ple, on a trouvé que le procédé produira des distillats non usuels tels qu'une qualité d'huile à cylindre ayant un poids spécifique de 20,3 Bé et une viscosité supérieure à 150 secondes Saybolt (à 100 C) avec un point d'inflam- mation de 2940 C., un point de combustion de 330 C. et une bonne couleur lorsqu'on travaille avec un vide de 45 m/m de mercure à l'orifice de sortie de la chaudière, la pression mesurée à l'orifice d'admission étant de 300 m/m de mercure et la température de l'huile sortant de la chaudière étant de 365 C.
Divers distillats plus légers peuvent être produits en diminuant la température à la sortie de la chaudière, ces dernière distillats étant ob- tenus en quantité supérieure et possédant une couleur et des points d'inflammation et de combustion supérieurs à ceux obtenus par les procédés ordinaires.
La figure 4 représente une autre construction de la chaudière tubulaire dans laquelle les tuyaux individuels de la chaudière reçoivent une forme telle que ces tuyaux possèdent une section constante en tous les points de sa longueur. Toutefois, on augmente l'espace à vapeur en augmen- tant progressivement le nombre des tuyaux sur un trajet
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donné de l'huile du passage d'entrée au passage de sortie de la chaudière. Ainsi, dans le passage d'entrée, on utilise un seul tuyau, dans le passage suivant on en uti- lise deux possédant la même section mais disposés en paral- lèle; dans le passage suivant on en utilise trois disposés d'une façon analogue, et dans le pssage suivant, ou pas- sage de sortie, on utilise quatre de ces tuyaux en paral- lèle.
Cette disposition permet d'employer des tubes de section transversale constante tout en assurant un supplé- ment de contenance pour la vapeur de la même manière que celle représentée relativement aux figures 2 et 3.
On a constaté qu'en formant les tuyaux de cette manière et en utilisant les pressions spécifiées, la vitesse de l'huile dans la chaudière est telle qutelle empêche l'huile d'être soumise au maximum de chaleur de la chaudière pen- dant une période ne dépassant pas 10 secondes. La vitesse de l'huile et les dépressions qui interviennent permettent à l'huile d'être chauffée aux températures désirées, mais empêchent efficacement toute décomposition importante de cette huile. On a reconnu que dans tous les procédés de " cracking ", le temps est un facteur qui doit être consi- déré et dont l'importance est égale à celle de la tempéra- ture et de la pression. En diminuant le temps d'exposition, le Il cracking Il est réduit au minimum sinon supprimé entièrement dans le présent type de chaudière.
L'huile ayant été amenée à la température désirée dans la chaudière de distillation sort du faisceau tubulaire Supérieur 5 et se rend par le tuyau 15 à une chambre à vapeur 16 munie d'un séparateur 17. Dans la forme parti- culière de l'invention représentée, les fractions les plus lourdes qui s'accumulent à l'état liquide à la partie @
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inférieure du séparateur, peuvent passer à travers un serpentin réfrigérant 18 et sont évacuées par une pompe à condensat 19, qui peut être du type centrifuge ou à action directe ét dont la commande peut être à vapeur ou électrique.
Pour soumettre à un nouveau fractionnement les vapeurs qui s'échappent, la partie supérieure du séparateur 17 est munie d'un laveur ou déflegmateur 20 dans lequel les vapeurs sont lavées et conduites par un tuyau 21 à un second séparateur 22 qui comprend la chambre de séparation usuelle 23 et un laveur 24 surmontant cette chambre. La partie inférieure du séparateur ou tour 22 est reliée à un serpentin réfrigérant 25 et à une pompe d'évacuation 26 par un tuyau 27 dans lequel circule le condensât qui se forme dans le séparateur 22.
Les vapeurs que contiennent les hydrocarbures amenés au séparateur 22 peuvent passer à travers le laveur 24 et sa rendre ensuite par un tuyau 28 à un troisième séparateur 29 qui contient un serpentin ' réfrigérant ou de rétrogradation 30 à travers lequel on peut faire circuler de 1'nulle froide de façon à effectuer la condensation des vapeurs dans le séparateur 29. Le serpentin 30 est aussi relié à un serpentin analogue 31 disposé dans l'autre séparateur 22 et auquel part un tuyau 32 aboutissant à la tuyauterie reliée à l'admission du faisceau tubulaire 6. Il est évident qu'en prévoyant des robinets convenables ou pourra régler facilement la quantité d'huile passant dansles serpentins 30 et 31 de façon à régler l'échange de chaleur desdits serpentins dans les séparateurs 22 et 29.
Le condensat final recueilli dans le séparateur 29 est conduit par un serpentin féfri- gérant 33 à une pompe 34 qui peut être d'un des types
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indiqués en 19 et 26. Des serpentins réfrigérants supplé- mentaires 29b et 29c sont prévus dans le séparateur 29 pour assurer une condensation finale, et l'on peut faire circuler dans ces serpentins de l'huile, de l'eau ou de la saumure.
Le vide régnant dans l'installation peut être modifié à l'aide d'une pompe à vide 35 communiquant avec le sépa- rateur 29 par un tuyau 36, ce dernier comportant à son extrémité d'entrée le serpentin 29c dans lequel on fera circuler un liquide froid pour assurer le refroidissement maximum des vapeurs non condensables produites pendant le service. Il va de soi qu'on peut prévoir dans le système autant de séparateurs de fractionnement qu'on le désire, selon le nombre de fractions désirées, et que la forme particulière et la disposition de l'installation de frac- tionnement peuvent être modifiées sans s'écarter de l'esprit de l'invention.
Les vapeurs non condensables susceptibles de prendre naissance au cours du traitement seront évacuées à l'aide de la pompe à vide 35, qui peut être du type à déplacement, du type à entraînement par l'eau ou du type éjecteur de vapeur. La pompe 35 a ainsi pour effet de créer dans l'installation entière des conditions de vide dont l'effet peut être étendu aussi loin que cela sera jugé nécessaire, et le cas échéant jusqu'à l'extré- mité d'entrée du faisceau tubulaire 5. Un serpentin d'admis- sion de vapeur peut être placé dans la première tour de fractionnement 22-16, ce serpentin étant désigné par 22a.
Ge serpentin recevra de la vapeur surchauffée à 400 C, par exemple, dans le but de faciliter le fonctionnement de la tour, d'améliorer le point d'inflammation de l'huile en cours de distillation et d'assurer un supplément de chaleur
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pour la vaporisation si nécessaire.
On voit qu'on réalise suivant l'invention un système de distillation de l'huile dans le vide grâce auquel les températures de traitement peuvent être maintenues à des valeurs sûres pour empêcher le " cracking " ou décomposi- tion moléculaire des huiles traitées. Le système produit ainsi des distillats dont la vicosité et la couleur sont améliorées et qui peuvent être en particulier avantageuse- ment emplpyés pour la production d'huiles de graissage.
Les avantages généraux des systèmes de distillation à vide sont bien connus et ont été, dans une certaine mesure, développés dans des brevets antérieurs. Toutefois, dans les systèmes employés ou proposés antérieurement, on n'avait jamais appliqué le principe consistant à étendre l'effet du vide aussi loin que le point d'introduction de l'huile dans le dispositif de chauffage primaire ou jusqu'à des zones telles que les températures qui y règnent seraient susceptibles de déterminer le " cracking " de 1'nulle si le vide n'existait pas, ceci étant obtenu sans diminuer le poids total de l'huile traversant le dispositif de chauf- fage.
En outre, l'utilisation d'une chaudière de distillation tubulaire au lieu d'une chaudière à corps cylindrique présente cet avantage que l'huile exposée au métal chaud se meut à des vitesses élevées, ce qui augmente le trans- fert de chaleur et réduit au minimum le risque d'un sur- chauffage local, par suite de l'agitation du courant. Ceci peut être réalisé sans faire usage de vapeur d'eau, ce qui diminue dans toutes les parties de l'installation les dimensions des tuyauteries de vapeur, des récipients et des autres appareils de fractionnement nécessaires par
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unité de capacité de production. On sait aussi 'que le fonctionnement des chaudières tubulaires est plus écono- mique que celui des chaudières à corps cylindrique.
De plus, par l'emploi d'un dispositif de chauffage primaire du type tubulaire, on réduit les pressions de vapeur qui s'exercent sur l'huile circulant dans ce dispositif en comparaison avec celles qui interviennent dans le cas du dispositif de chauffage à corps cylindrique, par suite de l'élimination de la hauteur de charge qui, dans ce dernier type de chaudière, soumet l'huile qui se trouve à la partie inférieure du récipient à une certaine pression et diminue ainsi l'efficacité du vide.
La figure 5 représente une autre forme de réalisation dans laquelle le serpentin 5 comprend une série de tubes dont la section transversale est constante d'un bout à l'autre de la longueur du serpentin, la section de chaque tube étant sensiblement équivalente à celle du tube situé à l'orifice de sortie de la chaudière de distillation.
Dans cette construction, la section de passage du tube situé à l'extrémité d'admission est un peu supérieure à celle que l'installation est susceptible d'exiger, mais la construction présente l'avantage de permettre au vide de se propager jusqu'à l'extrémité d'entrée de la chaudière ou sur une distance suffisante pour permettre à la vapori- sation de se produire sans décomposition lorsque l'huile est soumise à une température ne dépassant pas 4000 C.
Toutefois, cette disposition de chaudière de distillation n'est pas aussi avantageuse que celle précédemment décrite en raison de la faible quantité de chaleur transférée aux conduits d'admission de la chaudière ainsi que de l'accrois- sement du coût initial de l'installation.
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DESCRIPTIVE MEMORY SUBMITTED IN SUPPORT OF THE REQUEST
OF A PATENT OF INVENTION Improved distillation process for mineral oils.
This invention relates to an improved process for carrying out the continuous distillation of mineral oil or petroleum under the action of a relatively high vacuum, such that the oil being processed separates into two or more. fractiuns. Vacuum distillation of oils: has a considerable advantage in that it protects certain hydrocarbons against "cracking" or molecular decomposition which destroys the viscosity and color of the oil.
It is known that distillation can be carried out in vacuum at temperatures much lower than when ordinary atmospheric pressures or higher pressures are applied, and that distillation ordinarily requires, when carried out at atmospheric pressure or at. higher pressure, temperatures so high that "cracking" of the oil is liable to occur, these high temperatures frequently having the effect of modifying
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the desirable color of the oil and its viscous properties.
Vacuum distillation of oils has the advantage of overcoming this "cracking" tendency due to the fact that it allows the application of lower temperatures, but the devices used or imagined to date are not. only expensive to build and install, but difficult to set up and high maintenance and service costs. The main object of the invention is therefore to provide a vacuum distillation system which is simple yet efficient and which is such that installation and operating costs can be reduced to a minimum. relatively weak.
Another object of the invention is the production of a distillation apparatus established so as to include a device for primary heating of the oil consisting of a coil or a tube bundle of shape such that the vacuum prevailing in the system is propagated. up to the point of introduction of the oil into the coil, or to any place where the oil would be liable to be subjected to dangerous overheating if the vacuum did not exist;
for this purpose the construction of this coil is such that its internal diameter increases continuously or intermittently at various points of width, the reduction in the frictional resistance offered to the passage of oil through the coil being thus such that it allows a vacuum to penetrate the coil or tube bundle to a point where the temperature of the oil is close to the "cracking" temperature. The greater the vacuum, the higher the temperature of the oil in the primary heater, so
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that at the outlet point, where the oil temperature is maximum, the vacuum will be maximum.
This construction of the coil or tube bundle contained in the heating or primary distillation device is one of the fundamental characteristics of the invention, because experience has shown that when the oil contained in tube distillation boilers vaporizes, the vaporization of this oil creates very large back pressures unless the section has been increased in a manner corresponding to the volume of the vapors.
The invention therefore consists in providing, for distilling oil in vacuum, a method whereby the construction of the apparatus employed is such as to allow the vacuum to penetrate to a point beyond one at which temperatures would be sufficiently high to determine the decomposition of the hydrocarbon if this vacuum did not exist. This result is obtained mainly, in this case, by the variations brought about in the internal diameter of the coils or tubes constituting the heating or primary distillation boiler or its equivalent.
The invention further relates to a vacuum oil distillation system having a primary heating element of improved efficiency allowing it to work at temperatures lower than those applied in current systems, thus achieving economy. in the quantity of fuel required and also, in general, to simplify the apparatuses necessary to realize this system and to reduce their importance.
To better understand the invention, it will be described below with reference to the accompanying drawing in which:
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Figure 1 shows schematically the apparatus which can be employed for industrially carrying out the process according to the invention.
Figure 2 is a detail view on a larger scale of the primary heating coil.
Figure 3 is a similar view of another embodiment of this coil.
Figure 4 is a schematic view of another primary heating coil arrangement.
Figure 5 shows a variant.
In Figures 1 and 2 which show more or less schematically an arrangement of apparatus which can be successfully employed for the practice of the process, 1 denotes the masonry element supporting a primary heater, or tubular distillation boiler. This device comprises the usual combustion chamber 2 and a tube chamber 3, these chambers 2 and 3 being separated by an altar wall 4. In chamber 3, upper 5 and lower tube bundles 6 are arranged. The latter is connected to a supply pipe 7 from an oil source and through which the cold or preheated oil is sent to the heater.
After having circulated through the lower tube bundle at a pressure equal to or greater than that of the atmosphere, the temperature of the oil is raised, for example from atmospheric temperature to about 320 C., which allows the lighter fractions of the oil to vaporize easily without danger of cracking II for the non-vaporized part of the oil, these vaporized fractions leaving the heater through a pipe 9 which ends in a chamber. steam 10 provided in a
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vaporizer 11.
The gases and vapors generated by this initial heating operation rise in the separator and are preferably conducted through a refrigeration coil 12a in which the vapors are reduced to the liquid state and suitably stored for their subsequent use.
The heaviest fractions, that is to say not vaporized, of the oil accumulate in the lower part of the separator 10 and are discharged therefrom by a pipe 13 on which is mounted a pump 14 of any type. appropriate.
The condensate is then delivered through a pipe 14 'to the inlet of the upper tube bundle 5, in which the oil is exposed to the highest temperatures which prevail in the primary heating device or distillation boiler at tubes, but the construction and shape of which are such as to prevent the decomposition or "cracking" of the oil.
As an example of a particular embodiment of the upper bundle of tubes, it has been calculated that the tube bundle 5 provided with tubes of 75 m / m internal diameter at the point where the oil is admitted, that is to say ie at the inlet of the bundle, should have approximately tubes of 150 m / m internal diameter at the exhaust port or exit end of the bundle, the diameters of the tubes at the intermediate points of the bundle varying either gradually, or by steps. The increase in diameter can be achieved by gradually increasing the diameter, as in Figure 2, or by increasing this diameter intermittently or in abrupt steps, as in Figure 3.
The preferred method is to successively increase the diameter of the individual tubes of which the tube is composed.
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the upper beam in the direction of the exit end. The enlargement of the diameters of the tubes at the various points of the boiler has the effect of reducing the frictional resistance offered to the oil passing through the tubes to the point of allowing the vacuum exerted at the outlet of the boiler. penetrate the tube bundle to a point where this bundle is heated to high temperatures or close to the "cracking" point.
There is reason to believe that without this enlargement of the surfaces as the oil progresses through the tube bundle, the maximum efficiency of a vacuum tube boiler would not be obtained, since the The oil, which is under pressure, could only vaporize at an elevated temperature and that at this temperature the heat conveyed by the oil would be sufficient to overcome the latent heat of vaporization when the vacuum zone is reached. This would determine a drop in temperature as the oil leaves the tubes so that apparently the oil would not be overheated. On closer examination, however, it would be seen that the oil was superheated, at least locally, at some point in its passage through the tube bundle.
Another fundamental advantage obtained by increasing the section of the elements of the tube bundle in the manner described is that experience has shown that when the oil contained in distillation boilers vaporizes, very high back pressures are generated. by vaporization of oil; the increase in section is precisely planned in order to compensate for the increase in volume of the vapors and to allow these vapors to circulate
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suitably in the tube bundle without locally overheating.
The increase in the surface area of the tubes from the inlet end to the outlet end of the boiler 5 is sufficient so that, by the resulting decrease in friction in the pipes or in the back pressures of the oil passing through said boiler, a pressure of 100 m / m of mercury prevailing at the outlet of the boiler propagates to the inlet of said boiler, the above-mentioned vacuum gradually decreasing as one approaches this end entry.
For example, it has been found that the process will produce unusual distillates such as a cylinder oil grade having a specific gravity of 20.3 Bé and a viscosity greater than 150 Saybolt seconds (at 100 C) with a. ignition point of 2940 C., a combustion point of 330 C. and a good color when working with a vacuum of 45 m / m of mercury at the outlet of the boiler, the pressure measured at the inlet port being 300 m / m of mercury and the temperature of the oil leaving the boiler being 365 C.
Various lighter distillates can be produced by lowering the temperature at the outlet of the boiler, the latter distillates being obtained in greater quantity and having a color and higher ignition and combustion points than those obtained by ordinary processes.
Figure 4 shows another construction of the tubular boiler in which the individual pipes of the boiler are shaped such that these pipes have a constant section at all points of its length. However, the steam space is increased by gradually increasing the number of pipes on a route.
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given oil from the inlet passage to the outlet passage of the boiler. Thus, in the inlet passage, a single pipe is used, in the following passage, two of them having the same section but arranged in parallel are used; in the next passage, three of them arranged in a similar way are used, and in the following pssage, or exit passage, four of these pipes are used in parallel.
This arrangement makes it possible to employ tubes of constant cross section while providing additional capacity for the steam in the same manner as that shown in relation to Figures 2 and 3.
It has been found that by forming the pipes in this manner and using the specified pressures, the velocity of the oil in the boiler is such that it prevents the oil from being subjected to the maximum heat of the boiler during a period of time. period not exceeding 10 seconds. The speed of the oil and the depressions that occur allow the oil to be heated to the desired temperatures, but effectively prevent any significant decomposition of that oil. It has been recognized that in all "cracking" processes time is a factor which must be considered and whose importance is equal to that of temperature and pressure. By reducing the exposure time, the cracking It is reduced to a minimum if not eliminated entirely in this type of boiler.
The oil which has been brought to the desired temperature in the distillation boiler exits the upper tube bundle 5 and passes through pipe 15 to a steam chamber 16 provided with a separator 17. In the particular form of the tube. invention shown, the heaviest fractions which accumulate in the liquid state at part @
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lower part of the separator, can pass through a refrigerant coil 18 and are evacuated by a condensate pump 19, which can be of the centrifugal or direct-acting type and whose control can be steam or electric.
To subject the escaping vapors to a new fractionation, the upper part of the separator 17 is provided with a scrubber or dephlegmator 20 in which the vapors are washed and conducted through a pipe 21 to a second separator 22 which comprises the chamber of usual separation 23 and a washer 24 surmounting this chamber. The lower part of the separator or tower 22 is connected to a refrigeration coil 25 and to a discharge pump 26 by a pipe 27 in which circulates the condensate which forms in the separator 22.
The vapors contained in the hydrocarbons supplied to separator 22 can pass through scrubber 24 and then return via pipe 28 to a third separator 29 which contains a refrigerant or downshift coil 30 through which to circulate 1 '. zero cold so as to condense the vapors in the separator 29. The coil 30 is also connected to a similar coil 31 arranged in the other separator 22 and from which a pipe 32 ends up in the pipe connected to the inlet of the bundle tubular 6. It is obvious that by providing suitable taps or can easily adjust the quantity of oil passing through the coils 30 and 31 so as to adjust the heat exchange of said coils in the separators 22 and 29.
The final condensate collected in the separator 29 is led by a ferrous coil 33 to a pump 34 which may be of one of the types
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indicated at 19 and 26. Additional cooling coils 29b and 29c are provided in separator 29 to ensure final condensation, and oil, water or brine can be circulated through these coils. .
The vacuum prevailing in the installation can be modified using a vacuum pump 35 communicating with the separator 29 via a pipe 36, the latter comprising at its inlet end the coil 29c in which it will circulate. a cold liquid to ensure maximum cooling of the non-condensable vapors produced during service. It goes without saying that one can provide in the system as many fractionation separators as desired, depending on the number of desired fractions, and that the particular shape and arrangement of the fractionation plant can be changed without depart from the spirit of the invention.
Non-condensable vapors which may arise during processing will be removed with the aid of the vacuum pump 35, which may be of the displacement type, of the water driven type or of the steam ejector type. The pump 35 thus has the effect of creating vacuum conditions in the entire installation, the effect of which can be extended as far as is deemed necessary, and if necessary up to the inlet end of the bundle. tubular 5. A steam inlet coil may be placed in the first fractionation tower 22-16, this coil being designated 22a.
The coil will receive superheated steam at 400 C, for example, with the aim of facilitating the operation of the tower, improving the flash point of the oil during distillation and providing additional heat.
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for vaporization if necessary.
It can be seen that a vacuum oil distillation system is provided according to the invention, whereby treatment temperatures can be maintained at safe values to prevent "cracking" or molecular decomposition of the treated oils. The system thus produces distillates which are improved in viscosity and color and which can be particularly advantageously used for the production of lubricating oils.
The general advantages of vacuum distillation systems are well known and have been to some extent developed in prior patents. However, in the systems used or proposed previously, the principle of extending the effect of the vacuum as far as the point of introduction of the oil into the primary heater or up to areas. such that the temperatures therein would be liable to determine the "cracking" of the zero if the vacuum did not exist, this being achieved without reducing the total weight of the oil passing through the heater.
In addition, the use of a tubular still boiler instead of a cylindrical body boiler has the advantage that the oil exposed to the hot metal moves at high speeds, which increases the heat transfer and minimizes the risk of local overheating due to current agitation. This can be achieved without the use of water vapor, which in all parts of the installation reduces the dimensions of the steam pipes, vessels and other fractionation devices required by
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unit of production capacity. It is also known that the operation of tubular boilers is more economical than that of cylindrical body boilers.
In addition, by using a primary heating device of the tubular type, the vapor pressures exerted on the oil circulating in this device are reduced in comparison with those which occur in the case of the heating device with cylindrical body, due to the elimination of the head which, in this latter type of boiler, subjects the oil which is in the lower part of the vessel to a certain pressure and thus reduces the efficiency of the vacuum.
FIG. 5 shows another embodiment in which the coil 5 comprises a series of tubes the cross section of which is constant throughout the length of the coil, the section of each tube being substantially equivalent to that of the coil. tube located at the outlet of the distillation boiler.
In this construction, the passage section of the tube at the inlet end is a little larger than that which the installation is likely to require, but the construction has the advantage of allowing the vacuum to propagate up to at the inlet end of the boiler or a distance sufficient to allow vaporization to occur without decomposition when the oil is subjected to a temperature not exceeding 4000 C.
However, this distillation boiler arrangement is not as advantageous as that previously described due to the small quantity of heat transferred to the inlet pipes of the boiler as well as the increase in the initial cost of the installation. .
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