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" Procédé et appareil pour la transformation d'hydrocarbures lourds en hydrocarbures légers."
La présente invention a pour objet un appareil et un procédé pour la production d'hydrocarbures légers tels que la gazoline (essence) à partir d'hydrocarbures lourds et son but est de créer un appareil simple et relativement peu coûteux tout en utilisant un procédé plus efficace que ceux connus jusqu'ici.
L'invention consiste dans les détails de construction et de combinaisons d'éléments constituant l'appareil et dans les processus et combinaisons de processus constituant le pro- cédé.
Au dessin annexé à titre d'exemple :
Fig.1 est une vue schématique de l'appareil permettant de réaliser le procédé;
Fig.2 est une vue d'un des condenseurs et des réser - voirs y associés représentés à la fig.l.
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Fig.3 est une vue en partie brisée d'un des foyers re- présentés à la fig.l.
Fig.4 est une coupe suivant la ligne 4-4 de la fig.3 en regardant dans la direction des flèches.
Fig.5 est une vue d'une partie des serpentins réfrigé- rants représentés à la fig.l.
Fig.6 est une vue partie en coupe représentant la li- aison entre une paire de tubes employée dans le foyer.
Dans le procédé de l'invention, l'huile et l'eau sont admises aux extrémités opposées d'un alambic et les vapeurs d'eau et d'huile mélangées sont amenées à un embranchement commun de cet alambic et soumises à un nouveau chauffage.
L'huile est chauffée dans un serpentin disposé dans la partie supérieure d'un foyer pour vaporiser les constituants légers, tandis que l'eau est simultanément chauffée dans un serpentin inférieur pour la génération de vapeur. Une liaison verticale est prévue entre les deux serpentins de façon que l'huile non vaporisée dans le serpentin supérieur s'écoule par gravité vers et dans le serpentin inférieur renfermant l'eau.-L'huile liquide y rencontre une zone dans laquelle l'eau liquide est convertie en vapeur naissante, la dite zone étant dénommée ré- gion de vapeur naissante. Dans cette région de vapeur naissan- te, l'huile non vaporisée se vaporise à une température consi- dérablement inférieure à celle de son point normal d'ébullition.
Le mélange résultant de vapeur d'huile et d'eau sort vers le haut par la liaison verticale et passe de là au travers d'un serpentin de chauffage commun aux deux serpentins inférieur et supérieur précités pour un traitement ultérieur. Dans ce pro- cédé la proportion en poids d'huile par rapport à l'eau est choisie de telle sorte que la chaleur latente totale de vapo- risation de l'huile soit en substance égale à la chaleur la- tente totale de vaporisation de l'eau, si on désire produire des hydrocarbures légers tels que l'essence; si on désire pro-
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duire des huiles de lubrification, la proportion en poids de l'huile par rapport à l'eau est telle que la chaleur iatente de la vapeur d'huile soit moindre que la chaleur latente de la vapeur d'eau.
En d'autres termes par ce procédé la propor - tion d'huile par rapport à l'eau peut être réglée suivant les produits que l'on désire obtenir.
Ceci revient à dire que si l'on amène la température des vapeurs mélangées d'huile et d'eau à à peu près 3500 F., la vapeur d'eau sera amenée à cette température et exigera pour sa production une certaine quantité de chaleur latente ou environ 970 unités thermiques anglaises par livre.
L'huile sera amenée également à 3500 F. et exigera pour sa production une quantité totale de chaleur latente dépendant de la quan- tité et de l'espèce spéciale d'huile employée ; ainsi dans la réalisation de l'invention, pour produire de l'essence, la quantité d'huile employée devrait 'être grosso-modo telle que le total de sa chaleur latente soit en substance égale au to- tal de la chaleur latente de l'eau associée à l'huile, afin que dans les vapeurs finales produites la vapeur d'eau con - tienne en substance le même nombre d'unités thermiques de cha- leur latente que la vapeur d'huile.
1 - 2 - 3 - et 4 désignent des pompes reliées aux tu- yaux 5- 6 - 7 -8. Les pompes 1 et 2 et les tuyaux 5 et 6 fournissent l'huile aux serpentins tubulaires 9 et 10 du foyer 11, 'tandis que la pompe 3 et 4 et les tuyaux 7 et 8 fournissent l'eau aux serpentins 13 et 14'du dit foyer (fig.l). Un tuyau 15 part du serpentin 9 et un tuyau 16 part du serpentin 14, les dits tuyaux 15 et 16 se rencontrant au point 17. De la même fa- çon un tuyau 18 partant du serpentin 10 se relie au point 19 à un tuyau 20 partant du serpentin 13.
Les points 17 et 19 sont reliés par le tuyau 21, de sorte, qu'un mélange d'eau et d'huile sous forme de vapeurs partant du serpentin 14 pour atteindre le point 17, peut être conduit par le tuyau 21 au point 19 et à ce
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point être réuni à un autre mélange de vapeur d'huile et d'eau, les deux mélanges gazeux avec les vapeurs d'huile développées dans les serpentins 9 et 10 pouvant 'être conduits du point 19 par un tuyau 22 vers et au travers d'un serpentin 23, d'un tu- yau 24 des serpentins 25 - 26 - 27 du foyer et sortir par le tuyau 28 vers le réservoir 29.
Donc la partie non vaporisée de l'huile du serpentin 9 s'écoule par gravité vers et dans le serpentin 14 où elle rencontre la région de vapeur naissante, où elle est vaporisée à une température bien inférieure à celle de son point normal d'ébullition, les vapeurs combinées d'huile et d'eau passant vers l'extérieur et vers le haut au travers du tuyau 17 et de là par les tuyaux 21 et 22 dans le serpentin 23, en même temps que les vapeurs d'hydrocarbures légers du serpentin 9.
De même l'huile non vaporisée du serpentin 10 s'écoule par le tuyau 20 vers la région de vapeur naissante dans le serpentin 13, y est complètement vaporisée et les vapeurs com- binées d'huile et d'eau passent de là par les tuyaux 20 et 22 dans le serpentin 23 avec les vapeurs d'hydrocarbures légers du serpentin 10.
La quantité d'huile amenée au foyer 11 par chacune des pompes 1 et 2 peut, par un moyen non représenté, être variée à volonté et la quantité d'eau amenée à ce foyer par chacune des pompes 3 et 4 peut de même varier à volonté. Pour facili- ter ces variations et assurer les justes proportions d'huile et d'eau dans les serpentins du foyer, les tuyaux traversés par l'nuile sont pourvus de soupapes 30 et les tuyaux traversés par l'eau de soupapes 31. Pour contrôler la pression et par conséquent la température desvapeursmélangéesd'huile et d'eau amenées au tuyau 28 et au réservoir 29, on a prévu la soupape 32.
La proportion d'huile par rapport à l'eau ayant été con - tr'blée de façon à assurer que le total de chaleur latente de l'huile arrivant au réservoir 29 soit grosso-modo ou en sub-
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stance égale au total de chaleur latente dans l'eau qui ac- compagne cette huile, les vapeurs mélangées d'huile et d'eau dans le réservoir 29 peuvent *être forcées à traverser un tuyau
33 ainsi que les serpentins 34 - 35 - 36 - 37 etc.. du foyer
38, pour sortir de ce foyer par le tuyau 39 vers les liaisons à soupapes 40 - 41 - 42 qui conduisent au condenseur 43.
Le condenseur 43 (fig. 2) possède trois serpentins 44 - 45 - 46 - et chacun de ces serpentins est combiné avec une ou plusieurs plaques-chicanes 47. Ces serpentins sont alimentés d'eau à des températures différentes par les conduites princi- pales 48 - 49 et 50, et l'un de ces serpentins peut également être alimenté de vapeur par la conduite 51. A cet effet le ser- pentin 44, qui peut être formé d'une série de spires hélicoï- dales (fig.5),est relié à la conduite 48 par la liaison à sou- pape 54, et l'eau, après avoir traversé ce serpentin, sort par le tuyau de sortie 55.
De même façon une liaison à soupape 56 amène l'eau de la conduite principale 49 au serpentin 45, d'où elle sort par le tuyau 57, et une liaison à soupape 58 amène l'eau de la conduite principale 50 au serpentin 46 d'où elle sort par le tuyau 59. Les tuyaux de sortie 55 - 57 et 59 dé- bouchent dans un récipient 60 relié à un conduit61 qui aboutit à un égout ou à tout autre lieu désiré pour refroidir l'eau.
En manoeuvrant convenablement les soupapes 62 - 63 et 64, de l'eau à différentes températures peut être introduite dans les serpentins et par conséquent le condenseur 43 comporte des zones de température différente. Ce dernier résultat est augmenté en prévoyant une liaison à soupape 65 entre la condui- te principale de vapeur 51 et l'eau des serpentins tels que 44, de façon que la vapeur puisse aussi être admise dans le conden- seur.
Les vapeurs mélangées d'eau et d'huile ayant traversé les serpentins du foyer de cracking 38, lesquels sont maintenus à une température de cracking au dessus de 1000 F, on observe
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@ qu'une proportion considérable de l'huile originale a été dé - composée et se retrouve dans les vapeurs quittant le foyer 38 sous la forme d'essence ou d'autres hydrocarbures de densité allant en augmentant. En conséquence, lorsque les diverses va- peurs d'huile soumises au cracking et admises avec les vapeurs de l'huile originale et d'eau passent dans le condenseur 43, le surveillant peut, en réglant la température de l'un ou de l'autre serpentin, soumettre les mélanges de vapeur à la tem- pérature exacte nécessaire pour en faire condenser toute frac- tion désirée.
Ce condenseur ainsi que les condenseurs succes- sifs sont isolés thermiquement en 150 (fig.2) dans un but qui sera exposé plus loin. La fraction d'huile condensée avec l'huile non soumise au cracking qui pourrait être entraînée, est reçue dans le fond du condenseur $3, d'où elle passe par le tuyau 67 dans le réservoir 68, et forme un joint étanche aux gaz, empêchant les vapeurs non condensées de quitter le système, si ce n'est par le tuyau d'échappement supérieur 69. Ce tuyau 69 est relié aux trois points ou liaisons 70 - 71 et 72 à un condenseur hélicoïdal 73, lequel est la réplique du condenseur 43, et dont les serpentins 74 - 75 - 76 sont alimentés respec- tivement par les liaisons à soupape 77 - 78 et 79.
Les parties condensées passent du fond de ce second condenseur 73 par le tube 80 dans le réservoir 81, tandis que les vapeurs non conden- sées sortent par le tuyau supérieur 82 vers un troisième con- denseur semblable 83 et ainsi de suite, cinq ou six,ou plus de condenseurs étant utilisés suivant le but poursuivi.
Du fond du dernier condenseur la partie condensée passe par le tube 85 dans le réservoir 86, et les vapeurs non conden- sées sortent par le tuyau supérieur 87 vers les fonds de scrub- bers 88 et 89. Ce tube 87 est relié au col de cygne courbé 90 qui conduit dans le fond du scrubber 88, et au col de cygne 91 qui conduit dans le scrubber 89. Le tube 92 relie le sommet du scrubber 88 au fond du scrubber 89. Un tube 920 aboutit au som-
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met du scrubber 88 et un tube 930 au sommet du scrubber¯89; ces deux tubes sont alimentés par le tube 94 en huile suscep - tible d'absorber ou dissoudre l'essence contenue dans les gaz de ces scrubbers 88 et 89.
Du fond du scrubber 88 part un tube 95 et du fond du scrubber 89 un tube 96, lesquels tubes 95 et 96 sont reliés en 97 au tube 98 qui aboutit dans le réservoir 99, duquel part le tuyau 100 relié au serpentin condenseur 101. Ce serpentin 101 est relié au réservoir condenseur 102 duquel partent les tubes 103 et 104. Les sommets des scrubbers 88 et 89 sont pourvus de tuyaux 105 et 106 reliés au tuyau commun de sortie 107 (fig.l).
De même les sommets des réservoirs 68 - 81 et 86 possèdent des liaisons à soupape 108 reliées au tuyau de sortie commun 109.
Les parties d'huile provenant des réservoirs 68 - 81 et 86, respectivement par les tuyaux 110 - 111 et 112 sont amenées à des réservoirs non représentés.
Le fonctionnement et le principe opératoire sont les suivants :
Le principe fondamental du procédé réside dans le fait de la vapeur naissante aussi bien que dans la proportion d'hui- le'par rapport à l'eau. Cette proportion dépend du type d'huile traitée et de plus du produit déterminé que l'on désire obtenir.
Quand on veut produire de l'essence et des hydrocarbu- res similaires relativement légers, la chaleur latente totale de l'huile doit être grosso-modo ou exactement égale à la chaleur latente totale de l'eau alimentée avec l'huile, de sorte que si on veut produire de l'essence on emploiera généralement en poids à peu près 7 à 10 fois autant d'huile que d'eau, tandis que si l'on veut produire des huiles de lubrification on em- ploiera en poids de 1 à 7 fois autant d'huile que d'eau, ainsi qu'on va le voir.
En d'autres termes si on considère que la chaleur latente de l'huile employée est à peu près 100 unités thermiques par livre et la chaleur latente de l'eau 970 unités,
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thermiques par livre et que l'on veut produire de l'essence, l'opération de cracking dans le foyer 38 sera faite à une tem- pérature d'environ 1000 F. et la proportion d'huile et d'eau sera telle que la chaleur latente totale de l'huile dans la chambre de cracking sera en substance égaleà la chaleur latente totale de l'eau dans cette chambre, ce qui veut dire qu'on de - vra employer environ 9,7 livres d'huile pour une livre d'eau, ou grosso-modo l'on peut dire que la proportion d'huile par rap- port à l'eau sera dans ce cas de 9 ou 10 pour 1.
D'un autre cêté il a été découvert à la suite d'essais sur grande échelle, où environ 200. 000 gallons de diverses huiles sont employés, que si la chaleur latente de l'eau est supérieure à celle de l'huile, les huiles de lubrification et autres hydrocarbures plus lourds que l'essence sont produits au dépens de l'essence.
En d'autres mots si les volumes de vapeur d'huile et de vapeur d'eau pré - sents dans la chambre de cracking restent à peu près égaux à ceux qui correspondent en fait à la proportion indiquée de 9 ou 10 pour 1 (en poids) ou si ces volumes sont autrement maintenus en substance égaux, on produira principalement de l'essence, du naphte et autres hydrocarbures légers similaires, tandis que si on laisse accumuler la vapeur d'eau dans la chambre de cracking de façon que cette vapeur excède les volumes mentionnés ci - dessus pour les mélanges de vapeur d'huile et d'eau, pour le cas où on n'a employé que 1 à 7 parties en poids d'huile pour une partie d'eau, les quantités produites de ces hydrocarbures légers diminueront et on produira plus d'huile de lubrification.
Dans le cas de production d'huile de lubrification il a été trouvé que si on emploie par exemple un poids d'eau moitié su- périeur à celui de l'huile, ou supérieur d'un tiers, d'un quart, d'un cinquième ou d'un sixième jusque un septième, la quantité d'huile de lubrification produite augmente avec l'excès de poids d'eau par rapport à l'huile, tandis que si on emploie un huitième, un neuvième ou un dixième de poids d'eau en plus que d'huile, on produira des hydrocarbures légère de la classe de la
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gazoline.
Ce résultat très surprenant ne peut 'être expliqué de manière satisfaisante par l'inventeur mais cependant une théorie plausible est exposée ci-après :
Le point important à faire ressortir est le suivant : Les essais à grande échelle ci-dessus mentionnés ont démontré que si l'on observe les chaleurs latentes des diverses huiles à em- ployer et que l'on maintient les proportions de poids d'huile par rapport à l'eau telles que mentionnées précédemment, on sera en mesure de proportionner la quantité de vapeur d'eau dans la chambre de cracking, pour chaque cas, de telle façon que l'on puisse obtenir avec certitude et efficacement une grande variété de produits.
Pour donner un exemple spécifique on peut mentionner la fabrication de gazoline (essence) en partant du gazoil du type bien connu Bowling Green à 34 , lequel est de la classe des hui- les paraffine-asphaltiques. Dans ce cas la chaleur latente de l'huile peut 'être considérée comme 100 unités par livre. Au cours des expériences on a pris cette huile, on a noté sa chaleur la- tente et on l'a chauffée jusque 350 F, dans le serpentin 9 du foyer 10, en lui permettant de s'écouler continuellement en con- tact avec une quantité d'eau dans le serpentin 27 dont la chaleur latente totale était équivalente à la chaleur latente totale de la quantité d'huile s'écoulant au travers du serpentin 9.
En d'autres termes on a pris environ 9,7 livres de cette huile par livre d'eau, ce qui donne une proportion d'huile par rapport à l'eau d'environ 9 ou 10 pour 1. On a de plus trouvé par ces ex- périences que,bien que les chaleurs sensibles sont considérables dans le cas de l'eau et de l'huile mélangées, quand on travaille à grande échelle,elles ne semblent pas donner lieu à une diffé- rence suffisante que pour pouvoir ranger ces essais dans le cadre de cette description, bien qu'ils déterminent une certaine diffé- rence, et si l'on désire raffiner suivant ce procédé il y a lieu de tenir compte de ces-chaleurs sensibles et de faire en sorte
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que les totaux de chaleur sensible et latente de l'huile soient en substance égaux au total des chaleurs sensible et latente de l'eau employée.
On a de plus observé que les températures étaient telles que toute huile présente était vaporisée à des points bien en dessous de ceux nécessaires pour carboniser l'huile et que par conséquent dans ce procédé peu ou pas de carbone n'é- tait produit dans le foyer de vaporisation. Ceci est un point important de l'invention.
Les vapeurs d'huile et d'eau proportionnées comme in- diqué dans le cas de l'huile Bowling Green étaient forcées de traverser le foyer de cracking 38 à une température d'environ 1000 F. et on obtenait aisément de 20 à 22%. de gazoline au pre- mier passage au travers du système. On a de plus trouvé qu'en faisant repasser plusieurs fois le résidu au travers de la cham- bre de cracking 38 de la façon décrite, il était parfaitement possible d'obtenir de 50 à 60% de gazoline.
La même huile Bow- ling Green a été de plus soumise à des essais sur large échelle pour la production de diverses espèces d'huile de lubrification et on a obtenu les résultats suivants:
Quand on employait un poids d'huile seulement égal au double du poids d'eau, on obtenait seulement environ 2% de gazo- line et de 18 à 20% d'huile de lubrification connue dans le com- merce comme huile "100 stock". Quand on employait une proportion d'huile par rapport à l'eau de 4 à 1, on obtenait 9% de gazoline et environ 10 à 12% de lubrifiants. Dans une autre expérience on a employé une proportion de 5,7 à 1 et on a obtenu 12,9% de ga- zoline et un plus petit pourcentage de lubrifiants.
En fait, on a opéré un grand nombre d'essais sur cette huile en prenant di- verses proportions d'huile et d'eau et en utilisant diverses tem- pératures dans le foyer et dans la chambre de cracking, les - quelles proportions et températures n'ont pas lieu d'être expo- sées en détail. Il est oependant intéressant d'attirer l'attention
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@ sur certains essais dans lesquels on a employé en poids 7 par- ties d'eau avec une température de 900 à 1000 dans le foyer de cracking pour obtenir 19% de gazoline et un faible pourcentage d'huile de lubrification, ceci montrant qu'un excès d'unités de chaleur latente dans la vapeur d'eau retarde (diminue) la pro- duction des hydrocarbures légers.
Les mêmes résultats ont été trouvéspour un grand nombre d'autres huiles telles que par exem- ple le gazoil Be.Mexican à 21 , lequel a une chaleur latente quelque peu plus élevée que celle du Bowling Green ci-dessus mentionnée. En exécutant exactement les mêmes expériences avec cette huile Mexican il a été prouvé que pour des proportions de 4,5 parties d'huile en poids pour une partie d'eau, on obtient environ 30% de gazoline, c'est-à-dire que la chaleur latente de cette huile étant environ 200 unités par livre, il ne fallait pour la production de gazoline qu'environ la moitié de la quan- tité d'huile requise dans le cas du Bowling Green.
Pour du gaz- oil de Pennsylvanie à 36 , lequel a une chaleur latente de 100 unités par livre, on a eu, avec les mémes proportions, en sub- stance le même résultat que pour le Bowling Green. Pour du gaz- oil Kerosene à 48 , on n'a pu évidemment obtenir de.., lubri- fiant, mais en employant une proportion d'huile par rapport à l'eau d'environ 10 ou 12 pour 1, on a obtenu au premier passage de 30 à 40% de gazoline.
Sans donner les détails de toutes les huiles soumises aux essais sur une grande échelle, on peut dire que ces essais ont montré de façon concluante que si l'on suit les principes mentionnés de rendre en substance égale la quantité totale de chaleur latente de la vapeur d'huile et la quantité totale de chaleur latente de la vapeur d'eau, on est renseigné immédiate- ment sur le poids correct d'eau et d'huile à employer, si l'on veut produire des gazolines et on est à même dans le procédé de cracking de l'invention d'obtenir l'efficacité maximum dans la production de gazolines, quelle que soit l'huile employée.
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De même les principes ci-dessus constituent un guide sûr pour la production de lubrifiants avec le maximum d'efficacité.
C'est dans ces divers points que l'invention se dif- férencie radicalement de toutes les autres inventions connues jusqu'ici. Jusqu'à présent de nombreux inventeurs ont essayé tous les mélanges concevables d'huile et d'eau et certains sont arrivés à des résultats prometteurs, tandis que d'autres n'ont eu aucun résultat, mais dans aucun cas ils n'ont pu obtenir avec certitude les hauts rendements qu'on obtient par le pro- cédé de l'invention. Dans le cas de l'invention, d'autre part, en connaissant la chaleur latente de vaporisation de l'huile, on peut approximativement calculer d'avance les résultats que l'on obtiendra et les nombreux essais à grande échelle ont dé- montré que ceci est bien vrai. En d'autres termes, il est à no- ter soigneusement que dans la réalisation du procédé, il faut prendre en considération deux rapports.
Le premier est le rap- port entre la quantité totale de chaleur latente de la vapeur d'huile et la quantité totale de chaleur latente de la vapeur d'eau et de ce rapport on peut facilement obtenir le poids d'huile et le poids d'eau à employer. Le rapport entre ces poids d'huile et d'eau constitue le second rapport à considérer. Ces deux rapports étant connus, on peut facilement calculer le vo- lume d'huile à employer ainsi que le volume d'eau à employer.
On peut dire de plus que le présent procédé diffère radicalement des procédés antérieurs connus en ce que personne n'a jusqu'ici amené volontairement de l'eau vaporisée à la chambre de crac- king en même temps que de l'huile vaporisée et de l'eau, dans le but de fabriquer des produits de lubrification. Dans le présent procédé ceci est fait parce que l'inventeur croit qu'une expli- cation plausible du phénomène réside dans le fait que pour un mélange de vapeurs d'huile et d'eau dont chacune renferme en substance la même quantité totale d'unités de chaleur latente, on se trouve dans les conditions les plus favorables pour provo-
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quer un interchangement de molécules dans l'huile et pour la pro- que duction d'hydrocarbures légers.
C'est-à-dire/quand cette condi- tion existe, la tendance naturelle du chaînon hydrocarbure est d'être brisé en hydrocarbure plus simple (moins élevé) produi- sant ainsi des hydrocarbures du rang de la gazoline, chose que les expériences faites semblent prouver. D'un autre cîté, si l'on augmente la quantité de vapeur d'eau ainsi qu'on le fait pour la fabrication d'huile de lubrification, ou si en plus on introduit dans la chambre de cracking une quantité plus ou moins grande d'eau à l'état liquide, on détruit sûrement l'égalité entre les nombres d'unités de chaleur latente et très vraisem- blablement on retarde la reformation de molécules dans le chat- non hydrocarbure. Ces molécules ne se brisent donc pas aussi complètement, ce qui.a pour résultat que l'on produit des huiles de lubrification.
Quelle que soit l'explication exacte, les ex- périences sur large échelle mentionnées ci-dessus, ont démontré à satisfaction et de manière répétée que cette théorie est plau- sible et certainement le processus est réalisable complètement et peut 'être réalisé même par des personnes non spécialisées, ainsi que cela. a été le cas en pratique.
Il a été trouvé en pratique cependant que l'opération se réalise mieux si l'eau, quand elle est mélangée à l'huile, est à une température d'environ 100 F. Si cette température est supérieure, il semble que l'eau se vaporise avant qu'un mélange parfait ne soit réalisé et si la température est inférieure, la chaleur sensible de l'eau semble 'être suffisante dans certains cas pour renverser les calculs précédents lorsque ceux-ci sont basés seulement sur les chaleurs latentes. Les températures de vapeurs dans le foyer 11 sont relevées par des instruments con- venables et ce foyer est chauffé de manière à maintenir ces va- peurs aux températures désirées d'environ 350 F.
Il résulte de ce qui précède que par ce procédé il est créé une méthode de vaporisation d'huile lourde qui consiste à
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chauffer cette huile à une température de vaporisation dans les serpentins supérieurs 9 et 10, insuffisante pour vaporiser com - plètement cette huile ; et indépendamment à chauf- fer de l'eau dans les serpentins 13 et 14 pour produire une ré- gion de vapeur naissante ; à amener l'huile non vaporisée des serpentins 9 et 10 vers cette région dans laquelle l'huile est complètement vaporisée; et à soumettre le mélange résultant des vapeurs d'huile et d'eau à un chauffage addition'dans le serpen- tin 23.
Ce procédé est continu, les parties légères de l'huile étant vaporisées sans contact avec l'eau, et les vapeurs pou- vant passer directement dans le serpentin 23, ainsi que dans les tuyaux 21 et 22 en même temps que l'huile non vaporisée s'écoule par gravité vers les serpentins inférieurs 13 et 14.
Il est à noter spécialement que l'huile et l'eau sont introduites dans le foyer en des points distincts, ou en d'autres termes aux extré- mités opposées d'un alambic, que l'huile travaille dans une di- rection dans cet alambic, tandis que l'eau est forcée de se dé- placer dans la direction opposée et que l'huile et l'eau se ren- contrent finalement à un point dans l'alambic, lequel a été dé- signé par région de vapeur naissante et que c'est en cette ré- gion que l'huile non vaporisée provenant des spires supérieures de l'alambic est complètement vaporisée.
Uneautre caractéristi- que de la méthode est que l'hydrocarbure est introduit dans l'a- lambic et est chauffé sans aucun contact avec l'eau à une tem- pérature supérieure au point d'ébullition de l'eau, tandis que simultanément il est créé la région de vapeur naissante à l'ex- trémité opposée de cet alambic et qu'alors l'huile chauffée est amenée à cette région pour y être complètement vaporisée.
REVENDICATIONS.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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"Method and apparatus for the transformation of heavy hydrocarbons into light hydrocarbons."
The present invention relates to an apparatus and a method for the production of light hydrocarbons such as gasoline (gasoline) from heavy hydrocarbons and its object is to create a simple and relatively inexpensive apparatus while using a more efficient process. effective than those known so far.
The invention consists in the details of construction and combinations of elements constituting the apparatus and in the processes and combinations of processes constituting the method.
In the accompanying drawing by way of example:
Fig.1 is a schematic view of the apparatus for carrying out the method;
Fig.2 is a view of one of the condensers and the associated reservoirs shown in fig.l.
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Fig.3 is a partially broken view of one of the fireplaces shown in fig.l.
Fig.4 is a section taken on line 4-4 of Fig.3 looking in the direction of the arrows.
Fig.5 is a view of part of the cooling coils shown in Fig.l.
Fig. 6 is a partly sectioned view showing the connection between a pair of tubes employed in the fireplace.
In the process of the invention, oil and water are admitted to opposite ends of a still and the mixed water and oil vapors are brought to a common branch of this still and subjected to further heating. .
The oil is heated in a coil arranged in the upper part of a fireplace to vaporize the light constituents, while the water is simultaneously heated in a lower coil for the generation of vapor. A vertical connection is provided between the two coils so that the unvaporized oil in the upper coil flows by gravity to and into the lower coil containing the water. - The liquid oil meets there an area in which the liquid water is converted into nascent vapor, said zone being referred to as the nascent vapor region. In this region of nascent vapor, the unvaporized oil vaporizes at a temperature considerably below that of its normal boiling point.
The resulting mixture of oil vapor and water exits upward through the vertical connection and from there passes through a heating coil common to both the aforementioned lower and upper coils for further processing. In this process, the proportion by weight of oil relative to water is chosen such that the total latent heat of vaporization of the oil is substantially equal to the total latent heat of vaporization of water, if you want to produce light hydrocarbons such as gasoline; if we want to
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In addition to lubricating oils, the ratio by weight of the oil to the water is such that the latent heat of the oil vapor is less than the latent heat of the water vapor.
In other words, by this process, the proportion of oil relative to water can be regulated according to the products which it is desired to obtain.
This amounts to saying that if one brings the temperature of the mixed oil and water vapor to about 3500 F., the water vapor will be brought to this temperature and will require a certain amount of heat for its production. latent or about 970 British thermal units per pound.
The oil will also be brought to 3500 F. and will require for its production a total quantity of latent heat, depending on the quantity and the special kind of oil employed; thus in carrying out the invention, to produce gasoline, the amount of oil employed should be roughly such that the total of its latent heat is substantially equal to the total of the latent heat of the gasoline. water associated with the oil, so that in the final vapors produced the water vapor contains substantially the same number of thermal units of latent heat as the oil vapor.
1 - 2 - 3 - and 4 designate pumps connected to pipes 5- 6 - 7 -8. Pumps 1 and 2 and pipes 5 and 6 supply oil to tubular coils 9 and 10 of fireplace 11, 'while pump 3 and 4 and pipes 7 and 8 supply water to coils 13 and 14' of said home (fig.l). A pipe 15 leaves from the coil 9 and a pipe 16 leaves from the coil 14, said pipes 15 and 16 meeting at point 17. In the same way a pipe 18 leaving from the coil 10 connects at point 19 to a pipe 20 starting from coil 13.
Points 17 and 19 are connected by pipe 21, so that a mixture of water and oil in the form of vapors leaving the coil 14 to reach point 17, can be led by pipe 21 to point 19 and to this
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point to be combined with another mixture of oil vapor and water, the two gas mixtures with the oil vapors developed in coils 9 and 10 being able to be conducted from point 19 by a pipe 22 to and through d 'a coil 23, a pipe 24 of the coils 25 - 26 - 27 of the fireplace and exit through pipe 28 to tank 29.
So the unvaporized portion of the oil from coil 9 flows by gravity to and into coil 14 where it meets the region of incipient vapor, where it is vaporized at a temperature much lower than its normal boiling point. , the combined oil and water vapors passing outward and upward through pipe 17 and thence through pipes 21 and 22 into coil 23, together with the light hydrocarbon vapors from the coil 9.
Likewise, the unvaporized oil from coil 10 flows through pipe 20 to the nascent vapor region in coil 13, is completely vaporized there, and the combined oil and water vapors pass from there through them. pipes 20 and 22 in coil 23 with the light hydrocarbon vapors from coil 10.
The quantity of oil supplied to the hearth 11 by each of the pumps 1 and 2 can, by means not shown, be varied at will and the quantity of water supplied to this hearth by each of the pumps 3 and 4 can likewise vary at will. will. To facilitate these variations and to ensure the correct proportions of oil and water in the coils of the fireplace, the pipes through which the oil passes are provided with valves 30 and the pipes through which the water passes with valves 31. To control the pressure and therefore the temperature of the mixed oil and water vapors supplied to pipe 28 and reservoir 29, valve 32 is provided.
The proportion of oil to water having been controlled so as to ensure that the total latent heat of the oil arriving at tank 29 is roughly or sub-
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stance equal to the total latent heat in the water which accompanies this oil, the mixed vapors of oil and water in tank 29 can * be forced through a pipe
33 as well as the coils 34 - 35 - 36 - 37 etc. of the fireplace
38, to exit this fireplace through pipe 39 to the valve connections 40 - 41 - 42 which lead to the condenser 43.
The condenser 43 (fig. 2) has three coils 44 - 45 - 46 - and each of these coils is combined with one or more baffle plates 47. These coils are supplied with water at different temperatures by the main pipes. 48 - 49 and 50, and one of these coils can also be supplied with steam via line 51. For this purpose the serpentine 44, which can be formed of a series of helical turns (fig.5 ), is connected to the pipe 48 by the connection to the valve 54, and the water, after having crossed this coil, leaves by the outlet pipe 55.
Likewise, a valve connection 56 brings water from main line 49 to coil 45, from where it exits through pipe 57, and valve connection 58 brings water from main line 50 to coil 46 d. where it exits through pipe 59. The outlet pipes 55-57 and 59 open into a vessel 60 connected to a pipe 61 which terminates in a sewer or other desired location for cooling the water.
By properly operating the valves 62-63 and 64, water at different temperatures can be introduced into the coils and therefore the condenser 43 has zones of different temperature. This latter result is enhanced by providing a valve connection 65 between the main steam line 51 and the water of coils such as 44, so that steam can also be admitted to the condenser.
The mixed vapors of water and oil having passed through the coils of the cracking furnace 38, which are maintained at a cracking temperature above 1000 F, we observe
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@ that a considerable proportion of the original oil has been decomposed and is found in the vapors leaving hearth 38 as gasoline or other hydrocarbons of increasing density. Consequently, when the various oil vapors subjected to cracking and admitted with the vapors of the original oil and water pass into the condenser 43, the supervisor can, by adjusting the temperature of one or the other On the other coil, subject the steam mixtures to the exact temperature necessary to condense any desired fraction.
This condenser as well as the successive condensers are thermally insulated at 150 (fig. 2) for a purpose which will be explained later. The fraction of oil condensed with the oil not subjected to cracking which could be entrained, is received in the bottom of the condenser $ 3, from where it passes through the pipe 67 into the tank 68, and forms a gas-tight seal, preventing uncondensed vapors from leaving the system, except through the upper exhaust pipe 69. This pipe 69 is connected at three points or links 70 - 71 and 72 to a helical condenser 73, which is a replica of the condenser 43, and the coils 74 - 75 - 76 of which are respectively supplied by the valve connections 77 - 78 and 79.
The condensed parts pass from the bottom of this second condenser 73 through the tube 80 into the reservoir 81, while the uncondensed vapors exit through the upper pipe 82 to a third similar condenser 83 and so on, five or six. , or more condensers being used according to the aim pursued.
From the bottom of the last condenser the condensed part passes through the tube 85 into the reservoir 86, and the uncondensed vapors exit through the upper pipe 87 towards the scrubber bottoms 88 and 89. This tube 87 is connected to the neck of the condenser. curved swan 90 which leads into the bottom of the scrubber 88, and to the swan neck 91 which leads into the scrubber 89. The tube 92 connects the top of the scrubber 88 to the bottom of the scrubber 89. A tube 920 terminates at the top.
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put scrubber 88 and tube 930 on top of scrubber¯89; these two tubes are supplied by tube 94 with oil capable of absorbing or dissolving the gasoline contained in the gases of these scrubbers 88 and 89.
From the bottom of the scrubber 88 starts a tube 95 and from the bottom of the scrubber 89 a tube 96, which tubes 95 and 96 are connected at 97 to the tube 98 which ends in the reservoir 99, from which the pipe 100 connected to the condenser coil 101 starts. coil 101 is connected to the condenser tank 102 from which the tubes 103 and 104 depart. The tops of the scrubbers 88 and 89 are provided with pipes 105 and 106 connected to the common outlet pipe 107 (fig.l).
Likewise the tops of the reservoirs 68 - 81 and 86 have valve connections 108 connected to the common outlet pipe 109.
The oil parts coming from the reservoirs 68 - 81 and 86, respectively through the pipes 110 - 111 and 112, are supplied to reservoirs not shown.
The operation and the operating principle are as follows:
The fundamental principle of the process lies in the fact of the incipient steam as well as in the proportion of oil to water. This proportion depends on the type of oil treated and, moreover, on the specific product that is to be obtained.
When it is desired to produce gasoline and similar relatively light hydrocarbons, the total latent heat of the oil must be roughly or exactly equal to the total latent heat of the water fed with the oil, so that if we want to produce gasoline we will generally use by weight about 7 to 10 times as much oil as water, while if we want to produce lubricating oils we will use by weight of 1 at 7 times as much oil as water, as we will see.
In other words if we consider that the latent heat of the oil used is approximately 100 thermal units per pound and the latent heat of the water 970 units,
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heat per pound and that we want to produce gasoline, the cracking operation in the hearth 38 will be done at a temperature of about 1000 F. and the proportion of oil and water will be such that the total latent heat of the oil in the cracking chamber will be substantially equal to the total latent heat of the water in that chamber, which means that one should use approximately 9.7 pounds of oil for one cracking chamber. pound of water, or roughly speaking, we can say that the proportion of oil to water will in this case be 9 or 10 to 1.
On the other hand it has been discovered as a result of large-scale trials, where about 200,000 gallons of various oils are used, that if the latent heat of water is greater than that of oil, the Lubricating oils and other hydrocarbons heavier than gasoline are produced at the expense of gasoline.
In other words if the volumes of oil vapor and water vapor present in the cracking chamber remain approximately equal to those which in fact correspond to the indicated proportion of 9 or 10 to 1 (in weight) or if these volumes are otherwise kept substantially equal, mainly gasoline, naphtha and other similar light hydrocarbons will be produced, while if water vapor is allowed to accumulate in the cracking chamber in such a way that this vapor exceeds the volumes mentioned above for the mixtures of oil vapor and water, in the case where only 1 to 7 parts by weight of oil to one part of water have been used, the quantities produced of these light hydrocarbons will decrease and more lubricating oil will be produced.
In the case of the production of lubricating oil it has been found that if one employs, for example, a weight of water that is half the weight of the oil, or more than a third, a quarter, of one-fifth or one-sixth to one-seventh, the amount of lubricating oil produced increases with the excess weight of water in relation to the oil, while if one uses an eighth, a ninth or a tenth of weight of water in addition to oil, light hydrocarbons of the class of the
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gasoline.
This very surprising result cannot be explained in a satisfactory manner by the inventor but nevertheless a plausible theory is set out below:
The important point to bring out is the following: The large-scale tests mentioned above have shown that if the latent heats of the various oils to be used are observed and the proportions by weight of oil are maintained compared to water as mentioned previously, we will be able to proportion the quantity of water vapor in the cracking chamber, for each case, in such a way that we can obtain with certainty and effectively a great variety of products.
To give a specific example, mention may be made of the manufacture of gasoline (gasoline) starting from gas oil of the well-known Bowling Green type 34, which is of the class of paraffin-asphaltic oils. In this case the latent heat of the oil can be considered as 100 units per pound. In the course of the experiments this oil was taken, its latent heat noted and it was heated up to 350 F, in coil 9 of hearth 10, allowing it to flow continuously in contact with a amount of water in coil 27 whose total latent heat was equivalent to the total latent heat of the amount of oil flowing through coil 9.
In other words we took about 9.7 pounds of this oil per pound of water, which gives an oil to water ratio of about 9 or 10 to 1. We further found by these experiments that, although the sensible heats are considerable in the case of water and oil mixed, when working on a large scale they do not seem to give rise to a sufficient difference except to be able to place these tests within the framework of this description, although they determine a certain difference, and if one wishes to refine according to this process it is necessary to take account of these sensitive heats and to ensure
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that the total sensible and latent heat of the oil be substantially equal to the total of sensible and latent heat of the water employed.
It was further observed that the temperatures were such that any oil present was vaporized at points well below those required to carbonize the oil and therefore in this process little or no carbon was produced in the process. vaporization hotbed. This is an important point of the invention.
The oil and water vapors proportioned as indicated in the case of Bowling Green oil were forced through the cracking furnace 38 at a temperature of about 1000 F. and easily obtained from 20 to 22%. . of gasoline on the first pass through the system. It has further been found that by passing the residue several times through cracking chamber 38 as described, it is perfectly possible to obtain from 50 to 60% gasoline.
The same Bowling Green oil was further tested on a large scale for the production of various species of lubricating oil and the following results were obtained:
When using an oil weight only equal to double the weight of water, only about 2% gasoline and 18-20% lubricating oil known in the trade as oil were obtained. ". When we used a ratio of oil to water of 4 to 1, 9% gasoline and about 10 to 12% lubricants were obtained. In another experiment a proportion of 5.7 to 1 was used and 12.9% gasoline and a smaller percentage lubricants were obtained.
In fact, a great number of tests have been carried out on this oil, taking various proportions of oil and water and using various temperatures in the hearth and in the cracking chamber, the - what proportions and temperatures need not be discussed in detail. However, it is interesting to attract attention
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@ on certain tests in which 7 parts of water were used by weight with a temperature of 900 to 1000 in the cracking furnace to obtain 19% gasoline and a low percentage of lubricating oil, this showing that an excess of latent heat units in the water vapor delays (decreases) the production of light hydrocarbons.
The same results were found for a large number of other oils such as, for example, Be.Mexican 21 diesel, which has a somewhat higher latent heat than that of the above-mentioned Bowling Green. By carrying out exactly the same experiments with this Mexican oil it has been proved that for proportions of 4.5 parts of oil by weight to one part of water, we obtain about 30% of gasoline, that is to say since the latent heat of this oil being about 200 units per pound, only about half of the amount of oil required for the Bowling Green was required for gasoline production.
For Pennsylvania 36 gas oil, which has a latent heat of 100 units per pound, in the same proportions the result was substantially the same as for Bowling Green. For Kerosene gas oil at 48, no lubricant could of course be obtained, but by employing an oil to water ratio of about 10 or 12 to 1, it was obtained. at the first pass from 30 to 40% gasoline.
Without giving the details of all the oils tested on a large scale, it can be said that these tests have shown conclusively that if one follows the principles mentioned to make the total amount of latent heat of the vapor substantially equal. of oil and the total quantity of latent heat of the water vapor, one is immediately informed on the correct weight of water and oil to be used, if one wants to produce gasolines and one is able to in the cracking process of the invention to obtain the maximum efficiency in the production of gasoline, regardless of the oil used.
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Likewise the above principles constitute a sure guide for the production of lubricants with maximum efficiency.
It is in these various points that the invention differs radically from all other inventions known hitherto. So far many inventors have tried all conceivable mixtures of oil and water, and some have come up with promising results, while others have had no results, but in no case have they been able to. to obtain with certainty the high yields which are obtained by the process of the invention. In the case of the invention, on the other hand, by knowing the latent heat of vaporization of the oil, one can approximately calculate in advance the results which will be obtained and the numerous large-scale tests have shown that this is quite true. In other words, it should be carefully noted that in carrying out the process two ratios must be taken into consideration.
The first is the ratio between the total amount of latent heat of the oil vapor and the total amount of latent heat of the water vapor and from this ratio one can easily obtain the weight of oil and the weight of water to use. The second ratio to consider is the ratio between these weights of oil and water. These two ratios being known, one can easily calculate the volume of oil to be employed as well as the volume of water to be employed.
It can further be said that the present process differs radically from the prior known processes in that no one has heretofore voluntarily supplied vaporized water to the sputtering chamber together with vaporized oil and oil. water, for the purpose of manufacturing lubrication products. In the present process this is done because the inventor believes that a plausible explanation for the phenomenon lies in the fact that for a mixture of oil and water vapors each of which contains substantially the same total amount of units of latent heat, we find ourselves in the most favorable conditions for provo-
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quer an interchange of molecules in oil and for the production of light hydrocarbons.
That is to say / when this condition exists, the natural tendency of the hydrocarbon link is to be broken down into a simpler (lower) hydrocarbon thus producing gasoline grade hydrocarbons, something that experiments do seem to prove. On the other hand, if we increase the quantity of water vapor as is done for the manufacture of lubricating oil, or if in addition we introduce into the cracking chamber a greater or lesser quantity of water in the liquid state, the equality between the numbers of latent heat units is surely destroyed and very likely the reformation of molecules in the non-hydrocarbon cat is retarded. These molecules therefore do not break down as completely, resulting in the production of lubricating oils.
Whatever the exact explanation, the large-scale experiments mentioned above have demonstrated to satisfaction and repeatedly that this theory is plausible and certainly the process is fully feasible and can be achieved even by non-specialist people, as well as that. has been the case in practice.
It has been found in practice, however, that the operation is best carried out if the water, when mixed with the oil, is at a temperature of about 100 F. If this temperature is higher, it appears that the water vaporizes before perfect mixing is achieved and if the temperature is lower the sensible heat of the water seems to be sufficient in some cases to reverse the above calculations when these are based only on latent heats. The vapor temperatures in hearth 11 are read by suitable instruments and this hearth is heated so as to maintain these vapors at the desired temperatures of about 350 F.
It follows from the foregoing that by this process a heavy oil vaporization method is created which consists of
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heat this oil to a vaporization temperature in the upper coils 9 and 10, insufficient to completely vaporize this oil; and independently heating water in coils 13 and 14 to produce a region of nascent steam; bringing the unvaporized oil from coils 9 and 10 to that region where the oil is completely vaporized; and subjecting the resulting mixture of oil and water vapor to additional heating in the coil 23.
This process is continuous, the light parts of the oil being vaporized without contact with the water, and the vapors being able to pass directly into the coil 23, as well as into the pipes 21 and 22 at the same time as the oil not. vaporized flows by gravity to the lower coils 13 and 14.
It is especially to be noted that the oil and water are introduced into the hearth at distinct points, or in other words at the opposite ends of a still, that the oil works in a direction in this still, while the water is forced to move in the opposite direction, and the oil and water eventually meet at a point in the still, which has been referred to as region of incipient vapor and it is in this region that the unvaporized oil from the upper turns of the still is completely vaporized.
Another feature of the method is that the hydrocarbon is introduced into the alambic and is heated without any contact with water to a temperature above the boiling point of water, while simultaneously it The region of nascent vapor is created at the opposite end of this still and the heated oil is then brought to this region for complete vaporization.
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