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"Procédé de cracking des hydrocarbures"
La présente invention a trait au cracking ou igni- fraction des hydrocarbures .
Dans une des sortes d'opérations auxquelles l'inven- tion est applicable,, l'huile peut être portée à la tempé- rature de cracking convenable dans une zone de chauffage qui peut être un tube ou un serpentin, puis ensuite débi- tée à une zone séparatrice de vapeur, qui peut être une chambre de plus grandes dimensions . Les vapeurs peuvent être enlevées de cette dernière zone, puis être soumises à la déflegmation et le liquide condensé de reflux peut ' être ramené à la première zone en vue d'un nouveau crac- king. L'huile liquide peut être enlevée de la zone sépa-
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ratrice sans être ramenée à la zone de chauffage .
D'après les expériences effectuées avec un système de cracking, deux phases importantes semblent être obte- nues , La première est une réaction primaire qui fournit des produits plus légers et plus lourds . Le seconde, ou réaction secondaire, tend à produire, par polymérisation ou effet similaire, des quantités critiquables de matiè- res du gene des boues et du coke, cette réaction secon- daire. semblent se produire amplement avec les produits plus lourds résultant de la réaction primaire .
On a constaté que dans les sortes d'opérations aux- quelles l'invention peut être appliqués, la réaction de cracking primaire se produit plus rapidement que la poly- mérisation critiquable des produits lourds formés par ce cracking et que cette réaction de cracking prinaire peut être essentiellement.terminée jusqu'au degré désiré quand l'huile quitte la zone de chauffage pour entrer dans la zone séparatrice .
On a également constaté qu'on peut ob- tenir essentiellement la quantité désirée de produits à bas point d'ébullition et régler la nature des produits liquide à haut point d'ébullition résultant du traitement par un contrôle et un réglage appropriés de la tempéra- ture, de l'élément de temps et de la pression dans la zone de chauffage et en dissipant une partie de la chaleur de l'huile quand celle-ci quitte cette zone . Ceci peut être réalisée comme il sera indiqué ici conformément à l'inven- tion, en réduisant la -pression exercée sur l'huile quittant la zone de chauffage dans la mesure désirée et appropriée.
On a en outre constaté que si l'huile quittant le ser- pentin de chauffage éttit maintenue dans la zone séparatri-
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ce essentiellement à la même pression et à la haute tempé- rature qui sont obtenues dans la zone de chauffage, les -produits liquides plus lourds de la réaction primaire fourniraient des quantités critiquables de produits de polymérisation, tels que du coke et de la boue, sans aug- menter de façon notable le rendement en produits légers tels que l'essence ,
Aussi bien, 'une caractéristique importante de l'in- vention est-elle qu'avec un contrôle et un réglage appro- priés de la température, de la vitesse d'alimentation et de la pression dans la zone de chauffage;
l'huile subis- sant le traitement est soumise dans ladite zone à un degré réglé de réaction primaire et de réaction secondaire tel que quand l'huile quitte ladite zone, la proportion de boue ou de produits genre coke formés par ces réactions reste au-dessous de la limite critiquable .
L'huile quittant la zone de chauffage dans l'état de réaction réglée désirée, on la fait passer ainsi de préfé- rence dans la zone séparatrice sous une pression réduite.
La réduction .le la pression à laquelle l'huile est soumise quand elle quitte le serpentin de chauffage facilite la séparation des produits plus légers de la réaction primai- re des produits liquides plus lourds provenant de cette réaction, en même temps que les produits de la réaction sont soumis à une action refroidissante due à ladite ré- duction de pression . Le degré de réduction de pression auquel les produits de la réaction peuvent être soumis quand ils quittent la zone de chauffage a un certain effet sur la réaction secondaire ou polymérisation, en fournis- sant ainsi un moyen pour limiter la production d'une
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quantité critiquable de coke et de boue .
On a constaté qu'en maintenant une différence oonve- nable entre les conditions de pression dans la zone de chauffage et celles dans la zone de séparation on peut ob- tenir, à une température de transfert de cracking prédéter- minée, dans la zone de séparation, une huile résiduelle li- quide qui, si elle est enlevée à une vitesse suffisante, contient très peu de boue et que par ailleurs il n'est pas formé dans cette opération de quantité relativement nota- ble de coke .
En conséquence, c'est la. durée pendant laquelle les produits liquides plus lourds partiellement refroidis pro- venant de la réaction primaire restent dans la zone desé- paration à pression réduite qui détermine le degré de poly- mérisation auquel ces produits peuvent être soumis; cette durée est réglée à son tour, en fonctionnement pratique, par le volume de l'amas d'huile maintenue dans la zone de séparation et elle dépend du volume de cette dernière et d'autres facteurs variables tels que la température et la pression maintenue dans ladite zone, la variété spécifique d'huile subisant le traitement et la vitesse à laquelle cette huile est traitée dans l'appareil .
La durée pendant laquelle cas produits liquides plus lourds peuvent rester dans cet appareil détermine le niveau qui doit être mainte- nu dans la zone séparatrice .
En exécutant l'opération de cette manière dansun ap- pareil tel que celui qui est représenté dans le dessin an- nexé, il-peut être désirable de maintenir une quantité re- lativement petite de liquide dans la zone séparatrice .
En tous cas, un équilibre convenable doit être établi,
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dans l'exploitation pratique, entre la vitesse d'alimen- tation en huilo, la température à laquelle l'huile est chauffée dans la zone de chauffage, la pression' maintenue dans cette zone de chauffage, le degré de réduction de pression sur l'huile quittant la zone de chauffage et la durée pendant laquelle les produits liquides plus lourds sont admis à rester dans la zone separatrice.
Conformément à l'invention, on a encore constaté d'une façon générale qu'une élévation du degré ou une aug- mentation de la réaction qu'on laisse se produire dans la zone de chauffage peut être équilibrée convenablement par un plus haut degré de réduction de pression sur l'huile quand elle quitte la zone de chauffage, ou par une réduc- tion de la durée pendant laquelle les produits liquides plus lourds sont admis à rester dans la zone de sépara- tion, ou par les deux moyens .
Le résidu retiré de la zone de séparation est de pré-. férence soumis à un refroidissement immédiat à une tempé- rature au-dessous de celle à laquelle une nouvelle réac- tion peut se produire .
En particulier, quand on désire procéder à cette opé- ration pour obtenir des produits liquides seulement, un réglage précis et pratique pour toute personne de la par- tie, pour réduire à un minimum la polymérisation des pro- duits lourds au moyen de cette opération, peut petre basé sur les caractéristiques des produits liquides lourds re- tirés de cette opération et par un contrôle de ces pro- duits . On a pu vérifier qu'une détermination de ces ca- ractéristiques permet de savoir si les conditions mainte- nues dans l'opération sont ou non réglées et équilibrées
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de manière appropriée .
Il peut être désirable par exemple de régler ces conditions par un contrôle des caractéris- tiques des produits lourds, de façon que ces produits lourds, quand ils sont enlevés après l'opération, ne con- tiennent généralement pas plus de 6 % et de préférence pas plus de 2 % de boue, produite par le procédé de traitement centrifuge au benzol .
On a constaté en outre quenans certains cas, en main- tenant la même température de transfert, mais en augmen- tant la réduction de pression, on peut effectuer une va- porisation de tout le contenu volatil de l'huile dans la zone de séparation, en n'y laissant essentiellement que des produits solides non volatils .
D'une manière plus générale, un changement de degré de réduction de pression modifiera la température dans la zone séparatrice, de même que le degré de vaporisation ob- tenu danscette zone, et une modification de ces facteurs doit être convenablement oompens'ée par un changement des conditions de retrait des produits plus lourds séparés pour obtenir le résultat désiré .
Pour que l'invention soit comprise plus clairement, on a représenté sur le dessin annexé le schéma d'une ins- tallation dans laquelle l'opération peut, être exécutée, mais il faut bien noter que ce dessin est purement schéma- tique et n'est pas établi à l'échelle .
Dans cet appareil, 1 désigne un four dans lequel est monté un serpentin de chauffage 2 . Ce four peut être d'un type conventionnel et comporter Ne boîte à feu 3 et une chambre à tubes 4 . L'huile devant être traitée'peut être amenée par la canalisation 5, commandée par le robinet 6 ,
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et elle peut être refoulée par la pompe 7, intercalée dans cette canalisation, par la canalisation 8, commandée par le robinet 9, directement jusqu'aux tubes de chauffe 2,
Ou bien, par une manipulation appropriée du robinet 9 et du robinet 10 monté sur la canalisation 11, une partie réglée de l'huile ou toute l'huile devant tre traitée peut être chargée dans le déflegmateur 12 .
Les tubes de chauffe 2 sont en communication avec une chambre ou zone séparatrice 13 de plus grandes dimensions, par l'intermédiaire de la canalisation de transvasement
14, sur laquelle. est interposée la soupape régulatrice de pression 15 . La chambre 13 peut être pourvue de plu- sieurs conduits de soutirage 16, 16' et 16" commandés par des robinets .
Les vapeurs séparées dans la chambre 13 s'échappent de son extrémité supérieure par la canalisation de vapeur 17, commandée par le robinet 18, et elles passent dans le déflegmateur 12 . Les produits insuffisamment dissociés, c'est-à-dire les produits sur lesquels l'opération de crac- king a été insuffisante, sont condensés dans ce déflegma-- ,tour et les produits condensés de reflux peuvent être ra- menés aux tubes de chauffe 2 par le tuyau 19, dans lequel on peut intercaler un robinet 20 et une pompe à huile chaude 21 .
Cependant, le retour des produits condensés de reflux n'est pas essentiel à l'exécution de cette opé- ration et, si on le désire, tout ou partie des produits de reflux peut être enlevé du cycle par la canalisation 22 ' comportant un robinet de commande 23 .
Si les produits condensés de reflux ne sont pas ramenés aux tubes de chauf- fe 2, il faut prévoir, pour assurer le refroidissement
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dans le déflegmateur, des moyens autres que l'introduction de la quantité de chargement venant en contact direct avec les vapeurs dans le déflegmateur . G'est ainsi, par exeiii- ple, qu'on peut faire passer de l'huile brute par un ser- pentin fermé (non représenté) en relation d'échange de chaleur avec les vapeurs contenues dans le dêflegmateur d'où cette huile brute peut être fournie directement au serpentin de chauffage .
Les vapeurs venant du déflegmateur 12 s'échappant par la canalisation 24 comportant un robinet 25 et passent dans le condenseur 26, puis le produit liquide distillé et les gaz non condensés se rassemblent et se séparent dans le réservoir récepteur 27 . Ce réservoir 27 est d'un type conventionnel ; il comporte un conduit de soutirage de li- quide 28, commandé par un robinet 29 et un conduit de sor- , tie de gaz 30, commandé par un robinet 31 .
Des quantités réglées de produit distillé recueilli dans le réservoir 27 peuvent être ramenées à la partie supérieure du défleg- mateur 12 par la canalisation 32, dans laquelle sont inter- calés les robinets 33 et *,la pompe 34
Le résidu qui est tiré de la chambre 13, de préféren- ce par le conduit de soutirage 16 placé à la partie infé- rieure de cette chambre,.passe par la canalisation 35, puis au besoin par un radiateur de refroidissement ou un échangeur thermique 36, comme représenté ;
il peut aussi être soumis au refroidissement par tout autre procédé con- nu,tel qu'une réduction suffisante de pression ,
L'huile soumise aux conditions de température de cracking souspression quand elle passe par les tubes de chauffage 2 entre dans la chambrer sous une pression in-
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férieure à celle maintenue dans ces tubes, cette réduc- tion réglée de pression étant obtenue par un réglage con- venable du robinet 15 .
Le degré de réduction de pression ainsi obtenu grâce aurobinet 15 peut avoir pour résultat que la pression main- tenue dans'la chambre séparatrice 13 soit essentiellement supérieure à la pression atmosphérique ou soit complète- ment réduite à la pression atmosphérique, sous réserve de la pression nécessaire pour retirer les produits de l'ap- pareil . La pression maintenue dans ladite chambre sépa- ratrice peut être réglée par l'un quelconque des robinets montes sur les conduits d'évacuation des produits soit de ladite chambre, soit des parties suivantes de l'installation.
La réduction réglée de pression obtenue par le robinet 15 produit un abaissement de la température de l'huile,qui empêche ou retarde la réaction secondaire indésirable ou signalée la polymérisation critiquable/dans ce qui précède . La chambre séparatrice ou chambre à plus grand volume 13, ou l'huile y contenue, peut être soit légèrement chauffée, soit légèrement refroidie par un moyen externe, selon ce qu'on juge le plus approprié à l'obtention des résultats désirés, suivant la sorte d'huile brute ou les produits devant être obtenus par le traitement de cette huile .
Suivant les conditions du traitement et le genre d'hui- le brute employée, la réduction de pression à laquelle l'huile est soumise quand elle passe du serpentin de chauf- fage 2 à la chambre séparatrice 13 peut ne pas être suffi- sante à elle seule pour abaisser la température de l'huile de l'ordre élevé des température de cracking qui peut être employé jusqu'à une température où la réduction de la @ .
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vitesse de cracking, conjointement avec l'importance de l'amas de liquide maintenu dans la chambre, empêche la for- mation critiquable de boue et de coke .
En conséquence, suivant une caractéristique importante de l'invention, un refroidissement additionnel peut être assuré à l'huile quand elle passe du serpentin de chauffage à la zone à plus grand volume, en injectant au point de réduction de pression, ou près de ce point, par la canalisation 37, comportant un robinet de réglage 38, un fluide refroidis- seur, de préférence de l'huile d'hydrocarbure pour qu'elle se mélange directement avec l'huile quittant le serpentin de chauffage 2. La quantité àt la température de ce fluide refroidisseur sont de préférence réglés pour assurer,con- jointement avec le degré de réduction de pression, le re- froidissement capable de produire les résultats recherchés.
Un refroidissement rapide des produits résiduels évacués hors de la partie inférieure de la chambre sépara- trice 13 peut aussi être obtenu en injectant par des cana- lisations (non représentées) un fluide refroidisseur se mélangeant directement avec ces produits, de préférence de l'huile d'hydrocarbure ,
Pour illustrer l'invention, on a représenté des cy- cles qui peuvent être appliqués dans un appareil de crac- king du genré décrit ci-dessus , Dans les cycles indiqués ici, les produits condensés de reflux sont ramenés au ser- pentin de chauffage
Dans le premier cycle qui représente l'opération poursuivie avec une différence de 20 kg 1 dans les condi- tions de pression, une huile combustible mi-continente ayant une densité de 27,
5 Baumépeut être fournie à l'ap-
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pareil en étant amenée au déflegmateur 12 dans des pro- portions telles que l'huile brute représente approximati- vement une partie contre 7,7 parties du produit condensé de reflux dans, le courant d'huile passant par le serpen- tin de chauffage . Dans cette opération, la température de transvasement de l'huile est maintenue à 485 C. appro- ximativement, tandis que la pression sur le serpentin de chauffage e,st maintenue à approximativement 21 kg, 8 par cm2. La pression dans la chambre 13 est réduite approxi- mativement à lkg, 1 par cm2.
Dans cette opération le pro- duit distillé sous pression reilli représente environ 68,5 % en volume d'huile brute traitée et il contient un volume d'essence égal à approximativement 58 % d'essence finale à 2250 C,, en se basant sur l'huile brute traitée.
L'huile non vaporisée peut être rapidement retirée de la chambre 13 et refroidie immédiatement . Quand elle est re-, tirée, elle es approximativement à,une température de 3150 C..Le coke produit représente seulement 85 grammes environ par barrique d'huile brute traitée . L'huile non vaporisée retirée de la chambre 13 quand elle est soumise: à la centrifugation au benzol, après avoir été maintenue pendant 24 heures à 100 C. environ ne contient que 0,8 % de boue Par boue, on entend les matières insolubles dans le benzol .
On not era que la vaporisation de l'huile quand elle passe par les tubes et la chambre est telle que la partie non vaporisée dans la chambre n'est que de 30 % environ de l'huile brute fournie à l'installation
Dans le cycle suivant, la température'de transfert est maintenue la même que dans le cycle explicatif indiqué
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ci-de s sus, c'est-à-dire approximativement 485 U. et la même huile est traitée . La différence de pression entre le serpentin de chauffage et la'chambre 13 est cependant d'environ 61 kg . Dans ce cycle, l'huile brute est amenée dans le déflegmateur dans des proportions telles que l'huile brute représente une partie contre appréximative- ment 9 parties de produit condensé .de reflux dans le cou- rant d'huile passant par le tube de chauffage .
Dans cet- te opération, le serpentin de chauffage est-maintenu sous une pression de 62 kg environ et la chambre 13 sous une pression d'environ 1 kg,09 et le produit distillé sous pression recueilli représente environ 85 % en volume de l'huile brute traitée et contient un Volume d'essence égal à approximativement 60 % de l'huile ,brute traitée . Le co- ke produit représente environ 9 kg par barrique d'huile @ traitée .
On notera que, dans le dernier cycle indiqué ci-dessus, la température de transfert est la même que dans le premier mais que la différence de pression est augmentée de 19kgl à 61 kg est que ae changement dans la différence de pres- sion assure dans le second cycle une vaporisation essen- tiellement complète de tous les constituants volatils de l'huil . On comprendra qu'à toute température de crac- king à laquelle l'huile peut être chauffée dans les tubes sous la pression employée, une partie importante de cette huile se trouvant dans les tubes reste à l'état liquide et que quand elle est évacuée .dans la chambre à pression inférieure le pourcentage de cette huile vaporisée est augmenté approximativement en proportion de l'augmentation de la réduction de pression .
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Ce procédé a une utilisé toute particulière du fait qu'il permet un contrôle très exact de la nature des pro- duits obtenus en permettant à un raffineur d'obtenir les produits les mieux ppropriés aux donditions régnant sur le marché . 11 peut être mis en application de façon que l'on obtienne seulement des produits liquides, à savoir un produit distillé à teneur élevée d'essence et une huile liquide ayant une teneur exceptionnellement basse de boue
Ce résultat est obtenu quand une opération est exécutée suivant le premier cycle explicatif indiqué, dans lequel il ne se forme pratiquement pas de coke .
On netera que tandis que la température de transfert de l'huile est maintenue à environ 4850 C,, il est clairement indiqué que la grande chaleur de l'huile quand elle est admise à la chambre est immédiatement dissipée 'dans une mesure très importante par la vaporisation qui résulte de la réduction de pression . Il y a lieu de croire que la raison pour la- quelle si peu de coke est formé au cours de'opération, quand elle est'exécutée de cette manière, est que la cha- leur de l'huile liquide se trouvant dans la chambre est' immédiatement dissipée dans une Mesure telle que la poly mérisation qui aurait pour résultat la formation de boue et de coke est arrêtée et ne se produit pas avant l'en- lèvement de l'huile liquide de la chambre.
Il y a également lieu de croire quel dans l'opération où essentiellement toute la partie de l'huile qui est vo- latile est vaporisée, en raison de sa rapidité de vapori- sation, elle n'a pas le temps de se polymériser pour former les boues et coke et que c'est pour cette raison qu'il y a une si faible production de coke final, comparativement
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aux tubes de cracking, à la chambre et à l'opération exécutée, qu'il n'y a pas de résidu liquide produit dans la chambre de réaction, c'est-à-dire qu'une vaporisation complète est effectuée avant que la polymérisation se produise . Dans ces dernières opérations, même avec de petites'productions d'essence, la production de coke va de 18 à 36 kg ou plus par barrique d'huile brute traitée.
On comprendra que/dans les opérations explicatives qui ont été indiquées, on a apéré avec -Lui déflegmateur qui ne condense pas toute la partie des vapeur?ayant un point d'ébullition supérieur à 225 C. mais qu'en faisant fonctionner ce déflegmateur de façon qu'il condense toute la partie des vapeurs ayant des points d'ébullition au- dessus de 2250 C, et en ramenant cette partie condensée aux tubes de chauffage,
le résultat des deux cycles ox- dans plicatifs serait/le premier cycle la production d'essen- ce seulement et d'un résidu liquide vendable de gaz en une petite quantité de coke dans les quantités que l'in- venteur a déjà signalées et dans le second la production exclusive d'essence avec une production de gaz et de coke ayant approximativement les pourcentages qui ont é indi- qués .
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