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PERFECTIONNEMENTS AUX PROCEDES ET APPAREILS FOUR PREPARER DES PRODUITS HYDROCARBURES SYNTHETIQUES .
L'objet de la présente invention est un pro- cédé pour la préparation de produits liquides hydrocar- burés synthétiques, qui peuvent être préparée en partant du pétrole brut, ou de portions de celui-ci ayant des points d'ébullition relativement élevés, ou de charbon liquéfié ou matières semblables .Le nouvel hydrocarbure synthétique, lorsqu'il est sous forme liquide, est caractérisé par l'absence de carbone libre- Il est homogène en ce sens qu'il comprend des hydrocarbures séparables par distillation en corps de densités différentes, tous ces
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corpe peuvent se mélanger les uns aux autres, et lorsqu' ils sont combinés ne se stratifient pas.
Il est de plus caractérisé par ses propriétés dissolvantes remarquables en ce sens qu'il absorbe en solution des hydrocarbures solides pour un pétrole à base d'hydrocarbures solides / comme le charbon, ou d'autres substances carbonées, et que, employé dans un moteur à combustion interne, les gaz de la combus- tion agissent sur tout dépôt de charbon à l'état libre fait sur les surfaces métalliques du moteur et en libèrent ces surfaces.
L'invention va être décrite en se reportant au dessin ci-joint qui représente l'appareil au moyen duquel le pro- cédé peut être mis en oeuvre.
Sur le dessin est représenté un appareil au moyen du- quel la méthode peut être appliquée, ce dessin montrant également les dispositifs au moyen desquels,par une simple addition aux appareils, de petites agglomérations n'ayant besoin que d'une petite quantité de gaz d'éclairage et de chauffage, peuvent être alimentées économiquement en emplo- yant certains éléments primaires de l'appareil en combinai- son avec des éléments ajoutés pour la production du gaz.
De la sorte, dans ces agglomérations, l'appareil peut être en fonotionnement continu, la majeure partie du temps pour produire le nouvel hydrocarbure liquide synthétique, et, le reste du temps, pour produire ledit gaz.
La fig.l du dessin représente schématiquement une ins- tallation par une élévation montrant divers éléments as- eociés ensemble.
La fig.2 est une coupe longitudinale de la partie avant du serpentin de conversion, montrant à l'intérieur les tubes d'injection d'eau et d'huile et les conduites d'alimenta- tion aboutissant auxdits tubes.
La fig.3 est une coupe en élévation du four montrant son intérieur la partie supérieure du serpentin de conversion.
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La fig. 4 est une coupe horizontale suivant la
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ligne 4"'4 de la fîgel. sur la fig.l ,1 indique le réservoir d'alimentation de matière première hydrocarburée à traiter, et 2 le ré- servoir principal d'alimentation en eau, 3 est le four et 4 le serpentin de conversion à son intérieur. 5 est une boite de condensation;6 un condenseur, 7 un réservoir récepteur, 8 un appareil à distiller, 9,,ne colonne à dis- tiller, 10 un serpentin condenseur, 11 un réservoir pour recevoir les produits distillés et 12 un gazomètre. L'eau de la cuve 2 est amenée à une pompe 13 par le tuyau 14 contrôlé par le robinet 15. L'huile est amenée à une pompe
16 au moyen d'une conduite 7 contrôlée par la valve 18.
La pompe 16 envoie la matière première hydrocarburêe dans deux réservoirs. Le promier 19 est l'organe en partant duquel la matière première est envoyée sous pression au serpentin de conversion. Ppur cela ,il est alimenté à travers une conduite 19x contrôlée par une valve 20, le conduit 19 x aboutissant à l'entrée du serpentin et y étatt fixé, par exemple de la façon montrée sur la fig.2.
Le second réservoir- alimenté par la pompe 16 est indiqué en 21 et disposé pour contenirun approvisionnement de ma- tière première hydrocarburé à brûler dans le four. qui un approvisionnement séparé de combustible ppur le four est nécessaire , on peut fermer la valve 22, et le combustible voulu peut être amené au réservoir 21 où à tout autre, ou être directement envoyé à un brûleur à l'intérieur du four.
Le tuyau réunissant la pompe 16 et le réservoir 19 peut être contrôlé par une valve 23.
La matière première hydrocarburée amenée à travers la conduite 19 x pour être injectée dans le serpentin conversion, peut être chauffée préalablement. Dans ce @
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but une chambre de chauffage 24 peut être iriterposée sur la conduite 19 x. Cette chambre peut être chauffée par circulation d'eau chaude dans le serpentin 25, qui reçoit l'eau chaude d'un serpentin de chauffage 26 placé en haut du four, le tuyau 27 assurant la communication entre le chauffeur préliminaire et le serpentin 25. L'eau est amenée au serpentin de chauffage préliminaire par le tuyau 28 depuis un réservoir d'eau 29 et le tuyau 28 peut être muni d'une soupape 30 pour empêcher le retour en arrière de l'eau chaude. La conduite 28 peut être également contrôlée par une valve 31.
Le réservoir d'eau 29 est alimenté par la pompe 13 au moyen de la conduite 32 contrôlée par la valve 33.
La conduite 32 peut @ aussi communiquer avec une conduite 34 allant à l'arroseur 35 du condensateur 6.
La conduite 34 peut être contrôlée par la valve 37.
On a représenté en 21 x une conduite allant du réservoir à combustible 21 auch foyer 3x du four 3.
En,38 est montré un réservoir à air comprimé alimenté par un compresseur 39. Il fournit l'air de compression dans les réservoirs 19,21 et 29 et la figure montre des conduites d'air convenables allant à ces réservoirs et contrôlés par des valves appropriées. La conduite d'air principale est figurée en 40, une conduite 41 contrôl6e par une valve 42 conduisant au tuyau d'eau y est connectée. En fermant le robinet d'eau 31, louvrant le robinet 42 et fermant le robinet 42 x, l'air peut être envoyé à travers les serpentins 25 & 26 pour les nettoyer. En ouvrant la valve 43, l'air peut traverser le serpentin de conversion, jusqu'à, la soupape à cuver-. ture rapide 44 placée à la fin du serpentin de conver- sion et de là s'échapper dans l'atmosphère.
Au cours de ces opérations de soufflage, la valve 46 devra être fermée.
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A la sortie du serpentin de conversion, les ' vapeurs traversent un tuyau uourt allant à la boites de condensation 5.Cette dernière peut s'égoutter dans une pompe 46. Les vapeurs s'échappent par le haut dans condenseur 6, le passage à ce condenseur étant/contrôlé par la valve 47. De ce condenseur le liquide condensé ou produit synthétique passe dans le réservoir récepteur 7 d'où il est pompé par la pompe 48 dans l'appareil distil- lateur 8 au moyen du tuyau 59 contrôlé par la valve 51.
Les vapeurs de distillation s'élèvent dans la colonne à distiller 9, traversent le condenseur 10 et le combustible pour moteur retiré de l'hydrocarbure synthétique descend dans le réservoir 11. Le réservoir peut être muni d'un ,tube de décharge 11 x. Le réservoir récepteur 7 peut être par le tube 49 au gazomètre 12. 12x représente la conduite d'alimentation partant du gazomètre. Le réservoir récepteur peut être muni d'un tube de décharge 7x. Le tu- yau 49 condensant au gazomètre peut être contrôlé par des valves convenables, comme par exemple celle figurée en 49 x.
Le foyer du four est disposé pour éviter l'arrivée direote des flammes sur le serpentin da conversion.Dans ce but le foyer est en forme de spirale. Le point de combustion initial est à l'entrée du foyer en spirale,cette entrée étant indiquée en 52 sur la figo4o Les gaz de com- bustion suivent le trajet en spirale du foyer et passent finalement dans la partie centrale 53. Oette partie est ainsi garantie des flammes et en même temps reçoit tous les gaz chauds de combustion. Dans cette même partie est placé un serpentin de fixation pour produire la détente des vapeurs en gaz fixe lorsque cela est nécessaire --ledit serpentin ayant son entrée reliée avec un tube 35 condui- sant à la boite de condensation, ce tube étant contrôlé par la valve 56.
A sa sortie, le serpentin de fixation con-
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duit, au moyen d'un tube 57 contrôlé par une valve 58, au condenseur 6 qui, quand l'appareil est employé comme usine à gaz, sert à refroidir les gaz. Les gaz passent alors dans le réservoir récepteur, la valve 51 étant fermée et la pompe 48 mise en action, les gaz passent à travers le tuyau 49 dans le gazomètre*
Pendant la fabrication de l'hydrocarbure synthétique, la partie de l'appareil qui comprend le serpentin de fi- xation et ses connexions avec le serpentin de conversion,. la boite de condensation, le réservoir récepteur et le condenseur est fermée. Si on le veut, on peut faire circu- ler de l'eau à travers le serpentin de fixation, afin de l'empêcher d'être usé pendant qu'il ne sert pas.
Dans les petites agglomérations, dans lesquelles une usine à gaz ne serait pas économique vu la petite quantité de gaz nécessaire, les dispositifs facilitant les opéra- tions décrits ci-dessus présentent de grands avantages,puis- qu'ils permettent d'avoir une installation en fonctionne- ment continu.
Aux moments où il faut remplir le gazomètre pour les usages courants, il est seulement nécessaire de mettre en action le serpentin de fixation et ses éléments connexes, sans aucun autre changement à l'installation et les vapeurs sortant du convertisseur, et qui, dans les au- tres conditions, iraient directement de la boite de distil- lation au condenseur, sont amenées de la boite de conden- sation dans le serpentin de fixation où les vapeurs, par suite de l'échaffement à température élevée,sont transfor- formées en gaz véritable. Quand le gazomètre est rempli il est seulement nécessaire de fermer les valves 58 & 56 ce qui permet de oontunuer la conversion normale de la matière première hydrocarburée en hydrocarbure synthétique liquide.
La caractéristique du procédé consiste à soumettre la matière première hydrocarburée sous forme de vapeur, et
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la vapeur d'eau, à un traitement calorifique et cataly- tique de préférence sous l'influence d'un vide à. l'extrémité de la conduite, et du mouvement des vapeurs à très grande vitesse à travers la zône de chauffage
Le degré de chaleur employé, le volume des vapeurs et la longueur de leur trajet et leur rapidité sont tous déterminés de façon à effectuer la conversion en hydrocarbone, sans cracking, de telle sorte que le produit condensé soit un hydrocarbure nouvellement converti ou synthétique, comme cela résulte de ses caractéristiques principales, principalement du manque de charbon libre et des propriétés dissolvantes spéciales.
On suppose que la réaotion chimique est l'hydrogénation des vapeurs d'hy- drocabbure produite en amenant ces dernières à la forme atomique en un point où l'énergie calorifique développée par la rupture de la molécule en atomes est absorbée par le catalyseur en produisant sur les vapeurs une réaction thermique ou catalytique suffisante non seulement pour briser les combinaison d'hydrocarbures les plus réfrac- taires, mais suffisante aussi pour briser en atomes les molécules d'eau sous forme de vapeur. L'oxygène produit ne se combinera pas avec le carbone dans ces conditions. L' hydrocarbure et une partie de l'hydrogène provenant de la dissociation de l'eau se combinent avec le carbone à l'é- tat libre en rencontrant dans la zone catalysante de 1' hydrogène frais dû à la rupture de la molécule d'eau dans cette zône.
Le surplus d'hydrogène et d'oxygène se combinent sous forme d'humidité ou de matière organique oxydée et passent sans avoir d'influence sur les conbinaisons hydrocarburées nouvellement formées.
Une grande vitesse donnée à la vapeur est utile en soi puisqu'elle augmente le rendement de l'appareil mais la fonction la plus importante de cette caractéris-
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tique da procédé est de permettre le contrôle, d'éliminer le cracking, d'empêcher la. production de dépota de noir de fumée ou de coke à l'intérieur de l'appareil. Tout le carbone libre se trouve dans cette méthode combinée avec l'hydrogène supplémentaire produit dans les conditions où la combinaison avec le carbone est la plus favorable.
Dans l'exemple suivant, on fait passer des vapeurs dans les zônes chauffantes avec une vitesse de l'ordre de cent mètres par seconde. A travers deux orifices, l'un de 6 mm de diamètre pour l'huile, l'autre de 3 mm pour 1' eau, on fait passer par heure dans l'organe chauffant 91, litres d'huile de faible poids (au poids spécifique ou en dessous) et 45 litres d'eau, mais ces proportions peuvent être sensiblement variées. L'organe chauffant est un serpentin ayant approximativement une longueur de 300 m. et un diamètre intérieur de 66 mm, de serpentin est soumis à sa base à, une température de 138 à 815 U, suivant le produit traité, et à une température d'environ 4260 son sommet, La proportion de vapeur d'eau relativement à la vapeur d'hydrocarbure est un facteur important du procédé.
Avec l'huile lourde contenant peu de charbon libre telle que l'huile de gaz ou l'huile légère conbustible, on peut employer une proportion d'eau aussi faible que 10 %. Lorsque la proportion de carbone libre de l'huile de charge ou de la matière première hydrocarburée liquide augmente, la proportion d'eau doit être augmentée d'une façon corres pondante de façon à dégager un excès d'hydrogène naissant sur le carbone libre dans la zône catalysante.
Dans l'exemple donné ci-dessus; si l'huile'de charge était lourde, d'un poids spécifique égal ou au-dessous de 12 , une proportion de 50 % d'eau, relativement à l'huile est corisi.. dérée comme adéquate à une production suffisante d'hydro- gène libre.
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Plus la teneur en carbone libre de la charge est élevée, plue la température du traitement calorifique doit être haute. Pour le traitement d'huile ccmbustible légère, 6830 C dans le four, à la base du convertisseur, sont suffisants.
En traitant des charges de faible poids spécifique tels que l'huile combustible de 12 à 16 , la température du four à la base du convertisseur doit être au moins de 7600 C.
A l'intérieur du serpentin, et pratiquement à sa sortie, ou à l'intérieur d'une chambre communiquant avec la sortie du serpentin, celle-ci pouvant être une conti nuassion du serpentin lui-même, on place un catalyseur en alliage de nickel chrome tenu. Par exemple à l'inté- un corps rieur du serpentin à sa sortie, on place un corps de 5 cm de dia- mètre et de 60 cm de longueur en fil d'alliage nickel chrome, ce fil étant connu sous le nom de "wade alloy
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treàted nichrome" et pouvant se trouver chez A.Christoffole fils, Brooklyn, New York. Oe fil peut être formé d'une série de seotions enroulées ,le tout étant fixé à une tige au moyen de laquelle le dispositif peut être soutenu.
Les vapeurs quittant la zône catalysabte passent sans obstacle dans l'espace plus grand d'une boite de
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condensation, et de là à un condenseur réî rE;érateux, et à l'extrémité de ce condenseur le liquide condensé s'écoule dans un réservoir récepteur. La grande rapidité est as'- surée par la construction de la conduite totale qui est ou- verte, la contraction des vapeurs se refroidissant à l'ex trémité de cette conduite est suffisante pour créera un effet de vide sur les vapeurs. La condensation des vapeurs en liquide à l'extrémité de la conduite permet de créer, en l'absence de soupapes ou dispositifsanakgues, un vide en cette partie de l'installation. Les vapeurs tendent sans
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cesse à remplir ce vide.
La rupture des vapeurs hydrocarburées passant au catalyseur de l'état moléculaire à l'état atomique engendre dans la zone catalysante une chaleur très élevée, qui est absorbée par le catalyseur. Par suite, Inaction du catalyseur est en rapport asc la Vitesse des vapeurs hydrocarburées. En donnant une grande vitesqe aux vapeurs, les conditions de catalysation idéales sont atteintes. uette particularité est très importante car elle permet en partant de la vapeur d'eau,la production de suffisamment d'hydrogène pour hydrogéner tout le carbone à l'état libre et de plus permet d'effectuer les réactions de conversion nécessaires, comme cela a été démontré par la marche de l'opération suivant le procédé qui se fait sans aucun dépôt de charbon.
Une partie de l'eau,des composés organiques oxydables et du soufre qui se combine avec eux tonbent dans la boite de condensation ou à l'extrémité du condenseur. L'hydrocarbure synthétique liquide a un point d'ébullition ini- tial d'approximativement 19 u.
La totalité du liquide condensé est un produit marchand pouvant servir de combustible pour les machines puissantes. uela est particulièrement vrai lorsque la matière première traitée selon le procédé est du pétrole brut ou du charbon liquéfié ou des produits de même ordre. 60 % environ de l'hydro- carbure synthétique condensé aura distillé avec une température finale de 227 , sous forme d'un nouveau combustible pour moteur ne contenant pas de carbone libre et formant une seule série dont les diverses fractions varient seulement en poids spécifique et se mélangeant entre elles.
Il ne produit, comme cela a lieu avec la gazoline, ni oxyde de carbone pendant la combustion, ni
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de dépôt de charbon dans le moteur. des particularités du combustible pour moteur sont un ensemble caractéris- tique de l'hydrocarbure synthétique.
L'hydrocarbure synthétique suivant l'invention est exempt,: de soufre même si la matière première (ou charge) en contient un pourcentage élevé. Dans le procédé, le soufre est libéré dans la zône dcatalyse en étant vapéri- sé par suite de la température élevée, et ne se recombi- be pas avant que la température ne soit tombée audes- sous du point de volatilisation du soufre. Il est alors trop tard pour qu'il se combine avec l'hydrocarbure syn- thétique qui est devenu un produit stable.
Dans le procédé suivant l'invention tout le car- borne libre peut être combiné avec l'hydrogène naissant produit. La preuve que cela est une chose qui ne semble pas avoir été jamais accomplie jusqu'à présent dans la conversion des huiles de pétrole, est le fait que tout l'hydrocarbure synthétique liquide condensa peut être distillé sec, c'est-à-dire sans dépôt de charbon ou de coke. Par exemple, en prenant une huile de pétrole ayant un poids spécifique entre 9 et 35 , le rendement en hy- drocarbure synthétique libre do carbone est invariable- ment supérieur à 100 %.
U'est un fait particulier et significatif que quand l'hydrocarbure formant la matière première ou la charge est de faible poids, et contient une teneur relativement élevée de carbone libre, (comme c'est par exemple le cas pour l'huile mexicaine Panuco), le rendement en hydrocarbone synthétique libre de carbone est plus élevé que dans le cas d'une charge en pétrole de poids lourd. On en conclub que l'effet d'hydrogénation dans le procédé de 1' invention est diamétralement opposé au cracking dans le- quel le charbon libre est enlevé par la chaleur et la
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pression. Le fait que les vapeurs d'hydrocarbure, au cours du traitement, suivant à grande vitesse un trajet . en spirale sans pression a une grande influence sur ledit résultat.
Cela assure une agitation considérable des vapeure pendant qu'elles vont par le serpentin aux zones de chauffage et de catalyse. La haute température de la zône de catalyse y accroit grandement le volume des vapeurs, et ce volume accru doit se déplacer à grando vitesse alors qu'il tend à remplir le vide dû à la contraction en volume des vapeurs quand elles se refroidissent dans l'appareil.
L'application an serpentin de conversion d'une chaleur
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de 7600 u à s ,par exemple, signifie naturellement, qu' une partie de la chaleur est absorbée par les parois du serpentin et que par suite la chaleur de la-vapeur est inférieure à celle appliquée au serpentin. uela ne signifie pas, néanmoins, que seule la chaleur appliquée est employée à dissocier l'eau et à produire l'hydrogène nécessaire.
Comme il a été dit plus haut, une grande énergie calori- fique est produite par le passage de l'hydrocarbure de 1' état.moléculaire à l'état atomique, passage qui atteint son maximum à et dans la, zône de catalyse. uette chaleur est absorbée par le catalyseur et sa température est élevée à un point suffisant pour dissocier l'eau en ses éléments.
Le platine ou un équivalent peut remplir les fonctions de catalyseur mais il est préférable d'employer le corps , indiqué plue haut.
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- f E V E N D T C t T I 0 N 5 AXANT AINSI DECRIT MON INVENTION ET ME RESERVANT D'Y APPORTER TOUS PERFECTIONNEMENTS OU MODIFICATIONS QUI ME PARAITRAIENT NECESSAIRES, JE REVENLIQUE COMME MA PROPRIETE ' EXCLUSIVE ET PRIVATIVE:
1 Procédé pour la préparation d'un produit liquide hydrocarbure synthétique, caractérisé par le fait qu'il consiste à vaporiser une matière première hydrocarburée par échauffement, à conduire, pendant ce traitement calori-
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fique, les vapeurs suivant un chemin en spirale, à vitesse élevée et sans pression, à faire passer les vapeurs avec ladite vitesse élevée à travers une zône de catalyse, à un moment où, par suite du traitement calorifique, l'hydrocarbure atteint l'état atomique,
à faire passBr de la vapeur d'eau dans ladite zône de catalyse en même temps que la vapeur d'hydrocarbure et à produire de la sorte de l'hydrogène libre sous forme naissante, le carbone libre se combinant avec l'hydrogène ainsi formé, à condenser les vapeurs ou à les fixer sous forme de gaz par un traitement calorifique, suivant le produit que l'on désire obtenir.
2- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que l'eau est utilisé en une proportion excédant 9 % en volume de la matière première hydrocarburée.
3- Appareil pour la mise en oeuvre du procédé suivant les revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait qu'une chambre permettant l'expansion des vapeurs cu gaz est disposée en communication avec un serpentin de conversion et un serpentin de fixation placé en dessous du serpentin de conversion, ces deux serpentins étant disposés dans un four, et que ladite chambre communique aussi avec un condenseur ou refroidisseur de gaz, tandis qu'un catalyseur de métal tenu communique avec le serpentin de conversion à son extrémité de sortie, et que des moyens de contrôle sont prévus pour conduire la vapeur venant du serpentin de conversion depuis ladite chambre directement au condenseur ou refroidisseur de gaz, ou depuis ladite chambre au condenseur ou refroidisseur de gaz en passant par le serpentin de fixation.
4- Appareil suivant la revendication 3, caractérisé par le fait que le foyer du four est en forme de spirale.
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Un procédé de préparation d'hydrocarbure liquide synthétique consistant, à. faire agir en présence d'un ca- t.alyseur la vapeur d'eau dissociée sur des vapeurs d'hydrocarbure ; le produit résultant pouvant être condensé pour être employé sous forme liquide ou fixé à l'état gazeux par un traitement calorifique.
Un appareil pour la mise en oeuvre du procédé comprenant essentiellement un serpentin chauffé où passant les vapeurs hydrocarburées et la vapeur d'eau, un catalyseur à la sortie, des dispositifs permettant de condenser directement le produit obtenu pour l'avoir à l'état liquide ou de le faire passer dans un serpentin de fixation chauffé pour l'avoir à l'état gazeux.