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procédé et appareil de cracking des huiles
La présente invention a pour objet un procédé et un appareil perfectionnés pour effectuer le cracking des huiles et elle concerne plus particulièrement les ins- tallations de transformation dans lesquelles l'huile soumise au traitementest transformée pendant qu'elle est dans la phase vapeur et à des températures variant entre 540 et 635 C, en partant de composés à haut point d'ébullition jusqu'aux composés à bas point d'ébullition.
Dans le cracking des huiles dans la phase vapeur, il est de pratique courante de soumettre l'huile tout d'abord à des températures suffisamment élevées pour la vaporiser mais sans la soumettre à un cracking sensible.
L'huile qui reste sous la forme liquide après avoir été
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ainsi chauffée initialement est retirée du système d'appareils, tandis qu'on fait passer les fractions vaporisées de cette huile séparément dans une zone à haute température ou de transformation où ces vapeurs d'huile sont amenées aux températures de cracking et où il est permis aux réactions de transformation de se poursuivre pendant un laps de temps désiré.
Or on 'a cons- taté, dans l'exploitation de ces systèmes d'appareils, que les vapeurs entrant dans la zone de cracking ou de haute température de l'appareil de chauffage contiennent une quantité appréoiable d'huile sous la forme liquider il est possible que cela soit dû à l'entraînement. Quoi- qu'il en soit, cette huile liquide dans la zone de transformation est fortement indésirable pour la raison qu'elle s'accumule sur les parois fortement chauffées des tubes utilisés dans cette zone et y produit un coke ou dépôtde charbon qui gène sérieusementl'échange de cha- leur, entrave le libre passage des vapeurs d'huile à travers les tubes et nuit à de nombreux autres égards au fonctionnement prolongé ou poursuivi des systèmes d'appareils commerciaux de cette nature.
En conséquence, il est important de débarrasser les vapeurs d'huile, avant la transformation, de tout entraî- nement de liquide avant que ces vapeurs soient admises dans les tubes de cracking à haute température et c'est ce but que la présente invention est spécifiquement dirigée sous certains de ses aspects.
L'invention s'étend à un appareil de transformation perfectionné pour le cracking d'huile dans la phase vapeur, qui est établi pour comprendre un ensemble divisé
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par une paroi en pont transversale en compartiments à combustion et à tubes, ce dernier comportant une série de tubes par lesquels passentles vapeurs d'huile pendant qu'elles sont soumises aux températures de décomposition régnant dans l'appareil de transformation et dans lequel
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les ga du loyer, tàpré;;
avoir passe sur ces tubes, nais avant de quitter lYensellble de cet appareil, à des tenpé- ratures rela ,iV(Wlent basses, sont amenés en contact avec une série de tubes relativement plus grands constituant ce que l'on peut appeler une zone de séchage de vapeur, grâce à quoi la chaleur perdue du foyer est utilisée pour . chauffer la vapeur d'huile passantpar cette zone de séchage pour vaporiser son contenu de liquide avant que
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cas vapeurs soient admises dans la i():lO de cracking de lqai);N'"l'E1J¯ du h'3.') , si opma i.. i 0,) .
L'invention est encore caraotérihéf- par un appareil de transformation dallS lequel l'huile est chanffée dans la 1)ha88 vapeur à des températures supérieures à 5400 C et dans lequel on fait passer la chaleur perdue de l'appareil de transformation par un carneau contenant
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plusieurs tubes de val'ü.riR:¯1.tioil, afin. que la chaleur restant dans les gaz de combustion ou de foyer, suivant
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10 passade de ces derniers sur les tubus de transformation et de >éc]j :
,ie, puisse elrM 8CO'OJr1Ír{'lE3Llet et avantageusement utilisée pour vaporiser l'huile liquide distribuée à la niasse de Matière de départ du système d'appareils avant que ces Gaz de foyer perdus soient évacués dans l'atmos- phère, ce qui fait qu'on réalise un vaporisateur etun
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appareil c1( transformation co'91-Jî:iéx, qui présente une grands efficacité et est très Gco[joi,.i (111.(--; en fonctionnement
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et dans lequel les hautes températures développées sont complètement utilisées dans la mise on oeuvre au procédé.
Une autre particularité de l'invention consiste dans un appareil de transformation pour le cracking d'huile dans la phase vapeur aux hautes températures qui comporte une série de tubes disposés et construits (le façon particu- lière et par lesquels on fait passer de l'huile vaporisée qui y est soumise aux températures de cracking, la dispo- sition et la construction des tubes¯, comprenant la sone de transformation,
étant de nature à assurer le chauffage efficace de toutes les parties de la vapeur d'huile aux températures de cracking et le maintien des vapeurs à ces températures pendant des laps de temps désirés dans le but d'assurer à la vapeur d'huile qu'on fait passer par la zone de transformation une proportion maxima de transformation et d'obtenir un rendement élevé du produit final désiré avec formation minima de gas fixes et autres composés indésirables.
La construction de l'appareil de transformation esttelle due la vapeur d'huile est rapidement amenée à une température de cracking désirée lorsqu'elle est tout d'abord introduite dans la zone de transformation,
et des moyens sont prévus pour main- tenir de grandes vitesses pendant le passage des vapeurs d'huile par les tubes absorbeu.rs dechaleur initiaux dans lesquels il est désirable d'avoir une grande admis- sion de chaleur. L'invention consiste en outre à établir la zone de transformation avec des tubes à section plus grande par lesquels on faitpasser l'huile vaporisée après qu'elle a atteint une température de cracking /désirée et dans lesquels le tracé des tubes plus grands
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est de nature à permettre des vitesses de vapeur infé- rieures
à travers ces tubes;, ainsi qu'un chauffage uniforme do toute la quantité de la vapeur d'huile, pour obtenir la commande désirée des réactions de transfor-
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iilatioyi ¯
La description qui suit et les dessins annexés permettront de mieux comprendre les détails de l'invention.
Fig.1 est une vue schématique des courants, repré- sentantle système de cracking d'huile dans la phase vapeur de la présente invention.
Fig.2 est une coupe verticale à plus grande échelle de l'appareil de transformation et des éléments y associés.
Fig.3 est une coupe transversale suivant la ligne 3 - 3 de la fig.2.
Fig.4 est une vue de détail à plus grande échelle
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de 1'e.rrëteur.
Fig.5 est une coupe verticalesuivant la ligne 5 - 5 de la fig.2.
1 désigne un réservoir qui fournit l'huile devant être traitée, Le fonctionnement de l'installation est tel que cette huile ou matière de départ contenue dans le réservoir 1 peut être de l'huile brute, de l'huile brute dont los plus légères fractions ont été retirées, du kérosène., des huiles de gaz ou "gas oil" "fuel oil" ou divers composés de ces fractions. En fait la nature de la matière de départ n'a que ,)ou ou même pas d'effet sur le fonctionnement pratique du système ou les caractéristiques du produit final désiré obtenu dans cette installation.
Conne représenté dans le schéma de la marche des
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courants de la fî-e.1, l'huile sort <;:i; réservoir 1 par une canalisation 2 et est refoulée dans cette canalisation par une pompe e 3 jusqu'à un arreteur 1!. transformation 4, qui est disposé immédiatement à ,nro::
i.ié de l'appareil de transformation 5. L'huila relativement froide formant la matière de départ entre sous près.''.ion dans l'arrêteur au moyen d'un ajustage 6 et vient en contact direct intime avec les vapeurs fortement chauffées, qui sont habituel- lement à une température de plus de quand elles quittent l'appareil de transformation. Cette opération a pour résultat un échange thermique avantageux :
Tout d'abord, la température des vapeurs crackées quittant l'appareil de transformation est brusquement et presque instantanément réduite en partant d'une température de transformation très réactive de plus de 540 C à une température de non transformation qui n'est pas sensiblement supérieure à 320 C. On a constaté., dans l'exploitation pratique de systèmes de ce genre, qu'en assurant cette vive et brusque chute de la rature des vapeurs sortant de
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l'appareil de transformation il n 'fa< î produit que peu ou pas de dépôt de carbone et que le système est capable de fonctionner pendant des laDs de temps 'Dl'ol#1!J:
és, souiienus, sans bouchage des passages et conduits à vapeurs par le carbone qui ge dépose. ìi s ?.<i t ; , l'échange thermique qui a lieu dans 1'arreteur produit une élévation de la tempé- rature de la raatière de départ ou huile qui amène cette dernière à une température suiìss,1.5.<ent élevée pour vaporiser ses fractionslégères quisont retirées de
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l'appareil de transformation ensemble avec les fractions cra,ckées" comme huiles de l'ordre de point d'ébullition désiré.
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En partant de l'arrêteur 4, les huiles et vapeurs d'huile passent, par une canalisation 7, dansle fond d'une tour fractionneuse 8 de construction courante, dans la quelle les huiles vaporisées s'élèvent et les huiles liquides, qui ne sont pas vaporisables aux tem- pératures (le fractionnement se rassemblent sous forme de liquides, ensemble avec le produit de condensation qui est formée dans le fond 9 de la tour fraction@euse qui sert de réservoir à huile chaude.
La gamme des points d'ébullition des huiles vaporisées quittant la tour fractionneuse par la cana- lisation supérieure 10 est réglée par un serpentin de reflux 11 placé dans la partie supérieure de la tour 8,
De préférence, de l'eau esttirée d'un réservoir 12 et est envoyée par une canalisation 13 à ce serpentin de reflux au Moyen d'une pompe 14. Après avoir passé par le serpentin 11, la vapeur d'eau ou la vapeur et l'eau, sont conduits par une canalisation 15 à un séparateur d'eau et de vapeur 16. L'eau est retirée de ce sépara- teur au moyen d'une canalisation 17 et est ramenée au réservoir 12.
La vapeur sort du séparateur 16 par une canalisation 18 et peut être retirée au moyen d'une canalisation 19, commandée par un robinet, pour faire fonctionner les diverses pompes utilisées dans ce procédém La canalisation 18 est prolongée également jusqu'à un serpentin de sur chauffage 20, disposé dans la chambre à tubes 21 de l'appareil de traiisforriiatioii, dans laquelle il est donné un traitement thermique supplémentaire à la vapeur, qui peut être introduite en quantités réglées, n'excédant pas 3% en poids, dans
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l'huile vaporisée arrivant à la zone de l'appareil de transformation.
Les vapeurs d'huile qui s'échappent par la. canalisation 10 placée au-dessus de la tour fraction- neuse sont condensées, en 22 par exemple, et amenées à un déflegmateur 23, qui effectue la séparation des gaz fixes,de 'la vapeur et du produit final désiré, qui est un combustible distillé utilisable pour les moteurs. Les gaz fixes sont retirés au moyen d'une canalisation 24 et menés à des compresseurs au moyen (lesquels une certaine proportion des gaz fixes peut 'être transformée en un combustible liquide pour moteurs. L'huile est déchargée dans un réservoir collecteur 26, sous forme de combustible distillé pour moteur, et l'eau est retirée par une canalisation 25.
L'huile à remettre dans le circuit et l'huile de départ sont retirées du fond de la tour fractionneuse par la canalisation 26 et refoulées par une pompe à huile chaude 27 dans une canalisation 28, puis elles sont distribuées sous forme liquide à une rangée de tubes vaporisateurs 29 disposés dans un carneau hori- zontal 30 formé par la paroi de l'appareil de transfor- mation 5.
Dans le fonctionnement (le l'arrêteur 4, il est nécessaire, afin d'assurer la chute brusque et soudaine de température des vapeurs de l'appareil de transformation, d'utiliser une quantité d'huile liquide venant du réservoir 1 qui est supérieure à celle néces- saire pour satisfaire au besoin de remplacement de coin- bustible de l'installation. En conséquence, une quantité en excès d'huile liquide s'accumule dans le réservoir à huile chaude formé dans le fond le la tour fractionneuse
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8.
Au moyen de régulateurs d'écoulement (non représentés), cette huile en excès est détournée par la canalisation 28' et est ramenée au réservoir 1 et c'est seulement la quantité d'huile qui est nécessaire pour assurer le fonc- tionnement suivi de l'installation qui est refoulée par la canalisation 28 au serpentin vaporisateur 29.
Le serpentin 29 est disposé de façon à être chauffé par les gaz perdus du foyer quittant l'appareil de trans- formation., afin que l'installation puisse utiliser effica- cement la chaleur développée dans l'appareil de transfor- mation et pour permettre d'autres économies.
L'huile est refoulée par le serpentin 29 et est portée à une température de vaporisation qui peut être de l'ordre de 340 à 370 C, bien que cette température soit Sujette à variation,, Cependant;, dans tous les cas, la température de l'huile qui sort du serpentin 29 est telle qu'il ne peut pas se produire de cracking, appréciable de l'huila la fonction principale du serpentin 29 étant de vaporiser la partie de la matière à traiter qui peut être traitée utilement et de laisser sous la forme liquide la partie restante qui ne se vaporise pas sans décomposi- tion moléculaire,
L'huile qui sort du serpentin 29 est menée au moyen d'une canalisation 31 au fond d'un évaporateur 32 dans lequel il se produit une séparation de la fraction vapo- risée désirée de l'huile liquide non désirée.
Cette dernière fraction est retirée du fond de l'évaporateur au moyen d'une canalisation 33, elle est condensée par exemple en 34)distribuée à un réservoir 35 comme huile combustible. La fraction vaporisée passe ensuite par le
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séparateur de liquide 36 pour retirer mécaniquement le liquide entraîné; on la fait passer ensuite par une canalisation 37 pour la faire circuler en série dans un groupe de tubes de séchage 38 de plus grand diamètre disposés dans la chambre à tubes 21 de l'appareil de transformation'5, puis de ces tubes de séchage les vapeurs sont conduites à des tubes de transformation.
Dans les tubes de séchage 38, une surchauffe de 20 à 30 C environ est donnée aux vapeurs, ce qui suffit à retirer le brouillard blanc qui accompagne habituellement tout courant de vapeurs d'huile do gaz ou gas oil. Ces particules de brouillard sont en réalité de toutes petites gouttes d'huile liquide et, à moins qu'elles soient retirées, elles sont aptes à causer certaines difficultés en ce qui concerne le dépôt de carbone sur les parois des tubes de l'appareil de transformation.
Tout carbone qui peut être formé dans les tubes de séchage 38 peut être rationnellement retiré du système, étant donné que ces derniers tubes possèdent une grande section qui permet de racler ou de retirer autrement avec facilité le carbone accumulé. De la vapeur d'eau peut être ajoutée aux vapeurs soit dans l'évaporateur 32, soit comme représenté, dans la canalisation 39 qui mène des tubes 38 à un collecteur de vapeur 40 disposé à l'extérieur de l'appareil de transformation.
Une série de tuyaux 41 munis de robinets de commande 42 part du collecteur /la; ces tuyaux 41 sont reliera, une série 'de tubes horizon eaux parallèles 43 disposés dans l'appareil transformateur 5 et supportés par les parois de celui-ci,
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Comme représenté, l'appareil de transformation présente une construction de parois qui comprend une cloison en pont transversale 44 qui est placée de façon à diviser l'appareil de transformation intérieurement en chambre à combustion 45 et chambre à tubes 21. Des brûleurs ou autres appareils de combustion 46 sont disposés dans les parties supérieure et inférieure de la chambre de combustion 45 pour développer des tempé- ratures de foyer nécessaires pour chauffer les vapeurs d'huile passant par les tubes 43 à des températures de transformation supérieures à 540 C.
Les chambres 45 et 21 communiquent au-dessus de la partie supérieure de la cloison à pont 44, de sorte qu'en général les gaz chauds du foyer s'élèvent dans la chambre 45 et des- cendent dans la chambre 21. Les gaz sont ensuite diri- gés à travers le carneau 30 où ils viennent en contact avec le serpentin 29 après quoi les gaz usés ou viciés sont évacuésà la cheminée verticale 47. Si on le désire., des brûleurs supplémentaires 46' peuvent être disposés près de l'entrée du carneau 30 dans le fond du compartiment à tubes 21 dans le but d'assurer un réglage plus précis de la température de foyer désirée.
Les tubes 43 sont, de préférence, munis de noyaux longitudinaux 48 contenant de l'oxyde de fer et ces noyaux sont placés axialement dans les tubes 43 afin de former des passes annulaires entre les parois extérieures des noyaux 48 et les parois intérieures des tubes 43.
Les vapeurs d'huile passent à grande vitesse par ces passades et, étant donné que les
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tubes 43 sont disposés dans la zone à haute température du four, l'échange thermique se fait , unegrande vitesse de sorte que les vapeurs d'huile sont rapidement portées de leurs températures de vaporisation, aux températures de transformation supérieures à 540 C d'une manière à peu près instantanée.
L'un des buts essentiels de la présente invention est d'empêcher, le surohauffage des vapeurs pendant le cracking, de même qu'un chauffage insuffisant de ces vapeurs. Pour obtenir l'élévation rapide désirée de température des vapeurs on fait usage, de la rangée de tubes parallèles horizontaux 43, par lesquels les vapeurs passent en ordre de courants multiples. Cependant, dans la construction ordinaire de fours, il est difficile d'appliquer pratique- ment des températures de fours uniformes à chacun des tubes qui composent la rangée 43. Par exemple, les tubes se trouvant près du foyer peuvent recevoir plus de chaleur que ceux qui sont au centre du four et vice-versa suivant les particularités de la construction du four.
En raison de cette condition d'ordre pratique, les vapeurs quittant les tubes 43 peuvent avoir différentes températures et, si cette condition persistait sur toute la longueur de la zone de transformation, une certaine partie de la vapeur d'huile serait surchauffée ou surcrackée avec forte production de gaz fixe ,et faible production du produit final désiré. Dans d'autres cas, où les vapeurs seraient souscraokées, il serait formé une quantité excessive de matière à remettre dans le circuit.
Ces conditions peuvent être corrigées dans une certaine mesure en utilisant des robinets 42 montés dans les entrées des tubes 43 et eu utilisant des dispositif-senregistreurs de température
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afin que lecourant de la vapeur d'huile dans chacun des tubes 43 puisse être réglé avec soit; pour obtenir des températures sensiblement uniformes aux sorties des
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tubes L130 Cepenc1.al\ t, on a trouve préférable de corriger cette condition m utilisant une rainée le tubes de oracking 49 de plu.s grandes dimensions.
Les tubes de la rangée 49 présentent une section sensiblement plus grande que Ion tubes 4: et jont r'liés entre eux c1n façon que les vapeurs d'huile passât par ces tubes 49 en fierté. ainsi, la,
vapeur d'huile sortant des tubes 43 est confinée dans un collecteur 50 etelle est distribuée sous forme d'un corps confiné pour passer d'une façon uniforme relativement lente par les tubes 49 à plus grande section.
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Les températures de <9 ± ou .,fi entourant les tubes 49 sont ap- p"0p:C'ie8 pour fournir l'huile avec une chaleur supplénen- taire suffisante pour CO' ly ;il;iPr' la perte de chaleur due à la nature endotherrnoue fi;; la réaction de cracking. iiii j s 1 , le système est équilibré de façon qu'après que la vaneur d'buile a atteint une terqnjrature de transfor- mation désirée, qui peut être d<e l'ordre de 580 ' 0, dans les tubes 43,
cette température soit maintenue sen- siblement constante par l'emploi des tubes de réglage de plus grande section 49 et la vitesse du passage de la vapeur par les tubes 49 est appropriée pour assurer l'é- lément temps nécessaire et effectuer la mesure désirée de transformation. Par les courants parallèles dans les tubes 49, on assure un chauffage uniforme des vapeurs, de sorte que toutes les parties de la vapeur d'huile sont soumises à des températures de cracking uniformes dans le but express d'éviter le chauffage inégal de ces
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parties oo'utme indiqué ci-dessus.
L() tubes 49 ne contiennent de préférence pas de noyaux. Les vapeurs crackées quittant les tubes 49 passent par la canal,5.- sation 51 dans l'arrêteur 4, danslequel la, température
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des vapeurs est netteinent réduite, ,COT,T1G indique'.ci- d.essus, et les- vapeurs, sont ensiij,1;:> concl.ui.tns , la tour fraotionneuse 8 et soumises à l'opération de séparation ]?récéael'1l!lOllt décrite.
Les tubes bzz sont de préférence en un métal résistant à la clialeur, tel qu'un alliage de 01r0111e, afin de résister aux l,C:::1V ératures sévères du four dans lequel ils sont places sans être détruits prématurément.. Les autres tubes montés dans l'appareil
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de tNI.llsfor11latiol1 peuvent être en un acier doux.
Par ce qui précède on voit que la présente invention crée un système à phase vapeur pour le
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cracking d'huile hyurocar11'l1J:ée, dans lequel l'huile est tout d'abord vaporisée en 18, chauffant a des 9 e ri() ratures auxquelles il ne se proël'li";
pas de crockiiig, puis est ensuite soumise a des opérations de séparation pour en retirer son contenu liquide. De plus, les vapeurs sont préalablement chauffons dans l'appareil de transformation pour les réduire à un état tout à fait sec avant que ces vapeurs sèches soient introduites dans la zone de transformation ou zone de oracking à haute température.
Dans la partie initiale de la none de cracking, formée par les tubes parallèles 43, les
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vapeurs sont rapideuent portées a une 'teiij;éi?ai;1.>?e de cracking désirée et, lorsque cette température a été atteinte, les divers courants de vapeur d'huile passant par les tubes 43 sont réunis en un courant unique commun
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et on les fait passer en série par les tubes 49 de réglage dans le temps qui présente une plus grande section. La construction de l'appareil de transformation
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est de nature à peruetcre l'utilisation co1li:
lùte des gaz de four a haute tenperature développés dans cet appareil, tout (Pal)oI'd en utilisant des ga de four pour chauffer les tubes l1u transformation puis pour chauffer les tubes d'j séchage 38 et 138 tubes de surohauffage de vapeur 20 et enfin ':il utilisant la chaleur restante de ces gaz de four pour chauffer l'huile passant par la rangée de tubes de vaporisation 29 disposés à l'extérieur de l'appareil de transformation. La chaleur développée est en outre utilisée par la disposition CILS serpentin de reflux 11
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dans la tour î1-éi,ctioii.,>use 8 dans le but de produire slzffi.sar:l :lll;
de va,peur d'eau pour cOJ,1Jaandep les diverses poupes de l'installation et pour satisfaire aux autres besoinson vapeur de l'exploitation.. Ces particularités
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collectives établissent un système de craoking a phase valeur caractérisé premièrement par un haut degré de rendenent de lYes3r;jIGl ou 170ruOS;,I.O.' il, î10(:î7,7' à tencratur".
Légale de vaporisation i¯v tc'2'aie deuxiëue- ) [(nt Lw' 1' faible nesure d: production de gaz fixe, tl'07¯51:.'1(:i'1(,'ilt par la production <1,'uii<: huile combustible de grande qualité oui est recueillie cl.alf3 le réservoir 35. ji¯ia .t :> 1¯ 4, 1<;: : 1 e .n par la disposition d'un appareil d. trans.for lfl.i;i U't; dans lequel la chaleur développée est J...18 '" f" 0"). 1 sans perte et cinquièmement par la création d'un sjstùi:: tl, phase vapeur dans lequel IVèJ,(1C1iilIÙ:J-Lioli. de carbone ;S Jl;d.."t;(;il1J.e a un minimun de ,ji.i;, qu.'on l!')11.t faire fonctionner ce S'üÎ(,11 ! pcnd'vnt
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des périodes de t.m'1.l)s prolongées :3;' :CU nécessiter des arrêts pour retirer le carbone ou peur d'autres raisons telles que réparations. hiécaniques. 1e produit de dis- tillatioll 00??Si;i¯uC1'?tt;
un cO'iIl1msti"/;J() pour moteur qui se rasserable dans le réservoir 36 possède une grande proportion due composés non Srl.ti.î,'t'E'.7 r1''i fout qu'il est admirablement approprie pour 3tre utilisé cornue com1ms- tible a, moteur ne produisant pas de CC4'tl:e'';2C:.; tS ou détonations lorsqu'il est 'a1.'.lé cotuue combustible dans les cylindres d'un moteur à c o iù> 1.i s 'i 1 ou interne.
RZVL1fDICXilcrS lu- Un procède de czacltiT lu.s ,'w.les d:1llG la phase vapeur consistant à les soumettre à une tempe- rature à laquelle elles sont vaporisées et à transfor- mer les vapeurs à l'état sec en vapeur d'huile à point d'ébullition plus élevé en devant la température
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des vapeurs dans une zone de ti?<ini forii àlioii à une température supérieure à 540 C.