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La présente invention est relative à un procède et ---un appareil. perfectionné pour la conversion d'huiles minérales à haute température et à pression supra-atmosphérique et donnant un rendement .maximum en distillats légers, tels que des combustibles pour moteurs à pouvoir anti-détonant élevé.
Suivant l'un des caractères de l'invention, on enlè- ve les produits de conversion résiduaires liquides de la zône de
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réaction à haute pression de l'installation de conversion, et on les réduit en coke dans une zône de cokéfaction à pression rédui- te. Pendant le passage du liquide résiduaire de la zone de réac- tion à haute pression à la zone de cokéfaction à pression réduite, on le fait passer à grande vitesse à travers un serpentin de chauffage où il est chauffé à une température suffisante pour
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atre réduit en coke.
Ainsi, la cokéfaction dans le seroeucin de chauffage à la température de cokéfaction se trouve empêchée par la grande vitesse du courant de liquide résiduaire à travers le serpentin et on oblige la cokéfaction à se procuire dans la.
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zone de cokéfaction à pression réduite.
On a évité jusqu'à ce jour les opérations du genre pro- posé par la demanderesse dans lesquelles le liquide résiduaire est chauffé à la température de cokéfaction dans un serpentin de chauffage tubulaire à une vitesse suffisante pour empêcher le dépôt de coke dans le serpentin de chauffage et est ensuite intro duit dans une chambre de cokéfaction non chauffée dans laquelle la. cokéfaction a lieu, en raison des difficultés de cokéfaction rencontrées ordinairement lorsque des huiles lourdes ayant une forte tendance à la formation de brai, sont chauffées à haute tem- pérature dans un serpentin de chauffage.
Cependant on a trouvé conformément a la présente invention que lorsqu'on réalise des vi- tesses élevées et de forts taux de chauffage dans le serpentin de chauffage, il estpossible de chauffer l'huile à la température de cokéfaction désirée sans la laisser assez longtemps à la tem- pérature de conversion dans le serpentin de chauffage pour que le dépôtde coke dans le serpentin de chauffage soit possible.
Les nombreux avantages du présent procédé ont été véri- fiés par des opérations faites sur une échelle commerciale dans lesquelles tout en maintenant une grande vitesse et des taux de chauffage élevés du serpentin de chauffage du liquide résiduaire, on chauffait le liquide résiduaire à une température de sortie du serpentin de chauffage de 485 C à 510 C, en le maintenant à haute température dans le serpentin de chauffage, dans la plupart des Cas pendant moins de deux minutes, et de préférence moins de une minute,
et d'une manière générale pendant une durée telle que des dépôts nuisibles de coke dans le serpentin ce chauffage ne puissent pas se produire.
Le procéoé perfectionné conforme à 1% présente invention évite l'accumulation de résidus dans la zone de réaction à haute pression, en empêchant ainsi une conversion excessive et la formas tion résultante de coke dans la zone de réaction à haute pression.
L'utilisation d'une pression réduite dans la zone de cokéfaction
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proprement dite facilite également dans une forte mesure l'emploi de chambres de cokéfaction fonctionnant alternativement, de sorte qu'un espace illimité peut être disponible pour le dépôt de coke, et que la durée du cracking peut être augmentée considérablement.
Suivant un mode de réalisation de la présente invention, on retire. du liquide résiduaire de la chambre de réaction à hau- te pression d'une installation de cracking, et on le fait passer par un serpentin de chauffage, où il est soumis à un fort chauf- fage pendant un temps relativement court, insuffisant pour pro- duire une cokéfaction nuisible dans le serpentin de chauffage.
Il est ensuite introduit dans une zone de cokéfaction fonction- nant à pression sensiblement réduite par rapport à celle employée dans la,zône de réaction. L'huile résiduaire est de préférence a 510 C t'l' chauffée à une température de l'ordre de 485 C et l'on utilise de préférence une pression de une à deux atmosphères dans la zone de cokéfaction.
Suivant un autre mode de réalisation de l'invention les produits de conversion, aussi bien ceux à 1'état de vapeur que les produits résiduaires liquides, sont retirés ensemble de la chambre de réaction à haute pression de 1'installation de cracking et les vapeurs et le liquide résiduaire mélangés sont soumis à un chauffage complémentaire dans un serpentin de chauf- fage, pour être ensuite introduits dans une zône de cokéfaction à pression réduite. Dans ce cas, une période de chauffage un peu plus longue ou une température ou une pression un peu plus élevée que dans le cas où le résidu est soumis seul au chauffage comolé- mentaire ou une combinaison de ces modifications du traitement, peuvent être utilisées, entre certaines limites, pendant ce chauf- :Cage complémentaire du résidu.
En raison de la possibilité d'un traitement plus complet du résidu, il est possible de produire du coke de volatilité inférieure, et d'obtenir des rendements quelque peu plus élevés en produits liquides ainsi qu'une quantité quelque peu plus faible de coke.
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Le dessin schématique ci-j oint montre une forme particu- lière d'exécution d'un appareil pour la réalisation de l'invention.
L'approvisionnement en huile brute pour charger l'instal-
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latin J'lut se faire par la coouuite 1, la vanne 2 et 1z pompe 3, d'où l'huile passe par la conduite 4 soit dans la conduite 5, la
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vanne 3 et la, conduite 7 et de là directement dans le serpentin de chauffage 8, Hoit par la conduite 9 et la vanne 10 dans liait- pareil de fractionnement 11, soit dans la conduite 21 et la, van- ne 22 ci!; de 1à dans l'appareil ce fl'actionoenent 13; ou encore l'huile brute peut être envoyée c'ans l'installation par une com- binaison des WOS9DB écrits, ou bien elle peut y être envoyée 00 uoute autre i.ni:re connue.
Le serpentin de chauffage 3 est logé dans un four 14 ayant une forme îJ"'r<.iiLb1i quelconque, [r;3,Ce auquel l'huile envoyée au serpentin de chauffage est soumise à la tempéra-ture de conver- sion, de préférence ;ne pression sensiblement au-dessus de la pression atmosphérique, l'huile chauffée étant évacuéedu ser- pentin de chauffage 8 par la conduite 15 et la vanne 16 dans la chambre de réaction 17.
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La chambre 17 est én-alement maintenue de préférence à une pression sensiblement au-dessus de la pression atmosphérique et est de préférence fortement isolée, ou bien elle peut être chauffée par l'extérieur, si on le désire, (quoique les moyens d'isolement ou de chauffage ne soient pas représentés aux dessins) afin d'empêcher une perte excessive de chaleur par radiation à travers les parois de la chambre de réaction, de aorte que la conversion de l'huile introduite dans cette zône du serpentin de chauffage 8,'et plus particulièrement celle de ses composants à l'état de vapeur, puisse continuer dans la chambre de réaction.
On -peut permettre la séparation à peu près complète des produits de conversion à l'état de vapeur et des produits de
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conversion résiduaires liquides dans la chambre 17, et dans ce cas les vapeurs peuvent être retirées de cette zône par la con- duite 18 et la. vanne 19 pour être soumises au fractionnement dans l'appareil de fractionnement 11, tandis que le liquide résiduaire est évacué séparément par la conduite 20 ou bien, si on le désire, les produits de conversion aussi bien ceux l'état de vapeur que les produits résiduaires liquides, peuvent être évacués à l'état de mélange par la conduite 20.
Il est également du domaine de la présente invention de séparer partiellement les produits à l'état de vapeur et les produits liquides dans la chambre 17, de retirer le liquide résiduaire et une partie des produits à l'état de va.- peur par la conduite 20, et o'enlever séparément le restant des vapeurs par la conduite 18.
Le liquide résiduaire retiré de la chambre 17 par la conduite 20 peut passer par la vanne 33 dans la pompe 26 qui l'en- voie par la conduite 27 et la soupape 28 dans le serpentin de chauffage 34, ou bien lorsqu'une pression supérieure à celle em- ployée dans la chambre 15 n'est pas nécessaire dans le serpentin de chauffage 34, la pompe 26 peut être mise en dérivation par des moyens bien connus en eux-mêmes, et non représentés aux dessins.
L'huile résiduaire envoyée au serpentin de chauffage 54 y est sou- mise à un chauffage complémentaire rapide pendant un temps rela- tivement court au moyen de la chaleur fournie par un four 35 de toute forme convenable. L'huile résiduaire chauffée sort du ser- pentin de chauffage 34 par la conduite 36 pour être envoyée à la chambre de cokéfaction 32 par la conduite 30 et la vanne 31 ou à la chambre de cokéfaction 32' par la conduite 30' et la vanne 31', au à le,, fois aux deux chambres.
Lorsque la totalité ou une partie des produits de con- version, a quitté la chambre 17 par la conduite 20 avec le liquide résiduaire, le mélange de vapeurs et de liquide résiduaire peut être soumis à un chauffage complémentaire dans le serpentin de chauffage 34, et de là, être introduit dans la zône de cokéfaction à pression réduite, comme il a déjà été décrit pour le liquide
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résiduaire seul.
Les chambres de cokéfaction 32 et 32' août des zônes similaires, fonctionnant de préférence à une pression sensible- ment réduite par rapport à celle employée dans la chambre 17, où le liquide résiduaire introduit dans la chambre 17 est réduit à l'état de coke. Il est entendu qu'une, ou un nombre quelconque, de telles chambres de cokéfaction peuvent être employées, deux chambres ou aavantage étant employées de préférence, de sorte que l'une des chambres, précédemment remplie de coke, peut être nettoyée et préparée pour un fonctionnement ultérieur pendant que la cokéfaction se produit dans l'autre. Les chambres 32 et 32' comportent chacune une conduite de vida.nge 43 et 43' comman- dées par les vannes correspondantes 44 et 44'.
Ces conduites peu- vent également servir à l'introduction de vapeur d'eau ou d'un. autre agent de refroidissement dans la chambre après la fin de l'opération afin d'accélérer le refroidissement de la chambre et lui permettre à'être nettoyée.
On enlève les produits à l'état de vapeur de la cham- bre 32 par le, conduite 43 et la vanne 46, et de la chambre 32' par la conduite 45' et la vanne 46' et or. peut alors les diriger par la conduite 47 et la vanne 48 pour être soumis au fraction- nement dana l'appareil de fractionnement 15 ou bien par la con- duite 49 branchée sur la conduite 47, la soupape 50 et la condui- te 18 pour être soumis au fractionnement dans l'appareil de frac- tionnement 11, avec les vapeurs pouvant provenir de la chambre 17, fournies à cette zône cornue il a été déjà décrit.
Dans le cas où un fractionnementsépare des vapeurs de la zône de cokéfaction est effectué dans l'appareil de fractionne- ment 13, leurs composants lourds qui doivent être convertis davan- tage et qui sont condensés par le dit fractionnement, se rassem- blent dans la, partie inférieure de l'appareil de fractionnement 15 avec l'huile brute d'approvisionnement qui peut être fournie à cette zône par la conduite 21 et la soupape 22, comme il a été
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déjà décrit.
Le condensat de reflux de l'appareil de fractionne- ment 13 mélange ou non à de l'huile brute pré-chauffée, suivant le cas, est retiré par la conduite 51 et la vanne 52 pour parve- nir à la pompe 53 d'où elle sort par la conduite 54 pour se.ren- dre soit par la valve 55 et la conduite 7, directement dans le serpentin de chauffage 8 pour être convertie davantage, soit par la vanne 24, et la conduite 23, dans l'appareil de fractionne- ment Il.
Les produits à l'état de valeur, ayant le point d'ébullition final désiré, sont retirés de la partie supérieure de l'appareil de fractionnement 13 par la conduite 57 et la van- ne 58 et sont soumis à la condensation et au refroidissement dans le condenseur 59, d'où le distillat résultant et le gaz sont retirés par la conduite 60 et la vanne 61 pour être recueillis dans le récipient 52. Le gaz non-condensable peut être évacué du récipient 62 par la conduite 63 et la vanne 64. Le distillat peut être retiré de cette zone par la conduite 65 et la vanne 66.
Les produits à l'état de vapeur fournis à l'appareil de fractionnement 11, comprenant soit des vapeurs de la chambre de réaction 17, soit des vapeurs de la zône de cokéfaction, soit les deux, sont soumis au fractionnement dans cette zone, d'où il résulte que leurs composés lourds insuffisamment convertis sont condensés comme condensat de reflux et se rassemblent dans la partie inférieure de l'appareil de fractionnement, avec l'huile brute ou le condensat de reflux mélangé ou non à l'huile brute, qui a pu passer de l'appareil de fractionnement 13 dans cette zône, comme il a été déjà décrit.
Le condensat de reflux ou le mélange de condensats de reflux contenant le cas échéant de l'huile brute, suivant le cas, est retiré à la partie inférieure de l'appareil de fractionnement 11 par la conauite 67 et la vanne 68 pour se rendre à la pompe 69 qui l'envoie par la concuite 70 et la vanne 71 dans la conduite 7 et ce là dans le serpentin de chauffage 8, pour être converti davantage.
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Les procuits à l'état de vapeur ayant le point d'ébulli- tion final désire sont retirés à la partie supérieure de l'appa- reil de fractionnement 11 par la conduite 72 et la vanne 73, sont soumis à la condensation et au refroidissement dans le condenseur 74 d'où le distillât et les gaz résultants sont retirés paui% 1a conduite 75 et la vanne 76 pour être recueillis dans le collec- teur 77. Le gaz non condensable peut être évacué hors du collec- teur 77 par la conduite 78 et la vanne 79. Le distillât peut être retiré de cette zone en passant par la conduite 80 et la vanne 81.
Si on le désire, une partie du distillât qui se rassemble dans le collecteur 77 peut être remise en circulation, par des moyens non représentés bien connus en eux-mêmes, vers la partie supérieu- re de l'appareil de fractionnement 11 ou vers la partie supérieure de l'appareil de fractionnement 13, ou en partie vers les deux zônes de fractionnement, pour favoriser le fractionnement et main- tenir les vapeurs à la température désirée à la sortie de ces zones. Cet artifice s'applique également à l'utilisation du dis- tillat du collecteur 62, lorsqu'il est recueilli séparément, quoique les moyens pour faire revenir l'un de ces produits aux zones de fractionnement ne sont pas représentés aux dessins.
Les conditions de conversion maxima appliquées dans le serpentin de chauffage auquel sont fournis l'huile brute prove- nant de l'approvisionnement et les condensats de reflux, peuvent comporter une gamme de températures allant par exemple de 470 à 525 C avec une pression supra-atmosphérique mesurée à la sortie du serpentin de chauffage, de 7 à 35 atmosphères, ou davantage.
Une pression supra-atmosphérique du même ordre peut être utilisée dans la chambre de réaction et peut être à peu près équilibrée ou réûuite dans les éléments suivants de l'installation de cracking servant à fractionner, à condenser et à recueillir les produits.
La chambre de cokéfaction fonctionne de préférence à une pression sensiblement réduite par rapport à celle employée dans la chambre de réaction, dont la valeur est comprise par exemple entre'envi ron 7 atmosphères et à peu près la pression atmosphérique. L'huile
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résiduaire provenant de la chambre de réaction peut être soumise lorsqu'elle est chauffée seule, avant son introduction dans la zone de cokéfaction à une température de par exemple 4840 à 510C, à une pression dont la valeur est comprise entre une valeur à peu près égale à la -pression atmosphérique et 14 atmosphères, ou davan- tage.
Lorsque l'on chauffe ensemble un mélange de produits à l'é- tat de vapeur et de substances résiduaires provenant de la chambre de réaction, avant leur introduction dans la zône de cokéfaction, ils peuvent être soumis à une température comprise par exemple en- tre 485 et 540 C, de préférence à une pression comprise entre 7 et 20 atmosphères ou davantage, quoique des pressions plus bas- ses, allant jusqu'à la pression atmosphérique, puissent être uti- lisées lorsque l'emploi âe ces pressions plus basses ne produit pas de dépôt de coke dans le serpentin 34.
En général on fait fonc- tionner le serpentin 34 iL une pression supra-atmosphérique suffi- samment élevée, qui, en raison de la grande vitesse utilisée dans le serpentin de chauffage, empêchera à peu près complètement la formation ou le dépôt de coke dans cette zône.
A titre d'exemple particulier du fonctionnement du procédé suivant la présente invention tel qu'il peut être réalisé dans un appareil tel que représenté et décrit ci-dessus, l'huile brute servant au chargement de l'installation peut comprendre une huile à base de paraffine ayant un poids spécifique de 0,910.
Cette substance peut être soumise, avec le condensat de reflux de l'installation à une température d'environ 4820 C à une pression .d'approximativement 20 atmosphères. On peut maintenir à peu près cette même pression dans la chambre de réaction où les produits à l'état de vapeur et les produits résiduaires liquides se sépa- rent.
Le liquide résiduaire peut être retiré à la partie inférieu- re de la chambre de réaction à peu près aussi rapidement qu'il s'y accumule, et peut passer par un serpentin de chauffage dis- tinct, où il peut être chauffé rapidement à une température de sortie d'environ 490 C sous une pression d'environ 15 atmosphè- res, pour être introduit dans une chambre de cokéfaction fonction- @
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nant à une pression d'environ 2 atmosphères. Les produits à l'état de vapeur de l'installation peuvent être soumis au fractionnement et les condensats de reflux qui en résultent peuvent être ramenés au serpentin de chauffage du système de cracking pour être conver- tis davantage.
L'exécution pratique du procède, dans des conditions sensiblement identiques à celles définies ci-dessus a produit en moyenne en se rapportant au poids d'huile chargé'e dans l'appareil, environ 59% de distillat léger qui donne après nouvelle distilla- tion environ 40 ;.. de combustible pour moteur à point d'ébullition final de 205 0 rapportes au poids d'huile craquée. Les autres produits de l'installation rapportée au poids d'huile traité.e, comprennent environ lE)1 de coke ayant une teneur en matières vo- latiles d'environ 13%, environ 6% de résidu liquide et environ 17% de gaz et de pertes pour causes indéterminées.
Le résidu li- quide produit pendant la période de chauffage du fonctionnement peut être utilisé comme combustible, mais lorsque cette substance conservée à haute température est ramenée dans l'installation pour être craquée davantage et être soumise à un réchauffage et à une cokéfaction ultérieure, le rendement en distillat peut s'accroi- tre jusqu'à 61,5%, la production de coke jusqu'à approximative- ment 20% pendant que la. production de gaz et les pertes forment environ 18,5 %, tous ces chiffres étant rapportés au poids de l'huile brute traitée. Le rendement en combustible pour moteur, pendant ce dernier traitement augmente jusqu'à approximativement 42%.
De même avec le présent traitement il est possible d'augmen- ter le taux de chargement ou la capcité de l'appareil en vue àu traitement par le procédé suivant la présente invention, jusqu'à une valeur bien au-dessus de celle correspondant à la cokéfaction ordinaire, et l'on peut en utilisant des chamhres de cokéfaction alternées étendre considérablement la période utile ou de fonc- tionnement avant qu'il ne soit nécessaire d'arrêter l'appareil pour nettoyage.
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Dans la réalisation du procédé on a rempli deux cham- bres de cokéfaction alternées de coke à peu près quatre fois avant qu'il n'ait été nécessaire d'arrêter le fonctionnement pour nettoyer les serpentins de chauffage et dans cette opération cor- respondant à une période de 234 heures, la quantité totale de com- bustible pour moteur produite fut supérieure approximativement de 46%, à la quantité que l'on peut obtenir avec un approvisionnement du même type d'huile dans le cas d'un procédé de cracking appli- quant les. procédés de cokéfaction classiques.
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L REVE1IDICATImrS.
Dansun l'/procédé pour la conversion d'huiles minérales suivant lequel l'huile est soumise à la température de conversion à pression supra-atmosphérique dans un serpentin de chauffage communiquant avec une -chambre de réaction, le perfectionnement qui consiste à retirer le liquide résiduaire de la chambre de réaction, à le chauffer rapidement à la température de cokéfaction dans le ser- pentin de chauffage pendant une période de temps insuffisante pour permettre le dépôt de coke dans le serpentin de chauffage, et ensuite à introduire le produit chauffé dans une zône de coké- faction fonctionnant à pression réduite par rapport à la pression maintenue d.ans la chambre de réaction.