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Installation et procédé pour le cracking et la distillation d'huiles hydrocarburées, goudrons, etc.
On connait des installations et des procédés de cracking et de distillation d'huiles hydrocarburées, par exemple d'huiles minérales, d'huiles de goudron, de goudrons bruts, etc. dans lesquels la matière brute est chauffée d'une façon continue à une pression relativement élevée dans des serpentins tubulaires soumis à l'action de la chaleur et est ensuite détendue à une pression notablement plus basse, en général à la pression atmosphérique. Il est également connu de combiner avec les installations et procédés de ce genre la décomposition du produit obtenu par détente au moyen
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d'installations de distillation additionnelles.
Lorsqu'on procède au chauffage sous pression aux fins ci-dessus mentionnées et notamment aussi pour le cracking, il faut s'attendre, du moins dans les parties soumises aux températures les plus élevées, à des perturbations par suite de dépôts de carbone dans les dispositifs de chauffage, ce qui nécessite la mise hors service de cett;e partie au moins de l'installation. Naturellement, la répercussion se fait sentir sur toute l'installation qui est alors condamnée à un arrêt complet.
L'invention a pour but de maintenir en service les parties de l'installation qui ne sont pas sujettes aux perturbations, de façon à obtenir encore un rendement utile de l'installation ainsi amputée. L'invention permet d'arriver à ce résultat de la manière ci-dessous décrite par une disposition spéciale et un groupement modifiable des fours de chauffage sous pression et par l'emploi d'une colonne de distillation coopérante.
Un mode d'exécution est représenté à titre d'exemple sur le dessin annexé, dans lequel la Fig. 1 est une vue en élévation de l'installation complète, la Fig. 2 une vue en plan correspondante et la Fig. 3 une coupe transversale verticale à plus grande échelle suivant la ligne A-B de la Fig.
L' installation comprend principalement une section de four verticale 1, une section de four horizontale 2 et une colonne de distillation ;à laquelle sont annexés latéralement deux réservoirs spéciaux 4 et 5, pourvus chacun d'une soupape de détente, 6 et 7 respectivement. La section verticale 1 du four renferme le serpentin hélicoïdal 8 et la section horizontale 2 un faisceau de tubes de chauffage horizontaux 9 accouplés en serpentin.
Le foyer ou les dispositifs de chauffage du four ne sont pas indiqués, de préférence toutefois ce
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foyer est aménagé de façon que la section horizontale 2 du four soit chauffée directement par les flammes d'une façon aussi uniforme que possible mais à une température pas trop élevée, les gaz de combustion qui s'échappent de cette section de four circulant ensuite dans la section verticale 1 à une température modérée, de manière à n'y exercer qu'une action de réchauffage.
L'huile à traiter est amenée à l'état froid par une pompefoulante à l'extrémité supérieure 10 du serpentin hélicoïdal 8 de la section de four 1, où elle subit un réchauffage sous l'action des gaz brûlés de la section 2, et sort du foyer de la section de four 1 à l'extrémité inférieure 11. De cet endroit elle est envoyée par la tuyauterie horizontale adjacente 12 aux deux soupapes de retenue 13 et 14 situées côte à côte. La soupape 13 est reliée par le tronçon de tube 15 aux tubes de chauffage 9, déjà mentionnés, de la section de four horizontale 2. L'extrémité opposée de ce serpentin tubulaire de chauffage est raccordée par le tronçon de tube 16 à la soupape de détente 7 disposée dans le réservoir latéral 5.
La seconde soupape de retenue 14 est reliée par le tube 17 à la soupape de détente 6 située dans le réservoir latéral 4.
La colonne 3, comme l'indique la Fig. 3, est pourvue d'un certain nombre de plateaux 18 de construction usuelle, et éventuellement aussi d'un déphlegmateur 19 à la partie supérieu. re (Fig.1),Le pied de la colonne renferme, comme le montre la Fig. 3, un récipient à résidu 20, qui est séparé par un fond horizontal 21 d'un récipient collecteur 22 située au-dessous.
Ces deux récipients 20 et 22 communiquent entre eux par une conduite de dérivation 23 pourvue d'une soupape de retenue 24.
En outre, le récipient inférieur 22 est muni d'une purge 25 au'on peut fermer.
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Les deux réservoirs latéraux 4 et 5 qui renferment les soupapes de détente 6 et 7 sont situés à la même hauteur de part et d'autre du collecteur de résidu 20 de la colonne de distillation et reliés à celle-ci à la partie supérieure et à la partie inférieure par des raccords 26 et 27 pourvus chacun d'une soupape de retenue, 28 et 29 respectivement. Ces soupapes 28 et 29 sont maintenues ouvertes à tour de rôle pour établir la communication avec celui des réservoirs 4 ou 5 dont la soupape de détente se trouve en action. Chaque réservoir à soupape 4 et 5 possède à la partie inférieure un tuyau d'éva- cuation 30 et un tuyau d'amenée 31.
Chaque tuyau d'évacuation 30 est pourvu d'un embranchement 33, qu'on peut fermer par une soupape 32 et qui communique avec le récipient collecteur 22 du pied de la colonne et une autre sortie spéciale qu'on peut fermer par la soupape 34.
Pendant lefonctionnement, une certaine quantité de résidu de la distillation 35 s'accumule en général dans le collecteur de résidu 20 de la colonne jusqu'à une hauteur telle que le niveau du liquide dans le réservoir à soupape contigu qui se trouve en communication avec le récipient 20, par exemple le réservoir 4, sur la Fig. 3, recouvre la soupape de détente 6 sans toutefois atteindre le raccord supérieur 26 également ouvert.
Le jet des produits de cracking et de distillation détendus qui est lancé violemment par la soupape de détente entraine alors vers le haut comme dans un injecteur la masse de liquide située au-dessus de cette soupape et provoaue ainsi une circulation du liquide résiduaire qui sort du récipient 20 par le raccord de communication inférieure 27 pour arriver dans la chambre de soupape 4 et être ramené dans le récipient 2 par le raccord supérieur 26.
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La disposition générale ci-dessus décrite permet de coupler ou raccorder à la colonne de distillation 3 soit la section 1 du four, séparément, par l'intervention de la soupape de détente 6 située dans le réservoir latéral 4, soit les deux sections 1 et 2 du four,en série, par l'intervention de la soupape de détente 7 située dans le réservoir latéral 5. Le premier couplage s'obtient en fermant la soupape de retenue 13 et en ouvrant la soupape 14,le second couplage est effectué par la manoeuvre inverse, en fermant la soupape 14 et en.ouvrant la soupape 13. De cette manière il est possible de mettre entièrement hors service pendant un certain temps la section 2 du four,bien que'.le restant de l'installation, c'est-à-dire la section 1 du four et la colonne 3 restent en service.
La section 2 est celle ou règne en général la plus haute température du système de chauffage tubulaire et de la matière première à chauffer, et où il y a par conséquent le plus de tendance à l'obstruction des tuyaux par des dépôts de carbone qui doivent être enlevés par une mise hors service périodique de cette section. En général, ceci se produit lorsque l'installation est employée pour effectuer le cracking de la matière brute introduite. Dans ce cas, la section 1 du four effectue le réchauffage de la matière, par exemple jusqu'à une température de 450 C, tandis que la section 2 continue le chauffage jusqu'à une température d'environ 500 à 550 C.
A ces températures, on peut compter sur le déclenchement du cracking lorsqu'une pression suffisamment élevée, par exemple 50 à 80 atm., est maintenue dans le réseau tubulaire de chauffage jusqu'à la soupape de détente 7. La détente dans la soupape se fait de préférence jusqu'à la pression atmosphérique,bien qu'une pression plus élevée soit également admissible du côté de la sortie de la soupape.
Les produits de
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la détente se rendent en tout cas dans la colonne de distilla- tion 3 et y sont fractionnés d'une manière appropriée, par exemple comme produits de condensation évacués des différents plateaux de la colonne par les tuyaux de prélèvement 36 (Fig.l) à l'extérieur, le restant, c'est-à-dire la fraction à bas point d'ébullition, étant naturellement évacué au sommet 37 de la colonne à l'état de vapeurs de distillation.
Lorsque dans les conditions mentionnées on met la section 2 du four hors service et qu'on laisse en fonction la section 1 seule en se servant de la soupape de détente 6, on peut encore effectuer aux températures finales alors réalisa- bles, au moins une distillation de la matière première intro- duite. On peut en outre introduire encore de la matière brute, sans réchauffage préalable, ou un autre produit de distillation approprié par le tuyau d'amenée 31 dans le réservoir 4 de la soupape de détente 6. D'ailleurs cette admission de matière brute ou autres huiles appropriées par la conduite 31 à la soupape de détente voulue 6 ou 7 est également réalisable et avantageuse lorsqu'on effectue le cracking.
Le résidu de la distillation qui s'accumule dans le récipient inférieur 20 et peut prendre une consistance allant jusqu'à celle de la poix molle ou dure, est admis dans le com- partiment inférieur 22 soit par la dérivation 23, 24 soit par le parcours 30, 32, 33, dans la mesure de son afflux au réci- pient 20 et est finalement évacué de ce compartiment 22 par la purge 25, ou des réservoirs à soupapes 4, 5 par les tuyaux 30e 34.
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Plant and process for cracking and distillation of hydrocarbon oils, tars, etc.
Installations and processes are known for cracking and distillation of hydrocarbon oils, for example mineral oils, tar oils, crude tars, etc. in which the raw material is continuously heated at a relatively high pressure in tubular coils subjected to the action of heat and is then expanded to a significantly lower pressure, generally at atmospheric pressure. It is also known to combine with the installations and processes of this kind the decomposition of the product obtained by expansion by means of
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additional distillation plants.
When heating under pressure for the above-mentioned purposes and in particular also for cracking, it is to be expected, at least in the parts subjected to the highest temperatures, to disturbances due to carbon deposits in the heating devices, which requires at least part of the installation to be taken out of service. Naturally, the repercussion is felt on the whole installation which is then condemned to a complete stop.
The object of the invention is to keep in service the parts of the installation which are not subject to disturbances, so as to further obtain a useful output from the installation thus amputated. The invention makes it possible to achieve this result in the manner described below by a special arrangement and a modifiable grouping of the pressurized heating furnaces and by the use of a cooperating distillation column.
An embodiment is shown by way of example in the accompanying drawing, in which FIG. 1 is an elevational view of the complete installation, FIG. 2 a corresponding plan view and FIG. 3 a vertical cross section on a larger scale taken along the line A-B of FIG.
The installation mainly comprises a vertical furnace section 1, a horizontal furnace section 2 and a distillation column, to which are laterally attached two special tanks 4 and 5, each provided with an expansion valve, 6 and 7 respectively. The vertical section 1 of the furnace contains the helical coil 8 and the horizontal section 2 a bundle of horizontal heating tubes 9 coupled in a coil.
The hearth or the heating devices of the oven are not indicated, however preferably this
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furnace is arranged so that the horizontal section 2 of the furnace is heated directly by the flames as uniformly as possible but at a not too high temperature, the combustion gases which escape from this furnace section then circulating in the vertical section 1 at a moderate temperature, so as to exert only a heating action.
The oil to be treated is brought in the cold state by a pumping pump to the upper end 10 of the helical coil 8 of the furnace section 1, where it undergoes heating under the action of the burnt gases of section 2, and exits the hearth of the furnace section 1 at the lower end 11. From this point it is sent through the adjacent horizontal piping 12 to the two check valves 13 and 14 located side by side. The valve 13 is connected by the tube section 15 to the already mentioned heating tubes 9 of the horizontal furnace section 2. The opposite end of this tubular heating coil is connected by the tube section 16 to the control valve. trigger 7 placed in the side tank 5.
The second check valve 14 is connected through the tube 17 to the expansion valve 6 located in the side tank 4.
Column 3, as shown in Fig. 3, is provided with a number of trays 18 of usual construction, and possibly also a dephlegmator 19 at the upper part. re (Fig. 1), The foot of the column encloses, as shown in Fig. 3, a residue container 20, which is separated by a horizontal bottom 21 from a collecting container 22 located below.
These two receptacles 20 and 22 communicate with each other via a bypass pipe 23 provided with a check valve 24.
In addition, the lower container 22 is provided with a drain 25 which can be closed.
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The two side tanks 4 and 5 which contain the expansion valves 6 and 7 are located at the same height on either side of the residue collector 20 of the distillation column and connected to the latter at the top and at the lower part by connectors 26 and 27 each provided with a check valve, 28 and 29 respectively. These valves 28 and 29 are kept open in turn to establish communication with that of the reservoirs 4 or 5 whose expansion valve is in action. Each valve tank 4 and 5 has at the bottom an outlet pipe 30 and an inlet pipe 31.
Each discharge pipe 30 is provided with a branch 33, which can be closed by a valve 32 and which communicates with the collecting vessel 22 at the bottom of the column and another special outlet which can be closed by the valve 34 .
During operation, a certain amount of residue from the distillation 35 generally accumulates in the residue collector 20 of the column to a height such that the level of the liquid in the adjoining valve tank which is in communication with the column. container 20, for example the reservoir 4, in FIG. 3, covers the expansion valve 6 without however reaching the upper connection 26, which is also open.
The jet of relaxed cracking and distillation products which is launched violently by the expansion valve then entrains upwards as in an injector the mass of liquid located above this valve and thus causes a circulation of the residual liquid which leaves the container 20 via the lower communication connection 27 to arrive in the valve chamber 4 and be returned to the container 2 via the upper connection 26.
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The general arrangement described above makes it possible to couple or connect to the distillation column 3 either section 1 of the furnace, separately, by the intervention of the expansion valve 6 located in the side tank 4, or both sections 1 and 2 of the furnace, in series, by the intervention of the expansion valve 7 located in the side tank 5. The first coupling is obtained by closing the check valve 13 and by opening the valve 14, the second coupling is effected by the reverse operation, by closing valve 14 and opening valve 13. In this way it is possible to completely shut down section 2 of the furnace for a certain period of time, although the remainder of the installation c That is, section 1 of the furnace and column 3 remain in service.
Section 2 is where there is generally the highest temperature of the tubular heating system and of the raw material to be heated, and where there is therefore the most tendency for the pipes to be blocked by carbon deposits which must be removed by periodically taking this section out of service. In general, this occurs when the plant is employed to effect cracking of the raw material introduced. In this case, section 1 of the furnace performs heating of the material, for example to a temperature of 450 C, while section 2 continues heating to a temperature of about 500 to 550 C.
At these temperatures, we can count on the triggering of cracking when a sufficiently high pressure, for example 50 to 80 atm., Is maintained in the tubular heating network up to the expansion valve 7. The expansion in the valve is maintained. preferably up to atmospheric pressure, although a higher pressure is also permissible on the outlet side of the valve.
The products of
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in any case go to the distillation column 3 and are fractionated there in an appropriate manner, for example as condensation products discharged from the different trays of the column through the sampling pipes 36 (Fig.l) to the outside, the remainder, that is to say the fraction at low boiling point, being naturally discharged at the top 37 of the column in the form of distillation vapors.
When, under the conditions mentioned, section 2 of the furnace is put out of service and section 1 is left alone using the expansion valve 6, it is still possible to carry out at the final temperatures then achievable, at least one distillation of the raw material introduced. It is also possible to further introduce raw material, without prior reheating, or another suitable distillation product through the supply pipe 31 into the reservoir 4 of the expansion valve 6. Moreover, this raw material intake or others Suitable oils through line 31 to the desired expansion valve 6 or 7 is also feasible and advantageous when performing cracking.
The residue of the distillation which accumulates in the lower vessel 20 and may assume a consistency up to that of soft or hard pitch, is admitted into the lower compartment 22 either through the bypass 23, 24 or through the route 30, 32, 33, as it flows into vessel 20 and is finally discharged from this compartment 22 through purge 25, or from the valve tanks 4, 5 through pipes 30e 34.
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