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PROCEDE ET APPAREILLAGE POUR LA,PYROLWSE ET LA COKEFACTION D'UN MELASSE DE MATIERES CARBONEES SOLIDES A L'ETAT DE FINE DIVISION ET D'HUILES HYDROCARBUREES.
La présente invention a pour objet un procédé per- fectionné et un appareillage pour la transformation, et la cokéfaction des mélanges d'huiles hydrocarburées avec des matières bitumineuses solides eu demi-solides telles que le charbon, la tourbe, le lignite, l'huile de schiste, etc... en vue de la production de coke à. basse teneur en matières volatiles, de gaz, de distillats légers tels que du combustible pour moteurs et des produits liquides in- termédiaires pouvant être soumis à une transformation ul- térieure dans le même ou dans un autre appareillage ou pouvant être recueillis comme produit final Le mélange
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préféré à traiter est celui de charbon, et d'huile.
La présente invention prévoit la transformation par pyrolyse et la cokéfaction de mélanges d'huiles hydrocarburées avec des matières solides oarbonées à l'état de fine division par traitement de la charge à une température de transformation dans des conditions ne permettant sensiblement aucune cokéfaction sensible après quoi les produits chauffés sont introduits dans un four de cokéfaction où les vapeurs se séparent du résidu non passé à l'état de vapeur, ce résidu se ooké- fiant en couches relativement minces sur une surface fortement chauffée pendant que les vapeurs sont soumises au fractionnement et donnent naissance à un distillat léger final par condensation des produits légers pro- venant du fractionnement à l'état de vapeur et après dégagement des gaz non condensés.
Dans un mode d'exécution préféré la zone de coké- faction comprend une série de fours de cokéfaction fonctionnant à tour de rôle. On commence par chauffer la charge formée par le mélange d'huile et de matières bi- tumineuses solides dans un serpentin ou on le traite de préférence à une température de craquage faible insuffi- sante pour provoquer un dépôt gênant de coke et le mé- lange est ensuite amené sur une surface fortement ahauf- fée de préférence en matière réfractaire bonne conduc- trice de la chaleur telle que le carbure dé silicium (par exemple le carborundum), l'oxyde d'aluminium fondu, la silicate d'aluminium, les argiles réfractaires ou la brique;
le coke produit s'accumule en formant une couche relativement mince et est ensuite evacué au moyen d'un bélier hydraulique par exemple ou par tout autre procédé approprié bien connu une fois que la couche de coke a atteint l'épaisseur voulue, Une zone de cokéfaction
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ainsi formés permet 1?utilisation de températures plus élevées qu'il n'est généralement admis dans les chambrée de cokéfaction métalliques à moins d!avoir recours à des aciers spéciaux chers pour former les parois de la cham- bre. De plus, il est difficile d'obtenir un coke uniforme par le chauffage extérieur de telles chambres en raison de la faible conductibilité calorifique du coke.
Dans les fours conformes à 1?.invention, la chaleur est appliquée directement à la surface inférieure de la matière réfrac- taire à haute conductibilité calorifique et est transmise directement par celle-ci aux matières en cokéfaction et à la couche de coke en formation. On peut faire fonctionner de telles zones de cokéfaction à une pression légèrement inférieure, égale ou légèrement supérieure à la pression atmosphérique. Elles peuvent être facilement nettoyées par béliers hydrauliques d'une manière analogue à celle utilisée dans les fours de carbonisation ordinaires et peuvent %tre facilement adaptée au fonctionnement alter- natif de telle sorte que la durée de fonctionnement n'est pas limitée par la capacité du four de cokéfaction.
Dans un mode particulier d'exécution on soumet le mé- lange d'huile hydrooarburée et de matières carbonées à l'état de fine division à une transformation dans un serpen tin de chauffage dans des conditions ne permettant pas la cokéfaction apràs quoi on introduit les matières chauffées dans une série de ours de cokéfaction fonctionnant à tour de rôle où les résidus provenant de la transformation sont réduite à ce/.état de coke et le coke dégage à peu près toutes ses matières volatiles grâce à ce que le mélange provenant du serpentin de chauffage arrive sur une surface réfractaire fortement chauffée.
On fait dégager ensuite les vapeurs des fours de cokéfaction, on en retire leurs fractions lourdes pouvant former du coke et en particulier ' les constituants goudronneux à point d'ébullition
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élevé et on soumet les vapeurs restantes à un fraction- nement complémentaire, les fractions intermédiaires dont le point d'ébullition se trouve au-dessus des points d'ébullition du distillat léger final désiré et au-dessous des points d'ébullition de ces fractions lourdes cokéfiables et de ces composants goudronneux étant condensés comme condensais intermédiaires tandis que les vapeurs présentant le point d'ébullition désiré sont condensées indépendamment et que le distillat et les gaz obtenus sont recueillis et séparés.
Les frac- tions goudronneuses et lourdes analogues séparées des vapeurs provenant des fours de cokéfaction peuvent, si on le désire, être évacuées et emmagasinées ou encore être soumises à un traitement ultérieur indépendant; de préférence cependant on les ramène dans le même appareil- lage pour y subir le traitement ultérieur auquel cas on les amène directement aux fours de cokéfaction ou bien on les mélange avec la charge alimentant le serpentin de chauffage. Le condensat intermédiaire recueilli séparé- ment à partir des vapeurs provenant du four de cokéfac- tion peut être évacué de l'appareillage et emmagasiné.
De préférence, cependant, ce condensât est ramené dans le serpentin de chauffage pour y être transformé à nou- veau. Ces fractions intermédiaires ou relativement légè- res forment un produit parfait en général pour le cra- quage et peuvent servir ainsi de charge de craquage dans le cycle d'opérations en cours ou dans un autre processus.
Dans une variante de ce mode.d'exécution et sans sor- tir du domaine de l'invention, on peut ramener le condensat intermédiaire, ou le cas échéant l'ensemble du condensat provenant des vapeurs dégagées dans les fours de cokéfac- tion, au serpentin de ohauffage de l'appareillage pour y être transformé, les produits chauffés étant ensuite
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introduits dans le four de cokéfaction auquel cas on en- voie directement dans les fours de cokéfaction sans pas- ser dans le serpentin de chauffage, si on le désire, tout ou partie de la charge constituée par un mélange d'huile hydrocarburée et de matières carbonées solides ou demi-solides à l'état de fine division.
Oe dernier mode d'exécution permet l'application de conditions de transformation plus énergiques dans le serpentin de chauffage surtout lorsque seul le condensat intermédiaire alimente ce dernier ce qui peut donner naissance à des quantités plus élevées de combustible pour moteurs à plus grand pouvoir antidétonnant.
Le dessin schématique ci-joint représente un appa- reillage conforme à l'invention permettant l'exécution du procédé décrit ci-dessus. Le dessin et la description donnée ci-après doivent servir à faire comprendre plus nettement les différentes variantes possibles du procédé, qui, bien que non équivalentes, peuvent être choisies suivant les particularités des matières en traitement et des résultats désirés.
Sur le dessin l'huile brute de la charge constituée par une @uile hydrocarburée qu elconque telle que du mazout, un résidu de distillation, du fuel oil etc... ou encore des huiles telles que le goudron, le brai ou autres huiles lourdes, est amenée par la conduite 1 et le robinet 2 à la pompe 3 d'où elle passe par la conduite 4 et la soupape 5 dans le mélangeur 6 ou elle se mélange d'une manière intime avec les autres constituants du mélange à traiter. Le charbon ou autre matière carbonée appropriée solide ou demi-solide est ajouté dans le mé- langeur de préférence à l'état finement divisé et en quantités mesurées par rapport aux quantités d'huile par l'intermédiaire d'une trémie ou de tout autre
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dispositif de chargement approprié 7.
Le mélangeur 6 comporte de préférence un agitateur 8 de forme appro- priée assurant une bonne dispersion des substances carbonées au sein de l'huile et maintenant le mélange à 1-'état bien homogène. On peut ajouter d?autres huiles provenant de l'appareillage lui...même dans le mélangeur pour former le mélange complet à. traiter ainsi qu'il sera expliqué ci-après avec plus de détails. Et le mélange sort du mélangeur par la conduite 9 et le robinet 10 pour traverser la pompe 11 qui les refoule par la conduite 12 et le robinet 13 dans le serpentin de chauffage 14.
Quand la charge est lourde et visqueuse, il peut être nécessaire de chauffer la charge liquide ou le mélange ou les deux par l'intermédiaire de chemises de vapeur entou- rant les conduites ou le mélangeur ou de tout autre ma. nière appropriée bien connue non représentée pour fa- ciliter l'avancement des matières. Quand on le désire la chaleur destinée à ce chauffage peut être prise à l'intérieur de l'appareillage par l'intermédiaire d'échangeur s de chaleur ou de dispositif* analogues non représentés.
Le serpentin de chauffage 14 se trouve à Il'intérieur d'un four 15 de type approprié permettant de chauffer la charge qui s'y trouve à la température de transformation désirée, de préférence à une pression sensiblement au- dessus de la pression atnosphérique. Lorsqu'on fait passer des huiles lourdes ou des matières carbonées soli. des et demi-solides dans le serpentin de chauffage on doit choisir de préférence comme il a été dit les dimensions du serpentin de chauffage, la vitesse des matiàres qu'ile traverse et le taux de chauffage de manière à atteindre la température de transformation désirée sans que le temps passé dans le serpentin suffise à la formation et au dépôt de coke gênant dans cette zone;
*font pourquoi
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on utilise de préférence un chauffage élevé dans le four 16 et une vitesse d'écoulement d'huile élevé dans le serpentin. Les matières chauffées passent du serpentin de chauffage dans la conduite 16, le robinet 17 et la conduite 18 pour venir dans le four de cokéfaction 20 par les conduites 21, 21', 21'' et les robinets correspondante 22,22', 22''. Le four de cokéfaction 20 oomprend,de préférence une série de chambres telles que 23, 23' et 23'' pouvant tour à tour et à tour de rôle fonctionner et être nettoyées et préparées pour un fonctionnement ultérieur de manière à rendre le fonctionnement général continu.
Il est bien évident que l'on peut utiliser un nombre quelconque de chambres de cokéfaction analogues bien qu'on n'en ait représenté que trois sur le dessin.
Chacune des chambres de cokéfaction oomprend une sole 24 établie de préférence en matière réfractaire bonne conductrice de la chaleur telle que le carbure de si- licium, l'oxyde d'aluminium fondu, le silicate d'alumi- nium, etc... amenée à une température élevée par en- dessous par combustion d'un combustible quelconque approprié dans les zones de combustion 25.
Les produite chauffés provenant du serpentin 14 passent sur la sole fortement chauffée d'une ou plusieurs chambres de cokéfaction de manière que 1,?huile soit cokéfiée et que le coke formé s'accumule en couche relativement mince sur une profondeur d'environ 15 omo sur la sole fortement chauffée, après quoi le chauffage peut continuer pendant un certain temps pour dégager jusqu'au degré voulu les matières volatiles du coke pendant*que 14?on fait passer l'huile dans une autre chambre de cokéfaction; on évacue enfin la couche de coke dévola- tilisée par l'intermédiaire d'un bélier hydraulique ou
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de toute autre manière appropriée bien connue et on prépare ensuite la chambre pour un fonctionnement ultérieur.
Les vapeurs dégagées sortent des chambres de cokéfaction par les conduites 26, 26' et 26''et les robinets correspondante 27, 27' et 27" pour passer par la conduite 26 dans un dispositif de fractionnement et de décantation des goudrons 29 à la base duquel des constituants lourds ayant un pouvoir élevé de formation de coke tels que les goudrons et analogues se séparent des constituants à point d'ébullition inférieur que 1,,Ion soumet à un fractionnement ultérieur pour séparer les condensats intermédiaires à point d'ébullition supérieur aux points d'ébullition du distillat léger final désiré et inférieur aux points d'ébullition des constituants lourds ci-dessus.
Les vapeurs fractionnées ayant un point d'ébullition final de valeur désirée passent avec les gaz produits en sortant de la partie supérieure du dispositif de fractionnement 29 dans la conduite 30 et le robinet 31 peur être contentées et refroidies dans le conden- seur 22. Le distillat résultant et les gaz inutile* sortent par la conduite 33 et le robinet 34 pour être reçus dans le réservoir 35 où ils se séparent. Les gaz peuvent être évacués du réservoir 35 par la conduite 36 et le robinet 37.
Le distillat peut sortir de son cote par la conduite 38 et le robinet 39 pour être emmagasiné ou pour subir un traitement complémentaire, Quand on le désire, on peut renvoyer une partie du distillat recueilli dans le réservoir 35 par des moyens bien connue non représentés à la partie supérieure du dispositif de fractionnement 29 pour y servir de condensât de reflux refroidissant, faciliter la fractionnement des vapeurs et maintenir la température
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désirée des vapeurs à la sortie du dispositif 29 en réglant ainsi le point d'ébullition final du distillat finalo
Dans le mode d'exécution préfère,
on applique le vide ou des pressions.inférieures à la pression atmosphé- rique dans la chambre de cokéfaction et pour éviter de faire passer les vapeurs chaudes provenant du four de cokéfaction dans la pompe à vide ou le compresseur, on maintient également de préférence une pression inférieure à la pression atmosphérique dans les dispositifs suivants de 1. appareillage servant au fractionnement, à la conden- sation et à la réception finale.
On peut utiliser comme représenté une pompe ou compresseur 40 pour retirer les gaz du réservoir 35 par la conduite 41 et le robinet 42 et les évacuer par la conduite 43 et le robinet 44 dans un réservoir à gaz ou ailleurs po@r maintenir la pression désirée inférieure à la pression atmosphérique dans le four de cokéfaction et les éléments suivants de l'appa- reillage.
Les huiles à point d'ébullition élevé, les goudrons et autres matières à haut point d'ébullition facilement cokéfiables qui se séparent des vapeurs provenant du four de cokéfaction dans le dispositif de fractionnement et de décantation des goudrons 29 sortent de la partie inférieure de ce dernier par la conduite 46 et le robinet 46 pour se rendre dans la pompe 47 doù ils passent dans la conduite 48 et sortent en tout ou en partie de l'appa- reillage par la conduite 49 et le robinet 50 pour être emmagasinés ou être traités en dehors de 1''appareillage à la volonté de l'opérateur.
Toutefois de préférence une proportion déterminée ou la totalité de ces constituants lourds passe de la conduite 48 dans la conduite 61 et peut être ramenée par la conduite 52, le robinet 53, la
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conduite 18 et les conduites 21, SI* et 21'' comportant les robinets 22,22' et 22''dans les chambres de cokéfaction pour traitement complémentaire et cokéfaction.
On pourrait encore, si on le désire, ramener ces matières pour transformation complémentaire dans le serpentin de chauffage 14 en sortant de la conduite 51 dans la conduite 54, le robinet 56 et la conduite 12 pour aboutir directement dans le serpentin de chauffage 14 ou encore par le robinet 56 de la conduite 51 dans la conduite 70 qui les amène dans le mélangeur 6 où elles se mélangent avec la charge destinée à alimenter le serpentin de chauffag e.
Les condensats intermédiaires obtenus à partir des vapeurs soumises à fractionnement peuvent être évacués en un ou plusieurs courants dérivés sortant du dispositif de fractionnement 29; par exemple ils peuvent sortir de ce dernier par la conduite 67 et le robinet 58 pour se rendre à la colonne 69 où ils peuvent être distillés à nouveau par 1,?intermédiaire de vapeurs entrant par la conduite 60 et le robinet 61 ou de toute autre manière appropriée bien oonnue, en vue de vaporiser les oonsti- tuants dont le point d'ébullition pourrait se trouver dans la gamme des points d'ébullition du distillat léger final désiré, en libérant 1?,huile de tous les gaz entrai- nés.
Les vapeurs dégagées par cette nouvelle distillation des condensais intermédiaires peuvent être renvoyées au dispositif de fractionnement 29 par la conduite 62 et le robinet 63. Les condensats intermédiaires distillés à nouveau en 69 peuvent sortir de cette colonne 59 par la conduite 64 et le robinet 66 pour se rendre à la pompe 66, On comprendra que cette distillation complémentaire des produite intermédiaires n'est pas essentielle pour l'exé- cution de linvention et peut être supprimée quand on le désire.
Le condensat intermédiaire sort de la pope 66
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par la conduite 67 et retourne au serpentin de chauffage pour transformation ultérieure ou encore il est envoyé à un dispositif d'emmagasinage ou à un dispositif de transformation dans un autre appareillage de craquage ou encore ailleurs par la conduite 68 et le robinet 69,'
Lorsque le condensat intermédiaire est ramené pour une nouvelle conversen pu transformation dans le serpentin de chauffage 14, il y est amené par les conduites 67 et 70 et de là par la conduite 71, le robinet 72 et la donduite 12 s'ouvrant directement dans le serpentin, ou .
bien par le robinet 73 dans la conduite 70 qui lui permet d'arriver dans le mélangeur 6 où il se mélange avec les autres produits destinée à alimenter le serpentin 14.
Dans une variante du procédé qui vient d'être décrit, les condensats intermédiaires provenant du dispositif de fractionnement 29 peuvent former la seule huile fournie au serpentin 14 auquel cas la charge comprenant le cas éohéant des huiles à point d'ébullition élevé prélevées à la partie inférieure du dispositif de fractionnement
28 comme décrit, peut ne pas passer dans le serpentin
14 et passer directement de la conduite 12 dans la conduit te 74,le robinet 76 et la conduite 18, pour entrer directement dans le four de cokéfaction en se mélangeant dans la conduite 18 avec les condensais intermédiaires chauffés provenant du serpentin de chauffage 14 et ali- mentant également le four de cokéfaction.
On comprendra que si on le dédre, l'huile chauffée provenant du serpen- tin 14 et la charge proprement dite peuvent être intro.. duites séparément dans le four de cokéfactionpar des moyens bien connus non représentés au lieu de se mélanger dans la conduite 18, comme représenté*
Quand la charge alimente le serpentin de chauffage on utilise de préférence une température de conversion ou de transformation se trouvant entre 454 et 482 C.
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mesurée à la sortie de cette zone de chauffage, en méme temps que l'on applique une pression sensiblement supé- rieure à la pression atmosphérique dans le serpentin de chauffage, cette pression mesorant par exemple de 6,5 à 35 atmosphères à la sortie du serpentin.
On utilise de préférence une pression sensiblement réduite dans les chambres ou cornues de cokéfaction, la pression étant de Référence au-dessous de la pression atmosphérique dans la zêne de cokéfaction, bien que 1:?on puisse, si on le désire, prévoir une pression à peu près égale à la pression atmos- phérique ou supérieure à celle-ci. La pression utilisée dans la zone de cokéfaction peut correspondre à des pressions sensiblement égales dans les éléments suivants de 1,!appareillage aarvant au fractionnement, à la conden- sation et à la réception finale.
Lorsque la charge' alimentant le serpentin de chauffage comprend une addition de condensats provenant du dispositif de fractionnement, on peut employer une température de transformation relative- ment plus élevée que dans le cas d'un mélange non additionné de condensats, cette température pouvant aller par exemple de 465 à 500 0. Lorsqu'on n'envoie au serpentin de chauffa- ge que les condensats intermédiaires du dispositif de frac- tionnement, on peut utiliser de préférence des conditions de transformation plus énergiques, la température à la sortie du serpentin allant par exemple de 495 à 568 C. de préférence avec une pression sensiblement supérieure à la pression atmosphérique et mesurant, à la sortie du serpentin, de 13 à 55 atmosphères et davantage.
La temp4- rature de chauffage des produits dans les fours de coké- faction peut aller par exemple de 482 à 650 C. et davantage et le cas échéant le coke qui s'y est accumulé peut être soumis à une dévolatilisation complémentaire par applioa- tion de températures allant jusqu'à 870 et davantage dans le four de cokéfaction après que T'on an a retiré le
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mélange de produits à ookéfier, le four de cokéfaction étant séparé si on le désire du reste de l'appareillage pendant la dévolatilisation.
Comme exemple particulier de Inexécution du procède
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conforme à 7.;3.nvention, on peutmam.tioMner une charge comprenant un mélange de parties égales en poids de gou- dron de houille et de charbon bitumineux pulvérisé ayant une forte teneur en matières volatiles. L'alimentation totale du serpentin de chauffage comprend le mélange formant la charge, les huiles lourdes capables de former un dépôt important de coke et les condensais intermédiai- res provenant du dispositif de fractionnement et de décantation du goudron.
Cette alimentation combinée est soumise dans le serpentin de chauffage à une température mesurant à la sortis environ 482 C. sous une pression supérieure à la pression atmosphérique d'environ 13,5 atmosphères et est envoyée dans les fours de cokéfaction fonctionnant à une pression sensiblement inférieure à la pression atmosphérique et assurant la réduction en coke des produits non gazeux de la transformation à une tem- pérature d'environ 6220 C. .On peut dévalatiliser da- vantage le coke accumulé à une température d?environ
816 C. On récupère dans le dispositif defractionnement un sous-produit formant un combustible pour moteurs dont le point d'ébullition final est d'environ 2040 0.
Le processus décrit donne pour 907,2 kgs de charge brute environ 545 kgs de coke ne contenant que peu de matière volatile, environ 208 litres de combustibles pour moteurs à fort pouvoir antidétonnant et environ 20 % en poids de gaz pouvant servir de combustible, Si 11.on utilise du fuel-oil comme support de la dispersion de charbon, on obtiendra un rendement supérieur en combustible pour moteurs et un rendement inférieur en coke et en gaz.
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L'invention n'est pas limitée aux conditions et aux résultats indiqués à titre d'exemple seulement et l'on peut y apporter de grandes modifications sans sortir du domaine de l'invention.
REVENDICATIONS
Ayant ainsi décrit notre invention et nous réservant d'y apporter tous perfectionnements ou toutes modifications qui nous paraitraient nécessaires, nous revendiquons comme notre propriété exclusive et privatives
1 - Procédé pour la transformation par pyrolyse et la cokéfaction de mélanges d'huiles hydrocarburées et de matières carbonées solides à l'état de fine division caractérisé par le fait qu'il consiste à soumettre le mélange formant la charge à une température de conversion ou de transformation dans des conditions telles qu'il ne se produise pour ainsi dire pas de cokéfaction,
à intro- duire ensuite les produits chauffés dans une zone de cokéfaction où les vapeurs se séparant du résidu non réduit en vapeur et où ce résidu ést cokéfié en couche relativement mince sur une surface fortement chauffée pendant que les vapeurs sont soumises à fractionnement en vue d'une production d'un distillat final léger par condensation des produits légers à l'état de vapeur pro- venant de ce fractionnement, et séparation des gaz.
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METHOD AND APPARATUS FOR THE, PYROLWSE AND COKEFACTION OF A MELASS OF SOLID CARBON MATERIALS IN A FINE DIVISION STATE AND OF HYDROCARBON OILS.
The present invention relates to an improved process and an apparatus for the transformation and coking of mixtures of hydrocarbon oils with solid or semi-solid bituminous materials such as coal, peat, lignite, oil. shale, etc ... for the production of coke. low content of volatiles, gases, light distillates such as motor fuel and intermediate liquid products which can be subjected to further processing in the same or other apparatus or which can be collected as a final product The mixed
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preferred to process is that of coal, and oil.
The present invention provides for the pyrolytic transformation and coking of mixtures of hydrocarbon oils with finely divided carbon solids by treating the feedstock at a transformation temperature under conditions allowing substantially no substantial coking thereafter. the heated products are introduced into a coking oven where the vapors separate from the unvaporated residue, this residue forming in relatively thin layers on a heavily heated surface while the vapors are subjected to fractionation and give rise to a final light distillate by condensation of the light products from the vapor fractionation and after evolution of non-condensed gases.
In a preferred embodiment the coking zone comprises a series of coking ovens operating in turn. The feed formed by the mixture of oil and biotuminous solids is first heated in a coil or is preferably treated at a low cracking temperature insufficient to cause troublesome coke settling and mixing. is then brought to a strongly heated surface, preferably of a refractory material which is a good heat conductor such as silicon carbide (eg carborundum), molten aluminum oxide, aluminum silicate, refractory clays or brick;
the coke produced accumulates forming a relatively thin layer and is then discharged by means of a hydraulic ram, for example, or by any other suitable well known method once the coke layer has reached the desired thickness. coking
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so formed permits the use of higher temperatures than is generally permitted in metal coking chambers unless expensive special steels are used to form the chamber walls. In addition, it is difficult to obtain a uniform coke by external heating of such chambers due to the low heat conductivity of the coke.
In furnaces according to the invention, heat is applied directly to the undersurface of the high heat conductive refractory material and is transmitted directly thereby to the coking materials and the forming coke layer. Such coking zones can be operated at a pressure slightly lower, equal to or slightly higher than atmospheric pressure. They can be easily cleaned by hydraulic rams in a manner analogous to that used in ordinary carbonization furnaces and can be easily adapted to alternating operation so that the operating time is not limited by the capacity of the heater. coking oven.
In a particular embodiment, the mixture of hydroarburized oil and carbonaceous materials in the state of fine division is subjected to transformation in a heating cylinder under conditions which do not allow coking, after which the mixture is introduced. materials heated in a series of rotating coking bears where the residues from processing are reduced to this coke state and the coke gives off almost all of its volatiles due to the mixture coming from the coil heating occurs on a strongly heated refractory surface.
The vapors are then released from the coking ovens, their heavy fractions which can form coke and in particular the tarry constituents with a boiling point are removed.
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high and the remaining vapors are subjected to further fractionation, the intermediate fractions whose boiling point is above the boiling points of the desired final light distillate and below the boiling points of these fractions heavy coking and these tarry components being condensed as intermediate condensates while the vapors having the desired boiling point are condensed independently and the resulting distillate and gases are collected and separated.
The tarry and similar heavy fractions separated from the vapors from the coking ovens can, if desired, be discharged and stored or be subjected to independent further processing; preferably, however, they are returned to the same apparatus for subsequent treatment in which case they are taken directly to the coking ovens or else they are mixed with the feed supplying the heating coil. Intermediate condensate collected separately from the vapors from the coking oven can be drained from the equipment and stored.
Preferably, however, this condensate is returned to the heating coil to be processed again. These intermediate or relatively light fractions form an ideal product in general for cracking and can thus serve as a cracking feed in the current cycle of operations or in another process.
In a variant of this embodiment and without departing from the scope of the invention, it is possible to bring back the intermediate condensate, or, where appropriate, all the condensate originating from the vapors given off in the coking ovens, to the heating coil of the apparatus to be transformed there, the heated products then being
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introduced into the coking furnace in which case, if desired, all or part of the charge consisting of a mixture of hydrocarbon oil and materials is sent directly into the coking furnaces without passing through the heating coil carbonaceous solid or semi-solid in the state of fine division.
Oe last embodiment allows the application of more energetic transformation conditions in the heating coil especially when only the intermediate condensate feeds the latter which can give rise to higher quantities of fuel for engines with greater anti-surprising power.
The attached schematic drawing represents an apparatus according to the invention allowing the execution of the method described above. The drawing and the description given below should serve to make more clearly understood the different possible variations of the process, which, although not equivalent, can be chosen according to the particularities of the materials being treated and the desired results.
In the drawing the crude oil of the feed constituted by a hydrocarbon oil of any kind such as fuel oil, a distillation residue, fuel oil etc ... or even oils such as tar, pitch or other heavy oils , is brought through line 1 and tap 2 to pump 3 from where it passes through line 4 and valve 5 into mixer 6 where it mixes intimately with the other constituents of the mixture to be treated. Coal or other suitable solid or semi-solid carbonaceous material is added to the mixer preferably in a finely divided state and in amounts measured relative to the amounts of oil through a hopper or other.
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appropriate charging device 7.
The mixer 6 preferably comprises a stirrer 8 of suitable shape ensuring good dispersion of the carbonaceous substances within the oil and maintaining the mixture in a very homogeneous state. Other oils from the equipment itself can be added to the mixer to form the complete mixture. process as will be explained below in more detail. And the mixture leaves the mixer through line 9 and tap 10 to pass through pump 11 which delivers them through line 12 and tap 13 into heating coil 14.
When the load is heavy and viscous, it may be necessary to heat the liquid load or the mixture or both through vapor jackets surrounding the lines or the mixer or other ma. well-known appropriate niche not shown to facilitate the advancement of materials. When desired, the heat intended for this heating can be taken from inside the apparatus by means of heat exchangers or similar devices, not shown.
The heating coil 14 is inside an oven 15 of a suitable type for heating the load therein to the desired transformation temperature, preferably at a pressure substantially above atmospheric pressure. When passing heavy oils or solid carbonaceous materials. of the and semi-solids in the heating coil one must preferably choose, as has been said, the dimensions of the heating coil, the speed of the materials it passes through and the heating rate so as to reach the desired transformation temperature without that the time spent in the coil is sufficient for the formation and deposit of annoying coke in this zone;
* do why
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Preferably high heating is used in the furnace 16 and a high oil flow rate in the coil. The heated materials pass from the heating coil in the pipe 16, the valve 17 and the pipe 18 to come into the coking oven 20 through the pipes 21, 21 ', 21' 'and the corresponding valves 22,22', 22 ' '. The coking oven 20 preferably comprises a series of chambers such as 23, 23 'and 23' 'which can in turn be operated and cleaned and prepared for subsequent operation so as to make the general operation continuous. .
It is obvious that any number of like coking chambers can be used although only three are shown in the drawing.
Each of the coking chambers has a hearth 24 preferably made of a refractory material which is a good conductor of heat such as silicon carbide, molten aluminum oxide, aluminum silicate, etc. at an elevated temperature from below by combustion of any suitable fuel in the combustion zones 25.
The heated products from coil 14 are passed over the heavily heated hearth of one or more coking chambers so that 1.1 oil is coked and the coke formed accumulates in a relatively thin layer to a depth of about 15 omo. on the heavily heated hearth, after which the heating may continue for some time to release the volatiles of the coke to the desired degree while the oil is passed into another coking chamber; the layer of devolatilized coke is finally removed by means of a hydraulic ram or
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in any other suitable well known manner and the chamber is then prepared for further operation.
The vapors released leave the coking chambers through the pipes 26, 26 'and 26 "and the corresponding taps 27, 27' and 27" to pass through the pipe 26 into a device for fractionating and settling the tars 29 at the base from which heavy constituents having a high coke-forming power such as tars and the like separate from constituents with a boiling point lower than 1, Ion subjected to a subsequent fractionation to separate the intermediate condensates with a boiling point above boiling points of the desired final light distillate and lower than the boiling points of the heavy constituents above.
The fractionated vapors having a final boiling point of the desired value pass with the gases produced on exiting the upper part of the fractionator 29 into the pipe 30 and the valve 31 can be contained and cooled in the condenser 22. The resulting distillate and unnecessary gases * exit through line 33 and valve 34 to be received in tank 35 where they separate. The gases can be evacuated from the reservoir 35 through the line 36 and the valve 37.
The distillate can leave its side through line 38 and tap 39 to be stored or to undergo additional treatment. When desired, part of the distillate collected can be returned to tank 35 by well known means not shown in the upper part of the fractionator 29 to serve as a cooling reflux condensate therein, to facilitate the fractionation of the vapors and to maintain the temperature
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desired vapors at the outlet of device 29, thus adjusting the final boiling point of the final distillate
In the preferred embodiment,
vacuum or pressures below atmospheric pressure are applied in the coking chamber and in order to avoid passing hot vapors from the coking furnace into the vacuum pump or compressor, a pressure is also preferably maintained below atmospheric pressure in the following 1. apparatus used for fractionation, condensation and final reception.
A pump or compressor 40 can be used as shown to withdraw the gases from the tank 35 through line 41 and valve 42 and discharge them through line 43 and valve 44 into a gas tank or elsewhere to maintain the desired pressure. below atmospheric pressure in the coking oven and the following parts of the apparatus.
High boiling point oils, tars and other easily coking high boiling materials which separate from the vapors from the coking oven in the tar fractionation and settling device 29 exit from the lower part of this last through line 46 and tap 46 to get to pump 47 from where they pass through line 48 and exit in whole or in part from the apparatus through line 49 and tap 50 to be stored or treated outside the equipment at the will of the operator.
However, preferably a determined proportion or all of these heavy constituents passes from line 48 into line 61 and can be returned via line 52, valve 53,
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pipe 18 and pipes 21, SI * and 21 '' comprising the valves 22,22 'and 22' 'in the coking chambers for further processing and coking.
We could also, if desired, bring these materials for further processing in the heating coil 14 leaving the pipe 51 in the pipe 54, the valve 56 and the pipe 12 to end directly in the heating coil 14 or else via the valve 56 of the pipe 51 in the pipe 70 which brings them into the mixer 6 where they mix with the load intended to supply the heating coil.
The intermediate condensates obtained from the vapors subjected to fractionation can be discharged in one or more derivative streams leaving the fractionation device 29; for example they can leave the latter through line 67 and tap 58 to go to column 69 where they can be distilled again by 1,? intermediate vapors entering through line 60 and tap 61 or any other in a well known manner, in order to vaporize the constituents whose boiling point might be in the range of the boiling points of the desired final light distillate, liberating 1% oil of all entrained gases.
The vapors given off by this new distillation of the intermediate condensates can be returned to the fractionation device 29 via line 62 and tap 63. The intermediate condensates distilled again at 69 can exit from this column 59 via line 64 and tap 66 for Go to pump 66. It will be understood that this additional distillation of intermediate products is not essential to the performance of the invention and can be omitted when desired.
The intermediate condensate comes out of the pope 66
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via line 67 and returns to the heating coil for further processing or it is sent to a storage device or to a processing device in another cracking apparatus or else elsewhere via line 68 and the valve 69, '
When the intermediate condensate is brought back for a new conversion or transformation in the heating coil 14, it is brought there by the pipes 67 and 70 and from there by the pipe 71, the tap 72 and the pipe 12 opening directly into the coil, or.
well by the tap 73 in the pipe 70 which allows it to arrive in the mixer 6 where it mixes with the other products intended to supply the coil 14.
In a variant of the process which has just been described, the intermediate condensates coming from the fractionation device 29 can form the only oil supplied to the coil 14, in which case the feed comprising, in the event of absence, oils with a high boiling point taken from the part. lower fractionator
28 as described, may not go through the coil
14 and pass directly from line 12 into line 74, valve 76 and line 18, to enter directly into the coking oven by mixing in line 18 with the heated intermediate condensates coming from heating coil 14 et al. - also lying the coking oven.
It will be understood that if deduced, the heated oil from the coil 14 and the feed itself can be introduced separately into the coking oven by well known means not shown instead of mixing in line 18. , as shown *
When the load feeds the heating coil, a conversion or transformation temperature between 454 and 482 C.
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measured at the outlet of this heating zone, at the same time as applying a pressure substantially greater than atmospheric pressure in the heating coil, this pressure measuring for example from 6.5 to 35 atmospheres at the outlet of the serpentine.
A substantially reduced pressure is preferably used in the coking chambers or retorts, the pressure being of Reference below atmospheric pressure in the coking zone, although 1:? A pressure can, if desired, be provided for. approximately equal to or greater than atmospheric pressure. The pressure used in the coking zone may correspond to substantially equal pressures in the following parts of the equipment before fractionation, condensing and final reception.
When the load supplying the heating coil comprises an addition of condensate from the fractionation device, a relatively higher transformation temperature can be employed than in the case of a mixture without the addition of condensates, this temperature possibly ranging from example from 465 to 500 0. When only the intermediate condensates from the fractionator are sent to the heating coil, it is preferably possible to use more vigorous processing conditions, the temperature at the outlet of the coil going for example from 495 to 568 C., preferably with a pressure substantially greater than atmospheric pressure and measuring, at the outlet of the coil, from 13 to 55 atmospheres and more.
The heating temperature of the products in the coking ovens can range, for example, from 482 to 650 C. and more and, if necessary, the coke which has accumulated there can be subjected to an additional devolatilization by application. temperatures of up to 870 and higher in the coking oven after you have removed the
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mixture of products to be cooked, the coking oven being separated if desired from the rest of the equipment during devolatilization.
As a specific example of non-performance of the procedure
EMI13.1
According to the invention, a feed comprising a mixture of equal parts by weight of coal tar and pulverized bituminous coal having a high volatile content can be prepared. The total feed to the heating coil includes the feed mixture, heavy oils capable of forming a large coke deposit and intermediate condensates from the tar fractionation and settling device.
This combined feed is subjected to the heating coil at a temperature measuring at the outlet about 482 C. under a pressure above atmospheric pressure of about 13.5 atmospheres and is sent to the coking furnaces operating at a substantially lower pressure. at atmospheric pressure and ensuring the reduction to coke of the non-gaseous products of the transformation at a temperature of about 6220 C. The accumulated coke can be further devalued at a temperature of about
816 C. A by-product forming an engine fuel, the final boiling point of which is approximately 2040 0, is recovered in the fractionator.
The process described gives for 907.2 kgs of gross feed about 545 kgs of coke containing only a little volatile matter, about 208 liters of fuel for engines with high anti-knock power and about 20% by weight of gas which can be used as fuel, Si If fuel oil is used as a carrier for the coal dispersion, a higher yield of engine fuel and a lower yield of coke and gas will be obtained.
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The invention is not limited to the conditions and results indicated by way of example only and large modifications can be made to it without departing from the scope of the invention.
CLAIMS
Having thus described our invention and reserving the right to make any improvements or modifications that we deem necessary, we claim as our exclusive and private property
1 - Process for the transformation by pyrolysis and coking of mixtures of hydrocarbon oils and solid carbonaceous materials in the state of fine division characterized in that it consists in subjecting the mixture forming the feed to a conversion temperature or transformation under conditions such that virtually no coking takes place,
then introducing the heated products into a coking zone where the vapors separating from the non-vaporized residue and where this residue is coked in a relatively thin layer on a heavily heated surface while the vapors are subjected to fractionation for production of a final light distillate by condensation of the light products in the vapor state from this fractionation, and separation of the gases.