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Procédé et appareil pour le cracking des hydrocarbures, huiles, goudrons et suspensions charbon-huile.
La. présente invention se rapporte aux procédés et appareils destinés à assurer le cracking des hydrocarbures, huiles, goudrons, suspension de charbon dans l'huile et substances analogues, en les chauffant sous pression, et, plus particulièrement, aux procédés pour traiter ces substances ou leurs mélanges, appartenant à la catégorie de ceux soumettant les substances à un chauffage sous pression dans au moins un récipient chauffé extérieurement ou dans plusieurs récipients de ce genre, propres à être réunis en série ou en dérivation ou, dans une autre alternative, groupés en série et en dérivation, ce ou ces récipients entourant un récipient interne, préférablement ayant leur forme,mais à parois externes qui forment,
avec les parois du récipient chauffé
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ter sont introduits et sont soumis simultanément à l'action du chauffage et de la pression.
D'après la présente invention, le nouveau procédé et le nouvel appareil pour le cracking des composés cités plus haut, sont caractérisés en ce que les matériaux à traiter, qui, de préférence, seront chauffés préalablanent, sont in- troduits dans l'espace annulaire compris entre les deux récipients concentriques externe. et interne, et en ce que, pendant qu'ils montent vers le sommet de cet espace,ils sont forcés de se mouvoir circulairement sur la surface intérieure des parois chauffées du récipient externe, indécendamment et en plus de leur mouvement dans la direction de leur avancement le long de l'espace annulaire, de manière à avancer continuellement le long de cet espace annulaire sans se mélanger avec les nouveaux matériaux moins chauds qui y sont introduits.
Les matériaux traités coulent alors par dessus le bord supérieur du récipient intérieur et descendent à l' intérieur de ce récipient avec une vitesse relativement réduite dans de très grandes proportions;pendant cette période d'écoulement d'écoulement ralenti, les gaz et vapeurs que crée le traitement, se séparent et sont conduits au dehors, le dit récipient interne constituant une chambre de décomposition. Il s'ensuit que,lorsque plusieurs récipients de ce @ genre sont réunis en série, chaque période d'écoulement rapide est suivie d'une période d'écoulement ralenti dans laquelle les gaz et les vapeurs formées sont conduits au dehors.
On assure le mouvement circulaire des matériaux traités dans l'espace annulaire en adjoignant à l'appareil au moins un organe animé d'un mouvement de rotation.
Dans un mode d'exécution préféré de l'invention, on prévoit,pour la superposition d'un mouvement circulaire au mouvement progressif longitudinal des matériaux, l'emploi de bandes de métal placées dans l'espace annulaire, ces bandes
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étant, de préférence, parallèles à Pue des rânanfa #
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légèrement inclinées par rapport à cet axe, et étant montées de manière à pouvoir tourner et râcler les parois intérieures du récipient externe, de façon à enlever tout dépôt formé sur ces parois, ou plutôt à en empêcher la formation, produisant ainsi un nettoyage continuel de ces parois, en vue d'éviter, d'une manière constante et entière tout dépôt de carbone sur les dites parois.
Les dites bandes-râ- cloirs, dans l'espace annulaire,peuvent constituer un organe de l'appareil fait d'une seule pièce détachable(de préfére- ce enlevable et remplaçable lorsqu'elle est usée) qui est mue mécaniquement, ou bien, de préférence même, cet organe peut être fixé de toute façon ,appropriée,par exemple par des vis, sur les parois extérieures du récipient interne; celui-ci est alors disposé de façon à tourner lui-même,et est construit de manière à pouvoir être retiré et remplacé, en cas d'usure, des bandes-râcloirs.
Il convient que l'espace annulaire existant entre le récipient externe chauffé et le récipient interne soit tenu très étroit, afin que les matériaux bruts introduits soient obligés de s'épancher sous forme de couche très mince dans l'espace annulaire sur les parois chauffées du récipient externe,sous pression.
Grâce à l'adoption d'un récipient interne tournant, muni d'éléments racleurs susceptibles.d'être fixés sur lui et de se mouvoir avec lui,les parois internes du récipient chauffé sont maintenues continuellement libres de tout dépôt. Le récipient interne agit comne une chambre de décomposition pendant l'opération du cracking.
Comme le présent procédé assure une grande vitesse d' écoulement des matériaux faites sur les surfaces chauffées, du même coup il permet un usage tellement efficace des surfaces chauffantes disponibles,que,comparativement aux autres procédés et appareils, on obtient une utilisation beaucoup plus économique de ces surfaces, avec suppression complète,
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les parois ;au surplus,l'opération se fait avec le plus grand rendement calorifique, les dimensions et l'espace requis,le prix de l'installation et,particulièrement le prix des remplacements et des réparations, étant substantiellement moindres pour une production déterminée.
Et ces nombreux avantages s'obtiennent au moyen d'appareils tout à fait simples,à organes facilement accessibles et remplaçables, et à action infaillible.
En fait de vitesse,il suffit d'une révolution par seconde,environ,du récipient interne tournant(ou des bandes-râcloirs si ces dernières sont entraînées indépendamment de lui) pour effectuer la montée des matériaux sur la surface des parois chauffées dont la vitesse est de beaucoup supé- riaure à celle que l'on pourrait obtenir sans ce dispositif.
Le procédé et l'appareil suivant la présente invention rendent donc possible l'application du traitement pour le cracking même aux huiles et goudrons, ainsi qu'aux suspensions charbon-huile,qui, dans d'autres appareils,par exemple dans les chaudières à serpentin, ne peuvent pas être traités d'une manière économique.
Une forme d'exécution préférée de l'invention est représentée à titre d'exemple non limitatif, aux dessins annexés en deux figures schématiques:
Figure 1 est une section verticale d'un dispositif de récipients cylindriques à pression, le récipient interne étant capable de tourner;
Figure 2 est un schéma montrant l'arrangement d'une installation qui comporte trois récipients à pression chauffée, du genre représenté dans la figure 1.
Les matériaux à soumettre au cracking,soit,par exemple, de l'huile, seront(après avoir été préférablement chauffés de toute manière appropriée et, s'il est nécessaire, méléngés avec des matériaux non décomposés restant d'une opération précédente)introduits à l'extrémité inférieure de l'es-
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pace annulaire,par la conduite b du fond g du récipient à
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pression a,qui est chauffé extérieurement au moyen des carneaux d.Les matériaux montent dans 1'-espace annulaire f qui est formé entre les parois extérieures du récipient interne et les parois intérieures du récipient externe chauffé allé long des parois chauffées,et coule par dessus le bord supérieur cl du récipient interne c,à 1''intérieur de ce dernier,
qui joue le rôle de chambre de décomposition.Par suite de la rotation du récipient interne c,qui est équipé de bandes d' acier verticales g fixées sur ses parois externes,et qui est monté sur un arbre vertical ,mis en rotation par une transmission p,les matières traitées sont contraintes de passer avec une grande vitesse sur la surface intérieure des parois du récipient externe a.Les gaz et vapeurs en excès à l'intérieur du récipient interne o sont conduits au dehors par les conduites hl et h2 pour être soumis à un traitement subséquent ou bien pour être condensés;les conduites hl et h2 sont fixées sur le couvercle a2 du récipient à pression a,et l'arbre k passe au travers de ce même couvercle qui, à cette fin, est équipé d'un presse-étoupe bien étanche.
Les résidus sont évacués par le conduit de vidange l,qui joue le rôle de pivot-support pour le récipient tournant c,et par la conduite h3 sur le fond al du récipient à pression chauffé ao
Le récipient interne c est monté sur l'arbre k au moyen d'organes m ayant la forme de disque, ou toute autre forme appropriée,des orifices ml étant prévus pour le passage des matières traitées.
Les bandes externes d'acier g qui,dans l' espace annulaire f, ont pour fonction d'augmenter la vitesse de passage de ces matières sur les surfaces chauffées, sont montées sur le récipient c de façon à atteindre préférablement à une telle hauteur au-dessus de la surface externe du récipient interne c que leurs bords externes fassent contact et appuient fortement,mais élastiquement,contre les parois internes du récipient chaufféa, de façon à râclet ces parois lorsque ce récipient tourne,et,ce faisant, à empêcher tout dépôt de carbone sur ces parois.
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Dans l'installation représentée à la figure 2, on a représenté trois récipients chauffés assemblables à celui de la figure 1 et que l'on voit réunis l'un à l'autre en sé- rie;toutefois,ils pourraient être réunis en dérivation ou groupés en série et dérivation au moyen de conduites et de robinets(qui ne sont pas représentés).
Avec cette ordonnance, c'est une opération continue de l'installation qui est pré- vue,les matières à traiter passant par la pompe à huile froide q, une colonne de distillation et d'échange calorifi- que r, la pompe à huile chaudè s et l'ensemble des récipients à pression chauffée a,les gaz et vapeurs dégagés partent alors par la colonne d'échange calorifique r,la chambre de déphleg- nation t,le serpentin de refroidissement u et le séparateur des gaz et des liquides v,ces derniers sortant par la con- duite Wl, tandis que les gaz se rendent par la conduite au fourneau zo Les récipients a sont, de préférence,chauffés indépendamment par les gaz dégagés par les matières traitées elle résidus huileux évacués du groupe de réci- pients a, comme il a été décrit au sujet de la figure l,
sont transmis par les conduites h3 et h4, s oit dans un réservoir pour être consumés comme huile combustible,soit, si cela est nécessaire,après séparation des résidus solides et autres ma- tières,par exemple des matières asphaltiques,pour être rame- nés de nouveau dans le cycle des opérations de cbacking.
Comme on l'a fait observer déjà, il n'est pas absolu- ment nécessaire que le mécanisme faisant prendre aux matières traitées ce mouvement circulaire avec raclage des parois du récipient externe,soit fixé sur les parois externes du réci- pient interne tournant,comma il est représenté sur la figure 1; en réalité, il peut être constitué par un ensemble indé- pendant monté de toute façon appropriée et mis en rotation. par un mécanisme qui lui est propre,le récipient interne é- tant alors stationnaire.
Ce qui est possible également,mais au prix d'une grande difficulté,c'est l'emploi d'un récipient externe capable de @
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recevoir un mouvement de rotation, ou bien un ensemble dont les différents organes peuvent tourner par rapport l'un à l' autre.
Les récipients externe et interne sont,de préférence,cy- lindriques; toutefois, si on le désire,ils peuvent être légèrement coniques pour permettre d'ajuster la largeur de l'espace radial en les déplaçant axialement; à vrai dire, cet avantage n'est pas d'importance essentielle, et cette conception de l'appareil en subit plutôt une complication.
REVENDICATIONS:
En résumé, nous revendiquons comme de notre invention:
1 ) Procédé pour le cracking des hydrocarbures,huiles, goudrons,suspensions charbon dans l'huile et autres matières analogues,consistant à faire passer ces dernières dans un espace annulaire ménagé entre deux récipients concentriques dont l'un est chauffé,de manière que ces matières sont soumises à l'action de la chaleur et de la pression, caractérisé en ce que,pendant qu'elles montent dans cet espace annulaire,elles sont contraintes de se mouvoir circulairement sur la surface des parois du récipient chauffé,en plus de leur mouvement ascendant,de façon à progresser continuellement le long du dit espace annulaire sans se mélanger avec le nouvel apport de matières moins chaudes introduites dans le dit espace annulaire.
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Method and apparatus for cracking hydrocarbons, oils, tars and coal-oil suspensions.
The present invention relates to methods and apparatus for cracking hydrocarbons, oils, tars, suspension of coal in oil and the like, by heating them under pressure, and more particularly to methods for treating such substances. or mixtures thereof, belonging to the category of those subjecting the substances to heating under pressure in at least one externally heated receptacle or in several receptacles of this kind, suitable for being combined in series or in bypass or, in another alternative, grouped together in series and in bypass, this or these receptacles surrounding an internal receptacle, preferably having their shape, but with external walls which form,
with the walls of the heated vessel
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ter are introduced and are simultaneously subjected to the action of heating and pressure.
According to the present invention, the new process and the new apparatus for cracking the compounds mentioned above are characterized in that the materials to be treated, which preferably will be heated beforehand, are introduced into the space. annular between the two outer concentric receptacles. and internal, and in that, as they ascend to the top of this space, they are forced to move circularly on the inner surface of the heated walls of the outer vessel, independently and in addition to their movement in the direction of their advancement along the annular space, so as to advance continuously along this annular space without mixing with the new, less hot materials introduced therein.
The treated materials then flow over the upper edge of the inner container and descend inside this container with relatively low velocity in very large proportions; during this period of slow flow, the gases and vapors created. treatment, separate and are conducted outside, said internal container constituting a decomposition chamber. It follows that when several such vessels are joined in series, each period of rapid flow is followed by a period of slow flow in which the gases and vapors formed are conducted out.
The circular movement of the materials treated in the annular space is ensured by adding to the device at least one member driven by a rotational movement.
In a preferred embodiment of the invention, provision is made, for the superposition of a circular movement on the progressive longitudinal movement of the materials, the use of metal bands placed in the annular space, these bands
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being, preferably, parallel to Pue des rânanfa #
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slightly inclined with respect to this axis, and being mounted so as to be able to rotate and scrape the inner walls of the outer container, so as to remove any deposit formed on these walls, or rather to prevent the formation thereof, thus producing a continuous cleaning of these walls, in order to avoid, in a constant and complete manner, any deposit of carbon on said walls.
Said scraper bands, in the annular space, can constitute a member of the apparatus made of a single detachable part (preferably removable and replaceable when worn) which is mechanically moved, or else , preferably even, this member can be fixed in any suitable way, for example by screws, on the outer walls of the internal container; this is then arranged so as to rotate itself, and is constructed so that it can be removed and replaced, in the event of wear, of the scraper bands.
The annular space existing between the heated outer container and the inner container should be kept very narrow, so that the raw materials introduced are forced to flow out as a very thin layer in the annular space on the heated walls of the vessel. external container, under pressure.
Thanks to the adoption of an internal rotating container, provided with scraper elements capable of being fixed on it and of moving with it, the internal walls of the heated container are kept continuously free of any deposit. The inner container acts as a decomposition chamber during the cracking operation.
As the present process ensures a high flow rate of the materials made on the heated surfaces, at the same time it allows such efficient use of the available heating surfaces that, compared to other methods and apparatus, a much more economical use of the material is obtained. these surfaces, with complete removal,
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the walls; moreover, the operation is carried out with the greatest calorific efficiency, the dimensions and the space required, the cost of the installation and, in particular the price of replacements and repairs, being substantially lower for a given production .
And these numerous advantages are obtained by means of quite simple devices, with easily accessible and replaceable components, and with infallible action.
In terms of speed, it only takes about one revolution per second of the rotating internal container (or of the scraper belts if the latter are driven independently of it) to effect the rise of the materials on the surface of the heated walls whose speed is far superior to what could be achieved without this device.
The method and apparatus according to the present invention therefore make it possible to apply the treatment for cracking even to oils and tars, as well as to coal-oil suspensions, which, in other apparatus, for example in boilers with coil, cannot be processed economically.
A preferred embodiment of the invention is shown by way of non-limiting example, in the accompanying drawings in two schematic figures:
Figure 1 is a vertical section of a cylindrical pressure vessel device, the inner vessel being capable of rotating;
Figure 2 is a diagram showing the arrangement of an installation which comprises three heated pressure vessels, of the kind shown in Figure 1.
The materials to be subjected to cracking, that is, for example, oil, will be (after having been preferably heated in any suitable manner and, if necessary, mixed with undecomposed materials remaining from a previous operation) introduced at the lower end of the es-
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annular space, through line b from the bottom g of the
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pressure a, which is heated externally by means of the flues d. The materials rise in the annular space f which is formed between the outer walls of the inner container and the inner walls of the heated outer container along the heated walls, and flows through above the upper edge cl of the inner container c, inside the latter,
which acts as a decomposition chamber. As a result of the rotation of the internal container c, which is equipped with vertical steel bands g fixed to its external walls, and which is mounted on a vertical shaft, rotated by a transmission p, the treated materials are forced to pass with high speed over the inner surface of the walls of the outer container a. Excess gases and vapors inside the inner container o are led outside through the pipes hl and h2 to be subjected to a subsequent treatment or to be condensed; the pipes h1 and h2 are fixed on the cover a2 of the pressure vessel a, and the shaft k passes through this same cover which, for this purpose, is equipped with a well-sealed cable gland.
The residues are discharged through the drain pipe l, which acts as a pivot-support for the rotating vessel c, and through pipe h3 on the bottom al of the heated pressure vessel ao
The internal container c is mounted on the shaft k by means of members m having the form of a disc, or any other suitable form, orifices ml being provided for the passage of the treated materials.
The outer steel bands g which, in the annular space f, have the function of increasing the speed of passage of these materials over the heated surfaces, are mounted on the container c so as to preferably reach such a height at -above the outer surface of the inner container c that their outer edges make contact and press strongly, but elastically, against the inner walls of the heated container a, so as to scrape these walls when this container rotates, and, in so doing, to prevent any carbon deposit on these walls.
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In the installation shown in FIG. 2, three heated receptacles have been shown which can be assembled with that of FIG. 1 and which can be seen joined to one another in series; however, they could be joined in bypass. or grouped in series and bypass by means of pipes and valves (which are not shown).
With this ordinance, it is a continuous operation of the installation which is planned, the materials to be treated passing through the cold oil pump q, a distillation and heat exchange column r, the oil pump boilers and all the heated pressure vessels a, the gases and vapors released then leave through the heat exchange column r, the dephlegation chamber t, the cooling coil u and the gas and liquid separator v, the latter leaving through the pipe Wl, while the gases go through the pipe to the furnace zo The receptacles a are preferably heated independently by the gases given off by the treated materials and oily residues discharged from the group of receptacles - pients a, as it has been described with regard to figure l,
are transmitted through pipes h3 and h4, either in a tank to be consumed as fuel oil, or, if necessary, after separation of the solid residues and other materials, for example asphaltic materials, to be brought back back into the cycle of cbacking operations.
As has already been observed, it is not absolutely necessary that the mechanism causing the treated materials to take this circular movement with scraping of the walls of the outer container, be fixed to the outer walls of the rotating inner container, as it is shown in Figure 1; in reality, it can be constituted by an independent assembly mounted in any suitable manner and rotated. by its own mechanism, the internal receptacle then being stationary.
What is also possible, but at the cost of great difficulty, is the use of an external receptacle capable of @
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receive a rotational movement, or else an assembly of which the various members can rotate relative to one another.
The outer and inner receptacles are preferably cylindrical; however, if desired, they may be slightly conical to allow adjustment of the width of the radial space by moving them axially; indeed, this advantage is not of essential importance, and this design of the apparatus suffers rather a complication.
CLAIMS:
In summary, we claim as our invention:
1) Process for cracking hydrocarbons, oils, tars, coal-in-oil suspensions and other similar materials, consisting in passing the latter through an annular space formed between two concentric containers, one of which is heated, so that these materials are subjected to the action of heat and pressure, characterized in that, as they rise in this annular space, they are forced to move circularly on the surface of the walls of the heated container, in addition to their upward movement, so as to progress continuously along said annular space without mixing with the new supply of less hot materials introduced into said annular space.