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" Perfectionnements apportés auxprooédés pour l'obtention d'essence ou de combustible pour ne leurs, à partir d'hydro- carbures plus lourds, par décomposition en phase de vapeur
La présente invention a pour objet des perfectionnements apportés aux procédés pour l'obtention d'essenoe ou de oombus- tible pour moteurs, à partir d'hydrocarbures plus lourds, par décomposition en phase de vapeur, et elle concerne plus spéoia- lement l'obtention de produits oonvenant à l'alimentation des moteurs et dont le point d'ébullition est de l'ordre de celui de l'essence tout en ayant des propriétés anti- détonantes analogues à oelles obtenues par l'addition de tétraéthyle de plomb à de l'essence vierge du Mid-Continent en proportions
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d'au moins 1,5 ce. et de préférenoe 2 ce.
ou davantage paiI!-.p-0û/l.
3,8 litres.
Pour les traitements en phase de vapeur, appliqués jus- qu'ioi, on a renoontré diverses diffioultés pour obtenir un oonbustible pour moteurs ayant des propriétés anti-détonantes
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convenables, oes difficultés étant, entre autres, l'obtention d'un faible rendement en essence comparativement aux traite- ments de décomposition ordinaires en phase liquide, des pertes exoessives de gaz, des troubles résultant du dépôt de ooke ou analogue. Il en est résulté que différentes dispositions auxi- liaires ont été utilisées pour le traitement en phase de vapeur par exemple l'introduction, dans l'installation , de gaz inertes conne véhicules de chaleur, l'utilisation de oataly- seurs et de matières de remplissage pour les tubes ou éléments de chauffage, en vue de remédier à oes difficultés.
Conformément à la présente invention on obtient une essen- ce ou un combustible pour moteur, ayant les caractéristiques anti-détonantes désirées avec un rendement comparable à ceux obtenus par les prooédés de décomposition en phase liquide et aveo des pertes relativement faibles en gaz et en goudron et sans avoir recours à des dispositions spéoifiques telles que l'introduction de gaz, l'utilisation de noyaux spéciaux dans les éléments chauffants ou l'intervention de catalyseurs.
L'invention sera mieux comprise à l'aida du complément de description qui suit ainsi que des dessins oi-annexés, les- quels complément et dessins sont, bien entendu, donnés surtout à titre d'indication.
La fig. 1 montre, schématiquement et en coupe verticale, une installation pour la mise en oeuvre de l'invention.
La fig. 2 montre, semblablement, une installation analogue établie selon une variante.
La fig. 3 montre, en coupe sohématique, une chambre de réac- tion agrandie faisant partie de l'installation selon la fig. 2.
La fig. 4 montre, en coupe schématique, la colonne de frao-- tionnement de l'installation selon la fig. 2.
La. fig. 5 montre un diagramme indiquant les valeurs des températures au cours de l'opération de ohauffage pendant la mise en oeuvre de l'invention.
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En se référant plus spécialement à la fig. 1 des dessins on a désigné par 5 le four de chauffage qui peut être de n'im- porte quel type approprié. Pour l'exemple montré, il comporte une chambre de combustion 6 établie suivant une variante d'un four avec foyer antérieur, les gaz résultant de la com- bustion s'écoulant vers le haut par une chancre verticale 7 vers la cheminée 8. Les tubes de ohauffage 9 sont disposés horizontalement dans la chambre 7 du four en constituant des seotions de chauffage initial et de vaporisation 10 et 10a dans lesquelles se produit une légère décomposition et une sec- tion 11, dans laquelle a lieu le restant de la vaporisation et la plus grande partie de la déoomposition.
Les hydrocarbures fournis au serpentin de chauffage, entrent dans le serpentin par le conduit 12 ,passent dans la seotion de ohauffage ini- tial 10 et ensuite, par le conduit 13, dans la section 10a et la section de déoomposition 11.
Les hydrocarbures sont soumis à un ohauffage rapide dans la section 10a qui, pour la forme de four montrée, est soumise à de la chaleur radiante. De la section de décomposition 11 les vapeurs passent par le conduit 14 muni d'un robinet de détente 15 et disposé de façon que oes vapeurs soient déchargées tan- gentiellement dans un séparateur 16 en dessous du niveau du liquide. Une masse de liquide condensé ou de goudron est retenue dans la partie inférieure 17 du séparateur 16 afin de refroidir effectivement lesfproduits provenant du serpentin, une partie de ce goudron petit être soutirée par le tube 32a et mise en circulation,, par la pompe 32b, au travers du réfrigérateur 320 et ramenée par le tube 32d .Le goudron refroidi assure rapidement le refroidissement des vapeurs chaudes dans le sé- parateur.
Le séparateur 16 peut comporter , au-dessus du débouché du conduit 14, des chicanes ou plateaux de fractionnement 18 appropriés. En un point intermédiaire du séparateur est prévue une plaque de séparation 20, oelle-oi étant montrée
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schématiquement sous forme d'un disque annulaire fixé aux parois latérales du séparateur 16 et comportant un passage oentral 21 pour les vapeurs pour permettre l'écoulement vers le haut de oelles-oi, tout en retenant le condensât de reflux recueilli sur la plaque. Une partie de ce condensât peut dé- border et retourner au liquide 17.
Au-dessus de la plaque de séparation 20 sont prévues des plaques de fractionnement 22 et dans la partie supérieure de la tour 16 peuvent être logés, d'une manière appropriée, des serpentins 23 pour l'échange de la chaleur.
Les hydrocarbures frais, à introduire dans l'installation peuvent avantageusement être débités par le conduit 24 aux éohangeurs 23 établis dans la partie supérieure du serpentin 16, en oontrôlant ainsi la température des vapeurs quittant le séparateur. Ces hydrocarbures fraipeuvent ensuite s'écouler, par le conduit 25 aveo robinet, vers le conduit 26 par lequel ils sont conduits vers un distributeur 27 qui se trouve dans la partie inférieure du séparateur en dessous de la plaque de séparation 20.
Si on le désire, des hydrocarbures additionnels, intro- duits dans l'installation peuvent être débités dans le conduit 26 par le conduit 28 avec robinet ou une alimentation en excès,, utilisée pour le refroidissement à la partie supérieure du sé- parateur, peut être soutirée du même oonduit 28 aveo robinet.
Comne indiqué plus explicitement ci-après, les parties de la charge d'alimentation , qui sont fournies aux serpentins de chauffage , sont complètement vaporisés dans la partie infé- rieure du séparateur, les vapeurs s'écoulant vers le haut par le passageqà vapeur 21-21 dans la plaque de séparation 20. Les constituants désirés de la charge, de pair avec le oondensat de reflux provenant des vapeurs sortant du serpentin de chauf- fage, sont recueillis sur la plaque de séparation 20, soutirés par la pompe 29 pour hydrocarbures chauds et refoulés par
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oette dernière dans le conduit 12 aboutissant au serpentin de ohauffage.
Les vapeurs, non condensées dans le séparateur 16, s'é- chappent par le conduit 30 pour vapeurs vers un oondenseur approprié 31 ou, si on le désire, vers un oondenseur de frao- tionnement. Le liquide lourd ou le goudron recueilli dans la partie inférieure 17 du séparateur 16, peut être soutiré, au besoin par le conduit 32 aveo robinet et passe, le cas éohéant, par des réfrigérateurs ou échangeurs de ohaleurs appropriés¯ (non montrés ).
Pour la mise en oeuvre de l'invention, les hydrocarbures ou les charges composées qui sont complètement vaporisables et sont débités au serpintin de chauffage par le conduit 12, sont ohauffés pour obtenir leur vaporisation rapide et,par conséquent, une déoomposition à haute température des vapeurs jusqu'à une valeur aussi élevée que possible.
Afin d'être certain desrésultats qu'on désire obtenir, les hydrocarbures sont chauffés pour avoir à la sortie du ser- pentin une pression de 7 à 28 at. (100 à 400 livres) et une température de sortie depuis environ 455 C (850 F) à environ 525 C (975 F), des conditions typiques du traitement étant
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une pression d'environ 12 à 17 at. (l5 à 250 livres) et une température depuis environ 482* C (900. F) jusqu'environ 510* C (950. F).
Au cours du chauffage, les hydrocarbures sont amenés rapidement d'une température en dessous de laquelle a lieu une décomposition active et à laquelle commence la vaporisation à une température de déoomposition élevée qui est approximati- vement la température de sortie désirée, de sorte que les pro- duit4 décomposés, ayant un point d'ébullition de l'ordre de celui de l'essence et qui sont tonnés avant que les hyd rocar- bures atteignent une température d'environ 455' C (8500 F), constituent une faible proportion de la quantité totale des
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produits obtenus par le traitement , o'est,-. ," #-.
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15 % de l'essence. La proportion de la décomposition en phase lui- quide est ainsi diminuée puisque plus que 85 % de l'essence, obte- nue par le traitement est produite à des températures de l'ordre de oelles d'environ 455 C (850 F) à environ 525 C (975 F).
Une circulation appropriée des hydrocarbures est mmtrée, sohéma- tiquement, pour le four 5 de la fig. 1. Un tel four peut avoir, par exemple, 18 rangées horizontales de tubes, chaque rangée ayant 16 tubes. La charge composée entre par la rangée supérieure s'écoule vers le b as par les tubes de chaque rangée suivante pour oinq ragées et elle est, ensuite, dirigée , par le conduit 13, vers la rangée la plus basse et la plus chaude et monte suooessi- vement par les rangées horizontales en sortant parle conduit 14 à la treizième rangée à partir du bas.
Pour une telle opération, avec un contrôle appropriée du degré de décomposition pour oha- que passe, la température des hydrocarbures après leur passage par les oinq rangées supérieures et l'entrée dans le tube 13 peut se trouver, entre environ 275 C (525 F) et environ 345 C (650 F) qui est en dessous de la température à laquelle se produit une décomposition appréciable . Les hydrocarbures passera ensuite, par la'rangée inférieure des tubes du four dans laquelle se produit le plus grand apport de chaleur et ils sont rapide- ment amenés à une température au-dessus d'environ 455 C(850 F) en étant exposés à une ohaleur radiante aussi bien qu'à une chaleur par oonveotion ou à d'autres moyens de chauffage rapide.
Ils sont en substance, complètement vaporisés et amenés à une température élevée de vaporisation dans les deux rangées inférieu- res de tubes. par leur circulation continue au travers des onze rangées de tubes restantes, ils peuvent, graduellement, être amenés à une température supérieure, de façon que la température de sortie soit d'environ 495 C (925 F).
Sur la fig. 5, la ligne brisée marquée en traits pleins et désignée par 1, illustre une opération typique de ce genre.
Sur le diagramme on a indiqué, en ordonnées et en abscisses, respectivement la température des hydrocarbures et les rangées
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de tubes du four de chauffage, Il est à remarquer que dans les oinq premières rangées du trajet, les hydrocarbures sont amenés à une température d'entiron 275 C (525 F). Dans les deux rangées de tubes suivantes du trajet, une tempéra- ture d'environ 455 C (850* F) est atteint et en ce point, pour un exemple typique, on a trouvé que les hydrocarbures ne contenaient, en substance, auoune essenoe.
Pendant le trajet restant dans le four, les hydrocarbures sont amenés graduelle- ment à une température d'environ 495 C (925*F) . Il est à remarquer que les hydrocarbures sont amenés très rapidement d'une température de 370*0 (700*F), où la déoomposition de- vient appréciable, à une température d'environ 455 C(850 F) de sorte que des produits décomposés ne se forment pas ou seu- lement en faible proportion avant que les hydrocarbures attei- gnent une température d'environ 455 C (850*F).
En effectuant l'opération avec les conditions de ohauffa- ge, contrôlées comme indiqué ci-dessus, on a trouvé que la mesure la mieux appropriée du temps pendant lequel les hy- drooarbures sont soumis à la chaleur dans le serpentin de chauffage, est celle de la quantité d'essence obtenue par décomposition pour chaque passe, en se basant sur la quantité totale de la charge composée fournie au serpentin, puisque la valeur de la décomposition en essenoe est une mesure du temps pendante quel les hydrocarbures sont exposés à la tem- pérature de décomposition dans le serpentin, la température de sortie et la ohute approximative de température, pendant que règnent les conditions de décomposition, étant connues.
La valeur de décomposition en essenoe, qu'on obtient pour chaque passe, est aisément contrôlable par l'opérateur puisqu'elle peut être modifiée en faisant varier le degré d'alimentation pour des conditions données de témparature et de pression. La décomposition par passe peut être diminuée en augmentant le degré d'alimentation et vioe-versa.
Le minimum désiré pour la décomposition en essence,par
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passe, est de l'ordre de 2,5 % à une pression de 7 at. (100 livres) jusqu'à 13 % à une pression de sortie de 17 at. (250 livres) et des températures de sortie d'environ 455 C (860 F) jusqu'à environ 525 C. (975 F) pour un produit ayant un équi- valent de 1,5 ce; de tétraéthyle de plomb. Pour un équivalent plus élevé en plomb une décomposition plus intense en essence par passe est nécessaire. c'est ainsi que pour un produit à 2,0 cc., le minimum est de l'ordre , depuis 4 % d'essence, par passe, et 7 at. (100 livres) jusqu'à 16, 5 % d'essence, par passe, à 28at. (400 livres).
Sur la fig. 2 on a montré une variante d'une installa- tion pour la mise en oeuvre de la présente invention et dans laquelle les produits de vapeur, provenant du serpentin de chauffage,, sont déohargés dans une chambre de réaotion dans laquelle les vapeurs sont maintenues à une température de dé- composition pour une période de temps notablement plus Ion-* gue et dans laquelle la capacité de l'installation est aug- mentée.
En se référant à la fig. 2 des dessins, on a désigné par 10 un four de chauffage oontenant des serpentins de chauffage 41 oonstitués de manière telle Que les conditions
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de fonotionnemmt soient analogues à oeifi déoritts ci-dessus en oe qui concerne le serpentin de chauffage de l'installa- tion selon la fig. 1. La charge du serpentin se fait par le conduit 42, elle passe d'abord par une seotion de chauffage 43 dans laquelle elle est chauffée jusqu'à une température en dessous de celle à laquelle commence la vaporisation et la décomposition.
Depuis oette section de chauffage initial 43, les hydrocarbures passent par le ponduit 44 vers la ran- gée la plus inférieure de tubes de la seotion de vaporisation et de décomposition 45 dans laquelle ils sont rapidement vapo- risés et amenés à la température désirée de vaporisation.Les vapeurs ohauffées d'hydrooarbures s'écoulent par le conduit
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46 et sont déaharoe4a; aHQ , - -- -- - -
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bre de réaction 47 par un dispositif d'entrée qui se trouve au-dessus du niveau libre de toute quantité de goudron ou liquide que cette chambre contient.
Pendant le fonctionnement de la chambre de digestion, des conditions telles sont maintenues que la chambre soit remplie en grande partie avec des/vapeurs et qu'il se produit un minimum de turbulenoe dans les vapeurs de la chambre t une ohute de température maximum entre l'entrée des vapeurs et la sortie de celles ci. On a constaté que oes conditions peuvent être obtenues, de la manière la plus aisée, dans une chambre verticale allongée.
Bien qugon puisse admettre que la turbulence des vapeurs dans la chambre peut être évitée plus aisément en introduisant les vapeurs à proximité du sommet de la ohambre et en les déchargeant par le fond, par suite de la densité oroissantedes vapeurs au fur et à mesure que leur température diminue, on a constaté qu'une telle opération ne donne pas lieu à une ohute de température maximum et une turbulenoe minimum, mais provoque plutôt le mélange et une éga- lisation des températures dans ladite chambre.
Il a été trouvé plus avantageux d'introduire les vapeurs chauffées,pro- venant du serpentin de ohauffage, par la partie inférieure de la chambre de réaction et de décharger les vapeurs par le som- met de la chambre, du fait que le décroissement de la densité, résultant de la décomposition, fait plus que oompenser l'ac- oroissement de densité résultant du refroidissement.
Le dispositif distributeur 48, par le quel les vapeurs sont introduites dans la chaire, a une forme telle qu'il ait une ouverture de décharge de largeur rapidement croissante et qu'il permette l'introduction des vapeurs à une faible vitesse de façon à éviter de la turbulence exoessive. Pour la disposi- tion, montrée schématiquement sur la fig. 3, le dispositif distributeur comporte une ouverture 49 de section croissante et en dessous de laquelle se trouve une plaque ou chicane 50.
La constitution du dispositif distributeur est décrite
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en détail dans la demande de brevet américain déposée au même nom le 25 avril 1930, n 447.265. La chambre de réaction est avantageusement calorifugée de façon qu'on y maintienne la température de réaction désirée pour les vapeurs, bien qu'elle puisse au besoin être légèrement chauffée à cet effe t.
Les vapeurs, après avoir séjourné dans la chambre de réaction 47 pendant une période suffisante pour obtenir la conversion désirée, sont déchargées par le conduit de sort 51 et la fomation de dépôts de ooke, dans ce conduit, sont évités par tout moyen approprié, par exemple par injection dans celui-ci d'une charge fraîche par l'intermédiaire du conduit 52 et de la tuyère 53.
Un dispositif convenable pour ce but est montré en détail dans la demande de brevet américain, déposée au même nom, le 14 février 1930, n 428.431. La matière ainsi intro- duite est déchargée de la chambre de réaction, en même temps que les vapeurs, par le conduit 51.
En introduisant ainsi les produits ohauffés et qui pro- viennent du serpentin de ohauffage dans la partie inférieure de la chambre verticale de réaction sans turbulence appré- ciable et en déchargeant les vapeurs par le sommet, on a oonst té qu'il était possible d'obtenir un mouvement lent et pro- gressif des vapeurs dans la chambre de réaction avec une grande ohute de température, ce qui indique le manque de tur- bulence dans ladite ohanbre. La différence de température entre les vapeurs à proximité de l'entrée et celles à proximi- té de la sortie doit être au moins d'environ 5 C (10*F) à environ 8 C (15 F).
Dans une chambre de réaction ayant par exemple un diamètre d'environ 1 m. 80 et une hauteur de 12 m.. on a constaté qu'il était possible d'obtenir une chute de température d'environ 16 C (30 F) et davantage pour les va- peurs. Le goudron, si celui-ci est en présenoe , est enlevé
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vers le haut sur une petite distance à l'intérieur de la chambre de réaction depuis sa partie la plus basse en limitant ainsi le niveau du goudron. Pour empêcher la formation de ooke à oette sortie et pour éviter, par conséquent, l'arrêt de l'écoulement du liquide lourd ou du goudron, la sortie 54 est entourée d'un serpentin 55 dans le quel un fluide réfri- gérant approprié est introduit par le conduit 56, le fluide ainsi amené quittant le serpentin 55 Par le conduit 57.
Ce fluide réfrigérant peut, avantageusement, être oonstitué par une partie des hydrocarbures frais fournis à l'installa- tion et qui sont introduits dans le conduit d'entrée 56 par le tube 58. Après avoir quitté le serpentin 55 par le conduit 57, les hydrocarbures, quelque peu ohauffés, peuvent passer par le tube 59 vers le conduit 52 et la tuyère 53 dirigée vers la sortie de vapeur de la chambre de réaction.
Les vapeurs s'échappent de la ohambre à réaction par le conduit 51 et le robinet de détente 61 dans la partie infé- rieure de la oolonne de fractionnement 60 en étant rejointes, avant d'entrer dans cette dernière, par les produits liquides ou goudron soutirés de la chambre de réaction par le conduit 54 et le robinet de détente 62. En un point intermédiaire de la colonne de fractionnement 60 est prévue une plaque de séparation appropriée 63 pour le reflux comme visible sur la fig. 4 et dans oette plaque est ménagé un passage 64 pour les vapeurs, de sorte que celles-ci puissent s'élever depuis la partie inférieure de la oolonne vers sa partie supérieure pour être fractionnées dans celle-ci.
Plusieurs plaques de frac** tionnement 65, de tout genm approprié peuvent être établies dans la oolonne au-dessus du point d'admission des vapeurs et du liquide provenant de la chaire de réaction. Au-dessus de la plaque de séparation dans la colonne 63 sont également prévues des plaques de fractionnement appropriées 66 et enfin d'obtenir un effet réfrigérant additionnel, dans la colonne de fractionnement, des serpentins 67 et 68, convenant à l'échange
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de chaleur, sont établis dans celle-ci, le premier étant éta- bli à proximité de la sortie des vapeurs de la colonne et le deuxième en un point-'-intermédiaire de oelle-oi. Un fluide réfrigérant approprié, tel que de la charge fraîche pour l'alimentation de l'installation, peut être introduit dans le serpentin 67 par le conduit 69.
Après avoir passé par le serpentin, le fluide quitte ce dernier par le conduit 70 et entre dans le serpentin 68 hors duquel il s'écoule, par le oonduit 71 et le tube 58, vers le serpentin 55 entourant la sortie 54 du liquide hors de la chaire de réaction 47 conne décrit ci-dessus.
Les oondensats de reflux, obtenus à partir des vapeurs qui entrent dans la colonne de fractionnement et qui déri- vent des vapeurs résultant de la réaction et de la charge fraîche vaporisée, introduite dans la chambre de réaction 47, s'écoulent, depuis la plaque de séparation 63 établie dans la colonne 60, par le conduit 72 et sont déchargés dans la tour de séparation ou séparateur 73 qui sera décrit ci-après. Les produits liquides, séparés dans la partie inférieure de la colonne 60, sont recueillis dans ce sépa- rateur et peuvent être soutirés par le conduit 74 avec robi- net. Les vapeurs non condensées, oonstituant le produit de distillation voulu, s'échappent de la colonne 60 par le con- duit 75 vers un oondenseur 76 de tout genre approprié.
Les produits oondedés, déchargés par le conduit 72 dans le+séparateur 73, sont soumis, dans oelle-oi à l'action @ce de la vapeur d'eau . Une certaine quantité de oes produits est recueillie dans la partie inférieure du séparateur 73, comme en 77, et la vapeur d'eau est intro- duite dans celui-ci par le conduit 78. La vapeur d'eau et les vapeurs séparées du liquide s'élèvent dans le sépara- teur en contre-courant par rapport aux produits liquides condensés qui descendent en étant mis en contact intime aveo ceux-ci par les plaques de fractionnement 79 qui peuvent
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être de tout genre approprié. Les vapeurs et la vapeur d'eau, qui quittent le séparateur 73, s'échappent par le oonduit 80 et entrent dans la partie inférieure de la oolonne 60, de préférence au-dessus du niveau 72.
Le oondensat séparé, qui constitue la charge oomposée d'alimentation du serpentin de ohauffage, est soutiré par le oonduit 81 et refoulé par la pompe 82 et par le tube 83 vers le conduit 42.
Pour le fonotionnement de la disposition suivant le mode de réalisation montré sur la fig. 2, la charge composée, fournie aux serpentins de chauffage établis comme expliqué ci-après, est introduite par le oonduit 52 dans la section de chauffage initial 43, dans laquelle est est amenée à une température élevée en dessous de sa température de vapori- sation et de décomposition. Elle passe, ensuite, par le oon- duit 44 vers la seotion de vaporisation et de déoomposition du four 45, dans laquelle elle est soumise à un chauffage rapide jùsqu'à vaporisation oomplète tout en étant amenée rapidement à la température voulue de décomposition pour ob- tenir le degré voulu de décomposition.
En chauffant les hydrocarbures dans la ohaudière distil- latoire 40, les mêmes principes sont appliqués que pour la ohaudière 7 telqu'expliqués au sujet du premier mode de réa- lisation de l'intention. Toutefois pour la disposition modi- fiée de l'appareil on peut effectuer une décomposition moindre par passe dans la chaudière 40, puisqu'une partie de la décom- position voulue est faite dans la chambre de réaotion 47.Le rendement est, par oonséquent, augmenté et la chute de tempé- rature dans le serpentin est donc un peu différente de celle obtenue quand toute la décomposition doit être obtenue dans le serpentin de ohauffage.
Ceci est montré par la ligne brisée 2, indiquée en traits interrompus sur la fig. 5, qui oorres- pond à un graphique de température obtenu dans la ohaudière d'une distillation selon la fig. 2 qui est analogue à celle de
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la fig. 1 mais dans laquelle la circulation des hydrocarbures est différente puisqu'ils s. écoulent vers le bas successivement par les onze rangées supérieures pour passer ensuite dans la rangée inférieure et remonter finalement par les sept rangées restantes. pour oette circulation, on voit sur le graphique que les hydrocarbures sont amenés graduellement à une températu- re en dessous d'environ 370 C (700*F) à laquelle commence une décomposition appréoiable .
Ils sont amenés de cette tempéra- ture à une température élevée de décomposition d'environ 460 C (660*F) en oiroulant dans deux rangées de tubes, de sorte qu'on rôdait ainsi au minimum la décomposition à basse température.
Les hydrocarbures sont ensuite amenés à une température de sor-
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F tie d'environ 495* 0 (925*e) avant d'entrer dans la chambre de réaotion 47.
Les produits vaporisés sont alors déohargés, par le conduit 46, dans la chancre de réaction verticale 47 par le distributeur 48 établi dans la partie inférieure de oelle-oi, oe distributeur ayant) une ouverture allant en s'évasant vers l'extérieur comme décrit ci-dessus, pour réduire la vitesse d'écoulement des ma- tières vaporisées et empêcher la turbulenoe dans la chancre de
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réaction. En général, on se trouvait rêsenoe d'une quantité très réduite de liquide goudronneux. Le niveau de oe liquide, quand oelui-oi est en présence, est maintenu bas et l'ouverture de déoharge 48 du oonduit de sortie 46 de la chaudière est,de préférence, établi à une petite distance au-dessus de la limite du niveau du liquide, quand oelui-oi existe.
Les vapeurs montent lentement et sans turbulence apprécia- ble par la chambre de réaotion vers la sortie 51 des vapeurs.Le manque de turbulenoe appréoiable est indiqué par la ohute de température dans la chambre de réaction, qui doit avoir un minimum d'environ 5 C (10 F) à environ 8 C (15 F) avec une décom- position de 5 % ou plus en essenoe (basée sur la charge composée fournie au serpentin qui a lieu dans la chambre de réaction.
Ainsi, pour une opération typique, pour une pression de 12 at.
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(175 à 180 livres) dans la ohambre de réaction, pour une tem- pérature de sortie dans le serpentin de chauffage d'environ 495' C (925* F) , et pour une décomposition totale de 20 à 22 % par passe, basée sur la charge composée et dont à peu près la moitié est effectuée dans la chambre de réaction, on a obtenu une ohute de température d'environ 16 C (30*F) pour les vapeurs contenues dans ladite chambre, la température des vapeurs à proximité de l'orifice de décharge 49 étant d'environ
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F 477'0 (890*) et celle des vapeurs à proximité de la sortie 51 étant environ 460 C (860 F).
Une telle ohute de tempéra- ture est l'indication d'une turbulence faible ou nulle pour les vapeurs dansla chambre de réaction, d'une stratification appréciable de oes vapeurs ainsi que d'un éooulement lent et régulier vers la sortie des vapeurs ainsi que des conditions optimum pour la décomposition en phase de vapeur.
Les conditions générales du fonctionnement pour le mode de réalisation montré sur la fig. 2, en ce qui concerne les températures et pressions relatives pour le fraotionnement et la décomposition par passe sont, en substance, les mêmes que oelles indiquées au sujet de l'installation montrée sur la fig. 1, les opérations étant contrôlées de manière telle qu'au moins un quart et de préférence pas plus que les trois quarts de la déoomposition désirée, par passe, soit effectuée dans la chambre de réaction 47. En général, la décomposition par passe est avantageusement divisée, d'une manière approximati- vement égale, entre le serpentin de ohauffage et la chambre de réaction 47 et aà moins 5 % par passe sont effectues dans oette dernière.
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4tfJd- Les vapeursYoutirées de la chambre de réaction par le conduit 51 et le liquide goudronneux, s'il existe, est soutiré par la partie inférieure de la ohambre par la sortie 54, comme expliqué oi-dessus. Une partie de la charge faïche, fournie à l'installation et qui peut être ohauffée préalablement jusqu'à
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un certain degré dans les serpentins <?7 a+ Q A -
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fractionnement 60, peut passer par le serpentin hélicoïdal 55 qui entoure la sortie 54 du goudron, prévue dans la chambre de réaction 47, et est alors déohargée directement par la tuyèn 53 dans la masse de vapeurs que contient cette ohambre.
Elle se mélange aux vapeurs décomposées qui s'éooulent et entre dans la partie inférieure de la colonne de fractionnement 60 en.même temps que le liquide goudronneux provenant de la chambre de réaction. La pression sur les vapeurs décomposées peut être réduite en substance, en passant par le robinet 61, de préférence d'une valeur depuis 0,7 à 4,2 at. (10 à 60 li- vres).
Les vapeurs des produits décomposés, qui comportent les produits de distillation voulus et des constituants plus lourds, en même temps que des vapeurs de la charge d'alimenta- tion introduite dans la chambre de réaction, sont séparées du liquide que contient la partie inférieure de la colonne 60, le liquide entraîné étant séparé des vapeurs par l'action des plaques 65. Les vapeurs montent parle passage 64 de la plaque séparatrice 63 et entrent dans la partie supérieure de la oolonne de fraotionnement dans laquelle les constituants plus lourds des vapeurs sont condensés. Les oonstituants plus légers, comprenant les produits distillés voulus, s'éohappent par le conduit 65 vers un oondenseur ou un appareil de oonden- sation et de fractionnement 76 approprié.
Le oondensat formé dans la partie supérieure de la colon- ne, qui comporte les constituants vaporisés résultant de l'o- pération de décomposition,, et qui est plus lourd que l'essence désirée, ainsi que les constituants de la charge d'alimenta- tion, sont recueillis sur la plaque de séparation 63, s'éoou- lent par le conduit 72 et entrent dans le séparateur 73 en descendant par les plaques de fractionnement 79 en contre- courant par rapport à la vapeur d'eau et aux vapeurs séparées.
Une quantité de liquide composé, qui constitue l'alimentation
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des serpentins de chauffage et de la chambre de réant,,-
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est recueillie dans la partie inférieure du séparateur et la vapeur d'eau, débitée par le conduit 78, est introduite pour effectuer la séparation voulue. La vapeur d'eau et les va- peurs, obtenues par la séparation, s'écoulent par le conduit 80 dans la partie inférieure de la oolonne 60. La charge com- posée ainsi séparée, est soutirée du séparateur 73 par le conduit 81 par la pompe 82 à hydrocarbures chauds et est dé- chargée, par le tube 83, dans le oonduit d'alimentation 42 du serpentin de chauffage 41.
Pour la mise en oeuvre du traitement,les conditions oonoernant la température, la pression et la déoomposition en essence, par passe (basée sur l'alimentation composée to- tale) sont, en substance, analogues à oelles adoptées pour le traitement dans l'installation,selon la fig. 1. C'est ainsi que la pression dans la ohambre de réaction 47 est maintenue endre 7 et 28 at. (100 àt 400 livres) que la température à la sortie du serpentin et dans la chambre de réaotion est d'environ 440'C (825 F) à environ 525'C (975 F) et que la valeur minimum de décomposition en essenoe, par passe, pour cet ordre de températures et dépressions, varie
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entre environ 13 % par passe pour une pression de 17 at.
(250 jµ41gee+) livres) à environ 2,5 % par passe pour une pression de 100 k%ué quand il s'agit d'un produit ayant un équivalent en tétra- éthyle de plomb de 1,5 oo. On peut effeotuer un quart à trois quarts de oette déoomposition dans le serpentin de chauffage 41 et le restant dans la chambre à réaction 47, oette déoompo- sition étant généralement divisée à peu près en parties égales pour ledit serpentin et ladite chambre. Il est donc visible qu'en ayant recours à une installation telle que montrée sur la fig. 2 etaveo nn serpentin de dimensions données,on peut obtenir une production notablement plus grande en matières distillées qu'avec une installation selon la fig. 1.
L'exemple spéoifique, indiqué oi-après, sert à illustrer le fonotionnement d'une installation selon la fig. 2 et oonfor-
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-1--
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La charge oomposée, soutirée du séparateur 73, atteint le serpentin de chauffage 41 à une température d'environ 288*0 (550 F) et une pression suffisante pour assurer une pression à la sortie du serpentin et dans la chambre de réac- tion de 12 à 13, 3 at. (175 à 200 livres). En passant par le serpentin, les hydrocarbures sont chauffés jusqu'à environ 49 C (925*B) et sont alors déchargés dans la chancre de réaction dont le fonctionnement a été décrit ci-dessus.
Dans la chambre de réaetion une chute de température d'environ 477'C (890 F) à. environ 460 C (860 F) est maintenue et la vi- tesse d'éooulement des hydrocarbures est contrôlée de manière telle qu'une décomposition complète en essence de 20 à 22% par passe, par rapport à la charge composée totale passant par le serpentin, soit obtenue, approximativement la moitié de cette déoomposition étant effectuée dans le serpentine chauffage. La charge fraîche, qui équivaut à environ un quart de 1ensemble de la charge composée fournie au serpentin,est introduite dans la chambre de réaction et vaporisée dans celle-ci comme décrit ci-dessus.
Une proportion relativement faible du liquide goudronneux condensé et séparé est mainte- nue dans la ohambre de réaction. Les produits sont déohargés dans la colonne 60, comme indiqué plus haut, dans laquelle les vapeurs sont refroidies à environ 160-165 C (325 F) avant de quitter celle-ci pour entrer dans le oondenseur.
Les produits liquides, obtenus par un tel traitement,sont, en se basant sur la charge fraîche, 69 à 70 % d'une essence ou d'un combustible pour moteurs ayant une valeur anti-détonan- te équivalent à 2 cc. de tétraéthyle de plomb par 3,8 litres d'une essenoe du Mid-Continent et environ 20 % d'un liquide goudronneux ayant une densité de 8. A. P.I.
Dans les limites des températures et des pressions indi- quées ci-dessus, pour le traitement conformément à. la présente invention, on constate une tendanoe , pour une diminution de la pression, une augmentation de température et un accroisse-
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ment du pourcentage de déoomposition en essence par passe, à obtenir une augmentation de la valeur anti-détonante du combustible obtenu. C'est ainsi que pour une pression de 7 at.
(100 livres) et pour une température à la sortie du serpentin d'environ 510*0 (950 F) on peut obtenir, par un traitement dans la chambre de réaction, un produit ayant un équivalent en tétra-éthyle de plomb de 2,0 cc. et en augmentant la propor- tion de la décomposition en essenoe ,par passe, jusqu'à environ 26 % , un produit ayant un équivalent en tétra-éthyle de plomb d'environ 2,5 cc. Le rendement total en essenoe est, toutefois, diminué quelque peu et la capacité de l'installa- tion est réduite en conséquence, pour un traitement analogue à une pression de 17 at.
(250 livres) et à environ 468*C (875*F) et pour une déoomposition en essenoe d'environ
25 % par passe, on obtient un produit ayant{un équivalent en tétra-éthyle de plomb d'environ 1,5 ce* Pour une température de sortie d'environ 495 C (925 F) et la même pression et pour une décomposition en essenoe d'environ 26,5 % par passe, un produit ayant un équivalent en tétra-éthyle de plomb de
2,0 ce* est obtenu, Pour ces dernières températures et pressions et en augmentant le pourcentage de la décomposition en essence, par passe, jusqu'à environ 33 %, on obtient un produit ayant un équivalent en tétra-éthyle de plomb de 2,5 oo.
Certains détails de l'appareil de fractionnement dont il a été question oi-dessus ont été décrits d'une manière plus explicite dans deux demandes de brevets déposées au même nom le l4février 1930 , n 428. 430 et 428,431, et dans une demande de brevet déposée au même nom le 25 avril 1930, n 447. 265.
Comme !1{va de soi, et comme il résulte déjà de ce qui pré- cède, l'invention ne se limite auounement à ceux des modes de réalisation ayant plus spécialement été indiqués ci-dessus; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes, sans sor- tir de la portée de l'invention dont les particularités prinoi- pales sont indiquées ci-dessous.
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1 . Un procédé pour l'obtention d'un combustible pour moteurs ayant un point d'ébullition bas et des caractéristi- ques antidétonantes , suivant lequel des hydrocarbures, ayant un point d'ébullition plus élevé, sont décomposés en phase de vapeur et à une pression supérieure à la pression atmos- phérique , caractérisé par le fait que des hydrocarbures à point d'ébullition plus élevé et, en substance, complète- ment vaporisables, sont chauffés rapidement depuis une tempé- rature en dessous de oelle pour laquelle se produit une décom- position substantielle, pour vaporiser ees hydrocarbures et pour amener les vapeurs à une température de décomposition au-dessus d'environ 455 C (850 F) et non au-dessus d'environ 525 C (975 F) , les vapeurs d'hydrocarbures étant maintenues à une température entre environ 455 C (850 F)
et environ 525 C (975*F) pendant qu'une pression est maintenue sur' elles d'environ 100 livres à environ 400 livres, pendant une pério- de de temps suffisante pour obtenir une proportion minimum par passe, des produits décomposés ayant les caractéristiques désirées, de l'ordre d'environ 2,5 à 100 livres jusqu'à envi- ron 13 % à 400 livres de la quantité totale de matières trai- tées, ledit ohauffage rapide des hydrocarbures étant effectué à un degré tel qu'au moins 85 % de la conversion totale par passe soit effectuée à des températures au-dessus d'environ 455 C (850 F) en donnant ainsi une essence ou un combustible pour moteur, ayant des caractéristiques anti-détonantes.
2 . Le procédé tel que spéoifié sub 1, caractérisé par le fait que le ohauffage rapide des hydrocarbures, depuis une température en dessous de oelle pour laquelle se produit une déoomposition substantielle, pour vapppiser ces hydrooar- bures et pour amener les vapeurs à une température de déoompo- sition entre environ 455*0 (850 F) et environ 525 C (975'F), est effectué en faisant passer les hydrocarbures dans un serpentin chauffé.
3*. Le procédé tel que spéoifié sub 2, caractérisé par
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le fait qu'une partie de la décomposition a lieu dans le serpentin ohauffé, les vapeurs entrant dans une chambre agrandie dans laquelle a lieu le restant de la déoomposi- tion désirée aux conditions de température et de pression indiquées plus haut.
4 . Le procédé tel que spéoifié sub 1 à 3, caractérisé par le fait que les hydrocarbures à traiter, ayant un point d'ébullition plus élevé, sont constitués par un mé- lange d'hydrocarbures de la charge fraîohe et par des constituants à point d'ébullition élevé , non désirés dans le produit final, et qui sont séparés, par condensation fractionnée, des produits vaporeux décomposés résultant de l'opération.
5*. Le prooédé tel que spéoifié sub 1 à 4, caractérisé par le fait que la période de temps, pendant laquelle les vapeurs sont maintenues aux dites conditions de pression et de température, est suffisante pour obtenir une propor- tion minimum de produits décomposés, ayant les caractéristi- ques désirées, qui varie par rapport à. la quantité totale de matières tarifées, entre environ 4% à 100 livres et environ 16,5 % à 400 livres.
6 . Le procédé tel que spéoifié sub 1 à 4, caractérisé par le fait quune pression d'environ 100 livres à environ 250 livres est maintenue sur les vapeurs, soumises à la décom- position, pour une période de temps suffisante pour obtenir une proportion minimum par passe, des produits décomposés ayant les caractéristiques désirées, de l'ordre d'environ 2,5 % à 100 livres à environ 13 % à 250 livres de la quantité totale de matières traitées.
7 . Le procédé tel que spéoifié sub 1 à 6, caractérisé par le fait que les hydrocarbures sont amenés, par la dite opération de ohauffage, depuis une température de non décom- position en dessous d'environ 370 C (700 F) à ladite tempé- rature de déoomposition entre environ 450 C (850 F) et
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environ 525 C (975'F).
8 . Le prooédé tel que spécifié sub 1 à 6, caractérisé par le fait que les vapeurs d'hydrocarbures , après ledit chauffage rapide jusqu'à une température au-dessus d'environ 455 C (850 F), sont maintenues à des températures d'environ 482 C (900*F) jusqu'à environ 510*C (950'F) pendant une période de temps suffisante pour obtenir une déoomposition par passe d'au moins 13 %.
9 . Le procédé tel que spécifié sub 8, caractérisé par le fait que les vapeurs d'hydrocarbures soumises à la décomposition, sont maintenues à une pression depuis environ 175 livres à environ 250 livres.
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"Improvements to the processes for obtaining gasoline or fuel for their production, from heavier hydrocarbons, by decomposition in the vapor phase
The object of the present invention is to improve the processes for obtaining gasoline or fuel for engines, from heavier hydrocarbons, by vapor phase decomposition, and it relates more specifically to the production of gasoline or fuel for engines. obtaining products suitable for powering engines and whose boiling point is of the order of that of gasoline while having anti-detonating properties similar to those obtained by the addition of tetraethyl lead to the virgin essence of the Mid-Continent in proportions
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of at least 1.5 cc. and preferably 2 cc.
or more paI! -. p-0û / l.
3.8 liters.
For the vapor phase treatments, applied so far, various difficulties have been encountered to obtain an engine fuel with anti-detonating properties.
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These difficulties being, inter alia, obtaining a low yield of gasoline compared to ordinary decomposition treatments in liquid phase, excessive losses of gas, disturbances resulting from the deposition of ooke or the like. As a result, various auxiliary arrangements have been used for the vapor phase treatment, for example the introduction into the plant of inert gases as heat vehicles, the use of oatalysts and filling for the tubes or heating elements, in order to overcome these difficulties.
In accordance with the present invention, a gasoline or fuel for an engine is obtained, having the desired anti-detonation characteristics with a yield comparable to those obtained by the decomposition processes in the liquid phase and with relatively low losses of gas and tar. and without having recourse to specific measures such as the introduction of gas, the use of special cores in the heating elements or the intervention of catalysts.
The invention will be better understood with the aid of the additional description which follows as well as the accompanying drawings, which supplement and drawings are, of course, given above all by way of indication.
Fig. 1 shows, schematically and in vertical section, an installation for implementing the invention.
Fig. 2 shows, similarly, a similar installation established according to a variant.
Fig. 3 shows, in schematic section, an enlarged reaction chamber forming part of the installation according to FIG. 2.
Fig. 4 shows, in schematic section, the processing column of the installation according to FIG. 2.
Fig. 5 shows a diagram indicating the values of the temperatures during the heating operation during the practice of the invention.
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Referring more specifically to FIG. 1 of the drawings is denoted by the heating furnace which may be of any suitable type. For the example shown, it comprises a combustion chamber 6 established according to a variant of a furnace with a front hearth, the gases resulting from the combustion flowing upwards through a vertical canker 7 towards the chimney 8. Heating tubes 9 are arranged horizontally in the chamber 7 of the furnace, constituting initial heating and vaporization sections 10 and 10a in which a slight decomposition takes place and a section 11, in which the remainder of the vaporization takes place and most of the deoomposition.
The hydrocarbons supplied to the heating coil enter the coil through line 12, pass through the initial heating section 10 and then, through line 13, into section 10a and deoomposition section 11.
The hydrocarbons are subjected to rapid heating in section 10a which, for the furnace shape shown, is subjected to radiant heat. From the decomposition section 11 the vapors pass through the conduit 14 provided with an expansion valve 15 and arranged so that the vapors are discharged tangentially into a separator 16 below the level of the liquid. A mass of condensed liquid or tar is retained in the lower part 17 of the separator 16 in order to effectively cool the products coming from the coil, a part of this small tar to be withdrawn by the tube 32a and put into circulation ,, by the pump 32b, through the refrigerator 320 and returned by the tube 32d. The cooled tar rapidly cools the hot vapors in the separator.
The separator 16 may include, above the outlet of the duct 14, baffles or suitable fractionation plates 18. At an intermediate point of the separator a separator plate 20 is provided, where it is shown
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schematically in the form of an annular disc fixed to the side walls of the separator 16 and comprising an oentral passage 21 for the vapors to allow the upward flow of oelles-oi, while retaining the reflux condensate collected on the plate. Some of this condensate may overflow and return to liquid 17.
Above the separation plate 20 are provided fractionation plates 22 and in the upper part of the tower 16 may suitably be accommodated coils 23 for the heat exchange.
The fresh hydrocarbons to be introduced into the installation can advantageously be delivered through line 24 to the exchangers 23 established in the upper part of the coil 16, thus controlling the temperature of the vapors leaving the separator. These hydrocarbons can then flow through line 25 with the valve to line 26 through which they are directed to a distributor 27 which is located in the lower part of the separator below the separation plate 20.
If desired, additional hydrocarbons introduced into the plant can be fed into line 26 through line 28 with valve or an excess feed, used for cooling at the top of the separator, can be supplied. be withdrawn from the same pipe 28 with tap.
As stated more explicitly below, the parts of the feed, which are supplied to the heating coils, are completely vaporized in the lower part of the separator, the vapors flowing upwards through the vapor passage 21 -21 in the separation plate 20. The desired constituents of the feed, together with the reflux oondensate from the vapors leaving the heating coil, are collected on the separation plate 20, withdrawn by the pump 29 for hydrocarbons. hot and repressed by
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oette last in conduit 12 leading to the heating coil.
The vapors, not condensed in the separator 16, escape through the vapor line 30 to a suitable condenser 31 or, if desired, to a cooling condenser. The heavy liquid or the tar collected in the lower part 17 of the separator 16, can be withdrawn, if necessary, by the pipe 32 with the valve and passes, if necessary, through suitable refrigerators or heat exchangers (not shown).
For the implementation of the invention, the hydrocarbons or the compound feedstocks which are completely vaporizable and are delivered to the heating coil through line 12, are heated to obtain their rapid vaporization and, consequently, high temperature deoomposition of the particles. vapors to as high a value as possible.
In order to be certain of the results which one wishes to obtain, the hydrocarbons are heated to have a pressure of 7 to 28 at the outlet of the coil. (100 to 400 pounds) and an outlet temperature from about 455 C (850 F) to about 525 C (975 F), typical processing conditions being
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a pressure of about 12 to 17 at. (15 to 250 pounds) and a temperature from about 482 * C (900. F) to about 510 * C (950. F).
During heating, the hydrocarbons are brought rapidly from a temperature below which active decomposition takes place and at which vaporization begins to a high deoomposition temperature which is approximately the desired outlet temperature, so that the Decomposed products, having a boiling point of the order of gasoline and which are thundered before the hydrocarbons reach a temperature of about 455 ° C (8500 F), constitute a small proportion of the total quantity of
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products obtained by the treatment, o est, -. , "# -.
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15% of gasoline. The proportion of the decomposition in the itself phase is thus reduced since more than 85% of the gasoline, obtained by the treatment is produced at temperatures of the order of those of about 455 C (850 F) to about 525 C (975 F).
Appropriate circulation of the hydrocarbons is automatically established for the furnace 5 of FIG. 1. Such a furnace may have, for example, 18 horizontal rows of tubes, each row having 16 tubes. The compound load enters by the upper row flows towards the bottom through the tubes of each following row for five feeders and it is, then, directed, through the duct 13, towards the lowest and hottest row and rises. Subsequently through the horizontal rows exiting led 14 in the thirteenth row from the bottom.
For such an operation, with proper control of the degree of decomposition for each pass, the temperature of the hydrocarbons after passing through the top five rows and entering tube 13 may be between about 275 C (525 F ) and about 345 C (650 F) which is below the temperature at which appreciable decomposition occurs. The hydrocarbons will then pass through the lower row of furnace tubes in which the greatest heat input occurs and they are rapidly brought to a temperature above about 455 C (850 F) by being exposed to radiant heat as well as convection heat or other means of rapid heating.
They are essentially completely vaporized and brought to a high vaporization temperature in the two lower rows of tubes. by their continuous circulation through the eleven remaining rows of tubes, they can gradually be brought to a higher temperature so that the outlet temperature is about 495 C (925 F).
In fig. 5, the broken line marked in solid lines and designated by 1, illustrates a typical operation of this kind.
The diagram shows, on the y-axis and on the x-axis, the temperature of the hydrocarbons and the rows respectively.
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It should be noted that in the first five rows of the path, the hydrocarbons are brought to a temperature of about 275 C (525 F). In the next two rows of tubes in the path a temperature of about 455 C (850 * F) is reached and at this point, for a typical example, it was found that the hydrocarbons contained, in substance, no essenoe .
During the remaining travel in the furnace, the hydrocarbons are gradually brought to a temperature of about 495 C (925 ° F). It should be noted that the hydrocarbons are brought very quickly from a temperature of 370 * 0 (700 * F), where the deoomposition becomes appreciable, at a temperature of about 455 C (850 F) so that products Decomposed does not or only in a small proportion form before the hydrocarbons reach a temperature of about 455 C (850 ° F).
By carrying out the operation with the heating conditions, controlled as indicated above, it has been found that the most suitable measure of the time during which the hydrocarbons are subjected to heat in the heating coil, is that of the amount of gasoline obtained by decomposition for each pass, based on the total amount of the compound charge supplied to the coil, since the value of the decomposition to gasoline is a measure of the time during which the hydrocarbons are exposed to the temperature. - decomposition temperature in the coil, the outlet temperature and the approximate temperature drop, while the decomposition conditions prevail, being known.
The value of gasoline decomposition obtained for each pass is easily controllable by the operator since it can be modified by varying the degree of feed for given temperature and pressure conditions. Decomposition per pass can be reduced by increasing the degree of feeding and vice versa.
The minimum desired for the decomposition in essence, for
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pass, is of the order of 2.5% at a pressure of 7 at. (100 lbs) up to 13% at 17 at outlet pressure. (250 pounds) and outlet temperatures of about 455 C (860 F) to about 525 C. (975 F) for a product having an equivalent of 1.5 cc; tetraethyl lead. For a higher lead equivalent a more intense gasoline breakdown per pass is necessary. thus, for a product at 2.0 cc., the minimum is of the order, from 4% gasoline, per pass, and 7 at. (100 lbs) up to 16.5% gasoline, per pass, at 28at. (400 pounds).
In fig. 2 has been shown a variant of an installation for the practice of the present invention and in which the vapor products, coming from the heating coil, are discharged into a reaction chamber in which the vapors are kept at a temperature. a decomposition temperature for a period of time significantly longer and in which the capacity of the installation is increased.
Referring to fig. 2 of the drawings, 10 is denoted by a heating furnace containing heating coils 41 or such that the conditions
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of function are similar to those described above in regard to the heating coil of the installation according to fig. 1. The coil is charged through line 42, it first passes through a heating seotion 43 in which it is heated to a temperature below that at which vaporization and decomposition begins.
From this initial heating section 43, the hydrocarbons pass through the pond 44 to the lowest row of vaporization and decomposition tubes 45 where they are rapidly vaporized and brought to the desired vaporization temperature. .Heated hydrocarbon vapors flow through the duct
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46 and are daharoe4a; aHQ, - - - - -
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reaction bre 47 by an inlet device which is located above the level free of any quantity of tar or liquid which this chamber contains.
During the operation of the digestion chamber, such conditions are maintained that the chamber is largely filled with vapors and that a minimum of turbulence occurs in the vapors of the chamber at a maximum temperature between l. entry of vapors and exit thereof. It has been found that these conditions can be obtained most easily in an elongated vertical chamber.
Although it may be assumed that the turbulence of the vapors in the chamber can be avoided more easily by introducing the vapors near the top of the chamber and discharging them from the bottom, owing to the increasing density of the vapors as they build up. temperature decreases, it has been found that such an operation does not give rise to maximum temperature drop and minimum turbulence, but rather causes mixing and equalization of temperatures in said chamber.
It has been found to be more advantageous to introduce the heated vapors from the heating coil through the lower part of the reaction chamber and to discharge the vapors from the top of the chamber, since the decrease in temperature. the density resulting from decomposition more than compensates for the increase in density resulting from cooling.
The distributor device 48, through which the vapors are introduced into the pulpit, has a shape such that it has a discharge opening of rapidly increasing width and that it allows the introduction of the vapors at a low speed so as to avoid exoessive turbulence. For the arrangement, shown schematically in fig. 3, the dispensing device comprises an opening 49 of increasing section and below which is a plate or baffle 50.
The constitution of the dispensing device is described
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in detail in U.S. patent application of the same name filed April 25, 1930, No. 447,265. The reaction chamber is advantageously heat-insulated so that the desired reaction temperature for the vapors is maintained therein, although it can be slightly heated for this if necessary.
The vapors, after having remained in the reaction chamber 47 for a period sufficient to obtain the desired conversion, are discharged through the outlet duct 51 and the formation of oke deposits in this duct are avoided by any suitable means, for example. for example by injecting a fresh charge into the latter via the conduit 52 and the nozzle 53.
A suitable device for this purpose is shown in detail in the United States patent application, filed with the same name, February 14, 1930, No. 428,431. The material thus introduced is discharged from the reaction chamber, together with the vapors, through line 51.
By thus introducing the heated products which come from the heating coil into the lower part of the vertical reaction chamber without appreciable turbulence and by discharging the vapors from the top, it has been found that it is possible to obtain a slow and gradual movement of the vapors in the reaction chamber with a large temperature drop, which indicates the lack of turbulence in said chamber. The temperature difference between vapors near the inlet and those near the outlet should be at least about 5 C (10 * F) to about 8 C (15 F).
In a reaction chamber having for example a diameter of about 1 m. 80 and a height of 12 m .. it has been found that it is possible to achieve a temperature drop of about 16 C (30 F) and more for the vapors. Tar, if present, is removed
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up a small distance inside the reaction chamber from its lowest part thus limiting the level of tar. To prevent the formation of oke at this outlet and therefore to avoid stopping the flow of heavy liquid or tar, outlet 54 is surrounded by a coil 55 in which a suitable refrigerant is supplied. introduced through line 56, the fluid thus supplied leaving coil 55 through line 57.
This refrigerant can advantageously be made up of part of the fresh hydrocarbons supplied to the installation and which are introduced into the inlet duct 56 through the tube 58. After leaving the coil 55 through the duct 57, the Hydrocarbons, somewhat heated, can pass through tube 59 to conduit 52 and nozzle 53 directed towards the vapor outlet of the reaction chamber.
The vapors escape from the reaction chamber through the line 51 and the expansion valve 61 in the lower part of the fractionation column 60, being joined, before entering the latter, by the liquid products or tar. withdrawn from the reaction chamber through line 54 and expansion valve 62. At an intermediate point of fractionation column 60 is provided a suitable separation plate 63 for reflux as visible in FIG. 4 and in this plate is formed a passage 64 for the vapors, so that the latter can rise from the lower part of the column towards its upper part in order to be fractionated therein.
Several fractionation plates 65 of any suitable size may be set up in the column above the point of admission of the vapors and liquid from the reaction pulpit. Above the separation plate in column 63 are also provided suitable fractionation plates 66 and finally to obtain an additional cooling effect, in the fractionation column, coils 67 and 68, suitable for the exchange.
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heat, are established therein, the first being established near the outlet of the vapors of the column and the second at a point -'- intermediate it-oi. An appropriate refrigerant fluid, such as fresh charge for supplying the installation, can be introduced into the coil 67 through the conduit 69.
After passing through the coil, the fluid leaves the latter through the conduit 70 and enters the coil 68 out of which it flows, through the oonduit 71 and the tube 58, to the coil 55 surrounding the outlet 54 of the liquid out of it. the reaction chair 47 conne described above.
The reflux condensates, obtained from the vapors which enter the fractionation column and which derive from the vapors resulting from the reaction and from the vaporized fresh feed, introduced into the reaction chamber 47, flow from the plate separation 63 established in column 60, through line 72 and are discharged into separation tower or separator 73 which will be described below. The liquid products, separated in the lower part of column 60, are collected in this separator and can be withdrawn through line 74 with a stopcock. The uncondensed vapors, constituting the desired distillation product, escape from column 60 through line 75 to condenser 76 of any suitable type.
The corrugated products, discharged through line 72 into the separator 73, are subjected, in it-oi, to the action of water vapor. A certain quantity of oes produced is collected in the lower part of the separator 73, as at 77, and the water vapor is introduced therein through the line 78. The water vapor and the vapors separated from the liquid rise in the separator in countercurrent with respect to the condensed liquid products which descend being brought into intimate contact with them by the fractionation plates 79 which can
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be of any appropriate kind. The vapors and the water vapor, which leave the separator 73, escape through the duct 80 and enter the lower part of the column 60, preferably above the level 72.
The separated oondensate, which constitutes the oomposée feedstock of the heating coil, is withdrawn through the oonduct 81 and discharged through the pump 82 and through the tube 83 to the duct 42.
For the function of the arrangement according to the embodiment shown in FIG. 2, the compound load, supplied to the heating coils established as explained below, is introduced through duct 52 into the initial heating section 43, in which is brought to a high temperature below its vaporization temperature. and decomposition. It then passes through the duct 44 to the vaporization and deoomposition seotion of the oven 45, in which it is subjected to rapid heating until vaporization is complete while being rapidly brought to the desired decomposition temperature for ob - maintain the desired degree of decomposition.
In heating the hydrocarbons in the distillation boiler 40, the same principles are applied as for the boiler 7 as explained with respect to the first embodiment of the intention. However, for the modified arrangement of the apparatus, it is possible to carry out less decomposition per pass in the boiler 40, since part of the desired decomposition is carried out in the reaction chamber 47. The efficiency is, therefore, increased and the temperature drop in the coil is therefore a little different from that obtained when all the decomposition is to be obtained in the heating coil.
This is shown by the broken line 2, indicated in broken lines in fig. 5, which corresponds to a temperature graph obtained in the boiler of a distillation according to FIG. 2 which is analogous to that of
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fig. 1 but in which the circulation of hydrocarbons is different since they are s. flow down successively through the upper eleven rows to then pass into the lower row and finally up through the remaining seven rows. for this circulation it can be seen from the graph that the hydrocarbons are gradually brought to a temperature below about 370 ° C (700 ° F) at which time an appreciable decomposition begins.
They are brought from this temperature to a high decomposition temperature of about 460 ° C (660 ° F) by rolling through two rows of tubes, so that low temperature decomposition is kept to a minimum.
The hydrocarbons are then brought to an exit temperature.
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F tie of about 495 * 0 (925 * e) before entering the reaction chamber 47.
The vaporized products are then deoharged, through the conduit 46, into the vertical reaction canker 47 by the distributor 48 established in the lower part of the oelle-oi, oe distributor having) an opening flaring outwards as described. above, to reduce the flow velocity of vaporized material and prevent turbulence in the canker.
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reaction. Usually a very small amount of tarry liquid was present. The liquid level, when present, is kept low and the discharge opening 48 of the outlet duct 46 of the boiler is preferably set a small distance above the level limit. liquid, when it exists.
The vapors rise slowly and without appreciable turbulence through the reaction chamber to the vapor outlet 51. The lack of appreciable turbulence is indicated by the temperature drop in the reaction chamber, which should have a minimum of about 5 ° C. (10 F) to about 8 C (15 F) with a decomposition of 5% or more in essence (based on the compound charge supplied to the coil which takes place in the reaction chamber.
Thus, for a typical operation, for a pressure of 12 at.
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(175 to 180 pounds) in the reaction chamber, for an exit temperature in the heating coil of about 495 ° C (925 * F), and for a total decomposition of 20 to 22% per pass, based on the compound feed and about half of which is carried out in the reaction chamber, a temperature drop of about 16 C (30 * F) has been obtained for the vapors contained in said chamber, the temperature of the vapors in the vicinity of the discharge port 49 being approximately
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F 477'0 (890 *) and that of the vapors near the outlet 51 being about 460 C (860 F).
Such a temperature drop is an indication of little or no turbulence for the vapors in the reaction chamber, appreciable stratification of the vapors as well as a slow and steady flow to the vapor outlet as well as. optimum conditions for vapor phase decomposition.
The general operating conditions for the embodiment shown in fig. 2, with regard to the relative temperatures and pressures for the processing and decomposition per pass are, in substance, the same as those indicated for the installation shown in fig. 1, the operations being controlled such that at least a quarter and preferably not more than three quarters of the desired deoomposition, per pass, is effected in the reaction chamber 47. In general, the decomposition per pass is advantageously divided, approximately equally, between the heating coil and the reaction chamber 47 and at least 5% per pass is carried out in this latter.
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4tfJd- The vapors are withdrawn from the reaction chamber through line 51 and the tarry liquid, if any, is withdrawn from the lower part of the chamber through outlet 54, as explained above. A part of the faïche load, supplied to the installation and which can be preheated up to
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a certain degree in the coils <? 7 a + Q A -
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fractionation 60, can pass through the helical coil 55 which surrounds the outlet 54 of the tar, provided in the reaction chamber 47, and is then deoharged directly through the pipe 53 in the mass of vapors contained in this chamber.
It mixes with the decomposed vapors which flow out and enter the lower part of the fractionation column 60 along with the tarry liquid from the reaction chamber. The pressure on the decomposed vapors can be reduced substantially, passing through the tap 61, preferably by a value from 0.7 to 4.2 at. (10 to 60 books).
The vapors from the decomposed products, which include the desired distillation products and heavier components, together with vapors from the feedstock introduced into the reaction chamber, are separated from the liquid in the lower part of the chamber. column 60, the entrained liquid being separated from the vapors by the action of the plates 65. The vapors rise through the passage 64 of the separator plate 63 and enter the upper part of the cooling column in which the heavier constituents of the vapors are condensed. Lighter components, including the desired distillates, escape through line 65 to a suitable condenser or condenser and fractionator 76.
The oondensate formed in the upper part of the column, which contains the vaporized constituents resulting from the decomposition operation, and which is heavier than the desired gasoline, as well as the constituents of the feedstock - tion, are collected on the separation plate 63, flow through the conduit 72 and enter the separator 73 down through the fractionation plates 79 in countercurrent with respect to the water vapor and vapors separated.
A quantity of compound liquid, which constitutes food
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heating coils and the reant chamber ,, -
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is collected in the lower part of the separator and the water vapor, delivered through line 78, is introduced to effect the desired separation. The water vapor and the vapors obtained by the separation flow through line 80 into the lower part of column 60. The compound feed thus separated is withdrawn from separator 73 through line 81 through line 81. the hot hydrocarbon pump 82 and is discharged, through the tube 83, in the supply duct 42 of the heating coil 41.
For carrying out the treatment, the conditions governing temperature, pressure and gasoline deoomposition per pass (based on the total compound feed) are, in substance, analogous to those adopted for the treatment in the installation, according to fig. 1. Thus, the pressure in the reaction chamber 47 is maintained between 7 and 28 at. (100 to 400 pounds) that the temperature at the outlet of the coil and in the reaction chamber is about 440'C (825 F) to about 525'C (975 F) and that the minimum value of gasoline decomposition, per pass, for this order of temperatures and depressions, varies
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between about 13% per pass for a pressure of 17 at.
(250 jµ41gee +) lbs) at about 2.5% per pass at 100 k% ue pressure when it is a product having a tetraethyl lead equivalent of 1.5%. A quarter to three quarters of this deoomposition can be effected in the heating coil 41 and the remainder in the reaction chamber 47, this deoomposition being generally divided into approximately equal parts for said coil and said chamber. It is therefore visible that by having recourse to an installation as shown in FIG. 2 etaveo nn coil of given dimensions, it is possible to obtain a significantly greater production of distilled materials than with an installation according to FIG. 1.
The specific example, indicated below, serves to illustrate the operation of an installation according to fig. 2 and oonfor-
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-1--
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The compound charge, withdrawn from separator 73, reaches heating coil 41 at a temperature of about 288 * 0 (550 F) and sufficient pressure to provide pressure at the outlet of the coil and in the reaction chamber. 12 to 13, 3 at. (175 to 200 pounds). Passing through the coil, the hydrocarbons are heated to about 49 C (925 * B) and are then discharged into the reaction canker, the operation of which has been described above.
In the reaction chamber a temperature drop of about 477 ° C (890 F) to. approximately 460 C (860 F) is maintained and the rate of flow of the hydrocarbons is controlled such that a complete decomposition to gasoline of 20 to 22% per pass, relative to the total compound charge passing through the coil , or obtained, approximately half of this deoomposition being carried out in the heating serpentine. The fresh charge, which is equivalent to about a quarter of the total compound charge supplied to the coil, is introduced into the reaction chamber and vaporized therein as described above.
A relatively small proportion of the condensed and separated tarry liquid is retained in the reaction chamber. The products are de-charged into column 60, as indicated above, in which the vapors are cooled to about 160-165 C (325 F) before leaving this one to enter the condenser.
The liquid products obtained by such treatment are, based on the fresh charge, 69 to 70% of a gasoline or motor fuel having an anti-detonation value equivalent to 2 cc. of tetraethyl lead per 3.8 liters of a Mid-Continent gasoline and about 20% of a tarry liquid having a density of 8. A. P.I.
Within the limits of the temperatures and pressures indicated above, for treatment in accordance with. the present invention, there is a tendency for a decrease in pressure, an increase in temperature and an increase
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ment of the percentage of gasoline deoomposition per pass, to obtain an increase in the anti-detonating value of the fuel obtained. This is how for a pressure of 7 at.
(100 pounds) and for a temperature at the outlet of the coil of about 510 * 0 (950 F) it is possible to obtain, by treatment in the reaction chamber, a product having a tetraethyl lead equivalent of 2, 0 cc. and increasing the proportion of the gasoline decomposition, per pass, to about 26%, a product having a tetraethyl equivalent of lead of about 2.5 cc. The total gasoline yield is, however, reduced somewhat and the plant capacity is reduced accordingly, for a like treatment at a pressure of 17 at.
(250 lbs) and about 468 * C (875 * F) and for an essential deoomposition of about
25% per pass gives a product having {a tetraethyl equivalent of lead of about 1.5 cc * For an outlet temperature of about 495 C (925 F) and the same pressure and for decomposition in essenoe of about 26.5% per pass, a product having a tetraethyl equivalent of lead of
2.0 ce * is obtained.For these latter temperatures and pressures and increasing the percentage of decomposition to gasoline, per pass, up to about 33%, a product is obtained having a tetraethyl lead equivalent of 2 , 5 oo.
Certain details of the fractionation apparatus referred to above have been described more explicitly in two patent applications filed with the same name on February 14, 1930, Nos. 428, 430 and 428,431, and in an application by patent filed in the same name on April 25, 1930, no.447.265.
As goes without saying, and as it already follows from the foregoing, the invention is not in any way limited to those of the embodiments which have more especially been indicated above; on the contrary, it encompasses all the variants thereof, without departing from the scope of the invention, the main features of which are indicated below.
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1. A process for obtaining fuel for engines having a low boiling point and anti-knock characteristics, in which hydrocarbons, having a higher boiling point, are decomposed in the vapor phase and at a pressure. higher than atmospheric pressure, characterized by the fact that hydrocarbons with a higher boiling point and, in substance, completely vaporizable, are heated rapidly from a temperature below that at which a decomposition occurs - substantial position, to vaporize the hydrocarbons and to bring the vapors to a decomposition temperature above about 455 C (850 F) and not above about 525 C (975 F), the hydrocarbon vapors being maintained at a temperature between approximately 455 C (850 F)
and about 525 C (975 ° F) while a pressure is maintained on them from about 100 pounds to about 400 pounds, for a period of time sufficient to achieve a minimum proportion per pass, of the decomposed products having the same characteristics. desired characteristics, on the order of from about 2.5 to 100 pounds up to about 13% to 400 pounds of the total amount of material treated, said rapid heating of the hydrocarbons being effected to such an extent that at least 85% of the total conversion per pass is carried out at temperatures above about 455 C (850 F) thereby providing a gasoline or motor fuel having anti-detonation characteristics.
2. The process as specified in 1, characterized by the fact that the rapid heating of the hydrocarbons, from a temperature below that at which a substantial deoomposition occurs, to vaporize these hydroarbides and to bring the vapors to a deoompo temperature. - Sition between about 455 * 0 (850 F) and about 525 C (975'F), is carried out by passing the hydrocarbons through a heated coil.
3 *. The process as specified in 2, characterized by
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that part of the decomposition takes place in the heated coil, the vapors entering an enlarged chamber in which the remainder of the desired deoomposition takes place at the temperature and pressure conditions indicated above.
4. The process as specified under 1 to 3, characterized in that the hydrocarbons to be treated, having a higher boiling point, are constituted by a mixture of hydrocarbons from the fresh feed and by constituents with a higher boiling point. High boiling, unwanted in the final product, and which are separated, by fractional condensation, from the decomposed vaporous products resulting from the operation.
5 *. The process as specified in 1 to 4, characterized by the fact that the period of time, during which the vapors are maintained at said conditions of pressure and temperature, is sufficient to obtain a minimum proportion of decomposed products, having the desired characteristics, which varies from. the total quantity of tariffed material, between about 4% at 100 pounds and about 16.5% at 400 pounds.
6. The process as specified in 1 to 4, characterized in that a pressure of from about 100 pounds to about 250 pounds is maintained on the vapors, subjected to decomposition, for a period of time sufficient to obtain a minimum proportion per passes, decomposed products having the desired characteristics, on the order of about 2.5% at 100 pounds to about 13% at 250 pounds of the total amount of material processed.
7. The process as specified in 1 to 6, characterized in that the hydrocarbons are brought, by said heating operation, from a non-decomposition temperature below about 370 C (700 F) at said temperature. deoomposition erase between about 450 C (850 F) and
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about 525 C (975'F).
8. The process as specified in 1 to 6, characterized in that the hydrocarbon vapors, after said rapid heating to a temperature above about 455 C (850 F), are maintained at temperatures of about 482 C (900 * F) to about 510 * C (950'F) for a period of time sufficient to achieve a pass deoomposition of at least 13%.
9. The process as specified in 8, characterized in that the hydrocarbon vapors subjected to decomposition are maintained at a pressure from about 175 pounds to about 250 pounds.