<Desc/Clms Page number 1>
" 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
EMI1.1
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
<Desc/Clms Page number 2>
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.
<Desc/Clms Page number 3>
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
<Desc/Clms Page number 4>
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
<Desc/Clms Page number 5>
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
EMI5.1
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
EMI5.2
produits obtenus par le traitement , o'est,-. ," #-.
<Desc/Clms Page number 6>
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
<Desc/Clms Page number 7>
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
<Desc/Clms Page number 8>
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
EMI8.1
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
EMI8.2
46 et sont déaharoe4a; aHQ , - -- -- - -
<Desc/Clms Page number 9>
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
<Desc/Clms Page number 10>
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
EMI10.1
tia Il Fi nhnm'f-,a '- #---
<Desc/Clms Page number 11>
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
<Desc/Clms Page number 12>
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
<Desc/Clms Page number 13>
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
<Desc/Clms Page number 14>
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-
EMI14.1
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
EMI14.2
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.
<Desc/Clms Page number 15>
(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
EMI15.1
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.
EMI15.2
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
EMI15.3
un certain degré dans les serpentins <?7 a+ Q A -
<Desc/Clms Page number 16>
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
EMI16.1
des serpentins de chauffage et de la chambre de réant,,-
<Desc/Clms Page number 17>
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
EMI17.1
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-
EMI17.2
-1--
<Desc/Clms Page number 18>
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-
<Desc/Clms Page number 19>
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.
<Desc/Clms Page number 20>
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
<Desc/Clms Page number 21>
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
<Desc/Clms Page number 22>
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.