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" Perfectionnements apportés au cracking et à la cokéfaction de matières carbonées distillables ".
Cette invention a pour objet un procédé et un appareil pour le traitement de matières distillables contenant des hydrocarbures, plus spécialement pour la cokéfaction de liquides bitumineux ou asphaltiques, poix, résidus du pétrole et composés analogues, matières qui peuvent être normalement fluides ou semi-fluides ou qui peuvent être rendues fluides par la chaleur, de manière à se trouver fluides sous les conditions du traitement. L'invention concerne aussi le traitement des matières qui contiennent de la substance solide entraînée, telle que carbone, fines de charbon ou analogue, soit par suite de le/nature des matières mêmes, soit par l'addition de substances solides à ces matières, les parties fluides servant de véhicule aux parties solides .
D'une façon . générale, l'invention consiste à traiter les hydrocarbures lourds sous la forme fluide en les introduisant dans une chambre de cokéfaction fermée aveo applioa-
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tion de chaleur, cette chaleur étant poussée à un degré suffisant pour assurer la récupération des constituants volatils et la cokéfaction du résidu restant sur la sole de la chambre de cokéfaction, puis à introduire des gaz ou fluides chauds dans la chambre pour accroître l'efficacité du traitement soit par l'apport ou distribution de chaleur produit par l'intermédiaire de ces gaz ou fluides chauds, soit en effectuant la cokéfaction des fluides ajoutés sous des conditions de forte température qui ne seraient pas obtenues autrement dans la chambre de cokéfaction .
Selon l'invention, des gaz chauds peuvent être introduits dans la ohambre de cokéfaction et être amenés en contact avec le dessus de la couche de matière soumise au traitement ; peuvent ainsi chasser les constituants volatils de cette matière et cokéfier le résidu sans application de chaleur extérieure.
Ces gaz peuvent être de l'oxygène ou un gaz contenant de l'oxygène ou bien ils peuvent être des gaz non-oxydants selon les conditions sous lesquelles le traitement est effeotué et le degré de chaleur qu'il est nécessaire de donner à la matière traitée, puis la vitesse d'admission de la matière traitée et la chaleur provenant des gaz peuvent être mises en rapport de telle manière que la matière soit cokéfiée sensiblement à la même vitesse que quand elle est ohargée dans la chambre de cokéfaction, ce qui fait qu'une mince couche de matière nonookéfiée seulement est soumise au traitement à tout moment quelconque-.
De plus, selon l'invention, l'agent gazeux transportant la chaleur peut être amené à passer sur et en contact avec la couche croissante de matière en traitement, et on peut renverser périodiquement la direction de son passage .
En outre, suivant l'invention, on peut introduire l'agent de chauffage gazeux dans la ohambre à une température supérieure
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à 4820 C, puis les vapeurs venant de la charge et l'agent de ohauffage gazeux peuvent être retirés, fractionnés et condensés ; on peut ensuite arrêter périodiquement le courant de matière devant être traitée et d'agent de chauffage gazeux dans la chambre, après quoi on peut balayer la chambre aveo de la vapeur d'eau et y introduire de l'air pour la combustion d'une partie du ooke dans la mesure nécessaire pour sécher le coke au degré désiré, après quoi on retire ce coke .
Quand on applique un procédé de cokéfaction d'hydrocarbures de ce genre, le réglage de la température du traitement peut être effectué en ajustant les proportions des volumes de la matière et de l'agent de chauffage gazeux introduits dans la ohambre ou bien, lorsqu'il est nécessaire de réduire la température, on peut arrêter temporairement l'introduction de l'agent de chauffage gazeux ou bien la matière devant être traitée peut être introduite avant l'agent de chauffage gazeux en un volume suffisant pour abaisser suffisamment la température pour éviter la surchauffe nuisible de l'agent de chauffage gazeux .
Dans les dessins schématiques annexés, qui illustrent l'invention à titre d'exemple :
La figure 1 est un plan d'un four selon un mode de réalisation de la construction .
La figure 2 est une coupe horizontale suivant la ligne 2-2 de la figure 3.
La figure 3 est une coupe transversale suivant la ligne 3-3 de la figure 2 .
La figure 4 est une vue analogue à la figure 1, mais montrant une variante de construction de four .
La figure 5 est une coupe horizontale suivant la ligne 5-5 de la figure 6 .
La figure 6 est une coupe transversale verticale suivant la ligne 6-6 de la figure 4 .
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La figure 7 est une élévation d'une autre variante de construction de four, avec le chariot de refroidissement et l'appareil à pousser le coke .
La figure 8 est une coupe transversale verticale suivant la ligne 8-8 de la figure 7 .
La figure 9 est une coupe transversale verticale d'une variante de construction, suivant une ligne équivalente à la ligne 9-9 de la figure 7 .
La figure 10 est une coupe verticale transversale analogue à la figure 8, mais montrant une chambre de cokéfaction cylin- driq-ue .
Dans l'application de l'invention au cas de l'utilisation d'une chambre de cokéfaction dans laquelle des gaz chauds sont introduits pour être amenés en contact avec la surface de dessus de la couche de matière, la chambre de cokéfaction comporte une sole faite de préférence en matière réfractaire, qui est chauffée par en dessous par la combustion effectuée dans des carneaux. Ces carneau$ peuvent être chauffés par du combustible gazeux ou liquide introduit par des becs et réglés par des robinets .
Une construction convenable de four pour la mise en oeuvre de ce procédé est illustrée dans les figures 1, 2 et 3 ; ellecomporte une enveloppe métallique horizontale 1 supportée par un soubassement 2 et garnie intérieurement de matière réfractaire 3 pour former une chambre de cokéfaction 4 présentant une sole plate 5 et un toit voûté 6 . Les extrémités de la chambre sont fermées par des portes amovibles 7. Une plate-forme 8 est prévue à chaque extrémité du four pour pousser le coke hors de ce dernier. Le dessus du four est muni d'une admission 9 reliée à un tuyau principal ou collecteur 10; elle sert à l'introduction sous la forme fluide de la matière d'hydrocarbure devant être traitée. Un canal d'extinction de secours 11 est disposé au sommet de la chambre .
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Un cote de la chambre est muni d'une série de becs 12 , reliés à un tuyau principal 13 et servant à l'introduction des gaz ou vapeurs qui fournissent la chaleur nécessaire au cours de la cokéfaction. Le côté opposé du four comporte une série de conduits 14 reliés à un collecteur 15 pour l'évacuation de l'agent chaud véhiculant la chaleur ensemble avec tous produits volatils dégagés de la matière traitée.
Dans le fonctionnement du four décrit, les gaz qui servent à chauffer la chambre sont tout d'abord introduits pendant un certain temps par les becs 12, de manière à chauffer la chambre 4 et à porter la sole réfractaire 5 et la garniture 3 sensiblement à la température de cokéfaction. On fait ensuite arriver le courant de matière à traiter par l'admission 9 et cette matière s'étend en une couche relativement mince sur la sole plate puis s'élève progressivement. Au fur et à mesure qu'elle s'élève, elle est réduite en coke par la chaleur transmise par les gaz introduits par les becs 12 . On établit de préférence un rapport tel entre le courant de gaz et le courant de matière à traiter que la cokéfaction ait lieu sensiblement à la même vitesse que l'admission de matière.
Après avoir dégagé leur chaleur, les gaz sont aspirés par les conduits de sortie 14 et le collecteur 15 en entraînant avec eux les produits volatil: dégagés de la matière traitée. Après formation de l'épaisseur de ooke désirée, le courant de matière devant être traité est coupé au canal d'admission 9. Le courant de gaz peut être continué pendant un certain temps, de manière à cokéfier complètement la dernière matière déposée. On arrête ensuite le courant de gaz et on balaye la chambre avec de la vapeur d'eau, après quoi les portes d'extrémités peuvent être ouvertes et la couche de ooke formée peut être refoulée à l'extérieur à l'aide d'un appareil mécanique pousseur ou titeur .
Dans une autre construction de four, de section ovale,
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représentée dans les figures 4, 5 et 6, qui comporte beaucoup de caractéristiques de celle représentée dans les figures 1 à 3, les pièces étant désignées par les mêmes numéros de référence, des oarneaux de chauffage 16 sont placés sous la sole et peuvent être alimentés en combustible pour la combustion par des becs ou ajutages convenables 17 . Ces oarneaux communiquent avec un carneau longitudinal 18 et avec des carneau$ d'évacuation 19.
Le conduit 20. qui sert à l'introduction de l'agent chauffant dans la chambre 4 du four, est relié par un robinet 21 à un raccord transversal 22 en forme de T. Les robinets 23 et 24 sont prévus de chaque côté du raccord 22 en T et sont reliés aux tuyaux collecteurs 13 et 15 disposés de part et d'autre du four, qui correspondent aux tuyaux collecteurs analogues de la construction des figures 1 à 3. Ces collecteurs sont convenablement reliés à un raccord d'évacuation 25 en forme de T par des robinets correspondants 26 et 27. Ce raccord d'évacuation 27 en T mène par un tuyau à un conduit d'évacuation 29 relié à une tour 30 ou appareil de fractionnement .
Chaque tuyau collecteur 13, 15 comporte une série de canaux 12, 14 respectivement, qui débouchent dans la chambre 4 sur une ligne dirigée vers le sol 5 de cette chambre ou vers la couche de ooke se formant sur la sole .
On fait fonctionner ce four de la façon suivante. Avec cette construction, la sole du four est chauffée par application extérieure de chaleur en passant par les oarneaux de chauffe 16.
Ce chauffage peut se faire par intermittence ou pendant toute l'opération, comme on le désire. Selon un procédé, les oarneaux sont utilisés seulement pour chauffer le four avant de commencer le traitement . Suivant un autre procédé, les carneaux-peuvent être utilisés pendant le traitement initial de chaque charge successive et l'arrivée de chaleur peut être partiellement ou entièrement coupée après que la charge a pris une épaisseur
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notable, de sorte qu'elle constitue un isolant thermique.
Cependant, la principale partie de la chaleur pour la cokéf: tion est de préférence fournie par des gaz qui sont introdi par l'une ou l'autre des séries de tuyaux 12, 14 . Il est é dent qu'en manipulant convenablement les robinets disposés les tuyaux collecteurs, les gaz chauds utilisés comme agent chauffage arrivent dans la ohambre de cokéfaction par l'une l'autre des séries de tuyaux 12 ou 14. Ainsi, en fermant les robinets 24 et 26 et en ouvrant le robinet 21, les gaz chaud sont distribués par les tuyaux 12. Ces gaz frappent sur la 5 et sur la couche de coke se trouvant sur cette sole, ils traversent le four et sortent par la seconde série de tuyaux 14, d'où. ils passent à la tour ou appareil de fractionnement 30.
En fermant les robinets 23 et 27 et en ouvrant les robin 24 et 26, la direction du courant des gaz à travers la chamb 4 est renversée. Un renversement intermittent du courant pen dant le traitement sert à égaliser la distribution de chaleu sur les diverses parties des couches, de façon à donner une épaisseur et une qualité plus àniformes de coke sur les diff rentes parties de la sole. Le coke est retiré du four de cet construction de la même façon que celle décrite pour la première construction de four représentée dans les figures 1 à
Dans la construction modifiée de four représentée dans les figures 7 et 8, l'enveloppe métallique horizontale 1 est supportée par des piliers 2 convenablement placés.
Cette env loppe contient une garniture réfractaire 3 et une sole réfra taire 5, qui délimitent une ohambre de cokéfaction horizonta 4. Des portes 7 sont prévues pour fermer les extrémités de l'enveloppe d'acier et la chambre de cokéfaction. Un palan 3 est prévu à. une extrémité de la chambre de cokéfaction pour élever et abaisser la porte correspondante.
On peut prévoir un dispositif pour faire stationner un
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chariot refroidisseur 32 à une extrémité du four. Une machine formant poussoir 33 est stationnée à l'extrémité opposée du four ; ce poussoir se déplace sur des voies 34 s'il est utilisé avec plusieurs fours analogues. Le poussoir comporte une poutre de poussée 35 munie d'une tête pousseuse 36 ; un mouvement alternatif faisant entrer et sortir cette poutre de la chambre de cokéfaction 4 est imprimé à cette poutre à l'aide d'un moteur 37, d'un méoanisme de commande 38 et d'une chaîne ou d'un câble 39, attelé à la poutre de poussée. La machine formant poussoir est aussi munie d'un palan 40 servant à élever et-abaisser la porte 7 se trouvant à l'extrémité adjacente de la chambre du four.
La chambre! comporte ( figure 8 ) un canal de distribution d'hydrocarbures lourds 41 à sa partie supérieure et un canal opposé 42 servant à l'introduction de vapeur d'huile chaude ou de son équivalent pouvant être utilisé dans la ookéfaction. La partie supérieure de la chambre comporte aussi un canal d'évacuation 43 ( figure 7 ) qui est relié à un collecteur d'évacuation 44 pour évacuer les produits volatils de, l'opération et pour donner une issue à la chambre .
L'enveloppe en acier peut, si nécessaire, être garnie de matière réfractaire en formant une chambre de cokéfaction de section circulaire sans sole plate comme représenté par la figure 10, mais, lorsqu'une sole plate est nécessaire, l'enveloppe est faite avec une section ovale ( figure 9 ) plutôt qu'avec une seotion circulaire, ce qui donne une chambre de cokéfaction ayant une sole plus large qu'avec la forme airou- laire de l'enveloppe. Comme représenté, un certain nombre de carneaux de chauffage 16 peut être prévu sous cette sole de la manière illustrée par la figure 6 .
.La matière traitée dans le four est réduite, si nécessaire, sous une forme fluide par la chaleur et est chauffée au-dessus
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de 3160 0 si cela peut se faire, puis elle peut être refont par le ou les tuyaux 41 sous une pression convenable au cas elle contiendrait une proportion de matières solides l'empê< de couler facilement sous des conditions normales. La vapeur d'huile chaude ou son équivalent introduit dans le four par ou les tuyaux 42 peut être constitué par de l'huile vaporisé fortement chauffée et/ou des gaz fixes chauffés.
Dans un mod de réalisation du procédé, une fraction convenable d'huile, que gaz oil, peut être prélevée par une tour de fraotionneme tel que 30 ( figure 4 ), puis on peut la faire passer par un réchauffeur dans lequel sa température est de préférence éle' au-dessus de 482 0 . Catte huile chaude est ensuite déoharg dans le four par le ou les tuyaux 42 , pour servir d'agent d' chauffage servant à exécuter la cokéfaction, En pareil cas, : température régnant dans le four n'a pas besoin de dépasser température des vapeurs qui entrent et par conséquent le chat fage destructif des vapeurs utilisées comme agent de transpox de la chaleur peut être largement réduit.
Il est évident que d'autres vapeurs d'huile et/ou gaz fixes peuvent être chauffé et introduits d'une manière analogue .
Après qu'une épaisseur suffisante de coke a été formée dans le four, on arrête la distribution de la matière à trait, La distribution de l'agent chauffant peut aussi être arrêtée immédiatement ou elle peut être continuée pendant un temps coi venable pour compléter sensiblement la cokéfaction de la dernière partie de la matière introduite.
Au cours de la dernière période, on évacue du four des vapeurs qui correspondent aux queues cireuses recueillies à la fin de la cokéfaction ordinaire par distillation dans l'envoie pe. Comme ces produits ne sont pas désirables pour un nouveau fractionnement, on préfère ventiler le four et y introduire porgressivement de l'air par des ouvertures appropriées afin d
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brûler ces vapeurs indésirables dans le four, en élévant la température des parois et en chauffant en même temps la charge de coke. Si cela est désirable, on peut aussi admettre suffisamment d'air pour brûler une partie du coke et réduire ainsi la teneur en produits volatils du reste jusqu'à tout point désiré. La chaleur supplémentaire a aussi pour effet de réduire la friabilité du coke et d'en faire ainsi un produit plus facile à vendre.
Le produit de cette cokéfaction et de l'opération de traitement au four à ruche subséquente est d'une qualité différente de tout produit actuellement sur le marché et il est considéré comme un produit industriel nouveau dont les propriétés physiques sont de beaucoup supérieures au coke de chambre de cokéfaction ordinaire et dans lequel la matière volatile est maintenue en une proportion mieux appropriée pour l'usage domestique. Cette proportion est habituellement de 3 à 5 %.
On remarquera que le coke n'est pas refroidi avant son retrait du four et, en raison de l'isolement, la maçonnerie ou garniture réfractaire maintient une température qui correspond à la température de cokéfaction utilisée dans le four, la température s'élévant pendant la période de brûlage, en amor- çant ainsi la cokéfaction de la première poix ou brai de goudron déposé dans ce coke. Ceci étant le cas, le problème de refoulement du coke hors du four n'est plus que celui de disposer d'une force suffisante pour surmonter la friction du coke contre la sole et les parois du four qui le contient. On gagne ainsi du temps et on augmente par suite le débit d'une chambre donnée .
Après avoir atteint le point désiré, les portes 7 sont retirées et le coke est poussé ou tiré par un dispositif méoanique, par exemple par le poussoir 33. Après avoir retiré le coke, les portes 7 sont refermées et on recommence la cokéfaotion. En utilisant une sole approximativement plate dans la
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chambre, la première poussée sur le coke détache le coke 1 plus près de la sole et produit habituellement de nombreus fractures verticales, parfois dans la mesure que le coke rc par dessus celui qui est devant plutôt qu'il n'est poussé la forme d'une nappe plate. De cette manière, la masse de c se détache facilement de la sole.
Un autre avantage obtenu poussant le coke à chaud est qu'il se casse en grosseurs pli rationnelles lorsqu'il tombe dans le chariot à coke qu'il ne le ferait habituellement si on le laissait refroidir et s'il était poussé à l'extérieur sous la forme d'une masse solide
Sous certaines condition-s/de fonctionnement, la tempéra ture de la matière distribuée peut être telle qu'il soit pos: ble d'introduire dans la chambre une profondeur ou épaisseur notable de liquide et ensuite d'agiter ce liquide en le faisa traverser par des gaz dans une mesure suffisante pour amorcer la cokéfaction. L'opération peut être poursuivie en ajoutant davantage de matière de chargement chaude et des gaz jusqu'à ce que la cokéfaction désirée soit obtenue.
Si la chaleur de la matière de chargement est suffisante, il peut être inutile d'ajouter de la chaleur par les gaz, qui peuvent servir simple ment pour l'agitation.
On conçoit que la température à la partie supérieure du four peut parfois être assez haute pour produire le chauffage destructif des hydrocarbures très légers contenus dans les gaz et les vapeurs. Cette chaleur est réglée selon l'invention en amenant la matière de chargement qui est à une température inférieure en quantité convenable pour que la température de la partie supérieure du four soit abaissée à un point sûr avant que les gaz de chauffage soient introduits. pareillement, si la partie supérieure du four est trop froide, on peut introduire davantage de gaz chauffants et moins de matière de chargement .
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Dans certains cas spéciaux, il peut être désirable d'utiliser des types de chambres de distillation à enveloppe ou de chambres de cokéfaction verticales ordinaires, placées horizontalement, avec ou sans garniture isolante et à sole courbe.
Dans ce cas, le mécanisme pousseur est établi de façon à se conformer à la courbure du fond de la chambre et on laisse le coke se former jusqu'à la hauteur quelconque la mieux appropriée pour pousser ce coke au dehors. De cette façon, le coke est de préférence poussé à chaud et on a constaté que ce procédé est de beaucoup préférable à celui consistant à refroidir le coke dans la chambre et à abaisser ainsi de façon importante la température de la chambre. Cependant, si on le désire, après avoir coupé l'arrivée à la fois de la matière traitée et de l'agent de chauffage, on peut balayer le four à la vapeur d'eau pour empêcher l'explosion, puis de l'air peut être admis progressivement dans le four. Pour cela, on relève progressivement les portes 8. L'air admis assure la combustion de la couche de dessus du coke.
On admet suffisamment d'air pour continuer la combustion pendant un temps aussi long qu'il est nécessaire pour chasser la matière volatile du coke et pour durcir ce dernier .
Le procédé peut être exécuté conjointement avec les opérations de cracking ordinaires d'une raffinerie dans laquelle la chambre de cokéfaction fait partie intégrante de l'appareil de cracking. Si on le désire, on peut amener des vapeurs et résidus ou fonds de distillation dans la . chambre de cokéfaction au lieu de les conduire dans les évaporateurs ou chambres de cokéfaction usuels qui constituent une partie intégrante de l'installation de cracking. Dans ce cas, la chambre de cokéfaction est amenée à travailler sous la pression de.cokéfaction régulière et il n'est pas formé de résidus liquides comme résultat de l'opération de cracking.
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Au cas où l'on fait passer directement de la matière chargement par un réchauffeur, on peut constater que la ca lisation de transport peut déboucher directement dans le f au lieu de déboucher dans la chambre de réaction usuelle.. oe cas, on proportionne de préférence la grandeur du four telle manière que la durée de réchauffage ou de réaction ni saire pour obtenir le meilleur fonctionnement de l'installa de cracking soit.obtenue dans la chambre, qui reçoit dans c cas le résidu lourd et le cokéfie sans autre manipulation. un pareil fonctionnement, on installe un certain nombre de fours de cokéfaction pour assurer que le fonctionnement de l'installation de oraoking continue sans interruption, le c@ rant de vapeurs étant transféré d'une des installations de c faotion à une autre, comme nécessaire .
Dans ce mode de réalisation du procédé, la température régnant dans le four de cokéfaction n'est pas réduite par le refroidissement du coke qu'il contient; en conséquence, le f@ de cokéfaction est prêt à être remis en communication avec la canalisation dès qu'il a été vidé et refermé. Si sa températ@ est soit supérieure, soit inférieure à celle de la matière de chargement qui y est admise, le four peut être amené à la tem rature désirée soit par refroidissement avec de la vapeur d'e par exemple, soit en élevant sa température en y introduisant des vapeurs chaudes ou en y brûlant des vapeurs et/ou des gaz.
Ceci est important parce que cela décharge le conducteur de l'installation de la délicate opération consistant à élever la température dans la chambre de cokéfaction pour permettre l'en trée de vapeurs chaudes sans causer des difficultés de fonctio nement et sans soumettre le matériel à de sérieuses sollicitations lorsque la chambre est refroidie.
Bien que la masse de coke soit de préférence poussée ou tirée hors du four pendant qu'elle est chaude, il est évident
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que cela n'est pas toujours essentiel et que dans certaines circonstances il peut être désirable tout d'abord de refroidir le coke avant de décharger le four .
Lorsqu'on désire faire repasser dans la chambre ou le four de cokéfaction des produite de condensation tirés des produits volatils ou d'autres sources, on peut utiliser des constructions d'appareil sensiblement analogues à celle décrite conjointement avec l'appareil auxiliaire nécessité par le procédé particulier qui est appliqué .