BE475366A - - Google Patents

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BE475366A
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10GCRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G9/00Thermal non-catalytic cracking, in the absence of hydrogen, of hydrocarbon oils
    • C10G9/14Thermal non-catalytic cracking, in the absence of hydrogen, of hydrocarbon oils in pipes or coils with or without auxiliary means, e.g. digesters, soaking drums, expansion means

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  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Production Of Liquid Hydrocarbon Mixture For Refining Petroleum (AREA)

Description

       

   <Desc/Clms Page number 1> 
 



  "Perfectionnements dans une méthode de cracking des   hydrocar   bures ou relatifs à cette   mthode."   
La présente invention a pour objet le cracking d'hy- drocarbures et, plus particuliènement, un nouveau procédé et appareil   poulie cracking   thermique d'hydrocarbures normalement liquides aussi bien que   1'hydrocarbures   normalement gazeux. 

 <Desc/Clms Page number 2> 

 



   Dans la technique des hydrocarbures en vue d'une production élevée d'oléfines, la crainte de dépôts sérieux de carbone en même temps que la crainte de polymérisation de   l'éthylène   ont eu pour résultat de retarder les perfec- tionnements et, par suite, cette technique est sensiblement en arrière de la technique assez voisine du cracking des hydrocarbures en vue de la fabrication de   l'hydrogène.   Les procédés pour la fabrication de l'éthylène sont, en fait,. conditionnés   par, l'emploi   des matières premières les plus favorables: généralement le propane, le kérosène et le gas- oil ou tout au plus des distillats à la vapeur d'huiles plus lourdes.

   Les procédés utilisant les huiles de pétrole "en- tières" manquent d'une façon très nette et les facilités de réglage de la réaction qui existent dans la technique de la fabrication de l'hydrogène ne se rencontrent pas dans la majorité des procédés pour la fabrication de l'éthylène, le fait étant du à l'opinion, peut-être non vérifiée, que l'é- thylène est plus difficile à obtenir. La technique manque donc d'un procédé pratique et souple semblable à celui qui est employé dans la fa,brication de l'hydrogène et pouvant s'adap- ter à l'emploi des huiles de pétrole "entières" en vue de produire des composés liquides aussi bien que des oléfines par contrôle des réactions. 



   Dans la technique de la production de l'éthylène, les procédés typiques sont ceux de NAGEL (brevet américain n    2.111.899)   et de GREBE (brevet américain n    2.176.962)   basés sur les principes du mélange instantané et de la réac- tion de courants séparés d'hydrocarbure et de vapeur pré-' chauffée à une température élevée, de façon à se suffir pour toute la chaleur nécessaire.

   Un autre procédé typique pour la fabrication de   l'éthylène   est effectué dans un type d'ap- pareil réfractaire à régénération, tel que par exemple celui représenté dans le brevet américain n    2.208.123   de DUNCAN. n 

 <Desc/Clms Page number 3> 

 
En opposition avec la méthode de chauffage instanta- né de NAGEL et de GREBE ou des types à régénération de DUNCAN, il y a des procédés du type tubulaire, dans lesquels on obtient: des oléfines à partir d'hydrocarbures contenant du soufre et de la vapeur dans des tubes en alliage chrome nickel dans des conditions de température contrôlées.

   Les brevets délivrés à   WIETZEL     (1.934,836)   et   BALCAR     (2.218.495)   et le brevet de com- plément a    21.521   délivré à J.H. SHAPLEIGH font connaître des procédés représentatifs de ce type.   WIETZEL   fait breveter l'em- ploi de l'alliage chrome nickel dans le cracking catalytique des hydrocarbures avec la vapeur suivant une technique utilisant les gaz contenant du soufre dans les limites que permettent les catalyseurs en usage.

     SHAPLEIGH   fait breveter un procédé pour traiter des produits   réagissants   fluides dans un four tubulaire chauffé en un certain nombre de points espacés, de façon à obtenir un chauffage à contre courant et un contrôle   douple   de température des produits fluides entrant en réaction.   BALCAR   fait connaître une façon de préparer un distillat à la vapeur mais o- met d'indiquer tous les détails importants concernant la condui- te du four pour éviter le dépôt du carbone et pour le contrôle de la réaction. 



   Le procédé du type tubulaire a reçu des applications très développées, en particulier en ce qui concerne l'hydrogène et les quelques personnes bien au courant de son emploi savent à quel point il arrive à contrôler la température des fluides qui entrent en réaction. Même ainsi oa reconnait qu'en traitant les hydrocarbures et particulièrement en les soumettant à un chauffage préalable dans une zone de température qui se trouve à quelques centaines de degrés au-dessous de celle nécessaire pour une bonne vitesse de réaction, il y a une grande tendance à ce qu'un dépôt de carbone se produise, l'importance de ce dépôt dépendant du produit qui alimente le four.

   Il est aussi possible de prolonger le contact des hydrocarbures avec les   surfaces   entièrement chauffées au détriment du cracking   écoao-   

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   mique   de l'huile de pétrole si l'opération n'est pas faite par des techniciens habiles. Ce manque d'habitude au point de vue   de,la   marche du four tubulaire a contribué beaucoup à faire craindre le dépôt de carbone, l'excès de cracking, la polymérisation et toutes les difficultés mécaniques, tel- les que la courte durée d'emploi du tube. Cela peut expliquer le manque de souplesse du procédé du type à chauffage instan- tané. 



   Maintenant, conformément à la présente invention, on a découvert que, si l'on atomise l'huile de pétrole ou les mélanges d'huiles à l'état de vapeurs à des températures ne donnant pas de condensation et à une pression sensiblement égale à celle de l'atmosphère et si on injecte très rapide- ment dans un mélange de vapeur dans un tube en alliage chauf- fé à l'extérieur, le mélange peut être chargé de chaleur pen- dant son passage ultérieur au travers du reste du tube pour produire un cracking satisfaisant des huiles de pétrole avec un minimum de dépôt de carbone et un maximum de souplesse de contrôle de la température,   du   temps et de la pression.

   le procédé de cette invention constitue un perfectionnement, non seulement dans la fabrication de l'oléfine, mais aussi dans le cracking des huiles et des hydrocarbures gazeux pour obtenir la valeur maxima de produits totaux et pour arriver à une prodiction sélective de produits particuliers. Les hui- les de pétrole "totales" c'est-à-dire celles contenant de l'asphalte et des hydrocarbures lourds, aussi bien que des hydrocarbures légers et les hydrocarbures normalement gazeux, peuvent être utilisés sans dépôt sensible de carbone. En fait, on n'a pas constaté la présence de dépôt de carbone   quelcoq-   que dans le tube de cracking dans l'application qui a été faite du procédé   à   une échelle industrielle.

   Ceci constitue un perfectionnement net et important qui n'était pas possi- ble jusque là sans courir le risque de mettre le carbone en 

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En pratique, les hydrocarbures tels que les hydro- carbures de pétrole légers, y compris les huiles désasphaltées et les pétroles bruts, par exemple les bruts de l'Est du Texas sont atomisés avec de la vapeur (ou un autre gaz semblable) sans chauffer jusqu'à la température de décomposition thermique et ensuite injectés d'une façon nouvelle dans un courant de vapeur surchauffée (lu autre milieu gazeux convenable conte-   nant,la   même quantité de chaleur sensible) à une extrémité d'un tube en alliage chauffé extérieurement pour vaporiser d'une façon sensiblement complète l'huile de pétrole et former un mélange gazeux d'hydrocarbure et de vapeur,

   après quoi on fait immédiatement après passer ce mélange à travers le reste du tu- be qui est maintenu   à   la température que   l'on   veut par chauffage direct. 



   Les hydrocarbures sont ainsi   "crackés"   en donnant un mélange de composants comprenant les oléfines qui peuvent être ensuite traitées d'une façon convenable pour retarder la poly- mérisation, pour séparer les composants liquides des composants normalement gazeux et/ou pour séparer les courants liquides et/ ou gazeux en leurs composants. Le procédé est continu et donne un produit présentant une teneur en oléfine élevée. 



   Ayant maintenant indiqué d'une façon générale la na- ture et le but de la présente invention, il est donné dans ce qui suit une description plus détaillée de l'invention, en se référant au dessin ci-joint, dans lequel: la FIG. 1 représente schématiquement la succession des opé- rations dans la production des oléfines ou des autres produits par cracking thermique d'une huile de pétrole, en présence de vapeur, et, la FIG. 2 est une modification des nouveaux dispositifs d'injection et de mélange de cette invention. 



   Si l'on se réfère à la fig.l du dessin, on voit que l'huile de;, pétrole est amenée au moyen d'une pompe 1 d'un ré- servoir convenable à huile de pétrole à un préchauffeur 2, où 

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 elle peut être chauffée   à   la vapeur par échange indirect de chaleur jusqu'à une température déterminée   à   l'avance et dé- pendant de la matière première employée. L'huile préchauffée est envoyée, à travers un dispositif mesureur 6 à soupape, dans un mélangeur 4   où   elle est atomisée et vaporisée en par- tie par un courant primaire de vapeur saturée ou surchauffée (appelé vapeur primaire), qui est   fourui   au mélangeur par un atomisé dispositif mesureur à soupape 5.

   Le   mélange/et partiellement   vaporisé de l'huile de pétrole et de la vapeur primaire est %lors injecté dans la masse d'un courant de vapeur secondaire (appelé vapeur secondaire), se déplaçant d'une façon corres- pondante et disposé concentriquement et cela au moyen d'un tube à injection 6, Le tube à injection 6 pénètre   à   une pro- fondeur déterminée à l'avance par l'extrémité d'arrivée d'un tube à réaction 1 chauffé extérieurement par un fourneau 10 et il porte une extrémité arrondis 8 percée de trous 9, Le mélange d'huile de pétrole et de vapeur primaire atomisé et en partie vaporisé est maintenu dans le tube à injection jus- qu'à ce qu'il atteigne son extrémité de sortie 8 et alors il passe à travers les trous 9 en formant un certain nombre de courants.

   Ainsi, il est chauffé à une température déterminée   d'avance   par passage indirect de la chaleur du four. 



   La vapeur secondaire est fournie au tube à réaction 7 au moyen d'une canalisation 11   contrôlée   par une soupape mesureuse 12. Elle s'écoule concurremment mais en dehors du contact direct avec le mélange huile-vapeur primaire, le mélan- ge huile vapeur primaire étant à l'intérieur et la vapeur se- condaire étant à l'extérieur du tube   à     injectionLe   mélange huile de pétrole vapeur primaire sort du tube à injection par les trous 9 et arrive dans le courant annulaire de la vapeur secondaire.

   De cette façon le mélange huile de pétrole vapeur primaire est intimement et rapidement mélangé à le vapeur se- condaire et rapidement chauffé par échange direct de températu- re de la vapeur secondaire qui a été chauffée dans la partie 

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 supérieure du. tube à réaction. 



   . L'huile de pétrole atomisée et déjà partiellement var porisée continue   a être   vaporisée et le mélange gazeux intime d'hydrocarbures et de vapeur passe rapidement à travers l'es- pace   à   réaction annulaire indirectement chauffé qui se trouve entre les parois du tube  à   réaction et un réducteur d'espace tubulaire 13 disposé axialement   à   l'intérieur du tube à réac- tion. 



   Le   réducteur d'espace   tubulaire   13   est muni à sa partie supérieure d'une fermeture 14 et, à son extrémité in- férieure, d'une plaque perforée   15. On   peut introduire de la vapeur dans le réducteur d'espace 13 au moyen d'un tuyau 16 réglé par une soupape   17,   Quand l'appareil fonctionne, on admet une petite quantité de vapeur dans le réducteur d'espace 
13 pour maintenir complète la séparation des hydrocarbures, quels qu'ils soient, qui autrement entreraient à l'intérieur par la plaque perforée 15. Le réglage de la vapeur passant dans l'organe 13 aide en outre à   contrôler   la température du mélange vapeur hydrocarbure passant dans le tube à réaction. 



   Le produit de la réaction contenant les oléfines , est retiré du tube à réaction au moyen d'un conduit 14 refroi- di par les hydrocarbures liquides et le mélange passe dans une colonne à plateaux pour séparer et récupérer les produits normalement gazeux des produits normalement liquides. Ce re-   froidissement,   cette séparation et cette récupération peuvent se faire par les moyens tien connus de cette technique. On peut alors disposer des produits de la colonne à plateaux tels qu'ils sont ou mélangés aux matières   approvisionnant   l'appareil ou réintroduits autrement dans le cycle des opérations. 



   Dans la modification de l'invention représentée par la figure 2, une partie du tube à injection 6 est entourée d'un tube concentrique ou chemise 18 ayant sa partie   supérieure   ouverte comme on le voit en 19. L'espace entre le tube à réac- tion 7 et le tube ou chemise   18   est rempli de garniture à an- neaux ou d'autres matières convenables 20 pour obtenir le 

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 passage de la chaleur à la vapeur secondaire et/ou pour réè duire le rayonnement de la chaleur au tube d'injection. Le matériau de garniture 20 est porté d'une façon convenable sur une plaque perforée ou écran   21 monté   à côté de l'extrémité de sortie du tube d'injection.

   Les tuyaux de vapeur 22 et 23 sont reliés   à   la canalisation d'amenée de vapeur 24 et ser- vent à introduire la vapeur surchauffée secondaire respecti- vement à la partie inférieure du tube 18 et à la partie su-   périeure   du tube à réaction 7. 



   Des soupapes mesureuses appropriées 25 et 26 contrô- lent sélectivement le passage de la vapeur à travers les tuyaux 22   et 23.   



   Dans la marche de cette forme de l'invention la totalité ou une partie de la, vapeur secondaire peut être intro- duite dans la partie basse du tube ou chemise 18 et envoyée à contre-courant pour s'écouler à l'intérieur du tube à injecté avant d'entrer dans l'espace concentrique extérieur.La vapeur passant dans le tube 18 en sort par l'extrémité ouverte 19 et se mélange avec toute vapeur secondaire introduite par le tuyau 23.

   Le mélange passe ilors en descendant au travers du matériau à garniture 20 et se mêle au mélange hydrocarbure - vapeur tel qu'il sort du tube injecteur? Cette disposition permet un contrôle de température très efficace du mélange vapeur-hydrocarbure qui s'écoule dans le tube injecteur, tout en permettant en même temps à la vapeur secondaire passant au travers de la matière à garniture   d'être   chauffée rapidement au degré voulu. 



   Conformément   à   cette invention et pour représenter ' d'une façon plus particulière la méthode de production des oléfines et d'autres produits par le cracking thermique des hydrocarbures en présence de la chaleur, on trouvera ci-des- sous plusieurs exemples sous forme de tableau. Ces exemples montrent bien les résultats obtenue par l'emploi de différents 

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 types d'huile de pétrole lorsqu'on fournit au tube de cracking raque huile de pétrole dans sa totalité, c'est-à-dire sans des séparation préalable des composants favorables   isolés/compo-   sants non favorables. L'asphalte et les autres produits fai- sant partie de la composition de chaque huile de pétrole entrent dans le tube de cracking. 

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   TABLEAU -------------   Résultat des   essais surdifférentes huiles de pétrole 
 EMI10.1 
 
<tb> Résidu <SEP> Brut <SEP> du <SEP> Texas
<tb> 
 
 EMI10.2 
 Combustible Désas ha7té de ItEst ( a ) Qombustible (b) )##i##jr -#### 
 EMI10.3 
 
<tb> gaz <SEP> à <SEP> la <SEP> sortie
<tb> 
<tb> en <SEP> m3 <SEP> par <SEP> 45, <SEP> 34 <SEP> 
<tb> 
<tb> kgs <SEP> d'huile <SEP> sou-
<tb> 
<tb> mise <SEP> au <SEP> cracking
<tb> 
<tb> S.TP. <SEP> et <SEP> base
<tb> 
<tb> sèche <SEP> 5I,8 <SEP> 56 <SEP> 39,7 <SEP> 42,7 <SEP> 50,8 <SEP> 43,5 <SEP> 63,8
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> % <SEP> Oléfines <SEP> 46,3 <SEP> 41,7 <SEP> 61,7 <SEP> 57,4 <SEP> 46,0 <SEP> 53,3 <SEP> 41, <SEP> 0 <SEP> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> Rapport <SEP> en
<tb> 
<tb> poids <SEP> huile <SEP> de
<tb> 
<tb> pétrole <SEP> à
<tb> 
<tb> Vapeur:
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> - <SEP> Primaire:

   <SEP> 1,0 <SEP> 0,9 <SEP> 0,6 <SEP> 0,6 <SEP> 0,6 <SEP> 0,9 <SEP> 0,9
<tb> 
 
 EMI10.4 
 - Secondaire : o,9 1,0 2,0 1,4 1,9 2,0 2,1 Total : 1,9 1,9 2,6 2,0 2,S 2,9 3,0 
 EMI10.5 
 
<tb> Températures <SEP> eu
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb>  C; <SEP> à:
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> Sortie <SEP> du <SEP> tube
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> injecteur: <SEP> 1400 <SEP> I43  <SEP> 1430 <SEP> 1650 <SEP> 165  <SEP> I59  <SEP> 1700
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> Vapeur <SEP> secon-
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> daire <SEP> au <SEP> point
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> d'injection <SEP> vers <SEP> 6320 <SEP> 599  <SEP> 6980 <SEP> 706  <SEP> 720  <SEP> 7200 <SEP> 7590
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> paroi <SEP> métallique
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> du <SEP> tube:

   <SEP> 9070 <SEP> 9070 <SEP> 8710 <SEP> 8850 <SEP> 9020 <SEP> 8800 <SEP> 907 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> Huile <SEP> de <SEP> pétrole
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> en <SEP> Kgs <SEP> fournie
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> par <SEP> tubeet <SEP> par
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> heure: <SEP> 56,17 <SEP> 70,19 <SEP> 66,13 <SEP> 69,76 <SEP> 69,76 <SEP> 46,2 <SEP> 46, <SEP> 2 <SEP> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> Type <SEP> d'injection: <SEP> Pénétration <SEP> angulaire <SEP> de <SEP> la <SEP> vapeur <SEP> secondaire
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> % <SEP> d'huile <SEP> fournie
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> subissant <SEP> le
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> cracking <SEP> : <SEP> 54 <SEP> 48 <SEP> 47 <SEP> 49 <SEP> 51 <SEP> 64 <SEP> 73
<tb> 
 

 <Desc/Clms Page number 11> 

 
Les exemples précédents ne représentent pas de va- leurs maxima ni optima.

   Le procédé est souple, les vitesses d'alimentation de l'appareil peuvent être sensiblement aug-   mentées,   le pourcentage d'huile de pétrole, soumise au cra- cking peut être augmenté ou diminué et le gaz produit par 45,34 kgs. d'huile de pétrole augmenté ou   diminué.   On a obte- nu des quantités de gaz correspondant à 112 m3 par 45,34 Kgs d'huile de pétrole, la contenance en oléfines étant de 18% avec un bon pourcentage de C2 H2 et 105 m3 avec 20% de C2H2 plus C2H4. Cela représente une quantité de gaz de l'ordre de 342 m3 par baril. Les chiffres du tableau ci-dessus représen- tent une quantité de gaz produite de l'ordre de 114 à 2I3 m3 par baril d'huile de pétrole fournis à l'appareil. 



   De même on a constaté que certaines huiles de pétro- le peuvent être avec avantage soumises   à   un   cracking   de 100% en donnant ainsi 30% ou plus d'oléfines totales et en élimi- nant la phase de séparation par fractionnement du gaz et de 1'huile de pétrole n'ayant pas subi le cracking. Ainsi par exemple le produit de la colonne à réaction peut être refroidi par des fractions intermédiaires d'hydrocarbures ou avec de l'eau et le gaz envoyé directement à l'installation de liqué- . faction et absorption sous pression à basse température ou aux procédés d'absorption pour la séparation de la partie ga- zeuse entrant dans la composition. 



   Suivant l'huile de pétrole soumise au cracking et les conditions précises d'application du procédé on obtient dans les conditions de cracking partiel et .près refroidisse- ment et condensation un produit liquide-qui peut être plus léger que l'eau, tandis que dans d'autres conditions le pro- duit condensé non fractionné peut être un liquide ayant la consistance de la crème et plus lourd que l'eau. Les compo- sants de l'huile non   orackée   varient mais les conditions dans lesquelles le cracking se produit ont une influence sur le pourcentage de chaque groupe de composants et de chacun d'eux en particulier. 

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   La partie liquide peut contenir par exemple du buta- dièxe, de l'isoprène, du styrène, de   l'indèhe,   de la naphta- line et des résines acides de fractionnement plus normalement prévues. Cette invention par conséquent comprend non seulement un procédé avantageux pour la fabrication économique des olé- fines, mais aussi un procédé pour soumettre au cracking des huiles de pétrole de façon à en retirér le maximum au point de vue valeur pour les usages industriels et, particulièrement pour les usages dans l'industrie chimique. 



   La réussite du cracking des hydrocarbures avec pro- duction d'oléfines ou d'autres produits qui l'accompagnent par cracking thermique des hydrocarbures dans un four tubulaire à cracking en présence de vapeur dépend d'abord: 
1 - de la préparation convenable et de l'introduction du mélange vapeur-hydrocarbures dans le tube de cracking en allia- ge et, 
2 - du passage du mélange à travers le reste du tube dans des conditions contrôlées de température de durée de la réac- tion et de pression pour arriver au résultat que l'on désire. 



   La nouvelle méthode de préparation et d'introduction convenable du mélange vapeur-hydrocarbure suivant la présente invention consiste à atomiser et à vaporiser partiellement l'hydrocarbure, de préférence avec   delà   vapeur, à faire passer et le mélange atomisé/partiellement vaporisé   d'hydrocarbure   et de vapeur à travers un ajustage d'injecteur s'allongeant dans le tube de cracking et à injecter rapidement le mélange atomisé et partiellement vaporisé dans un courant de vapeur   surchauffée   On soumet si l'on veut les hydrocarbures à un préchauffage pré-   alable   au moyen d'un type quelconque de dispositif convenable, par exemple un échangeur indirect de température,

   le degré de chaleur que l'on désire variant suivant le type de matière pre- mière et la chaleur étant fournie en quantité insuffisante, pour amener une décomposition appréciable de l'hydrocarbure. 

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  Les températures désirables de préohauffage des hydrocarbures en ce .point sont de l'ordre d'environ 137 C mais peuvent va- rier de 110 à 275 C dans différentes Conditions de marche et lorsqu'on traite différentes sortes d'hydrocarbures. Il n'est pas   nécessaire   de préchauffer quand on utilise des   hydrocarbu-   res légers ou gazeux et on compte sur la chaleur dans la va- peur secondaire plus la chaleur indirecte au tube d'injection. 



   L'hydrocarbure quand il est sous forme liquide est atomisé et vaporisé en partie avec la vapeur primaire sous   hait   te pression, l'objectif que l'on recherche étant d'amener l'hy- drocarbure soit à l'état de vapeur soit à l'état de division très poussée. Les hydrocarbures facilement volatils tels que, l'éthane et le propane peuvent être amenés au tube d'injection complètement à l'état de vapeur. Avec des huiles de pétrole le rôle de la vapeur primaire est de préparer l'huile en l'amenant à l'état de fine division au moyen d'un mélangeur ou atomiseur pour retarder la réunion des particules avant l'injection dans la vapeur secondaire et pour provoquer une vaporisation par- tielle.

   L'abaissement de la pression   partielb   de l'huile de pétrole par la vapeur dans le tube c'injection diminue le point d'ébullition et favorise la vaporisation. Jusqu'à la limite que cette vaporisation peut atteindre sans dépôt de carbone elle est favorable à ce procédé. 



   Plus la vaporisation est élevée dans le tube d'in- jection, plus il faut d'apport d'unités thermiques à la vapeur primaire. Cela est favorisé par le préchauffage de l'huile,   par,,   l'emploi de vapeur surohauffée et par des conditions du tube d'injection donnant un passage de chaleur élevée tel que par exemple une grande rapidité, l'emploi d'ailettes, etc.. pour augmenter la surface et la turbulence. Le rapport vapeur à huile de pétrole peut être également modifié pour aider à ré- aliser les meilleures conditions.

   Les conditions exactes de température de l'huile de pétrole et de la vapeur, la manière 

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 de les mélanger et le rapport dans lequel on fait ce mélange pour obtenir un mélange atomisé et partiellement vaporisé d'huile de pétrole et de vapeur primaire dépendent des carac- téristiques de l'hydrocarbure donné et des conditions de traitement comme les techniciens le comprendront. 



   Le mélange atomisé et partiellement vaporisé d'hy- drocarbure et de vapeurprimaire est ensuite envoyé   dahs   le tube d'injection où. il est chauffé par la vapeur surchauffée s'écoulant à l'extérieur du tube et par la chaleur indirec- te venant de la paroi du tube à réaction. La température du mélange au momeht où il sort du tube d'injection peut varier d'environ 137 C à environ 440 C mais de préférence elle ne doit pas dépasser environ 330 C à 355 C. La. température choi- sie dépend de la volatilité de l'hydrocarbure, de sa stabi- lité à la chaleur, du rapport de l'hydrocarbure à la vapeur et de la durée du passage.

   On choisit une température qui don- ne une vaporisation partielle de l'hydrocarbure au moment où il quitte le tube à injection mais qui n'ait pas pour résultat une décomposition thermique sensible des constituants de l'hy- drocarbure à l'intérieur du tube d'injection. On comprendra que ce sont les hydrocarbures des fractions de pétrole à point d'ébullition peu élevé qui sont volatilisés le plus facilement mais en même temps qui sont plus stables à température élevée que ne le sont les fractions à point d'ébullition élevé. 



   Le mélange chauffé d'huile de pétrole et de vapeur primaire dans lequel l'huile de pétrole a été partiellement vaporisée est ensuite injecté dahs une masse surchauffée de vapeur secondaire se déplaçant dans le même sens retenue à l'intérieur du tube à réaction. L'objectif   à   ce moment est de chauffer subitement et de mélanger la vapeur et les particules d'hydrocarbure en injectant rapidement l'hydrocarbure dans la vapeur secondaire chaude sans frapper   ou.   en frappant le moins possible à cette haute température la paroi du tube de cra- cking qui dans cette zone se trouve à une température de 8250 A   ---   

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 à 1045 C.

   Le courant de vapeur secondaire sert à amortir les vapeurs et les particules projetées et à détourner les tra- jectoires des hydrocarbures dans un courant turbulent et dans l'axe dans une zone de température de réaction. De cette façon la vaporisation de l'huile de pétrole est rapidement terminée tandis que en même temps des hydrocarbures sont chauffés d'un seul coup sensiblement à la   température de   la réaction et le mélange reçoit la chaleur de réaction du four le long du che- min qu'il parcourt dans la réaction. Ces conditions réduisent au minimum le type de décomposition thermique des hydrocarbu- res qui produit du carbone et conduisent à l'élimination du carbone pouvant s'être formé'. 



   On a un grand choix en ce qui concerne la méthode d'injection du mélange vapeur primaire - hydrocarbure dans le courant de la vapeur secondaire.   Le   mélange peut être injecté sous un angle quelconque dans le courant secondaire. Il peut être injecté en des points multiples par coté et/ou dans le sens de l'axe. Il peut'être introduit tangentiellement ou par tout autre moyen répondant à l'objectif que l'on se pro- pose. On préfère injecter sous un angle de 60  environ par rapport à l'axe avec une petite quantité   à     0  dans   l'axe et   a@   vec une extrémité conique ou sphérique. 



   On peut faire varier la position du point d'injection dans l'axe le long du tube de cracking. Par exemple avec une huile lourde de pétrole en donné la préférence à un point placé      à une distance d'environ   2   mètres de l'arche de la paroi ou de la tole du four la plus rapprochée de l'extrémité d'entrée du gaz de fourneau. Toutefois pour une huile de pétrole du genre pour Diésel on obtient de bons résultats en utilisant la dis- tance de un mètre environ. 



     Le   tube d'injection peut être chemisé ou non suivant les autres facteurs. Par exemple, quand on n'emploie pas de garnitures dans l'espace de vapeur secondaire il peut être a- vantageux de réduire l'effet de rayonnement entre le tube de 

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 cracking et les parois du tube d'injection, de façon à permet- tre la contrôle de la température d'injection.

   On peut arriver à ce résultat au moyen d'une chemise sur le tube   d'injectbn   et avec la totalité ou une partie de la vapeur secondaire circu- lant dans la chemise à contre courant par rapport au courant du mélange vapeur primaire, hydrocarbure et   eusuite   dans le canal de vapeur secondaire.Dans d'autres cas il peut être avantageux d'utiliser à la, fois la chemise et la matière à garniture comme cela est représenté dans la   fig.2   du dessin. 



   La vapeur secondaire est amenée au tube à réaction de la façon représentée dans la fig.l ou dans la fig.2, le but étant de préparer un courant secondaire de vapeur à des tempé- ratures allant de préférence d'environ 550 C à 880 C au point   où   se fait le mélange avec le mélange primaire vapeur hydro- carbure sortant du tube   à   injection. La température à attein- dre dans chaque cas particulier dépend des quantités relatives de vapeur secondaire et de mélange huile de pétrole vapeur primaire juste avant le mélange avec la vapeur secondaire, la stabilité thermique des hydrocarbures et d'autres facteurs semblables. L'objectif ci-dessus peut être réalisé en utili- sant la vapeur surchauffée et en chauffant ensuite la vapeur au fur et à mesure qu'elle traverse les tubes à réaction.

   On peut utiliser si on le désire différentes méthodes pour effec- tuer et/ou pour accélérer le passage de la chaleur venant du tube à réaction ou du tube cracking. Une de ces méthodes com- porte   l'utilisation à   l'intérieur du tube cracking de surfaces exposées 4 la chaleur rayonnante. Une autre méthode comprend l'utilisation de garniture métallique résistante portée sur une plaque perforée fixée au tube à injection comme cela est représenté dans la figure 2.

   Si on le désire la garniture peut être rassemblée dans un tube métallique formant récipient con- centrique au tube de cracking et suspendue d'une façon appro- priée à une plaque terminale de ce dernier ou montée d'une 

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 autre façon sur le tube à injection et/ou sur la plaque per- forée de façon à former un assemblage de garniture qu'on peut enlever . 



   En mélangeant l'huile de pétrole vapeur primaire avec la vapeur secondaire il se produit un abaissement   instn-   tané de la pression partielle de l'hydrocarbure en même temps      qu'un chauffage instantané et avec chauffage ultérieur der la paroi du tube de cracking et bientôt après par la paroi du tube intérieur de l'espaceur. La combinaison de la basse pression partielle et de la température crée immédiatement ou rapidement ensuite une condition dans laquelle tous les hydro- carbures, excepté d'extrêment petites quantités d'hydrocarbu- res à point d'ébullition élevé, doivent être à l'état de vapeur et peuvent être soumis à la réaction.

   Plus la température est élevée au moment du mélange de l'huile de pétrole-vapeur primai- re et de la vapeur secondaire, plus la   vapprisation   de l'hydro- carbure est complète au moment du mélange instantané. 



   Les conditions les plus satisfaisantes quant aux températures au rapport de la vapeur primaire à l'huile de pé- trole, au rapport de la vapeur secondaire à la vapeur primaire   .etc...   seront déterminées par expérience pour chaque huile de pétrole particulière et simultanément avec les autres conditions telles que vitesse d'alimentation de l'appareil, type d'huile de pétrole etc... 



   La quantité totale de vapeur employée, primaire plus secondaire, dépend d'un certain nombre de considérations. Etant donné que dans le processus de cette invention la vapeur sert essentiellement comme milieu de masse de chaleur, comme   réduc-   teur partiel de pression pour les hydrocarbures et comme matière agissant contre le dépôt de   carbone,oà   peut le faire varier par rapport à la quantité d'huile de pétrole fournie dans différen- tes conditions de temps, de contact ou de température, pour ré- gler les conditions de température à l'injection et les courbes A 

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 de température sur la voie de cheminement à la réaction,

   aussi bien radialement que suivant l'axe? On peut faire varier le rapport de la vapeur à l'hydrocarbure de façon à avoir des rapports élevés ou faibles suivant que l'on désire pour des matières à traiter plus difficiles ou moins difficiles, mais normalement, ce rapport sera compris entre 0,1 à 1 et 5 à 1. 



   Il est préférable d'utiliser des rapports vapeur à hydrocarbu- re variant   de 1 à 1 à 3 à 1.   



   La façon exacte de proportionner la vapeur primaire à la vapeur secondaire varie suivant un certain nombre de fac- teurs. Dans certains cas, il peut être avantageux d'atomiser l'hydrocarbure dans un autre milieu que la vapeur, par exemple dans de l'hydrogène, de l'azote, des gaz de combustion etc... sous pression. Dans le cas de ce genre toute la vapeur est fournie sous forme de vapeur secondaire. D'autre part, toute la vapeur peut être introduite dans l'atomisation et les autres milieux gazeux chauffés en plus de la vapeur   pouvez   être em- ployés pour le chauffage et la dilution dans le courant secon- daire de gaz. On peut employer les gas de combustion chauds, l'hydrogène ou l'azote chauffés etc... 



   Une partie importante de la présente invention et qui aide beaucoup à atteindre l'objectif d'un cracking des hy- drocarbures en présence de la vapeur s'opéraht avec de bons rendements est la formation d'un mélange atomisé et/ou vapori- sé d'hydrocarbure à poids moléculaires élevés avec de la va- peur en maintenant le produit dans un état tel qu'il y ait un minimum de cohésion des hydrocarbures et en chauffant d'un seul coup le mélange   à   la température de cracking cela sans dépôt appréciable de carbone. 



   Bien qu'il soit préférable de procéder au mélange que l'on désire de vapeur et d'hydrocarbures vaporisés à l'in- térieur du tube de cracking comme on le représente et comme on   le   décrit, il peut être dans certaines circonstances désirable 

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 et avantageux de faire ce mélange séparément et de l'envoyer ensuite pour lui faire traverser le tube à réaction. On peut arriver à ce résultat en plaçant un dispositif séparé d'in- jection et de mélange en s'appuyant sur les principes déjà décrits et en le reliant au tube à réaction par un accouple- ment à bride, un tuyau ou tout autre système convenable pour relier ces parties. 



   La chose importante consiste à obtenir un mélange gazeux comprenant de la vapeur et des hydrocarbures vaporisés à partir d'hydrocarbures de pétrole à poids moléculaire élevé et en particulier des huiles de pétrole notmalement liquides contenant environ 0,1 à 5 parties en poids de vapeur pour cha- que partie en poids d'huile de pétrole, à une température al- lant d'environ 550  C à 880  C ne contenant pas sensiblement de carbone libre. 



   Le mélange gazeux de vapeur et d'hydrocarbures va- porisés qui doit   être $.   une température d'au moins environ   38500   et de préférence allant d'environ 550 C à environ 880 C est immédiatement envoyé   à   travers le reste du tube de cra- cking. Les facteurs qui 'sont de première importance dans cette phase du processus opératoire sont la température du gaz va- peur - hydrocarbure, la température de la paroi métallique dans son rapport avec la courbe de température et la durée de contact ou de réaction. Ces facteurs dépendent des   oarac-   téristiques de l'hydrocarbure à soumettre au cracking, du rapport de la quantité d'huile de pétrole à la quantité de vapeur et/ou d'autre gaz, du pourcentage de cracking quel'on désire obtenir etc...

   En général, les températures du mélange vapeur-hydrocarbure variant d'environ   605 C   à environ 935 C fournissent les meilleurs résultats et on leur donne la pré- férence. Ces températures ne sont cependant pas critique et peuvent être étendues pour fournir des conditions plus favo- rables à telle ou telle huile de pétrole ou à tels ou tels 

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 .produits que l'on désire obtenir.Les températures des parois métalliques sont -'réglées par rapport aux autres conditions de traitement de façon à donner la température désirée et la courbe de température voulue à l'intérieur de la zone de ré- action. 



   La durée de la réaction, dans les conditions données de traitement dépendra de la température choisie et de la pressionpartielle de l'hydrocarbure. Quand la température augmente la durée de la réaction diminue d'une façon corres- pondante et vice-versa. Ou a constaté d'une façon générale que des durées de réaction relativement courtes allant d'envi- ron 0,1 à 5 secondes et particulièrement d'environ o,l   à   1 se- conde sont lesplus avantageuses. 



   Les produits de la réaction venant du tube de cra- cking sont, de préférence, refroidis par   l'emploi   d'hydrocar- bures liquides et le courant gazeux refroidi passe à un sus- tème de colonne de fractionnement pour séparer les produits normalement liquides des produits gazeux. 



   La souplesse du procédé de la présente invention provient en partie de la possibilité qu'elle offre de contra- ler les courbes de température et la température elle même aussi bien dans l'axe que dans la direction radiale du tube de cracking. 



   On y arrive dans la direction radiale par rapport à un point ou à une zone sur la paroi du tube, en chauffant le four de façon à avoir une température spécifique de la paroi du four et en contrôlant le passage de la chaleur au courant gazeux, par exemple en changeant la vitesse du gaz, en changeant les surfaces pour le passage du gaz ou en augmentant l'amenée des gaz, en changeant le rapport de la surface exté- rieure à la surface intérieure du tube, en employant des aile tes, des cloisons en chicane etc.. pour augmenter la turbulen- ce, en changeant le rapport de la vapeur à l'huile de pétrole 

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 ou d'une façon générale, le rapport du milieu diluant l'huile de pétrole et en utilisant une matière de garniture. 



   Dans le sens de l'axe, le contrôle peut être réali- sé de différentes façons. Un des procédés   consiste   à utiliser un four dans lequel la chaleur est appliquée d'une façon sé- leotive en des points espacés le long de la périphérie du tu- be de réaction, les gaz chauds de combustion montant le long du tube à contre-courant par rapport à l'écoulement du   mélan-   ge vapeur-hydrocarbure dans le même appareil et se dégageant par un carneau de sortie placé tout près de 11'extrémité vers laquelle le mélange vapeur - hydrocarbure est injecté dans la vapeur secondaire.

   De cette façon les températures de la zone du four peuvent être réglées à volonté mais une courbe de température descendant brusquement   c'est-à-dire   une tempéra- ture élevée à la zone d'injection et une température basse à la sortie des gaz devient de plus en plus difficile à obtenir plus la courbe est inclinée. 



   Dans un processus légèrement différent on envoie les gaz chauds de combustion de haut en bas autour du tube à réaction parallèlement et concurremment à la circulation du mélange vapeut - hydrocarbure dans ce tube et on les décharge par un carneau d'évacuation placé tout près de l'extrémité du tube opposée à celle dans laquelle on assure le mélange vapeur hydrocarbure avec la vapeur secondaire, la chaleur é- tant appliquée en des points espacés le long du tube comme précédemment. Ce procédé donne un bon   contrôle,   particulière- ment lorsqu'une température élevée est nécessaire dans la zone d'injection et qu'une température peu élevée est demandée dans la zone de réaction. 



   L'un ou l'autre des procédés ci-dessus peut être modifié en chauffant tout près de l'extrémité du tube plutôt qu'en des points espacés le long du tube. 

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   Dans un procédé encore différent, le rayonnement transversal peut être sensiblement diminué et bénéficier lar- gement d'un plan sélectif de chauffage réalisé quand on utilise un four à une seule chambre.Dans ce cas, en utilisant une ou plusieurs cloisons le long de l'axe du tube, on forme des zones qui contribuent   à   améliorer le contrôle de la courbe. Les pro- duits des tubes et de la combustion passent à travers ces cloi- sons de séparation au moyen d'ouvertures convenables. 



   Ces processus peuvent être appliqués dans un four vertical ou dans un four horizontal avec une combinaison   quelcon-   que d'emplacement de   tube à   injection et de sortie des gaz, avec ou sans chambres multiples le long de l'axe du tube et avec des courbes ascendantes ou descendantes de température du tube ou combinaisons des deux. 



   Cette souplesse, combinée à d'autres facteurs, tels que le niveau de température, le rapport du gaz diluant   à     l'hui-   le de pétrole ou le rapport de la vapeur à l'huile de pétrole, la durée du contact et la pression, permet d'améliorer d'une fa- çon marquée le contrôle du rendement en produits que l'on désire obtenir. On obtient un contrôle important en employant le dispo- sitif de chauffage en points multiples du brevet n  2I.52I redé- livré à James H. SHAPLEIGH qui peut être modifié dans ce procédé en obtenant soit un contre-courant soit un écoulement parallèle du processus et des gaz de combustion. 



   Le tube à réaction de la présente invention, consiste de préférence, en un tube espaceur et en un tube de cracking extérieur disposé   concentriquement,   comme le représente la   fig.l   et fabriqué en un alliage d'acier ou chrome, contenant environ   25   de chrome, 20% de nickel,   l   de columbium, le reste étant sensiblement constitué par du fer. Ces proportions spécifiques sont simplement données à titre d'indication et on comprendra qu'on peut utiliser d'autres alliages   convenables'.   Le tube à réaction peut être vertical, horizontal ou incliné suivant les 

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 conditions d'utilisation ,l'espace dont on dispose, etc.... 



  On obtient un contrôle très efficace de la température par la chaleur directe appliquée à l'extérieur du tube extérieur de la manière qui a été indiquée jusqu'ici et par la surface ad-   ditionnelle   que donne le tube espaceur. 



   Si on le désire, le tube espaceur Intérieur peut être remplacé par des matières de garniture ou d'autres ma- tières convenables ou bien on enlève le tube espaceur et on utilise le tube à réaction vide. Toutefois dans chaque cas les conditions doivent être telles qu'elles donnent le trans- port de chaleur et la durée du passage demandés à l'intérieur de la zone de réactions. 



   Le mélange vapeur - hydrocarbure peut être injecté dans le tube à réaction par l'une ou l'autre des extrémités, c'est-à-dire à l'extrémité par laquelle sortent les gaz de combustion ou à l'extrémité opposée. Comme on le voit appliqué dans la fig.l par exemple, l'injection peut avoir lieu soit près du sommet du tube comme cela est représenté, soit près de la base du tube, les gaz de combustion circulant à contre- courant ou parallèlement au mélange vapeur - hydrocarbure et étant évacués tout près le l'une ou l'autre des extrémités du tube comme on le désire. 



   Bien qu'il soit désirable dans la plupart des cas d'obtenir un pourcentage élevé de cracking des hydrocarbures, il est possible et quelquefois désirable d'obtenir un cracking partiel, c'est-à-dire allant d'environ 50% à 75% et de remet- tre en circulation dans le cycle opératoire des parties de produits   non-crackés   avec l'huile de pétrole qui alimente l' appareil,de façon à arriver à avoir finalement un produit à traiter d'une viscosité plus faible ce qui constitue une con- dition favorable. Un autre avantage du procédé réside dans l'emploi efficace des huiles de pétrole repassant dans le cycle pour refroidir les produits de la réaction venant du 

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 tube de cracking. 



   Le présent procédé est appliqué avec avantage sensi- blement à la pression atmosphérique, bien qu'on puisse employa avec des résultats satisfaisants des pressions un peu au-dessus ou au-dessous de la pression atmosphérique. De plus des pres- à 7 sions de 1, 75/kilogs par centimètre carré peuvent être utili- sées avec succès pour régler les types et les proportions de produits obtenus, on arrive   à   opérer à des pressions de cet ordre en disposant une'soupape de réglage à l'extrémité du sys- tème de cracking. 



   Dans le procédé d'injection et de chauffage instanta- né conformément à cette invention on notera que les hydrocar- bures   liquides,contenant   du soufre ne viennent en contact aveo la paroi métallique en aucun cas, exception faite peut être pour des traces d'huile de pétrole   à   point d'ébullition élevé et en- core pas d'une façon appréciable et   sérieu@e.   Les hydrocarbures dans le tube de cracking lui-même sont au-dessus du point de condensation. De plus, les vapeurs d'hydrocarbures contenant du soufre sont en dehors du contact avec la paroi métallique aux températures pour lesquelles se fait   laprécipitation   des carbures ou toute attaque quelconque concomitante du soufre se produit normalement d'une façon sérieuse.

   Dans les conditions d'injection les mercaptans qui se trouvent présents sont transformés en H2S t ne provoquent pas de difficulté dans les conditions de températu- re et de points de condensation des hydrocarbures qui règnent dans l'appareil. 



   Le procédé de cette invention peut s'adapter à l'injec- tion   d'émulsions,   d'huiles de pétrole contenant des catalyseurs et de l'huile de pétrole contenant des produits   anti-carbone.   Il est applicable au traitement d'hydrocarbures normalement gazeux aussi bien que d'hydrocarbures normalement liquides. Bien qu'on ait décrit la forme d'appareil et le procédé auxquels on donne la préférence on se rendra compte qu'on peut apporter beaucoup de 

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 changement à l'un et à l'autre sans s'écarter de l'objectif visé par l'invention. 



   Un avantage particulier de la présente invention réside dans le fait qu'on obtient de meilleurs rendements en oléfines et en produits liquides ayant une valeur commerciale et avec moins d'ennuis qu point de vue du varbone que cela n'avait été possible jusqu'ici dans le cracking des hydrocar- bures en fours tubulaires. Un autre avantage provient du fait que l'on traite avec succès et d'une façon économique des hui- les de pétrole 'entières' des hydrocarbures de pétrole liquides plus lourds, des huiles désasphaltées et des pétroles bruts contenant de l'asphalte. Cela permet de tirer profit de   l'uti-   lisation possible et de l'économie de ces matières premières brutes et sans être limité par les positions géographiques des usines, considérées jusqu'ici comme nécessaires. 



   Les mots "contre-courant" et "parallèles" tels qu'ils sont employés dans la description et le résumé s'appliquent   à   l'écoulement des fluides et signifient écoulement parallèle dans la même direction par opposition avec "contre-courant" qui signifie écoulement parallèle dahs les directions opposées. 



   REVENDICATIONS 
I - Procédé de cracking d'hydrocarbures qui comprend l'injection d'un hydrocarbure.sous forme gazeuse ou atomisée dans un courant de vapeur à l'intérieur d'un tube de cracking suivant lequel on fait passer immédiatement le mélange de va- peur et d'hydrocarbure à travers le reste du tube pendant   qu'   on lui fournit de la chaleur pour produire un cracking satis- faisant de l'hydrocarbure sans dépôt appréciable de carbone.



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  "Improvements in a method of cracking hydrocarbons or relating to this method."
The present invention relates to the cracking of hydrocarbons and, more particularly, to a novel thermal cracking method and pulley apparatus of normally liquid hydrocarbons as well as normally gaseous hydrocarbons.

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   In the art of hydrocarbons for high olefin production, the fear of serious carbon deposition together with the fear of ethylene polymerization has resulted in delaying improvements and, consequently, this technique is appreciably behind the technique quite similar to the cracking of hydrocarbons with a view to the manufacture of hydrogen. The processes for the manufacture of ethylene are, in fact ,. conditioned by the use of the most favorable raw materials: generally propane, kerosene and diesel or at most steam distillates of heavier oils.

   The processes using "whole" petroleum oils are clearly lacking, and the reaction control facilities which exist in the art of hydrogen production are not found in the majority of the processes for the production of hydrogen. manufacture of ethylene, due to the possibly unverified opinion that ethylene is more difficult to obtain. The technique therefore lacks a practical and flexible process similar to that employed in the production of hydrogen and capable of adapting to the use of "whole" petroleum oils to produce compounds. liquids as well as olefins by controlling the reactions.



   In the art of ethylene production, typical processes are those of NAGEL (US Patent No. 2,111,899) and GREBE (US Patent No. 2,176,962) based on the principles of instant mixing and reaction. separate streams of hydrocarbon and steam preheated to an elevated temperature so as to provide all the heat required.

   Another typical process for the manufacture of ethylene is carried out in some type of refractory regenerative apparatus, such as, for example, that shown in US Pat. No. 2,208,123 to DUNCAN. not

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In opposition to the instantaneous heating method of NAGEL and GREBE or the regenerative types of DUNCAN, there are processes of the tubular type, in which one obtains: olefins from hydrocarbons containing sulfur and steam in chrome nickel alloy tubes under controlled temperature conditions.

   The patents granted to WIETZEL (1,934,836) and BALCAR (2,218,495) and the complementary patent to 21,521 granted to J.H. SHAPLEIGH disclose representative processes of this type. WIETZEL patents the use of the chromium nickel alloy in the catalytic cracking of hydrocarbons with steam according to a technique using gases containing sulfur within the limits permitted by the catalysts in use.

     SHAPLEIGH patents a process for treating fluid reactants in a tubular furnace heated at a number of spaced points, so as to achieve counter current heating and dual temperature control of the fluid products entering the reaction. BALCAR teaches a way to prepare a steam distillate but also gives all the important details concerning the operation of the furnace to avoid carbon deposition and for the control of the reaction.



   The tubular-type process has received highly developed applications, particularly with regard to hydrogen, and the few people well acquainted with its use know how well it is in controlling the temperature of the fluids which enter into reaction. Even so, oa recognizes that by treating the hydrocarbons and particularly by subjecting them to a preliminary heating in a temperature zone which is a few hundred degrees below that necessary for a good reaction rate, there is a large tendency for a deposit of carbon to occur, the importance of this deposit depending on the product which feeds the furnace.

   It is also possible to prolong the contact of hydrocarbons with fully heated surfaces to the detriment of eco-friendly cracking.

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   mics of petroleum oil if the operation is not done by skilled technicians. This lack of habit from the point of view of the operation of the tube furnace has greatly contributed to the fear of carbon deposition, excess cracking, polymerization and all mechanical difficulties, such as the short duration of use of the tube. This may explain the inflexibility of the instant heating type process.



   Now, in accordance with the present invention, it has been found that if petroleum oil or oil mixtures are atomized in the vapor state at temperatures not giving condensation and at a pressure substantially equal to that of the atmosphere and if one injects very quickly into a mixture of vapor in an alloy tube heated on the outside, the mixture can be charged with heat during its subsequent passage through the rest of the tube. to produce satisfactory cracking of petroleum oils with minimum carbon deposition and maximum flexibility of temperature, time and pressure control.

   the process of this invention constitutes an improvement not only in the manufacture of the olefin, but also in the cracking of oils and gaseous hydrocarbons to obtain the maximum value of total products and to achieve selective production of particular products. "Total" petroleum oils that is, those containing asphalt and heavy hydrocarbons, as well as light hydrocarbons and normally gaseous hydrocarbons, can be used without substantial carbon deposition. In fact, the presence of any carbon deposit in the cracking tube was not observed in the application which was made of the process on an industrial scale.

   This constitutes a clear and important improvement which was not possible until then without running the risk of putting the carbon in

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In practice, hydrocarbons such as light petroleum hydrocarbons, including deasphalted oils and crude oils, for example East Texas crudes are atomized with steam (or other similar gas) without heating. up to the thermal decomposition temperature and then injected in a new way into a stream of superheated vapor (another suitable gaseous medium containing the same quantity of sensible heat) at one end of an externally heated alloy tube to vaporize petroleum oil substantially completely and form a gas mixture of hydrocarbon and vapor,

   after which this mixture is immediately passed through the remainder of the tube which is maintained at the desired temperature by direct heating.



   The hydrocarbons are thus "cracked" to give a mixture of components comprising the olefins which can then be treated in a suitable manner to retard polymerization, to separate liquid components from normally gaseous components and / or to separate liquid streams. and / or gaseous in their components. The process is continuous and gives a product with a high olefin content.



   Having now generally indicated the nature and object of the present invention, a more detailed description of the invention is given in the following, with reference to the accompanying drawing, in which: FIG. . 1 schematically represents the succession of operations in the production of olefins or other products by thermal cracking of a petroleum oil, in the presence of steam, and FIG. 2 is a modification of the novel injection and mixing devices of this invention.



   Referring to fig. 1 of the drawing, it can be seen that the petroleum oil is supplied by means of a pump 1 from a suitable petroleum oil tank to a preheater 2, where

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 it can be heated with steam by indirect heat exchange up to a temperature determined in advance and depending on the raw material used. The preheated oil is sent, through a valve measuring device 6, to a mixer 4 where it is atomized and vaporized in part by a primary stream of saturated or superheated steam (called primary steam), which is supplied to the mixer. by an atomized valve measuring device 5.

   The / and partially vaporized mixture of petroleum oil and primary vapor is% when injected into the mass of a secondary vapor stream (called secondary vapor), moving in a corres- ponding manner and arranged concentrically and this by means of an injection tube 6, The injection tube 6 penetrates at a predetermined depth through the inlet end of a reaction tube 1 heated externally by a furnace 10 and carries a rounded end 8 pierced with holes 9, The mixture of petroleum oil and primary atomized and partly vaporized vapor is kept in the injection tube until it reaches its outlet end 8 and then it passes through the holes 9 forming a number of currents.

   Thus, it is heated to a predetermined temperature by indirect passage of heat from the oven.



   The secondary vapor is supplied to the reaction tube 7 by means of a line 11 controlled by a metering valve 12. It flows concurrently but outside direct contact with the primary oil-vapor mixture, the primary oil-vapor mixture. being inside and the secondary vapor being outside the injection tube. The primary vapor petroleum oil mixture exits the injection tube through the holes 9 and enters the annular stream of the secondary vapor.

   In this way the primary vapor petroleum oil mixture is intimately and rapidly mixed with the secondary vapor and rapidly heated by direct temperature exchange of the secondary vapor which has been heated in the section.

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 superior of. reaction tube.



   . The atomized and already partially var porized petroleum oil continues to vaporize and the intimate gas mixture of hydrocarbons and vapor passes rapidly through the indirectly heated annular reaction space between the walls of the reaction tube. and a tubular space reducer 13 axially disposed within the reaction tube.



   The tubular space reducer 13 is provided at its upper part with a closure 14 and, at its lower end, with a perforated plate 15. Steam can be introduced into the space reducer 13 by means of 'a pipe 16 regulated by a valve 17, When the appliance is working, a small quantity of steam is admitted into the space reducer
13 to maintain complete separation of any hydrocarbons which would otherwise enter the interior through the perforated plate 15. The adjustment of the vapor passing through the member 13 further helps to control the temperature of the hydrocarbon vapor mixture. passing through the reaction tube.



   The reaction product, containing the olefins, is withdrawn from the reaction tube by means of a line 14 cooled by liquid hydrocarbons and the mixture passes through a tray column to separate and recover the normally gaseous products from the normally liquid products. . This cooling, this separation and this recovery can be carried out by the means known to this technique. The products from the tray column can then be disposed of as they are or mixed with the materials supplied to the apparatus or otherwise reintroduced into the cycle of operations.



   In the modification of the invention shown in Figure 2, a part of the injection tube 6 is surrounded by a concentric tube or jacket 18 having its upper part open as seen at 19. The space between the reaction tube - tion 7 and the tube or jacket 18 is filled with ring packing or other suitable materials 20 to obtain the

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 passage of heat to secondary steam and / or to reduce heat radiation to the injection tube. The packing material 20 is suitably carried on a perforated plate or screen 21 mounted beside the outlet end of the injection tube.

   The steam pipes 22 and 23 are connected to the steam supply line 24 and serve to introduce the secondary superheated steam respectively to the lower part of the tube 18 and to the upper part of the reaction tube 7. .



   Appropriate metering valves 25 and 26 selectively control the passage of steam through pipes 22 and 23.



   In the operation of this form of the invention all or part of the secondary vapor can be introduced into the lower part of the tube or jacket 18 and sent against the current to flow inside the tube. to be injected before entering the outer concentric space. The vapor passing through tube 18 leaves it through the open end 19 and mixes with any secondary vapor introduced through pipe 23.

   The mixture passes downwardly through the packing material 20 and mixes with the hydrocarbon-vapor mixture as it exits the injector tube? This arrangement allows very efficient temperature control of the vapor-hydrocarbon mixture flowing through the injector tube, while at the same time allowing secondary vapor passing through the packing material to be heated rapidly to the desired degree.



   In accordance with this invention and to illustrate more specifically the method of producing olefins and other products by thermal cracking of hydrocarbons in the presence of heat, several examples are given below in tabular form. . These examples clearly show the results obtained by the use of different

 <Desc / Clms Page number 9>

 types of petroleum oil when the whole cracking tube is supplied with petroleum oil, that is to say without prior separation of the isolated favorable components / unfavorable components. Asphalt and other products that are part of the composition of each petroleum oil enter the cracking tube.

 <Desc / Clms Page number 10>

 



   TABLE ------------- Results of tests on different petroleum oils
 EMI10.1
 
<tb> Residue <SEP> Gross <SEP> from <SEP> Texas
<tb>
 
 EMI10.2
 Disaster fuel ha7ted from ItEst (a) Qombustible (b)) ## i ## jr - ####
 EMI10.3
 
<tb> gas <SEP> to <SEP> the <SEP> outlet
<tb>
<tb> in <SEP> m3 <SEP> by <SEP> 45, <SEP> 34 <SEP>
<tb>
<tb> kgs <SEP> of oil <SEP> sub-
<tb>
<tb> setting <SEP> to <SEP> cracking
<tb>
<tb> S.TP. <SEP> and <SEP> base
<tb>
<tb> dry <SEP> 5I, 8 <SEP> 56 <SEP> 39.7 <SEP> 42.7 <SEP> 50.8 <SEP> 43.5 <SEP> 63.8
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>% <SEP> Olefins <SEP> 46.3 <SEP> 41.7 <SEP> 61.7 <SEP> 57.4 <SEP> 46.0 <SEP> 53.3 <SEP> 41, < SEP> 0 <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Report <SEP> in
<tb>
<tb> weight <SEP> oil <SEP> of
<tb>
<tb> petroleum <SEP> at
<tb>
<tb> Steam:
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> - <SEP> Primary:

   <SEP> 1.0 <SEP> 0.9 <SEP> 0.6 <SEP> 0.6 <SEP> 0.6 <SEP> 0.9 <SEP> 0.9
<tb>
 
 EMI10.4
 - Secondary: o, 9 1.0 2.0 1.4 1.9 2.0 2.1 Total: 1.9 1.9 2.6 2.0 2, S 2.9 3.0
 EMI10.5
 
<tb> Temperatures <SEP> eu
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> C; <SEP> to:
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> <SEP> output of the <SEP> tube
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> injector: <SEP> 1400 <SEP> I43 <SEP> 1430 <SEP> 1650 <SEP> 165 <SEP> I59 <SEP> 1700
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Steam <SEP> secon-
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> daire <SEP> at the <SEP> point
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> injection <SEP> to <SEP> 6320 <SEP> 599 <SEP> 6980 <SEP> 706 <SEP> 720 <SEP> 7200 <SEP> 7590
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> metal <SEP> wall
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> from <SEP> tube:

   <SEP> 9070 <SEP> 9070 <SEP> 8710 <SEP> 8850 <SEP> 9020 <SEP> 8800 <SEP> 907
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Oil <SEP> from <SEP> petroleum
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> in <SEP> Kgs <SEP> provided
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> by <SEP> tubeet <SEP> by
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> time: <SEP> 56.17 <SEP> 70.19 <SEP> 66.13 <SEP> 69.76 <SEP> 69.76 <SEP> 46.2 <SEP> 46, <SEP> 2 <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Injection <SEP> type: <SEP> Angular <SEP> penetration <SEP> of <SEP> the <SEP> secondary <SEP> steam
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>% <SEP> of <SEP> oil supplied
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> undergoing <SEP> on
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> cracking <SEP>: <SEP> 54 <SEP> 48 <SEP> 47 <SEP> 49 <SEP> 51 <SEP> 64 <SEP> 73
<tb>
 

 <Desc / Clms Page number 11>

 
The preceding examples do not represent maximum or optimum values.

   The process is flexible, the feed rates of the apparatus can be significantly increased, the percentage of petroleum oil, subjected to cracking can be increased or decreased and the gas produced by 45.34 kgs. petroleum oil increased or decreased. Quantities of gas corresponding to 112 m 3 were obtained per 45.34 kg of petroleum oil, the olefin content being 18% with a good percentage of C2 H2 and 105 m 3 with 20% of C2H2 plus C2H4. This represents a quantity of gas of the order of 342 m3 per barrel. The figures in the above table represent an amount of gas produced on the order of 114-213 m3 per barrel of petroleum oil supplied to the apparatus.



   Likewise, it has been found that certain petroleum oils can be advantageously subjected to 100% cracking, thus yielding 30% or more of total olefins and by eliminating the phase of separation by fractionation of the gas and of 1. petroleum oil which has not been cracked. Thus, for example, the product from the reaction column can be cooled with intermediate hydrocarbon fractions or with water and the gas sent directly to the liquefaction plant. fractionation and absorption under pressure at low temperature or absorption methods for the separation of the gaseous part entering into the composition.



   Depending on the petroleum oil subjected to the cracking and the precise conditions of application of the process, under the conditions of partial cracking and after cooling and condensation, a liquid product is obtained which may be lighter than water, while under other conditions the unfractionated condensed product may be a liquid having the consistency of cream and heavier than water. The components of non-oracked oil vary, but the conditions under which cracking occurs will influence the percentage of each group of components and each of them in particular.

 <Desc / Clms Page number 12>

 



   The liquid part may contain, for example, butadix, isoprene, styrene, indeh, naphthalin and acidic fractionation resins more normally provided. This invention therefore comprises not only an advantageous process for the economical manufacture of olefins, but also a process for cracking petroleum oils so as to obtain the maximum value from the point of view of industrial uses and, particularly. for use in the chemical industry.



   The success of the cracking of hydrocarbons with the production of olefins or other products which accompany it by thermal cracking of the hydrocarbons in a tubular cracking furnace in the presence of steam depends first of all:
1 - the proper preparation and introduction of the vapor-hydrocarbon mixture into the alloy cracking tube and,
2 - passing the mixture through the rest of the tube under controlled conditions of temperature, reaction time and pressure to achieve the desired result.



   The novel method of preparing and suitable introduction of the vapor-hydrocarbon mixture according to the present invention consists in atomizing and partially vaporizing the hydrocarbon, preferably with vapor, to pass and the atomized / partially vaporized mixture of hydrocarbon and of steam through an injector fitting extending into the cracking tube and rapidly injecting the atomized and partially vaporized mixture into a stream of superheated steam. The hydrocarbons are subjected if desired to preheating beforehand by means of any type of suitable device, for example an indirect temperature exchanger,

   the degree of heat desired varying according to the type of raw material and the heat being supplied in an insufficient amount to bring about appreciable decomposition of the hydrocarbon.

 <Desc / Clms Page number 13>

 



  Desirable hydrocarbon preheating temperatures at this point are on the order of about 137 ° C but may range from 110 to 275 ° C under different operating conditions and when processing different kinds of hydrocarbons. Preheating is not necessary when using light or gaseous hydrocarbons and relies on heat in the secondary steam plus indirect heat at the injection tube.



   The hydrocarbon when it is in liquid form is atomized and vaporized in part with the primary vapor under high pressure, the objective which is sought being to bring the hydrocarbon either to the vapor state or to the state of very deep division. Easily volatile hydrocarbons such as ethane and propane can be supplied to the injection tube completely in the vapor state. With petroleum oils the role of the primary vapor is to prepare the oil by bringing it to the state of fine division by means of a mixer or atomizer to delay the reunion of the particles before injection into the secondary vapor. and to cause partial vaporization.

   The lowering of the partial pressure of the petroleum oil by the vapor in the injection tube decreases the boiling point and promotes vaporization. Up to the limit that this vaporization can reach without depositing carbon, it is favorable to this process.



   The higher the vaporization in the injection tube, the more heat units must be supplied to the primary vapor. This is favored by the preheating of the oil, by the use of superheated steam and by conditions of the injection tube giving a high heat passage such as for example a great speed, the use of fins, etc. to increase area and turbulence. The steam to petroleum oil ratio can also be changed to help achieve the best conditions.

   The exact temperature conditions of petroleum oil and steam, the way

 <Desc / Clms Page number 14>

 How they are mixed and the ratio in which this mixture is made to obtain an atomized and partially vaporized mixture of petroleum oil and primary vapor will depend on the characteristics of the given hydrocarbon and the processing conditions as will be appreciated by those skilled in the art.



   The atomized and partially vaporized mixture of hydrocarbon and primary vapor is then sent through the injection tube where. it is heated by the superheated steam flowing outside the tube and by the indirect heat from the wall of the reaction tube. The temperature of the mixture at the point where it exits the injection tube can vary from about 137 C to about 440 C but preferably should not exceed about 330 C to 355 C. The temperature chosen depends on the volatility. the hydrocarbon, its heat stability, the ratio of hydrocarbon to vapor and the passage time.

   A temperature is chosen which results in partial vaporization of the hydrocarbon as it leaves the injection tube but which does not result in substantial thermal decomposition of the constituents of the hydrocarbon within the tube. injection. It will be understood that it is the hydrocarbons from the low boiling petroleum fractions which are most readily volatilized but at the same time which are more stable at elevated temperature than are the high boiling fractions.



   The heated mixture of petroleum oil and primary steam in which the petroleum oil has been partially vaporized is then injected into a superheated mass of secondary steam moving in the same direction retained inside the reaction tube. The objective at this time is to suddenly heat up and mix the vapor and the hydrocarbon particles by quickly injecting the hydrocarbon into the hot secondary vapor without hitting or. by striking as little as possible at this high temperature the wall of the cracking tube which in this zone is at a temperature of 8250 A ---

 <Desc / Clms Page number 15>

 at 1045 C.

   The secondary vapor stream serves to dampen the vapors and the sprayed particles and to deflect the trajectories of the hydrocarbons in a turbulent stream and on axis in a zone of reaction temperature. In this way the vaporization of petroleum oil is quickly terminated while at the same time hydrocarbons are suddenly heated to substantially the temperature of the reaction and the mixture receives the heat of reaction from the furnace along the chimney. min it runs through in the reaction. These conditions minimize the type of thermal decomposition of the hydrocarbons which produces carbon and results in the removal of carbon which may have formed.



   There is a large choice as to the method of injecting the primary vapor-hydrocarbon mixture into the secondary vapor stream. The mixture can be injected at any angle into the side stream. It can be injected at multiple points per side and / or in the direction of the axis. It can be introduced tangentially or by any other means meeting the objective that is proposed. It is preferred to inject at an angle of about 60 to the axis with a small amount 0 to the axis and with a conical or spherical end.



   The position of the injection point can be varied along the axis along the cracking tube. For example, with heavy petroleum oil, the preference is given to a point placed at a distance of about 2 meters from the arch of the wall or from the sheet metal of the furnace closest to the gas inlet end of furnace. However, for a petroleum oil of the Diesel type, good results are obtained using the distance of about one meter.



     The injection tube may or may not be jacketed depending on other factors. For example, when no packings are employed in the secondary vapor space it may be advantageous to reduce the effect of radiation between the vapor tube.

 <Desc / Clms Page number 16>

 cracking and the walls of the injection tube, so as to allow control of the injection temperature.

   This can be achieved by means of a jacket on the injection tube and with all or part of the secondary vapor circulating in the jacket against the current to the flow of the primary vapor, hydrocarbon and eusuite mixture. in the secondary steam channel. In other cases it may be advantageous to use both the jacket and the packing material as shown in fig. 2 of the drawing.



   The secondary steam is supplied to the reaction tube as shown in fig. 1 or in fig. 2, the object being to prepare a secondary stream of steam at temperatures preferably ranging from about 550 ° C to 880 ° C. C at the point where the mixture is made with the primary vapor / hydrocarbon mixture leaving the injection tube. The temperature to be reached in each particular case depends on the relative amounts of secondary vapor and primary vapor petroleum oil mixture just before mixing with secondary vapor, the thermal stability of the hydrocarbons and the like. The above objective can be achieved by using the superheated steam and then heating the steam as it passes through the reaction tubes.

   Various methods can be used if desired to effect and / or accelerate the passage of heat from the reaction tube or cracking tube. One of these methods involves the use within the cracking tube of surfaces exposed to radiant heat. Another method involves the use of strong metal packing carried on a perforated plate attached to the injection tube as shown in Figure 2.

   If desired the packing can be assembled in a metal tube forming a container concentric with the cracking tube and suspended in a suitable manner from an end plate of the latter or mounted in a suitable manner.

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 alternatively on the injection tube and / or on the perforated plate so as to form a removable packing assembly.



   By mixing the primary vapor petroleum oil with the secondary vapor there is an instantaneous lowering of the partial pressure of the hydrocarbon together with instantaneous heating and subsequent heating of the cracking tube wall and soon afterwards. after by the wall of the inner tube of the spacer. The combination of the low partial pressure and the temperature immediately or rapidly thereafter creates a condition in which all hydrocarbons, except extremely small quantities of high boiling point hydrocarbons, must be in the state. vapor and may be subjected to the reaction.

   The higher the temperature at the time of mixing the primary petroleum-vapor oil and the secondary vapor, the more complete the vaporization of the hydrocarbon is at the time of flash mixing.



   The most satisfactory conditions as to temperatures at the ratio of primary steam to petroleum oil, to the ratio of secondary steam to primary steam, etc., etc. will be determined by experience for each particular petroleum oil and simultaneously with other conditions such as feed speed of the device, type of petroleum oil, etc.



   The total amount of steam employed, primary plus secondary, depends on a number of considerations. Since in the process of this invention the vapor serves primarily as a mass medium of heat, as a partial pressure reducer for hydrocarbons and as a material acting against carbon deposition, where it can be varied with respect to the amount. petroleum oil supplied under different time, contact or temperature conditions, to adjust the injection temperature conditions and the curves A

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 temperature on the reaction path,

   both radially and along the axis? The steam to hydrocarbon ratio can be varied so as to have high or low ratios as desired for more difficult or less difficult materials to be processed, but normally this ratio will be between 0.1 to 1 and 5 to 1.



   It is preferable to use vapor to hydrocarbon ratios varying from 1 to 1 to 3 to 1.



   The exact way to proportion primary vapor to secondary vapor varies depending on a number of factors. In certain cases, it may be advantageous to atomize the hydrocarbon in a medium other than steam, for example in hydrogen, nitrogen, combustion gases, etc. under pressure. In this type of case all the steam is supplied as secondary steam. On the other hand, all the vapor can be introduced into the atomization and the other heated gaseous media in addition to the vapor can be used for heating and dilution in the secondary gas stream. Hot combustion gases, heated hydrogen or nitrogen, etc. can be used.



   An important part of the present invention which greatly assists in achieving the objective of cracking hydrocarbons in the presence of steam to take place in good yields is the formation of an atomized and / or vaporized mixture. of high molecular weight hydrocarbon with steam by maintaining the product in a state such that there is a minimum of cohesion of the hydrocarbons and by heating the mixture all at once to the cracking temperature without depositing appreciable carbon.



   Although it is preferable to make the desired mixture of vapor and vaporized hydrocarbons within the cracking tube as shown and as described, it may in some circumstances be desirable.

 <Desc / Clms Page number 19>

 and advantageous to make this mixture separately and then send it to pass through the reaction tube. This can be achieved by placing a separate injection and mixing device based on the principles already described and connecting it to the reaction tube by a flanged coupling, pipe or other system. suitable for connecting these parts.



   The important thing is to obtain a gas mixture comprising vapor and vaporized hydrocarbons from high molecular weight petroleum hydrocarbons and in particular particularly liquid petroleum oils containing about 0.1 to 5 parts by weight of vapor per weight. each part by weight of petroleum oil, at a temperature ranging from about 550 ° C to 880 ° C not containing substantially free carbon.



   The gas mixture of vapor and vaporized hydrocarbons which must be $. a temperature of at least about 38500 and preferably from about 550 C to about 880 C is immediately passed through the remainder of the cracking tube. The factors which are of primary importance in this phase of the working process are the temperature of the vapor-hydrocarbon gas, the temperature of the metal wall in relation to the temperature curve and the duration of contact or reaction. These factors depend on the characteristics of the hydrocarbon to be cracked, the ratio of the amount of petroleum oil to the amount of steam and / or other gas, the percentage of cracking desired, etc. ..

   In general, temperatures of the vapor-hydrocarbon mixture varying from about 605 ° C to about 935 ° C provide the best results and are preferred. These temperatures, however, are not critical and can be extended to provide more favorable conditions for a particular petroleum oil or such or such.

 <Desc / Clms Page number 20>

 The desired products. The temperatures of the metal walls are controlled with respect to the other processing conditions so as to give the desired temperature and the desired temperature curve within the reaction zone.



   The duration of the reaction under the given treatment conditions will depend on the temperature chosen and the partial pressure of the hydrocarbon. As the temperature increases the reaction time correspondingly decreases and vice versa. Or has generally found that relatively short reaction times of about 0.1 to 5 seconds and particularly about 0.1 to 1 second are most advantageous.



   The reaction products from the cracking tube are preferably cooled by the use of liquid hydrocarbons and the cooled gaseous stream is passed to a fractionation column top to separate the normally liquid products from the gases. gaseous products.



   The flexibility of the process of the present invention derives in part from the possibility that it offers to control the temperature curves and the temperature itself both in the axis and in the radial direction of the cracking tube.



   This is done in the radial direction with respect to a point or a zone on the wall of the tube, by heating the furnace so as to have a specific temperature of the furnace wall and by controlling the passage of heat to the gas stream, for example by changing the speed of the gas, by changing the surfaces for the passage of the gas or by increasing the supply of the gases, by changing the ratio of the outer surface to the inner surface of the tube, by the use of wings, baffle partitions etc. to increase turbulence, changing the ratio of steam to petroleum oil

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 or generally, the ratio of the medium diluting petroleum oil and using a packing material.



   In the direction of the axis, the control can be carried out in different ways. One of the methods is to use a furnace in which heat is applied selectively at spaced points along the periphery of the reaction tube with the hot combustion gases rising up the counter tube. current with respect to the flow of the vapor-hydrocarbon mixture in the same apparatus and emerging through an outlet flue placed very close to the end towards which the vapor-hydrocarbon mixture is injected into the secondary vapor.

   In this way, the temperatures of the furnace zone can be regulated at will, but a temperature curve falling sharply, i.e. a high temperature at the injection zone and a low temperature at the gas outlet becomes more and more difficult to obtain the more the curve is inclined.



   In a slightly different process, the hot combustion gases are sent up and down around the reaction tube parallel and concurrently with the circulation of the vapor-hydrocarbon mixture in this tube and they are discharged through an exhaust flue placed very close to the tube. The end of the tube opposite to that in which the hydrocarbon vapor is mixed with the secondary vapor, the heat being applied at spaced points along the tube as before. This process gives good control, particularly when a high temperature is required in the injection zone and a low temperature is required in the reaction zone.



   Either of the above methods can be varied by heating near the end of the tube rather than at spaced points along the tube.

 <Desc / Clms Page number 22>

 



   In a still different process, the transverse radiation can be significantly reduced and benefit greatly from a selective heating plan achieved when using a single chamber furnace, in this case by using one or more partitions along the length of the furnace. 'axis of the tube, zones are formed which help to improve control of the curve. The products of the tubes and of the combustion pass through these partition walls by means of suitable openings.



   These processes can be applied in a vertical furnace or in a horizontal furnace with any combination of injection tube location and gas outlet, with or without multiple chambers along the tube axis and with curves. rising or falling tube temperature or combinations of both.



   This flexibility, combined with other factors, such as the temperature level, the ratio of diluent gas to petroleum oil or the ratio of vapor to petroleum oil, contact time and pressure. , makes it possible to improve in a marked way the control of the yield of products which one wishes to obtain. Significant control is achieved by employing the multi-point heater of Patent No. 2I.52I redelivered to James H. SHAPLEIGH which can be modified in this process by obtaining either countercurrent or parallel flow of the process. and combustion gases.



   The reaction tube of the present invention preferably consists of a spacer tube and an outer cracking tube arranged concentrically, as shown in Fig. 1 and made of a steel or chromium alloy, containing about 25 chromium. , 20% nickel, l of columbium, the remainder being substantially constituted by iron. These specific proportions are given only as a guide and it will be understood that other suitable alloys can be used. The reaction tube can be vertical, horizontal or inclined depending on the

 <Desc / Clms Page number 23>

 conditions of use, the space available, etc.



  Very effective temperature control is achieved by the direct heat applied to the exterior of the outer tube as heretofore has been indicated and by the additional surface area provided by the spacer tube.



   If desired, the inner spacer tube can be replaced with packing or other suitable materials or the spacer tube is removed and the empty reaction tube used. In each case, however, the conditions must be such as to give the required heat transfer and passage time within the reaction zone.



   The vapor-hydrocarbon mixture can be injected into the reaction tube via either end, that is to say at the end through which the combustion gases exit or at the opposite end. As can be seen applied in fig. 1 for example, the injection can take place either near the top of the tube as shown, or near the base of the tube, the combustion gases flowing countercurrently or parallel to the tube. vapor-hydrocarbon mixture and being vented near either end of the tube as desired.



   Although it is desirable in most cases to achieve a high percentage of hydrocarbon cracking, it is possible and sometimes desirable to achieve partial cracking, i.e. ranging from about 50% to 75%. % and to put into circulation in the operating cycle parts of non-cracked products with the petroleum oil which feeds the apparatus, so as to end up having a product to be treated of a lower viscosity, which constitutes a favorable condition. Another advantage of the process is the efficient use of the recirculating petroleum oils to cool the reaction products from the process.

 <Desc / Clms Page number 24>

 cracking tube.



   The present process is most advantageously applied at atmospheric pressure, although pressures somewhat above or below atmospheric pressure can be employed with satisfactory results. In addition, pressures of 1.75 / kg per square centimeter can be used successfully to adjust the types and proportions of products obtained, it is possible to operate at pressures of this order by placing a valve adjustment at the end of the cracking system.



   In the injection and instantaneous heating process according to this invention, it will be noted that liquid hydrocarbons containing sulfur do not come into contact with the metal wall in any case, except perhaps for traces of oil. high boiling petroleum and yet not in any appreciable and serious way. The hydrocarbons in the cracking tube itself are above the dew point. In addition, the sulfur-containing hydrocarbon vapors are out of contact with the metal wall at the temperatures at which precipitation of the carbides occurs or any concomitant attack of the sulfur normally occurs in serious fashion.

   Under the injection conditions, the mercaptans which are present are transformed into H2S t do not cause any difficulty under the conditions of temperature and of condensation points of the hydrocarbons which prevail in the apparatus.



   The process of this invention can be adapted to the injection of emulsions, petroleum oils containing catalysts and petroleum oil containing anti-carbon products. It is applicable to the treatment of normally gaseous hydrocarbons as well as normally liquid hydrocarbons. Although the preferred form of apparatus and method have been described, it will be appreciated that much can be done.

 <Desc / Clms Page number 25>

 change to both without departing from the objective of the invention.



   A particular advantage of the present invention lies in the fact that better yields of olefins and liquid products of commercial value are obtained with less trouble than with regard to varbone than has been hitherto possible. in the cracking of hydrocarbons in tube furnaces. Another advantage is that 'whole' petroleum oils are successfully and economically processed into heavier liquid petroleum hydrocarbons, deasphalted oils, and crude oils containing asphalt. This makes it possible to take advantage of the possible use and the economy of these raw materials and without being limited by the geographical positions of the factories, considered until now as necessary.



   The words "counter-current" and "parallel" as used in the description and summary apply to the flow of fluids and mean parallel flow in the same direction as opposed to "counter-current" which means parallel flow in opposite directions.



   CLAIMS
I - Hydrocarbon cracking process which comprises the injection of a hydrocarbon in gaseous or atomized form into a vapor stream inside a cracking tube through which the vapor mixture is immediately passed and hydrocarbon through the remainder of the tube as it is supplied with heat to produce a satisfactory hydrocarbon cracking without appreciable carbon deposition.


    

Claims (1)

II - Procédé de cracking selon la revendication I dans lequel un hydrocarbure liquide peut être mélangé à une substan- ,ce gazeuse telle que la vapeur pour former un mélange gazeux de vapeur et d'hydrocarbure. <Desc/Clms Page number 26> II - A cracking process according to claim I wherein a liquid hydrocarbon can be mixed with a gaseous substance such as vapor to form a gaseous mixture of vapor and hydrocarbon. <Desc / Clms Page number 26> III - Procédé de cracking selon les revendications I et II dans lequel le mélange atomisé est chauffé pour vapo- riser partiellement l'hydrocarbure; IV - Procédé de cracking selon les revendications I à III dans lequel le mélange de vapeur et d'hydrocarbures atomisés est simultanément chauffé et mélangé au courant de vapeur dans le tube de cracking; V - Procédé de cracking selon les revendications 1 à IV dans lequel le courant de vapeur est de la vapeur surchauffée et le tube de cracking est un tube en alliage chauffé extérieurement; III - A cracking process according to claims I and II in which the atomized mixture is heated to partially vaporize the hydrocarbon; IV - A cracking process according to claims I to III wherein the mixture of vapor and atomized hydrocarbons is simultaneously heated and mixed with the vapor stream in the cracking tube; V - Cracking process according to claims 1 to IV wherein the vapor stream is superheated steam and the cracking tube is an alloy tube heated externally; VI - Procédé de cracking selon les revendications I à V dans lequel l'hydrocarbure est un hydrocarbure de pé- trole volatil contenant plus de deux atomes de carbone, chauf- fé à une température non supérieure à 460 C environ et le courant de vapeur dans lequel l'hydrocarbure est injecté est chauffé à une température supérieure à environ 550 C, formant ainsi un mélange gazeux d'hydrocarbure et de vapeur à une tem- pérature supérieure à environ 440 ce VII - Procédé de cracking selon les revendications I à VI dans lequel on chauffe un hydrocarbure sous forme ga- zeuse à une température à laquelle la vaporisation se.fait se* siblement sans décomposition thermique appréciable avant l'in- jection dans le courant de vapeur à l'intérieur dudit tube à cracking. VI - Cracking process according to claims I to V wherein the hydrocarbon is a volatile petroleum hydrocarbon containing more than two carbon atoms, heated to a temperature not greater than about 460 C and the vapor stream in which the hydrocarbon is injected is heated to a temperature above about 550 ° C, thereby forming a gaseous mixture of hydrocarbon and vapor at a temperature above about 440 ° C. VII - Cracking process according to claims I to VI, in which a hydrocarbon in gaseous form is heated to a temperature at which vaporization takes place without appreciable thermal decomposition before injection into the vapor stream. inside said cracking tube. VIII- Procédé de cracking selon les revendications I à VII dans lequel les produits de réaction venant du tube à cracking sont refroidis brusquement et les produits formés sont séparés et récupérés. VIII- A cracking process according to claims I to VII in which the reaction products coming from the cracking tube are suddenly cooled and the products formed are separated and recovered. IX - Procédé de cracking selon la revendication I appliqué en faisant circuler un hydrocarbure sous forme ga- zeuse ou atomisée suivant une voie de cheminement, en faisant circuler de la vapeur surchauffée parallèlement au précédent <Desc/Clms Page number 27> le long d'une seconde voie de cheminement concentrique à la première, en faisant l'hydrocarbure se mélanger à la vapeur et en envoyant immédiatement le mélange de vapeur et d'hydro- carbure dans un tube de cracking pendant qu'on lui fournit de la vapeur pour amener un cracking satisfaisant de l'hydrocar- bure sans dépôt appréciable de carbone. IX - A cracking process according to claim I applied by circulating a hydrocarbon in gaseous or atomized form along a path, by circulating superheated steam parallel to the previous one <Desc / Clms Page number 27> along a second path concentric with the first, causing the hydrocarbon to mix with the steam and immediately sending the mixture of steam and hydrocarbon into a cracking tube while it is supplied with steam to provide satisfactory cracking of the hydrocarbon without appreciable carbon deposition. X - Procédé de cracking selon les revendications I e@IX dans lequel la vapeur est surchauffée par application de la chaleur indirecte à la seconde voie de cheminement. X - A cracking process according to claims I e @ IX wherein the steam is superheated by applying indirect heat to the second pathway. XI - Procédé de cracking selon les revendications précédentes dans lequel l'hydrocarbure s'écoule au travers d'un tube à injection allongé et la vapeur surchauffée s'é- coule le long de l'extérieur du tube à injection sur une partie importante de sa longueur dans une direction parallèle à cellede la circulation de l'hydrocarbure, la vapeur se mé- langeant avec l'hydrocarbure à mesure qu'il sort du tube à injection. XI - A cracking process according to the preceding claims in which the hydrocarbon flows through an elongated injection tube and the superheated vapor flows along the exterior of the injection tube over a substantial part of the tube. its length in a direction parallel to that of the flow of the hydrocarbon, the vapor mixing with the hydrocarbon as it exits the injection tube. XII - Procédé de cracking selon les revendications précédentes dans lequel on mélange un hydrocarbure de pétrole liquide à de la vapeur pour former un mélange devapeur et d'hydrocarbure atomisé. XII - Cracking process according to the preceding claims, in which a liquid petroleum hydrocarbon is mixed with vapor to form a mixture of vapor and atomized hydrocarbon. XIII - Prodédé de cracking selon les revendications précédentes dans lequel la vapeur avant d'être surchauffée s'écoule en suivant une voie de cheminement en contre-courant par rapport à la voie de chemine.-ment de l'hydrocarbure et concentriquement par rapport à celle-ci et ensuite s'écoule le long d'une voie de cheminement parallèle tout en étant chauffée indirectement. XIII - Cracking process according to the preceding claims wherein the steam before being superheated flows along a countercurrent pathway relative to the pathway of the hydrocarbon and concentrically relative to this and then flows along a parallel path while being indirectly heated. XIV - Procédé de cracking selon la revendication XIII dans lequel de la vapeur supplémentaire est mélangée à la vapeur qui s'écoule à contre-courant par rapport à l'écou- lement de l'hydrocarbure. <Desc/Clms Page number 28> XIV - A cracking process according to claim XIII in which additional steam is mixed with the steam which flows countercurrently to the flow of the hydrocarbon. <Desc / Clms Page number 28> XV - Installation pour le cracking des hydrocarbures dans un four suivant les revendications précédentes, qui comprend un dispositif pour l'injection, un dispositif pour faire circuler la vapeur le long de l'injecteur et extérieu- rement à lui et un dispositif pour faire passer un hydrocar- bure partiellement vaporisé dans le dispositif injecteur et l'injectant dans la vapeur qui circule de façon à former un mélange gazeux d'hydrocarbure et de vapeur. XV - Installation for cracking hydrocarbons in a furnace according to the preceding claims, which comprises a device for injection, a device for circulating the steam along the injector and outside it and a device for passing a hydrocarbon partially vaporized in the injector device and injecting it into the vapor which circulates so as to form a gas mixture of hydrocarbon and vapor. XVI - Installation selon la revendication XV compre- nant un dispositif pour le chauffage de la vapeur à mesure qu'elle s'écoule le long du dispositif injecteur. XVI - Installation according to claim XV comprising a device for heating the steam as it flows along the injector device. XVII - Installation selon les revendications XV et XVI dans laquelle le dispositif injecteur comprend un tube allongé pénétrant dans une extrémité d'un tube de cracking. XVII - Installation according to claims XV and XVI wherein the injector device comprises an elongated tube penetrating into one end of a cracking tube. XVIII - Installation commerevendiqué ci-dessus compre- nant un dispositif pour faire passer immédiatement le mélan- ge vapeur hydrocarbure à travers un tube de cracking. XVIII - Installation marketed above comprising a device for immediately passing the hydrocarbon vapor mixture through a cracking tube. XIX - Installation comme revendiqué ci-dessus com- prenant un dispositif pour faire circuler la vapeur le long d'une première voie de cheminement limitée à contre-courant par rapport à la voie de cheminement de l'hydrocarbure au travers du dispositif injecteur et concentriquement par rapport à lui, et ensuite suivant une seconde voie de chemi- nement limitée parallèle à la voie de cheminement de l'hy- drocarbuxe et concentriquement par rapport à elle. XIX - Installation as claimed above comprising a device for circulating the steam along a first path limited in counter-current with respect to the path of the hydrocarbon through the injector device and concentrically relative to it, and then following a second limited path parallel to the hydrocarbuxe pathway and concentrically with respect to it. XX - Installation comme revendiqué ci-dessus com- prenant un dispositif pour mélanger de la vapeur supplémentai- re à la vapeur qui circule de la première à la seconde voie de cheminement. EMI29.1 <Desc/Clms Page number 30> EMI30.1 XX - Installation as claimed above comprising a device for mixing additional steam with the steam which circulates from the first to the second pathway. EMI29.1 <Desc / Clms Page number 30> EMI30.1
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