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"Perfectionnements apportés oteurs de turbines à gaz".
L'invention est relative à la production d'un combusti- ble pour moteurs de turbines à gaz, et a entre autres pour objet de fournir un combustible pour moteurs de turbines à gaz par l'em- ploi duquel la formation de dépôt ou de tartre sur les ailettes de la turbine est éliminée ou fortement réduite.
Dans les turbines à gaz, le combustible est injecté dans une zone de combustion et entre en ignition en présence d'un excès d'air, les produits de combustion étant dirigés vers les ailettes présentant des contours soigneusement confdrmés, ce par quoi l'éne@ gie du courant de gaz est transformée en énergie de rotation.
Le rendement de conversion est élevé.Bien qu'il soit désirable pour différentes raisons d'employer des combustibles résiduaires bon
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marché, on a trouvé que l'emploi de tels combustibles est fortement limité par le fait que dans beaucoup de cas une certaine partie des matières inorganiques présentes dans le combustible, ne restes* pas dans le courant gazeux après la combustion et se dépose dans le moteur de la turbine pour former un tartre, notamment sur les ailettes du rotor et du stator, entraînant une diminution du rende- ment du moteur, et nécessitant le rabattement du couvercle à inter- valles fréquents pour nettoyer les ailettes et d'autres parties du moteur sur lesquelles le tartre s'est déposé.
On a trouvé que la présence de composés de vanadium o dans le cmbustible résiduaire contribue fortement à la formation de ce tartre, et qu'afin d'empêcher la formation de tartre d'attein- dre un point tel qu'il réduise sensiblement la valeur du combusti- ble dans son application aux moteurs de turbines à gaz, il est nécessaire de réduire la teneur en vanadium du combustible jus- qu'à moins de 0,03 % et, de préférence, de l'éliminer entièrement.
L'invention a entre autres pour objet, de fournir un combustible de pétrole, dérivé d'une fraction résiduaire de pétrole qui peut avoir une teneur en vanadium élevée, qui convient pour l'emploi comme combustible de turbine à gaz, et dans lequel les désavantages précités sont considérablement réduits. L'invention a plus particulièrement pour objet de fournir un combustible pour moteurs de turbines à gaz dont l'emploi réduit fortement ou évite la formation de tartre sur les surfaces intérieures d'un moteur à gaz, comme sur les ailettes du rotor et du stator.
Selon l'invention, un combustible approprié pour l'em- ploi dans les moteurs de turbines à gaz est obtenu par un procédé qui comprend le traitement d'une fraction résiduaire de pétrole, ne constituant de préférence pas plus que 30 % en volume du pétrol= brut, contenant au moins un composé de vanadium sous forme élémen- taire ou combinée, avec un solvant contenant un ou plusieurs hydrocarbures ayant 3-7 atomes de carbone par molécule, et ensuite la séparation de la solution ainsi obtenue d'avec la matière
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insoluble se trouvant dans ledit solvant.
Le solvant est de préférence pratiquement libre d'aroma- tique et ne doit pas avoir une teneur en aromatique dépassant 0,5 %
Les hydrocarbures préférés pour l'emploi comme solvant normal sont l'hexane/et l'heptane normal, ou bien l'on peut employer un mélange de ces hydrocarbures, ou un mélange de solvant contenant de l'hexane normal et/ou de l'heptabe normal. De préférence, le poids total d'hexane normal et d'heptane normal dans le soldant constitue au moins 50 %.
De préférence, le combustible résmduaire de pétrole est traité avec au moins 500 % et, de façon plus désirable, avec en- viron 800 % en volume du solvant contenant les hydrocarbures.
En opérant suivant le procédé ci-dessus, on a trouvé possible d'enlever la totalité ou une grande proportion des compo- sés de vanadium se trouvant dans le résidu,comme matière insoluble dans le solvant. Après séparation de la matière insoluble, le solvant est habituellement enlevé de la fraction résiduaire, et la fraction ainsi raffinée, avec ou sans mélange ou traitement ultérieur, convient pour l'emploi comme combustible de turbine à gaz.
Le procédé de l'invention est appliqué, de la façon la plus avantageuse, aux fractions ésiduaires de pétrole présentant une teneur totale en vanadium d'au moins 0,02 % et de préférence supérieure à 0,03 % en poids, estimée comme vanadium élémentaire.
L'invention est illustrée mais en aucun cas limitée par les exemples suivants.
Exemple
Une fraction résiduaire de 12,4 % en poids dérivée s d'une huile de pétrole brut du"Moyen-Orient" et traitée à la température ambiante avec 800 % en poids d'éther de pétrole bouillant de 60 C à 80 C. La solution ainsi formée est laissé reposer pendant quelques heures,et ensuite la matière insoluble est enlevée par filtrage et la solution résultante distillée
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pour enlever le solvant d'éther de pétrole.
La répartition du vanadium a été trouvée être comme montré @ dans le tableau suivant.
EMI4.1
<tb>
Résidu <SEP> à <SEP> 12,4 <SEP> % <SEP> de <SEP> pétrole <SEP> brut <SEP> du <SEP> M.O.... <SEP> 100 <SEP> part, <SEP> en
<tb> Matière <SEP> insoluble <SEP> dans <SEP> le <SEP> solvant.... <SEP> 19,5 <SEP> " <SEP> " <SEP> "
<tb> Teneur <SEP> en <SEP> vanadium <SEP> de <SEP> matière <SEP> n'ayant
<tb> pas <SEP> réagi.......................... <SEP> 0,065
<tb> Teneur <SEP> en <SEP> vanadium <SEP> de <SEP> matière <SEP> insoluble <SEP> dans <SEP> le <SEP> solvant <SEP> (qui <SEP> est <SEP> 0,22 <SEP> %
<tb> en <SEP> poids <SEP> de <SEP> matière <SEP> insoluble)... <SEP> 0,043 <SEP> " <SEP> " <SEP> "
<tb> Résidu <SEP> traité <SEP> 80,5 <SEP> " <SEP> " <SEP> "
<tb> Teneur <SEP> en <SEP> vanadium <SEP> de <SEP> la <SEP> fraction
<tb> résiduaire <SEP> traitée <SEP> (c--d <SEP> 0,024 <SEP> %
<tb> en <SEP> poids <SEP> de <SEP> résidu <SEP> traité <SEP> .......
<SEP> 0,019 <SEP> " <SEP> " <SEP> "
<tb>
Ainsi, par le procédé de l'invention, la teneur en vana- dium est réduite de 0,065 % en poids dans le résidu non traité à
0,024 % en poids dans le résidu traité, le combustible ainsi obte- nu étant particulièrement approprié pour les turbines à gaz.
Exemple II
Un volume d'une fraction résiduaire de 16,7 % en volume, de dérivée d'une huile/pétrole brut du Moyen-Orient et ayant une teneur en vanadium de 0,012 %, est traités à 140 F avec 8 volumes d'un solvant à hydrocarbures. La matière insoluble est séparée .par filttation et la solution résultante est distillée pour enlever le soldant à hydrocarbures La répartition du vanadium entre le résidu traité et le précipité a été trouvée être comme représentée par le tableau suivant basé sur le traitement de 100 parties en @ poids du résidu.
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EMI5.1
<tb>
Rendement <SEP> - <SEP> Parties <SEP> en <SEP> poids <SEP> Teneur <SEP> en <SEP> vanadium <SEP> - <SEP> % <SEP> en <SEP> poids
<tb>
EMI5.2
Solvant ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯
EMI5.3
<tb> Résidu <SEP> traité <SEP> Précipité <SEP> Résidu <SEP> traité <SEP> Précipité
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<tb>
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<tb>
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<tb> Propane <SEP> 20,1 <SEP> 79,9 <SEP> - <SEP> 0,015% <SEP> de
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> fraction
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 100% <SEP> de <SEP> total
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<tb>
<tb>
<tb>
<tb> fraction <SEP> fraction
<tb>
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<tb> 12,5% <SEP> de <SEP> total <SEP> 87,
5% <SEP> de
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<tb>
<tb>
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<tb> total
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<tb>
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<tb> Iso-butane <SEP> 48,0 <SEP> 52,0 <SEP> 0,0009% <SEP> de <SEP> 0,022% <SEP> de
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> fraction <SEP> fraction
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 3,8% <SEP> de <SEP> total <SEP> 96,2% <SEP> de <SEP> total
<tb>
EMI5.4
Pentane 81,7 18,3 0,0041ô de 0,04=7 % de
EMI5.5
<tb> fraction <SEP> fraction
<tb> 27,7% <SEP> de <SEP> total <SEP> 72,3% <SEP> de <SEP> total
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Hxane <SEP> 85,7 <SEP> 14,3 <SEP> 0,0062% <SEP> de <SEP> 0,047% <SEP> de
<tb> fraction <SEP> fraction
<tb> 44,5% <SEP> de <SEP> total <SEP> 55,5% <SEP> de <SEP> total
<tb>
Exemple III Une fraction résiduaire de 25,
2% en poids dérivée d'un huile de pétrole brut du Moyen-Orient et ayant une teneur en vanadium de 2 0,0307 % en poids est traitée avec 8 fois son volume de propane dans une tour à contre-courant fonctionnant à 150 F, au sommet , et à 110 F à la base. Le résidu traité constitue 36 % en poids de la masse d'alimentation et ne contient pas de vanadium.
Exemple IV
La fraction résiduaire décrite dans l'exemple III est traitée par charges avec 8 fois son volume d'éther de pétrole paraffinique bouillant entre 60 et 80 C, à la température ambiante.
Le résidu traité constitue 90% en poids de la masse d'alimentation et contient 0,0166 en poids de vanadium.
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"Improvements made to gas turbine engines".
The invention relates to the production of a fuel for gas turbine engines, and among other things has for its object to provide a fuel for gas turbine engines by the use of which the formation of deposits or deposits. scale on the turbine fins is eliminated or greatly reduced.
In gas turbines, the fuel is injected into a combustion zone and ignites in the presence of excess air, the combustion products being directed towards the fins with carefully defined contours, whereby the fuel is ignited. @ gie of the gas flow is transformed into rotational energy.
The conversion efficiency is high. Although it is desirable for various reasons to use good waste fuels
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On the market, it has been found that the use of such fuels is severely limited by the fact that in many cases a certain part of the inorganic matter present in the fuel does not remain in the gas stream after combustion and is deposited in the fuel. turbine motor to form scale, especially on the rotor and stator fins, resulting in a decrease in motor efficiency, and requiring the cover to be torn down at frequent intervals to clean the fins and other parts of the motor. engine on which scale is deposited.
It has been found that the presence of vanadium compounds in the residual fuel contributes greatly to the formation of this scale, and that in order to prevent the formation of scale from reaching such a point as to substantially reduce the value. of fuel in its application to gas turbine engines, it is necessary to reduce the vanadium content of the fuel to less than 0.03% and preferably to eliminate it entirely.
One object of the invention is, among other things, to provide a petroleum fuel, derived from a residual petroleum fraction which may have a high vanadium content, which is suitable for use as a gas turbine fuel, and in which the the aforementioned disadvantages are considerably reduced. The object of the invention is more particularly to provide a fuel for gas turbine engines, the use of which greatly reduces or prevents the formation of scale on the internal surfaces of a gas engine, such as on the fins of the rotor and of the stator. .
According to the invention, a fuel suitable for use in gas turbine engines is obtained by a process which comprises the treatment of a residual petroleum fraction, preferably constituting no more than 30% by volume of the fuel. petroleum = crude, containing at least one vanadium compound in elementary or combined form, with a solvent containing one or more hydrocarbons having 3-7 carbon atoms per molecule, and then separating the solution thus obtained from the matter
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insoluble in said solvent.
The solvent is preferably substantially free of aromatics and should not have an aromatic content exceeding 0.5%.
Preferred hydrocarbons for use as a normal solvent are hexane / and normal heptane, or a mixture of these hydrocarbons, or a solvent mixture containing normal hexane and / or 1, can be employed. 'normal heptabe. Preferably, the total weight of normal hexane and normal heptane in the solder constitutes at least 50%.
Preferably, the petroleum-based fuel is treated with at least 500% and, more desirably, with about 800% by volume of the solvent containing the hydrocarbons.
By operating according to the above process, it has been found possible to remove all or a large proportion of the vanadium compounds in the residue as solvent insoluble material. After separation of the insoluble material, the solvent is usually removed from the waste fraction, and the fraction thus refined, with or without mixing or subsequent treatment, is suitable for use as a gas turbine fuel.
The process of the invention is most advantageously applied to petroleum waste fractions having a total vanadium content of at least 0.02% and preferably greater than 0.03% by weight, estimated as vanadium. elementary.
The invention is illustrated but in no way limited by the following examples.
Example
A 12.4 wt% residual fraction derived from "Middle Eastern" crude oil and treated at room temperature with 800 wt% petroleum ether boiling at 60 ° C to 80 ° C. solution thus formed is allowed to stand for a few hours, and then the insoluble material is removed by filtration and the resulting solution distilled
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to remove the petroleum ether solvent.
The distribution of vanadium was found to be as shown in the following table.
EMI4.1
<tb>
Residue <SEP> to <SEP> 12.4 <SEP>% <SEP> of <SEP> crude oil <SEP> <SEP> of <SEP> MO ... <SEP> 100 <SEP> part, <SEP> in
<tb> Material <SEP> insoluble <SEP> in <SEP> the <SEP> solvent .... <SEP> 19.5 <SEP> "<SEP>" <SEP> "
<tb> <SEP> content of <SEP> vanadium <SEP> of <SEP> material <SEP> not
<tb> not <SEP> reacted .......................... <SEP> 0.065
<tb> Content <SEP> in <SEP> vanadium <SEP> of <SEP> material <SEP> insoluble <SEP> in <SEP> the <SEP> solvent <SEP> (which <SEP> is <SEP> 0, 22 <SEP>%
<tb> in <SEP> weight <SEP> of <SEP> material <SEP> insoluble) ... <SEP> 0.043 <SEP> "<SEP>" <SEP> "
<tb> Residue <SEP> treated <SEP> 80.5 <SEP> "<SEP>" <SEP> "
<tb> <SEP> content in <SEP> vanadium <SEP> of <SEP> the <SEP> fraction
<tb> residual <SEP> treated <SEP> (c - d <SEP> 0.024 <SEP>%
<tb> in <SEP> weight <SEP> of <SEP> residue <SEP> treated <SEP> .......
<SEP> 0.019 <SEP> "<SEP>" <SEP> "
<tb>
Thus, by the process of the invention, the vanadium content is reduced by 0.065% by weight in the untreated residue at
0.024% by weight in the treated residue, the fuel thus obtained being particularly suitable for gas turbines.
Example II
A volume of a residual fraction of 16.7% by volume, derived from an oil / crude oil from the Middle East and having a vanadium content of 0.012%, is treated at 140 F with 8 volumes of a solvent hydrocarbons. The insoluble material is separated by filtration and the resulting solution is distilled to remove the hydrocarbon residue. The distribution of vanadium between the treated residue and the precipitate was found to be as shown by the following table based on the treatment of 100 parts in. weight of the residue.
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EMI5.1
<tb>
Yield <SEP> - <SEP> Parts <SEP> in <SEP> weight <SEP> Content <SEP> in <SEP> vanadium <SEP> - <SEP>% <SEP> in <SEP> weight
<tb>
EMI5.2
Solvent ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯
EMI5.3
<tb> Residue <SEP> treated <SEP> Precipitated <SEP> Residue <SEP> treated <SEP> Precipitate
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Propane <SEP> 20.1 <SEP> 79.9 <SEP> - <SEP> 0.015% <SEP> of
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> fraction
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 100% <SEP> of <SEP> total
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<tb>
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<tb>
<tb>
<tb>
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<tb>
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<tb> Butane <SEP> 68.0 <SEP> 32.0 <SEP> 0.0022% <SEP> of <SEP> 0.033% <SEP> of
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> fraction <SEP> fraction
<tb>
<tb>
<tb>
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<tb> 12.5% <SEP> of <SEP> total <SEP> 87,
5% <SEP> of
<tb>
<tb>
<tb>
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<tb> total
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<tb> Iso-butane <SEP> 48.0 <SEP> 52.0 <SEP> 0.0009% <SEP> of <SEP> 0.022% <SEP> of
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> fraction <SEP> fraction
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 3.8% <SEP> of <SEP> total <SEP> 96.2% <SEP> of <SEP> total
<tb>
EMI5.4
Pentane 81.7 18.3 0.0041o of 0.04 = 7% of
EMI5.5
<tb> fraction <SEP> fraction
<tb> 27.7% <SEP> of <SEP> total <SEP> 72.3% <SEP> of <SEP> total
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Hxane <SEP> 85.7 <SEP> 14.3 <SEP> 0.0062% <SEP> of <SEP> 0.047% <SEP> of
<tb> fraction <SEP> fraction
<tb> 44.5% <SEP> of <SEP> total <SEP> 55.5% <SEP> of <SEP> total
<tb>
Example III A residual fraction of 25,
2% by weight derived from a Middle Eastern crude oil and having a vanadium content of 0.0307% by weight is treated with 8 times its volume of propane in a countercurrent tower operating at 150 F , at the top, and 110 F at the base. The treated residue constitutes 36% by weight of the feed mass and does not contain vanadium.
Example IV
The residual fraction described in Example III is treated in batches with 8 times its volume of paraffinic petroleum ether boiling between 60 and 80 ° C. at ambient temperature.
The treated residue constitutes 90% by weight of the feed mass and contains 0.0166 by weight of vanadium.