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Procédé et appareils pour la fabrication de gaz de pétrole.
La présente invention est relative à un nouveau procédé de fabrication de gas de pétrole ou d'huile, et vise plus particulièrement un procédé perfectionne de fa- brication de gaz de pétrole par pyrolyse des huiles de pétrole avec régénération de chaleur.
Le gaz de pétrole ou gaz d'huile a été fabriqué depuis de nombreuses années par des procédés au cours
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desquels l'huile de pétrole est vaporisée et phrolysée, en présence d'un diluant gazeux tel que la vapeur d'eau, dans des zones à accumulation de chaleur. On commence par chauffer une ou plusieurs zones en faisant brûler un com- bustible dont on fait passer les produits de combustion chauds à travers la ou les zones, puis, lorsque celles-ci sont suffisamment chauffées, on vaporise de l'huile, que l'on pyrolyse en présence d'un diluant gazeux pour la convertir en gaz fixes grâce à la chaleur accumulée dans la zône.
A la fin d'une opération de gazéification, on chauffe de nouveau la zone, et l'on effectue une nouvelle gazéifi- cation, et ainsi de suite* Ce mode de chauffage peut être appelé "chauffage cyclique" pour le distinguer par exemple de la vaporisation d'huile dans une cornue dans laquelle on fournit de la chaleur de façon continue à l'huile di- rectement à partir d'une source de chaleur. Pour être cor- rectement pyrolysée, l'huile vaporisée ne doit pas seule- ment craquer en fragments moléculaires, mais les produits de craquage doivent être maintenus dans une zône chauffée pendant un temps suffisant pour que la phase gazeuse at- teigne un état d'équilibre, les fragments moléculaires, fortement réactifs, se transformant en constituants ga- zeux à molécule stable.
Pour assurer cette transformation, on souffle l'huile vaporisée craquée, depuis la zône ini- tiale de vaporisation et de craquage, dont la température est relativement élevée, à travers un circuit à accumulation de chaleur, dite "zone de fixation". La température dans cette zône de fixation doit être réglée de telle sorte que sa valeur moyenne soit relativement basse par comparaison avec celle de la zone de combustion-vaporisation dans la- quelle ont lieu la vaporisation et le craquage initial de l'huile, la température maximum régnant près de la zone de combustion-vaporisation et décroissant progressivement
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vers l'extrémité de sortie* Au moment où les vapeurs ont atteint l'extrémité de sortie ou aval, relativement plus foide, de la zone, le gaz a été fixé et peut alors être refroidi,
avec élimination des constituants condensables.
C'est ainsi que dans le procédé industriel actuel,,on prévoit une zone de combustion-vaporisation, qui est souvent constituée simplement par la cellule gazogène-carburatrice d'une installation de production de gaz à l'eau carburas et d'autre part un circuit d'ac- cumulation de chaleur, souvent constitué par le "surchauf- feur" de l'installation de production de gaz à l'eau car- burée. La zone de combustion-vaporisation n'est pas autre chose qu'une chambre ménageant un espace entouré par des parois résistant aux hautes températures en matière con- ductrice de chaleur, chambre dans laquelle on injecte, dans le rapport correct pour en permettre la combustion, un combustible tel que du goudron, du gaz ou de l'huile, et d'autre part de l'air, et ou.l'on fait brûler ce mé- lange.
Les produits de combustion à haute température é- chauffent les parois de la chambre, et sont entrainés à travers le "surchauffeur" dans lequel la chaleur est em- magasinée dans un empilage en matière céramique, d'ou ils sont évacués vers la cheminée* Cette phase de l'opération est dite "soufflage". Ensuite l'huile, en général avec un peu de vapeur d'eau, est admise dans la zone de combus- tion-vaporisation où l'huile est vaporisée et craquée, et le mélange balaie l'empilage chaud où il se fixe à l'état de gaz permanent, et de là passe au laveur. Ce stade de l'opération est appelée "gazéïfication". Ces stades sont répétés de façon continue aussi longtemps qu'il le faut pour les besoins de la production de gaz.
En général; l'appareil est purgé avec de l'air ou de la vapeur d'eau entre le "soufflage" et la "gazéification", ou entre la "gazéification" et le "soufflage", ou à la fois à ces
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deux moments, pour en éliminer les produits indésira- bles, ou récupérer les gaz restant dans l'installation et empêcher l'accumulation de mélanges explosifs* Il existe de nombreuses variantes au procédé industriel es- quissé ci-dessus, mais toutes reposent sur la même suite d'opérations.
Ce mode opératoire impose certaines limita- tions dont la gravité devient de plus en plus grande.
En premier lieu, les procédés industriels actuels ne peuvent utiliser avec succès que des huiles à faible carbone résiduel dans le stade gazéification. Par exem- ple, les huiles cintenant plus de 6 à 7% de carbone libre, déterminé par l'essai Conradson décrit en détail par la sui- te, ne peuvent être utilisés avec succès dans le stade de gézéification parce que le carbone qui se dépose sur les empilages dans la partie de la zone de fixation qui avoisi- ne la zône de combustion-vaporisation, finit par obstruer l'installation* Ainsi, on ne peut utiliser que des huiles à faible carbone résiduel, huiles relativement coûteuses par rapport aux huiles plus abondantes contenant une plus forte proportion de carbone Conradson, ou huiles à fort carbone résiduel.
Un procédé qui permettrait de fabriquer du gaz de pétrole en utilisant de l'huile à haut carbone en tant qu'huile de gazéification, devient de plus en plus désirable, depuis la mise au point et l'exploitation croissante des techniques de craquage catalytique et ther- mique dans l'industrie de raffinage du pétrole,techniques qui conduisent à des huiles résiduelles plus fortement craquées donnant elles-mêmes des proportions de carbone plus élevées après gazéification* L'économie de l'industrie gazière exige la possibilité d'utilisation satisfaisante des huiles résiduelles les moins chères que l'industrie pétrolière puisse fournir* De plus, même le carbone déposé sur les empilages au cours des opérations de production
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de gaz de pétrole actuelles représente une perte car il ne peut pas être utilisé dans l'installation,
et doit en être éliminé par des nettoyages périodiques, ou par soufflage intermittent d'air ou de vapeur. En outre, comme on l'a déjà signalé, les conditions optima dans l'installation sont celles qui comportent une zone de com- bustion-vaporisation à température relativement élevée; suivie d'une zone de fixation à température moyenne re- lativement basse par rapport à celle de la première zone, et dans laquelle la température décroit progressivement vers l'extrémité de sortie.
Or, ces conditions ne peuvent être remplies dans les procédés actuels qu'avec difficul- té, car la température dans l'ensemble de l'installation dépend pour la plus grande part de la combustion de l'huile lors du "soufflage", et qu'une vitesse de,combustion ré- glée en vue de fournir une température relativement élevée dans la zone de combustion-vaporisation entraine de ce fait même des températures indésirablement élevées dans le trajet ultérieur. Autrement dit, le niveau supérieur de température dans la zone de combustion- vaporisât ion doit être limité afin d'assurer les conditions requises de température dans la zône de fixation.
Il s'ensuit d'une part que la température dans la zone de combustion-vapo- risation ne peut être maintenue à un niveau aussi élevé qu'il serait désirable, et d'autre part que la température de la zone de fixation ne peut être maintenue aussi basse qu'il le faudrait ; il est impossible dans les tech- niques actuelles d'obtenir économiquement entre la zone de combustion-vaporisation et la zône de fixation un gradient de température relativement considérable, représentant les conditions de marche optima* Cet état de choses est encore aggravé du fait que l'air admis dans la zone de combus- tion-vaporisation au cours du "soufflage" exerce un effet réfrigérant sur la partie de l'appareillage que l'on
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désire maintenir à la température maximum.
Bien entendu, tous les inconvénients dont on vient de faire état s'a- joutent pour restreindre sérieusement les possibilités de l'appareil au cours de l'opération de gazéification Un d'autres termes, comme la température de la zone de com- bustion-vaporisation d'une part, ne peut pas être main- tenue aussi haut qu'on le voudrait, le rendement de la combustion au cours de la gazéification est moins bon ; et comme d'autre part les températures dans la zône de fixa- tion ne peuvent être maintenues aussi bas qu'on le voudrait, le rendement de la gazéification est moins bon au cours de l'opération de gazéification par suite d'un craquage trop poussé. Ainsi, les procédés actuels demandent à être perfectionnés dans le but de surmonter les limitations in- diquées ci-dessus.
Aussi, la présente invention se propose-t-elle comme but principal de fournir un procédé économique pour la fabrication du gaz de pétrole,supprimant ou évitant pour une large part les inconvénients sus-énumérés*
Ce procédé permet l'établissement facile entre la zone de combustion-vaporisation et la zone de fixation, de gradients de température favorisant la production d'une quantité maximum de gaz à haut pouvoir calorifique par unité de poids d'huile à gézéffier utilisée.
Ce procédé permet encore d'utiliser aisément, en tant qu'huiles à gazéifier, des huiles à fort résidu et les huiles à forte teneur en carbone Conradson.
Le procédé objet de l'invention assure un ren- dement meilleur par l'utilisation du carbone déposé dans l'installation au cours de l'opération de gazéification précédente, qui fournit ainsi une partie du combustible requis en vue de l'accumulation ultérieure de calories dans l'installation.
Enfin, les pertes de chaleur dues aux pertes
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de chaleur sensible dans le gaz produit sont maintenues à une valeur minimum.
D'autres avantages du procédé objet de l'inven- tion apparaîtront dans la suite de l'exposé.
L'invention a également pour objet un appareillage permettant la mise en oeuvre dudit procédé.
Conformément à l'invention, on prévoit un pro- cédé continu à régénération de chaleur pour la fabrication de gaz de pétrole par pyrolyse d'huiles de pétrole, pro- cédé consistant à emmagasiner des calories dans deux tra- jets communiquant entre eux, chauffés indépendamment l'un de l'autre, dont chacun est précédé par une z ône de com- bustion-vaporisation communiquant avec lui; à retrancher une partie de ladite chaleur accumulée ou emmagasinée de l'un desdits trajets en y faisant passer de l'air vers la zone de combustion-vaporisation communiquant avec lui , afin d'élever la température de l'air et de brûler le carbone déposé dans ledit trajet et dans ladite zône de combustion- vaporisât ion;
à admettre les gaz chauds résul- tants dans la zône de combustion-vaporisation précédent l'autre trajet à accumulation de chaleur en même temps que l'on y admit du combustible liquide; à brûler ledit combustible en présence de ces gaz chauds dans ladite zone de combustion-vaporisation, les produits de cotte combustion étant entrainés à travers ledit second trajet pour y accumuler de la chaleur; à admettre de l'huile de pétrole dans la zône de combustion-vaporisation précédent le second trajet; à vaporiser et pyrolyser ladite huile dans ladite zone de combustion-vaporisation et dans le second trajet sus-mentionné à accumulation de chaleur; à évacuer l'huile ainsi vaporisée et pyrolysée dudit second trajet, et à répéter cette série d'opérations, en inver- sant l'ordre des deux dits trajets à accumulation de la chaleur.
Ainsi qu'on l'indiquera plus loin, on admet .
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avantageusement un diluant gazeux dans la zône de com- bustion-vaporisation en même temps que l'huile de pétrole pendant le stade de gazéification.
L'invention sera bien comprise à l'aide de la figure 1 du dessin annexé qui illustre les principales phases d'un cycle opératoire complet du procédé objet de l'invention.
.J'après ce qui a été dit plus haut, on remarquera que suivant l'invention, on prévoit une paire d'unités de gazéification, chaque unité comprenant une zône de combus- tion-vaporisation et une zone de fixation des gaz; ces zones communiquant entre elles. Dans chaque unité, la suite d'opérations qui se produit, à savoir le "soufflage" et la "gazéification", est en gros semblable à ce qui se passe dans les procédés actuels, sauf que l'on fait passer de l'air à travers la zone de fixation et la zône de com- bustion-vaporisation de l'une des unités, depuis l'ex- trémité aval de la première vers la dernière, pré- alablement à son introduction dans la zône de combustion- vaporisation de l'autre unité.
Cette différence, néan- moins procure bien des avantages inattendus, en plus des résultats précédemment énumérés qu'elle permet d'atteindre En premier lieu, en faisant passer de l'air à travers une unité dans la direction précitée avant de l'admettre dans l'autre en vue de l'opération de "soufflage" ou de chauf- fage de cette autre unité; on établit dans la première unité un gradient de température plus important, la pré- parant ainsi aux stades de chauffage et de gazéification à venir.
Autrement dit, la température de la zone de fixa- tion de la première unité est notablement diminuée, depuis un point voisin de la zone de combustion-vaporisation communiquant avec elle, vers l'extérieur, c'est-à-dire vers son extrémité aval, de telle sorte au'au cours du "soufflage" ou chauffage ultérieur de cette unité, on
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peut assurer une combustion plus intense dans la zône de combustion-*vaporisation communiquante, d'où une température plus haute dans celle-ci, tout en maintenant une tempéra- ture moyenne relativement basse dans la zone de fixation, et avec une température décroissante depuis la zone de combustion-vaporisation jusqu'à l'extrémité aval de l'unité.
Liais tout aussi important est le fait que l'air traversant une unité dans la direction indiquée s'échauffe progressivement au fur et à mesure qu'il se rapproche du point de l'appareil où les dépôts de carbone accumulés de la gézéïfication précédente sont les plus épais..l'air chaud provoque la combustion de ce carbone précédemment déposé ce qui non seulement fait disparaître celui-ci, mais élève la température des gaz résultants à un niveau encore plus élevé juste avant leur admission dans la zône de combustion- vaporisation de l'autre unité.
Ceci ne supprime pas seule- ment le refroidissement dû à l'admission d'air frais dans la zone de combustion-vaporisation de l'autre unité, mais assure aussi une combustion plus efficace du combustible qui y est contenu. n outre,comme les gaz chauds admis dans la zone de combustion-vaporisation contiennent une quantité relativement élevée de chaleur sensible, tant par suite de la chaleur enlevée à la première unité que par suite de la combustion du carbone qui y était déposé, il faudra brû- ler d'autant moins de combustible lors du "soufflage" ou du chauffage, dans la seconde unité. Cette réduction de la quantité de combustible nécessaire augmente d'ailleurs avec la quantité de carbone déposé par l'huile de gazéification carbone qui est brûlé à son tour lors du préchauffage de l'air.
On peut voir ainsi que les avantages du procédé objet de l'invention sont nombreux* Non seulement il permet l'utilisation d'huile moins coûteuse dans le stade de ga- zéïfication, mais encore plus la qualité de l'huile utilisée est bon marché, c'est-à-dire plus est élevée la quantité
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de carbone qui se dépose au cours du craquage, plus faible sera la quantité de combustible nécessaire.
On remarquera aussi d'après ce qui précède que les températures élevées se concentrent ou se localisent dans la partie de chaque uni- té où elles sont le plus nécessaires, à savoir dans les zones de com- bustion-vaporisation et dans la partie de la zone de fixation qui avoisine immédiatement chaque zone de combustion-vaporisation ;
que les températures les plus basses s'établissent là où elles sont le plus avantageuses,à savoir dans la zone de fixation, la température décroissant progressivement vers leur extrémité aval.On obtient en définitive un meilleur rendement de combustion du combustible dans chaque zone de combustion-vaporisation au cours du stade de "souffla- ge" ou chauffage de l'unité envisagée,et un meilleur rendement de gaz ification avec un excès de craquage moindre dans chaque unité au cours du stade de gazéification qui lui correspond.
La figure montre deux unités de gazéification d'huile 10 et 11 dont chacune comporte une zone de combustion-vaporisation 114-et 15 respectivement, et un trajet à accumulation de chaleur ou zone de fixation, 12 et 13 respectivement. Sur cette figure,on a désigné par 19 des conduites aboutissant à une cheminée, par 20 des conduites me- nant à un laveur,par 21 des conduites d'introduction de combustible liquide,par 22 des conduites d'introduction de diluant gazeux,par 23 des conduites d'introduction d'air et enfin par,24 des conduites d'in troduction d'huile à gazéifier.On voit en la. des moyens pour introdui re sélectivement de l'air dans l'extrémité aval de chaque unité.
A cet effet on a représenté à titre d'exemple en la, des condui- tes aboutissant à l'extrémité aval de chaque unité 10 etl et reliées à une source d'air commune par l'intermédiaire d'un robinet à deux voies 1$.Grâce à cette disposition,l'air peut être dirigé sur l'une ou l'autre des unités suivant les besoins ou complètement coupé.Les phases suivantes représentées en lb, 1c et ld montrent le sens d'é- coulement de l'air, ou , si aucun sens....................
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n'est indiqué, cela veut dire qu'il n'y a dans cette phase aucun écoulement d'air* De même, la montre un moyen per- mettant l'évacuation sélective des matières des différentes unités.
Comme on l'a représenté en la, à titre d'exemple, on prévoit des conduites distinctes depuis l'extrémité aval de chaque unité jusque un robinet à deux voies classique 16.
Par cette disposition, le gaz provenant des unités respec- tives peut être dirigé sur le laveur suivant les besoins.
Comme le montre la, on prévoit également les conduites u- suellos conduisant à une cheminée. Dans ce cas également, les phases suivantes représentées en 1b, le¯ et 1d montrent le sens de l'écoulement depuis chaque unité, Bien entendu, il existe une conduite reliant la zone de combustion-vapo- risation de chaque unité à la sone de combustion-vaporisa- tion de l'autre* Le sens de l'écoulement à travers cette conduite est indiqué en la, 1b, le et 1d.
Bien que chaque unité de gazéification soit sur cette figure représentée sous la forme d'un ensemble uni'taire, il doit être entendu que la sone de combustion-vaporisation de chaque unité pourrait être constituée par un appareil distinct ou une cellule, par exemple un gazogène-carburant classique du type utilisé actuellement dans l'industrie du gaz d'huile ou du gaz à l'eau carburé, et chacun desquels communique avec une zone de fixation distincte telle qu'un "surchauffeur" du type utilisé actuellement dans ces mânes industries.
La figure n'illustrant que les phases principales d'un cycle opératoire complet,, il doit être entendu que l'installation a déjà été chauffée pour faire démarrer l'opération, à la manière ha- bituelle, en faisant brûler du combustible liquide tel que de l'huile, du goudron ou du gaz, dans chaque zone de com- bustion-vaporisation, et en injectant les gaz de combustion chauds à travers les zones de fixation respectives.
Les unités 10 et 11 peuvent être reliées à une cheminée commune
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ou, mieux, à des cheminées séparées pour éviter les vannes "chaudes", et peuvent être raccordées soit à un laveur com- mun, soit à des laveurs distincts* Bien que les zones de combustion-vaporisation 14 et 15 aient été représentées, pour plus de commodité, sous la forme d'appareils séparés., il sera entendu que, puisque la conduite qui les relie est de grande section pour pouvoir véhiculer les gaz chauds, les zones de combustion-vaporisation 14 et 15 et leur conduite de communication peuvent être réunies en une chambre unique.
Comme on le voit en la, le cycle peut, après que chaque unité ait été chauffée, être mis en route en faisant passer de l'air à travers l'une des unités, 10 dans le cas actuel, depuis son extrémité aval c'est-à-dire l'extrémité par laquelle le gaz de pétrole produit quitte l'unité, à travers la zone de fixation 12 et la zone de combustion- vapori sation 14, respectivement. Pendant ce passage, l'air s'échauffe progressivement et en même temps refroidit la zone de fixation 12 en absorbant une fraction de la chaleur qui y est emmagasinée.
L'air chaud provoque la combustion des dépots de carbone accumulé dans l'unité 10 et notamment dans la zone de combustion-vaporisation 14 et dans la partie de la zône de fixation 12 qui avoisine celle-ci, où les dépots de carbone sont les plus épais* Ainsi, le carbone déposé dans la zone de fixation 12 et dans la zone de com- bustion-vaporisation 14 ne se trouve pas seulement éliminé mais encore fournit une partie du combustible nécessaire pour chauffer la zône de combustion-vaporisation 14 et l'u- nité 11. Le mélange gazeux chaud résultat! est alors admis à la zone de combustion-vaporisation 15 de l'unité 11 en même temps qu'on y ajoute un combustible liquide*.
Grâce à la grande quantité de chaleur sensible contenue dans les gaz pénétrant dans la zone de combustion-vaporisation 15, il faut moins de combustible pour chauffer l'unité 11, et ce
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combustible est lui-même brûlé avec un rendement plus grand* On peut fournir de l'air supplémentaire en plus de celui admis en provenance de l'unité 10, dans la zône de combustion-vaporisation 15, si on le juge nécessaire.
Les produite de combustion provenant de la zone de combus- tion-vaporisation 15 sont entrainés à travers la zône de fixation 13, emmagasinant de la chaleur. Mais comme l'unité 11 vient d'être balayée par de l'air de le, même façon que l'unité 10. comme on l'a vu ci-dessus, une quantité de chaleur relativement importante, avec des températures élevées correspondantes, se concentre dans la zone de combustion-vaporisation 15 et dans la partie de la zone de fixation 13 qui avoisine celle-ci, tandis que les tem- pératures dans la sone de fixation 13 tombent rapidement vers l'aval.
La phase principale suivante est représentée en 1b où l'on introduit simultanément de l'huile à gazéifier, et avantageusement aussi un diluant gazeux le plus souvent de la vapeur d'eau, comme on le voit en 1b, dans la zône de combustion-vaporisation 15 dans laquelle l'huile se vaporise et où un craquage notable de l'huile ainsi vapo- risée a lieu. Si on le désire, de l'huile, ou de l'huile en même temps que de la vapeur d'eau, peuvent aussi être introduites simultanément dans la zône de combustion-vapo- risation 14 de l'unité 10 et entrainées à travers les con- duites jusque la zône de combustion-vaporisation 15 de l'unité 11.
Pendant cette phase, l'huile est transformée en constituants de gaz de pétrole, constituants condensables tels que goudron, "huile morte" et huile légère, et carbone libre, ce dernier se déposant pour la plus grande part sur les parois de la zône et sur les empilages dans celle-ci.
Par suite des hautes températures régnant dans la zone de combustion-vaporisation 15, une petite partie de la vapeur se décompose, avec le carbone dans l'huile, en gaz à l'eau, c'est-à-dire en hydrogène plus oxyde de carbone. Cependant, @
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la fonction principale de la vapeur consiste à réduire la pression partielle des gaz formés et à servir de milieu transmetteur de chaleur entre les surfaces chaudes des zones et l'huile vaporisée. Pendant son passage dans la zone de fixation 13, les fragments moléculaires réactifs de l'huile craquée sont transformés ou "fixés" en molé- cules stables d'hydrocarbures gazeux.
Grâce à la diminution progressive des températures dans la zone de fixation 13 ainsi qu'à la température moyenne de la zone de fixa- tion 13, plus basse que celle régnant dans la zone de fixa- tion dans los procédés classiques, la fixation du gas est facilitée et le risque d'un excès de craquage est réduit.
De plus, et pour la mené raison, le gaz chaud cède une par- tie de sa chaleur sensible à la zone 13, et cet appoint de chaleur est utilisé dans les stades suivants pour pré- chauffer l'air de l'unité 10. Ceci signifie évidemment que la chaleur sensible récupérée dans la zone 13 n'est plus perdue comme elle l'était dans les procédés antérieurs, et la température du gaz quittent la zone 13 peut être inférieure d'une centaine de degrés centigrade ou davantage à celle du gaz de pétrole quittant la zone de fixation des procédés actuels, pouvant varier dans le procédé de l'in- vention de 538 à 760 environ.
Le gaz formé dans l'nnité 11 peut alors être traité par les méthodes bien connues dans l'industrie gazière, en le soumettant aux opérations classiques de refroidissement et de condensation* Normalement, le gaz chaud est envoyé dans un laveur qui n'est pas autre chose que le condenseur primaire dans lequel le gaz est refroidi en-dessous du point d'ébullition de l'eau, et les consti- tuants condensables tels que le goudron et autres hydrocar- bures en sont séparés* Comme on l'a signalé. on peut avan- tageusement utiliser un laveur commun de capacité calculée pour pouvoir recevoir les produits provenant des deux unités.
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Su la figure, le et ici représentent une répéti- tion des opérations ou stades esquissés ci-dessus, mais l'ordre des unités étant inversé. Conue on le voit en le, de l'air est envoyé à travers la zone de fixation 13
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et la zone de c ombust ion- vaporisât ion 15. Consno dans les stades déjà décrits, le carbone déposé au cours de l'opé- ration de gazéification précédente brûle et les gaz chauds sont admis dans la zone de combustion- vaporisation 14 en même temps que l'on y admet un combustible liquide. Celui- ci est brûlé en présence des gaz chauds et les produits de la combustion balaient la zone de fixation 12, y accumu- lant de la chaleur, puis passent à la cheminée.
L'huile de gazéification et le diluant sont ensuite admis ensem- ble dans la zone de combustion-vaporisation 14 où l'huile est vaporisée et craquée comme décrit plus haut. L'huile vaporisée et le diluant balaient la zône de fixation 12 où le gaz se fixe et est récupéré de la manière déjà indiquée.
Ce procédé se poursuit bien entendu par une répétition du cycle commençant par le stade la.
Comme on l'a déjà signalé plus haut,la figure 1 ne montre que les principaux stades du procédé et il doit être entendu qu'il est possible, et même préférable, de procéder à des "purges" appropriées entre deux ou davantage de ces stades successifs. Par exemple, entre les stades la et lb et entre le et ld, on envoie avantageusement un courant d'air dans le sens indiqué sans introduire de com- bustible dans les zônes de combustion-vaporisation res- pectives. Ceci a pour effet d'éliminer de l'installation les produits nuisibles formés par la combustion du combusti- ble avant le début du stade de gazéification. De même, entre les stades lb et le¯ , et-entre ld et la, on envoie avan- tageusement un courant de vapeur d'eau à travers les uni- tés respectives dans le sens indiqué pour débarrasser l'installation de gaz de pétrole.
Dans cette opération de
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purge, il est avantageas également d'admettre un courant de vapeur depuis l'extrémité aval de l'unité dans laquelle on vient de fabriquer du gaz de pétrole, afin d'assurer l'absence de tout mélange explosif de gaz et d'air lors du "soufflage" ou stade de chauffage suivant.
Pour ce qui est de l'appareillage utilisable, chaque partie, c'est-à-dire la zône de combustion-vapori- sation et la zone de fixation, peut être semblable à celles actuellement utilisées dans l'industrie de gazéi- fication. Comme on l'a signalé plus haut, la zône de com- bustion-vaporisation peut être constituée par tout appa- reil bien connu convenant à ce but, par exemple par la section carburante de l'appareillage classique de pro- duction de gaz à l'eau carburé, ou bien par l'un des dis- positifs gazogènes-carburateurs combinés des installations classiques de gae de pétrole.
Essentiellement, la zône de combustion-vaporisation n'est qu'une chambre en matière conductrice de chaleur, capable de résister aux hautes températures, par exemple en briques réfractaires argileu- ses, briques au carborundum, etc, destinée à la combustion de combustible liquide de chauffage, et, après chauffage suffisant, à la vaporisation de l'huile de gazéification.
Les parois de la chambre ont d'ordinaire une surface assez grande pour emmagasiner les calories nécessaires à la vapo- risation ultérieure et au début du craquage de l'huile de gazéification. La chambre peut être complètement vide, ou bien une partie peut être garnie d'empilages en céramique, telle que briques réfractaires argileuses, briques au car- borundum, etc. , permettant l'accumulation de chaleur sen- sible.
Ainsi qu'il est d'usage, la zone de combustion- vaporisation est munie d'un brûleur convenant au type par- ticulier de combustible utilisé. Normalement, ce brûleur consiste essentiellement en une ou plusieurs buses injec-
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tant le combustible dans la zone de combustion-vapori- sation. Le brûleur peut être pourvu de moyens permettant de mélanger l'air introduit avec le combustible avant injection dans la zone de combustion-vaporisation, ou encore tout ou partie de l'air peut être admis séparé- ment dans cette zone. En tout cas, l'air et le combus- tible sont admis vers les zônes de combustion-vaporisa- tion dans des proportions assurant une bonne combustion du combustible dans ces zones.
Pour ce qui est de l'air envoyé dans une unité préalablement à son admission dans l'autre unité au cours des stades de chauffage, il faut que l'air envoyé à tra- vers la première unité soit au moins en quantité suffisante pour y brûler le carbone. Si le voluno d'air envoyé dans la première unité est juste suffisant pour y brûler le carbone, on pourra ajouter un volume d'air supplémen- taire dans la zone de combustion-vaporisation dans laquel-- le a lieu la combustion du combustible liquide, en quen- tité suffisante pour assurer la combustion de ce combus- tible, !)'autre part, on pourra envoyer dans la première unité une quantité d'air excédentaire par rapport à celle requise pour y brûler le carbone déposé,
auquel cas le volume d'air supplémentaire requis diminuera d'autant.
Ainsi, la quantité d'air passée à travers la première u- nité peut être suffisante non seulement pour brûler le carbone qui y est déposé, mais aussi pour y entretenir la combustion d'au moins le plus grande partie, et même de la totalité du combustible liquide admis dans la sone de combustion-vaporisation*
Le trajet à accumulation de chaleur ou "zône de fixation\1 peut être constituée par tout appareil bien connu utilisé à clos fins analogues dans l'industrie du gaz de pétrole ou du gaz à l'eau carburé - Cette zone
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est essentiellement constituée par une arable chambre en matière résistante aux hautes températures, comme de la brique réfractaire,
dont l'intérieur est pourvu d'un grand nombre de passages à travers lesquels la matière gascuse doit circuler* D'ordinaire, l'intérieur est garni d'un empilage de matière réfractaire corme de la brique réfractaire argileuse, la partie des empilages devant supporter les températures les plus élevées, c'est-à-dire la partie la plus voisine de la zone de combustion-vapo- risation étant faite en briques au carborundum, La sons de fixation est de volume suffisant pour permettre aux gaz circulants d'y séjourner jusqu'à leur transformation ou "fixation" en gaz de pétrole stables.
Les dimensions et la forme exactes de la zone de fixation seront déter- minées par des considérations bien connues dans l'indus- trie de la gazéification, entre autres par le débit désiré, la durée de séjour requise, etc.
Le combustible utilisé au cours du stade de "soufflage" ou de chauffage pour emmagasiner de la chaleur dans chaque unité, ainsi qu'on l'a précédemment indiqué; peut être constitué par tout combustible liquide couram- ment utilisé dans l'industrie de la gazéification, comme les huiles de pétrole, les goudrons, les gaz, etc, En gé- néral, le combustible utilisé sera une huile de pétrole; diverses huiles sont utilisables à cet effet, par exemple les huiles de four Nos. 2 et 3, les huiles résiduelles lourdes, etc.
Comme on l'a dit, le goudron, par exemple le goudron de gae de houille, le goudron de gaz à l'eau carburé, et le goudron de gaz de pétrole du type formé au cours de ce procédé, peuvent également être utilisés en tant que combustibles, auquel cas le combustible devra présenter une fluidité assez grande pour pouvoir être manutentionné au moyen du brûleur et injecté dans la zone de c ombus tion-vapori sat ion. La fluidité convenable peut
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être obtenue dans certains cas en chauffant le goudron ou éventuellement l'huile lourde ou encore par dilution à l'aide de liquide de même nature miscibles avec eux mais moins visqueux, ou encore par ces deux moyens à la fois.
Comme on l'a signalé plus haut, le procédé objet de l'invention permet l'utilisation en vue de la gazéification d'huiles de pétrole très diverses. Alors que les procédés antérieurs étaient limités à l'emploi d'huiles de pétrole contenant moins de 7%, et de pré- férence moins de 4%, de carbone Conradson, le procédé objet de l'invention convient très bien à l'utilisation d'huiles de pétrole contenant jusqu'à 13% de carbone Conradson ou même plus* On rappelle que le carbone Con- radson est défini par la proportion de résidu carboné restant après un cycle de chauffage normalisé auquel on soumet un poids détermine de l'huile considérée, confor- mément au mode opératoire décrit sous la désignation A.S.T.L. : D 189-36.
Jans ce mode opératoire, on chauffe un poids déterminé de l'huile à une vitesse bien déter- minée dans un creuset jusqu'à ce qu'il reste un résidu semblable à du coke, puis on chauffe ce résidu au rouge, On calcule la teneur de l'huile en carbone Conradson d'après le poids du carbone restant, en calculant le pour- centage de celui-ci par rapport au poids de l'échantillon d'huile soumis à l'essai.
Bien que le procédé objet de l'invention con- vienne tout partioulièrement à l'utilisation d'huiles allant depuis les gas-oils ou huiles diesel jusqu'à et y compris les huiles résiduelles plus lourdes, les huiles brutes et les huiles hydrocarbonées légères telles que le propane, le butane, le kérosène (lampant), etc.. peuvent aussi être utilisés si on le désire.
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insi qu'on l'a indiqué, il est avantageux d'in- troduire un diluant gazeux dans la zone de combustion-va- porisation en même temps que l'huile à gazéifier pour réduire les tensions partielles des vapeurs d'huile.
Ce diluant, s'il est utilisé, doit avantageusement se conden- ser facilement, c'est-à-dire à une température égale ou supérieure au point d'ébullition de l'eau, de sorte qu'au moins sa plus grande partie puisse être éliminée dans le laveur* Cependant, on peut utiliser si c'est nécessaire des condenseurs ayant une tempé rature plus basse.. Si la Vapeur est le diluant le plus couramment utilisé, tout ou partie du diluant peut néanmoins être constitué par des hydrocarbures gazeux tels que le méthane ou autres constituants gazeux résiduels, ayant pour la plus grande partie moins de quatre atomes de carbone, ou du gaz à l'eau, Les proportions relatives de diluant et d'huile de gazéification peuvent être très variables, ainsi qu'il est bien connu dans la technique.
Par exemple le rapport du diluant à l'huile de gazéification peut varier entre zéro et environ 1 partie du premier au second, en poids.
Le diluant, vapeur d'eau par exemple, peut ou non être surchauffé avant d'être mélangé à l'huile de gazéifi- cation vaporisée* Avantageusement, le diluant est cons- titué par de la vapeur d'eau surchauffée et il importe relativement peu, du point de vue de l'invention, que la vapeur ait été préchauffée jusqu'à sa température de surchauffe dans une zone bien distincte des deux unités, ou bien qu'elle soit surchauffée pendant son admission à la zone de combustion-vaporisation dans chaque unité et avant ou pendant son mélange avec les vapeurs d'huile de gazéification vaporisée* Dans la demande de brevet déposée
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par le présent demandeur le 3/J.1 llr sous le numéro 3 . r:
r70 il est décrit un procédé de fabrication de gaz de pétrole
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utilisant plusieurs unités de gazéification communicantes, à chauffage séparé, comme dans le procédé de la présente invention, et dans lequel la vapeur est préchauffée en vue du stade de gazéification dans l'une des unités en la faisant passer à travers l'autre unité dans le sens qui va de l'extrémité aval vers la zone de combustion-vaporisa- tion de celle-ci* Conformément au mode de mise en oeuvre préféré du procédé objet de ladite demande, le cycle opé- ratoire est acoompli en faisant passer de l'air à travers l'une des unités de la manière décrite dans la présente demande, préalablement à son admission dans la zone de combustion-vaporisation de l'autre unité,
et en préchauf- fant de la vapeur dans l'une des unités préalablement à son admission dans l'autre unité en vue du stade de ga- zéffication. La surchauffe de vapeur d'eau pour le stade de gazéification dans une unité, réalisée en la faisant passer à contre-courant à travers l'autre unité,' ne fait pas partie de la présente invention, mais fait l'objet de ladite demande précitée.
Les températures moyennes dans chaque unité sont semblables à celles utilisées dans les procédés classiques, étant comprises par exemple entre 620 et 1093 environ, de préférence entre 760 et 900 environ. Cependant, on conçoit que grâce au nouveau procédé décrite des tempé- ratures relativement plus hautes, par exemple supérieu- res de 50 à 2700 environ à celles obtenues dans le passée se trouveront localisées dans les zones de combustion-va- porisation de chaque unité; tandis que la température au voisinage de l'extrémité aval de chaque zone de fixation sera quelque peu inférieure, par exemple de 50 à 2700 en- viron, à celles utilisées dans les procédés classiques.
On a effectué une série d'essais au cours desquels on a fait passer de l'air à travers l'une des unités de la manière décrite ci-dessus avant de l'admettre dans l'autre unité, cette opération étant ensuite répétée en inversant
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l'ordre des unités, et en utilisant diverses huiles de pétrole en tant qu'huile de gazéification et combustible liquide. Dans un premier essai, qui dure plusieurs heures, on utilise une huile de pétrole ayant une teneur en carbone Conradson de 0,20% à la fois comme huile de gazéification et comme combustible liquide. Dans ce cas, il faut 0,136 litre d'huile comme combustible par mètre cube de gaz, et 1,62 litre d'huile en tant qu'huile de gazéification par mètre cube de gaz, ce qui fait en tout 1,76 litre d'huile par mètre de gaz.
Au cours d'un autre essai durant plusieurs heures, on utilise une huile de pétrole à teneur en carbone Conradson de 0,02%. Il en faut 0,117 1/mc de gaz en tant que combustible et 1,453 lime de gaz en tant qu'huile de gazéification, ce qui donne en tout 1,570 litres d'huile nécessaire par mètre cube de gaz produit. Dans un troisième essai, durant plusieurs heures, on utilise comme huile combustible et de gazéification une huile de pétrole ayant une teneur de 13,03% en carbone Conradson. II n'en faut que 0,032 1/mc comme combustible et 1,533 1/ne comme huile de gazéification, soit en tout 1,565 litre d'huile nécessaire par mètre cube de gaz produit.
On remarquera par conséquent que l'on peut'.utiliser non seulement des huiles fort carbone Conradson en tant qu'huile de gazéification,mais encore que plus la teneur de l'huile de gazéification en carbone Conradson est élevée, moins il est nécessaire d'utiliser d'huile combustible.
Bien entendu,on pourra modifier considérablement les détails de mise en,oeuvre de l'invention sans s'écarter de l'esprit de celle-ci.
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Method and apparatus for the manufacture of petroleum gas.
The present invention relates to a new process for manufacturing petroleum gas or oil, and more particularly relates to an improved process for manufacturing petroleum gas by pyrolysis of petroleum oils with heat regeneration.
Petroleum gas or oil gas has been manufactured for many years by processes during
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of which petroleum oil is vaporized and phrolysed, in the presence of a gaseous diluent such as water vapor, in areas with heat accumulation. One or more zones are heated by first burning a fuel, the hot combustion products of which are passed through the zone or zones, then, when these are sufficiently heated, oil is vaporized, which 'pyrolysis is carried out in the presence of a gaseous diluent to convert it into fixed gases by virtue of the heat accumulated in the zone.
At the end of a gasification operation, the zone is heated again, and a new gasification is carried out, and so on. * This heating mode can be called "cyclic heating" to distinguish it for example from vaporizing oil in a retort in which heat is continuously supplied to the oil directly from a heat source. To be properly pyrolyzed, the vaporized oil must not only crack into molecular fragments, but the cracked products must be kept in a heated zone for a sufficient time for the gas phase to reach a state of. equilibrium, the highly reactive molecular fragments transforming into gaseous constituents with stable molecules.
To ensure this transformation, the cracked vaporized oil is blown from the initial vaporization and cracking zone, the temperature of which is relatively high, through a heat accumulation circuit, known as the “fixing zone”. The temperature in this fixing zone must be regulated so that its average value is relatively low compared to that of the combustion-vaporization zone in which the vaporization and the initial cracking of the oil take place, the temperature maximum prevailing near the combustion-vaporization zone and gradually decreasing
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to the outlet end * By the time the vapors have reached the relatively cooler outlet or downstream end of the zone, the gas has been set and can then be cooled,
with elimination of condensable constituents.
Thus, in the current industrial process, a combustion-vaporization zone is provided, which is often simply constituted by the gasifier-carburetor cell of an installation for the production of gas with carbureted water and on the other hand a heat storage circuit, often constituted by the "superheater" of the installation for the production of gas with carbonated water. The combustion-vaporization zone is nothing more than a chamber leaving a space surrounded by walls resistant to high temperatures of heat-conducting material, a chamber into which is injected, in the correct ratio to allow combustion. , a fuel such as tar, gas or oil, and on the other hand air, and where this mixture is burnt.
The products of combustion at high temperature heat the walls of the chamber, and are carried through the "superheater" in which the heat is stored in a stack of ceramic material, from where they are evacuated towards the chimney * This phase of the operation is called "blowing". Then the oil, usually with a little water vapor, is admitted into the combustion-vaporization zone where the oil is vaporized and cracked, and the mixture sweeps the hot stack where it attaches to the state of permanent gas, and from there passes to the scrubber. This stage of the operation is called "gasification". These stages are repeated continuously for as long as necessary for the needs of gas production.
In general; the apparatus is purged with air or water vapor between "blowing" and "gasification", or between "gasification" and "blast", or both of these
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two times, to eliminate undesirable products, or recover the gases remaining in the installation and prevent the accumulation of explosive mixtures * There are many variations to the industrial process outlined above, but all are based on the same sequence of operations.
This operating mode imposes certain limitations, the severity of which becomes increasingly greater.
First, current industrial processes can only successfully use low residual carbon oils in the gasification stage. For example, oils containing more than 6 to 7% free carbon, determined by the Conradson test described in detail below, cannot be used successfully in the gezeification stage because the carbon which is deposits on the stacks in the part of the fixing zone which adjoins the combustion-vaporization zone, ends up obstructing the installation * Thus, one can only use oils with low residual carbon, oils relatively expensive compared to more abundant oils containing a higher proportion of Conradson carbon, or oils with a high residual carbon.
A process which would make it possible to manufacture petroleum gas using high carbon oil as the gasification oil is becoming more and more desirable with the development and increasing exploitation of catalytic cracking techniques and thermal in the petroleum refining industry, techniques which lead to more strongly cracked residual oils which in turn give higher proportions of carbon after gasification * The economics of the gas industry require the possibility of satisfactory use cheapest residual oils that the petroleum industry can supply * In addition, even the carbon deposited on the stacks during production operations
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current petroleum gas represents a loss because it cannot be used in the installation,
and should be removed by periodic cleaning, or by intermittent blowing of air or steam. In addition, as already indicated, the optimum conditions in the installation are those which include a relatively high temperature combustion-vaporization zone; followed by an attachment zone at a relatively low average temperature compared to that of the first zone, and in which the temperature gradually decreases towards the outlet end.
However, these conditions can only be fulfilled in the current processes with difficulty, since the temperature in the whole installation depends for the most part on the combustion of the oil during the "blowing", and that a controlled combustion rate to provide a relatively high temperature in the combustion-vaporization zone thereby even results in undesirably high temperatures in the subsequent path. In other words, the upper level of temperature in the combustion-vaporization zone must be limited in order to ensure the required temperature conditions in the fixing zone.
It follows on the one hand that the temperature in the combustion-vaporization zone cannot be kept as high as would be desirable, and on the other hand that the temperature of the fixing zone cannot be maintained. be kept as low as necessary; it is impossible in current techniques to economically obtain between the combustion-vaporization zone and the fixing zone a relatively considerable temperature gradient, representing the optimum operating conditions. This state of affairs is further aggravated by the fact that the The air admitted into the combustion-vaporization zone during "blowing" exerts a cooling effect on the part of the apparatus which is
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wishes to maintain at the maximum temperature.
Of course, all the disadvantages which have just been mentioned are added to seriously restrict the possibilities of the apparatus during the gasification operation. Other terms, such as the temperature of the combustion zone -vaporization on the one hand, cannot be kept as high as one would like, the efficiency of combustion during gasification is less good; and since, on the other hand, the temperatures in the fixing zone cannot be kept as low as one would like, the gasification efficiency is poorer during the gasification operation due to excessive cracking. pushed. Thus, the current methods need to be improved in order to overcome the limitations indicated above.
Also, the present invention proposes as its main object to provide an economical process for the manufacture of petroleum gas, eliminating or avoiding to a large extent the drawbacks listed above *
This process allows the easy establishment between the combustion-vaporization zone and the fixing zone, of temperature gradients favoring the production of a maximum quantity of gas with high calorific value per unit of weight of gezefier oil used.
This process also allows easy use as gasifying oils of high residue oils and Conradson high carbon oils.
The process which is the subject of the invention ensures a better yield by using the carbon deposited in the installation during the preceding gasification operation, which thus provides part of the fuel required for the subsequent accumulation of gas. calories in the installation.
Finally, heat losses due to losses
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sensible heat in the produced gas are kept at a minimum value.
Other advantages of the process which is the subject of the invention will appear in the remainder of the description.
A subject of the invention is also an apparatus allowing the implementation of said method.
In accordance with the invention, there is provided a continuous process with heat regeneration for the manufacture of petroleum gas by pyrolysis of petroleum oils, the process consisting in storing calories in two paths communicating with each other, heated. independently of one another, each of which is preceded by a combustion-vaporization zone communicating with it; in subtracting part of said accumulated or stored heat from one of said paths by passing air through it to the combustion-vaporization zone communicating with it, in order to raise the temperature of the air and to burn the carbon deposited in said path and in said combustion-vaporization zone;
admitting the resulting hot gases into the combustion-vaporization zone preceding the other heat storage path at the same time as liquid fuel is admitted therein; burning said fuel in the presence of these hot gases in said combustion-vaporization zone, the combustion products being carried through said second path to accumulate heat therein; admitting petroleum oil into the combustion-vaporization zone preceding the second path; vaporizing and pyrolyzing said oil in said combustion-vaporization zone and in the above-mentioned second heat storage path; in removing the oil thus vaporized and pyrolyzed from said second path, and in repeating this series of operations, reversing the order of the two said heat accumulation paths.
As will be indicated later, we admit.
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advantageously a gaseous diluent in the combustion-vaporization zone at the same time as the petroleum oil during the gasification stage.
The invention will be clearly understood with the aid of FIG. 1 of the appended drawing which illustrates the main phases of a complete operating cycle of the method which is the subject of the invention.
After what has been said above, it will be noted that according to the invention, a pair of gasification units is provided, each unit comprising a combustion-vaporization zone and a gas fixing zone; these areas communicating with each other. In each unit, the sequence of operations that occurs, namely "blowing" and "gasification", is roughly similar to what happens in current processes, except that air is passed through. through the attachment zone and the combustion-vaporization zone of one of the units, from the downstream end of the first to the last, prior to its introduction into the combustion-vaporization zone of the other unit.
This difference, however, provides many unexpected advantages, in addition to the previously enumerated results which it achieves in the first place, by passing air through a unit in the aforementioned direction before admitting it in the other for the operation of "blowing" or heating this other unit; a larger temperature gradient is established in the first unit, thus preparing it for the subsequent heating and gasification stages.
In other words, the temperature of the fixing zone of the first unit is notably reduced, from a point close to the combustion-vaporization zone communicating with it, towards the outside, that is to say towards its end. downstream, so that during the "blowing" or subsequent heating of this unit, one
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can ensure a more intense combustion in the zone of combustion- * communicating vaporization, from where a higher temperature in this one, while maintaining a relatively low average temperature in the zone of fixation, and with a decreasing temperature since the combustion-vaporization zone up to the downstream end of the unit.
Equally important is the fact that the air passing through a unit in the direction indicated gradually warms up as it approaches the point on the apparatus where the carbon deposits accumulated from the previous gezefication are the ones. thicker..the hot air causes the combustion of this previously deposited carbon which not only makes it disappear, but raises the temperature of the resulting gases to an even higher level just before their admission into the combustion-vaporization zone of the other unit.
This not only removes the cooling due to the admission of fresh air into the combustion-vaporization zone of the other unit, but also ensures more efficient combustion of the fuel contained therein. Moreover, as the hot gases admitted into the combustion-vaporization zone contain a relatively high quantity of sensible heat, both as a result of the heat removed from the first unit and as a result of the combustion of the carbon deposited therein, it will be necessary burn even less fuel when "blowing" or heating, in the second unit. This reduction in the quantity of fuel required also increases with the quantity of carbon deposited by the carbon gasification oil which is in turn burnt during the preheating of the air.
It can thus be seen that the advantages of the process which is the subject of the invention are numerous. Not only does it allow the use of less expensive oil in the gasification stage, but even more the quality of the oil used is inexpensive. , i.e. the higher the quantity
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The more carbon that is deposited during cracking, the lower the amount of fuel required.
It will also be observed from the above that the high temperatures are concentrated or localized in the part of each unit where they are most needed, namely in the combustion-vaporization zones and in the part of the combustion. attachment zone immediately adjacent to each combustion-vaporization zone;
that the lower temperatures are established where they are most advantageous, namely in the fixing zone, the temperature gradually decreasing towards their downstream end. In the end, a better combustion efficiency of the fuel is obtained in each combustion zone -vaporization during the "blowing" or heating stage of the envisaged unit, and a better gasification yield with less excess cracking in each unit during the gasification stage which corresponds to it.
The figure shows two oil gasification units 10 and 11 each of which has a combustion-vaporization zone 114-and 15 respectively, and a heat storage path or attachment zone, 12 and 13 respectively. In this figure, 19 are designated pipes leading to a chimney, 20 pipes leading to a scrubber, 21 pipes for introducing liquid fuel, 22 pipes for introducing gaseous diluent, 23 of the air introduction pipes and finally by, 24 of the gasification oil supply pipes. means for selectively introducing air into the downstream end of each unit.
To this end, there is shown by way of example at la, pipes leading to the downstream end of each unit 10 etl and connected to a common air source by means of a two-way valve 1. $. Thanks to this arrangement, the air can be directed to either unit as required or completely shut off. The following phases shown in lb, 1c and ld show the direction of flow of l 'air, or, if no sense ....................
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is not indicated, this means that there is no air flow in this phase. Likewise, the watch shows a means allowing the selective evacuation of materials from the different units.
As shown in 1a, by way of example, separate pipes are provided from the downstream end of each unit to a conventional two-way valve 16.
By this arrangement, the gas from the respective units can be directed to the scrubber as required.
As shown in, the u-suellos pipes leading to a chimney are also provided. Also in this case, the following phases shown in 1b, lē and 1d show the direction of the flow from each unit. Of course, there is a pipe connecting the combustion-vaporization zone of each unit to the combustion chamber. combustion-vaporization on the other * The direction of flow through this pipe is indicated in la, 1b, le and 1d.
Although each gasification unit is in this figure shown as a unitary assembly, it should be understood that the combustion-vaporization area of each unit could consist of a separate device or cell, for example a unit. conventional gasifier-fuel of the type currently used in the oil gas or water-fueled gas industry, and each of which communicates with a separate attachment area such as a "superheater" of the type currently used in these manifolds industries.
The figure illustrating only the main phases of a complete operating cycle, it must be understood that the installation has already been heated to start the operation, in the usual way, by burning liquid fuel such as as oil, tar or gas, into each combustion-vaporization zone, and injecting the hot combustion gases through the respective attachment zones.
Units 10 and 11 can be connected to a common chimney
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or, better, to separate chimneys to avoid "hot" valves, and can be connected either to a common scrubber or to separate scrubbers * Although the combustion-vaporization zones 14 and 15 have been shown, for more convenience, in the form of separate devices., it will be understood that, since the pipe which connects them has a large section to be able to convey the hot gases, the combustion-vaporization zones 14 and 15 and their communication pipe can be united in a single room.
As seen in 1a, the cycle can, after each unit has been heated, be started by passing air through one of the units, in the present case, from its downstream end c ' that is, the end at which the produced petroleum gas leaves the unit, through the attachment zone 12 and the combustion-vaporization zone 14, respectively. During this passage, the air heats up gradually and at the same time cools the fixing zone 12 by absorbing a fraction of the heat which is stored there.
The hot air causes the combustion of the carbon deposits accumulated in the unit 10 and in particular in the combustion-vaporization zone 14 and in the part of the fixing zone 12 which adjoins the latter, where the carbon deposits are the thicker * Thus, the carbon deposited in the fixing zone 12 and in the combustion-vaporization zone 14 is not only eliminated but also provides part of the fuel necessary to heat the combustion-vaporization zone 14 and Unit 11. The hot gas mixture results! is then admitted to the combustion-vaporization zone 15 of the unit 11 at the same time as a liquid fuel * is added to it.
Thanks to the large quantity of sensible heat contained in the gases entering the combustion-vaporization zone 15, less fuel is required to heat the unit 11, and this
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fuel is itself burned with greater efficiency. Additional air in addition to that admitted from unit 10, can be supplied to combustion-vaporization zone 15, if deemed necessary.
Combustion products from the combustion-vaporization zone 15 are carried through the attachment zone 13, storing heat. But as unit 11 has just been swept with air from le, same way as unit 10 as seen above, a relatively large amount of heat, with corresponding high temperatures, is concentrated in the combustion-vaporization zone 15 and in the part of the fixation zone 13 which adjoins it, while the temperatures in the fixation zone 13 fall rapidly downstream.
The following main phase is shown in 1b where oil to be gasified, and advantageously also a gaseous diluent, most often water vapor, is introduced simultaneously, as seen in 1b, into the combustion zone. vaporization in which the oil vaporizes and substantial cracking of the oil thus vaporized takes place. If desired, oil, or oil at the same time as water vapor, can also be introduced simultaneously into the combustion-vaporization zone 14 of the unit 10 and carried through. the pipes to the combustion-vaporization zone 15 of unit 11.
During this phase, the oil is transformed into constituents of petroleum gas, condensable constituents such as tar, "dead oil" and light oil, and free carbon, the latter being deposited for the most part on the walls of the area and on the stacks in it.
As a result of the high temperatures prevailing in the combustion-vaporization zone 15, a small part of the vapor decomposes, together with the carbon in the oil, into water gas, i.e. hydrogen plus oxide. of carbon. However, @
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the main function of the steam is to reduce the partial pressure of the gases formed and to serve as a heat transmitting medium between the hot surfaces of the zones and the vaporized oil. During its passage through the attachment zone 13, the reactive molecular fragments of the cracked oil are transformed or "fixed" into stable molecules of gaseous hydrocarbons.
Thanks to the gradual decrease in the temperatures in the fixing zone 13 as well as to the average temperature of the fixing zone 13, lower than that prevailing in the fixing zone in the conventional processes, the fixing of the gas is facilitated and the risk of excess cracking is reduced.
In addition, and for the reason, the hot gas transfers part of its sensible heat to zone 13, and this additional heat is used in the following stages to preheat the air of unit 10. This obviously means that the sensible heat recovered in zone 13 is no longer wasted as it was in previous processes, and the temperature of the gas leaving zone 13 may be a hundred degrees centigrade or more lower than that. petroleum gas leaving the fixing zone of current processes, which may vary in the process of the invention from about 538 to 760.
The gas formed in unit 11 can then be treated by methods well known in the gas industry, by subjecting it to conventional cooling and condensation operations * Normally, the hot gas is sent to a scrubber which is not other than the primary condenser in which the gas is cooled below the boiling point of water, and condensable constituents such as tar and other hydrocarbons are separated from it * As reported . one can advantageously use a common washer of calculated capacity to be able to receive the products coming from the two units.
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In the figure, the and here represent a repetition of the operations or stages sketched above, but the order of the units being reversed. Designed as seen in the, air is sent through the attachment area 13
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and the combustion-vaporization zone 15. Consistent with the stages already described, the carbon deposited during the preceding gasification operation burns and the hot gases are admitted into the combustion-vaporization zone 14 at the same time. time that a liquid fuel is admitted. This is burnt in the presence of the hot gases and the products of combustion sweep the fixing zone 12, accumulating heat there, then pass to the chimney.
The gasifying oil and the diluent are then admitted together into the combustion-vaporization zone 14 where the oil is vaporized and cracked as described above. The vaporized oil and the diluent sweep the fixing zone 12 where the gas fixes and is recovered in the manner already indicated.
This process is of course continued with a repetition of the cycle starting with stage 1a.
As already pointed out above, Figure 1 shows only the main stages of the process and it should be understood that it is possible, and even preferable, to carry out appropriate "purges" between two or more of these. successive stages. For example, between stages 1a and 1b and between 1a and 1d, an air stream is advantageously sent in the direction indicated without introducing fuel into the respective combustion-vaporization zones. This has the effect of removing from the plant the harmful products formed by the combustion of the fuel before the start of the gasification stage. Likewise, between stages lb and lē, and between ld and la, a stream of water vapor is advantageously sent through the respective units in the direction indicated to free the installation of petroleum gas. .
In this operation of
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purge, it is also advantageous to admit a stream of steam from the downstream end of the unit in which petroleum gas has just been manufactured, in order to ensure the absence of any explosive mixture of gas and air during the "blowing" or next stage of heating.
With respect to the apparatus which can be used, each part, i.e. the combustion-vaporization zone and the attachment zone, may be similar to those currently used in the gasification industry. As indicated above, the combustion-vaporization zone can be constituted by any well known apparatus suitable for this purpose, for example by the fuel section of the conventional apparatus for producing gas at carbureted water, or else by one of the combined gasifiers-carburettors of conventional petroleum gas installations.
Essentially, the combustion-vaporization zone is only a chamber made of heat-conducting material, capable of withstanding high temperatures, for example in clay refractory bricks, carborundum bricks, etc., intended for the combustion of liquid fuel. heating, and, after sufficient heating, vaporization of the gasification oil.
The walls of the chamber are usually large enough to store the calories necessary for subsequent vaporization and the initiation of cracking of the gasifying oil. The chamber can be completely empty, or part of it can be lined with ceramic stacks, such as clay refractory bricks, carborundum bricks, etc. , allowing sensible heat build-up.
As is customary, the combustion-vaporization zone is provided with a burner suitable for the particular type of fuel used. Normally, this burner consists essentially of one or more injection nozzles.
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both the fuel in the combustion-vaporization zone. The burner can be provided with means making it possible to mix the air introduced with the fuel before injection into the combustion-vaporization zone, or even all or part of the air can be admitted separately into this zone. In any case, the air and the fuel are admitted to the combustion-vaporization zones in proportions ensuring good combustion of the fuel in these zones.
With regard to the air sent to one unit prior to its admission to the other unit during the heating stages, the air sent through the first unit must be at least in sufficient quantity to y burn carbon. If the volume of air sent to the first unit is just sufficient to burn the carbon there, an additional volume of air can be added in the combustion-vaporization zone in which the combustion of the liquid fuel takes place. , in sufficient quantity to ensure the combustion of this fuel,!) 'On the other hand, a quantity of air in excess of that required to burn the deposited carbon can be sent to the first unit,
in which case the additional air volume required will decrease accordingly.
Thus, the quantity of air passed through the first unit may be sufficient not only to burn the carbon deposited therein, but also to sustain the combustion of at least most of it, and even all of it. of the liquid fuel admitted into the combustion-vaporization chamber *
The heat storage path or "fixing zone \ 1 can be any well-known device used for similar purposes in the petroleum gas or gas-to-water gas industry.
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consists essentially of an arable chamber made of material resistant to high temperatures, such as refractory brick,
the interior of which is provided with a large number of passages through which the gascuse material must circulate * Usually, the interior is lined with a stack of refractory material like clay refractory brick, the part of the stacks in front of withstand the highest temperatures, that is to say the part closest to the combustion-vaporization zone being made of carborundum bricks, The fixing sounds are of sufficient volume to allow the circulating gases to stay there until their transformation or "fixation" into stable petroleum gas.
The exact size and shape of the attachment zone will be determined by considerations well known in the gasification industry, such as the desired flow rate, required residence time, etc.
The fuel used during the "blowing" or heating stage to store heat in each unit, as previously indicated; may consist of any liquid fuel commonly used in the gasification industry, such as petroleum oils, tars, gases, etc., In general, the fuel used will be petroleum oil; various oils can be used for this purpose, for example Nos. furnace oils. 2 and 3, heavy residual oils, etc.
As has been said, tar, for example, coal tar, carburized water gas tar, and petroleum gas tar of the type formed in this process, can also be used in as fuels, in which case the fuel must have sufficient fluidity to be able to be handled by means of the burner and injected into the combustion-vaporization zone. The proper fluidity can
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be obtained in certain cases by heating the tar or possibly the heavy oil or else by dilution using a liquid of the same nature which is miscible with them but less viscous, or even by these two means at the same time.
As indicated above, the process which is the subject of the invention allows the use for the gasification of a wide variety of petroleum oils. While the prior processes were limited to the use of petroleum oils containing less than 7%, and preferably less than 4%, of Conradson carbon, the process which is the subject of the invention is very suitable for use. petroleum oils containing up to 13% Conradson carbon or even more * It will be recalled that Conradson carbon is defined by the proportion of carbonaceous residue remaining after a standardized heating cycle to which a determined weight is subjected to the oil considered, according to the procedure described under the designation ASTL : D 189-36.
In this procedure, a determined weight of the oil is heated at a determined rate in a crucible until a coke-like residue remains, then this residue is heated red. Conradson oil carbon content from the weight of the remaining carbon, calculating the percentage of this to the weight of the oil sample tested.
Although the process which is the subject of the invention is entirely suitable for the use of oils ranging from gas oils or diesel oils to and including heavier residual oils, crude oils and light hydrocarbon oils. such as propane, butane, kerosene (lampant), etc. can also be used if desired.
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As indicated, it is advantageous to introduce a gaseous diluent into the combustion-vaporization zone along with the oil to be gasified to reduce the partial stresses of the oil vapors.
This diluent, if used, should advantageously condense easily, that is to say at a temperature equal to or greater than the boiling point of water, so that at least its greater part can be removed in the scrubber * However, condensers with a lower temperature can be used if necessary. While Steam is the most commonly used diluent, all or part of the diluent may nevertheless be hydrocarbons gas such as methane or other residual gaseous constituents, having for the most part less than four carbon atoms, or gas to water, The relative proportions of diluent and gasification oil can be very variable, as well as it is well known in the art.
For example the ratio of diluent to gasifying oil can vary between zero and about 1 part from first to second, by weight.
The diluent, water vapor for example, may or may not be superheated before being mixed with the vaporized gasification oil. Advantageously, the diluent is constituted by superheated water vapor and it is relatively important little, from the point of view of the invention, that the steam has been preheated to its superheating temperature in a zone quite distinct from the two units, or else that it is superheated during its admission to the combustion-vaporization zone in each unit and before or during its mixing with vaporized gasifying oil vapors * In the patent application filed
EMI20.1
by the present applicant on 3 / J.1 llr under number 3. r:
r70 describes a process for manufacturing petroleum gas
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using several communicating gasification units, separately heated, as in the process of the present invention, and in which the steam is preheated for the gasification stage in one of the units by passing it through the other unit in the direction which goes from the downstream end towards the combustion-vaporization zone of the latter * In accordance with the preferred mode of implementation of the method which is the subject of said application, the operating cycle is increased by passing air through one of the units in the manner described in the present application, prior to its admission into the combustion-vaporization zone of the other unit,
and by preheating steam in one of the units prior to its admission to the other unit for the gasification stage. The superheating of water vapor for the gasification stage in one unit, accomplished by passing it countercurrently through the other unit, is not part of the present invention, but is the subject of said application. above.
The average temperatures in each unit are similar to those used in conventional processes, being for example between 620 and 1093 approximately, preferably between 760 and 900 approximately. However, it will be appreciated that by virtue of the new process described relatively higher temperatures, for example about 50 to 2700 higher than those obtained in the past, will be located in the combustion-vaporization zones of each unit; while the temperature in the vicinity of the downstream end of each attachment zone will be somewhat lower, for example from about 50 to 2700, than those used in conventional processes.
A series of tests were carried out in which air was passed through one of the units as described above before being admitted to the other unit, this operation then being repeated in reversing
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order of units, and using various petroleum oils as gasification oil and liquid fuel. In a first run, which lasts several hours, a petroleum oil having a Conradson carbon content of 0.20% is used both as gasification oil and as liquid fuel. In this case, it takes 0.136 liters of oil as fuel per cubic meter of gas, and 1.62 liters of oil as gasification oil per cubic meter of gas, which makes a total of 1.76 liters of gas. oil per meter of gas.
In another test lasting several hours, petroleum oil with a Conradson carbon content of 0.02% was used. It takes 0.117 1 / mc of gas as fuel and 1.453 lime of gas as gasification oil, giving a total of 1.570 liters of oil required per cubic meter of gas produced. In a third test, for several hours, a petroleum oil having a content of 13.03% of Conradson carbon is used as fuel and gasification oil. Only 0.032 1 / mc is required as fuel and 1.533 1 / ne as gasification oil, or a total of 1.565 liters of oil required per cubic meter of gas produced.
It will therefore be appreciated that not only Conradson high carbon oils can be used as the gasification oil, but also the higher the content of the Conradson carbon gasification oil, the less is needed. '' use fuel oil.
Of course, the details of implementation of the invention can be considerably modified without departing from the spirit thereof.