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PERFECTIONNEMENTS 'AU TRAITEMENT DE.MATIERES HYDROCARBONEES'LOURDES.
La présente invention est relative à un procédé de traitement d'hydrocarbures. L'invention est relative plus particulièrementà un procédé amélioré de réduction de la viscosité de résidus hydrocarbonés lourds du type des matières brutes ou similaires distillées (topped) ou réduites, par un traitement thermique convenant pour produire des proportions accrues d'hydrocarbures et d'huiles combustibles de qualité améliorée, de la classe des combustibles de moteur.
Dans son plus large aspect, l'invention prévoit de soumettre des résidus lourds du type spécifié à un traitement de réduc- tion de viscosité ou "visbreaking" à des températures et des pressions éle- vées convenant pour la production'de quantités plus élevées de gazoline, et de soumettre à distillation instantanée le produit de viscosité réduite sous des conditions capables de maintenir le temps de'séjour et la tempéra- ture des dépôts de la distillation instantanée dans la zone de distillation instantanée, à des valeurs minima désirables pour produire un fuel oil à faible sédimentation.
Lors du raffinage de l'huile lourde, la première étape est nor- malement une distillation.simple ou "topping" pour produire des fractions de distillation et un résidu lourd. En vue d'obtenir des productions maxima de combustibles pour moteur de haute qualité, toutes les fractions bouillant au-dessus de la gamme de température d'ébullition de la gazoline et particu- lièrement celles bouillant au-dessus de la gamme de températures d'ébullition de l'huile de chauffage doivent être soumises à un cracking catalytique. Ce- pendant, le résidu lourd d'une distillation habituelle de matières brutes bouillant au-dessus d'environ 800 F ne représente pas, comme tel, une charge d'alimentation convenable pour un cracking catalytique.
Parmi les procédes développés pour produire des charges d'alimentation satisfaisantes pour un cracking catalytique à partir de ces résidus, la réduction de viscosité ou "visbreaking" est l'un des plus largement utilisés.
La réduction de viscosité comprend un traitement de matières
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brutes réduites ou semblablesà des températures d'environ 780 -950 F et des pressions d'environ 200-1500 livres par pouce carré de pression effective à des vitesses d'alimentation de 1 à 75 volumes par heure d'huile à 60 F par volume de cracking, au-dessus de 750 F pour produire, par un type léger de cracking thermique, environ 5 à 15 volumes % de gasoil, environ 5 à 15 volumes % de gazoline et environ 85 à 70 volumes % de fuel oil lourd.
Les conditions spécifiques dans les limites spécifiées dépendent du type de l'alimentation au dispositif de réduction de viscosité (visbreaker). Le gasoil ainsi formé représente une charge d'alimentation convenable pour la production de quantités additionnelles de gazoline de haute qualité par cracking catalytique ou, après une opération de finissage convenable, un combustible de distillation acceptable. Des produits formés dans le "Visbrea- king", la gazoline a la plus haute valeur et le fuel oil la plus faible.
En vue d'obtenir la formation la plus élevée possible de produit, il est haute- ment désirable, par conséquent, de réduire les productions de fuel oil à un minimum tout en augmentant simultanément les productions de gazoline et de gasoil à un maximum. ,Cela peut être réalisé en augmentant la rigueur du trai- tement de cracking thermique, c'est-à-dire, en augmentant la température et/ou en prolongeant le temps de cracking. Cependant, lorsqu'on opère de cette fa- çon, la qualité du fuel oil produit, particulièrement ses caractéristiques de sédimentation sont diminuées jusqu'à un point tel que le fuel oil est inacceptable pour la plupart des destinations.
Par conséquent, une opération de réduction de viscosité permettant la production de quantités accrues de ga- zoline et de gasoil et, en même temps, de quantités moindres de fuel oil, mais de caractéristiques de sédimentation satisfaisantes, est devenue une nécessi- té fortement ressentie dans la technique de raffinage du pétrole. La présen- te invention procure une opération de ce type.
Le principal objet de la présente invention est, par conséquent, de fournir des moyens perfectionnés pour réduire la viscosité de résidus lourds de pétrole du type spécifié, permettant la production de quantités maxima de combustibles de distillation et pour moteur, et des quantités re- lativement petites d'un fuel oil lourd de haute qualité. D'autres objets et avantages apparaîtront de la description suivante de l'invention, dans laquelle on fait référence au dessin annexé, la figure unique étant une illus- tration semi-schématique d'un système convenable pour mettre en oeuvre une réalisation préférée suivant l'invention.
On a maintenant trouvé que la rigueur de cracking thermique de l'opération de réduction de viscosité peut être sensiblement accrue, sans af- fecter, d'une manière nuisible, la qualité du fuel oil, en réduisant sensi- blement la température et le temps de séjour du goudron de "visbreaker" dans la zone où il est séparé des produits de "visbreaker" plus légers. Des tem- pératures de goudron d'environ 400 -600 F et des temps de séjour du goudron d'environ 20 à 300 secondes à ce point sont particulièrement avantageuses, des températures et des temps de séjour minima étant préférés dans les limites spécifiées.
Ces conditions peuvent être maintenues suivant l'invention par une 'combinaison de trois étapes, c'est-à-dire, (1) refroidissement de la ma- tière effluente de la zone de réduction de viscosité, à partir de températures de réduction de viscosité d'environ 780 -950 F suivant le type d'alimentation, jusqu'à une température d'environ 500 à 800 F avant relachement de pression;
(2) soumission de la matière effluente refroidie à une distillation instanta- née en l'injectant dans une zone de distillation instantanée à une pression d'environ 50 à 300 livres par pouce carré de pression effective, et enlève- ment des queues légères, du goudron dans la zone de distillation instantanée; et (3) nouveau refroidissement du goudron à la base de la zone de distilla- tion instantanée jusqu'à une température d'environ 4000 à 600 F tout en li- mitant le temps de séjour du goudron dans la base de la tour de distillation instantanée à un minimum sensiblement constant par des moyens de trop-plein convenables. La troisième étape a été trouvée particulièrement critique pour les buts de l'invention.
Lorsqu'on.opère de cette manière, la prodùction de gazoline obtenue dans le procédé de réduction de viscosité lui-même peut être accrue d'environ 2 à 10% par rapport à l'alimentation, et la production de gasoil d'environ la même quantité avec une réduction simultanée dans la pro-
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duction de fuel oil, d'environ 4 à 20 % par rapport à l'alimentation de fuel oil de haute qualité à faible sédimentation. Une augmentation de la produc- tion de gazoline de 2 à 10 % par rapport à l'alimentation peut représentèr, suivant le type d'alimentation, une augmentation de 20 à 100 % dans la produc- tion de gazoline.
Des conditions de réduction de viscosité convenables dans ce but supposent des températures d'environ 780 -950 F, des pressions d'envi- ron 200 à 1500 livres par pouce carré de pression effective, et des vitesses d'al-imentation au "visbreaker" de 1 à 75 volumes, par heure, d'huile à 60 F par volume de cracking au-dessus de 750 F. Comme dans une opération de trai- tement habituelle, les conditions spécifiques varient avec le type d'alimen- tation au "visbreaker". Cependant, d'une manière tout à fait générale, les conditions à appliquer dans le cas de l'invention sont plus rigoureuses que celles des traitements habituels, dans les limites spécifiées,, Spécialement, la température peutétre environ de 20 à 50 F plus élevée que celle couram- ment utilisée pour la même alimentation,
de manière à augmenter la rigueur de traitement.
Bien que l'invention soit applicable à tous les types de sys- tèmes de "Visbreaking" habituels, une zone de visbreâking ou de réduction de viscosité sous forme d'un parcours étendu étroitement resserré tel qu'un ser- pentin convenable dans un fourneau, excluant des durées de trempage excessi- ves du produit dont on réduit la viscosité, sensiblement à des conditions de réduction de viscosité, offre une amélioration maximum sur les types pré- cédents d'opération, lorsqu'une telle zone est incorporée dans la procédé de l'invention. La conception du type à tube et réservoir prévoyant un grand espace de trempage pour l'alimentation à des conditions de réduction de vis- cosité donne des améliorations nettement moins importantes.
Les objets et la nature générale de l'invention ayant été défi- nis, ladite invention sera mieux comprise dela description plus détaillée suivante donnée avec référence au dessin. Le système illustré au dessin com- prend essentiellement un serpentin de réduction de viscosité ou de visbreaking 7, disposé dans un fourneau 9, et une tour de distillation instantanée 15 pour- vue d'un pot à goudron 21 et d'un circuit de refroidissement du pot à goudron 29, 33, 35. Les fonctions et la-coaction de ces éléments seront décrites ci- après en liaison avec le traitement de résidus vierges provenant d'une distil- lation de matières brutes sous pression atmosphérique.
Il doit être compris, cependant, que le système peut être utilisé d'une manière sensiblement ana- logue pour la réduction de viscosité ou visbreaking d'autres résidus hydrocar- bonés lourds.
En fonctionnement, un résidu vierge de distillation de matières brutes bouillant au-dessus d'environ 800 F peut être alimenté par une conduite 1, une pompe d'alimentation 3 et la conduite 5 au serpentin de réduction de viscosité 7, sensiblement à la température à laquelle il est récupéré d'un ap- pareil de distillation de matières brutes, soit à environ 500 -700 F. Le serpentin 7 est disposé dans un fourneau 9 de manière à procurer une section de préchauffage.maintenue à environ 500 -850 F, une section de chauffage maintenue à environ 780 -950 F, et une section de trempage relativement cour- te maintenue sensiblement à la température de la section de chauffage.
L'a- limentation est chauffée dans le serpentin 7 aux températures mentionnées dans l'ordre indiqué à une pression d'environ 100 à 1500 livres par pouce carré de pression effective. Les dimensions du serpentin et la vitesse d'a- limentation de l'huile sont corrélatives de manière que le temps de séjour de l'huile aux conditions de réduction de viscosité excédant 750 F sera d'en- viron 0,8 à 30 minutes, correspondant à un passage d'huile d'environ 75 à 2 volumes d"huiles liquide par volume de serpentin de visbreaking et par heu- re (v/v/heure).
Le produit de viscosité réduite est évacué à la pression de ré- duction de viscosité et à une température d'environ 7800 à 950 F en une pha- se de mélange vapeur-liquide, par une conduite 11 dans laquelle il est, de préférence, refroidi à une température d'environ 500 à 800 F par addition de goudron produit arrivant par la conduite 13. Dans ce but, environ 0,5 à 1,5 volume liquide de goudron'produit par volume liquide d'alimentation de ré- sidu peut être fourni par la conduite 13 à une température d'environ 4000 à
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650 F, comme cela apparaîtra plus clairement ci-après.
Le produit refroidi passe par une soupape de décharge de pression 14 et, de là, dans la partie inférieure de la section à chicanes d'une tour de distillation instantanée 15 à une température d'environ 450 à 800 F et à une pression effective d'en- viron 100 à 200 livres par pouce carré. De la vapeur d'épuration est admise à la tour de distillation instantanée 15 par des conduites 17 en un point inférieur au point d'alimentation de la conduite 11, pour aider à l'enlève- ment de produits de distillation comprenant de la gazoline et du gasoil qui quittent la tour 15 au sommet par une conduite 19 pour être travaillés à nou- veau dans une installation habituelle de fractionnement et de cracking cata- lytique, (non représentée).
Le goudron lourd d'un taux d'ébullition convenant pour son in- clusion dans un fuel oil lourd est collecté dans un pot à goudron 21 et y ma- nipulé comme suit. Le goudron produit est évacué par une conduite 23 et en- voyé à l'emmagasinage à une vitesse d'environ 0,65- 0,95 volume liquide par volume liquide d'alimentation de résidu, vitesse réglée par une soupape 25 qui est commandée par un moyen courant de contrôle à levier 27, tel que les régulateurs à flotteur ou à pression différentielle. Le niveau du goudron dans le pot à goudron 21 est réglé de telle manière qu'un maintien sensible- ment constant,du goudron et un temps de séjour de celui-ci d'environ 0,5 à 5 minutes, de.préférence très près de la limite inférieure, sont prévus aux vitesses d'alimentation du goudron spécifiées ici.
Un courant de goudron est envoyé de la base du pot à goudron 21 par une conduite 29 grâce à une pompe 31,à travers,un réfrigérateur 33 et, par une conduite 35, est renvoyé dans le pot à goudron 21 en un point supérieur au point d'enlèvement du cou- rant de goudron de circulation. La température du réfrigérateur 33 et la vi- tesse de circulation du goudron dans la conduite 35 sont réglées de manière que la température du pot à goudron soit maintenue à environ 4000 à 650 F.
Cela peut être réalisé en faisant circuler environ 0,25 à 5 volumes liquides de goudron par volume liquide de goudron produit dans la conduite 35 à une température d'environ 200 à 450 F. Un troisième courant de goudron peut être évacué du pot à goudron 21 et envoyé par la conduite 13 à la conduite 11 pour servir de milieu réfrigérant dans la conduite 11 comme décrit ci-a- vant.
Le système représenté au dessin permet diverses modifications.
Par exemple, le milieu réfrigérant peut être ajouté à la zone de distilla- tion instantanée plutôt que dans la conduite de transport pour fournir une distribution ou répartition de température similaire. D'autres modifications dans l'esprit de l'invention apparaîtront aux techniciens en ce domaine.
Les avantages donnés par la présente invention seront de plus illustrés par les résultats expérimentaux comparatifs donnés ci-après. Deux résidus différents de matières brutes ont été traités dans une installation pilote conçue et fonctionnant en substance comme décrit ci-avant avec réfé- rence au dessin. Les charges d'alimentation avaient les caractéristiques sui- vantes à l'inspection.
TABLEAU I.
EMI4.1
<tb>
Résidu <SEP> A <SEP> Résidu <SEP> B
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Gravité <SEP> API <SEP> 11,0 <SEP> 8,6
<tb>
<tb>
<tb> Viscosité, <SEP> secondesSaybolt <SEP> à <SEP> 210 F <SEP> 190 <SEP> 911
<tb>
<tb>
<tb> Déversement <SEP> (ASTM <SEP> supérieur), <SEP> F <SEP> +65 <SEP> +100
<tb>
<tb>
<tb> Soufre, <SEP> % <SEP> en <SEP> poids <SEP> 3,08 <SEP> 2,71
<tb>
<tb>
<tb> Carbone <SEP> Conradson, <SEP> % <SEP> en <SEP> poids <SEP> 15,7 <SEP> 19,7
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Distillation-sous <SEP> le <SEP> vide <SEP> à <SEP> 10 <SEP> mm.
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
Point <SEP> d'ébullition <SEP> initial, <SEP> F <SEP> 513 <SEP> 698
<tb>
<tb>
<tb> 5 <SEP> %, <SEP> F <SEP> 870 <SEP> 930
<tb>
<tb>
<tb> Point <SEP> d'ébullition <SEP> final, <SEP> F <SEP> 948 <SEP> 948
<tb>
<tb>
<tb> Récupération, <SEP> % <SEP> en <SEP> poids <SEP> 13,0 <SEP> 7,0
<tb>
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Le goudron récupéré du pot à goudron dans chaque cas était mélan- gé jusqu'à une viscosité constante Saybolt Furol de 175 secondes à 122 F avec la même charge de flux du type gasoil en accord avec la pratique habituelle admise. Ces mélanges de fuel oil étaient alors soumis à essais pour leurs ca- ractéristiques de sédimentation par le même procédé de filtration aux mêmes conditions, et la quantité de sédiment enlevée était rapportée en % en poids.
Les mélanges de fuel oil indiquant un excès de sédiments de 0,5 % étaient con- sidérés comme non satisfaisants du point de vue des caractéristiques de sédi- mentation.
Les expériences de réduction de viscosité ou visbreaking étaient réalisées à une pression effective du serpentin de visbreaking de 350 livres par pouce carré, à un passage de 15 v/v/heure dans la section du serpentin maintenue au-dessus de 750 F et à une pression effective de la tour de distil- lation instantanée d'environ 100 livres par pouce carré. Les autres conditions de réaction et les résultats obtenus en utilisant le résidu A sont donné ci- après sous forme de tableau
TABLEAU II.
EMI5.1
<tb>
Huile <SEP> de <SEP> refroidis- <SEP> Tour <SEP> de <SEP> distilla-
<tb>
<tb> sement <SEP> vers <SEP> conduite <SEP> 11 <SEP> tion <SEP> instantanée
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Traite- <SEP> Température <SEP> Tempo <SEP> Vitesse <SEP> en <SEP> Tempo <SEP> de <SEP> Pot <SEP> à <SEP> Produc- <SEP> Sédi-
<tb>
<tb>
<tb> de <SEP> sortie <SEP> du <SEP> vol/vol, <SEP> zone <SEP> de <SEP> goudron <SEP> tion <SEP> de <SEP> ment,
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> ment <SEP> serpentin, F <SEP> F <SEP> d'aliment, <SEP> inst. <SEP> F <SEP> Temp. <SEP> Temps <SEP> gazoli- <SEP> % <SEP> en
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> F <SEP> min.
<SEP> poids
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> F <SEP> 860- <SEP> 796 <SEP> 794 <SEP> 19 <SEP> 15,8 <SEP> 1,8
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> G <SEP> 910 <SEP> 603 <SEP> ' <SEP> 0,25 <SEP> 800 <SEP> 603 <SEP> 1 <SEP> 16,1 <SEP> 0,22
<tb>
Une comparaison des traitements F et G montre que le traitement G qui utilisait une température plus basse du pot à goudron, 603 F pour 794 F, et un temps plus court, 1 minute pour 19 minutes, produisait un fuel oil de. caractéristiques de sédimentation satisfaisantes tandis que le traitement F avec ses conditions de haute température et de long séjour dans le pot à gou- dron donnait un produit non satisfaisant.
On a précédemment établi qu'une rigueur accrue de cracking diminue la qualité du fuel oil en ce qui concerne la sédimentation mais cela n'est pas propice aux résultats précités car la rigueur de cracking, comme elle est mesurée de la manière habituelle par la production de gazoline, est constante. Pour obtenir un fuel oil satisfaisant sans utiliser le procédé de l'invention, la rigueur de cracking et la conver- sion doivent être réduites et, de ce fait, les productions de gazoline seront réduites et la production de fuel oil lourd augmentée.
Un autre exemple dans lequel un résidu de caractère différent était utilisé aux conditions de fonctionnement précédemment citées est résumé au tableau III ci-après pour le résidu B.
TABLEAU III.,
EMI5.2
<tb> Huile <SEP> de <SEP> refroidis- <SEP> ' <SEP> Tour <SEP> de <SEP> distil-
<tb>
<tb> sement <SEP> vers <SEP> condui- <SEP> lation <SEP> instan-
<tb>
<tb>
<tb> te <SEP> 11 <SEP> tanée
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Température <SEP> Tempo <SEP> Vitesse <SEP> en <SEP> Tempo <SEP> de <SEP> Pot <SEP> à <SEP> Produc- <SEP> sédi-
<tb>
<tb>
<tb> Trai- <SEP> de <SEP> sortie <SEP> du <SEP> vol./vol. <SEP> zone <SEP> de <SEP> goudron <SEP> tion <SEP> ment,
<tb>
<tb>
<tb> serpentin, <SEP> d'aliment. <SEP> dist. <SEP> inst. <SEP> de <SEP> ga- <SEP> % <SEP> en
<tb>
<tb> tement <SEP> F <SEP> F <SEP> F <SEP> Temp. <SEP> Temps <SEP> zoli- <SEP> poids
<tb>
<tb>
<tb> F <SEP> min.
<SEP> ne
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Q <SEP> 860- <SEP> - <SEP> 787 <SEP> 786 <SEP> 17 <SEP> 13,7
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> R <SEP> 920 <SEP> 530 <SEP> 0,77 <SEP> 605 <SEP> 530 <SEP> 1 <SEP> 13,5 <SEP> 0,42
<tb>
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@ trop élevé pour être déterminé en utilisant ce processsus d'essai,
Des expériences indiquent que cette valeur est de l'ordre de 1 à 2 %.
On notera que, dans le traitement R, sous des conditions de basse température et de temps de séjour court dans le pot à goudron, le fuel oil montrait des caractéristiques de sédimentation satisfaisantes tandis que les conditions de température élevée et de temps de séjour long du traitement Q produisaient un fuel oil non satisfaisant.
En considérant les expériences rapportées aux tableaux II et III, on notait également que l'utilisation d'une huile de flux relativement aromatique amenait un perfectionnement supplémentaire dans les caractéris- tiques de sédimentation des mélanges goudron-fuel-oil comparativement à l'u- sage d'une huile de flux relativement paraffinique. Par exemple, dans le cas d'un traitement Q, le sédiment pouvait être réduit depuis une valeur estimée à 1 à 2 % jusqu'à 0,3 % en utilisant un flux plus aromatique ayant un indice Diesel de 10,.comparativement à un flux relativement paraffinique ayant un indice Diesel de 40.
La signification de cette différence réside dans le fait que la rigueur de la réduction de viscosité peut être encore accrue pour produire des quantités encore plus élevées de gazoline tout en maintenant en- core les caractéristiques de sédimentation du mélange de fuel oil final dans les limites désirables, lorsqu'on utilise une huile de flux du type gasoil relativement aromatique pour préparer des mélanges de fuel oil ayant une vis- cosité Saybolt Furol d'environ 125-175 secondes, et en opérant d'ailleurs sui- vant l'invention. Laproduction de fuel oils de cette manière est, par consé- quent, une réalisation préférée de la présente invention.
On a aussi trouvé que des résidus dont on a enlevé les sels sont des charges d'alimentation supérieures pour les buts de l'invention, spé- cialement en ce qui concerne l'action du serpentin par comparaison avec les résidus normaux. On a trouvé que les charges d'alimentation à sels enlevés produisaient une quantité de coke jusqu'à environ 24 % du'volume du serpentin de visbreaking en 16 heures, comparativement aux 56 % de ce volume en 12 heures dans le cas des résidus normaux.
Il est préférable, par conséquent, de soumettre les charges d'alimentation ou, de préférence, l'huile lourde d'origine à un traitement convenable courant d'enlèvement des sels, tel qu'un lavage à l'eau suivi d'un processus de rupture d'émulsion, pour permettre la réalisation de l'avantage maximum en liaison avec l'invention lorsque cel- le-ci est appliquée à un traitement à serpentin seul, par comparaison aux pro- cédés à tube et réservoir.
La description et les traitements exemplatifs précédents ont ser- vi à illustrer des réalisations spécifiques de l'invention mais ne sont pas destinés à en limiter la portée.
'REVENDICATIONS.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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IMPROVEMENTS 'IN THE TREATMENT OF HEAVY HYDROCARBONES' MATERIALS.
The present invention relates to a process for treating hydrocarbons. The invention relates more particularly to an improved process for reducing the viscosity of heavy hydrocarbon residues of the type of raw materials or the like distilled (topped) or reduced, by a heat treatment suitable for producing increased proportions of hydrocarbons and oils. improved quality fuels of the motor fuel class.
In its broadest aspect, the invention provides for subjecting heavy residues of the type specified to a viscosity reduction or "visbreaking" treatment at elevated temperatures and pressures suitable for the production of higher amounts of carbon. gasoline, and instantaneously distilling the product of reduced viscosity under conditions capable of maintaining the residence time and the temperature of the flash distillation deposits in the flash distillation zone at minimum desirable values to produce a low sedimentation fuel oil.
When refining heavy oil, the first step is normally simple distillation or "topping" to produce still fractions and a heavy residue. In order to obtain maximum production of high quality motor fuels, all fractions boiling above the gasoline boiling temperature range and particularly those boiling above the temperature range of gasoline. boiling heating oil should be subjected to catalytic cracking. However, the heavy residue from a usual distillation of raw materials boiling above about 800 ° F does not, as such, represent a suitable feedstock for catalytic cracking.
Among the processes developed to produce satisfactory feedstocks for catalytic cracking from these residues, viscosity reduction or "visbreaking" is one of the most widely used.
Viscosity reduction includes treatment of materials
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reduced or similar crude at temperatures of about 780 -950 F and pressures of about 200-1500 pounds per square inch of effective pressure at feed rates of 1 to 75 volumes per hour of oil at 60 F by volume of cracking, above 750 F to produce, by a light type of thermal cracking, about 5 to 15 volumes% of gas oil, about 5 to 15 volumes% of gasoline and about 85 to 70 volumes% of heavy fuel oil.
The specific conditions within the specified limits depend on the type of feed to the viscosity reduction device (visbreaker). The gas oil thus formed represents a suitable feedstock for the production of additional quantities of high quality gasoline by catalytic cracking or, after a suitable finishing operation, an acceptable distillation fuel. Of the products formed in "Visbrea- king", gasoline has the highest value and fuel oil the lowest.
In order to obtain the highest possible product formation, it is therefore highly desirable to reduce fuel oil productions to a minimum while simultaneously increasing gasoline and gas oil productions to a maximum. This can be achieved by increasing the severity of the thermal cracking treatment, that is, by increasing the temperature and / or extending the cracking time. However, when operated in this manner, the quality of the fuel oil produced, especially its settling characteristics, is diminished to such an extent that the fuel oil is unacceptable for most purposes.
Therefore, a viscosity reduction operation allowing the production of increased amounts of gasoline and gasoline and, at the same time, lesser amounts of fuel oil, but of satisfactory settling characteristics, has become a strongly felt necessity. in the technique of petroleum refining. The present invention provides for such an operation.
The main object of the present invention, therefore, is to provide improved means for reducing the viscosity of heavy petroleum residues of the type specified, allowing the production of maximum amounts of distillation and motor fuels, and in relative amounts. high quality heavy fuel oil. Other objects and advantages will emerge from the following description of the invention, in which reference is made to the accompanying drawing, the single figure being a semi-schematic illustration of a system suitable for implementing a preferred embodiment according to FIG. 'invention.
It has now been found that the thermal cracking severity of the viscosity reduction operation can be significantly increased, without adversely affecting the quality of the fuel oil, by significantly reducing temperature and time. "visbreaker" tar stays in the area where it is separated from the lighter "visbreaker" products. Tar temperatures of about 400-600 ° F and tar residence times of about 20 to 300 seconds at this point are particularly advantageous, with minimum temperatures and residence times being preferred within specified limits.
These conditions can be maintained according to the invention by a combination of three steps, i.e., (1) cooling the effluent material from the viscosity reduction zone from reduction temperatures of. viscosity of about 780 -950 F depending on the type of feed, up to a temperature of about 500 to 800 F before pressure release;
(2) subjecting the cooled effluent material to flash distillation by injecting it into a flash distillation zone at a pressure of about 50 to 300 pounds per square inch of effective pressure, and removing light bottoms, tar in the flash distillation zone; and (3) re-cooling the tar at the base of the flash distillation zone to a temperature of about 4000 to 600 F while limiting the residence time of the tar in the base of the distillation tower. instantaneous to a substantially constant minimum by suitable overflow means. The third step has been found particularly critical for the purposes of the invention.
When operated in this manner, the gasoline production obtained in the viscosity reduction process itself can be increased by about 2-10% over the feed, and the gas oil production by about the same. same quantity with a simultaneous reduction in the pro-
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fuel oil reduction, about 4-20% relative to the feed of high quality low sedimentation fuel oil. An increase in gasoline production of 2 to 10% in relation to the feed may represent, depending on the type of feed, an increase of 20 to 100% in the production of gasoline.
Suitable viscosity reduction conditions for this purpose assume temperatures of about 780 -950 F, pressures of about 200 to 1500 pounds per square inch of effective pressure, and visbreaker feed rates. "from 1 to 75 volumes, per hour, of oil at 60 F per volume of cracking above 750 F. As in a usual processing operation, the specific conditions vary with the type of feed. "visbreaker". However, quite generally, the conditions to be applied in the case of the invention are more stringent than those of the usual treatments, within the limits specified. Especially, the temperature may be about 20 to 50 F higher. than that currently used for the same power supply,
so as to increase the rigor of treatment.
Although the invention is applicable to all types of conventional "Visbreaking" systems, a visbreking or viscosity reduction zone in the form of a narrowly tight extended path such as a suitable coil in a furnace. , excluding excessive soak times of the product whose viscosity is reduced, substantially at viscosity reducing conditions, provides maximum improvement over previous types of operation, when such a zone is incorporated into the process. of the invention. The tube and tank type design providing a large quench space for supply at reduced viscosity conditions results in much smaller improvements.
The objects and general nature of the invention having been defined, said invention will be better understood from the following more detailed description given with reference to the drawing. The system illustrated in the drawing essentially comprises a viscosity reduction or visbreaking coil 7, placed in a furnace 9, and an instantaneous distillation tower 15 provided with a tar pot 21 and a cooling circuit. of the tar pot 29, 33, 35. The functions and co-action of these elements will be described below in connection with the treatment of virgin residues from the distillation of raw materials under atmospheric pressure.
It should be understood, however, that the system can be used in a substantially analogous manner for viscosity reduction or visbreaking of other heavy hydrocarbon residues.
In operation, a virgin raw material distillation residue boiling above about 800 F can be fed through line 1, feed pump 3, and line 5 to the viscosity reduction coil 7, substantially at temperature. to which it is recovered from a crude material distillation apparatus, ie at approximately 500 -700 F. The coil 7 is placed in a furnace 9 so as to provide a preheating section. maintained at approximately 500 -850 F. , a heater section maintained at about 780 -950 F, and a relatively short soak section maintained at substantially the temperature of the heater section.
The feed is heated in coil 7 to the temperatures listed in the order shown at a pressure of about 100 to 1500 pounds per square inch of effective pressure. The dimensions of the coil and the oil feed rate correlate so that the residence time of the oil at viscosity reduction conditions exceeding 750 F will be about 0.8 to 30 minutes. , corresponding to an oil passage of about 75 to 2 volumes of liquid oils per volume of visbreaking coil and per hour (v / v / hour).
The reduced viscosity product is discharged at the viscosity reducing pressure and at a temperature of about 7800 to 950 ° F in a vapor-liquid mixing phase, through a line 11 in which it is preferably. cooled to a temperature of about 500 to 800 F by addition of produced tar entering through line 13. For this purpose, about 0.5 to 1.5 liquid volumes of tar produced per liquid volume of residue feed can be supplied through line 13 at a temperature of about 4000 to
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650 F, as will appear more clearly below.
The cooled product passes through a pressure relief valve 14 and from there to the lower part of the baffle section of an instant still tower 15 at a temperature of about 450 to 800 F and an effective pressure of d. About 100 to 200 pounds per square inch. Scrubbing steam is admitted to flash tower 15 through lines 17 at a point below the feed point of line 11 to aid in the removal of still products including gasoline and gasoline. diesel which leaves the tower 15 at the top via a pipe 19 to be worked again in a usual installation for fractionation and catalytic cracking (not shown).
Heavy tar of a boiling rate suitable for inclusion in heavy fuel oil is collected in a tar pot 21 and handled therein as follows. The produced tar is discharged through line 23 and sent to storage at a rate of about 0.65-0.95 liquid volume per liquid volume of residue feed, a rate controlled by a valve 25 which is controlled. by common lever control means 27, such as float or differential pressure regulators. The level of the tar in the tar pot 21 is adjusted such that a substantially constant maintenance of the tar and a residence time thereof of about 0.5 to 5 minutes, preferably very close. of the lower limit, are provided at the tar feed rates specified here.
A current of tar is sent from the base of the tar pot 21 through a pipe 29 by means of a pump 31, through a refrigerator 33 and, through a pipe 35, is returned to the tar pot 21 at a point above the point of removal of the circulating tar stream. The temperature of the refrigerator 33 and the rate of circulation of the tar in the line 35 are controlled so that the temperature of the tar pot is maintained at about 4000 to 650 F.
This can be accomplished by circulating about 0.25 to 5 liquid volumes of tar per liquid volume of tar produced in line 35 at a temperature of about 200 to 450 F. A third stream of tar can be drained from the tar pot. 21 and sent through line 13 to line 11 to serve as a refrigerant medium in line 11 as described above.
The system shown in the drawing allows various modifications.
For example, the refrigerant medium can be added to the flash distillation zone rather than the transport line to provide a similar temperature distribution or distribution. Other modifications in the spirit of the invention will be apparent to those skilled in the art.
The advantages given by the present invention will be further illustrated by the comparative experimental results given below. Two different raw material residues were treated in a pilot plant designed and operating substantially as described above with reference to the drawing. The feedstocks had the following characteristics on inspection.
TABLE I.
EMI4.1
<tb>
Residue <SEP> A <SEP> Residue <SEP> B
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Severity <SEP> API <SEP> 11.0 <SEP> 8.6
<tb>
<tb>
<tb> Viscosity, <SEP> secondsSaybolt <SEP> to <SEP> 210 F <SEP> 190 <SEP> 911
<tb>
<tb>
<tb> Spill <SEP> (ASTM <SEP> superior), <SEP> F <SEP> +65 <SEP> +100
<tb>
<tb>
<tb> Sulfur, <SEP>% <SEP> in <SEP> weight <SEP> 3.08 <SEP> 2.71
<tb>
<tb>
<tb> Carbon <SEP> Conradson, <SEP>% <SEP> in <SEP> weight <SEP> 15.7 <SEP> 19.7
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Distillation-under <SEP> the empty <SEP> <SEP> to <SEP> 10 <SEP> mm.
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
Initial <SEP> boiling point <SEP>, <SEP> F <SEP> 513 <SEP> 698
<tb>
<tb>
<tb> 5 <SEP>%, <SEP> F <SEP> 870 <SEP> 930
<tb>
<tb>
<tb> Final boiling point <SEP> <SEP>, <SEP> F <SEP> 948 <SEP> 948
<tb>
<tb>
<tb> Recovery, <SEP>% <SEP> in <SEP> weight <SEP> 13.0 <SEP> 7.0
<tb>
<Desc / Clms Page number 5>
The tar recovered from the tar pot in each case was mixed to a constant Saybolt Furol viscosity of 175 seconds at 122 F with the same diesel-type flux load in accordance with accepted usual practice. These fuel oil mixtures were then tested for their sedimentation characteristics by the same filtration process under the same conditions, and the amount of sediment removed was reported in% by weight.
Fuel oil mixtures showing a sediment excess of 0.5% were considered unsatisfactory from the point of view of sediment characteristics.
The viscosity reduction or visbreaking experiments were carried out at an effective visbreaking coil pressure of 350 psi, at a passage of 15 v / v / hour in the section of the coil maintained above 750 F and at a effective pressure of the instantaneous distillation tower of about 100 pounds per square inch. The other reaction conditions and the results obtained using residue A are given below in table form.
TABLE II.
EMI5.1
<tb>
Cooled <SEP> oil <SEP> <SEP> Tower <SEP> of <SEP> distilla-
<tb>
<tb> sement <SEP> to <SEP> drive <SEP> 11 <SEP> instant <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Process- <SEP> Temperature <SEP> Tempo <SEP> Speed <SEP> in <SEP> Tempo <SEP> of <SEP> Pot <SEP> to <SEP> Produc- <SEP> Sedi-
<tb>
<tb>
<tb> of <SEP> exit <SEP> of <SEP> vol / vol, <SEP> zone <SEP> of <SEP> tar <SEP> tion <SEP> of <SEP> ment,
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> ment <SEP> coil, F <SEP> F <SEP> of food, <SEP> inst. <SEP> F <SEP> Temp. <SEP> Time <SEP> gazoli- <SEP>% <SEP> in
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> F <SEP> min.
<SEP> weight
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> F <SEP> 860- <SEP> 796 <SEP> 794 <SEP> 19 <SEP> 15.8 <SEP> 1.8
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> G <SEP> 910 <SEP> 603 <SEP> '<SEP> 0.25 <SEP> 800 <SEP> 603 <SEP> 1 <SEP> 16.1 <SEP> 0.22
<tb>
A comparison of the F and G treatments shows that the G treatment which used a lower tar pot temperature, 603 F to 794 F, and a shorter time, 1 minute to 19 minutes, produced a fuel oil of. satisfactory sedimentation characteristics while treatment F with its high temperature and long stay conditions in the tar pot gave an unsatisfactory product.
It has previously been established that an increased severity of cracking decreases the quality of the fuel oil with regard to sedimentation but this is not conducive to the aforementioned results because the severity of cracking, as it is measured in the usual way by the production of gasoline, is constant. To obtain a satisfactory fuel oil without using the process of the invention, the severity of cracking and the conversion must be reduced and, therefore, the productions of gasoline will be reduced and the production of heavy fuel oil increased.
Another example in which a residue of a different character was used under the previously cited operating conditions is summarized in Table III below for residue B.
TABLE III.,
EMI5.2
<tb> Oil <SEP> of <SEP> cooled- <SEP> '<SEP> Tower <SEP> of <SEP> distil-
<tb>
<tb> sement <SEP> to <SEP> condui- <SEP> lation <SEP> instantan-
<tb>
<tb>
<tb> te <SEP> 11 <SEP> tanned
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Temperature <SEP> Tempo <SEP> Speed <SEP> in <SEP> Tempo <SEP> from <SEP> Pot <SEP> to <SEP> Produc- <SEP> sedi-
<tb>
<tb>
<tb> Trai- <SEP> of <SEP> output <SEP> of <SEP> vol./vol. <SEP> zone <SEP> of <SEP> tar <SEP> tion <SEP> ment,
<tb>
<tb>
<tb> coil, <SEP> of feed. <SEP> dist. <SEP> inst. <SEP> from <SEP> ga- <SEP>% <SEP> en
<tb>
<tb> tement <SEP> F <SEP> F <SEP> F <SEP> Temp. <SEP> Time <SEP> zoli- <SEP> weight
<tb>
<tb>
<tb> F <SEP> min.
<SEP> do
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Q <SEP> 860- <SEP> - <SEP> 787 <SEP> 786 <SEP> 17 <SEP> 13.7
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> R <SEP> 920 <SEP> 530 <SEP> 0.77 <SEP> 605 <SEP> 530 <SEP> 1 <SEP> 13.5 <SEP> 0.42
<tb>
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@ too high to be determined using this test process,
Experiments indicate that this value is of the order of 1 to 2%.
It will be noted that, in the R treatment, under conditions of low temperature and short residence time in the tar pot, the fuel oil showed satisfactory sedimentation characteristics while the conditions of high temperature and long residence time of the tar pot. Q treatment produced unsatisfactory fuel oil.
Considering the experiments reported in Tables II and III, it was also noted that the use of a relatively aromatic flux oil brought about a further improvement in the sedimentation characteristics of the tar-fuel-oil mixtures compared to u. wise of a relatively paraffinic flux oil. For example, in the case of a Q treatment, the sediment could be reduced from an estimated value of 1 to 2% down to 0.3% by using a more aromatic flow having a Diesel index of 10, as compared to a relatively paraffinic flux having a Diesel number of 40.
The significance of this difference is that the severity of the viscosity reduction can be further increased to produce even higher amounts of gasoline while still keeping the settling characteristics of the final fuel oil mixture within desirable limits. , when a relatively aromatic gasoline type flux oil is used to prepare fuel oil mixtures having a Saybolt Furol viscosity of about 125-175 seconds, and moreover operating according to the invention. The production of fuel oils in this manner is, therefore, a preferred embodiment of the present invention.
Residues from which salts have been removed have also been found to be superior feedstocks for the purposes of the invention, especially with respect to coil action as compared to normal residues. The salt removed feedstocks were found to produce an amount of coke of up to about 24% of the visbreaking coil volume in 16 hours, compared to 56% of that volume in 12 hours in the case of normal tailings. .
It is preferable, therefore, to subject the feedstocks or, preferably, the original heavy oil to a suitable routine salt removal treatment, such as washing with water followed by washing. emulsion breaking process, to allow the maximum advantage in connection with the invention to be realized when this is applied to coil only treatment, as compared to tube and tank processes.
The foregoing description and exemplary treatments have served to illustrate specific embodiments of the invention but are not intended to limit its scope.
'CLAIMS.
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