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PERFECTIONNEMENTS A LA CONVERSION D@HYDROCARBURES.
La présente invention est relative à la conversion d'hydrocarbures
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et se rapporte plus spécialement à la cokéfaction à'haute température d9hui- les hydrocarbonéës résiduaires pour la production d-loléfines. de dioléfines et d'hydrocarbures aromatiques.-
Il est connu de soumettre à cracking du gasoil, du naphte et
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des gaz hydrocarbonés à des températures élevées pendant de courtes pério-' des de temps pour produire des oléfines,, des dioléfines et des hydrocarbures aromatiques.
Dans un procédé commercial,, du gasoil est'chauffé et craqué dans un fourneau mâis les meilleures conditions ne peuvent pas être réalisées dans ce procédé commercial parce que,,, lorsque le temps de contact est réduits la
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surface pour la consommation de chaleur décro'it,, et le flux de chaleur est déjà élevé du fait de la chaleur élevée de réaction. Ceci limite le temps de contact minimum quyon peut atteindre9 à des températures élevées, et a pour résultat des gradients de température sur la section transversale du tube de chauffage, ce qui diminue la sélectivité.De plus,. il y a des gradients importants de pression et de température., lorsque l'huile traverse le tube de chauffage du fourneau, ce qui réduit également la sélectivité.
Dans le procédé commerciale lalimentation d'huile est un gasoil relative- ment propre.,, de sorte que la cokéfaction dans le serpentin du fourneau et dans les éléments de chauffage est réduite au minimum.
Suivant la présente invention.. des.huiles hydrocarbonées rési-
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duaires, sans égard pour leur tendance à 1?encfassage, sont utilisées comme charge d'alimentation. L'huile résiduaire peut avoir.une gravité-
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d'environ moins de 10 à 30 gPID un indice de carbonisation Conradson d9 environ 5 à 35% en poids et un point d'ébullition initial de 900 F ou plus.
L'huile hydrocarbonée résiduaire peut consister en huile bruteréduite.,
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goudron., bitume, charges de cycle louràesa 'etc, qui sont convertis en ôlé- lJ..nes$ dioléfines et hydrocarbures aromatiques par mélange d'une charge d9
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huile résiduaire préchauffée avec un solide, finement divisée inerte ou sen- siblement inertechauffé jusquà une température supérieure à la températu- re de réaction. Le mélange résultant d9huile résiduaire et de particules sô- lides est passé à travers un dispositif de réaction tubulaire ou dispositif de réaction à conduite de transfert, relative court de manière que l'huile hydrocarbonée est soumise à une température élevée pendant un temps court pour produire les produits désirés.
Les vapeurs de produit de réaction sont séparées des solides con- tenant du coke et peuvent être refroidies pour rendre minimum une nouvelle réaction. Une certaine quantité de coke ou la totalité de celui-ci est brû- lée pour fournir de la chaleur pour les solides qui sont recyclés à la pha- se de conversion ou de cracking. Le réchauffeur ou brûleur pour le chauffage des solides comprend aussi un élément tubulaire ou brûleur à conduite de trans-
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ferts et les solides chauffés sont enlevés des gaz de combustion et renvoyés à la zone de conversion.
Dans le présent cas 1?huile résiduaire est chauffée rapidement
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jusqu'à la température de réaction,,, par l'introduction des solides chauffés., et le temps de réaction est réglé par la vitesse du mélange traversant le réacteur tubulaire.
Dans le présent procéder les conditions de chauffage et le temps de réaction peuvent varier,suivant les désirs,,, sans changer 1?installation et, de cette manière le procédé est très souple. D'autres variantes sont possibles comme on le décrira ci-après.
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Au dessin,,, la figure représente une forme à?appareil conçu pour mettre en oeuvre le procédé de la présente invention.
En se référant maintenant au dessin la notation de référence 10 désigne une conduite pour mener l'alimentation d'huile résiduaire au dispositif de réaction tubulaire ou à conduite de transfert 12. L'huile résiduaire réduite peut consister en huile brute réduite, goudrons bitume, charges de cycle lourdes, etc qui contiennent des constituants non vapori- sables aux pressions ordinaires sans décomposition. Une canalisation verti-
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cale 13, pourvue d9une soupape de réglage 14J1 est prévue pour introduire des solides finement divisés, fortement chauffés, dans une conduite 10 pour chauffer rapidement l'albnentation d'huile résiduaire jusqu-9à la température de réaction.
Les solides finement divisés peuvent être des particules de coke engendrées au cours du procédé,, ou des solides venant de 1?extérieur> tels que du coke, de la silice, de 1?argile> un catalyseur de cracking épui- sé, du sable,etc. Les solides inertes ou sensiblement inertes sont, de pré- férence, d9une structure poreuse pour faciliter 1?opération de conversion.
Les particules sont, de préférences de dimensions comprises entre environ 35 et 100 mailles standards,, et ces dimensions seront généralement satisfai-
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santes en ce qui concerne lsexemption d'adhérence la facilité de récupéra- tion et l'attrition.
De la vapeur est également introduite dans l9extrémité d'admission du réacteur 12, par une conduite 15. Le réacteur 12 peut comporter une sec-
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tion horizontale 16 et une section verticale 17,,, à travers lesquelles passent l'huile à convertir et les solides. L9huile résiduaire est,, de préférence, chauffée jusqu9à une température d'environ 1200 à 1600 F durant son passa- ge à travers le réacteur 12, et la longueur du réacteur est suffisante pour donner un temps de contact. entre lhuile qui est craquée et les solides,, d'
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environ 0,2 â 10 secondes à 12000F,. ou d'environ 0,1 à 1 seconde à 16000F.
La pression dans le réacteur 12 est comprise entre environ la pression at- mosphérique et 100 livres par pouce carré, de préférence 10 à 50 livres par pouce carré,,, mais on peut utiliser.- si on le désire, des pressions supérieu- res à la pression atmosphérique. La vitesse superficielle de l'huile passant à travers le réacteur 12 peut être comprise entre environ 10 à 100 pieds par seconde,, et la concentration de solides dans 1?huile subissant la conversion peut être comprise entre environ 0,5 et 20 livres par pied cube dans le réac-
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teur 12. Il y a msontacttiès intime entre les particules solides et l'huile. du fait de 1?état hautement turbulent du mélange passant à travers le réacteur 12.
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Les produits de réaction vaporeux sont introduits dans un disposi- tif de séparation de solides et de gaz.,, tel qu'un séparateur à cyclone 18, pour séparer les solides., d9avec les produits de réaction. Les produits de ré- action sontde préférences refroidis brusquement dans la conduite de sortie 19,dès que'les particules solides sont séparées des produits de réaction., C'est-à-dire que le moyen de refroidissement brusques qui peut être de l'hui- le du gaz ou de l'eau est introduit dans l'extrémité d'admission de la con- duite de décharge 19 associée au séparateur à cyclone 18. La conduite pour le moyen de refroidissement brusque est désignée par 20.
Si on le désire,,, le moy- en de refroidissement brusque peut être introduit dans 1?extrémité de sortie du réacteur 12 par une conduite 22,ou dans la conduite de sortie 19, en 24, mais le point préféré de refroidissement est celui obtenu en partant de la conduite 20,comme décrit ci-avant. Les produits de réaction vaporeux sont ra- menés à une température d'environ 500 à 100 F.
Les solides finement divisés.,, séparés sont envoyés dans une con- duite verticale 26 pourvue dune soupape de réglage 28 et sont ramassés par de Pair ou un autre gaz oxydant introduit par la conduite 32. La suspension résultante passe à travers un réchauffeur ou brûleur 34. qui est .un réchauf- feur ou-brûleur à conduite de transfert,,, à vitesse élevée qui-comprend un tube vertical se déchargeant dans un séparateur des gaz et des solides,, tel qu'un-séparateur à cyclone 36 pour séparer les solides chauffes d9avec les gaz de combustion.
Si on le désire de 1?air peut être ajouté en deux ou plusieurs points de la conduite 34. Par exemple, une partie de 1-'air peut être'ajoutée par la conduite 32 pour élever les solides jusqu'en un point élevé du réchauf- feur 34, et ensuite le restant et la plus grande partie de l'air est ajou- té par une conduite 37 pour assurer le brûlage de la matière combustible en CO2 pour obtenir un chauffage maximum.
Les gaz de combustion s'échappent au sommet par une conduite 38 et les solides séparés sont envoyés dans la con- duite verticale 13 dont il a été question ci-avant,
La vitesse superficielle des gaz passant à travers le réchauf- feur à conduite de transfert 34 peut être compriseentre environ 10 et 100 pieds par seconde.. et la concentration des solides et des gaz alimentés au réchauffeur 34 peut être comprise entre environ 0,03 à 5 livres par pied cube. La pression dans le réchauffeur 34 peut être comprise entre environ la pression atmosphérique et 50 livres par pouce carré;, de préférence 1 à 2. livres par pouce carré (pression effective).
Du fait du glissement des so- lides dans les gaz du réchauffeur et les vapeurs du réacteur., la concentra- tion dans le réchauffeur et le réacteur sera plus élevée que celle du mélange alimenté respectivement au réchauffeur et au réacteur. Le mélange dans le réchauffeur 34 est maintenu en un état hautement turbulent,,, et un contact très intime est obtenu entre les gaz chauds et les solides de sorte que l'échange de chaleur entre les gaz et les solides est très rapide.
Durant le passage à travers le réchauffeur ou brûleur 34, une cer- taine quantité du coke, produit durant la mise en oeuvre du procédé,,, est brû- lée, ce qui chauffe les particules solides jusquà une température supérieu- re à la température de réaction désirée de manière que,, lorsque les solides séparés sont mélangés avec l'alimentation d'huile résiduaire,, ils fournis- sent la chaleur de conversion à cette dernière.
Dans les cas où on utilise du sable ou de 1?argile comme matière inerte du coke sera déposé sur ces particules, et ce coke sera partiellement ou totalement enlevé., par brûlage, des particules de sable ou dargile en passant à travers le réchauffeur ou brûleur 34. Durant le brûlage,, la température dans le brûleur 34 peut être comprise entre environ 1000 et 18000F.
Les gaz de combustion chauds quittant le séparateur à cyclone 36 par la conduite 38 se trouvent à une température élevée et. en vue d'en récupérer de la chaleur, ces gaz sont envoyés dans un bouilleur par chaleur de rebut 42 et ensuite dans un préchauffeur d'eau 44 avant d'âtre envoyés à la cheminée par la conduite 46.
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Là où du coke est utilisé comme solide finement divisé, du .coke additionnel est formé durant la mise en oeuvre du procéder et une certaine quantité de ce coke peut être enlevée par une conduite 48 communiquant avec la canalisation verticale 26, et les particules de coke chaudes sont pas- sées à travers le réfrigérateur 52 et ensuite récupérées par une conduite 54. De cette dernière, les particules de coke peuvent être envoyées à 1' emmagasinage ou peuvent être utilisées comme combustibles dans 1?installa- tion. Des solides peuvent aussi être recyclés depuis le séparateur à cyclô- ne 18 pour le conduit, vers l'admission au réacteur par une conduite 56 pré- sentant une soupape 58, en vue d'augmenter la charge de solides ou de dimi- nuer la chute de température dans le réacteur.
De plus en recyclant des solides par une conduite 56 au réacteur 12, tout bitume ou résidu sur les solides est à nouveau craqué.
Au lieu d'introduire tous les solides de recyclage dans la con- duite d'admission du réacteur 12, une certaine quantité des solides de re- cyclage peut comme montré au dessin;! être introduite à un ou plusieurs points intermédiaires tels que 59, ou en un ou plusieurs points, tels que 60,voisins de la sortie du réacteur 12.
Ceci permet un fonctionnement du réacteur avec une zone à température plus élevée près de l'admission, grâ- ce à quoi il devient possible d9alimenter des charges réfractaires telles que du produit lourde en provenance d'un cracking catalytique ou d'une co- kéfaction, vers la section d'admission du réacteur, tandis que les compo- sants de l'alimentation plus facilement craqués, sont ajoutés en un ou des points plus éloignés pour donner la température de réaction et le temps de contact convenableso C'est ainsi que de l'alimentation additionnelle peut être ajoutée en un ou plusieurs points tels que 61, et des solides chauds en des points 56, 59 et 60.
On verra que ceci présente une combinaison de phases particu- lièrement avantageuse en ce qu'une portion de l'alimentation d"huile peut être craquée dans la section initiale de la zone de réaction à une tempé- rature élevée pour donner des produits oléfiniques, tandis que de l'huile additionnelle ajoutée par la conduite 61, par exemple., peut être craquée dans une section suivante de la zone de réaction à une température plus basse .pour produire de la gazoline ou une charge d'alimentation de cracking, les produits combinés étant envoyés à un système commun de récupération de pro- duit. L'addition d'huile d'alimentation par la conduite 61 agit aussi comme moyen de refroidissement brusque.
Par exemple,la section initiale de la zone de réaction peut fonctionner à 1300 à 14000F. avec un temps de con- tact d'une seconde, tandis que la seconde section ou section suivante de la zone de réaction peut fonctionner à 1000 à 1100 F avec un temps de contact d'une seconde, la combinaison donnant des oléfines légères en concentration élevée et a un prix très bas. La tempéra- ture dans la section initiale de la zone de réaction peut être comprise entre 1300 et 1600 F, et, dans la section suivante, entre 950 et 1200 F.
Il est à remarquer que le refroidissement brusque procuré par l' addition d'alimentation -secondaire dans cette combinaison permet d'atteindre des temps de contact courts dans la section initiale du réacteur., à 1600 F ou plus,. ce qui ne serait ordinairement pas praticable. Ainsi, si le courant venant de la section à température élevée était envoyé directement à un cyclo- ne et ensuite refroidi brusquement., le temps de contact minimum pouvant être atteint serait d'environ 0,5 seconde du fait des limitations dans la cons- truction des cyclones. De plus, le cyclone serait soumis à des conditions de fonctionnement sévères.
D'autre part, il a d'habitude été impraticable de considérer un refroidissement brusque en avant du cyclone, car cela aurait pour résultat une très grande augmentation de la charge de chaleur, ce qui rendrait l'entièreté du procéder non économique et peu intéressant.
Des solides chauffés provenant de la canalisation verticale 13. peuvent être introduits en un ou plusieurs points intermédiaires tels que, par exemple, par une conduite 64, ou près de l'extrémité du réacteur 12
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pour fournir de la chaleur-additionnelle à l'huile subissant le cracking.
Cette addition de solides chauds par la conduite 64 est spécialement dési- rable lorsque de 1?huile additionnelle est alimentée par'une conduite 66 en ûn ou plusieurs points intermédiaires dans le réacteur 12. Dans une forme de réalisation de l'invention, 1?huile alimentée par'la conduite 10 dans la section initiale du réacteur-12 est une charge hautement ré- fractaire tel que de l'huile de cycle ou l'huile dite clarifiée,, prove- nant d'un cracking catalytique, qui exigera de hautes températures;, telles que 1300 à 1600 F, pour le cracking.
Ensuiteune huile moins réfractai- re, telle qu9une huile résiduaire ou autre est utilisée comme huile de refroidissement brusque, introduite dans une section intermédiaire du réactetr par la conduite 66 pour réduire la température à environ 950 à 1200 F et., si on le désires des solides chauds additionnels provenant de la canalisa- tion verticale 13 sont introduits dans une section intermédiaire--du réac- teur 12 par une conduite 64 qui est prévue en aval de la conduite 66.
Au lieu d'ajouter diverses alimentations aux points intermédiai- res ci-avant, différentes portions de la même alimentation peuvent être in- troduites dans le réacteur 12 en un ou plusieurs points intermédiaires.
Des températures de réaction plus élevées sont facilement obtenues dans le présent procédé en augmentant simplement la vitesse de circulation des solides chauds.
Le tableau suivant compare les conditions utilisées dans le four' commerciale avec celles du présent procédé à conduite de transfert utilisant des solides finement divisés
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<tb> Four <SEP> Commercial <SEP> Cracking <SEP> par <SEP> conduite
<tb>
<tb> de <SEP> transfert
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Température, <SEP> F
<tb>
<tb> entrée <SEP> 775 <SEP> 1355
<tb>
<tb> sortie <SEP> 1375 <SEP> 1260
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Pression <SEP> effective,,
<tb>
<tb> livres <SEP> par <SEP> pouce <SEP> carré
<tb>
<tb> entrée <SEP> 70 <SEP> 15
<tb>
<tb> sortie <SEP> 10 <SEP> 14
<tb>
L'installation commerciale est conçue pour certaines conditions et celles-ci sont substantiellement fixées suivant la conception et la - construction de l'installation.
Cependant;, dans le présent procédé le temps de contact dans le réacteur à conduite de transfert 12 peut être-réduit jusqu'à une valeur quelconque car il n'est pas limité par la vitesse de chauffageet de même des températures plus élevées peuvent être obtenues en augmentant la vitesse de circulation des solides ou en chauffant les so- lides jusqu'à une température plus 8**levée,,, tandis qu'avec un fourneau dans l'installation commerciale., la surface de chauffage devient de plus en plus dispendieuse lorsque la température est augmentée.
De plus 1?installation pour l'appareil représenté dans le présent cas peut être réalisée avec re- vêtement en acier au carbone., ce qu9on peut comparer avec les tubes en allia- ges plus chers., exigés pour le fourneau de l'installation commerciale.
Les détails spécifiques pour une conception d'appareil destiné à la mise en oeuvre de la présente invention seront donnés ci-après.
La quantité d'alimentation dhuile passant par la conduite 10 est d'environ 6700 barils par jour de fonctionnement,,, et cette huile a une gravité API de 5 , un point débullition initial d9environ 1100 F et un indice de carbonisation Conradson d'environ 10% en poids. Dans 1'exemple spécifiquel'alimentation d9huile sera préchauffée jusqu'à environ 840 F.
La quantité de vapeur.. à une température d'environ 350 F, introduite par la
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conduite 15,est d'environ 20.500 livres par heure. La canalisation verticale
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z a,.anviroi.J.-100-piéds de haut et un diamètre .intérieur dénvi.ron 18 pouces.
Lê=trou de distribution a une ouverture--d>.eE:-v'I1gnulGf.>@ooes...èarra... -J::t')"'" - 1v'-.......toJO
Les solides chauds qui.. dans ce cas¯,,, comprennent du coke ayant des dimensions de particules de 35 à 100 mailles sont à une température d' environ 15000F. Une quantité suffisante de solides est envoyée dans l'âd- mission du réacteur 12 pour chauffer l'huile résiduaire jusqu'à une tempé- rature d'environ 1355 F et la pression est d'environ 16 livres par pouce carré (effective)Le réacteur 12 a un diamètre interne d'environ 56 pou- ces et a une longueur d'environ 35 pieds. La vitesse superficielle des vapeurs d'huile passant à travers le réacteur 12 est d'environ 35 pieds par seconde, et la densité du mélange alimenté au réacteur 12 est d'envi- ron 0,43 livre par pied cube.
Les produits de réaction quittent le réacteur 12 à une tempéra- ture d'environ 1260 F et sous une pression d'environ 15 livres par pouce carré., et sont séparés des solides dans le séparateur à cyclone 18. Un moy- en de refroidissement comprenant 160000 livres d'eau par heure est introduit par la conduite 20 dans la conduite de sortie 19 du séparateur à cyclone 18 pour réduire la température des produits de réaction à environ 1000 Fa
La canalisation verticale 26 a environ 25 pieds de haut et 18 pouces de diamètre interne. Le trou de distribution 28 de la canalisation 26 a une ouverture d'environ 10 pouces carrés.
Environ 28.000 pieds cubes d'air par minute, à environ 80 F, passent par la conduite 32 et sont mélangés avec les particules cokéfiées déchargées de la canalisation verticale 26. Une partie du coke des parti- cules est brûlée pour élever la température des particules solides jusqu'à environ 1500 Fa Le brûleur ou réchauffeur 34 a un diamètre interne d'envi- ron 75 pouces et une longueur d'environ 25 pieds, après le point d'addition finale et principale d'air par la conduite 37. La vitesse superficielle du gaz passant par le réchauffeur 34 est d'environ 50 pieds par seconde et le chargement des solides dans le mélange alimenté au réchauffeur 34 est d'envi- ron 0,16 livre par pied cube.
La circulation de coke dans la présente con- ception d'appareil est d'environ 7,5 tonnes par minute. La zone de réaction à conduite de transfert 12 et le réchauffeur à conduite de transfert 34 aurort à peu près la même longueurmais ne sont pas représentées comme telles au dessin schématique annexé.
Les gaz de combustion passant par le bouilleur 42 à chaleur de rebut ont leur température réduite d9environ 1500 à 600 F. et ensuite ré- duite encore à 300 F lors du passage à travers le préchauffeur d'eau 44.
Celui-ci peut être supprimé.
Un brûleur auxiliaire de démarrage peut être prévu pour la con- duite 32 afin de chauffer les solides inertes introduits dans la zone de chauffage 34 en provenance de la canalisation verticale 26, et les solides peuvent circuler à travers le système jusqu'à ce que ce dernier soit chauf- fé jusqu'à la température de combustion; à ce moment, l'introduction de combustible au brûleur auxiliaire est arrêtée et l'alimentation d'huile ré- siduaire au réacteur 12 est commencée.
La capacité de l'installation ci-avant sera d'environ 280.000 li- vres d'éthylène par jour de fonctionnement.
REVENDICATIONS.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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IMPROVEMENTS FOR THE CONVERSION OF HYDROCARBONS.
The present invention relates to the conversion of hydrocarbons
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and more particularly relates to the high temperature coking of waste hydrocarbons for the production of olefins. of diolefins and aromatic hydrocarbons.
It is known to subject gas oil, naphtha and
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hydrocarbon gases at elevated temperatures for short periods of time to produce olefins, diolefins and aromatic hydrocarbons.
In a commercial process, gas oil is heated and cracked in a furnace but the best conditions cannot be achieved in this commercial process because, when the contact time is reduced the
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surface area for heat consumption decreases, and the heat flux is already high due to the high heat of reaction. This limits the minimum contact time that can reach9 at elevated temperatures, and results in temperature gradients across the cross section of the heating tube, which decreases selectivity. there are large pressure and temperature gradients as the oil passes through the furnace heating tube, which also reduces selectivity.
In the commercial process the oil feed is a relatively clean gas oil, so that coking in the furnace coil and in the heating elements is minimized.
According to the present invention, residual hydrocarbon oils.
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Dual, regardless of their tendency to encfasser, are used as the feedstock. Waste oil may have a severity-
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of about less than 10 to 30 gPID a Conradson Carbonization Number of about 5 to 35% by weight and an initial boiling point of 900 F or more.
The residual hydrocarbon oil may consist of crude reduced oil.
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tar., bitumen, heavy cycle feeds etc, which are converted to olefins and aromatic hydrocarbons by mixing a d9 feed
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waste oil preheated with a solid, finely divided inert or substantially inert heated to a temperature above the reaction temperature. The resulting mixture of waste oil and solid particles is passed through a tubular reaction device or transfer line reaction device, relative short so that the hydrocarbon oil is subjected to a high temperature for a short time to produce. the desired products.
The reaction product vapors are separated from the solids containing coke and can be cooled to minimize further reaction. Some or all of the coke is burned to provide heat for the solids which are recycled to the conversion or cracking stage. The heater or burner for heating solids also includes a tubular element or burner with conveyor duct.
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The heated iron and solids are removed from the flue gases and returned to the conversion zone.
In this case the waste oil is heated quickly
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up to the reaction temperature ,,, by the introduction of the heated solids., and the reaction time is controlled by the speed of the mixture passing through the tubular reactor.
In the present proceeding the heating conditions and the reaction time may vary, as desired, without changing the installation, and in this way the process is very flexible. Other variations are possible, as will be described below.
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In the drawing, the figure shows a form of apparatus designed to carry out the method of the present invention.
Referring now to the drawing, reference numeral 10 denotes a line for conducting the supply of waste oil to the tubular reaction device or transfer line 12. The reduced waste oil may consist of reduced crude oil, tars, bitumen, etc. heavy cycle charges, etc. which contain constituents which cannot be vaporized at ordinary pressures without decomposition. A vertical pipeline
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Wedge 13, provided with a control valve 14J1 is provided to introduce finely divided, strongly heated solids into a line 10 for rapidly heating the residual oil supply to the reaction temperature.
The finely divided solids can be particles of coke generated during the process, or solids from the outside> such as coke, silica, clay> spent cracking catalyst, sand. , etc. The inert or substantially inert solids are preferably porous in structure to facilitate the conversion process.
The particles are preferably sized between about 35 and 100 standard meshes, and these dimensions will generally be satisfied.
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health with respect to adhesion exemption ease of recovery and attrition.
Steam is also introduced into the inlet end of the reactor 12, through a line 15. The reactor 12 may have a second.
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horizontal tion 16 and a vertical section 17 ,,, through which pass the oil to be converted and the solids. The waste oil is preferably heated to a temperature of about 1200 to 1600 F during its passage through reactor 12, and the length of the reactor is sufficient to provide contact time. between the oil which is cracked and the solids,
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about 0.2 to 10 seconds at 12000F ,. or about 0.1 to 1 second at 16000F.
The pressure in reactor 12 is from about atmospheric pressure to 100 pounds per square inch, preferably 10 to 50 pounds per square inch, but higher pressures can be used if desired. at atmospheric pressure. The superficial velocity of the oil passing through reactor 12 can range from about 10 to 100 feet per second and the concentration of solids in the oil undergoing conversion can range from about 0.5 to 20 pounds per second. cubic foot in the reaction
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tor 12. There is an intimate contact between the solid particles and the oil. due to the highly turbulent state of the mixture passing through the reactor 12.
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The vaporous reaction products are introduced into a solids and gas separator, such as a cyclone separator 18, to separate the solids from the reaction products. The reaction products are preferably quenched in the outlet line 19, as soon as the solid particles are separated from the reaction products. That is, the quenching means which may be Gas oil or water is introduced into the inlet end of the discharge line 19 associated with the cyclone separator 18. The line for the sudden cooling means is denoted by 20.
If desired, the sudden cooling means may be introduced into the outlet end of reactor 12 through line 22, or into outlet line 19, at 24, but the preferred point of cooling is that. obtained starting from line 20, as described above. The vaporous reaction products are brought to a temperature of about 500 to 100 F.
The finely divided solids separated are sent to a vertical line 26 provided with a control valve 28 and are collected by air or other oxidizing gas introduced through line 32. The resulting slurry passes through a heater or burner. 34. which is a high speed transfer line heater or burner which comprises a vertical tube discharging into a gas and solids separator such as a cyclone separator 36 for separate the solids heated with the combustion gases.
If desired air can be added at two or more points of line 34. For example, some of the air can be added through line 32 to raise the solids to a high point of the line. heater 34, and then the remainder and most of the air is added through line 37 to burn the combustible material to CO 2 for maximum heating.
The combustion gases escape at the top through a line 38 and the separated solids are sent into the vertical line 13 referred to above,
The surface velocity of the gases passing through the transfer line heater 34 can be between about 10 and 100 feet per second. And the concentration of solids and gases fed to the heater 34 can be between about 0.03 to. 5 pounds per cubic foot. The pressure in heater 34 can range from about atmospheric pressure to 50 pounds per square inch, preferably 1 to 2. pounds per square inch (effective pressure).
Due to the slippage of the solids in the heater gases and the reactor vapors, the concentration in the heater and the reactor will be higher than that of the mixture fed to the heater and the reactor respectively. The mixture in the heater 34 is maintained in a highly turbulent state, and very intimate contact is obtained between the hot gases and the solids so that the heat exchange between the gases and the solids is very rapid.
During the passage through the heater or burner 34, a certain quantity of the coke, produced during the operation of the process ,,, is burnt, which heats the solid particles to a temperature above the temperature. reaction so that when the separated solids are mixed with the waste oil feed, they provide the heat of conversion thereto.
In cases where sand or clay is used as the inert material coke will be deposited on these particles, and this coke will be partially or totally removed., By burning, particles of sand or clay passing through the heater or burner 34. During burning, the temperature in burner 34 may be between about 1000 and 18000F.
The hot combustion gases leaving the cyclone separator 36 through line 38 are at a high temperature and. in order to recover heat therefrom, these gases are sent to a waste heat boiler 42 and then to a water preheater 44 before the hearth is sent to the chimney via line 46.
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Where coke is used as a finely divided solid, additional coke is formed during the course of the process and some of this coke can be removed through a line 48 communicating with the vertical line 26, and the coke particles. Heats are passed through the refrigerator 52 and then collected through a line 54. From this, the coke particles can be sent to storage or can be used as fuel in the plant. Solids can also be recycled from the cyclone separator 18 for the conduit, to the inlet to the reactor via a conduit 56 having a valve 58, to increase the solids load or to decrease the load. temperature drop in the reactor.
In addition, by recycling solids through line 56 to reactor 12, any bitumen or residue on the solids is cracked again.
Instead of introducing all the recycle solids into the inlet line of the reactor 12, a certain amount of the recycle solids can as shown in the drawing; be introduced at one or more intermediate points such as 59, or at one or more points, such as 60, adjacent to the outlet of the reactor 12.
This allows operation of the reactor with a higher temperature zone near the inlet, whereby it becomes possible to feed refractory feeds such as heavy product from catalytic cracking or coketing. , to the inlet section of the reactor, while the more easily cracked feed components are added at more distant point (s) to provide the proper reaction temperature and contact time. additional feed can be added at one or more points such as 61, and hot solids at points 56, 59 and 60.
This will be seen to have a particularly advantageous phase combination in that a portion of the oil feed can be cracked in the initial section of the reaction zone at elevated temperature to give olefinic products. while additional oil added through line 61, for example, can be cracked in a subsequent section of the reaction zone at a lower temperature. to produce gasoline or cracking feedstock, the combined products being sent to a common product recovery system The addition of feed oil through line 61 also acts as a sudden cooling means.
For example, the initial section of the reaction zone can operate at 1300-14000F. with a contact time of one second, while the second or subsequent section of the reaction zone can operate at 1000 to 1100 F with a contact time of one second, the combination giving light olefins in concentration high and has a very low price. The temperature in the initial section of the reaction zone can be between 1300 and 1600 F, and in the following section between 950 and 1200 F.
It should be noted that the sudden cooling provided by the addition of secondary feed in this combination makes it possible to achieve short contact times in the initial section of the reactor, at 1600 F or more. which would ordinarily not be practicable. Thus, if the current from the high temperature section were sent directly to a cyclone and then suddenly cooled, the minimum contact time achievable would be about 0.5 seconds due to limitations in the construction. destruction of cyclones. In addition, the cyclone would be subjected to severe operating conditions.
On the other hand, it has usually been impracticable to consider a sudden cooling in front of the cyclone, as this would result in a very large increase in the heat load, which would make the whole process uneconomical and unattractive. .
Heated solids from vertical line 13. can be introduced at one or more intermediate points such as, for example, through line 64, or near the end of reactor 12.
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to provide additional heat to the oil undergoing cracking.
This addition of hot solids through line 64 is especially desirable when additional oil is supplied through line 66 at one or more intermediate points in reactor 12. In one embodiment of the invention, 1. oil fed through line 10 into the initial section of reactor-12 is a highly refractory feed such as cycle oil or so-called clarified oil, from catalytic cracking, which will require high temperatures ;, such as 1300 to 1600 F, for cracking.
Next, a less refractory oil, such as waste oil or the like is used as a sudden cooling oil, introduced into an intermediate section of the reactor through line 66 to reduce the temperature to about 950 to 1200 F and, if desired. Additional hot solids from vertical line 13 are introduced into an intermediate section of reactor 12 through line 64 which is provided downstream of line 66.
Instead of adding various feeds at the above intermediate points, different portions of the same feed may be introduced into reactor 12 at one or more intermediate points.
Higher reaction temperatures are easily achieved in the present process by simply increasing the rate of circulation of the hot solids.
The following table compares the conditions used in the commercial furnace with those of the present transfer line process using finely divided solids.
EMI5.1
<tb> Four <SEP> Commercial <SEP> Cracking <SEP> by <SEP> conduct
<tb>
<tb> from <SEP> transfer
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Temperature, <SEP> F
<tb>
<tb> entry <SEP> 775 <SEP> 1355
<tb>
<tb> exit <SEP> 1375 <SEP> 1260
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Effective <SEP> pressure ,,
<tb>
<tb> pounds <SEP> by <SEP> inch <SEP> square
<tb>
<tb> input <SEP> 70 <SEP> 15
<tb>
<tb> exit <SEP> 10 <SEP> 14
<tb>
The commercial installation is designed for certain conditions and these are substantially fixed according to the design and construction of the installation.
However, in the present process the contact time in the transfer line reactor 12 can be reduced to any value as it is not limited by the rate of heating and likewise higher temperatures can be obtained. by increasing the speed of circulation of the solids or by heating the solids to a higher temperature, while with a furnace in the commercial installation., the heating surface becomes more and more expensive when the temperature is increased.
In addition, the installation for the apparatus shown in this case can be made with a carbon steel coating, which can be compared with the more expensive alloy tubes, required for the furnace of the installation. commercial.
Specific details for an apparatus design for practicing the present invention will be given below.
The feed quantity of oil passing through line 10 is approximately 6,700 barrels per day of operation, and this oil has an API gravity of 5, an initial boiling point of approximately 1,100 F and a Conradson Carbon Index of approximately. 10% by weight. In the specific example the oil supply will be preheated to about 840 F.
The quantity of steam .. at a temperature of about 350 F, introduced by the
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driving 15, is about 20,500 pounds per hour. Vertical pipeline
EMI6.1
z a, .anviroi.J.-100-feet high and an interior diameter of 18 inches.
Lê = distribution hole has an opening - d> .eE: -v'I1gnulGf.> @ Ooes ... èarra ... -J :: t ') "'" - 1v '-...... .toJO
The hot solids which .. in this case ¯ ,,, include coke having particle sizes of 35 to 100 mesh are at a temperature of about 15000F. Sufficient solids are fed into the reactor inlet 12 to heat the waste oil to a temperature of about 1355 F and the pressure is about 16 pounds per square inch (effective). reactor 12 has an internal diameter of about 56 inches and is about 35 feet long. The superficial velocity of the oil vapors passing through reactor 12 is about 35 feet per second, and the density of the mixture fed to reactor 12 is about 0.43 pounds per cubic foot.
The reaction products leave reactor 12 at a temperature of about 1260 F and a pressure of about 15 pounds per square inch, and are separated from the solids in cyclone separator 18. A cooling medium comprising 160,000 pounds of water per hour is introduced through line 20 into outlet line 19 of cyclone separator 18 to reduce the temperature of the reaction products to about 1000 Fa
The vertical line 26 is approximately 25 feet high and 18 inches in internal diameter. The distribution hole 28 of the line 26 has an opening of approximately 10 square inches.
About 28,000 cubic feet of air per minute, at about 80 F, passes through line 32 and is mixed with the coked particles discharged from vertical line 26. Some of the coke in the particles is burned to raise the temperature of the particles. solids up to about 1500 Fa. Burner or heater 34 has an internal diameter of about 75 inches and a length of about 25 feet, after the point of final and main addition of air through line 37. The The surface velocity of the gas passing through heater 34 is about 50 feet per second and the solids charge into the mixture fed to heater 34 is about 0.16 pounds per cubic foot.
The circulation of coke in the present apparatus design is about 7.5 tons per minute. The transfer line reaction zone 12 and the transfer line heater 34 have approximately the same length but are not shown as such in the accompanying schematic drawing.
The combustion gases passing through the waste heat boiler 42 are reduced in temperature from about 1500 to 600 F. and then further reduced to 300 F. as they pass through the water preheater 44.
This can be deleted.
An auxiliary start-up burner may be provided for line 32 to heat inert solids introduced into heating zone 34 from riser 26, and solids may flow through the system until this is achieved. the latter is heated to combustion temperature; at this time, the introduction of fuel to the auxiliary burner is stopped and the supply of waste oil to the reactor 12 is started.
The capacity of the above installation will be about 280,000 pounds of ethylene per day of operation.
CLAIMS.
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