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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.
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