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La présente invention est relative à un procédé de cokéfaction d'huiles résiduaires. Elle se rapporte spécialement à un procédé de coké- faction, dans lequel on obtient un débit maximum et un rendement opératoire maximum en déterminant certaines caractéristiques aisément appréciables de la charge d'alimentation, et en réglant les vitesses ou taux d'alimentation de manière correspondante.
Dans la cokéfaction d'huiles lourdes, spécialement de résidus de pétrole, en vue de produire des produits de point d'ébullition relativement bas, tels qu'un carburant de moteur et du gasoil, plus du coke, divers pro- cédés ont été proposés dans la technique antérieure. Un des plus efficaces de ces procédés est le procédé à lit fluidifié. Dans ce procédé, on uti- lise un lit de particules solides fluidifiées préchauffées pour fournir la chaleur requise à la cokéfaction. Les particules solides peuvent être con- stituées de toute matière convenable de transfert de chaleur, de préféren- ce catalytiquement inerte, telle que du sable, de la pierre ponce, des grenailles de métal, des perles de verre ou de céramique, etc.
Les solides habituellement préférés sont cependant des particules de coke qui dérivent du procédé de cokéfaction lui-même. Elles sont de valeur économique rela- tivement faible et elles constituent des supports de chaleur satisfaisants.
C'est ainsi que convient particulièrement du coke ayant une dimension de particules comprise approximativement dans la gamme générale de 40 à 500 microns de diamètre moyen. Ces particules de coke peuvent être brûlées par- tiellement par mise en contact avec un gaz oxydant, tel que de l'oxygène, de l'air, etc, pour fournir la chaleur nécessaire à la réaction de coké - faction; c'est-à-dire, que le coke formé ou accru dans l'opération de coké- faction peut être enlevé pour aller dans une zone de chauffage où il est partiellement brûlé et réchauffé, pour être ensuite renvoyé au lit de co- kéfaction pour continuer à fournir de la chaleur à la réaction endothermi- que de cokéfaction.
Dans des cas où il est désirable d'obtenir du coke comme produit, un carburant extérieur plus un gaz oxydant peuvent être Injectés dans une zone de chauffage ou de brûlage, pour brûler de préfé- rence au coke.
Pour la conversion de résidus lourds de pétrole en gasoil et en carburant de moteur en des quantité et qualité optima, avec une production minimum de gaz secs, il est désirable de préchauffer le coke, ou autres par- ticules solides, d'une manière relativement légère. La température choi- sie dépendra de plusieurs facteurs, tels que le rapport solides alimenta- tion, la gamme d'ébullitions et d'autres caractéristiques de l'alimentation, et le type de produits désirée.
Pour la production d'une proportion maxi- mum d'un gasoil de qualité, qui peut être craqué catalytiquement pour pro- duire un bon carburant de moteur, le lit fluidifié devrait se trouver à une température inférieure à 1050 F, de préférence comprise entre environ 850 et 1000 F. Bien que cette gamme de températures donne les proportions optima de gasoil, elle soulève fréquemment de sérieux problèmes de fului- dification. Les particules solides du lit fluidifié tendent rapidement à s'agglomérer, et le lit s'embourbe ou s'enfonce si l'alimentation vis- queuse, gluante, partiellement convertie n'est pas asséchée en coke au moins aussi rapidement qu'elle est formée.
L'interaction des facteurs responsables d'une pauvre fluidifi- cation peut être comprise gràce à la discussion suivante. Des résidus li- quides pulvérisés dans un lit fluidifié sont convertis en produits norma- lement gazeux, en une fraction liquide condensable aux températures ordi- naires,et en un résidu de coke. Cette portion de l'alimentation conver- tie en coke passe à travers une phase ou étage hautement visqueux ou gluant, semi-liquide, avant que l'état solide ou de coke sec ne soit atteint.
L'huile liquide alimentée au système est déposée sur les particules soli- des chauds qui composent le lit. Dès que cette huile est évaporée et cra- quée, on atteint un point où la matière Intermédiaire gluante, visqueuse reste seule sur les solides. La quantité de matière gluante sur la surface
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des solides est régie par la quantité de coke formé en cokéfiant l'alimentation, ce coke étant déposé sur les solides originaux du lit, et par la vitesse de décomposition des composants réfractaires, gluants d'où ce coke dérive éventuellement.
Si la vitesse de disparition de ces composants gluants pour former du coke, est inférieure à la vitesse à laquelle Ils sont ajoutés à l'alimentation ou formés à partir de celle-ci, l'agglomération des solides s'accroît jusqu'à ce qu'un nombre important de particules agglomérées trop grosses pour être fluidifiées soit formé, et que la fluidification soit perdue. De ce fait, pour toute série de conditions opératoires, répartition de dimension des particules de coke, et charge d'a- limentation, il y a une vitesse ou taux d'alimentation maximum utilisable compatible avec une bonne fluidification. Cette découverte permet de prédéterminer la vitesse d'alimentation admissible optimum ou maximum pour une charge d'alimentation donnée par un test relativement très simple de la charge en vue de déterminer sa teneur en carbone Conradson.
Avant la présente invention, le trouble sérieux et le retard important qui se produisent lorsqu'un lit de cokéfaction fluidifié s'embourbe, ont amené à faire fonctionner l'appareil de cokéfaction fluidifié à un débit relativement bas. Toute augmentation de la vitesse d'alimentation, qui peut être atteinte en assurant une sécurité raisonnable, est donc très désirable.
On a maintenant découvert que pour des conditions opératoires à part cela équivalentes, la vitesse d'alimentation maximum utilisable est inversement proportionnelle au coke formé à partir de l'alimentation et finalement déposé au cours de l'opération de cokéfaction. Cela signifie qu'une charge d'alimentation qui forme relativement peu de coke peut être alimentée beaucoup plus vite qu'une charge qui forme beaucoup plus de coke. De plus, on a découvert que la production finale de coke est directement proportionnelle à et presque, mais pas exactement, égale au carbone Conradson de l'alimentation, comme déterminé par le test standard du carbone Conradson.
De ce fait, la présente Invention utilise ces rela- tions pour prédéterminer la vitesse d'alimentation admissible optimum ou maximum pour toutes charges d'alimentation données. Comme les charges d'alimentation diffèrent très largement en ce qui concerne leur production de coke, et de même en ce qui concerne leur carbone Conradson, cette découverte est de valeur économique très Importante. Elle signifie que des charges d'alimentation qui ont un faible potentiel de production de coke peuvent être alimentées à un appareil de cokéfaction à lit fluidifié, beaucoup plus rapidement que la vitesse maximum admissible pour d'autres types de charges d'alimentation. Elle donne à l'opérateur une méthode de contrôle sûre pour le maintien à tous moments d'un débit optimum.
L'invention sera mieux comprise en se référant en détail aux résultats expérimentaux obtenus dans des opérations réalisées à l'échelle du laboratoire, à leur corrélation avec des résultats obtenus, sur une beaucoup plus grande échelle, dans une Installation pilote traitant 100 barrels par jour, et à l'application des résultats à des opérations de cokéfaction effectives sur divers types d'alimentation. A cet effet, on se référera aux dessins annexés.
La figure 1 est une représentation graphique de résultats de laboratoire pour divers types de charges d'alimentation d'appareil de cokéfaction, cette représentation montrant la variation Inverse importante entre le pourcentage en poids de fabrication de coke (en abscisse) et la vitesse d'alimentation maximum admissible pour chaque charge (en poids/ heure/poids, en ordonnée).
La figure 2 montre graphiquement la relation pratiquement linéaire entre le carbone Conradson (pourcentage en poids en ordonnée) dans différentes alimentations et la somme de la production de coke plus le carbone Conradson dansles dépôts ou résidus recyclés (1015 F+) venant d'une opération de cokéfaction (en abscisse).
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La figure 3 montre, sous forme graphique, les variations qui se présentent lorsqu'on envisage des taux de conversion différents.
La figure 4 montre une famille de courbes montrant des rela- tions en général parallèles entre la température opératoire (abscisse, en F) et la vitesse d'alimentation maximum admissible (en ordonnée, Poids/heure/poids).
La figure 5 montre un appareil convenant pour la mise en oeuvre du procédé de l'Invention.
En se référant maintenant aux dessins, la première relation déterminée est celle existant entre la qualité de l'alimentation et la vitesse d'alimentation. Cette relation est montrée graphiquement à la figure 1 qui donne la vitesse maximum en poids/heure/poids par rapport à la production de coke.
Les chiffres de la figure 1 correspondent aux charges suivantes: 1 : dépôts 1015 F+ provenant de la cokéfaction d'un résidu de Louisiane du Sud (recyclage) 2 :mélange 50%-50% d'un recyclage de Louisiane du Sud et d'un résidu de
Louisiane du Sud.
3 :mélange de 25%-75% des mêmes qu'au point 2 4 :dépôts 1015 F+ provenant de la cokéfaction d'un résidu Hawkins 5 :goudron de tambour de détente, provenant du cracking d'une huile cla- rifiée (normal) 6 :résidu de Louisiane du Sud 7 : dépôts 1015 F+ provenant de la cokéfaction d'un résidu de Billings 8 :dépôts provenant du visbreaking d'un résidu de Louisiane du Sud.
9 :asphalte 10 : résidu Hawkins 11 : mélange 50% - 50 % d'asphalte et de résidu de Blllings 12 : résidu de Billings 13 : goudron de tambour de détente, provenant du cracking d'une huile clarifiée (spécial)
Les résultats rapportés à la figure 1 sont repris au tableau ci-après, en même temps que des résultats d'inspection de la charge d'a- limentation et des conditions opératoires correspondantes. On notera de cette figure 1 que les résultats pour des charges de résidus non traités aussi bien que par des dépôts 1015 F+, provenant de la cokéfaction de ces charges, peuvent être mis en corrélation après précision et complètement par une seule ligne. La ligne que montre la figure 1 correspond à un taux de production de coke de 0,21 livre/heure/livre de solides fluidifiés.
A 1'exception de deux huiles clarifiées aromatiques (charges d'alimentation non résiduaires) ayant un relativement très faible rapport hydrogènecarbone, la concordance des résultats, avec la ligne prouve que, pour une série donnée de conditions opératoires, la vitesse maximum poids/heure/ poids est très exactement Inversement' proportionnelle au pourcentage en poids de conversion en coke de la charge d'alimentation.
Le tableau ci-après donne donc des études de la cokéfaction à lit fluidifié en laboratoire notamment les vitesses d'alimentation maxima utilisables avec diverses charges d'alimentation. On a utilisé, pour obtenir ces résultatsune unité de laboratoire fonctionnant à 1025 F à 1,0 pied/sec de vitesse de gaz d'aération, avec une charge de 400 gr de coke de 35/80 mailles.
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TABLEAU
EMI4.1
<tb>
<tb> 4,5% <SEP> de <SEP> ré- <SEP> Dépôts <SEP> 1015 F+ <SEP> Mélange <SEP> 50- <SEP> Mélange <SEP> 25sidu <SEP> de <SEP> prov.cokéfac- <SEP> 50 <SEP> de <SEP> dépôts <SEP> 75 <SEP> de <SEP> dépôts
<tb>
EMI4.2
Louisiane tion résidu 1015 F+prov, 1015 F+ prov.
EMI4.3
<tb>
<tb> du <SEP> Sud <SEP> Lo <SEP> du <SEP> S.
<SEP> cokéfaction <SEP> cokéf <SEP> .résidu <SEP>
<tb> résidu <SEP> L. <SEP> du <SEP> L.du <SEP> S., <SEP> et
<tb> S <SEP> ., <SEP> et <SEP> de <SEP> ré- <SEP> de <SEP> résidu
<tb>
EMI4.4
l1mDj;at,.op. aL T.d ,"S . L. du S .
EMI4.5
<tb>
<tb> Vitesse <SEP> maximum
<tb>
EMI4.6
utilisable,p./
EMI4.7
<tb>
<tb> hre/p. <SEP> 1,8 <SEP> 5,5 <SEP> 3,6 <SEP> 2,8
<tb> Production <SEP> de <SEP> coke
<tb> % <SEP> sur <SEP> alimentation
<tb> livres/hre/livre <SEP> de <SEP> 9,8 <SEP> 4,0 <SEP> 6,1 <SEP> 7,4
<tb> solides <SEP> fluidifiés <SEP> 0,176 <SEP> 0,220 <SEP> 0,220 <SEP> 0,207
<tb>
EMI4.8
Poids spéc:
1fique,oAPI 12,1 11,6 11,5 9,3
EMI4.9
<tb>
<tb> Carbone <SEP> Conradson,
<tb> % <SEP> en <SEP> poids <SEP> 16 <SEP> 12,2 <SEP> 14,1 <SEP> 14,7
<tb> Viscosité
<tb> SSF <SEP> à <SEP> 210 F <SEP> 360 <SEP> 88,0
<tb> SSF <SEP> à <SEP> 275 F <SEP> 22,0
<tb> coulée, <SEP> F <SEP> 120+
<tb> Poids <SEP> mol. <SEP> 790 <SEP> 778
<tb> Carbone, <SEP> % <SEP> en <SEP> poids <SEP> 87,08 <SEP> 87,83
<tb> Hydrogène., <SEP> % <SEP> en <SEP> poids <SEP> 11,49 <SEP> 11,07
<tb> Rapport <SEP> atomique <SEP> H/C <SEP> 1,58 <SEP> 1,51
<tb> Cendres, <SEP> % <SEP> en <SEP> poids/
<tb> P.T.B. <SEP> 0,38/963 <SEP> 0,0089
<tb> Soufre, <SEP> % <SEP> en <SEP> poids <SEP> 0,70 <SEP> 0,59
<tb> Azote, <SEP> % <SEP> en <SEP> poids <SEP> 0,41
<tb> Distillation <SEP> A.S.T.M.
<tb>
Point <SEP> d'ébullition
<tb> Initial, <SEP> F <SEP> cracking
<tb> (760 <SEP> mm <SEP> équ.)
<tb> 5% <SEP> à, <SEP> OF
<tb> 10% <SEP> à, <SEP> F
<tb> 20% <SEP> à, <SEP> F
<tb>
EMI4.10
8paly des composants
EMI4.11
<tb>
<tb> Asphaltènes <SEP> 5
<tb> Résines <SEP> 30
<tb> Huile <SEP> + <SEP> cire <SEP> 64
<tb> Insoluble, <SEP> CCl4,
<tb> % <SEP> en <SEP> poids <SEP> 0,09
<tb>
<Desc/Clms Page number 5>
EMI5.1
33% résidu Dépôts 20.L5 F+prov, cokéfaction
EMI5.2
<tb>
<tb> hawkins <SEP> résidu <SEP> Hawkins <SEP> dans <SEP> installation
<tb> Alimentation <SEP> ¯¯¯¯¯¯¯ <SEP> 100 <SEP> barrels <SEP> /jour
<tb>
EMI5.3
Vitesse max.,J..u,ù.D1 utilisable, p./hre/p. 1,4 2,9 2,5 P:
d3:ord., coke
EMI5.4
<tb>
<tb> % <SEP> sur <SEP> alimentation <SEP> 15,4 <SEP> 8,7
<tb> livres/hre/livre <SEP> de <SEP> 0,,216 <SEP> 0,218
<tb> solides <SEP> fluidifiés
<tb> Poids <SEP> spécifique, <SEP> API <SEP> 5,2 <SEP> 2,2 <SEP> 0,9
<tb> Carbone <SEP> Conradson,
<tb> % <SEP> en <SEP> poids <SEP> 22 <SEP> 23 <SEP> 26
<tb> Viscosité
<tb> SSF <SEP> à <SEP> 210 F <SEP> 447
<tb> SSF <SEP> à <SEP> 275 F <SEP> 277 <SEP> 61
<tb> coulée, <SEP> F <SEP> 120+ <SEP> 120+
<tb> Poids <SEP> mol. <SEP> 816 <SEP> 576
<tb> Carbone, <SEP> % <SEP> en <SEP> poids <SEP> 84,97 <SEP> 85,90
<tb>
EMI5.5
Hydrogene, % en poids lO,14 9,71
EMI5.6
<tb>
<tb> Rapport <SEP> atomique <SEP> H/C <SEP> 1,43 <SEP> 1,36
<tb>
EMI5.7
Cendres, % en poids/P.T.B. 0,0755/275 0,010
EMI5.8
<tb>
<tb> Soufre <SEP> % <SEP> en <SEP> poids <SEP> 4,31 <SEP> 4.41
<tb> Azote, <SEP> '1.
<SEP> en <SEP> poids <SEP> 0,31
<tb>
EMI5.9
ifnilRxlliuüibi11ü1
EMI5.10
<tb>
<tb> Point <SEP> d'ébullition <SEP> initial,
<tb> F <SEP> (760 <SEP> mm <SEP> équ. <SEP> ) <SEP> 890 <SEP> 903
<tb> 5% <SEP> à, <SEP> F <SEP> 978 <SEP> 995
<tb> 10 <SEP> % <SEP> à, <SEP> F <SEP> 1012 <SEP> 1020
<tb> 20 <SEP> % <SEP> à, <SEP> F <SEP> 1080 <SEP> 1055
<tb>
EMI5.11
iTiF3'f%89 des 1i9mposa.pj;
EMI5.12
<tb>
<tb> Asphaltènes <SEP> 15 <SEP> 16
<tb> Résines <SEP> 32 <SEP> 30
<tb> Huile <SEP> + <SEP> cire <SEP> 52 <SEP> 54
<tb> Insoluble <SEP> CCl4,
<tb> % <SEP> en <SEP> poids <SEP> 0,07 <SEP> 0,08
<tb>
<Desc/Clms Page number 6>
EMI6.1
<tb>
<tb> Résidu <SEP> Billings <SEP> instal. <SEP> Dépôts <SEP> 1015 F <SEP> +
<tb> 100 <SEP> B/J <SEP> provenant <SEP> cokéfaction
<tb> Alimentation <SEP> Alimentation <SEP> résidu, <SEP> de <SEP> Billings
<tb>
EMI6.2
Alimentation essï. 7B '57
EMI6.3
<tb>
<tb> Vitesse <SEP> maximum <SEP> 0,9 <SEP> 0,7 <SEP> 2,0
<tb> utilisable, <SEP> p./hre/p.
<tb>
Production <SEP> de <SEP> coke
<tb> % <SEP> sur <SEP> alimentation <SEP> 17,2 <SEP> 12el
<tb>
EMI6.4
Lïvre/hre/xivre de 0,155 0,242
EMI6.5
<tb>
<tb> solides <SEP> fluidifiés
<tb> Poids <SEP> spécifique, <SEP> <SEP> API <SEP> 2,8 <SEP> 1,9 <SEP> 1,4
<tb> Carbone <SEP> Conradson,
<tb> % <SEP> en <SEP> poids <SEP> 29 <SEP> 35 <SEP> 41
<tb> Viscosité
<tb> SSF <SEP> à <SEP> 210 F
<tb> SSF <SEP> à <SEP> 275 F <SEP> 363 <SEP> 550
<tb> coulée, <SEP> F <SEP> 120+ <SEP> 120+
<tb> Poids <SEP> mol. <SEP> 837
<tb> Carbone, <SEP> 7.
<SEP> en <SEP> poids <SEP> 85,86 <SEP> 85,42
<tb> Hydrogène, <SEP> % <SEP> en <SEP> poids <SEP> 9,68 <SEP> 9,75
<tb>
EMI6.6
Rapport atomique H/0 ., 35 1,37
EMI6.7
<tb>
<tb> Cendres, <SEP> % <SEP> en <SEP> poids/
<tb> PoToBo <SEP> 0,1148/427 <SEP> 0,05/186
<tb> Soudre, <SEP> % <SEP> en <SEP> poids <SEP> 3,76 <SEP> 2,4,3
<tb> Azote, <SEP> % <SEP> en <SEP> poids <SEP> 0,26 <SEP> 0,68
<tb>
EMI6.8
P111at1op t,S.7.M.
EMI6.9
<tb>
<tb>
Point <SEP> d'ébullition <SEP> Initial
<tb> F <SEP> (760 <SEP> mm <SEP> équ.) <SEP> 830
<tb> 5% <SEP> à, <SEP> F <SEP> 1068 <SEP> 1085
<tb> 10% <SEP> à, <SEP> F <SEP> 1082
<tb> 20% <SEP> à, <SEP> F <SEP> 1120
<tb>
EMI6.10
na1ye ÔPO ç9vwifln%é AsPhaltènes 22
EMI6.11
<tb>
<tb> Résines <SEP> -- <SEP> 24
<tb> Huile <SEP> + <SEP> cire <SEP> -- <SEP> 54
<tb> Insoluble <SEP> CCl4,
<tb> % <SEP> en <SEP> poids <SEP> 0,042
<tb>
<Desc/Clms Page number 7>
EMI7.1
<tb>
<tb> Mélange <SEP> 50-50
<tb> asphalte <SEP> et <SEP> résidu
<tb> Billings <SEP> (29 <SEP> de
<tb>
EMI7.2
Asphalte QrPQDe Q9ra9n) J,;1.oopiïj;;
>j
EMI7.3
<tb>
<tb> Vitesse <SEP> maximum
<tb> utilisable, <SEP> p.hre/p. <SEP> 1,8 <SEP> 1,4
<tb>
EMI7.4
rr9gygp du coka
EMI7.5
<tb>
<tb> % <SEP> sur <SEP> alimentation <SEP> 14,1 <SEP> 16,7
<tb> livres/hre/livre <SEP> de
<tb> solides <SEP> fluidifiés <SEP> 0,254 <SEP> 0,234
<tb> Poids <SEP> spécifique, <SEP> API <SEP> 3,6 <SEP> 1,3
<tb> Carbone <SEP> Conradson, <SEP> % <SEP> en <SEP> poids <SEP> 26 <SEP> 25 <SEP> 28
<tb> Viscosité
<tb> SSF <SEP> à <SEP> 210 F
<tb> SSF <SEP> à <SEP> 275 F
<tb> coulée., <SEP> F <SEP> 120+
<tb> Poids <SEP> mol. <SEP> 825
<tb> Carbone, <SEP> % <SEP> en <SEP> poids <SEP> 87,4
<tb> Hydrogène, <SEP> % <SEP> en <SEP> poids <SEP> 9,6
<tb> Rapport <SEP> atomique <SEP> H/C <SEP> 1,32
<tb> Cendres, <SEP> % <SEP> en <SEP> polds/P.T.B.
<SEP> 0,775
<tb> Soufre, <SEP> % <SEP> en <SEP> poids <SEP> 0,98
<tb> Azote <SEP> % <SEP> en <SEP> poids
<tb>
EMI7.6
Pj;;1.1ODLS.I,.
EMI7.7
<tb>
<tb>
Point <SEP> d'ébullition <SEP> initial,
<tb> F <SEP> (760 <SEP> mm <SEP> équ.) <SEP> 918
<tb> 5% <SEP> à, <SEP> F <SEP> 1015
<tb> 10% <SEP> à, <SEP> F <SEP> 1020
<tb> 20% <SEP> à, <SEP> F <SEP> cracking
<tb>
EMI7.8
Analyse des aornuosants
EMI7.9
<tb>
<tb> Asphaltènes <SEP> 13
<tb> Résines <SEP> 38
<tb> Huile <SEP> + <SEP> cire <SEP> 48
<tb> Insoluble <SEP> CCl4,
<tb> % <SEP> en <SEP> poids <SEP> 0,56
<tb>
<Desc/Clms Page number 8>
Dépôts de tambour de détente/goudron
EMI8.1
<tb>
<tb> Provenant <SEP> cracking <SEP> d'huile <SEP> Provenant <SEP> visbreaking
<tb> clarifiée <SEP> dans <SEP> unité <SEP> dépôts <SEP> de <SEP> distil.
<SEP> à
<tb> #22 <SEP> cracking <SEP> thermique <SEP> conduite <SEP> cracking <SEP> thermique, <SEP> unité <SEP> # <SEP> 21
<tb> Spécial <SEP> Normal
<tb>
EMI8.2
Alimentation
EMI8.3
<tb>
<tb> Vitesse <SEP> maximum
<tb> utilisable, <SEP> p.hre.p. <SEP> 0,8 <SEP> 2,2 <SEP> 1,8
<tb> Production <SEP> de <SEP> coke
<tb> % <SEP> sur <SEP> alimentation <SEP> 12,4 <SEP> 5,5 <SEP> 11,5
<tb>
EMI8.4
livres/hre/l:
1vre de
EMI8.5
<tb>
<tb> solides <SEP> fluidifiés <SEP> 0,09 <SEP> 0,121 <SEP> 0,207
<tb> Poids <SEP> spécifique, <SEP> API <SEP> -10 <SEP> 1,4 <SEP> 12, <SEP> 0 <SEP>
<tb> Carbone <SEP> Conradson,
<tb> % <SEP> en <SEP> poids <SEP> 32 <SEP> 14 <SEP> 17
<tb> Viscosité
<tb>
EMI8.6
SSF à 2100F 640 6., 2 (13o F. ) 519 (150F) SSF à 275 F 32,0(1500F.) 67,2 (210 F.)
EMI8.7
<tb>
<tb> coulée, <SEP> F <SEP> - <SEP> +55 <SEP> +75
<tb> Poids <SEP> mol. <SEP> 276 <SEP> 415
<tb> Carbone, <SEP> % <SEP> en <SEP> poids <SEP> 91,8 <SEP> 90,44 <SEP> 86,90
<tb>
EMI8.8
HYdrogène, % en poids 6,9 8,19 10,90 Rapport atomique Hic 0,89 1, 09 1,50 Cendres, % en poids/P.T.B.0,02/82 0,0937/350 0,2087/718
EMI8.9
<tb>
<tb> Soufre, <SEP> % <SEP> en <SEP> poids
<tb> Azote, <SEP> % <SEP> en <SEP> poids
<tb>
EMI8.10
Dt:11J..tÍQ An T .M.
EMI8.11
<tb>
<tb>
Point <SEP> d'ébullition <SEP> initial,
<tb> F <SEP> (760 <SEP> mm <SEP> équ.) <SEP> 835 <SEP> 506 <SEP> 530
<tb> 5% <SEP> à, <SEP> F <SEP> 875 <SEP> 678 <SEP> 623
<tb> 10 <SEP> % <SEP> à, <SEP> F <SEP> 890 <SEP> 712 <SEP> 758
<tb> 20 <SEP> % <SEP> à, <SEP> F <SEP> 925 <SEP> 756 <SEP> 920
<tb> Analyse <SEP> des <SEP> composants
<tb> Asphaltènes <SEP> 63 <SEP> 22 <SEP> 14
<tb> Résines <SEP> 6 <SEP> 10 <SEP> 17
<tb> Huile <SEP> + <SEP> cire <SEP> 31 <SEP> 68 <SEP> 69
<tb> Insoluble <SEP> CCl4,
<tb> % <SEP> en <SEP> poids <SEP> 0,43 <SEP> 0,25 <SEP> 0,16
<tb>
# alimentation à installation pilote de 100 barrels par jour prove-
EMI8.12
nant d'un appareil de distillation a conduite ## Topping à 700 F dans appareil de distillation de laboratoire.
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Le degré de corrélation montré à la ligure 1 soulève une ques- tion, à savoir quel examen ou inspection de l'alimentation donnera avec précision la production de coke. On a trouvé dans la présente invention que la production de coke est en rapport de manière très étroite avec la teneur en carbone Conradson de la charge d'alimentation. Le pourcentage en poids de carbone Conradson dans la charge d'alimentation peut être dé- termine d'une manière courante par distillation atmosphérique pour déter- miner le résidu carboné par le test standard ASTM D189-30 bien connu.
La relation entre la production de coke et la teneur en carbone Conradson de l'alimentation peut être exprimée mathématiquement comme suit : % de carbone Conradson dans l'alimentation = % de production de coke + % de carbone Conradson d'alimentation dans le recyclage (produit 1015 F+).
La validité de la relation précédente est clairement démontrée par les résultats rapportés à la figure 2. Ce graphique met en rapport le pourcentage en poids de carbone 'Conradson dans l'alimentation et la somme des pourcentages en poids de production de coke et de carbone Conradson dans le produit 1015 F+. On notera que la formule mathématique précéden- te est correcte dans les limites de l'exactitude des mesures.
Des charges d'alimentation de teneur élevée en carbone Conradson produisent des proportions relativement élevées de constituants visqueux dans un lit de solides fluidifiés opérant à une température donnée, par exemple, 1025 F. Ces constituants tendent à lier les particules solides ensemble pour former des agglomérés.
Lorsque les particules agglomérées deviennent en nombre suffi- sant et/ou de dimensions suffisantes, le lit fluidifié commence à s'em- bourber et arrive à ne plus être de fonctionnement du type fluidifié.
Pour éviter cela, la vitesse d'alimentation doit être maintenue inférieure à une certaine limite où les agglomérés se rompent aussi vite qu'ils se forment, c'est-à-dire, lorsque les matières de liaison visqueuses sont as- séchées en coke au moins aussi vite qu'elles sont produites. La quantité de ces constituants visqueux est également mesurée par la teneur en car- bone Conradson de l'alimentation et est très étroitement équivalente à la production de coke lorsque le produit 1015 F + est recyclé jusqu'à extinc- tion.
Avec des charges d'alimentation de faible teneur en carbone Conradson ,des vitesses d'alimentation élevées sont admissibles car la quantité de constituants visqueux produits est moindre. Il y a moins d'ag- glomération;, et on peut tolérer des vitesses d'alimentation plus élevées sans que le lit fluidifié ne s'embourbe. Avec une compréhension nette de ces effets, et des effets des conditions opératoires dont il sera question ci-après, l'opération de cokéfaction peutétre mise en oeuvre à un rendement maximum ou près d'un tel rendement sans influence sur la te- nue du lit fluidifié.
L'application des découvertes ci-avant à la cokéfaction per- met le réglage de la vitesse d'alimentation à l'appareil de cokéfaction à lit fluidifié, suivant la qualité de la charge d'alimentation employée.
Ces découvertes examinées ci-avant peuvent être résumées comme suit :
1. Pour une série déterminée de conditions opératoires (tempé- rature de cokéfaction, dimensions des particules des solides fluidifiés, et vitesse superficielle de gaz), la vitesse d'alimentation maximum com- patible avec une bonne fluidification est inversement proportionnelle au coke déposé lorsque des résidus et charges d'alimentation apparentées sont cokéfiés, Cette découverte peut être reprise mathématiquement comme suit:
(Poids/Heure/Poids) max. x (% d'alimentation converti en coke)=K
100
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Lorsqu'on opère à une vitesse de gaz superficielle de 1 pied par seconde et à une température de cokéfaction de 1025 F, la vitesse de production maximum de coke,K , est d'environ 0,21 livre de coké déposé par heure par livre de solides fluidifiés. Des essais, dans un appareil à petite échel- le, pour cokéfier à une vitesse plus élevée ont pour résultat la forma- tion d'agglomérés qui, si elle est poursuivie, force le lit à s'embour- ber et à devenir Inopérant.
2. Le pourcentage de carbone Conradson contenu dans la charge d'alimentation est mis en rapport avec les produits de la réaction de co- kéfaction par l'expression suivante : % de carbone Conradson dans l'alimentation = % de coke produit + % de carbone Conradson d'alimentation dans le recyclage (produit 1015 F+).
De ces découvertes, on peut dériver la relation mathématique suivante :
100 K (Poids/Heure/Poids) max = #########. c % carb.Conradson ds. alimentation - % de carbone Conradson d'alimentation ds.pro- duit 1015 F+
Cette relation est montrée graphiquement à la figure 3 pour une opération de cokéfaction à 1025 F à une vitesse superficielle de gaz d'aération de 1 pied/seconde (en ordonnée: vitesse maximum d'alimen- tation fraîche, poids/heure/poids; en abscisse: carbone Conradson dans alimentation fraîche, % en poids).
SI le produit 1015 F provenant d'une opération de cokéfaction est recyclé jusqu'à extinction, tout le carbone Conradson sera converti en coke, et la vitesse d'alimentation maximum utilisable sera donnée, par rapport au carbone Conradson de l'alimenta- tion fraîche, par la ligne 1. Si 20 % du carbone Conradson de l'alimen- tation sont rejetés avec le produit 1015 F+, ce sera la ligne 2 qui s'ap- pliquera avec donc une conversion de 80 % en coke. SI un plus grand pourcentage du carbone Conradson de l'alimentation est écarté avec le produit 1015 F, par exemple 40 %, la ligne 3 s'appliquera.
Les lignes 1, 2 et 3 sont établies pour un taux de production de coke constant, K , de 0,21 livre de coke déposé par heure par livre de solides solidi- fiés. De la sorte, cette figure peut être utilisée pour une température de cokéfaction de 1025 F et une vitesse superficielle de gaz d'aération de 1 pied par seconde, ces conditions étant compatibles avec un taux de production de coke constant de 0,21.
Les résultats ci-avant ont été obtenus en faisant fonctionner un appareil de laboratoire à petite échelle; ces résultats ont cependant été confirmés ensuite par le fonctionnement d'un plus grand appareil.
La vitesse d'alimentation maximum admissible peut varier jusqu'à un cer- tain point avec les dimensions de l'appareil, le préchauffage de l'ali- mentation,l'uniformité de répartition de l'alimentation sur les solides, la répartition des dimensions des particules des solides, le taux de ±lui- dification, etc. En général, cependant, la vitesse d'alimentation maxi- mum se situe entre des limites calculées sur la base de KC = 0,15 à 0,35 pour une température de cokéfaction de 1015 F.
Comme signalé ci-avant, la vitesse d'alimentation maximum uti- lisable à une unité de cokéfaction est déterminée par la qualité de la charge d'alimentation, la température de cokéfaction , et la vitesse de gaz d'aération. Le facteur "vitesse de gaz d'aération" n'est pas trop Important dans une cokéfaction pour produire du naphte et du gasoil car les durées de contact exigent généralement que la vitesse de gaz fluidifiant soit maintenue inférieure à 1,5 pied par seconde. L'influence de la qua-
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lité de la charge d'alimentation a été discutée dans les paragraphes précédents. Comme on pouvait s'y attendre, la vitesse d'alimentation maximum utilisable est Influencée sérieusement par la température de cokéfaction.
Les résultats rapportés à la figure 4 pour divers résidus et charges apparentés révèlent que la vitesse d'alimentation maximum utilisable peut être doublée pour un accroissement de 30 à 50 F de la température de cokéfaction (en abscisse, la température de cokéfaction en F et en ordonnée la vitesse maximum, en poids/heure/poids). Une valeur moyenne de 38 F peut être utilisée dans le réglage des vitesses d'alimentation maxima utilisables, depuis 1025 F à un autre niveau de température.
C'est ainsi qu'à 950 F, la vitesse maximum admissible est égale à un quart de celle à 1025 F ou à une moitié de celle à 988 F.
Avec une charge d'alimentation de qualité donnée, à une température de cokéfaction fixée, la vitesse d'alimentation maximum utilisable peut être augmentée en accroissant la vitesse du gaz d'aération. Les résultats suivants montrent l'importance de l'effet de la vitesse de gaz sur la vitesse maximum d'alimentation.
Effet de la vitesse de gaz d'aération sur la vitesse d'alimen- tation maximum utilisable.
EMI11.1
<tb>
<tb>
Alimentation <SEP> Température <SEP> Vitesse <SEP> de <SEP> gaz, <SEP> Vitesse <SEP> d'alimentation
<tb> pied <SEP> par <SEP> seconde <SEP> maximum
<tb> poids/heure/poids
<tb> Hawkins <SEP> 975 <SEP> 1,0 <SEP> le5
<tb> Hawkins <SEP> 975 <SEP> 3,0 <SEP> 1,4
<tb> Louisiane <SEP> du <SEP> Sud <SEP> 1025 <SEP> 1,0 <SEP> 1,8
<tb> Louisiane <SEP> du <SEP> Sud <SEP> 1025 <SEP> 1,9 <SEP> 2,9
<tb> Louisiane <SEP> du <SEP> Sud <SEP> 1025 <SEP> 3,0 <SEP> 4,9
<tb>
Les résultats résumés ci-avant montrent que la vitesse d'alimentation peut être accrue sensiblement en élevant la vitesse de gaz d'aération de 1 à 3 pieds/seconde. Il faudrait noter, cependant, qu'une vitesse de gaz élevée peut être et est fréquemment accompagnée de difficultés opératoires importantes. L'entraînement de solides est augmenté très fortement, et les durées de contact sont fort limitées.
Pour certains types d'opérations, spécialement à des températures plus élevées, une courte durée de contact est appropriée et, de ce fait, une vitesse de gaz aussi élevée que 3 pieds par seconde est acceptable. Dans une cokéfaction à de plus basses températures, par exemple à 950 ou 975 F, une vitesse de gaz d'aération de 0,5 à 1,0 pied par seconde est désirable pour obtenir une conversion appropriée avec des profondeurs raisonnables de lit de cokéfaction.
Le facteur K . la température opératoire, et la vitesse de gaz d'aération peuvent être combinés pour énoncer une formule précise servant à une opération avec toute charge d'alimentation quelconque. En utili- sant une valeur K = 0,21, les résultats obtenus pour diverses charges d'alimentation ayant une gamme de teneurs en carbone Conradson de 12 à 29 sont rapportés à la figure 4. La ligne établie sur les carrés noirs de cette figure est obtenue avec un résidu Mont. (carbone Conradson : 29).
La ligne donnée par le cercle blanc est obtenue avec un résidu de la Louisiane du Sud (carbone Conradsor :16). La ligne obtenue avec les triangles noirs renversés est obtenue avec des dépôts de Louisiane du Sud 1050 F+ (carbone Conradson : 12). La ligne donnée par les cercles noirs est obtenue avec un résidu de Hawkins (carbone Conradson : 22). Enfin,, la ligne obtenue par les triangles noirs non renversés est obtenue avec un mélange 25% - 75 % de dépôts de Louisiane du Sud 1050 F+, et de résidu
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de Louisiane du Sud (carbone Conradson : 15). Pour tenir compte de oa- ractéristiques inhérentes aux appareils, les lignes de la figure 4 peuvent chacune être élargies en bandes qui couvrent une largeur représentant Kc de 0,15 à 0,35.
La ligne supérieure et la ligne inférieure de la figure 4 sont représentées ainsi élargies, en lignes Interrompues. En d'autres mots, les vitesses d'alimentation maxima peuvent encore varier fortement à partir de celles données par la formule : (Poids/Heure/Poids) max 21 X 2 T - 1025 F
EMI12.1
(Poids!Heure!P01ds) max 38 % carb.Conradson dsoalbnentation - % de carbone Conradson d'alimentation dans produit 1015 F+ dans laquelle T est la température en F du lit de cokéfaction.
La valeur particulière de K , 0,21 telle que déterminée par un appareil de laboratoire,sera généralement trouvée comme étant une valeur sûre, mais l'équa- tion plus générale:
EMI12.2
100 2 T - 1Q2l) (Po.1ds!Heure!Po.1dso max = 100 K c 2 - 'S -025 F % carbone Conradson ds. alimentation - % de carbone Conradson d'alimentation dans produit 1015 F+ peut être appliquée à tout système où K est compris entre les limites générales données ci-avant.
On notera que les différences dans les caractéristiques des diverses charges d'alimentation varient beaucoup plus largement que ne le font les valeurs de K , de sorte qu'un système passant d'un résidu de
EMI12.3
Bil11ngs à un résidu 8e Louisiane du Sud 1015 F peut voir passer sa vi- tesse d'alimentation à plusieurs fois la sécurité maximum précédemment considérée, à une température opératoire, une vitesse d'alimentation données, etc.. Une expérience sur chaque nouvelle unité de cokéfaction montrera vite le K pour cette unité, de sorte que la vitesse maximum d'a- limentation peu être approchée encore plus étroitement avec sécurité, mais même sans expérience, la présente invention offre un très grand avan- tage .
En se référant maintenant à la figure 5, on y a représenté plus ou moins schématiquement un système de cokéfaction, qui comprend un système de préchauffage 11 de solides, qui peut être de tout type convenable, tel qu'un brûleur de solides fluidifiés, un brûleur à conduite de transfert, ou un réchauffeur qui utilise un combustible extérieur; tous ces systèmes sont connus en pratique. Du système de préchauffage 11, les particules solides, qui sont de préférence mais pas nécessairement des particules de coke, et qui se présentent dans la gamme approximative de 40 à 500 microns de diamètre moyen de particules, sont alimentées par uneconduite 13 à un récipient de cokéfaction 15.
Un fluide d'aération convena- ble, tel que de la vapeur ou un gaz Inerte, par exemple, de l'azote, peut être fourni par un ou plusieurs conduits d'admission 17 dans la conduite 13, pour le transfert des solides préchauffés dans le récipient de cokéfaction pour leur fluidification.
L'alimentation d'huile,de préférence préchauffée à une température Inférieure à la température de cracking thermique, est introduite par une conduite 19 dans des gicleurs 20 qui sont chacun ou par groupe con-
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frôlés par ure vanne ou papillon réglable 21. L'alimentation est, de pré- férence, pulvérisée ou autrement finement divisée pour prendre contact avec les particules solides venant du préchauffeur et les revêtir aussi unifor- mément que possible. Les vannes de contrôle 21 peuvent être réglées à la vitesse d'alimentation maximum ou optimum, ou au voisinage de cette vites- se, pour la charge d'alimentation particulière, suivant la teneur de celle- ci en carbone Conradson.
Les solides qui pénètrent sont préchauffés à la température re- quise pour maintenir la température de cokéfaction désirée dans le lit flui- difié 23 du récipient de cokéfaction, habituellement entre 900 et 1200 F.
Pour une température de lit de 950 F, par exemple, les solides seront pré- chauffés jusqu'à environ 1000 à 1100 F, suivant le rapport des alimenta- tions de solides et d'huile, et la température de préchauffage de celle-ci.
En général, les solides sont de 50 à environ 200 F plus chauds que le lit 23. Le rapport des alimentations d'huile et des solides peut être compris dans les limites générales de 0,1 à 10 poids d'huile par heure par poids de solides séjournant dans le lit. Pour la plupart des alimentations, les rapports plus étroits de 0,25 à environ 6 poids/heure/poids prévaudront, comme on pourra le calculer par les formules données ci-avant, suivant leurs teneurs en carbone Conradson. Pour les résidus plus réfractaires, les limi- tes sont habituellement de 0,3 à 2,9 poids par heure par poids.
Dans le récipient de cokéfaction 15, le niveau supérieur 24 du lit 23 peut être réglé ou limité de plusieurs manières. Comme montré au dessin, ce niveau est déterminé par la hauteur d'une paroi 25 qui délimite une zone de séparation ou enlèvement 27. La vitesse du gaz fluidifiant est, de préférence, maintenue entre 0,5 et 1,2 pied par seconde dans une cokéfaction pour la production de naphte et de gasoil comme principaux produits. Les solides fluidifiés débordent dans la zone 27, et les gaz et vapeurs occlus qui les accompagnent sont enlevés ou séparés par un gaz circulant à contre-courant, tel que de la vapeur, introduit par une conduite 29. Les solides libérés descendent par une conduite 31, et une partie de ces solides peut être enlevée par un conduit 33 pourvu d'une vanne de réglage 35.
De la sorte, du coke produit peut être enlevé du système.
Une proportion Importante des solides (de préférence du coke) est renvoyée au réchauffeur 11 par une conduite ou coude en U 37 contrôlé par une vanne 39..On peut Introduire du gaz d'aération, tel que de l'air, en un ou plusieurs points 41 pour emporter les solides vers le réchauffeur et pour aider à la combustion destinée à procurer la chaleur nécessaire.
On peut fournir du gaz oxydant supplémentaire, tel que de l'air, de l'air enrichi ou de l'oxygène, et on peut Introduire dans le brûleur un carburant, tel qu'un gaz ou une huile de brûleur, pour réduire ou éliminer la combustion du coke. Les produits gazeux ou vaporeux de combustion peuvent être enlevés au sommet par une conduite de sortie 43. Le coke réchauffé est renvoyé à l'appareil de cokéfaction pour la répétition du procédé.
Les gaz et les produits vaporeux de l'appareil de cokéfaction sortent du lit fluidifié 23. Les particules solides qui peuvent être entraînées sont enlevées en faisant passer les produits effluents à travers un séparateur, tel qu'un cyclone 45. Les solides séparés sont renvoyés au lit de la manière habituelle par une conduite de renvoi 47. Les produits vont alors à un système de récupération de produits, non représenté; et ce par la conduite 49.
Le système à échelle de laboratoire, grâce auquel la plupart des résultats précédents ont été obtenus, consistait en une unité chauffée électriquement de 2,7 pouces de diamètre et de 36 pouces de haut; elle était équipée d'une grille destinée à supporter les solides et à répartir le gaz d'aération. L'alimentation était introduite par un gicleur du type à jet réparti horizontalement,disposé 2 pouces au-dessus de la grille et affleurant la paroi du réacteur. On utilisait 400 gr de coke
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d'une dimension de particules de 35 à 80 mailles (environ 175 à 500 microns), ce qui suffisait à remplir le réacteur jusqu'à une hauteur de 4 pouces au-dessus de la grille,avant fiuidification.
On introduisait de l'azote à travers la grille pour obtenir la fluidification, et l'alimen- tation résiduaire, de même que l'azote atomisé, étaient pulvérisés par le gicleur à vitesse élevée. La vitesse d'alimentation maximum en p./hre/p. était établie dans des cycles de 10 minutes en augmentant la vitesse d'alimentation de cycle en cycle jusqu'à atteindre une défluidification du lit.
Après que les vitesses d'alimentation maxima utilisables avaient été déterminées pour les diverses alimentations étudiées, les résultats de production de coke étaient déterminés en utilisant du sable comme solides fluidifiés. Dans les essais de production de coke, les con- ditions opératoires étaient doubles de celles utilisées dans les études des possibilités de vitesses utilisables. La production de coke était fixée en enlevant et en analysant des échantillons du lit à des Intervalles de 5 minutes durant des essais de 20 minutes.
Il doit être entendu que les tendances des résultats de laboratoire étaient confirmées par des opérations dans des installations pilotes à grande échelle. Bien que de petites différences dans le facteur K apparaissent lors. de la comparaison des résultats à échelle de laboratoire avec les résultats d'une Installation à 100 barrels par jour, les valeurs relatives pour toutes les charges d'alimentation examinées étalent tout à fait compatibles, sauf de petites différences pour des alimentations à H/C très faible, par exemple, des matières aromatiques à noyaux condensés.
Sur la base ci-avant, il est clair que les limites opérables d'une unité de cokéfaction sur diverses alimentations peuvent être prédéterminées avec une pression très satisfaisante en analysant simplement l'alimentation pour ce qui concerne sa teneur en carbone Conradson, et en appliquant les équations précédentes. En observant soigneusement une unité commerciale son K particulier peut être déterminé et utilisé comme guide plus sûr que les valeurs générales de Kc rapportées ci-avant.
Des températures opératoires préférées pour le lit, lorsque le naphte et le gasoil sont les produits principalement désirés, sont de 900 à 1050 F, des températures de 950 à 1015 F étant spécialement préférées.
Lorsque les caractéristiques de l'appareil de cokéfaction ne sont pas connues, par exemple, lorsqu'on fait démarrer une nouvelle unité de cokéfaction, la valeur de K = 0,21 est habituellement sûre. Sous des conditions favorables, avec un bon préchauffage d'alimentation (600 à 800 F) et une bonne répartition d'alimentation, avec une vitesse d'aération comprise entre les limites préférées de 0,5 à 1,2 pied;par secondes, le Kc peut être aussi élevé que 0,35. Sous des conditions défavorables, une valeur plus faible, descendue jusqu'à 0,15, peut être indiquée. Le préchauffage de l'alimentation peut être plus faible, abaissé jusqu'à 300 F ou moins, mais la valeur de Kc peut devoir être réduite légèrement .
On comprendra également que le procédé de la présente invention peut être mis en oeuvre de diverses manières et dans différents types d'in- stallation. Des modifications et variantes peuvent être prévues en vue d'un meilleur traitement, notamment en ce qui concerne les charges d'ali- mentation, les gammes optima de températures de cokéfaction, etc, comme le comprendront aisément les spécialistes en ce domaine .
REVENDICATIONS.
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