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La présente invention est relative à un système amélioré de sépa- -ration de produits vaporeux et spécialement à un système perfectionné de sé-' paration de vapeurs ou gaz hydrocarbonés et similaires, d'autres profits de procé- dés de réaction thermique. L'invention d'applique particulièrement à la séparation de produits primaires ou supérieurs, de produits secondaires ou inférieurs, résultant du cracking thermique d' huiles hydrocarbonées lourdes. L'invention est spécialement applicable à la séparation de vapeurs et gaz primaires pro- venant d'une;opération de cokéfaction d'huile à haute température, de produits secondaires de qualité inférieure, bien que l' invenion ne soit pas unique- ment limitée à une telle séparation.
De la technique antérieure, il est connu que certaines matières, telles que des huiles hydrocarbonées moyennes ou lourdes et des charges d' alimentation organiques apparentées peuvent être converties par cracking thermique en matières de poids moléculaire inférieur de valeur beaucoup su- périeure à celle de 1' alimentation. Par exemple une huile lourde résiduaire de pétrole, de valeur économique relativement basse, peut être convertie par cracking à des températures modérées élevées, par exemple, 900 à 1100
Fou environ, en carburant de moteur et gasoil. A des températures plus éle- vées (et des'durées de contact plus courtes), la même alimentation peut être convertie en matières de départ pour beaucoup de produite chimiques inté- ressants.
C' est ainsi qu'à des températures de 1200 à 1500 F ou environ, des huiles lourdes résiduaires de pétrel au vert être converties en éthylène, acé- tylène, propylène, butylènes, butadiène, isoprène et benzène, en même temps qu'en d' autres produits. Ces produits non saturés de faible poids moléculai- re et matières apparentées sont de valeur très importante, comme matières de départ dans la fabrication de fibres synthétiques, matières plastiques, al- cools, cétones, aldéhydes, et beaucoup d' autres produits intéressante de la chimie moderne. De ce fait, ce type général de conversion d' huiles hydrocar- bonées lourdes dé pétrole est couramment désigné comme cracking ou cokéfaction à température élevée pour des matières chimiques.
Le procédé est évidemment applicable, jusqu'à un certain point, à des goudrons de houille poix, résines huiles de schiste et autres résidus organiques.
Dans un cracking ou une cokéfaction à température élevée, ou dans des distillations destructrices de matières organiques, il est fréquemment de très grande importance de mettre en oeuvre la réaction thermique jusqu'à un point optimum et de therminer la réaction de manière brusque lorsque ce point est atteint. Ceci est spécialement vrai d'une cokéfaction, à tempéra- ture élevée, d'huiles lourdes et de poix pour produire des oléfines de fai- ble poids moléculaire et produits apparentés. Aux températures nécessaires pour obtenir ces produits en bas rendements, ils sont très réactifs. Ils ten- dent rapidement à se polymériser, s' alkyler ou a réagir d'une autre manière l'un avec 1' autre et avec certaines autres matières avec lesquelles ils peu- vent entrer en contact.
Un but de la présente invention est de faciliter la fin brusquée de 1' extinction de la réaction, lorsque les produits optima ont été obtenus.
Un procédé préféré de réalisation de la conversion thermique d' huiles lourdes, poix, goudrons, etc, suppose la mise en contact de ceux-ci avec des particules solides préchauffées. Une masse de particules solides préchauffées d'une dimension qui leur permette d' être fluidifiées, portées et soulevées par un courant gazéiforme est un milieu de contact thermique particulièrement satisfaisant, comme il est bien connu en pratique.
Pour la cokéfaction d' huiles lourdes et de poix à des températures modérément élé- vées, un lit fluidifié de solides, avec lequel l' alimentation est mise en contact sous une forme finement divisée, est très satisfaisant. Pour des tem- pératures plus élevées, pour la production de proportions importantes d' o- léfines ( par exemple, acétylène, éthylène, etc), et dans d' autres cas où les durées de contact doivent être très courtes, 1' utilisation d'un réacteur à conduit de transfert ou à solides en phase dispersée mobile est très avan- tageusea Dans untel système, les produits à convertir sont amenés en contact
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momentanément avec un courant, se déplaçant rapidement,
de solides chauds propulsés par et habituellement en suspension dans un courant de gaz propul- seura A la fin de la période de contact, les solides doivent être séparés ra- pidement des produits pour terminer la conversion thermique. Il est habituel- lement désirable d' éteindre les produits immédiatement après séparation, c' est-à-dire, de les refroidir jusqu'à une température à laquelle ils cessent de réagir et de former des produits de dégradation. Un but de la présenta invention est faciliter de tels séparation et refroidissement rapides.
La manière la plus courante et fréquemment la plus efficace et la plus satisfaisante de séparer les particules solides porteuses de chaleur, de gaz et vapeurs, consiste à les faire passer à travers un séparateur centrifu- ge, tel qu'un cyclone. Bien qu'une partie importante des produits de conver- sion vaporeux ou gazeux puissent-être séparés très rapidement dans un sépara- teur centrifuge, il y a toujours une certaine occlusion et un certain arrêt ou emprisonnement des solides. De plus, la réaction de l' alimentation qui n' est que partiellement convertie se poursuit dans le séparateur et dans la conduite de solides sortant du séparateur.
Les produits secondaires ainsi oc- clus, arrêtés ou emprisonnés, et convertis sont habituellement dégradés jus- qu'à un degré important en raison de leur durée de chauffage relativement prolongée. Un autre but particulier de la présente invention est de facili- ter la séparation de produits primaires de meilleure qualité, des ces produits secondaires de qualité relativement inférieure.
Bien que tous les efforts puissent être faits ,et habituellement le soient, pour disperser 1' alimentation de manière uniforme sur et parmi les particules solides porteuses de chaleur, certaines particules ramassent toujours une plus grande quantité d' alimentation, c' est-à-dire, une plus grosse couche d' huile, que d'autres. De ce fait, certaines particules so- lides sont encore relativement humides ou portent une couche gluante ou plas- tique d' huile partiellement cokéfiée, alors que d' autres particules sont relativement sèches et ont -achevé la conversion de l' alimentation avec la- quelle elles ont été en contact.
De là, si des produits primaires sont eg@- vés après une durée de contact optimum, certains des solides doivent conta*.- nuer en libérant de la chaleur et en convertissant 1' alimentation partiel- lement cokéfiée en une sorte de produit, après que les produits primaires ont été enlevés. Il est désirable d'empêcher un mélange important de ces pro- duits secondaires et inférieurs avec les produis primaires qui sont habituel- lement de qualité plus élevée. Cela constitue un autre but de l' invention.
Dans la forme d' application préférée, ce but est atteint en établissant un joint au barrière de gaz ou de vapeur entre les produits primaires et les produits secondaires. Les solides continuent à sécher et à vaporiser ou cra- quer l' huile adhérente,mais les produits provenant d'une longue durée de contact,bien qu'étant souvent intéressants pour d' autres buts, sont avan- tageusement séparés des produits primaires. Par conséquent,ils sont préser- vés d'une circulation en retour ou en sens inverse dans le séparateur et ils sont enlevés séparément.
Les caractéristiques et les buts précités de l'invention, ainsi que d' autres encore, non mentionnés précédemment, seront mieux compris en se référant à un exemple de mode d' application de l' invention. A cet effet on se référera aux dessins annexés.
La figure 1 montre assez schématiquement un appareil destiné à la mise en oeuvre du procédé de l'invention.
La figure 2 montre en élévation, avec certaines parties brisées, un système de mise en oeuvre de la présente invention et un appareil correspon- danta
A la figure 1, un-réacteur à conduite de transfert 11 relie un brûleur ou réchauffeur 13 à un séparateur 15 de gaz et de solides.
On peut utiliser des particules solides chaudes, qui sont d' une dimension convena- ble pour être mises en suspension dans un courant gazeux,telles que du sable,
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de la grenaille métallique ou autres particules métalliques,du carborundum de la silice,des perlas de verre,de la céramique;
etc,ou,des particules de coke dérivant de charbon ou de pétrole,ou même des particules de catalyseur épuisé.Ces particules servent comme moyens porteurs de chaleur.Les parti- cules convo @nt le mieux pour être entraînées dans un courant gazéiforme à travers le réacteur 11 sont habituellement comprises entre environ 40 et
500 microns de diamètre moyen de particule,mais elles peuvent être aussi pe- tites que 20 microns ou atteindre,par contre, 2000 microns.On préfère habi- tuellement les particules de coke produites au cours du procédé,bien que l'invention ne soit pas limitée à ces particules.Les particules sont,de préférence pratiquement non catalytiques pour une cokéfaction à haute tem- pérature de matières chimiques.
L'huile, ou l'alimentation similaire, a convertir est alimentée au réacteur par une conduite 17, en étant , de préférence, vaporisée par une intro- duction à travers une série de gicleurs 19 ou par une introduction à l' étran- glement d'un venturi ; le courant de solides en suspension ;et ceafin de réaliser une bonne distribution ou répartition de cette alimentation. On peut introduire de la vapeur avec 1' alimentation, si on le désire.
Les particules solides chaudes ascendantes, de préférence préchauffées jusqu'à une tempéra- ture de 1250 à 1600 F ou plus, sont propulsées par de la vapeur, un gaz hy- drocarboné ou un autre gaz inerte, introduit par les conduites-21., 23, 25, en un volume propre à amener les solides au degré désiré de dispersion, par exem- ple, à une densité de 0,1 à 20 livres par pied cube. On utilisé, de préférence de la vapeur. La température du réacteur peut être de 1200 à 1600 F, de pré- férence 1300 à 1400 F.La pression effective du réacteur peut varier de la pression atmosphérique à 50 livres par pouce carré ou environ, de préférence de 5 à 15 livres. La vapeur utilisée peut varier de 5 à 100% en poids de l' alimentation, de préférence 20 à 30%.
La vitesse du courant fluidifié gazéiforme chargé de solides, à travers le réacteur 11, est, de préférence, d'au moins 8 pieds par seconde et peut atteindre 100 pieds ou plus par seconde.
L'huile est vaporisée et rapidement craquée en produits insaturés désirés de bas poids moléculaire. Les vapeurs ainsi produites sont rapidement séparées des solides dans le séparateur 15. La durée totale de contact dans' le réacteur 11 et le séparateur 15 est de 0,001 à environ 1 seconde, de pré- férence de 0,05 à environ 0,5 seconde.
Les produits vaporeux primaires séparés dans le séparateur centri- fuge ou cyclone 15 sont emmenés vers le haut par une conduite de sortie 27 et sont immédiatement éteints ou refroidis par injection, dans cette conduite 27 d'un courant dé liquide relativement plus froid, tel que de l'eau ou une hui- le, et ce par une conduite 29. L' alimentation d' huile elle-même peut être employée comme moyen d' extinction, si on le désire; elle est, dans ce cas, recyclée plus tard à la conduite de cokéfaction. Des solides froids, tel que des particules de coke, peuvent être utilisés au lieu de ou avec le réfrigé- rant liquide. Dans ce cas, la matière d' extinction ou de refroidissement peut être entraînée dans le produit et séparée de celui-ci dans un étage de sépa- ration ultérieur, non représenté .
Une certaine quantité de la matière d' ex- tinction peut descendre par la conduite 27 ,si on le désire, pour rejoindre les solides séparés descendants.
Les solides séparés passent, de haut en bas, depuis le séparateur à travers un passage rétréci 31 du type vena contracta ou venturi, pour aller dans une zone de séchage 33 de plus grande section transversale. Là,les gaz et vapeurs occlus et les produits craqués plus tard, non séparés dans le premier étage, sont enlevés par un courant ascendant de fluide d' enlèvement tel que de la vapeur 'ou un autre gaz inerte introduit par une conduite 35.
Les solides libérés et épuisés sont renvoyés, sous le contrôle d'une vanne 37, par un coude 39 au brûleur ou réchauffeur 13 mentionné précédemment.
Le brûleur ou réchauffeur 13 est représenté comme étant du type à lit fluidifié, pour les besoins de l'illustration. Les solides ; par exem-
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ple, des particules de coke, qui ont grossi par accumulation de coke dans 1' opération de cokéfaction, circulent de bas en¯haut.dans la conduite d' en- trée 41 sous l' effet de propulsion et/ou de poussée d'un gaz à force as- censionnelle introduit par une ou plusieurs conduites 43, 45. Un élément formant chicane 47 répartit et distribue les solides pénétrant dans le lit du brûleur.
Un gaz de fluidification et/ou de brûlage, tel que de 1' air ou de 1' air plus un carburant, est introduit par une conduite d' admission 49 et une grille 51 dans le fond du brûleur ou réchauffeur pour fluidifier et brûler ou réchauffer les solides. Lorsque leur-température a été suffisam- ment élevée, les solides débordent au-dessus d'un élément de cloisonnement 53 délimitant une zone de séparation 55 de laquelle les gaz de combustion se séparent et s'élèvent. Les solides descendants peuvent être enlevés des gaz de combustion occlus, si on le désire, par un fluide convenable d' en- lèvement introduit par une conduite 57.
Les solides réchauffés retournent au réacteur à conduit de transfert par une canalisation descendante 59 et des coudes 61 et 63, sous l' effet propulseur du gaz introduit par les conduites 21, 23, 25, comme mentionné ci-avant.
Une conduite de dérivation 65 est prévue pour enlever du coke produit chaud de la canalisation 59, sous le contrôle de vannes 67 et 69.
De la chaleur peut être récupérée du produit enlevé en faisant passer ce- lui-ci par un échangeur convenable de chaleur, non représenté, Si on le désire, du coke produit peut également être enlevé à une température plus basse, de la conduite de sortie 39 de 1' appareil de séchage des solides, et ce par une conduite de dérivation 71, sous le contrôle d'un vanne 73.
Des gaz de combustion peuvent être enlevés du récipient brû- leur 13 par un séparateur 75 des gaz et des solides, qui peut être du type cyclone habituel. Les solides séparés sont'renvoyés au lit par une conduite de retour 77. Les gaz de combustion s' échappent au sommet par''une conduite de sortie 79.
La quantité de coke produit dans la plupart des procédés de co- kéfacion est beaucoup plus grande qu'il n' est nécessaire pour satisfaire aux exigences en chaleur du procédé. Si on le désire, un serpentin d' échange de chaleur 81 peut être placé dans le lit fluidifié 83 du brûleur 13 pour produire de la vapeur ou pour procurer de la chaleur en vue d' autres utili- sations,auquel cas une plus grande partie ou tout le coke produit peut être brûlé. Lorsque les teneurs decoke sont faibles ,ceci peut être très avan- tageux.
Les produits secondaires accompagnant les solides partant du sé- parateur 15 et ceux produits lors du schage des solides dans la zone de sèchage 33 sont.enlevés par une conduite de produits secondaires 85. Les pressions respectives dans le séparateur 15 et 1' appareil de sèchage 33 sont maintenues autant que;possible en équilibre par une vanne de règlage 87 commandée par un régulateur à pression différentielle 89 auquel cette vanne est relié par une conduite de contrôle 91. Le régulateur 89 est éga- lement relié respectivement au séparateur et à la partie supérieure de la zone de sèchage des solides par des conducteurs 93, 95 qui se terminent dans des dispositifs 97 et 99, sensibles à la pression.
En vue de maintenir une séparation nette des produits primaires et des produits secondaires, un gaz de séparation qui est inerte et faci- lementséparé des produits, lorsqu'il est condensé, est injecté à l'endroit de 1' étranglement du venturi par une conduite 101. Le gaz de séparation que l'on préfère est habituellement de la vapeur, bien qu'on puisse utiliser, si on le désire,des gaz hydrocarbonés légers, tels que de l'éthane ou du pro- pane.
La quantité de ce gaz est réglée par une vanne variable 103 et elle est, de préférence, juste suffisante pour maintenir un joint entre les vapeurs se trouvant dans le séparateur 15 et les vapeurs de 1' appareil de sèchá- ge 33. De plus, la vitesse du gaz de séparation ascendant à travers le passa- ge rétréci 31 est maintenue à une valeur qui permettra le passage les soli- des séparés vers le bas à travers ce passage 31,par exemple une vitesse d'
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environ 0,5 pied par seconde-ou moins, de préférence environ 0,1 pied. La pression différentielle des gaz et des vapeurs entre le séparateur et la zone de séchage est maintenue entre environ -5 et +5 pouces d' eau,une pression différentielle non supérieure à il pouce étant préférée.
On comprendra que le brûleur à lit fluidifié peut être rempla- cé par un brûleur du type à conduite de transfert à fluidification. Par exemple, à des températures supérieures à environ 1400 F,un brûleur à conduite de transfert pourrait être utilisé pour maintenir minima la durée de séjour et la formation d' oxyde de carbone. Le réacteur peut, dans cer- tains cas, être remplacé par un réacteur à lit fluidifié, bien que, pour de très petites durées de contact, ce dernier type ne soit pas très satis- faisant, un système à conduite de transfert étant préférable. Divers autres agencements et variantes peuvent être prévus par les techniciens en ce do- mâine sans se départir pour cela de l'esprit de l'invention.
Il doit être entendu que les expressions ou termes "vapeur" et "gaz" ou"matière gazéiforme" tels qu'utilisés dans les revendications, sont synonymes, car les produits primaires et secondaires, et les gaz ou vapeur de joint,peuvent être soit un gaz, soit une vapeur.
L'invention.peut prendre différentes formes; un autre type d' application est montré à la figure 2 annexée. Il doit être entendu que cette forme de réalisation est purement exemplative.
En se référant à la figure 2, on voit en élévation, avec certaines parties brisées, un système destiné à la mise en oeuvre de l'invention et un appareil correspondant. Un réacteur 13 en forme de conduite de transfert, est agencé pour recevoir un courant de particules de coke préchauffées,prove- nant d'un réchauffeur ou brûleur non--représenté. Ces particules, préchauffées jusqu'à .une température d' environ 1250 à 1600f F, de préférence d' environ
1300 à 1500 F, sont admises par une conduite 11 dans le réacteur 13 qui est proportionné de manière à permettre la durée de contact optimum entre l'huile résiduaire et les particules de coke. Cette durée de contact est habituelle- ment très courte, ordinairement inférieure à une seconde.
Une alimentation de résidu,qui peut également être,préchauffée jusqu'à une température,con- venable, par exemple 300 à 600 F,est introduite dans le réacteur sous une forme finement subdivisée par une conduite d' alimentation 15 de laquelle elle peut être vaporisée ou subdivisée d'une autre manière, pour entrer en contact -avec les particules de coke lorsque celles-ci pénètrent par la conduite d' admission 11.
La réaction se produit rapidement et est partiellement achevée au moment où les particules et 1' alimentation atteignent l'extrémité du réac- teur qui se termine dans un séparateur à cyclone 17. L' achèvement complet de la réaction s' effectue dans le séparateur à cyclone. Là également, d'une manière convenable, les solides sont séparés des produits de conversion gazeux et vaporeux par la force centrifuge, et.ces derniers produits sont enlevés centralement et au...sommet par une conduite de sortie 19. Là, les produits vaporeux peuvent être éteints ou refroidis rapidement, d'une manière habitu- elle, par l'intervention d'une vaporisation d' eau ou de produits de coké- faction préalablement refroidis.
L' accumulation de solides dans le bas du séparateur ou cyclone 17 est règlée à un niveau bas et le retour des pro- duits secondaires vers le cyclone est empêché de la manière expliquée ci-après.
Une conduite de sortie 21 présente un étranglement de Venturi 23 dans lequel est introduit un élément gicleur 25 orienté vers le bas,Une van- ne 27 règle le passage d'une vapeur ou d'un liquide,tels que de la vapeur d' eau ou de l'eau,ou des gaz provenant de la combustion dans un brûleur ou ré- chauffeur, non représenté,de manière que le jet de gaz ou de vapeur accélère la circulation des solides en direction du bas.Pour la récupération de pro- duits secondaires vaporeux et gazeux, de produits gazeux légère peuvent être recyclés vers la conduite 25. Un régulateur enregistreur de niveau 2g est relié par des conducteurs 31 et 33 respectivement au bas du cyclone' et à la'partie. ' supérieure de'la conduite de sortie 21.
Cet
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enregistreur de niveau est sensible à la présence d' accumulation de solides au bas du séparateur et, d manière correspondante, il permet à la vanne 27 d' alimenter du gaz ou de la vapeur dans le gicleur 25 et d' évacuer ainsi les solides accumulés et les empêchant de subir un chauffage prolongé dans le cyclone 17.En même temps, on empêche que les produits de réaction secondai- res provenant de composants non vaporisés adhérant aux solides ne retournent au cyclone.
REVENDICATIONS.
1. Le procédé de conversion d' huile ou matière similaire en pro- duits vaporeux ayant une tendance à dégénérer à la température de conversion qui comprend la mise en contact de l'alimentation, de façon momentanée, avec des particules solides chaudes à une température de conversion élevée, la sé- paration rapide des produits vaporeux primaires, d'avec les solides, l' ex - tinction ou refroidissement immédiat des produits primaires le passage des solides, :au point de séparation à une zone de séchage, en vue d'une nouvelle séparation de produits vaporeux secondaires, et 1' établissement d'un joint de vapeur entre la zone de sèchage et le point de séparation-de produits pri- maires, pour empêcher un mélange important des produits vaporeux secondaires avec les produits vaporeux primaires.