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La présente invention est relative à un appareil et à un procé- dé de préparation de coke en grains ou coke élémentaire ou de base, desti- né à la cokéfaction d'hydrocarbures à lit fluidifié, telle que la cokéfac- tion d'huiles résiduaires et huiles similaires. L'invention se rapporte plus spécialement à la'fois à un appareil et à un procédé destinés à pro- curer les petites particules de coke requises, destinées à servir comme noyaux pour le dépôt du coke formé durant le procédé.
Un but de l'invention.est de remplacer les plus grandes parti- cules de coke, qui sont enlevées du système en tant que coke produit, par de plus petites particules, de manière à maintenir le nombre total de particules dans le système, à peu près constant. L'invention présente un appareil destiné à rompre les grosses particules de coke, de façon que l'accroissement des dimensions moyennes des particules, qui se produit du fait du dépôt de coke, soit compensé par l'enlèvement des grosses particu- les de coke et leur remplacement par un nombre équivalent de petites parti- cules. L'invention se rapporte encore à un procédé efficace de rupture des grosses particules et de renvoi, de préférence, des petites particules à la zone de cokéfaction pour servir comme coke élémentaire.
Dans la conversion d'huiles hydrocarbonées, spécialement d'hui- les brutes de pétrole, il est courant, depuis de nombreuses années, d'enle- ver par distillation les fractions plus volatiles et de soumettre les ré- sidus lourds à un cracking thermique afin d'obtenir du carburant de moteur et d'autres fractions à bas point d'ébullition en une quantité aussi éle- vée que possible. Dans tous les procédés antérieurs, il y avait une produc- tion de quantités considérables de brai ou huile résiduaire, visqueuse, lourde, Bien que ce brai soit habituellement de très faible valeur, il y a un marché assez important pour ce produit dans le domaine des locomotives à vapeur, des chaudières d'usines, etc.
Du fait, cependant, que l'augmenta- tion de l'utilisation des moteurs Diesel en chemins de fer, et de l'intro- duction d'autres installations améliorées de chauffage et de fourniture de puissance,le marché des huiles résiduaires lourdes à nettement baissé durant ces dernières années. En même temps, s'est fortement accrue la demande de produits plus volatils, tels qu'essence, huile de chauffage, et produits qui peuvent être convertis en essence, carburant Diesel, huile de chauffage, etc.. En conséquence, depuis les dernières années, la conversion de résidus d'huiles brutes par cokéfaction s'est montrée d'un très 'grand intérêt.
Parmi les divers procédés qui sont utilisés pour la cokéfaction, le procédé à solides fluidités, récemment développé, semble être parmi les plus efficaces et promet les plus grands succès. Dans ce procédé, comme on le sait, une masse de solides préchauffés fluidifiés, tels que du sable, des particules métalliques, de l'argile, de l'alumine, des perles, et spécialement des particules de coke formées au cours du développement du procédé, est est utilisée pour fournir la chaleur nécessaire à la cokéfaction ou conversion du résidu. Une grande proportion du résidu est normalement convertie en gasoil et autres fractions de plus grande volatilité que l'alimentation.
Une petite proportion de l'alimentation est convertie en coke. On peut utiliser divers solides, tels que ceux mentionnés ci-avant, pour fournir la chaleur de conversion. Comme le coke est un produit du procédé, on le préfère évidemment.
La présente invention se rapporte spécialement à des moyens et procédés de réglage des dimensions de particules des solides, en circulation, spécialement ceux qui sont constitués entièrement ou principalement de coke et ce pour entretenir un procédé pouvant se développer de façon continue. Il doit être entendu que même lorsque des solides autres que le co-
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ke sont utilisés pour amorcer l'opération de cokéfaction, ils sont revêtus de coke jusqu'à un degré tel que les particules enlevées du système de cokéfaction sont composées de coke pour une grande part.
On a maintenant découvert qu'on peut le mieux maintenir en équilibre un système de cokéfaction fluidifiée, utilisant des particules de coke comme moyens transporteurs de chaleur, en conservant un nombre relativement constant de particules de coke ou d'autres noyaux de cokéfaction dans le système. Comme les particules grossissent de façon constante du fait du dépôt de couches dlhuile lourde, et de leur conversion en couches de coke sur les particules initiales dans la zone de cokéfaction, il s'est avéré nécessaire d'enlever du système les grosses particules de coke et de les remplacer par un nombre équivalent de petites particules.
Celles-ci, qui servent de noyaux pour les nouveaux dépôts de coke, peuvent être considérées comme du "coke de base" ou "coke élémentaire", et ces expressions s'appliquent ici même lorsque certaines des particules, initialement tout au moins, sont composées d'autres matières que le coke, comme indiqué ci-avant.
Dans le cracking catalytique d'hydrocarbures, où on utilise comme catalyseurs des masses de solides finement divisés, le nombre de particules peut varier très largement. Les particules de catalyseur peuvent, en moyenne, être beaucoup plus fines que les particules de coke qui sont utilisées dans le procédé de cokéfaction à solides fluidifiés. De plus, le catalyseur n'est pas enlevé du système comme produit, mais le coke est simplement enlevé de ce catalyseur, par brûlage, et le catalyseur est réutilisé, aussi longtemps qu'il conserve son activité. De ce fait, il n'y a pas de problème d'enlèvement d'un produit solide et du maintien constant du nombre de particules dans la charge globale de solides.
Suivant la présente invention, une caractéristique de contrôle importante est l'entretien, de façon continue d'un nombre total sensiblement constant de particules de coke dans l'entièreté du système. Celui-ci englobe le récipient de réaction, le récipient brûleur ou de chauffage, et les conduites de connexion entre eux, plus les séparateurs de solides et de vapeurs, etc. Il y a beaucoup plus de coke produit que consommé, même si du coke est brûlé afin de fournir de la chaleur pour la totalité de l'opération. De ce fait, de grosses particules de coke sont enlevées, rompues ou utilisées autrement à une vitesse relativement constante. Les particules enlevées du système sont remplacées numériquement par un nombre sensiblement équivalent de particules plus petites. D'une façon très générale, ces particules peuvent être produites de diverses manières.
Cependant, d'une façon plus particulière, les petites particules de coke ou le coke élémentaire sont proluites par attrition ou par rupture des particules qui sont déjà dans le systèmeo En particulier, un procédé préféré de production de ces particules est le procédé par choc des particules les unes contre les autres, ou, de préférence par choc sur une surface dure solide, telle qu'une cible de métal ou autre matière dure.
Bien que les particules puissent être rompues de diverses manières, on a trouvé, et c'est un but de l'invention, qu'une attrition ou une rupture devraient être réglées et mises en oeuvre de manière à se produire dans une partie relativement diluée ou dispersée du système de cokéfaction. La production du coke élémentaire ou autres noyaux en particules, destinés à servir de noyaux pour la production de plus grandes particules de coke est, par conséquent, réalisée dans une forme d'application préférée, par projection des particules relativement grandes, ou d'une portion du courant de solides, à grande vitesse. Un choc des particules les unes contre les autres est efficace, et un choc contre une surface ou cible dure plus grande est même méilleur pour les rompre en particules plus petites.
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Bien que le degré de rupture des particules solides dans le sys- tème puisse varier quelque peu, le rapport du diamètre moyen des particules rompues ou de coke élémentaire au diamètre des particules moyennes du sys- tème est, de préférence, non inférieur à 1/5 à 1/1,3. Il semble de plus que des particules d'environ 1/5 de diamètre moyen (1/125 de la masse moyen- ne) soient considérées comme étant à peu près suffisamment petites pour qu'el- les puissent être manipulées de façon efficace pour les buts de l'invention.
Une attrition jusqu'à de plus petites dimensions consomme de la puissance sans donner de perfectionnement compensatoire dans le procédé. Des particu- les de coke élémentaire réduites seulement légèrement de diamètre, par exem- ple, jusqu'à 1/1,3 du diamètre moyen de particules dans le système de coké- faction, sont à peu près suffisamment grandes pour être fournies économique- ment, rapide retour du coke étant nécessaire lorsque la réduction de dimen- sions n'est que faible.
On verra, par cons équent, que l'invention englobe les aspects géné- raux d'entretien d'un système équilibré avec un nombre aussi bien qu'une masse relativement constants de particules porteuses de chaleur et acceptant du coke, même si ces particules tendent.à grossir dans le système. L'inven- tion englobe également un aspect plus limité de procédé et d'appareil destinés à procurer dans le système les petites particules ou noyaux pour rempla- cer les grandes qui sont enlevées du système.
D'autres aspects de l'invention sont la découverte qu'il est très avantageux de recycler aux moyens de rupture ou d'attrition des particules, des particules qui ont déjà été rompues partiellement. Sont prévus également des moyens pour renvoyer sélectivement les particules élémentaires au système et pour de préférence, rebroyer ou soumettre à attrition les plus grandes particules, et des moyens pour rejeter sélectivement du système, les particules de moindre utilité.
L'invention sera mieux comprise en se référant aux dessins annexés qui montrent diverses méthodes de production des petites particules de coke ou coke élémentaire,et divers aspects de cette méthode.
En se référant aux dessins, la figure 1 montre, en élévation et partiellement en coupe, un appareil ou récipient de cokéfaction, qui peut être un réacteur de cokéfaction représenté schématiquement, dans lequel du coke ou autres solides du système sont convertis en particules élémentaires.
La figure 2 montre un autre système de choc ou de formation de coke élémentaire, dans lequel les petites particules nécessaires sont fournies en projetant les plus grandes particules de force contre un élément formant cible de choc,¯dans une zone d'élutriation ou séparation, de laquelle les gran- des et petites particules peuvent être séparément enlevées.
La figure 3 montre un autre système encore, dans lequel de petites particules de coke ou du coke élémentaire sont produits par l'action de jets opposés entraînant les plus grandes particules et les frappant les unes contre les autres, dans une section relativement dispersée d'un transporteur ou conduite de transfert d'un système de cokéfaction.
La figure 4 est une vue en élévation schématique des principaux éléments d'un système de cokéfaction, constituant une variante de l' invention.
La figure 5 est une représentation graphique de l'effet de la vitesse des particules et des caractéristiques d'appareil sur le rendement en coke élémentaire.
En se référant en¯détail aux dessins, un récipient réacteur 11, qui peut être de toutes formes et dimensions convenables, est représenté schématiquement à la figure 1. Un système de broyage ou d'attrition par choc est re-
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présenté intérieurement à ce récipient. Des particules de coke ou des soli- des équivalents fluidifiables, transportant de la chaleur, sont amenés dans un récipient 11 par un moyen convenable, tel qu'une conduite 13 partant d'un brûleur ou réchauffeur, non représenté, où les particules sont amenées jusqu'à une température de cokéfaction convenable, par exemple, entre 900 et 1250 F plus ou moins.
Les particules peuvent être amenées par la condui- te 13 soit à l'état fluidifié, soit à l'état dispersé, grâce à un gaz ou une vapeur d'aération ou d'élévation, tel que de la vapeur. Il doit être en- tendu que le mécanisme d'attrition peut être placé dans ou relié à une conduite de transfert, un réchauffeur ou brûleur, ou une autre partie du sys- tème (voir figure 4 et sa description ci-après).. Il est donc évident que la figure 1 n'est qu'exemplative.
De la vapeur ou un autre fluide gazéiforme de fluidification, qui peut être constitué par des vapeurs hydrocarbonées, sont introduite dans le récipient 11 dans la partie inférieure de celui-ci, pour maintenir le mouvement fluidifié nécessaire des particules solides dans b lit 15 formé dans le récipient. Sous ces conditions équilibrées, ce lit forme une surface intermédiaire ou niveau supérieur 17, plus ou moins-stable. Dans le cas présent, on se sert de la vapeur ou autre gaz utilisé pour fluidifier les solides, pour briser ou provoquer l'attrition des particules solides et pour fournir ainsi le coke élémentaire ou solides apparentés dont il a été question ci-avant.
Comme montré ici, deux jets opposés de vapeur sont introduits respectivement par des conduites d'admission 19 et 21, et sont dirigés par des orif ices ou gicleurs à venturi 23 et 25 contre les faces opposées d'un élément de choc 27, tel qu'un plateau d'acier ou pièce similaire. La forme et l'agencement des éléments à venturi sont tels que les particules solides , de coke, ou matière équivalente, entourant les éléments 23 et 25 sont attirées dans et à travers les venturis par les jets à vitesse élevée de vapeur ou gaz, et sont projetées avec une force considérable contre le plateau 27.
L'espace compris entre les éléments 23 et 25 respectifs et le plateau 27 est tel que le jet de vapeur plus les particules circulent vers le haut et vers le bas par les ouvertures, avec le résultat que ces espaces sont relativement nets et qu'un choc contre le plateau n'est pas empêché. Dès que les solides arrivent à épuisement, ils sont enlevés par une conduite 29. De là, ils peuvent être revoyés aubrûleur. Une alimentation d'huile peut être introduite par de des gicleurs convenables 31, comme il est connu en pratique. Comme on le verra ci-après,la vitesse des jets de projection et la longueur des tubes ou gicleurs d'accélération ont des effets importants sur le rendement du broyage ou de la rupture des particules.
Il doit être entende que des particules, par exemple de coke', sont enlevées, de façon continue, du récipient par la conduite 29 et y sont renvoyées, de façon continue également, par la conduite 13.
Les produits de l'appareil de cokéfaction, c'est-à-dire, les fractions volatiles produites par cokéfaction, sont enlevés du récipient réacteur par un séparateur convenable 35 de gaz et de solides, les particules solides séparées, par exemple, de coke, étant renvoyées au lit 15 par la conduite habituelle de renvoi de solides 37. Les produits vaporeux et/ou gazeux sont enlevés au sommet pour aller à un système convenable de récupération par une conduite d'évacuation 39.
Evidemment, s'il n'y a pas d'addition ou d'enlèvement de particules, la masse totale de coke dans le système (lorsqu'on utilise du coke, ce qui est habituellement le cas préféré), continuerait à grossir, car du coke est continuellement déposé sur les particules élémentaires originales dans le réacteur, suite à la cokéfaction de l'huile alimentée par les conduites d'entrée 31. Il est désirable de maintenir sensiblement constant dans le système
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la masse ou le contenu de solides, c'est-à-dire le poids total de coke, a- près qu'une masse ou un niveau opératoire désirés ont été atteints.
Comme noté ci-avant, le nombre total de particules dans le système doit être maintenu sensiblement constant lorsque le système est en équili- bre. C'est une autre manière de dire que les dimensions moyennes de parti- cules du coke, etc, doivent être contrôlées parce que, pour un jeu donné de conditions opératoires, il y a une dimension moyenne de particules opti- mum et une répartition de dimensions de particules optimum, d'une façon générale tout au moins, pour les solides du système. De ce fait, des parti- cules relativement grosses doivent être enlevées, d'une façon continue, du système, et de nouvelles particules plus petites doivent être proçluites et/ou introduites dans le système à la même, ou à peu près à la même vitesse numérique que celle de l'enlèvement des grosses particules.
Lorsque cette condition est satisfaite, l'opération se poursuit continuellement et sans ranger de bouleversement ou d'interruption, Le degré et le type d'attrition, considérés comme optima, seront discutés ci-après.
En se référant maintenant à la figure 2, une forme différente ou variante de l'invention y est représentée, pour ce qui concerne la rupture des particules de coke par choc. Dans cette représentation, un système combiné d'appareil d'élutriation ou séparation par dépôt et de broyeur ou dispositif d'attrition est utilisé pour régler l'entrée et l'enlèvement respectivement des particules fines et grosses de coke, de manière à maintenir l'entièreté du système de cokéfaction en équilibre.
Il doit être entendu que l'unité combinée de l'appareil d'attrition et de l'appareil d'élutria- tion de la figure 2 pourrait être installée dans la conduite d'entrée 13 ou le conduit de sortie 29 d'un système tel que celui représenté à la figure 1, ou bien elle pourrait être installée en tout autre endroit approprié dans un système de circulation de solides, dans lequel on désire contrôler le grossissement des particules et remplacer les grosses particules enlevées par de petites particules. A la figure 4, décrite ci-après, on a représen- té un système similaire incorporé dans un système d'appareil de cokéfaction de conception améliorée.
Dans le système de la figure 2, un courant de particules solides, ayant une plus grande dimension moyenne que ce n'est désirable dans un réac- teur de cokéfaction, peut être alimenté par une conduite d'admission 51 dans une conduite 53. Un courant de fluide, tel que de la vapeur ou un gaz, passe par la conduite 53 à une vitesse suffisamment élevée pour provoquer la rupture des particules qui y sont entraînées, lorsqu'elles frappent une surface de choc. Cette vitesse peut être d'environ 100 à 1000 pieds par seconde, la gamme de 200 à 600pieds par seconde étant habituellement préférable.
Les solides pénétrant par la conduite 51 sont ramassés dans un courant ou jet de gaz à vitesse élevée arrivant par la conduite 53, et emmenés de force contre une cible de choc 55. La cible de choc, telle que représentée à la figure 2, est formée d'une surface de choc concave. Lorsqu'on a une forme convenable, les particules frappant cette surface rebondissent de façon convergente de manière à maintenir un matelas de particules sur la face concave du plateau 55.
Avec cet agencement, la plus grande partie de la force de choc se dépense sur les particules plutôt que sur le plateau de choc, de sorte que ce dernier ne s'use pas rapidement par abrasion, comme ce pourrait être, sinon, le cas si des particules dures y étaient projetées à une vitesse élevée Cependant, dans certains cas, une certaine usure n'est pas tellement désavantageuse, car cet élément peut facilement être remplacé, et un choc contre une surface dure unie produit un'broyage plus efficace en fonction de la consommation de vapeur.
Lorsqu'une usure n'est pas désavantageuse, on peut utiliser un pla-
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teau ou cible plate, tel que le plateau 27 de la figure 1. Inversementun plateau ou cible de type concave double pourrait remplacer le plateau 27 de la figure 1, si on le désire.
Le plateau de choc 55 est disposé dans une section de conduit rela- tivement grande 57. Ce conduit n'est cependant pas de section transversa- le suffisamment grande pour y permettre une fluidification en phase dense des solides. Les particules sont, de préférence, entraînées dans un courant de gaz à circulation ascendante, c'est-à-dire, en phase dispersée, bien que ceci ne soit pas toujours nécessaire. Le conduit 57 se relie à une grande section d'élutriation ou séparation par dépôt 59. Cette dernière est de sec- tion transversale suffisante pour que le courant de gaz soit incapable d'em- porter les plus lourdes ou plus grandes particules.
Toutes les particules, fines ou grosses, sortent du conduit 57 sous l'impulsion du courant fluide passant par la conduite 53, mais les plus grosses particules tombent suivant la surface annulaire 60 extérieurement au conduit 57 et intérieurement à @ l'appareil de séparation par dépôt 59. Un élément formant grille 61 est disposé en travers de la partie inférieure de la section annulaire 60 de l'anneau 59, pour séparer les grosses particules grâce à une chambre 63 dans laquelle un gaz fluidifiant peut être introduit par une condùite 65.
C'est ainsi que, dès que les particules émergent du sommet de la section 57, leur vitesse est immédiatement réduite, et les plus lourdes particules retombent sur ou vers la grille 61. Le fluide, par exemple de la vapeur ou un gaz hydrocarboné, introduit par la conduite 65, forme un lit fluidifié de ces particules, La vitesse du gaz d'aération, dans l'appareil de séparation 59, est suffisante pour y séparer toutes les particules plus fines produites par choc contre le plateau 55. La plupart des particules fines sont emportées par le sommet de l'appareil 59, directement depuis le conduit 57. Ces particules fines s'échappent par une conduite de sortie 69. De là, elles peuvent être renvoyées au système de cokéfaction.
Les plus grosses particules de coke fluidifiées dans le lit 60 peuvent être enlevées du système par une conduite de sortie 71 réglée par une vanne 74.
Les grosses particules du lit 60 sont souvent partiellement rompues, et il est habituellement avantageux de recycler au moins une partie de ces particules vers le broyeur ou appareil d'attrition 53, 55. Ceci'peut'-être réalisé par une conduite de connexion 75, ou un branchement de celle-ci, vers la conduite 51.
Un autre agencement encore est représenté à la figure 3; les solides sont alimentés par des conduites 80 à deux jets opposés 81 par lesquels ces solides sont entraînés dans une grande section 83. Les particules sont rompues,dans les jets respectifs, par chocs mutuels à vitesse élevée. Les particules, après chocs, sont balayées circulairement et vers le haut, comme montré par les flèches, sous l'effet d'impulsion d'un courant fluide, et grâce au guidage procuré par le carter .. 84, 85. A ce moment, les particul.es sont, de préférence, en phase dispersée. Sous l'impulsion du courant de gaz, les particules s'élèvent, toujours en phase dispersée, par un conduit 87 dans une zone de dispersion se situant dans la partie supérieure d'un récipient d'élutriation ou de séparation par dépôt 89.
Les plus lourdes particules tombent par gravité sur une grille 90 supportée dans un espace annulaire compris entre le conduit d'admission 87 et les parois extérieures du récipient 89. Un gaz fluidifiant est alimenté dans l'espace inférieur à la grille 90, et ce par un conduit 91. Ces gaz traverse la grille pour former un lit fluidifié 92 avec les gros solides qui sont séparés par gravité du courant ascendant émergeant du conduit 87. Le niveau supérieur de ce lit est désigné par 93. Une conduite de soutirage 94 équipée d'une vanne 95, est, prévue, et les gros solides peuvent être recyclés vers les jets d'attrition
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81, ou enlevés en tant que coke produit, ou emmenés à un brûleur.
En se référant maintenant à la figure 4, on y a représenté un sys- tème de cokéfaction à lit fluidifié, comprenant un brûleur ou réchauffeur, avec un dispositif d'élutriation et d'attrition par choc, monté dans les conduites de transfert. Ce récipient de cokéfaction 101 est du type coni- que ou tronconique. On introduit de l'alimentation, de préférence préchauf- fés, par des conduites d'alimentation multiples 103,105 et une série de gicleurs 107, 109, dans un lit de solides fluidifiés, préchauffée, transpor- teurs de chaleur, particulièrement des particules de coke d'une dimension comprise entre environ 40 et 500 microns de diamètre moyen de particules.
Ces particules sont normalement préchauffées jusqu'à une température supé- rieure à 1000 F, jusqu'à 1200 F ou plus, dans un récipient brûleur lll.
Les particules chaudes circulent depuis le brûleur par une conduite 113, un coude relativement aigu 115, et une conduite d'élévation à pente raide)
117, sous le contrôle de vannes 119, 121. Les particules de coke épuisées venant du récipient réacteur 101 passent par un dispositif de tamisage pour gros grains 123 dans une section ou zone de séparation ou enlèvement
125, pour aller dans une conduite de descente 127, un coude relativement aigu 129, une conduite d'élévation à pente raide 131 avec une vanne de con- trôle ou de coupure 133 ; par une admission 135, les particules vont à un déflecteur 137 se trouvant dans le récipient brûleur 111.
Un gaz de séparation ou enlèvement, tel que de la vapeur, est introduit dans la zone 125 par une conduite 141. De grosses pièces ou des.! particules agglomérées de coke, et autre coke produit si on le désire, peuvent être enlevés du récipient réacteur par une sortie 143 sous le contrôle d'une vanne 145.
Au fur et à mesure que le coke enlevé du réacteur descend, il peut être aéré au moins partiellement et soumis à une impulsion à l'endroit du coude aigu 129 par un jet de vapeur ou fluide semblable, introduit par une conduite 147. D'autres conduites d'aération 149 151, 153, 155 et 157 sont prévues pour élever le coke dans le récipient brûleur. De l'air peut être alimenté dans certaines ou dans toutes ces conduites pour amorcer la combustion, dès que le coke circule vers le brûleur. Le récipient brûleur comporte, de préférence, une chambre de combustion, ou dispositif de mise en marche à sa base, désigné par 159, auquel on peut fournir de l'air et/ou un carburant par la conduite 161 pour le chauffage initial du brûleur. On peut ensuite poursuivre l'alimentation d'air et/ou de carburant au brûleur par cette source, si on le désire.
Le coke chaud ou une partie de celui-ci peuvent être enlevés, comme produit, du côté brûleur du récipient, si on le désire, par une conduite 163 sous le contrôle d'une vanne 165. Le coke peut être refroidi, tel qu'enlevé, en l'épurant par un courant d'eau ou de vapeur, introduit par la conduite 167. En faisant opérer le brûleur à une température convenablement élevée, du gaz à l'eau peut ainsi être formé, la température du coke produit et/ou du coke retournant au réacteur de cokéfaction étant ainsi ramenée aux niveaux désirés. Ce gaz de combustion et/pu le gaz combustible venant du brûleur passent par un séparateur courant de solides 169. Des solides entraînés sont renvoyés au lit fluidifié 171 du brûleur¯par une conduite de renvoi de solides 173.
Les gaz, pratiquement exempts de solides entraînés, s'échappent au sommet par une conduite de sortie 165 sous le contrôle d'une vanne 177,vers un système convenable de récupération de chaleur et/ou d'évacuation. Les solides retournant du brûleur au réacteur sont convenablement aérés et soutenus ou poussés par de la vapeur, un gaz hydrocarboné, ou un autre fluide gazéiforme inerte introduit par des robinets d'aération 181, 183, 185.
Comme les particules solides sont beaucoup plus grosses, en moyenne, que les
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solides utilisés dans les plus vieux systèmes à lit fluidifié, par exemple, des catalyseurs de cracking catalytique, elles tendent à se désaérer rapidement et à perdre leur force de poussée. Pour cette raison, les conduites d'élévation 117 et 131 devraient être à pente rapide, à savoir au moins 50 sur l'horizontale, de préférence 60 ou plus.
Lorsque les particules de coke épuisées sortent du réacteur pour aller au brûleur, leur dimension moyenne de particule est sensiblement plus grande que lorsque ces mêmes particules ont pénétré dans le réacteur, car la plupart des particules ont grossi par accumulation du coke déposé au cours du procédé. A ce point, elles conviennent moins pour une réutilisation car, pour un rendement de cokéfaction maximum, le nombre des particules et leur aire superficielle totale devraient être aussi grands que possible, du fait de considérations, telles que leur séparation du lit fluidifié avec les produits vaporeux, etc... Il est, par conséquent, désirable de remplacer les plus grosses particules par un nombre équivalent de petites particules de coke élémentaire.
A cet effet, une petite partie du courant de coke (ou une plus grande partie ou tout le courant dans certains cas, comme on l'expliquera) est déviée vers un dispositif de broyage ou d'attrition, désigné, d'une fa- çon générale, par la référence 199. Cet appareil, tel que représenté, est essentiellement semblable à celui de la figure 2, bien qu'il puisse être modifié pour opérer comme ceux des figures 1 ou 3, si on le désire.
Le coke s'élève par la conduite 191 sous la force d'entraînement d'un courant de gaz, injecté par la conduite 151. La conduite 151 peut se projeter à travers, au moins partiellement, de la conduite d'élévation 131, ou bien un autre moyen de formation d'un jet peut être introduit dans la conduite 191, au-dessus ou en dessous d'une vanne de contrôle 193, de manière à entraîner les particules de coke à vitesse élevée, 100 à 1000 pieds par seconde, contre une plaque formant cible 195, agencée dans un large conduit 197. L'agencement est pratiquement identique à celui de la figure 2.
Les particules de coke, rompues, partiellement rompues, fines et grosses, sont toutes emportées vers le haut dans un récipient de séparation par dépôt 199, où les particules fines continuent à être entraînées et emportées vers le haut par le courant de gaz d'impulsion pour sortir par la conduite 201. De là, elles peuvent passer par une vanne 203 et une conduite 205 dans la conduite d'élévation 117 et elles sont ainsi renvoyées à l'appareil de cokéfaction. Ou bien, les particules fines, ou une partie de celles-ci, peuvent aller au brûleur, par une conduite 207 et une vanne 209, un jet de gaz convenable d'impulsion étant fourni, comme indiqué en 211.
Les plus lourdes particules retombent dans un espace annulaire 213 sur une grille 215 à travers laquelle un gaz fluidifiant fourni par une conduite 217 circule de bas en haut. Les particules fluidifiées, qui sont plus grosses, peuvent être retirées par la conduite 219 sous le contrôle d'une vanne 221 et recyclées à la conduite 191 par un fluide d'élévation ou de propulsion injecté par une conduite 223. De la conduite 191, les particules peuvent être recyclées au dispositif de broyage ou d'attrition par choc 195, ce qui est souvent désirable, car des particules partiellement craquées se rompent habituellement plus facilement que des particules non craquées, ou bien ces particules peuvent être réalimentées à la conduite d'élévation 131 pour aller au brûleur. Si on le désire, du coke produit peut être enlevé en 225.
L'agencement qui vient d'être décri-t est très souple. Il permet le remplacement de grosses particules de coke produit par un nombre équivalent de petites particules élémentaires à une vitesse constante et réguliè-
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re, de manière à maintenir sensiblement constants, à tout moment, le nombre total de particules, la répartition des dimensions de particules, et le con- tenu total en solides. La température du lit de cokéfaction peut également être réglée soigneusement en réglant les proportions relatives de coke ré- chauffé par rapport au coke élémentaire non réchauffé (lorsqu'on utilise la conduite 205).
Ou bien, le coke élémentaire peut être envoyé au brûleur par les conduites 207 et 135, en vue d'une nouvelle réduction des dimensions par brûlage partiel, et renvoyé ensuite par les conduites 113, 115, 117, à l'appareil de cokéfaction avec des proportions convenables de plus grosses particules.
Les produits vaporeux de l'appareil de cokéfaction s'échappent au sommet de celui-ci par un séparateur habituel de solides 221 avec une conduite de retour de solides 223 et une conduite de sortie de produit 225.
Il doit être entendu que les produits vaporeux peuvent, si on le désire, aller immédiatement à un appareil de lavage ou à un appareil de fraction- nement, ou bien ils peuvent être emmenés directement à un appareil de crack- cking catalytique sans condensation.
La conception du réacteur, avec sa partie supérieure de section transversale réduite, ne constitue pas une partie de la présente invention.
Il doit être entendu que le broyage des particules de coke pour réduire leurs dimensions en vue d'une réutilisation a déjà été décrit. La présente invention englobe non seulement une technique améliorée de broyage, mais également la conception, signalée ci-avant, de remplacement constant des grosses particules de coke enlevées du système, par un nombre équivalent de petites particules de coke du coke élémentaire,de manière à maintenir les surfaces réceptrices ou de dépôt du coke , sensiblement constantes en ce qui concerne leur aire superficielle totale, et à maintenir sensiblement constant le contenu ou masse globale de coke dans l'appareil de cokéfaction.
Comme suggéré ci-avant, une autre caractéristique encore de la présente invention est relative à la découverte qu'il y a une vitesse de jet optimum et une conception optimum d'appareil à jet, pour l'obtention d'un rendement élevé de broyage et d'attrition du coke. En: :vue d'étudier ces facteurs, différentes vitesses de jet et diverses longueurs de tubes d'accélération ont été soumises à essai en projetant les solides contre un plateau d'acier formant cible. L'agencement des gicleurs et de la cible d'essai était pratiquement celui des figures 1 et 2, c'est-à-dire, que le coke était alimenté dans un jet de gaz à vitesse élevée, et la longueur du tube, de l'entrée de solides à la sortie du tube, était mesurée comme longueur du tube d'accélération.
Le coke soumis à essai-présentait la répartition suivante de dimensions de particules, avant les essais de broyage ou d'attrition
TABLEAU I.
EMI9.1
<tb>
<tb>
Mailles <SEP> Tyler <SEP> Dimensions <SEP> de <SEP> particules <SEP> % <SEP> en <SEP> poids <SEP> restant
<tb> ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ <SEP> minima, <SEP> microns <SEP> sur <SEP> le <SEP> tamis
<tb> 35 <SEP> 417 <SEP> 0,2
<tb> 48 <SEP> 295 <SEP> 10,5
<tb> ,60 <SEP> 246 <SEP> 42,7
<tb> 80 <SEP> 175 <SEP> 87,0
<tb> 100 <SEP> 147 <SEP> 95,4
<tb>
A une vitesse d'entrée de gaz (au point où le coke était introduit dans le tube d'accélération) de 145 pieds par seconde, il n'y avait qu'une
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petite quantité d'attrition. Le nombre de particules plus petites que 160 microns (environ 90 mailles) n'augmentait que de 2,2% de la masse totale.
Le nombre de particules plus grosses que 240 microns (environ 60 mailles) diminuait de la même quantité.
A une vitesse de gaz de 208 pieds par seconde, il y avait une aug- mentation de 9 % du poids total de matière de moins de 200 microns (environ
68 mailles) et une diminution de 9 % de la matière plus grosse que 240 mi- crons. A 246 pieds par seconde, il y avait une-augmentation de 21 % en poids de la matière plus petite que 200 microns de diamètre moyen.
Les tests montraient qu'il y avait une augmentation, dans tous les cas, de la matière plus petite que 200 microns, et une diminution de la matière plus grosses que 200 microns. Ils montraient également que, dans la gamme de vitesses de gaz de 200 à 250 pieds par seconde, il n'y avait pas de différence apparente importante de sélectivité envers la matière fine inférieure à environ 80 microns. -A 246 pieds par seconde, 28 % de l'augmentation en poids de particules plus fines que 200 microns se produisaient dans les particules inférieures à 80 microns. A 208 pieds par seconde, 22% de la matière étaient plus petits que 80 microns (environ 180 mailles).
Une dimension avantageuse des particules du coke élémentaire semble se situer dans la gamme générale de 50 à 200 microns. A 200 pieds par seconde, là matière traversant un tamis de 100 mailles par pouce linéaire (environ 150 microns) augmentait de 2 %. A 250 pieds par seconde, elle augmentait de 14 % en poids.
La figure 5 montre graphiquement le rapport entre la vitesse de jet de gaz dans le tube, en pieds par seconde, et le rendement de broyage, en chevaux-vapeur (HP) heures nécessaires pour produire une tonne de coke élémentaire (passant par un tamis de 100 mailles par pouce linéaire, c'est- à-dire inférieur à environ 150 microns. A 230 pieds par seconde, la puissance requise, dans un tube d'accélération de 8 pouces, pour produire une tonne de coke élémentaire n'était que de 48 chevaux-vapeur heure. A 160 pieds par seconde, les exigences en puissance étaient de 115 chevaux-vapeur heure.
La figure 5 montre également l'effet de la longueur des tubes d'accélération. La courbe .formée avec les petits cercles se rapporte à un tube d'accélération d'une longueur de 8 pouces. La courbe f ormée avec les petits carrés se rapporte à un tube de 24 pouces de long, et la courbe formée avec les petits triangles se rapporte à un tube de 4 pouces de long. Le tube de 8 pouces était beaucoup plus efficace que le tube de 4 ou de 24 pouces, pour les diamètres:soumis à essal, et le diamètre dans l'appareil d'essai, c'est-à-dire, 2 et 4 mm, semblait ne donner lieu à aucune différence mesurable. Dans un appareil à plus grande échelle, il semble que proportionnellement ce qui précède soit vrai également.
Pour de petits diamètre*,-le tube d'accélération devrait avoir une longueur comprise entre environ 4 et 24 pouces, une longueur d'environ 8 pouces étant optimum en vue du meilleur rendement. Apparemment, le tube de 4 pouces est trop court .pour amener les particules jusqu'à la vitesse du gaz, et ce du fait -du glissement. Le tube de 24 pouces amenait une trop forte chute de pression, du fait du frottement, pour avoir un fonctionnement efficace d'un tube de 4 mm. Avec de plus grands diamètres, les longueurs optima sont proportionnellement plus grandes.
Dans la gamme de 0,3 à 1,0 livre de coke par pied cube standard de gaz, la vitesse de chargement des solides semblait être à peu près optimum, et les variations étaient faibles. A une vitesse de chargement infé- rieure à 0,1 livre par pied cube standard, les exigences en puissance aug-
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mentaient très fortement. Les résultats sont donnés au tableau II, pour lequel l'utilisation du tube gicleur d'accélération de 8 pouces était prévue.
TABLEAU II.
EMI11.1
<tb>
<tb>
Chargement <SEP> Vitesse <SEP> de <SEP> gaz <SEP> dans <SEP> HP.heure/tonne <SEP> de <SEP> colivres <SEP> de <SEP> coke/pied <SEP> tube <SEP> d'accélération <SEP> ke <SEP> traversant <SEP> tamis
<tb> cube <SEP> standard <SEP> de <SEP> gaz <SEP> ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ <SEP> de <SEP> 100 <SEP> mailles
<tb> 0,08 <SEP> 300 <SEP> 428
<tb> 0,38 <SEP> 246 <SEP> 48
<tb> 0,61 <SEP> 255 <SEP> 47
<tb>
Des résultats similaires étaient obtenus,en utilisant une gamme étroite de dimensions de particules de coke (48-60 mailles, 249-295 microns) pour l'alimentation. Le rapport de la vitesse de gaz au rendement était pratiquement inchangé. Les exigences en puissance étaient légèrement plus élevées que pour la gamme plus large de dimensions de coke du tableau I.
Il y a lieu de noter que les exigences en puissance s'abaissent et devien- nent relativement constantes à 260-300 pieds par seconde et plus.
A titre de comparaison, un broyeur à boulets exigeait 97 chevauxvapeur heure de puissance d'entrée pour broyer une tonne de coke, ayant à peu près la même répartition de dimensions, pour traverser un tamis de 100 mailles par pouce linéaire, soit à peu près le double des exigences en puis- sance-pour le jet de vapeur. En dehors du coût de fonctionnement, les frais d'investissement sont beaucoup plus élevés pour un broyeur à boulets. Le système d'appareil à attrition par choc opère même de façon plus efficace sur des particules de coke agglomérées et des particules relativement grosses. Avec du coke aggloméré de 20 à 35 mailles (400 à 800 microns), 96,7% en poids de coke étaient réduits en ce qui concerne la dimension de particules, dans un jet sous charge légère à 250 pieds par seconde.
A titre de comparaison, un échantillon de 48 à 60 mailles (246 à 295 microns) ne montrait qu'une réduction de dimension de 26,2 % en un passage.
Comme mentionné ci-avant, on a trouvé avantageux de recycler les particules¯.de coke rompues, de grande dimension, vers le gicleur d'accélération. En utilisant un tube d'accélération de 8 pouces de long et de 4 mm de diamètre' intérieur avec une charge de 0,25 livre par pied cube standard de gaz à 200 pieds par seconde, il fallait 94 chevaux-vapeur heure/tonne pour produire du coke traversant un tamis de 100 mailles par pouce linéaire. Lorsque le coke était recyclé à 200 pieds par seconde, la puissance requise était ramenée à 46 chevaux-vapeur heure par tonne. La matière déchargée en provenance des deux essais montrait la répartition suivante de dimensions de particules.
TABLEAU III.
EMI11.2
<tb>
<tb>
Poids <SEP> sur <SEP> tamis <SEP> de <SEP> Essai <SEP> A <SEP> - <SEP> coke <SEP> Essai <SEP> B <SEP> - <SEP>
<tb> nombre <SEP> de <SEP> mailles <SEP> original <SEP> recyclage
<tb> 35 <SEP> 5,6 <SEP> 0,9
<tb> 42 <SEP> 53,4 <SEP> 29,5
<tb> 48 <SEP> 71,4 <SEP> 50,5
<tb> 60 <SEP> 80,5 <SEP> 61,2
<tb> 80 <SEP> 89,8 <SEP> 73,6
<tb>
<Desc/Clms Page number 12>
EMI12.1
<tb>
<tb> Poids <SEP> sur <SEP> tamis <SEP> de <SEP> Essai <SEP> A <SEP> - <SEP> coke <SEP> Essai <SEP> B <SEP> nombre <SEP> de <SEP> mailles <SEP> de <SEP> :
<SEP> originalrecyclage
<tb> 100 <SEP> 93,6 <SEP> 80,7
<tb> 150 <SEP> -- <SEP> 88,2
<tb> 200 <SEP> 99,2 <SEP> 93,4
<tb> 325 <SEP> -- <SEP> 97,2
<tb>
De ce fait, le recyclage du coke gros de la conduite 75 à la conduite 51 à la figure 2,de la conduite 94 à la conduite 80 à la figure 3, ou par la conduite 219 de la figure 4, semble être très avantageux en ce qui concerne le rendement de broyage.
Dans la séparation ou élutriation des fines particules, à partir du lit ou masse de coke broyé ou ayant subi une attrition, le rendement de séparation peut être accru en bourrant le lit d'éléments de Berl, d'anneaux de Raschig, etc, comme le comprendront aisément les spécialistes en ce domaine. Les lits 60 (figure 2), 92 (figure 3) et 213 (figure 4) peuvent être bourrés de telle sorte, si on le désire, que les solides finement divisés puissent être plus efficacement séparés des plus gros solides.
Divers perfectionnements et variantes, tels que l'utilisation de cyclones ou autres dispos itifs de séparation, au lieu d'appareils de séparation par dépôt ou élutriation, se suggéreront d'eux-mêmes aux techniciens en ce domaine, et il est bien évident que l'invention n'est pas limitée au détails décrits.
REVENDICATIONS.
1. - Dans le procédé de cokéfaction d'huiles hydrocarbonées lourdes par mise en contact avec une masse fluidifiée de particules de coke préchauffées, procédé dans lequel les particules de coke sont envoyées, de façon continue, à travers une zone de cokéfaction fluidifiée pour grossir par accumulation de coke sur elles, et dans lequel au moins une partie de tes particules sont, de façon continue, réchauffées et recyclées par des conduites d'entrée et de sortie de la zone de cokéfaction, le perfectionnement qui consiste à maintenir une masse, un nombre et une répartition de dimensions de particules de coke, sensiblement constants, dans l'entièreté du système, en enlevant de manière constante les particules de coke relativement grosses du système,
et en remplaçant de manière constante les particules enlevées par un nombre sensiblement égal de plus petites particules.