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La présente invention est relative à la technique de la conversion d'hydrocarbures, spécialement de fractions d'huiles lourdes de pétrole, contenant des constituants réfractaires et des constituants souillant le catalyseur. Elle concerne un pro- cédé de production de distillais hydrocarbonés normalement li- quides convenant pour être utilisés comme carburants ou comme charges d'alimentation de cracking catalityque,et de production
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d'hydrocarbures convenant pour être utilisés comme produits chimiques ou comme-intermédiaires chimiques.
La présente inven- tion se rapporte à un procédé combiné de conversion pyrolytique, par mise en contact, avec des solides de contact finement divi- sés porteurs de chaleur, d'hydrocarbures normalement gazeux contenant jusqu'à 6, de préférence 2 ou 3, atomes de carbone, d'hydrocarbures normalement liquides, tels que des goudrons de houille, des huiles de schiste, des asphaltes, des charges de cycle, des extraits, des matières brutes entières de pétrole, des distillats et des fractions résiduaires qui en dérivent, ou des mélanges de ces matières.
Une caractéristique de la présente invention est que les hydrocarbures sont convertis dans v sys- tème combiné comprenant deux zones de traitement séparées et utilisant une seule masse de solides de contact, en particules, de transfert de chaleur, tels que du catalyseur épuisé, du sa- ble, des perles.réfractaires, etc, circulant entre les deux zones et agissant comme matière de contact dans lesdites zones.
Le solide de contact utilisé est de préférence, du coke produit dans le procédé. Les allusions faites ici à l'utilisation de co- ke comme particules porteuses de chaleur ne sont cependant qu'ex. emplatives et non limitives.
Dans la cokéfaction d'hydrocarbures de pétrole par con- tact avec des solides pratiquement inertes catalytiquement, por- teurs de chaleur, on a en vue deux procédés distinçts : à savoir, une cokéfaction principalement pour la production de produits ou intermédiaires carburants liquides (cokéfaction de carburants' et, en second lieu, la conduite de l'opération de cokéfaction à une température supérieure pour la production de matières ou intermédiaires bruts chimiques, tels que de l'éthylène, du butadiène, des aromatiques, etc (cokéfaction de produits chimi- ques). Ces deux types d'opérations de cokéfaction sont générale-
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ment :aises en oeuvre sous des conditions très différentes.
L'alimentation à une opération de cokéfaction de carbu- raiits est habituellement constituée par un résidu de pétrole, de basse valeur, de point d'ébullition élevé, lourd, contenant des constituants formateurs de cendres, une teneur élevée en carbone Conradson, des souillures de catalyseur, etc, qui ren- dent sans intérêt les autres procédés d'amélioration. L'opération est généralement menée à des températures de l'ordre de 850 à 12000F. Comme une période de temps relativement longuet doit être prévue pour l'opération de cracking, l'opération de cokéfaction de carburants exige un contenu assez important de coke en pro- d'éviter une agglomération des particules et portion du taux d'alimentation d'huile, afin/de procura. une quantité suffisante de chaleur.
On préfère spécialement un sys- tème de cokéfaction de carburants à lit de solides fluidifiés, à cause de cette longue période detemps requise .. par contre, l'opération de cokéfaction dite de produits , chimiques, ou cracking thermique pour produire des hydrocarbures non saturés de bas poids moléculaire, est généralement mise en oeuvre dens une gamme plus élevée de températures, habituelle- ment au-dessus de 1200 F, afin d'obtenir des rendements élevés des produits désirés. On a accoutumé d'opérer avec des durées de séjour de ,vapeur très curtes, par exemple, de 1 seconde ou moins, Le problème de l'agglomération des particules est prati- ' quement non eistant à cause de la température élevée d'opéra- tion.
L'alimehtation à l'opération de cokéfaction de produits chimiques peut être constituée par toute fraction de pétrole, y compris des matières normalement gazeuses, des distillats legers et moyens, et des fractions résiduaires. Cependant, la disposibilité et la faibie valeur des fractions résiduaires font @@e c@s dernières sont la charge d'alimentation préférée.
Les deux types d'opérations peuvent également être dis- tingués par leurs distributions ou répartitions de produits.
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La fabrication de gaz, par exemple, de produits C3 et plus lé- ges, dans l'opération de cokéfaction de carburants, mise en oeuvre dans un réacteur à lit-fluidifié, sera généralement in- férieure à environ 10% en poids.par rapport à l'alimentation.
.La fabrication de gaz dans l'opération de cokéfaction de pro- duits chimiques est couramment de 25% en poids ou plus en consi- dérant une absence de coke.
La présente invention comprend, de ce fait, la combi- naison d'un procédé de cokéfaction de carburants, dans lequel des huiles sont pyrolytiquement converties pour produire des naphtes et des distillats à point d'ébullition supérieur conve- - nant comme carburants de moteur, combustibles. de four or pour un traitement ultérieur, tel qu'un cracking catalytique, avec un procédé de cokéfaction de produits.. chimiques, dans lequel des huiles, telles que des huiles résiduaires, ou des gaz hydrocar- bonés légers, sont convertis en matières, telles que des diolé- fines, des oléfines ou hydrocarbures aromatiques, intéressants comme produits chimiques ou intermédiaires chimiques.
Grâce à cette combinaison, l'invention permet l'obtention, en des propor- tions économiquement équilibrées, de rendements élevés de compo- sés chimiques avantageux, et de distillats légers et moyens, à partir d'une huile-de pétrole, tout en produisant des particules de coke de pétrole, comme produit de dégradation final. Comme on le verra, le procédé de la présente invention est'caractérisé par sa souplesse et par son aptitude à répondre aux nécessités d'applications particulières.
Bien que le procédé de la présente invention puisse être mis n oeuvre, de la façon la plus avantageuse, dans un système atrois récipients, par exemple, une zone de cokéfaction de carburants, une zone de cokéfaction de produits chimiques, et une zone de chauffage de solides de contact, d'autres varian- tes ou combinaisons en ce qui concerne le nombre de récipients
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de réaction utilisé seront évidentes aux techniciens en ce do- maine. C'est ainsi qu'une réduction du nombre de récipients peut être prévue en menant deux des opérations dans un seul récipient. En outre, dans certaines applications, le présent procédé peut être convenablement combiné avec d'autres procédés de raffinage, tels qu'un cracking catalytique pour augmenter ses avantages.
La présente invention comprend ainsi un procédé combiné utilisant la technique des solides fluidifiés, dans lequel des fractions d'huiles de pétrole choisies sont converties à des températures élevées par contact avec un seul courant, en circu- lation continue, de solides de contact maintenus à des t@@péra- tures de réaction optima différentes dans des zones de réac- tion successives, grâce à quoi des rendements de produits et une répartition ou distribution de produits optima sont assurés.
Suivant d'autres caractéristiques de l'invention, des successions particulières de traitement sont prévues, grâce auxquelles une polymérisation et une dégradation thermiques secondaires non nécessaires et indésirables des produits de réaction primai- res sont réduites au minimum ou éliminées, et grâce auxquelles au on fait un usage judicieux de la chaleur fournie/ou engendrée dans le procédé.
Suivant une forme d'application'préférée de l'invention, une seule masse de particules de coke de pétrole porteuses de chaleur est mise en circulation à travers le procédé combiné, en fournissant de la chaleur à la série de réactiohs de cracking thermique. Le coke enlevé des zones de réaction, le résidu car- boné produit et, dans certains cas, les hydrocarbures liquides non converties. Le coke porteur de chaleur est d'abord chauffé dans une zone de chauffage, de préférence une zone de combustion,, uans laquelle une portion du coke est brûlée à une température
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de l'ordre de 900 à 2000 F, et au moins une portion du coke est chauffée jusqu'à une température supérieure à la plus haute température de réaction.
Ce coke à haute température est ensuite mis en circulation jusqu'à une zone de cokéfaçtion thermique ou de pnoduits chimiques, de préférence une zone de réaction à con- duite de transfert. Là, ce coke contacte la matière convertir, telle que des gaz hydrocarbonés légers ou des produits de queue lourds provenant de l'effluent de l'appareil de cokéfaction de -carburants, ou d'autres huiles lourdes, telles que des charges de cycle. Les solides chauds maintiennent la zone à une tempé- rature de l'ordre de 1200 et 1800 F, grâce à laquelle des pro- duits chimiques, tels que des diènes ou des'oléfines sont @ro- duits à partir de ces produits de queue. On peut utilise.- des diluants, tels que de la vapeur, suivant les désirs.
Si on le désire, le coke avec une autre portion de coke venant de la zone de chauffage,est mis ensuite en circulation à partir de la zone de cokéfaction de produits chimiques à haute température vers une zone de cokéfaction de carburants, Cette dernière est, de préférence, une zone de cokéfaction de solides fluidifiés, bien qu'il puisse s'agir d'une zone à conduite de transfert. Une huile, de préférence une huile résiduaire lourde de pétrole, est injectée dans la zone de cokéfaction de carburants et subit une pyrolyse au contact avec les particules de coke fluidifiées chaudes à une température de l'ordre de 850 à 1200 F. Cela produit des hydrocarbures relativement plus légers, tels que des naphtes et des gasoils, et u e,petite quantité de gaz.
Une cer- taine quantité de coke est roduite et est déposée sur les par- ticules de coke' du lit fluidifié. Le coke ou une partie de celui. ci sont ensuite renvoyés à la zone de chauffage pour y être ré- chauffés. Une portion du coke net produit est enlevée du procédé.
Suivant une forme préférée d'application de l'invention, l'effluent de la zone de cokéfaction de produits chimiques est
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introduit dans la,zone de cokéfaction de carburants, grâce à quoi l'effluent est\rapidement refroidi pour empêcher une dé- gradation thermique indue des produits à haute température, et pour réaliser certaines économies de chaleur.'Suivant une autre variante, des particules de coke sont utilisées pour extraire de la chaleur, des gaz de combustion sortant de la zone de com- bustion, grâce à quoi le procédé est rendu plus économique.
Suivant une autre variante encore, des solides relativement froids enlevés du récipient de cokéfaction de carburants sont utilisés pour refroidir l'effluent de l'appareil de cokéfaction de produits chimiques'. Cela permet l'utilisation de systèmes distincts.de récupération,de produits pour chaque zone de coké- faction.
Divers procédés et formes d'appareils pour la mise en oeuvre de la présente invention sont illustrés aux figures 1 à 4 des;dessins annexés.
La figure 1 montre un 'système à trois récipients, dans lequel deux charges différentes,' par exemple, une huile lourde de pétrole, telle qu'un,: résidu pbtenu sous le vide, et un gaz hydrocarboné léger, tel que du propane et/ou de l'éthane, sont traitées, et dans lequel l'effluent de la zone de cracking thermique à température élevée est alimenté à la/base d'une zone de cokéfaction de carburantsà une température plus basse.
La figure 2 montre ne';formé de réalisation modifiée , du système de la figure 1, comprenant un brûleur à,cohduite de transfert au lieu d'une zone de combustion à lit fluidifié, une zone, de cracking thermique ou dcokéfaction de produits chi- miques à conùuite de transfert, et 'une zone de cokéfaction de car- burant à lit fluidifié.
' La figure 3 montre une variante dans.laquelle les vapeur sortant des deux zones de réaction ne sont pas mélangées.
La figure 4 montre une variante de réalisation permet- tent le traitement d'huiles lourdes, spécialement d'huiles à
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teneur élevée en azote, variante dans laquelle l'huile lourde est d'abord convertie dans une zone de cokéfaction de carburants à solides fluidifiés dont les vapeurs de sortie sont séparées en fractions de gasoil et de distillat léger, le gasoil étant con- verti ensuite dans une zone de cracking de produits chimiques à conduite de transfert pour donner des produits non saturés lé- gers.convenant pour'être utilisés comme produits chimiques et intermédiaires chimiques, en utilisant à nouveau un système ;dE chauffage commun et une seule masse de solides de circula- tion pour fournir de la chaleur aux deux zones d conversion.
, Les agencements représentés aux figures '1 et 2 sont
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étrotemen similaires et seront décrits simultanément'. En se . r i r ... référant aux figures let 2, , on peut voir que le systèm ',:e compoil i '. ,.: ! 1 1. te qu'une seule masse de solides de.. contact de transfert de chaleur. en circulation, de préférence des/particules de coke, d'un
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, < .. j ... diamètre de .9 a 1000 microns, produit..par' le; proédi3. Comme certains.;des récipients fonctionnent 'ec un :lit; fluidifié de .., ... , . coke,-il est désirable de.maintenir, a.ns :' !pro1c'dé, du coke ayant une gamme de dimensions d'environ 40 à.;'500 micyons, bien que cette gamme de dimensions puisse dépasser ces.limites dans certains cas .
De la chaleur nécessaire au procédé est engendrée par brûlage d'une portion du coke produit par les réactions de crac- king. Dans certains cas où la valeur dû coke est supérieure à celle d'autres carburants liquides ou gazeux extérieurs, ces derniers peuvent être utilisés pour être brûlés en vue de fournir une partie ou la totalisé de la chaleur requise aux particules de coke. Dans l'agencement de la figure 1, un lit fluidifié de coke de brûlage est entretenu dans le récipient brûleur à basse température 1 par de l'air alimenté par la conduite 3. Dans l'agencement de la figure 2, le coke est transporté à travers
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le brûleur à conduite de transfert 1 par un cillieu contenant c3e l'oxygène libre, par exemple, de l'air fourni par la conduite 3.
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Cet air aide à la combustion des particules de coke et les chau fe jusqu'à une température de l'ordre de 1200 à 1200 F. Des gaz de combustion s'échappent du sommet par la conduite,5, après enlèvement des solides entraînés, grâce à un système à Cyclone 4, Des moyens d'échange de chaleur peuvent être employés pour extraire la chaleur des gaz de combustion avant leur évacuation.
Comme on le décrira ci-après, cet échange de chaleur peut être réalisé par contact direct avec une portion du coke circulant -dans le système.
D'autres moyens de fourniture de.particules solides chauffées-du procédé de cokéfaction peuvent évidemment être utilisés. Des brûleurs à lit fluidifié, tombant ou mobile peu- vent être employés, pour brûler les solides au lieu du b sur à conduite de transfert récrit. Ou.bien,on peut utiliser deux zones de combustion opérant à deux températures différentes, une zone de combustion à uhe température'élevée pour fournir de la,chaleur à l'appareil de cokéfaction de produits chimiques, et la circulation de coke est réglée en conséquence.
De même, on peut utiliser d'autres moyens d'échange de chaleur direct ou indirect, tels que des systèmes dans lesquerls des particu- les inertes lourdes porteuses'de chaleur, par exemple, des graines sont mélangées avec les produits de coke pour fournir de la chaleur et sont ensuite séparées avant que le coke ne soit transféré à la zone de cokéfaction.
Suivant les deux figures 1 et 2, la zone de cokéfaction ou de produits chimiques/de cracking à température élevée .est un réacteur à conduite de transfert 10 fonctionnant à une tempéra- ture de l'ordre d'environ 1200 à 1800 F, de préfèrent ,1400 à 1600 F, et à une pression partielle d'hydrocarbures de l'ordre de 5 à 40 livres par pouce carré. Les solides, en même temps que les/produits de conversion vaporeux, sont transférés à tra- vers le réacteur 10 à des vitesses supérieures à environ 10
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pieds par seconde, par exemple, 60 pieds par seconde.
Du coke à température élevée est fourni au réacteur par la conduite 8, venant du brûleur à température élevée 2 dans lequel de l'air est introduit par la conduite 4a, et la conduite 11 introduit la matière, par exemple, des gaz légers ou des produits de queue lourds à convertir, de la vapeur étant introduite par la conduite 10a.
Les conditions temps-température dans le réacteur sont choisies dans le cas d'une alimentation de gaz léger, suivant la figure 1,pour limiter le conversion d'éthane par passage-,à environ 50-65, pour obtenir une production élevée d'éthylène d'environ 40 à 85% par rapport à l'éthane craqué et pour minimiser la formation de méthane; et, dans le cas d'une alimentation de produits de queue lourds suivant la figure 2, pour obtenir des rendements maxima d'hydrocarbures non saturés de bas poids molé- culaire, et d'aromatiques. On préfère convertir 25 à 50% des produits de queue lourds, en considérant une absence de coke, en composés C3 et plus léger.
Lorsqu'on utilise des gaz légers comme alimentation à ce réacteur, le rapport de ces gaz aux solides chauds est, de préférence, de 0,1 à 5 pieds cubes stan- dards par livre de solides.
On préfère mener l'effluent comprenant les solides entraînés venant de l'appareil de cokéfaction de produits chi- miques 10, directement au récipient de cokéfaction,de carburants 20 (par la conduite 13a à la figure 2), grâce à quoi les gaz l@@ers craqués seront refroidis par les solides plus froids se trouvant dans l'appareil de cokéfaction de carburants jusqu'à une te pérature sensiblement inférieure à leur température de cracking, et grâce à quoi l'effluent servira à fournir de la chaleur et du gaz de fluiaifiction à l'appareil de cokéfaction de carburants, en diminuant ainsi les exigences en chaleur et en vapeur de fluidification extérieures.
Cependant, comme montra à
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la figure 2, pour éviter un mélange des produits venant des deux réacteurs, des gaz sortant de l'appareil de cokéfaction de produits chimiques peuvent être transférés par la conduite 13b à un système à cyclone 14, grâce à quoi les solides entraînés sont enlevés, et de là à des systèmes 'courants de séparation et de traitement final par une conduite 15, , Dans ce cas, des solides relativement froids sont enlevés de l'appareil de coké- faction de carburants par une conduite 7 et sont utilisés pour :refroidir l'effluence de l'appareil"de cokéfaction de produits chimiques. D'autres moyens de refroidissement peuvent évidemment être utilisés.
Les solides séparés venantdu cyclone 14 passent par des conduites 18a et 21 pour ller au réchauffeur. Ou bien, une partie de ces solides peut Être transférée par des ndui- tes 19a et 6 au récipient de cokéfaction de carburants, car ils sont encore à une température relativement élevée et fourniront , . de la chaleur à la réaction de cokéfaction de carburants. On constatera cependant qu'en transférant l'effluent du réacteur de produits chimiques à conduite de transfert, directement dans le réacteur de cokéfaction de carburants, comme monté à la figu- re 1, la nécessité d'un système de séparation de solides, par exemple un cyclone, est éliminée.
La réacteur-de cokéfaction de carburants à lit fluidi- fié 20 comporte un lit fluidifié de particules de coke, d'une manière qui est bien connue en pratique. La température de coké- faction dans ce réacteur de carburants peut varier d'environ 850 à 1200 F. Les plus basses températures,de l'ordre de 850 à 1000 F, sont utilisées lorsqu'on désire des distillats plus lourds convenant comme alimentation à un procédé de cracking catalytique. Les températures un peu plus élevées, de l'ordre de 1000 à 1200 F, sont utilisés lorsqu'on désire des distillats plus légers, par exe..ple, des naphtes, comme produit primaire.
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Un gaz inerte, de préférence de la vapeur, peut être fourni par la conduite 16 à la base de d'appareil de cokéfaction de car- burants pour fournir un gaz de fluidification à cet appareil ou pour augmenter la quantité de gaz fluidifiant fourni par l'appareil de cokéfaction de produits chimiques. Les taux de gaz sont réglés pour maintenir des vitesses de fluidification de l'ordre de 0,2 à 5 pieds par seconde.
L'huile de pétrole à améliorer, qui peut être convena- blement préchauffée pour réduire la charge de chaleur du système est injectée dans le récipient 20 par la conduïte 17- On peut utiliser toute source quelconque d'huile comme.alimentation à l'appareil de cokéfaction 20, y compris des huiles bru@ antiè- res, mais on utilise, de préférence, des huiles de faible va- leur, telles que des résidus obtenus sous le vide, bouillant au-dessus d'environ 900 F, ou des charges de cycle. L'huile est injectée dans le récipient, de préférence, par des gicleurs convenables de dispersion en une série de ppints située dans des plans horizontaux et verticaux, de manière à obtenir une dispersion uniforme de l'huile sur les solides de contact.
Le taux d'injection d'huile peut varier de 0,1 à 2 livres d'huile par heure par livre de solides contenus dans le récipient. Les conditions sont'réglées de manière à obtenir une conversion de 0 à 25% de ] en considérant l'absence de coke. La conversion de C3 est définie par : 100.fois le pourcentage en poids du produit ayant 3 atomes de carbone au moins, divisé par le pour- centage en poids d'alimentation fraîche moins le pourcentage en poids de coke formé.
Les vapeurs craquées lorsqu'elles sortent du lit fluidi- fié passent à travers un système à cyclone 19, dans lequel les solides entraînés sont enlevés et revoyés au lit, et ensuite les vapeurs sont enlevées au sommet par la conduite 18.
Ces vapeurs peuvent être séparées, à ce moment, suivant les
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désires, pour:obtenir les gaz légers et les produits liquides plus lourds. Comme montré à la figure 2, une tour de lavage
20 est employée pour séparer les produits de queue lourds, des vapeurs. Ces produits de queue sont transférés par la conduite
11 à l'appreil de cokéfaction de produits chimiques 10. Cette caractéristique de la présente invention élimine la nécessité de recycler les produits de queue à l'appareil de cokéfaction de carburants en vue de l'obtention de rendements élevés.
La ion fraction de distillat' des vapeurs est alors soumise à un trai- tement ultérieur, tel qu'un fractionnement, une désulfuration, un reforming, un cracking catalytique, etc, pour obtenir des produits de la qualité désirée. Ou bien, une partie ou l'entiè- reté des produits de queue liquides lourds peuvent être recyclés à l'appareil de cokéfaction en vue d'un nouveau traitement, au bien peuvent être recyclés à une zone de cokéfaction auxiliaire, où ils peuvent être soumis a des conditions un peut ple rigou- reuses de température et de pression à cause de leur nature réfractaire.Si'on utilise un zone secondaire de cokéfaction de carburants, les vapeurs venant de cette zone peuvent être ré- introduites dans la zone de cokéfaction primaire de carburants.
La matière bouillant dans la gamme d'environ 6500 à 900 F, venant de l'appareil de cokéfaction de carburants, peut être utilisée comme charge d'alimentation de cracking catalyti- que. Dans un cracking catalytique, on a accoutumé de recycler une, matière bouillant au-dessus des gammes d'ébullition du naphte et des huiles de chauffage pour obtenir des'rendements accrus. Lorsqu'on utilise du gasoil provenant d'une opération de cokéfaction de carburants, comme charge d'alimentation à un cracking catalytique, l'huile de cycle catalytique est très réfractaire, et au recyclage d'une telle matière sont associés certains désavantages très nets, tels qu'une production excessi- ve de coke sur le catalyseur.
Cette charge de cycle catalyti- que obtenue du cracking catalytique d'un gasoil d'appareil de cok@f@ction constitue une charge d'alimentation convenable pour le réecteur de cokéfaction de produits/chimiques à
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conduite de transfert. Il est évident, par conséquent, que la présente invention peut être intégrée à d'autres opérations de raffinerie.
En vue de fournir de la chaleur à l'appareil de cokéfac- tion de carburants, du coke est mis en.circulation à partir du brûleur 1 en des quantités de 2 à 20 livres par livre d'huile injectée dans ltappreil de cokéfaction.-Du coke est enlevé de la base du réacteur de cokéfaction de carburants par une cana- .lisation verticale 22 et mis en circulation vers le brûleur pour être réchauffé. Pour enlever des hydrocarbures liquides non convertis qut peuvent adhérer à ce.coke enlevé par le catalysation/verticale, afin d'empêcher une combustion inutile des liquides non convertis, dans le brûleur, la partie @éri- eure de l'appareil de cokéfaction' decarburants peut être con- -çue pour servir comme zone d'épuration ou de séparation par va- peur.
C'est ainsi que le gaz utilisé pour la fluidification peut être utilisé comme gaz de-séparation. Cependant, comme montré à la figure 2, du-coke venant de l'appareil de cokéfac- t'ion de carburants 20 peut être'transféré par la conduite 22 au réauteur de cokéfaction de produits chimiques. Cette variante de fonctionnement est avantageuse, car elle élimine la nécessi- té de nettoyer ou,épurer le coke quittant l'appareil de coké- faction de carburants. Les liquides quelconques non séparés du coke sont simplement emportés dans l'appareil dé cokéfaction de produits chimiques, et convertis.
Il y aura normalement un excès de coke produit par la réaction de cracking, et cet excès est enlevé par la conduite 12 suivant la figure 1, ou par la 'conduite 7 suivant la figure 2. Ce coe sera de qualité supérieure comparativement au coke produit dans le procéaé courant de cokéfaction fluidifiée. Normalement, la coke fluidifié a une teneur relativement élevée en soufre, spécialement, lorsqu'on charge une huile sulfureuse.
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Dans la présente invention, comme le coke est mis en contact de façon répétée avec des gaz légers à une température élevée dans le ;acteur à conduite' 'de transfert, ce coke sera pratique- ment désulfuré, et celle désulfuration rehausse la valeur du coke enlevé comme produit.
La présente invention peut comporter d'autres variantes spécialement dans la façon de faire circuler les solides porteur de chaleur, en vue de réaliser certaines économies de chaleur.
C'est ainsi que l'effluent venant de l'opération de cracking de produits chimiques à température élevée, avec,ou sans soli- des entraînés, peut être refroidi séparément par des solides enlev'és de 'l'appareil de cokéfaction de carburants rel ivement plus froid. Ou bien, des solides enlevés,de l'appareil de coké- faction de. carburants à température plus basse peuvent être utilisés, en plus du refroidissement,décrit c-avant, ou sépa- rément, pour refroidir et, 'enlever de la'chaleur des gaz de com- bustion du brûleur. Cette dernière 'variante est la plus avanta- geusement utilisée lorsqu'on brûleur à conduite de transfert à haute température est utilisé pour,fournir de la chaleur au procédé.
En se référant à la figure 3, dn y a représenté un système utilisant essentiellement le même équipement pour la mise en oeuvre des procédés combinés de cokéfaction,de carburants et de cokéfaction de produits chimiques de la présente invention La figure est présentée pour montrer principalement divers agen- cements de circulation, spécialement des particules de coke, grâce auxquels le rendement et la praticabilité du procédé peu- vent être améliorés. Comme représenté, une huile lourde de pé- trole est introduite, par la conduite 51, dans un appareil de cokéfaction de carburants 50, qui contient un lit fluidifié de particules de colce. L'appareil de cokéfaction fonctionne à une température de l'ordre de 850 à 1200 F.
Les vapeurs craquées
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thermiquement sont enlevées au sommet par la conduite 52 comme produit. Un appareil de cokéfaction de produits chimiques à conduite de transfert 53 est-alimenté avec une autre portion de l'huile lourde de pétrole par une conduite 54 et avec de la vapeur par la conduite 77. L'appareil de cokéfaction de produits chimiques 53 fonctionne à une température supérieure à 1200 F, par exemple, de 1400 à 1600 F. Les produits craqués thermiques ment sont séparés des solides de.contact par le cyclone 55 et :sont enlevés comme produits par la conduite 56.
Ou bien, évidem- ment, ces gaz avant ou après que les solides sont séparés peu- vent être.injectés dans l'appareil de cokéfaction de carburants, ,ou mélangés avec les produits vaporeux venant de l'appareil de cokéfaction de carburants, comme décrit précédemment.
Dans cet exemple, un brûleur à conduite de transfert 60 est utilisé pour brûler partiellement les particules de coke en circulation,'afin de fournir de la chaleur au procédé. Du coke est introduit dans la base du brûleur par la conduite 61 et est mélangé avec de l'air ou autre gaz contenant de l'oxygène libre, fourni par la conduite 62. Les gaz et le coke circulent alors de bas en haut à travers le brûleur vers le cyclone 63 dans lequel le coke chauffé est enlevé et les gaz de combustion évacu- és par la conduite 64.
Dans un agencement particulier, du coke à température relativement basse est transféré par une. conduite 57, depuis le récipient de cokéfaction de carburants vers la sortie du récipient de cokéfaction de.produits chimiques pour refroidir l'effluent de ce récipient de cokéfaction.
La température de coke dans l'appareil de cokéfaction de carburants peut être d'environ 950 f, et la température des gaz sortant-de l'appa- reil de cokéfaction de produits chimiques peut être de 1500 F, De la sorte, l'injection des solides plus froids réduira la température des gaz jusqu'à environ 1000 F. Dans cet agencement
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pour éviter d'avoir à refroidir les solides de contact utilises dans l'appareil de cokéfaction de produits chimiques, ces soli- des sont enlevés par un séparateur 59, des gaz craqués avant l'injection des ëolides plus froids de l'appareil de cokéfaction de carburants. Ce séparateur 59 peut être d'un type courant quel. conque.
Comme représenté, une aube hélicoïdale 65 est prévue dans le réacteur à conduite de transfert, grâce à laquelle la suspension de solides ascendants est animée d'un mouvement de rotation qui,projette une quantité importante des solides en- 'traînés, vers l'extérieur. Des fentes ou trous convenables sont prévus dans la paroi du réacteur'pour permettre aux solides de tomber dans'un réservoir 66.'
Les solides séparés dans le cyclone 55 sont alors transférés par une conduite 67 vers la sortie du brûleur à con- duite'de transfert pour refroidir les gaz de combustion qui en sor,tent. Les solides venant du cyclone 55 auront, par exemple, une température de 1000 F, et les gaz de combustion autont une température d'environ 1000 F.
La température résultante des gaz de combustion refroidis et des solides sera d'environ 1100 F.
Par ce moyen, de la chaleur est récupérée des gaz de combustion.
De nouveau, pour éviter la nécessite de refroidir les solides qui ont été brûlés dans le brûleur, ces solides sont enlevés par un séparateur 69 à aube hélicoïdale pour aller dans le ré- servoir 70, et ils auront une température de 100 à 700 F su- périeure à celle des solides enlevés du cyclone 63. Les solides qui ont été utilisés pour refroidir les produits chimiques émanant de l'appareil 53 et les gaz de combustion de brûleur sont alors transférés du cyclone 63 par les conduites 71 et 72 vers l'appareil de cokéfaction de produits chimiques pour fournir de la chaleur à ce dernier.
La portion de solides se trouvant dans le réservoir 66
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est transférée par la conduite 73 à l'entrée du brûleur. Comme ces solides ont une température assez élevée, cela signifie que le brûleur peut fonctionner à une température plus élevée et ainsi de manière plus efficace. Une partie des solides à haute température du réservoir 70 est transférée par la conduite 72 à l'appareil de cokéfaction de produits chimiques 53. Une autre partie est transférée par la conduite 75 à l'appareil de cokéfac tion de carburants, si on le désire, et une autre portion peut être récyclée à l'entrée du brûleur par la conduite 61 pour en- tretenir des températures élevées de combustion.
On peut voir que les agencements ci-avant de fonction- nement éliminent la nécessité d'enlever du coke, du;réacteur de carburants, et fournissent un refroidissement rapide des pro- duits issus du réacteur 53, dont l'avantagé a été décrit précéde ment. De même, ce type d'opération permet un meilleur rendement de carburant à cause de la récupération de chaleur à partir des gaz de fumée et de l'affluent de l'appareil de cokéfaction de produits chimiques , et permet en outre un meilleur fonctionne- ment du brûleur à conduite de transfert à cause du niveau élevé de température, entretenu dans la zone de combustion. D'autres variantes de circulation des particules de coke apparaîtront aux techniciens en ce domaine.
A titre d'exemple, du coke froid peut être transféré de l'appareil de cokéfaction de carburants au brûleur pour refroidir seulement l'effluent du brûleur. Ou bien, des portions de ce coke froid peuvent également être trans férées à l'entrée da l'appareil de cokéfaction de produits chi- miques et/ou à l'entrée du brûleur. Les solides venant du cyclon= 03, outre qu'ils sont transférés à l'entrée de l'appareil de cokéfaction de produits chimiques, peuvent être envoyés à l'appa- reil ue cokéfaction de carburants. De même, les solides venant du cyclone 55 peuvent être envoyés à l'appareil de cokéfaction car et/ou à l'entrée du brûleur.
Les tableaux suivants présentent des exemples des con-
<Desc/Clms Page number 19>
ditions opératoires appropriées applicables au procédé de l'in- vention, et des exemples des produits qu'on peut obtenir à par- tir de la charge d'alimentation indiquée, lorsque le procédé est mis en oeuvre suivant les conditions présentées aux ta- bleaux. L'effluent du réacteur de produits chimiques est dé- chargé dans l'appareil de cokéfaction de carburants.
Le tableau
I présente les chiffres pour un procédé mis en oeuvre dans la va de réalisation riante/de la figure 1, utilisant des gaz et des produits d'éthy- .lène et de propylène, comme alimentation au réacteur de produit: chimiques, ces gaz et produits étant obtenus par la séparation de l'effluent de l'appareil de cokéfaction de carburants par de: procédés bien connus, tels que distillation, absorption basse température, absorption d'éléfines à l'acide sulfurique, etc, et la tableau II donne les chiffres pour un procédé mis en oeuvre dans la variante de réalisation de la figure 2.
TABLEAU 1
EMI19.1
<tb> Conditions <SEP> opératoires
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Solides <SEP> de <SEP> contact <SEP> Coke <SEP> de <SEP> pétrole
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Dimensions <SEP> de <SEP> particules <SEP> 40 <SEP> à <SEP> 1000 <SEP> microns
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Dimensions <SEP> moyennes <SEP> de <SEP> particules <SEP> 250 <SEP> microns
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Quantité <SEP> totale <SEP> de <SEP> coke <SEP> 400 <SEP> tonnes
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Brûleur <SEP> à <SEP> basse <SEP> température
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Pression <SEP> effective <SEP> au <SEP> sommet
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> du <SEP> lit <SEP> 10 <SEP> livres <SEP> par <SEP> pouce
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> carré
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Température <SEP> l125 F
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Contenu <SEP> de <SEP> coke <SEP> (densité <SEP> de
<SEP> lit <SEP> r
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> de <SEP> 45 <SEP> livres/pied <SEP> cube) <SEP> 180 <SEP> tonnes
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Taux <SEP> d'injection <SEP> d'air <SEP> 45.000 <SEP> pieds <SEP> cubes
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Brûleur <SEP> à <SEP> haute <SEP> température <SEP> standard/minute.
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
Pression <SEP> effective <SEP> au <SEP> sommet <SEP> 15 <SEP> livres <SEP> par <SEP> pouce
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Température <SEP> du <SEP> lit <SEP> 1675 F <SEP> carré
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Contenu <SEP> de <SEP> coke <SEP> (densité <SEP> de <SEP> lit
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> de <SEP> 45 <SEP> livres/pied <SEP> cube) <SEP> 20 <SEP> tonnes
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Taux <SEP> d'injection <SEP> d'air <SEP> 10. <SEP> 000 <SEP> pieds <SEP> cubes
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> standards <SEP> par <SEP> minute.
<tb>
<Desc/Clms Page number 20>
EMI20.1
<tb>
.Appareil <SEP> de <SEP> cokéfaction <SEP> de
<tb>
EMI20.2
car-ourants à lit fluidifié
EMI20.3
<tb> Pression <SEP> effective <SEP> au <SEP> sommet <SEP> 7 <SEP> livras <SEP> par <SEP> pouce
<tb>
<tb>
<tb> du <SEP> lit <SEP> carré
<tb>
<tb>
<tb> Température <SEP> 950 F
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Conversion <SEP> de <SEP> C- <SEP> par <SEP> passage <SEP> 7% <SEP> en <SEP> poids
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Contenu <SEP> de <SEP> coke <SEP> (densité <SEP> de <SEP> lit
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> de <SEP> 45 <SEP> livres/pied <SEP> cube)
<SEP> 200 <SEP> tonnes
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Taux <SEP> d'injection <SEP> d'huile <SEP> 5000 <SEP> livres/minute
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Volume <SEP> de <SEP> gaz <SEP> alimentés <SEP> à <SEP> partir
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> du <SEP> réacteur <SEP> de <SEP> produits <SEP> chimiques <SEP> 7.400 <SEP> pieds <SEP> cubes
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> standards/rainute
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Réacteur <SEP> de <SEP> produits <SEP> chimiques
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> à <SEP> conduite <SEP> de <SEP> transfert
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Pression'effective <SEP> de <SEP> sortie <SEP> 21 <SEP> livres <SEP> par <SEP> pouce
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> carré
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Température <SEP> de <SEP> sortie <SEP> 1500 F
<tb>
EMI20.4
Densité de su5pEnssion coke-gaz 1 livre par pied cube
EMI20.5
<tb> Taux <SEP> d'injection <SEP> de
<SEP> gaz
<tb>
<tb> hydrocarbonés <SEP> 4200 <SEP> 'pieds <SEP> cub
<tb>
EMI20.6
standards/mir,-,-%
EMI20.7
<tb> Durée <SEP> moyenne <SEP> de <SEP> séjour <SEP> des <SEP> vapeurs <SEP> 0,4 <SEP> seconde
<tb>
<tb>
<tb> Taux <SEP> de <SEP> circulation <SEP> du <SEP> coke
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Du <SEP> brûleur <SEP> à <SEP> haute <SEP> température
<tb>
<tb> au <SEP> réacteur <SEP> à <SEP> conduite <SEP> de <SEP> transfert <SEP> 2,5 <SEP> tonnes/minute
<tb>
<tb>
<tb> Du <SEP> brûleur <SEP> à <SEP> basse <SEP> température
<tb>
<tb> au <SEP> brûleur <SEP> à <SEP> haute, <SEP> température <SEP> 2,5 <SEP> tonnes/minute
<tb>
<tb>
<tb> Du <SEP> brûleur <SEP> à <SEP> basse,température
<tb>
<tb> à <SEP> l'appareil <SEP> de <SEP> cokéfaction <SEP> de
<tb>
<tb> carburants <SEP> .
<SEP> 27,5 <SEP> tonnes/minute
<tb>
<tb>
<tb> De <SEP> l'appareil <SEP> de <SEP> cokéfaction-dé <SEP>
<tb>
<tb> carburants <SEP> au <SEP> brûleur <SEP> à <SEP> basse
<tb>
<tb> température <SEP> 30,6 <SEP> tonnes/minute
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Charge <SEP> d'alimentation <SEP> - <SEP> Résidu, <SEP> obtenu' <SEP> sous <SEP> le <SEP> vide, <SEP> du <SEP> Texas
<tb>
<tb> de <SEP> l'Est.
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
Gravité <SEP> de <SEP> 4 <SEP> API
<tb>
<tb> 24% <SEP> en <SEP> poids-de <SEP> carbone <SEP> Conradson
<tb>
<tb> Point <SEP> d'ébullition.de <SEP> 850 F <SEP> et <SEP> plus
<tb>
<tb> 0,1% <SEP> en <SEP> poids <SEP> de <SEP> cendres <SEP> - <SEP>
<tb>
EMI20.8
Rapport atomique H/G de 1,51
EMI20.9
<tb> Les <SEP> gaz <SEP> hydrocarbonés <SEP> légers <SEP> introduits <SEP> dans <SEP> le <SEP> réacteur <SEP> à <SEP> conduite <SEP> de <SEP> transfert <SEP> comprennent <SEP> :
<SEP>
<tb>
<tb> 2,0% <SEP> en <SEP> vol. <SEP> de <SEP> CH3
<tb>
EMI20.10
56,5% n n CZH6 7,5 n n ç 2 x 4 3Gj¯li n n C3 h' 8
EMI20.11
<tb> 3,9% <SEP> " <SEP> " <SEP> C3H6
<tb>
<Desc/Clms Page number 21>
EMI21.1
<tb> Produits. <SEP> % <SEP> basés <SEP> sur <SEP> l'alimentation
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Hydrogèhe <SEP> 0,3% <SEP> en <SEP> poids
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Méthane <SEP> 2,3% <SEP> " <SEP> "
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Ethane <SEP> 0,1% <SEP> " <SEP> "
<tb>
<tb>
<tb> %iL
<tb>
<tb> Ethylène <SEP> 3,4% <SEP> " <SEP> "
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Propane <SEP> 0,1% <SEP> " <SEP> "
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Propylène <SEP> 3,1% <SEP> " <SEP> "
<tb>
EMI21.2
Naphte,C4-430or , 23,5% If vol .
EMI21.3
<tb> Huile <SEP> de <SEP> chauffage, <SEP> 430 <SEP> à <SEP> vol.
<tb>
EMI21.4
, i 5 G 10,b fi Gasoil, 650 à 1015 F 40,b " vol.
EMI21.5
<tb> Fabrication <SEP> totale <SEP> de <SEP> coke <SEP> 27,0% <SEP> " <SEP> poids
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Coke <SEP> produit <SEP> @ <SEP> 21,0% <SEP> " <SEP> "
<tb>
Toute la matière, de 1015 F et plus, provenant de l'appareil de cokéfaction de carburants est recy'clée à l'appareil de cokéfac- tion jusqu'à extinction.
Un autre mode'de mise, en oeuvre de l'invention consiste à faire circuler les gaz depuis la zone de cracking à tempéra-
EMI21.6
ture élevée jusqutà,la phase diluée située pu-dessus du lit fluidifié de l'appareil de cokéfaction'de carburants ou jusqu'à la conduite de sortie partant de l'appareil de cokéfaction de carburants. De la sorte, l'effluent à température élevée sera refroidi, par exemple, jusqu'à une¯ température inférieure à 1200 F, et l'effluent de l'appareil de cokéfaction de carburants seraréchauffé.
Comme les vapeurs sortant du lit fluidifié de l'appareil de cokéfaction de carburants sont à ou près de leur point de rosée ou de condensation, des réactions de polymérisa- tion, de condensation, etc, menant à une cokéfaction et à un encrassement de l'installation, peuvent se produire dans la phase de vapeur issue de l'a pareil de cokéfaction de carburants à moins que des dispositions ne soient prises pour éviter cet produites inconvénient. En chauffant les vapeurs/de l'appareil de cokéfac-
<Desc/Clms Page number 22>
tion de carburants avec l'effluent à haute température venant de l'appareil de produits chimiques, les courants combinés ont une température supérieure-à la température de condensation des gaz, et'on évite pratiquenent la cokéfaction et l'encrassement de l'installation.
L'effluent du réacteur à conduite de trans- fert peut ou non subir une séparation des solides avant qu'il ne soit combiné avec les vapeurs produites dans l'appareil de co. kéfaction de carburants.
TABLEAU II
EMI22.1
<tb> Conditions <SEP> opératoires
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Solides <SEP> de <SEP> contact¯ <SEP> Coke <SEP> de <SEP> pétrole
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Dimensions <SEP> des <SEP> particules <SEP> ' <SEP> 40 <SEP> à <SEP> 1000 <SEP> micrr
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Dimensiorsmoyennes <SEP> de <SEP> particules <SEP> 250 <SEP> microns
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Contenu <SEP> total <SEP> de <SEP> coke <SEP> 200 <SEP> tonnes
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Brûleur <SEP> à <SEP> conduite <SEP> de <SEP> transfert <SEP> .
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
Pression <SEP> effective <SEP> ' <SEP> 3 <SEP> livres <SEP> par <SEP> pouce <SEP> cane <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Température <SEP> moyenne'' <SEP> 1400 F
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Passage,de <SEP> coke:.; <SEP> tonnes <SEP> par
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> heure <SEP> par <SEP> pied <SEP> carré' <SEP> 20 <SEP> tonnés <SEP> . <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
Taux <SEP> d'injection,d'air <SEP> 2 <SEP> livres/livre <SEP> de <SEP> coke
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> , <SEP> , <SEP> circulant
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Appareil <SEP> de <SEP> cokéfaction <SEP> de <SEP> carburants
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> à <SEP> lit <SEP> fluidifié <SEP> @
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Pression <SEP> effective,au <SEP> sommet <SEP> @ <SEP> 7 <SEP> livres <SEP> par <SEP> pouce
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> carré
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Température. <SEP> .
<SEP> 950 F <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Conversion <SEP> de <SEP> C <SEP> par <SEP> passage <SEP> 7%
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Contenu <SEP> coke3 <SEP> (densité <SEP> de <SEP> lit
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Contenu <SEP> de <SEP> coke'(densité <SEP> de <SEP> lit
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> de <SEP> 45 <SEP> livres/pied <SEP> cube)
<SEP> 200 <SEP> tonnes
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Taux <SEP> d'injection <SEP> d'huile <SEP> 5000 <SEP> livres/minute
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Volume <SEP> de <SEP> gaz <SEP> fourni <SEP> à <SEP> partir
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> de <SEP> l'appareil <SEP> de <SEP> cokéfaction <SEP> de
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> produits <SEP> chimiques <SEP> ' <SEP> ' <SEP> 8200 <SEP> pieds <SEP> cubes <SEP> par
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> minute <SEP> à <SEP> 950 F
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Appareil <SEP> de <SEP> cokéfaction <SEP> de <SEP> produits
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> chimiaues <SEP> à <SEP> conduite <SEP> de <SEP> transfert
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Pression <SEP> effective <SEP> à <SEP> la <SEP> sortie <SEP> 21 <SEP> livres <SEP> par <SEP> pouce
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> carré
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Température <SEP> à <SEP> la <SEP> sortie <SEP> 1300 F
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Densité
<SEP> de <SEP> la <SEP> suspension
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> coke-gaz, <SEP> à <SEP> la <SEP> sortie <SEP> 1,5 <SEP> livre/pied <SEP> cube
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Taux <SEP> d'injection <SEP> de <SEP> produits <SEP> de
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> queue <SEP> lourds <SEP> 1050 <SEP> livres/minute
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Durée <SEP> moyenne <SEP> de <SEP> séjour <SEP> de <SEP> vapeur <SEP> 0,5 <SEP> seconde
<tb>
<Desc/Clms Page number 23>
EMI23.1
<tb> Taux <SEP> de <SEP> circulation <SEP> du <SEP> coke
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Du <SEP> brûleur <SEP> à <SEP> l'appareil <SEP> de <SEP> coké-
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> faction <SEP> des <SEP> produits <SEP> chimiques <SEP> 6,
5 <SEP> tonnes/minute
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Du <SEP> brûleur <SEP> à <SEP> l'appareil <SEP> de <SEP> coke-
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> faction <SEP> de <SEP> carburants <SEP> 9,5 <SEP> tonnes/minute
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> De <SEP> l'eppareil <SEP> de <SEP> cokéfaction <SEP> de
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> carburants <SEP> au <SEP> brûleur <SEP> 18,1 <SEP> tonnes/minute
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Charge <SEP> d'alimentation <SEP> - <SEP> Résidu, <SEP> obtenu <SEP> sous <SEP> le <SEP> vide,
<SEP> du <SEP> Texas
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> de <SEP> l'Est
<tb>
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<tb> Gravité <SEP> de <SEP> 4 <SEP> API
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<tb> 24% <SEP> en <SEP> poids <SEP> de <SEP> carbone <SEP> Conradson
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<tb> Point <SEP> d'ébullition <SEP> de <SEP> 850 F <SEP> et <SEP> plus
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<tb> 0,1% <SEP> en <SEP> poids <SEP> de <SEP> cendres
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<tb> Rapport <SEP> atomique <SEP> H/C <SEP> de <SEP> 1,51
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<tb> Produits, <SEP> % <SEP> par <SEP> rapport <SEP> à <SEP> l'alimentation
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<tb> Hydrogène <SEP> 0,12% <SEP> en <SEP> po <SEP> @s
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<tb> Méthane <SEP> 2,
8% <SEP> " <SEP> "
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<tb> Ethane <SEP> 2,5% <SEP> " <SEP> "
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<tb> Ethylène <SEP> 3,5% <SEP> " <SEP> "
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<tb> Propane <SEP> 1,7% <SEP> " <SEP> "
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<tb> Propylène <SEP> 3,0% <SEP> " <SEP> "
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<tb> Hydrocarbures <SEP> C4 <SEP> 6,5% <SEP> " <SEP> vol.
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Naphte <SEP> C5-430 F <SEP> 20,0% <SEP> " <SEP> vol.
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Huile <SEP> de <SEP> chauffage, <SEP> 4300 <SEP> à <SEP> 650 F <SEP> 9,5% <SEP> " <SEP> vol.
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Gasoil, <SEP> 650 <SEP> à <SEP> 1015 F <SEP> 34,4% <SEP> " <SEP> vol.
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Fabrication <SEP> totale <SEP> de <SEP> coke <SEP> 27,0% <SEP> " <SEP> poids
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<tb>
<tb> Coke <SEP> produit <SEP> 21,0% <SEP> " <SEP> "
<tb>
Note : Toute la matière, de 1015 F et plus, venant de 1 r effluent de l'appareil de cokéfaction de carburants passe à l'appreil de cokéfaction de produits chimiques.
Il est à noter que, dans cette forme duplication de la présente invention, l'appareil de cokéfaction de produits chimiques traite les produits de queue réfractaires lourds res- tant de la séparation de l'effluent de l'appareil de coféfac- tion de carburants. Cela élimine le recyclage des produits de
<Desc/Clms Page number 24>
queue lourds à l'appareil de cokéfaction de carburants et per- met des débits de passage plus élevés dans l'appareil de coké- faction de carburants. Comme résultat, les gasoils obtenus de la cokéfaction sont d'une qualité de cracking catalytique su- périèur, comparativement avec des opérations'dans lesquelles un recyclage jusqu'à extinction est mis en oeuvre.
De même, l'injection de l'effluent de l'appareil de cokéfaction de pro- duits chimiques dans l'appareil de cokéfaction de carburants a pour résultat un refroidissement rapide des gaz provenant de 'l'opération de cokéfaction de produits chimiques, de sorte'que la polymérisation et autres réactions de dégradation de l'olé- fine et des dioléfine's produites dans le procédé de cokéfaction de produits chimiques sont arrêtées de façon efficace. En @@me temps, ces gaz servent à fournir de,la chaleur au récipient de cokéfaction de carburants et à remplacer le,,gaz de fluidifica- tion qui est ordinairement nécessaire dans l'opération de coké- faction de carburants.
Comme l'effluent total du réacteur de cokéfaction de produits chimiques est déchargé dans le réacteur de cokéfaction de carburants, on élimine la nécessité de prévoir un cyclone ou autre installation!de récupération de solides. Ce mode particulier d'opération présente l'avantage que tous les gaz, venant à la fois de l'opération à carburants et de ltopé- ration à produits chimiques, sont utilises pour fournir des diènes et des oléfines en vue de la récupération de produits chimiques.
Le naphte non saturé et les distillats à point d'é- . bullition supérieur, produits dans l'opération de cokéfaction de produtsi chimiques seront évidemment mélangés avec le'naphte et les distillais à point d'ébullition supérieur produit dans l'appareil de cokéfaction de carburants, L'appareil de cokéfar- tion de carburants contribuera cependant à la formation d'une certaine quantité de.matières formatrices de résines, et d'aro- matiques, qui peuvent être récupérés en même temps que ceux
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produits par l'opération à produits chimiques. Le naphte récu- péré peut être traité, par exemple, par un traitement à l'argil pour obtenir un bon carburant stable de moteur et des polymères de valeur.
Lorsque l'effluent de l'appareil de cokéfaction de pro- duits chimiques est injecté dans le réacteur de cokéfaction de carburants, il est possible de nener à la fois la cokéfaction de produits chimiques et la cokéfaction de carburants dans des zone séparées d'un seul récipient. Par exemple, la partie'inférieure 'd'un récipient de cokéfaction de carburants à lit fluidifié peut être allongée pour contenir une zone de cokéfaction de pro- duits chimiques à courte durée de contact et à vitesse élevée.
D'autres variantes apparaîtront'aux techniciens en 'ce d,, ..ne. re
Dans; la variante présentée à la;figure 4, L'huile lour- ' de à améliorer, qui peut être préchauffée de façon'convenable, est introduite dans le procédé par la conduite 1 et'entre dans , Il?
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l'appareil de cokéfaction, 1:1', ca:rb.u.rat$,:
10 par. un' système duin- . r, l' , 1 jection â plusieurs conduites 2. ,:L":a'ppél:p'3i'l -de cokéfaction de i j 1 ' 1 1 1 F carburants contient un lit'fluidifié d.e.solides 'pratiquement inertes catalytiquement, de'préférence des particules de coke produites par le procédé, ,ayant une dimension de particules de l'ordre de 0 à 1000 microns et une température de cokéfaction de l'ordre de 900 mà 1100 F, la fluidité du lit étant obtenue par injection d'un gaz fluidifiant, par exemple, de la vapeur, dans , le récipient par la conduite 3 en des quantités suffisantes pour assurer des vitesses de gaz fluidifiant de 1',ordre,de 0,1 à 5 pieds/seconde.
Lorsqu'elle entre en contactavec les solides chauds, l'huile lourde est partiellement vaporisée et partiellement étant cokéfiée, les vapeurs/enlevées au so@met par la conduite 4 après enlèvement des solides entraînés. Des solides relativement froids avec des dépôts frais de coke sont enlevés de l'appareil
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de cokéfaction de carburants par une conduite 5 après séparation des hydrocarbures occlus, dans la zone de séparàtion ou épu- ration 10a et sont mis en circulation vers une zone de chauffage; par exemple, un brûleur à lit fluidifié, dans laquelle les so- lides sont réchauffés par une combustion partielle.
Les solides réchauffés sont rénvoyés à l'appareil de cokéfaction de carbu- rants par la conduite 6 à une température de 100 à 300 F supé- rieure à la température de cokéfaction. Les rapports de circula- tion solides/huile sont maintenus dans la gamme de 5/1 à 30/1 poids/poids.
Un réacteur à lit fluidifié est préféré pour la mise en oeuvre de cette réaction de cokéfaction de carburant, ce une période de temps relativement longue doit être prévu... pour la réaction de cokéfaction..Des durées moyennes de séjour des solides de 4 à 30 minutes; sont prévues pour cet appareil de coké- faction de carburants.
L'effluent vaporeux de -l'appareil de cokéfaction de carburants dans la conduite 4 est envoyé à une zone de sépara- tion, par exemple, .un appareil de -fractionnement et de lavage ' 30, dans laquelle au moins une fraction-de distillat léger est récupérée.et enlevée comme produit par la conduite 7, et une fraction 'de gasoil bouillant au-dessus d'environ 700 F est sépa- rée et enlevée par la conduite 8. Les produits de queue lourds à point d'ébullition élevé .au-dessus d'environ 1000 à 1150 F, qui ont à peu près les mêmes caractéristiques de cokéfaction et de vaporisation que l'alimentation fraîche, sont recyclés à l'appareil de cokéfaction de carburants par la conduite 9 prati- quement jusqu'à extinction.
Le point d'ébullition initial de la fraction de gasoil dans la conduite 8 est réglé de manière que cette fraction con- tienne la totalité ou pratiquement la totalité des composés dé- savantageuse, tels que l'azote, qui affecteraient de façon désa-
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vantageuse la qualité des produits enlevés par la conduite 7.
On a suggéré précédèrent de recycler ce gasoil qui n'est pas susceptible de subir un cracking catalytique, à l'appareil de cokéfaction de carburants afin de le réduire complètement en distillats plus légers. Comme une conversion de cette têtière doit s'effectuer dans la phase de vapeur à cause de sa basse gamme d'ébullition, une telle opération de recyclage n'est pas intéressante. Comme la température de cokéfaction dans l'appa- rcil de cokéfaction de carburants est relativement basse, des conversions élevées du gasoil qui est réfractaire font diffici- a les à obtenir. Cela/pour résultat alors des taux de recyclage excessifs.
Cette difficulté ne peut pas économiquement êt@@ sur- montée en augmentant la température de cokéfaction dans l'appa- reil de cokéfaction de carburants car cela donnerait une dégra- dation thermique et une perte exoessiges des produits de dis- tillation légers.
Suivant la présente forme d'application de l'invention, ce gasoil est -converti en matières brutes chimiques intéres- santes, en l'injectant dans un appareil de cokéfaction de pro- duits chimiques 20 à conduite de transfert. Ainsi l'opération de recyclage onéreuse précédente pour réduire ce gasoil est évitée .
Le point d'ébullition initial de la fraction de gasoil peut également être réglé, si on le désire, pour équilibrer la quantité de l'alimentation fraîche convertie en carburants de distillation et en produits chimiques. Dans des opérations nor- males, on préfère maintenir les"conversions 430 F" dans l'appareil de cokéfaction de carburants, dans la gamme de 30 à 60% en volu- mes, et maintenir les "conversions C3" dans l'appareil de coké- faction de produits chimiques, dans la Car,une de 50 à 80% en poins,
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(la "conversion 430 F" est définie par :
100% en volumes d'ali- mentation fraîche à l'appareil de cokéfaction de carburants moins le pourcentage en volume des produits provenant de l'appa- reil de cokéfaction de carburants, bouillant au-dessus de 430 F, à l'exclusion du coke ; la"conversion C3"est définie par 100% en volumes d'alimentation de gasoil à l'appreil de cokéfaction de produits chimiques moins le 5; en volumes des produits ayant plus de 3 atomes de carbone, à l'exclusion du coke). De cette manière, environ 40 à 60% en volumes de l'alimentation'fraîche serait améliorés en distillats légers, et le restant, à l'exclu- sion du coke, sera converti en matières brutes chimiques, com- prenant des matières non saturées légères, telles qu'éthylène, propylène, butènes et butadiènes, et goudrons aromatiques.
La fraction de gasoil dans la conduite 8 introduite dans l'appareil de cokéfaction de produits chimiques 20 à con- duite de transfert est mélangée avec des solides fraîchement chauffés, de préférence des particules de coke produites par le procédé, ayant une dimension de l'ordre de 0 à 1000 microns.
Les solides sont à des températures de l'ordre de 1300 à 100 F, et sont mélangés avec le gasoil en des quantités de l'ordre de 2 à 20 livres par livre de gasoil, ce qui est suffisant pour obtenir une température de réaction de l'ordre de 1200 à 1600 F.
Le réacteur à conduite de transfert consiste en un conduit allongé disposé verticalement assez étroit, convenable- ment garni de matière réfractaire, et il se termine dans un séparateur/cyclone 11. La longueur du réacteur est telle qu'on arrive à des durées de réaction, avant refroidissement, de l'or- dre de 0,1 à 3 secondes. Un gaz de transfert, par exemple, de la vapeur, des gaz hydrocarbonés légers, de l'azote ou des gaz de combustion, est admis à la base du réacteur par la conduite 12 en des quantités suffisantes pour arriver à des vitesses de
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solides, dans le réacteur à conduite de transfert, supérieures à
10 pieds par seconde, par exemple, 60 pieds par seconde. La densité de la suspension dans le réacteur à conduite de transfer sera de l'ordre de 1 à 20 livres par pied cube.
Le coke réchauf- fé est introduit dans le réacteur 20 par la conduite 16.
Les solides entraînés sont séparés des produits de con- version dans le séparateur 11 et sont transférés. par la con- duite 13 vers, une zone de chauffage pour' y être réchauffés. Les 'produits de conversion enlevés du cyclone par la conduite 14 peuvent rencontrer un moyen de refroidissement fourni par la conduite 15,pour être ramenés à une température inférieure à environ 900 F, grâce à quoi on arrête une réaction therm@@@e ultérieure. Le moyen de refroidissement peut consister en un au liquide, par exemple, de l'eau,ides-huiles froides, des solides froids, par exemple, des particules de,coke froids, ou des gaz, par exemple, des hydrocarbures légers froids, ou de la vapeur.
Les produits de conversion sont ensuite soumis à un traitement ùltérieur (non illustré) pour récupérer les produits chimiques désirés. Ce traitement ultérieur peut consister, à titre d'exem- ple, en un fractionnement, une sorption, une cristallisation, une extraction, une distillation extractive ou azéotropique, et une polymérisation, La matière à point d'ébullition supérieur, récupérée de l'appareil de cokéfaction de produits chimiques peut être recyclée à l'appareil de cokéfaction de carburants et/ ou à l'appareil de cokéfaction de produits chimiques, suivant la gamme d'ébllitions de la;'matière, ou bien elle peut être vendue directement comme gouron de/qualité particulière.
La chaleur nécessaire au procédé peut être engendrée en brûlant une partie de coke produit par les réactions de crac- king. Dans les cas où la valeur du coke est supérieure à celle d'autres carburants liquides ou gazeux extérieurs, ces derniers peuvent être brûlés pour fournir une partie ou la totalité de la
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chaleur requise, aux particules de coke en circulation. Les so- lides de contact utilisés dans les appareils de cokéfaction de 'carburants et de produits chimiques peuvent traverser des cir- cuits distincts, ou bien on peut utiliser une zona de chauffage commune. On peut utiliser des brûleurs à lit fluidifié, tombant ou mobile, ou des brûleurs à conduite de transfert, pour réali- ser le chauffage des solides.
De même, on peut utiliser d'autres moyens d'échange de chaleur direct ou indirect, tels que des systèmes dans lesquels des particules inertes lourdes porteuses ce chaleur, par exemple, de la "grenaille", sont mélangées avec les solides de contact.
EXEMPLE
Une alimentation d'huile lourde peut consister en un résidu de Californie ayant les caractéristiques suivantes à l'examen : gravité de 4,3 API, point d'ébullition initial de 908 F, 24,2% en, poids de carbone Conradson, 1,3% en poids de soufre, 0,08% en poids de cendres à 1742 F, 1,2% en poids d'azote et une viscosité à 275 F de 317 SSU. L'alimentation préchauffée jusqu'à une température de 500 F est injectée-dans l'appareil de cokéfaction de carburant maintenu à une pression effective de 6 livres par pouce carré, et ayant un lit fluidifié.de particu- les de coke d'une gamme de dimensions de 50 à 1000 micoons (dimension moyenne de 250 microns), et ce à une température de 950 F.
Une densité de lit de 38 livres par pied.. cube est maintenue à une vitesse de gaz fluidifiant superficielle moyenne d'environ 1,5 pied/seconde (ce qui exige un taux de vapeur fluidifiante de 12% en poids par rapport à l'alimentation fraîche). Des particules de coke réchauffées sont fournies à ,t'appareil de cokéfaction de carburantsà une température de 1125 F et à un taux de circulation de 10 livres/livre d'alimen- tation fraîche. Sous ces conditions, oh obtient une conversion 430 F de 48,5% en volumes.
L'effluent de l'appareil de cokéfac-
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tion de carburants est séparé pour obtenir un gasoil bouillant dans la gamme de 700 à 1000 F s'élevant à 25% en volumes par rapport à l'alimentation fraîche, et des produits de queue bouillant au-dessus de 1000 F, s'élevant à 15% en volumes par rapport à l'alimentation fraîche. Les produits de queue lourds sont recyclés jusqu'à extruction à l'appareil de cokéfaction de carburants.
Le gasoil de la gamme 700 -1000 F est mélangé avec 6 livres de particules de coke par livre de gasoil à une tempéra- ture initiale de 1600 F, 60% en poids de vapeur par rapport l'alimentation de gasoil, à une température de 1000 F, sont mé- langés avec cette suspension, et le mélange résultant passé à travers la réacteur à conduite de.transfert à une vitesse de .
30 pieds/seconde, une densité de 3 livres/pied cube, une tempé- , rature moyenne de 1300 F, d'une pression de sortie de 6 livres par pouce carré.. La durée de réaction, avant refroidissement, est maintenue à 1 seconde, ce qui est suffisant pour assurer une conversion C3 de gasoil de 40% en poids,'.
Environ 26,6% en poids de l'alimentation d'huile lourde fraîche seront convertis en coke dans l'appareil de cokéfaction de carburants, et une quantité de gasoil, inférieure à 1% en pois sera convertie en coke dans l'appareil de cokéfaction de pro- duits chimiques. En tout, environ 27% en poids de l'alimentation fraîche au procédé seront dégradés en coke, dont 10% en poids par rapport à l'alimentation seront brélés pour fournir de la chaleur au procédé, et dont le restant est enlevé comme produit.
Sous ces conditions, les rendements de produits sui- vants sont obtenus en partant du résidu de Californie, rende- mentspar rapport à l'alimentation fraîche.
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Hydrogène 0,2% en poids Méthane 5,3% " " Ethane 3% " " Ethylène 4,1% " Propane 2,0% " " Propylène 4,7% " "
EMI32.1
Goudron aromatique 4750-6500F 11-jj 'r vol.
I;-n.ûe G5 à430 F .5; " vol. Gaz tr3U -700 F 2o,5 vol.
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