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L'invention se réfère à un procédé perfection- né de traitement thermique de mélanges d'hydrocarbures et, plus spécialement, à un procédé pour la préparation de mélanges d'hydrocarbures destinés à servir de matiè- res de départ dans les procédés catalytiques, tels que le craquage catalytique et la désulfuration hydrogénante
Des profilés divers ont été imaginés et mis en application pour tirer du pétrole des fractions diverses dthydrocarbures, telles que l'essence, le kérosène, le gas-oil léger, le gas-oil lourd ainsi que des fractions d'huiles lubrifiantes, produits qui sont utilisés direc- tement ou qui servent comme matière de départ pour l'ap- plication de procédas divers.
Plus particulièrement, les fractions de gas-oil, de type léger et lourd, consti. tuent des matières de départ importantes pour la conver- sion en essences soit par voie thermique, soit par voie catalytique. Dans la mesure où ces-fractions ne peuvent être utilisés telles quelles en.raison d'une teneur trop élevée en soufre, on les soumet d'ordinaire à une désul- furation, telle que, par exemple, une désulfuration hy- drogénante. Les bruts toppés et les résidus à courts sont souvent soumis à un traitement thermique,connu sous le nom de "brisement de la viscosité".dans lequel la viscosité est considérablement réduite. Ce traite- ment thermique est suivi par la séparation des consti- tuants devant être volatilisés en un ou plusieurs dis- tillats.
Etant donné que tous les distillats ayant des points d'ébullition supérieurs à celui de l'essence fournissent une essence à indice d'octane plus élevé lorsque le craquage est catalytique que lorsque le cra-
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quage est thermique. dans toutes les raffineries qui dis- posent d'une unité de craquage catalytique les procédés de distillation sont généralement effectués de telle fa- çon que le maximum possible de matière première conve- nant à un tel craquage catalytique est préparé. Lors- qu'on traite des produits bruts de types asphaltiques ou mixtes, on se borne, en général, à éliminer par été- tage (toppage) les éléments de bas points d'ébullition, opération que l'on fait suivre d'une distillation par détente sous vide.
Une autre méthode consiste à distil- ler à partir des huiles lourdes - résiduelles ou non, ' autant qu'il est possible, des matières à volatiliser, du carbone étant ainsi formé comme résidu final. Lrs huiles les plus lourdes peuvent aussi être désasphaltées puis ensuite subir un autre traitement.
Dans la plupart de ces procédés les composants non évaporés doivent être séparés en un ou plusieurs stades des vapeurs de la matière de départ qui doit être finalement traitée. Ce stade de séparation a toujours été exécuté jusqu'à présent par le type classique d'un appareil séparateur de vapeurs et de liquides, tel qu'u- ne colonne dans laquelle le mélangé de vapeur et de li- quide est introduit en un point latéral, tandis que les vapeurs sont éliminées par le haut et les particules liquides séparées par le bas. Cette colonne peut être munie, en-dessous de la conduite d'amenée, de plaques horizontales entre lesquelles le liquide séparé peut descendre à contre courant de la vapeur d'eau qui est introduite à proximité de l'extrémité inférieure.
Pour que, par ce système, on obtienne une séparation suffi- samment efficace entre les particules liquides et les vapeurs, la pratique a montré qu'il était nécessaire
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que les dimensions de l'appareil séparateur - c'est-à- dire sa hauteur ainsi que son diamètre - soient suffi- samment grandes pour que la rapidité de déplacement li- néaire du mélange de vapeur et de liquide alimenté se trouve grandement réduite, de manière à obtenir une sé- paration par gravité des particules liquides du mélange de la vapeur et du liquide qui s'écoule par le haut.
Avant d'introduire dans le séparateur le mélan. ge vapeur-liquide, ilest nécessaire de le refroidir jus- qu'à un certain point, car sinon les conditions réghan- . tes requises (conditions de craquage) provoqueraient la formation d'un dépôt important de coke dans le sépara- teur. Cependant, ce refroidissement provoque la ronden- sation d'une partie de la vapeur, ce qui diminua le ren- dement en la matière première que l'on désire obtenir.
On a maintenant découvert que, lors de la pré- paration de mélanges d'hydrocarbures destinés à servir de matière première pour des procédés catalytiques - plus spécialement pour le craquage catalytique et la dé- sulfuration hydrogénante - dans lesquels'on emploie comm< matière de départ un brut toppé ou un résidu à points d'ébullition courts que l'on soumet à un brisement de viscosité, il est possible d'améliorer le rendement du produit que l'on désire obtenir en faisant usage d'un sé- parateur de type cyclone pour enlever les composants non évaporés qui sortent du briseur de viscosité avec les vapeurs. En opérant ae la sorte, on peut se dispenser du refroidissement préalable à la séparation et augmen- ter de la sorte le rendement en produit que l'on désire obtenir.
On entend ici par séparateur de type cyclone, un récipient fermé, défini par une surface de révolution fermée dont la face intérieure est lisse et qui est mu-
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nie tangentiellement d'un ou de plusieurs conduits d'ame née au voisinage de l'une de ses extrémités, qui est de préférence, de forme cylindrique, un orifice central de décharge (ou orifice de trop-plein) étant prévu en outre à cette extrémité. Cet orifice est muni, de pré- férence, d'un chercheur de tourbillons dressé dans l'axe du récipient. Un second orifice, l'orifice de soutira- ge, est ménagé à l'extrémité opposée, par exemple au som. met si la surface de révolution fermée est de forme co- nique ou à la périphérie du récipient, si celui-ci est de forme principalement cylindrique.
On a découvert, non sans étonnement, que, malgré le rendement plus élevé de la matière de départ obtenu par le procédé de l'invention, la qualit de l'huile est au moins égale à celle que fournit le sépa- -rateur classique vapeur-liquide soumis à un refroidisse- ment préalable du mélange vapeur-liquide.
En plus de cette augmentation de rendement, le procédé de l'invention offre également l'avantage que le séparateur de type cyclone employé est de dimensions relativement restreintes, si bien que l'ensemble de l'installation est beaucoup plus ramassé qu'avec les séparateurs de grandes dimensions utilisés jusqu'à pré- sent. Etant donné que, comme on l'a mentionné ci-des- sus, la séparation n'est plus précédée d'un refroidisse- ment, le mélange de vapeurs et de liquide se trouve dans les conditions de craquage à une température éle- vée, de l'ordre de 4000 C et davantage, si bien qu'il faut prendre grand soin d'éviter autant que possible toute réaction de craquage.
On atteint ce but, en di- mensionnant le cyclone de telle manière que, pour les grandes vitesses d'entrée du mélange vapeurs-liquide qui sont nécessaires pour obtenir un effet de cyclone, 1,,
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durée de séjour des particules de liquide qui se séparent dans le cyclone est seulement très courte, pas plus de quelques secondes. Si on le désire, on peut refroidir jusqu'à un certain point le liquide qui sort par l'orifi- ce de soutirage du cyclone.
Les vitesses linéaires d'alimentation qu'il convient d'adopter dans le procédé de l'invention sont au moins égales à environ 8 mètres par seconde, mais on doit naturellement éviter qu'elles soient excessives au point que les particules liquides qui heurtent les parois du séparateur en vertu de la force centrifuge viennent à quitter ces parois pour être à nouveau entraînées et dispersées dans les,vapeurs. Pour répondre à l'exigence d'un temps de séjour très réduit, la pratique a montré qu'il suffit d'utiliser des, séparateurs type cyclone ayant moins de 1 .mètre de diamètre et 2,5 mètres de hau- teur.
On a également découvert que l'on peut empê- cher de manière fort efficace le craquage des éléments liquides séparés des vapeurs en faisant usage d'un sépa- rateur cyclone du type indiqué schématiquement par les figures 2a et 2b, dans lequel la partie inférieure de la partie cylindrique de l'enceinte tourbillonnaire est mu- nie d'une plaque disposée de manière à laisser une fente annulaire entre sa circonférence et la paroi interne de l'enceinte tourbillonnaire,'un liquide de refroidisse- ment étant injecté sous cette plaque dans le cyclone, de manière à provoquer une chute rapide de la température - par exemple, jusqu'à environ 3000 C à 4000 C ou même moins - du liquide que l'on soutire.
Etant donné que le liquide de refroidissement doit être inerte à l'égard du liquide à refroidir et aussi, de préférence, non volatil ou peu volatil dans les
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conditions de température régnantes, une partie du li- quide déjà soutirée du séparateur cyclonepêut être uti- lisée avec avantage et est recyclée à cet effet, après avoir été refroidie dans le séparateur cyclone et amenée sous la plaque dont celui-ci est muni.
Un tel refroidissement rapide des composants liquides séparés est également avantageux en ce sens que l'on évite ainsi tout risque que des dép8ts de coke viennent à se former dans la conduite de soutirage du séparateur cyclone, car la présence de tels dépôts gêne- rait les opérations après de longues périodes de fonc- tionnement.
Au cours du procédé de l'invention, une sépa- ration extrêmement rapide des particules liquides est effectuée par le séparateur cyclone, tout en rendant possible l'absence de tout craquage sensible dans la phase liquide. Vu que, dans le séparateur cyclone, il n'y a pas - ou virtiellement pas - de formation de co- ke, l'appareil peut fonctionner en continu pendant des périodes de temps longues, par exemple de 1.000 heures et même bien davantage sans qu'il se forme des dépôts de carbone appréciables.
EXEMPLE
La matière de départ utilisée était un pétrole brut lourd du Vénézuéla, à faible teneur en essence, que l'on soumit à une distillation directe dans les condi- tions voulues pour recueillir principalement de l'es- sence de distillation directe et le minimum possible de gas-oil. L'huile résiduelle à la suite de cette opéra- tion était envoyée par la conduite (1) et soumise à un traitement thermique dans un appareil briseur de visco- sité (figure 1) consistant en un four formé de deux élé- ments à savoir un élément de chauffage et un élément de
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craquage B, dans chacun desquels il règne une tempéra- ture différente. Les vapeurs chargées de particules li- quides étaient amenées tangentiellement de l'élément B par la conduite (2) ;jusqu'au cyclone C.
On injectait alors de la vapeur d'eau dans l'élément de craquage B au point (3). Les vapeurs libérées de leurs éléments liquides, qui s'échappent par l'orifice de trop-plein du cyclone, étaient ensuite amenées à une colonne de fractionnement D en passant par la conduite (4) et sépa- rées en gaz, essence et un produit de queue (dénommé ici aistillat) chacun de ces éléments passant respectivement par les conduites 6, 7 et 8. Le produit sortant par l'orifice de soutirage (5) du cyclone et soumis sur pla- ce à un certain refroidissement est un asphalte craqué.
Le cyclone répondait au type indiqué par les figures 2A et 2B (la figure¯28 étant une coupe transversale selon la ligne A-A de la figure 2A); sa hauteur est de 160 cm. et sa plus grande largeur de 75 cm. La table qui suit résume les conditions caractéristiques de réaction lors du brisement de la viscosité, les deux dernières colen nes donnant, en % de l'huile brute de départ, les diver- ses fractions de distillais et celle d'asphalte.
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TABLE
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<SEP> 644 <SEP> 420 <SEP> 465 <SEP> 453 <SEP> 2,1 <SEP> 0,56 <SEP> 30,4 <SEP> 58,8
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ri Dans l'exemple qui vient d'être donné, le produit de tête sorti du cyclone était conduit dans une colonne de fractionnement où il fut séparé en trois frac. tions. On peut omettre ce dernier stade des opérations et faire'passer le produit de tête directement dans le réacteurd'une installation de craquage catalytique dans laquelle se trouve une couche de catalyseur mobile ou encore directement, conjointement,.,avec.le catalyseur et la vapeur d'eau dans la colonne ascendante du réacteur d'une unité de craquage catalytique opérant au moyen d'un catalyseur fluidifié.
On obtient une matière-de départ pour des traitements ultérieurs sous une forme/légèrement plus pure, en faisant usage, non pas d'un seul cyclone, @ de aeux cyclones montés en série ; le premier et le second cyclone, on procède à un certain refroidie ment, soit par injection directe d'une partie réfroie
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du produit de tête du second cyclone, soit par refroi- dissement indirect. Cette manière de procéder agit, évidemment, légèrement en défaveur du rendement du pro- duit de départ désiré.