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La présente invention concerne un procédé et un appareil pour effectuer la pyrolyse à haute température d'huiles lourdes telles que le mazout ou d'huiles résiduelles, en vue d'une récupération importante de produits pétroliers légers tels que du. gaz combustible et des gaz liquéfiés, -avec une production incidente seulement de produits plus lourds tels que l'essence. En parti- culier, l'invention concerne un procédé et un appareil pour le oracking thermique d'huiles lourdes en présence d'une masse con- tinuellement en circulation de matière réfraotaire en grains tels' que des granulés de capacité calorifique relativement élevée.
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Bien q\t8<-J.!'on,..ai<t: déjà Effectué des opérations de oraoking- thérti:een. ré,ance.. d, Speins. de. matière réfractaire maintenus enai'eu:tib2ians:dtzppr¯e..a.pp,.éà oOU;!I1P!E!P.:t 4-':' réchauffeurs à granulés" les -procédés -et appareils ut1sésn, convenaient pas à la production de produits pétroliers à point d'ébullition extrêmement bas à partir d'huiles lourdes. De telles opérations ont jusqu'ici.. été effectuées à des températures rela- basses tivement/de l'ordre de 400 à 4500 environ.
La présente invention concerne une opération de cracking thermique en présence de matière réfractaire solide en circula- tion, dans laquelle les températures de-réaction et.de régénéra- tion sont notablement supérieures à celles utilisées jusqu'ici, le produit récupéré comprenant surtout des hydrocarbures à bas point d'ébullition et dans laquelle on fait circuler la matière solide réfractaire/entre des zones de réaction et de régénération sous - forme d'un lit compact mobile.
En raison des températures extrê- 'mement élevées utilisées, il est nécessaire d'éviter des régions de surchauffe locale à l'intérieur de la masse en mouvement de granules solides en Assurant une distribution uniforme des solide)) sur toute la longueur du circuit d'écoulement vers le bas, et en particulier à l'intérieur des zones de réaction et de régénération oude chauffage, où la matière en grains s'écoule sous forme d'un lit compact mobile.
Selon l'invention, une,masse de granules solides de capa-', cité calorifique élevée et présentant une grande résistance à l'a-'
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brasion, tels que les granules communément utilisés dans les ré- chauffeurs à granules, circule d'une manière continue à travers fermç un système/présentant un trajet d'écoulement vers le bas relati-.
.vement long, et, à proximité de cette masse, est prévu un élévateu sensiblement vertical transportant vers le haut la matière en grains pour la renvoyer dans le circuit d'écoulement. Le circuit" '
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d'écoulement comprend en haut un fourrdenoombuation ou les
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matières charbonneuses déposées sur les granules sont enlevées par combustion en présence d'un gaz.contenant de l'oxygène, une zone inférieure de réaction dans laquelle la matière réfractaire en/grains vient en contact avec une charge d'huile lourde dans des condi- tions de température élevées permettant d'effectuer le cracking thermique désiré de la charge d'hydrocarbures avec dépôt simulta- né de matières charbonneuses sur les solides,
et une zone inter- médiaire dans laquelle sont effectués l'extraction uniforme de la matière en grains de la zone de combustion et son transfert et da redistribution dans la zone de réaction. L'élévateur comprend un ou plusieurs trajets de retour dans lesquels la matière en grains est transportée par voie pneumatique ou mécanique depuis une zone de réception située en dessous de la zone de réaction jusqu'à une zone située au-dessus du four, l'écoulement ,des solides entre le circuit d'écoulement et les zones de récep- tion et de déchargement s'effectuant par gravité.
Toujours , selon l'invention, l'aménagement en continu des zones de réaction est tel que les températures de fonctionne- ment les plus hautes a l'intérieur de l'appareil soient situées à la partie supérieure du circuit d'écoulement et les températures les plus basses à la partie inférieure, de sorte que la matière en grains après avoir terminé sa descente peut, avantageusement, être introduite dans l'élévateur à la température la plus basse possible.
En outre, la matière en grains descend par gravité/de façon continue/dans le circuit d'écoulement sous forme d'une masse compacte mobile, se déplaçant d'une manière uniforme en un lit com- pact non divisé dont la section transversale varie pendant l'écou- lement à travers le four jusqu'à la zone de distributioncet à travers le corps principal du réacteur ,puis se déplaçant d'une manière uniforme en plusieurs colonnes compactes pendant qu'elle est répartie sur la surface du lit de réacteur et pendant qu'elle est dépouillée '.-:
/./des produits gazeux de la réaction dans la par- intérieure d'extraction du réacteur, dans laquelle deux causent
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de hues températures excessives préjudiciables aux divers organes intérieurs dont supprimées par l'action fortuite de refroidisse- ment indirect due à l'introduction de vapeur de traitant pour abaisser la pression partielle des gaz dans l'espace dans solides situé au-dessus du lit dans le réacteur et entre et autour des colonnes de distribution, et en raison du fait que, lorsque les solides atteignent le niveau de dépouillement, la réaction endothermique précédente a provoqué un abaissement important de la température.
Le dégagement des gaz de combustion des solides dans la région inférieure de la zone de combustion et le dégagement des produits gazeux de réaction des solides dans la région/dU réacteur s'effectuent par expansion du lit mobile compact dans chaque zone créant une surface libre annulaire autour du lit.
Les substances gazeuses dégagées sont collectées dans une zone annulaire fermée contiguë à la surface libre périphérique et en sont convenablement éliminées en vue de leur traitement ultérieur ou d'autres usages amours. Une caractéristique de l'invention réside dans le fait que les solides descendent en formant un lit non divisé, sans que l'on.utilise des pièces disposées horizonta- lement, telles que des fers . U, des poutres creuses, des plaques de tête, etc.., enjambant le lit et supportant une charge mécanise importante.
Il est caractéristique également que l'enveloppe Physique du trajet d'écoulement, en particulier la partie reliant le four au réacteur, est telle qu'elle maintienne un/écoulement continu et uniforme des solides, assurant ainsi un gradient de température horizontal sensiblement.uniforme en travers du lit irrégulier dans le four, cet tout écoulement irrégulier dans cette partie pourrait avoir' des répercussions vers le haut et provoquer l'arrêt ou un écoulement inégal, ayant pour résultat un gradient de température défa vorable.
La description qui va suivre en regard du dessin annexé
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donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre com- ment l'invention peut être réalisée, les particularités qui res- sortent tant du texte que du dessin faisant, b'en entendu, partie de ladite invention,
La figure unique du dessin est une vue en élévation avec coupe verticale partielle d'un appareil suivant un mode de réalisa- tion de l'invention.
Dans le mode de réalisation de l'appareil représenté sur le dessin, le groupe de pyrolyse comprend une série de récipients reliés entre eux, alignés verticalement. Les récipients disposés et agencés de façon que la matière de contact en grains, telle que des granules, qui est introduite en haut du groupe puisse des- cendre de façon continue sous forme d'une masse compacte mobile au travers des chambres de contactât de leurs conduites de liaison.
Le groupe de pyrolyse dans son ensemble est indiqué par la référence 5 et l'élévateur destiné à maintenir la circulation en renvoyant la matière, en grains, déchargée du bas du groupe jusqu'à la partie supérieure de ce groupe, est constitué par un élémvateur pneumatique multiple désigné par la référence 6, étant entendu que, si on le désire, on peut utiliser un élévateur pneu- simple matique/ou un élévateur mécanique tel qu'un élévateur à godets.
En ce qui concerne la partie d'écoulement vers le bas du dispositif constituant le groupe de pyrolyse, la matière de contact comprenant des granules pré-fabriquésen céramique, ayant' un diamètre d'environ 8mm par exemple, est introduite par la con- duite 7 dans l'extrémité supérieure d'un four allongé 8 de forme irrégulière contenant une zone supérieure ou chambre de combustion 9 et une zone inférieure ou chambre de dégagement et de vidange 11.
On peut utiliser, si on le désire, des granules notablement plus petits ou plus gros.
Le four 8 comprend une partie cylindrique supérieure 12 présentant une tête bombée 10 qui en ferme l'extrémité supériere.
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La partie inférieure de la partie 12 est évusée extérieurement en 13 et est reliée le long de son périmètre inférieur au péri- mètre supérieur d'un partie conique allongée 14 dont la paroi est inclinée dans le sens d'écoulement des solides sous un angle tel que par rapport à l'horizontale qu'un;nasse mobile compacte descendant de granules/dans cette partie conique et sortant à la pointe du cône soit située à l'intérieur du cône d'écoulement des solides et présente une vitesse sensiblement uniforme dans n'importe quel plan horizontal de la masse compacte mobile.
Une chemise cylindrique ou prolongement 15 est fixée par sa périphérie supé- rieure à la paroi inférieure de la partie cylindrique 12 du four formant ainsi un prolongement de celle-ci faisant saillie vers le bas à l'intérieur de la partie conique 14 sur une distance suf- fiâante pour créer une chambre ou espace annulaire collecteur de inférieure gaz 16, relativement grand, situé entre la partie/15 de la partie cylindrique 12 et la partie la plus élevée de la pièce conique 14.
'Ainsi l'espace 16 est ouvert à son extrémité inférieure et est limité. par le prolongement cylindrique 15, la partie évasée 13 du cylindre 12 et l'extrémité supérieure de la partie conique 14.
L'écoulement des granules à travers l'ensemble du groupe de pyrolyse 5 est commandé à la partie la plus basse, c'est-à-dire au point où la matière pénètre dans l'extrémité réceptrice de l'élévateur, de sorte que, sur toute la longueur du groupe, les granules descendent de façon continue sous forme d'une masse mobile compacte dont la surface supérieure est située à l'intérieur du récipient 12 et reçoit d'une manière continue les granules tombant librement de l'extrémité inférieure de la con- duite 7.
En traversant les différentes chambres de contact du groupe, les granules descendent sous forme d'un lit mobile compact et,'lorsqu'ils passent, d'une chambre de contact à la chambre inférieure suivante, les granules descendent en formant
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un ou plusieurs courants étroits et compacts ou colonnes mo- biles., Un volume suffisant pour permettre les variations de la circulation dans l'appareil est prévu à la partie supérieure du four où la. surface de la couche 17 peut monter et descendre.
La zone de combustion, effective du four est située à l'intérieur de la partie. cylindrique supérieure et s'étend vers le bas jusqu'au périmètre Inférieur du prolongement cylin- drique 15 ou légèrement en dessous. En sortant de l'ouverture inférieure des parties cylindriques combinées 12 et 15, le lit mobile compact 17 s'étale et s'étend radialement jusqu'à la paroi de la partie 14 conique ou en forme d'entonnoir, formant ainsi pour la masse de granules une surface libre intérieure annulaire
18 inclinée suivant l'angle du talus d'éboulement de la matière particulière en grains utilisée, et s'étendant depuis le bord inférieur de la pièce cylindrique 15 jusq'à la paroi inclinée de la partie conique 14.
La surface libre 18 du lit sortant des cy- lindres forme la limite inférieure de l'espace annulaire collec- teur de gaz 16 entourant la partie intermédiaire du four.
L'espace 16 comminique avec au moins une buse d'échappement de gaz de combustion 19, prévue sur la partie Inférieure évasée 13. La buse 19 communique avec un élément de chaudière 20 conte- nant un dispositif connu de refroidissement, non représenté, pour la récupération des chaleurs perdues. L'élément de chaudière 20 est relié à une cheminée 21 par laquelle des produits gazeux de la combustion formés dans la zone de combustion ainsi que les gaz d'écran et de dépouillement, s'élevant verticalement du fond du lit 17, comme il sera décrit ci-aprèe, s'échappent à basse température .
Le dégagement des produits gazeux de la combustion et des gaz d'écran ou de dépouillement de la masse mobile et compacte des granules a lieu dans la région où la masse mobile compacte s'étale en sortant de la partie cylindrique 12 dans la partie
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conique élargie 14. Tous les produits gazeux de la combustion sont dégagés des granules avant qu'ils aient descendu d'une distance appréciable dans la partie conique 147 Les granules, débarrassée* des produits de la combustion, descendent dans la partie restante de la section conique 14 qu'ils quittent à l'extrémité inféri- eure par un conduit d'évacuation 22 formant fermeture étanche entre le four et la chambre réceptrice située immédiatement au- dessous et qui va maintenant être décrite.
Comme il a déjà été dit, la forme de la section conique 14 est telle que le lit
17 ait sensiblement, dans chaque section horizontale, une vi- tesse uniforme lorsque les granules sont extraits d'une manière continue par le conduit 22 sous forme d'une colonne compacte continue 23.
La partie inférieure du conduit 22 formant fermeture étan- che est reliée par un joint de dilatation de construction couran- te à la partie supérieure d'un récipient distributeur ou chambre 24 relativement petit, l'extrémité de sortie du conduit 22 péné- trant sur une distance notable'à l'intérieur de la chambre 24.
Le courant de granules sortant de l'extrémité inférieure de la colonne mobile étroite et compacte23 s'élargit pour former un petit lit mobile compact 25 à l'intérieur de la chambre 24. Le lit 25 présente une surface libreannulaire intérieure 26, s'éten- dant vers le bas et radialement suivant l'angle du talus d'éboule- ment de la matière en grains particulière utilisée depuis le pé- rimètre inférieur du conduit 22 jusqu'à la paroi latérale de la chambre 24. L'extrémité supérieure.de-la chambre 24 est munie d'un ajutage d'entrée 27 pour l'introduction d'ungaz formant éuran tel que de la vapeur dans l'espace situé au-dessus du lit 25.
Le gaz écran pénètre dans le lit 25 par la'surface 26, et la partie qui passe vers le haut à travers la colonne 23'dans la chambre 11 sert à dépouiller la masse compacte de granules des produits gazeux dans la partie conique inférieure 14 du four 8.
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L'extrémité inférieure de la chambre 24 est réunie à l'extrémité supérieure du récipient de réaction désigné dans son ensemble par la référence 28.
La forme du récipient de réaction 28 est quelque peu analogue à celle du récipient 8 en ce sens qu'il comprend une partie supérieure cylindrique 29 se prolongeant par une partie inférieure évasée 30 reliée à la partie supérieure d'un fond conique 31.
La partie supérieure cylindrique 29 du récipient 28 porte une tête 32 dont l'extrémité supérieu est réunie à l'ex- trémité inférieure de la- chambre 24 et en est séparée par une plaque de tête 33 qui sépare la chambre de distribution 24 de la chambre de réaction 34 du récipient 28. La chambre de réaction est la partie du récipient 28 comprise entre la partie cylindrique
29 et son prolongement inférieur 35, analogue au prolongement 15 de la pièce cylindrique 12. Un ensemble de longs tubes de descente
36 ont leurs extrémités supérieures fixées dans la plaque de tête33 suivant un tracé permettant d'effectuer une descente uniforme des granules du bas du lit 25.
Les tubes 36 se terminent vers le bas à un niveau intermédiaire commun dans la chambre 34, les extrémités de sortie des tubes de descente étant disposées le long d'une circonférence adjacente à la périphérie de la chambre 34.
Un seul tube de descente de plus grande dimension
37 est disposé axialement dans la plaque de,1 tête 33; son extré- mité supérieure est située dans la chambre 24 à un niveau inter- médiaire dans le lit 25e tandis que son extrémité inférieure est située dans la chambre 34 à un niveau intermédiaire situé bien au-dessus du niveaiL inférieur des tubes de descente 36, L'extré- mité inférieure du tube 37 est munie de moyens connus pour dé- ' charger les granules sous forme d'un rideau annulaire descendant ainsi qu'il est représenté en 38, La surface d'écoulement du
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tube de descente 37 et la surfis totale d'écoulement des tubes de descente 36 sont dans un rapport tel que la majeure partie des granules passe par le tube descendant central 37,
A l'intérieur de la chambre de réaction 34 les granules forment un lit compact mobi- le 39 dont la surface est située à un niveau intermédiaire entre l'extrémité inférieure du tube de descente 37 et les extrémités inférieures des tubes de descente 36.
On introduit la charge d'hydrocarbures liquides lourds par la conduite d'admission 41 qui entre dans la chambre 24, et pénètre dans la chambre 34 à l'intérieur du tube de descente
37, le liquide étant refoulé d'une manière connue en un point. situé à l'intérieur du rideau descendant de granules 38. La charge d'hydrocarbures sous forme de jet pulvérisé est distribuée sur la matière en grains tombant librement et est entraînée ainsi à la surface du lit 39.L'injection d'un liquide d'alimentation sur un rideau descendant de particules de matière solide est bien connu dans la technique, et est décrite, par exemple dans le bre- vet américain no.2.548.912 au nom de R.T.SAVAGE, de sorte qu'il n'est pas nécessaire de décrire cette partie de l'appareil pour la compréhension totale de l'invention.
Tandis que'les granules, mouillés de liquide,-constituant le lit mobile 39, descendent dans la partie du récipient 28 délimitée par les pièces cylindriques 29 et 35, les hydrocarbure. sont convertis, dans des conditions favorables à la réaction, en produits gazeux de conversion que l'on veut obtenir. A l'ex- trémité inférieure de la ch.mbre de réaction, le lit 39 s'étale radialement lorsqu'il sort dans la partie conique 31. De la vapeur de traitement est introduite en quantité importante par la tuy- .auterie 42 dans la région de la chambre 34 située au-dessus, de la surface du lit 39 pour des raisons qui seront décrites plus loin propos du fonctionnement du système.
La partie inférieure élégie du lit 39 présente une sur-
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face libre annulaire 43 inclinée suivant l'angle du tolus d'éboulement des granules depuis le périmètre inférieur de la pièce cylindrique 35 jusqu'à la paroi inclinée du fond conique 31 du récipient 28. La surface libre 43 du lit 39 forme la limite inférieure d'un espace collecteur de gaz 44 délimite également par les pièces 30,31 et 35. Les produits gazeux de la réaction circulant conjointement avec les gra- nules dans la partie élargie se dégagent des granules à la surface libre 43 et se rassemblant dans l'espace annulaire collecteur de gaz 44. Les produits gazeux de la réaction sont ensuite extraits du volume 44 par la tubulu.re de sortie 45 et sont conduits vers d'autres appareils non représentés où ils subissent d'autres traitements.
Comme dans le cas du four, la partie la plus importante des produits gazeux provenant de la ré- action se dégagent sur un trajet relativement court au-dessous de la limite inférieure de la zone de réaction, c'est-à-dire au- du niveau dessous/où le lit s'étale dans la pièce 31..
La partie inférieure de la pièceconique 31 du réac- teur 28 est munie d'un groupe de conduits 46 d'extraction des solides qui, à l'exception de leurs extrémités, sont noyés dans une masse de matière réfractaàre 47, telle que du sable, formant une couche isolante d'épaisseur notable s'étendant horizontale- ment en travers de la région inférieure de la pièce 31, à un certain niveau au-dessus de son extrémité inférieure. La ma- tière réfractaire 47 repose sur une pièce-support transversale de forme irrégulière, indiquée dans son ensemble, par la référence
48, comprenant une plaque de tête annulaire horizontale 49 partant vers l'intérieur de la paroi de la:pièce 31, avec une portion descendante centrale ou noyau 50 qui s'étend -bers le bas presque jusqu'au fond du récipient.
La partie inférieure du noyau 50 converge sous le même angle que la section conique 31 mais en est espacée de .Manière à ménager un passage pour les granules. Les
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extrémités inférieurs des conduits d'extraction 46 sont fixées dans la plaque de tête 49, qu'ellesdopassent par en dessous, et leurs extrémités supérieures font saillie légèrement sur le dessus de la couche de matière réfractaire, et pénètrent à l'in- térieur du lit 39. Les extrémités supérieures des conduits 46 sont réparties régulièrement le long de quatre circonférences concentriques et les extrémités inférieures sont disposées de ma- nière à déboucher sous la plaque de tête 49 le long de deux circon- férenoes concentriques.
Etant donné que les conduits 46 débouchent à un ni.-veau situé en dessous de la plaque de tête'49, un espace annulaire sans solides 60 se forme au-dessus de la surface des matières extraites. L'espace 60 est. délimité latéralement par la paroi de la pièce 31 et les parois verticales du noyau 50
Un passage annulaire est ainsi créé eu bas du réacteur .28, dans lequel les granules extraits du lit 39 tombent vers une seule conduite axiale d'évacuation 51 partant vers le bas depuis le fond du récipient 28 et munie d'un. vanne de fermeture 52.
@ l'intérieur de l'espace annulaire compris entre le noyau 50 et la paroi de-la pièce 31 se trouve un organe 53 en forme d'entonnoir s'étendant Jusqu'à un certain niveau situé à l'intérieur de la conduite d'évacuation 51.
La partie supérieure de l'organe en forme d'entonnoir 53 est située au-dessus et entre les circonférences des extré- mités de décharge des conduits 46, de sorte queles granules
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s'échappant des divers orifices "sont 'conduits en.deux courants annulaires séparés et convergents 54 et 55. Le courant compact mobile 54 reçoit les granules des conduits 46 les plus au ...centre et, s'écoule axialement à l'intérieur de la conduite'
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' ." .'Stacuat3,on 51, tandis que le courant compact mobile 55 reçoit" ' ' les granules des conduits les plus extérieurs et s'écoule dans la région périphérique de la conduite 51 au même niveau que le
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courant intérieur 54, les deux courants fusionnant en une saule colonne mobile compacte 56.
Comme les granules se déplacent de façon continue à travers tout le groupe sous-,forme d'une masse mobile compacte, les conduits 46 débouchent directement dans la masse mobile compacte de solides dont la surface présente des du talus parties inclinées vers la bas suivant la pente d'éboylement partant de chacune des extrémités inférieures de ces conduits.
L'espace 60 exempt de particules de la région supérieure de la chambre annulaire 49 constitue une, chambre d'introduction de gaz dans laquelle on peut Introduire un gaz de dépouillement tel que de la vapeur par la conduite d'admission 57. Le gaz de dépouillement s'écoule vers le haut par les conduite 46 et par et le bas du lit 39/se dégage avec les produits gazeux de la réac- tion à la surface 43. Le.gaz de dépouillement crée un écran contra tout déplacement inopportun des produits gazeux de réaction vers la partie élévatrice du dispositif.
Des grilles de garde en forme de coupelles 58 sont prévues au-dessus de l'entrée de chacun des conduits 46 pour empêcher leur bouchage par de gros amas de substances telles que celles' qui peuvent provenir de l'effritement du revêtement réfractaire. Les grilles 58 peuvent être supportées par tout moyen connu, par les extrémités supérieures des conduits ou bien on peut les faire reposer sur la couche isolante réfractaire.
Du bas de la conduite d'évacuation 51 les granules, contenant des dépôts charbonneux formés par la décomposition des hydrocarbures dans la zone de réaction, sont amenés vers le bas et vers un côté du groupe par la conduite inofinée 59, laquelle est munie d'un déflecteur intérieur longitudinal 61 disposé de manière à guider les granules en deux courants séparés supérieur et inférieur, 62 et 63, respectivement. Le déflecteur part de l'angle de raccordement des conduites 51 et 59.
Au bas de la conduite inclinée 59, les courants séparés de granules 62
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et 63 sont réunis en un seul courant à l'angle de raccordement entre la conduite 59 et un court élément vertical de conduite 64,
Une chambre de distribution 65 reçoit de la conduite 64 les granules qui se déposent directement à la surface d'un lit mobile compact relativement petit 66 Du distributeur 65, les gra- nules sont transportés par des conduites individuelles non re- présentées à des chambres d'admission 67 d'un système élévateur pneumatique, multiple dont deux chambres sont représentées schématiquement sur le dessin.
L'élévateur pneumatique, peut être d'un type de construc- tion usuel, comprenant par exemple, deux ou plusieurs tubes élé- vateurs 68, chaque tube élévateur étant muni de sa propre chambre d'admission 67 et étant alimenté séparément en gaz élévateur par des tuyères 69. Chaque tube élévateur débouche à son extré- mité supérieure dans un récipient séparateur commun 71 situé bien au-dessus de la partie supérieure du groupe de pyrolyse.
Comme l'élévateur 6 peut être de tout modèle connu, mécanique ou pneumatique, permettant d'élever les solides en quantité suffi- . santé pour maintenir leur circulation au taux voulu et de manière à réduire l'usure indésirable de ces solides, il n'est pas essen- tiel, pour la compréhension de l'invention, de décrire davantage le type particulier d'élévateur réprésenté ou un autre type appro- prié,
Après séparation dans le récipient 71 du courant gazeux d'entraînement, les granules reviennent par gravité par la conduite 7 dans la partie supérieure dufour 8 pour circuler à nouveau dans le groupe de pyrolyse.
En effectuant une opération de pyrolyse à haute tempé- rature, par exemple à une température comprise entre 620 et 8400 environ, il faut tenir compte de certaines conditions qu'on ne rencontre pas dans les opérations effectuées à température plus basse. Par exemple, l'utilisation de telles températures
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extrêmement élevées rend impraticable dans beaucoup de cas Item- ploi de dispositifs ou structures intérieurs du type habituel et des matériaux de construction usuels.
Pour éviter la nécessité d'avoir recours à des matériaux de construction pluscoûteux et moins facilement disponibles, l'invention envisage l'élimination presque totale de toutes pièces-supports internes enjambant les lits mobiles compacte,; de
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sorte qúe;;.tO'u..1Wle1 poids -de la masse mobile, corana-cise A,:grs. repose pour la plus grande part sur les surfaces intérieures de, l'enveloppe ou du récipient qui les contient.
Aux températures élevées considérées dans l'opération de pyrolyse, les matériaux de construction usuels sont en général incapables de supporter d'une manière satisfaisante la lourde charge des lits de catalyseur. Cela veut dire que des pièces tel- les que les plaques de tête, les conduits, les traverses, etc..., qui enjambent le lit et les pièces-supports accessoires telles que les conduits ou les tubes de descente sont sérieusement affaiblis aux hautes températures et, à moins d'être spécialement renforcés, il est possible qu'elles soient graveraient déformées ou qu'elles s'écrasent sous la charge imposée.
Le présent appareil supprime la nécessité de fabriquer de telles pièces de construction ou accessoires en alliages coûteux capables de conserver leur résistance mécanique aux hautes températures. Il y a lieu de noter que, là où l'on utilise des plaques de tête, c'est-à-dire au bas de la chambre de distribution 24 et au niveau de l'introduction de gaz de dépouil- lement sous la couche de matière isolante réfractaire 47, il se produit incidemment un refroidissement en raison de l'injection .d'un produit gazeux à une température relativement basse. Les granules s'écoulant par le conduit 22 sont quelque peu refroidis par le contre-courant de gaz écran introduit près de son extrémité ' inférieure.dans la chambre 24 par la tuyère d'admission 27.
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plaque de tête 33 et les tubes de descente 36 et 37 sont en outre refroidis par l'échange direct de chaleur avec la vapeur basse à température relativement/introduite par la tuyauterie 42 dans le haut de la chambre 34. La pièce-support transversale 48, comprenant la plaque de tête 49 et le noyau 50, est refroidie par le gaz de dépouillement, ou la vapeur, introduit dans l'espace 60 sous la pièce 48 par la conduite 57. Ainsi, l'ensemble du groupe est pro- tégé contre les températures extrêmement élevées là ou.les pièces intérieures ont à supporter une partie du poids de la charge.
En relation d'ailleurs avec la question du contrôle de la température, les températures dans l'appareil.dépendent jusqu'à un certain point du taux de'conversion, c'est-à-dire de la production totale en produits légers expriméen pourcent du poids d'huile fourni au réacteur.
Aux taux de conversion les plus.bas, le dépôt de coke sur les granules. dans la zone de-conversion peut être insuffisent pour fournir la chaleur de combustion nécessaire à maintenir le groupe en-équilibre général thermique. Ainsi, une combustion insuffisante dans le four peut créer une baisse de température des granules qui en sortent, c'est-à-dire que la température à laquelle ils sont introduits dans le réacteur peut être inféri- eure à celle nécessaire pour vaporiser,* et convertir la charge li- quide.
En pareil cas, on peut fournir de la chaleur supplémentaire à la partie supérieure de la chambre de combustion 9, au moyen de brûleurs à mazout ou à gaz 72 de type connu répartis uniformément autour de la périphérie supérieure;du récipient 12, l'air étant fourni par les tuyères 73 et le carburant par les canalisations 74,
Aux taux supérieurs de conversion,' le dépôt de coke sur les granules peut être en excès.de ce qui est'nécessaire, de sorte que les températures peuvent avoir tendance à devenir trop élevées dans la zone de combustion.
Dans ce cas, on peut arrêter l'alimentation en combustibles des'brûleurs 72, de sorte que l'air
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relativement froid injecte par les tuyères 73 abaissera la tempé- rature du four au niveau voulu. Evidemment, il peut y avoir un faux intermédiaire de conversion pour lequel le groupe sera sensiblement près de l'équilibre thermique. Les tuyères à air
73 servent également à fournir au four de l'air en plus de l'air fourni par le circuit élévateur, dans le cas où le gaz d'entraî- cément est en quantité insuffisante pour assurer la combustion désirée dans le four.
Dans une opération type réalisée suivant l'invention, les granules, retournés au groupe de pyrolyse par l'élévateur pneumatique et la conduite'7, sont introduits dans le four 8 à une température de l'ordre de 538 à 6500 environ. Cette température peut être légèrement supérieure à celle des granules recouverts de coke au moment de leur introduction dans l'élévateur en raison de la faible régénération partielle ou combustion effectuée dans le circuit élévateur en présence du gaz d'entraînement contenant de l'oxygène. On considère cependant que l'effet de refroidisse- ment du gaz d'entraînement plus froid introduit dans les chambres d'admission par les tuyères 69 tend au moins partiellement à limiter une telle élévation de température dans l'élévateur.
A l'intérieur du four 8 le dépôt charbonneux est à peu près complètement enlevé des granules par combustion avec, comme résultat, une élévation de la température de la masse du lit 17 à un niveau de l'ordre. de 805 à 8650 environ. La température au-dessus du lit
17 peut être beaucoup plus élevée que la température du lit en raison de la chaleur supplémentaire fournie par les brûleurs 72.
Ainsi la température, dans la zone sans matières solides, en haut de la chambre 9, peut être de l'ordre d'environ 1.000 , température' pour laquelle il y a des risques de détérioration de l'appareil à moins qu'un isolement convenable'n'ait té prévu pour protéger les parois du récipient et les autres parties exposées. Il va par suite,de soi qu'un isolement intérieur convenable est prévu dans
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toutes les régions à haute température du groupe, bien qu'un tellement n'ait pas été représenté sur la figure pour plus de , clarté.
En raison des températures extrêmement élevées utilisées dans le four, la question de l'écoulement uniforme des substances solides présente une importance considérable . Comme l'écoulement des solides dans le lit reflète les particularités de l'écoulement dans la section d'extraction en dessous du lit, il est important qu'il ne se produise pas dans cette section d'extraction des zones de stagnation ou d'écoulement non uniformes qui se propageraient vers le haut dans la partie principale du lit où s'effectue la réaction désirée.
C'est pourquoi le four 8 est muni d'un fond conique allongé 14 dont la paroi est inclinée suivant un angle relativement aigu pour maintenir un écoulement continu et ininterrompu de granu- les depuis le four jusqu'au conduit de sortie 22. Il a été montré expérimentalement qu'une matière en grains, telle que des granules, s'écoule d'un récipient dans un tube de décharge ou par un orifice de telle manière que la limite des particules s'écoulant effecti- vement ou " cône d'écoulement des soliides ", comme on l'appelle parfois, fasse un angle d'environ 15-17 avec la verticale La partie conique 14 converge donc en conséquence, de.sorte qu'il n'y a aucune zone périphérique de matières solides en stagnation ou .en déplacement lent,
ce qui assure un gradient de vitesse horizon- tale uniforme dans la partie cylindrique du lit du four, c'est-à- dite dans la zone de combustion réelle-.
Les produits gazeux de combustion ou gaz"de fumées se dégagent de la surface libre annulaire 18 dans la zone collectrice. à une température sensiblement égale à celle du lit à ladite sur- face et, après avoir été refroidis dans l'élément de chaudière 20 à la base de la cheminée 21, sont évacués à une température de l'ordre de 320 à 350 environ.
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En s'écoulant par la partie conique 14 et le conduit
22, dans la chambre 24, les granules viennent en contact avec du gaz d'écran tel que de la vapeur, passant à contre-courant et introduit par la tuyère-27. La quantité de vapeur nécessaire pour former l'écran n'est pas suffisante pour effectuer une diminution sensible de la température des granules, de sorte que ceux-ci s'écou- . lent dans le réacteur par les tubes 36 et 37 sensiblement à la température du litdans le four 17. La majeure portion des granules passent par le tube 37 et, pendant qu'ils s'écoulent de celui-ci sous forme d'un rideau annulaire tombant librement, ils sont mis en contact avec les hydrocarbures liquides introduits par la conduite d'admission 41 à une température maximum d'environ
385 .
Le reste du courant de granules réparti entre les divers tubes de descente 36, se dépose directement sur la surface du lit dans le réacteur 39.
La quantité totale de granules en circulation e st à tout moment maintenue au-dessus de la quantité formant le rideau annulaire entourant l'ajutage d'injection du liquide de type connu monté à l'extrémité de sortie de la conduite 41, de sorte que les extrémités inférieures des tubes de descente 36 maintien- nent le lit à ce niveau. La partie centrale du lit est bombée, de sorte que les granules, mouillés de liquide, provenant du rideau s'étalent radialement et vers le bas pour se répartir sur ,la surface entière du lit.
En vue de maintenir les conditions de marche voulues, on injecte par la tuyauterie d'admission 42 une quantité importante de vapeur d'eau dans la chambre 34. -La vapeur sert à réduire la formation de coke et, avec la charge d'hydrocarbures, a un effet direct de refroidissement sur les granules arrivants, de sorte que la zone la plus élevée du lit dans le réacteur 39 est portée à une température d'équilibre comprise entre 638 et 700 , Lorsque les granules descendent à travers la zone de réaction, la nature
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endothermique de la conversion des;* hydrocarbures abaisse la tem- pérature entre 580 et 650 , température à laquelle les produits gazeux de la réaction se dégagent à la surface annulaire 43 du lit et sont collectés dans l'espace vide annulaire 44.
A la même température sensiblement, les produits gazeux de conversion sont extraits du groupe de pyrolyse et sont ensuite traités dans des appareils voisins pour fournir les produits légers désirés, tels que du gaz léger, de l'éthylène, des gaz de pétrole liquéfiés, de l'essence, du gas-oil, etc...
Lorsque les granules traversent la zone de dégagement au bas du lit 39, ils viennent en contact'avec la vapeur de dé- pouillement circulant à contre-courant. La quantité de vapeur nécessaire pour ce dépouillement n'est pas telle qu'elle produise un 'abaissement considérable de la température des granules, aussi passentils à travers le dispositif d'extraction au bas du groupe et arrivent dans les chambres d'admission de l'élévateur $, une température qui est-seulement légèrement réduite.
A l'intérieur de L'élévateur, l'air froid utilisé comme gaz d'entraînement tend à refroidir quelque peu les granules chauds, et il tend à se produire une perte supplémentaire de cha- leur lorsque les granules traversent le long circuit de l'éléva- teur. D'un autre côté, la température des granules tend à s'élever jusqu'à un certain point iïar la chaleur due à la régénération exo- thermique partielle à l'intérieur de l'élévateur. Bien que la durée du séjour des granules dans l'élévateur soit relativement courte, ' elle est estimée suffisante pour produire un début de combustion' .du coke chaud en présence du gaz d'entraînement contenant de l'oxygène.
On estime que l'échange net de chaleur est tel que les -granules reviennent à la partie supérieure du circuit d'écoulement vers le bas à une température qui ne diffère pas sensiblement de ' celle qu'ils avaient lorsqu'ils ont été extraits du réacteur.
En ce qui concerne les pressions à l'intérieur du système,
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les pressions dans les diverses snes de contact et conduites : de la section de traitement, dans;, les tubes élévateurs et les trémies aocessoires d'entrée et de sortie ne diffèrent pas essentiellement de celles utilisées couramment dans les appareils de cracking catalytique à lit mobile, tels que celui dont il est question dans un article intitulé " Houdriflow New Design in Cata- lytie Cracking" publié à la page 78 du numéro du 13 janvier 1949 de " Oil and Gas'Journal".
Grâce à l'invention, il a été possible de réduire beaucoup des inconvénients rencontrés dans la conduite d'une opération continue à lit mobile aux températures très élevées, telle que le cracking pyrolyti'que qui vient d'être décrit. Le procédé elt l'appa- reil perfectionnés pour faire circuler des matières réfractaires chaudes à des températures supérieures à celles considérées ordinal* rement comme utilisables dans les systèmes connus, rend possible de cracker pyrolytiquement des huiles lourdes en vue d'obtenir des .produits pétroliers légers, avec incidemment seulement la récupéra- tion de produits plus lourds tels que l'essence et des produits à points d'ébullition plus élevés.
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The present invention relates to a method and apparatus for carrying out the high temperature pyrolysis of heavy oils such as fuel oil or residual oils, with a view to significant recovery of light petroleum products such as. combustible gas and liquefied gas, -with incidental production only of heavier products such as gasoline. In particular, the invention relates to a method and apparatus for the thermal oracking of heavy oils in the presence of a continuously circulating mass of granular refractory material such as pellets of relatively high heat capacity.
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Although q \ t8 <-J.! 'On, .. have <t: already Performed oraoking- thérti operations: een. d, ance .. d, Speins. of. refractory material maintained enai'eu: tib2ians: dtzppr¯e..a.pp, .éà oOU;! I1P! E! P.: t 4- ':' pellet heaters' the -processes -and appliances used, were not suitable to the production of extremely low boiling petroleum products from heavy oils Such operations have heretofore been carried out at relatively low temperatures of the order of about 400 to 4500.
The present invention relates to a thermal cracking operation in the presence of circulating solid refractory material, in which the reaction and regeneration temperatures are significantly higher than those used heretofore, the recovered product mainly comprising hydrocarbons. low boiling point and in which the refractory solid material is circulated / between reaction and regeneration zones as a moving compact bed.
Due to the extremely high temperatures employed, it is necessary to avoid regions of local overheating within the moving mass of solid granules by ensuring a uniform distribution of solids)) along the entire length of the circuit. downward flow, and in particular within the reaction and regeneration or heating zones, where the granular material flows in the form of a moving compact bed.
According to the invention, a mass of solid granules of high calorific capacity and exhibiting high resistance to a- '
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Brasion, such as the granules commonly used in pellet heaters, circulate continuously through a system having a relative downward flow path.
.vement long, and, near this mass, is provided a substantially vertical elevator transporting the grain material upwards to return it to the flow circuit. The circuit" '
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outlet includes a duct at the top or the
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Carbonaceous materials deposited on the granules are removed by combustion in the presence of an oxygen-containing gas, a lower reaction zone in which the refractory / grain material comes into contact with a heavy oil charge under conditions. high temperature conditions allowing the desired thermal cracking of the hydrocarbon feed to be carried out with simultaneous deposition of carbonaceous materials on the solids,
and an intermediate zone in which the uniform extraction of the granular material from the combustion zone and its transfer and redistribution in the reaction zone is carried out. The elevator includes one or more return paths in which the grain material is pneumatically or mechanically conveyed from a receiving area below the reaction area to an area above the furnace, the flow, solids between the flow path and the receiving and unloading areas by gravity.
Still according to the invention, the continuous arrangement of the reaction zones is such that the highest operating temperatures inside the apparatus are situated at the top of the flow path and the temperatures the lowest at the bottom, so that the grain material after having completed its descent can, advantageously, be introduced into the elevator at the lowest possible temperature.
In addition, the granular material descends by gravity / continuously / in the flow path as a mobile compact mass, moving uniformly in an undivided compact bed with varying cross-section. during flow through the furnace to the distribution zone and through the main body of the reactor, then moving uniformly in several compact columns as it is distributed over the surface of the reactor bed and while she is stripped '.-:
/./gaseous products of the reaction in the extraction par- interior of the reactor, in which two cause
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excessive temperatures detrimental to the various internal organs, which are suppressed by the fortuitous action of indirect cooling due to the introduction of treatment vapor to lower the partial pressure of the gases in the space in the solids located above the bed in the reactor and between and around the distribution columns, and due to the fact that when the solids reach the stripping level, the previous endothermic reaction caused a significant drop in temperature.
The evolution of combustion gases from the solids in the lower region of the combustion zone and the evolution of gaseous reaction products from the solids in the region / reactor is effected by expansion of the compact moving bed in each zone creating an annular free surface. around the bed.
The evolved gaseous substances are collected in a closed annular zone contiguous to the peripheral free surface and are suitably removed therefrom with a view to their further processing or other loving uses. It is a feature of the invention that the solids descend forming an undivided bed, without the use of horizontally arranged parts, such as irons. U, hollow beams, head plates, etc., spanning the bed and supporting a large mechanized load.
It is also characteristic that the physical envelope of the flow path, in particular the part connecting the furnace to the reactor, is such as to maintain a continuous and uniform flow of solids, thus ensuring a substantially uniform horizontal temperature gradient. across the irregular bed in the furnace, any irregular flow in that part could spill over upward and cause stoppage or uneven flow, resulting in an adverse temperature gradient.
The description which follows with reference to the attached drawing
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given by way of non-limiting example, will make it clear how the invention can be implemented, the particularities which emerge both from the text and from the drawing being, of course, part of said invention,
The single figure of the drawing is an elevational view in partial vertical section of an apparatus according to one embodiment of the invention.
In the embodiment of the apparatus shown in the drawing, the pyrolysis group comprises a series of interconnected containers, aligned vertically. The containers so arranged and arranged that the granular contact material, such as granules, which is introduced at the top of the group can descend continuously in the form of a compact mass movable through the contact chambers of theirs. connecting pipes.
The pyrolysis group as a whole is indicated by the reference 5 and the elevator intended to maintain the circulation by returning the material, in grains, discharged from the bottom of the group to the upper part of this group, is constituted by an elevator multiple tire designated by the reference 6, it being understood that, if desired, a single pneumatic elevator / or a mechanical elevator such as a bucket elevator can be used.
With regard to the downward flow portion of the device constituting the pyrolysis group, the contact material comprising pre-fabricated ceramic granules, having a diameter of about 8mm for example, is introduced through the pipe. 7 in the upper end of an elongated oven 8 of irregular shape containing an upper zone or combustion chamber 9 and a lower zone or vent and drain chamber 11.
Noticeably smaller or larger granules can be used, if desired.
The oven 8 comprises an upper cylindrical part 12 having a domed head 10 which closes the upper end thereof.
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The lower part of part 12 is recessed outwardly at 13 and is connected along its lower perimeter to the upper perimeter of an elongated conical part 14, the wall of which is inclined in the direction of flow of the solids at an angle such that with respect to the horizontal that a; compact movable trap descending from granules / in this conical part and exiting at the tip of the cone is situated inside the flow cone of the solids and has a substantially uniform velocity in n 'any horizontal plane of the mobile compact mass.
A cylindrical jacket or extension 15 is fixed by its upper periphery to the lower wall of the cylindrical part 12 of the furnace thus forming an extension thereof projecting downwardly inside the conical part 14 for a distance. Sufficient to create a relatively large lower gas collector chamber or annular space 16, located between part / 15 of cylindrical part 12 and the uppermost part of conical part 14.
Thus the space 16 is open at its lower end and is limited. by the cylindrical extension 15, the flared part 13 of the cylinder 12 and the upper end of the conical part 14.
The flow of the granules through the whole of the pyrolysis group 5 is controlled at the lowest part, i.e. at the point where the material enters the receiving end of the elevator, so that , over the entire length of the group, the granules descend continuously in the form of a compact mobile mass, the upper surface of which is located inside the container 12 and continuously receives the granules falling freely from the end bottom of pipe 7.
Passing through the various contact chambers of the group, the granules descend in the form of a compact moving bed and, when they pass from one contact chamber to the next lower chamber, the granules descend forming
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one or more narrow and compact streams or movable columns. Sufficient volume to allow variations in circulation in the apparatus is provided at the upper part of the oven where the. surface of layer 17 can move up and down.
The actual combustion zone of the furnace is located inside the part. upper cylindrical and extends downward to the Lower perimeter of cylindrical extension 15 or slightly below. Coming out of the lower opening of the combined cylindrical parts 12 and 15, the compact moving bed 17 spreads out and extends radially to the wall of the conical or funnel-shaped part 14, thus forming for the mass of granules an annular inner free surface
18 inclined at the angle of the landslide of the particular granular material used, and extending from the lower edge of the cylindrical part 15 to the inclined wall of the conical part 14.
The free surface 18 of the bed emerging from the cylinders forms the lower limit of the annular gas collecting space 16 surrounding the intermediate part of the furnace.
The space 16 comminates with at least one combustion gas exhaust nozzle 19, provided on the lower flared part 13. The nozzle 19 communicates with a boiler element 20 containing a known cooling device, not shown, for recovery of lost heat. The boiler element 20 is connected to a chimney 21 through which gaseous products of combustion formed in the combustion zone as well as the shielding and stripping gases, rising vertically from the bottom of the bed 17, as will be described below, escape at low temperature.
The release of the gaseous products of combustion and of the shielding or stripping gases of the mobile and compact mass of the granules takes place in the region where the compact mobile mass spreads out leaving the cylindrical part 12 in the part
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enlarged conical 14. All gaseous combustion products are released from the pellets before they have descended an appreciable distance into the conical portion 147 The pellets, freed * of combustion products, descend into the remaining part of the section conical 14 which they leave at the lower end through an evacuation duct 22 forming a sealed closure between the oven and the receiving chamber situated immediately below and which will now be described.
As has already been said, the shape of the conical section 14 is such that the bed
17 has substantially a uniform rate in each horizontal section as the granules are continuously withdrawn through conduit 22 as a continuous compact column 23.
The lower part of the duct 22 forming a tight closure is connected by an expansion joint of common construction to the upper part of a relatively small dispensing container or chamber 24, the outlet end of the duct 22 entering. a noticeable distance inside the chamber 24.
The stream of granules exiting the lower end of the narrow, compact moving column 23 widens to form a small, compact moving bed 25 within the chamber 24. The bed 25 has an interior, free-ring surface 26, extending to form a small, compact moving bed 25 within the chamber 24. - extending downwardly and radially along the angle of the slope of the landslide of the particular grain material used from the lower perimeter of conduit 22 to the side wall of chamber 24. The upper end. of the chamber 24 is provided with an inlet nozzle 27 for the introduction of gas forming uran such as steam into the space located above the bed 25.
The shield gas enters the bed 25 through the surface 26, and the part which passes upward through the column 23 'in the chamber 11 serves to strip the compact mass of granules of the gaseous products in the lower conical part 14 of the. oven 8.
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The lower end of the chamber 24 is joined to the upper end of the reaction vessel designated as a whole by the reference 28.
The shape of the reaction vessel 28 is somewhat similar to that of the vessel 8 in that it comprises a cylindrical upper part 29 extending by a flared lower part 30 connected to the upper part of a conical bottom 31.
The cylindrical upper part 29 of the container 28 carries a head 32, the upper end of which is joined to the lower end of the chamber 24 and is separated therefrom by a head plate 33 which separates the distribution chamber 24 from the chamber. reaction chamber 34 of vessel 28. The reaction chamber is the portion of vessel 28 between the cylindrical portion
29 and its lower extension 35, similar to the extension 15 of the cylindrical part 12. A set of long downpipes
36 have their upper ends fixed in the head plate 33 following a path allowing a uniform descent of the granules from the bottom of the bed 25.
Tubes 36 terminate downward at a common intermediate level in chamber 34, with the outlet ends of the drop tubes being disposed along a circumference adjacent to the periphery of chamber 34.
A single larger downpipe
37 is disposed axially in the plate, 1 head 33; its upper end is located in chamber 24 at an intermediate level in bed 25e while its lower end is located in chamber 34 at an intermediate level located well above the lower level of downpipes 36, The lower end of tube 37 is provided with known means for discharging the granules in the form of a descending annular curtain as shown at 38.
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down tube 37 and the total flow surface of the down tubes 36 are in a ratio such that the major part of the granules passes through the central down tube 37,
Inside the reaction chamber 34 the granules form a movable compact bed 39 the surface of which is located at a level intermediate between the lower end of the down tube 37 and the lower ends of the down tubes 36.
The load of heavy liquid hydrocarbons is introduced through the inlet pipe 41 which enters the chamber 24, and enters the chamber 34 inside the down tube.
37, the liquid being discharged in a known manner at a point. located within the falling curtain of granules 38. The hydrocarbon feed in the form of a spray jet is distributed over the freely falling granular material and is thus entrained at the surface of the bed 39. The feeding on a falling curtain of particles of solid matter is well known in the art, and is described, for example, in US Patent No. 2,548,912 in the name of RTSAVAGE, so that it is not necessary to describe this part of the apparatus for the full understanding of the invention.
While the granules, wetted with liquid, constituting the moving bed 39, descend into the part of the container 28 delimited by the cylindrical pieces 29 and 35, the hydrocarbons. are converted, under conditions favorable to the reaction, into gaseous conversion products that are to be obtained. At the lower end of the reaction chamber, the bed 39 spreads out radially as it exits into the conical portion 31. Process steam is introduced in large quantity through the piping 42 into the conical portion. the region of the chamber 34 located above the surface of the bed 39 for reasons which will be described later in connection with the operation of the system.
The elegy lower part of bed 39 has a
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annular free face 43 inclined according to the angle of the granule landslide tolus from the lower perimeter of the cylindrical part 35 to the inclined wall of the conical bottom 31 of the container 28. The free surface 43 of the bed 39 forms the lower limit a gas collecting space 44 also delimited by parts 30, 31 and 35. The gaseous products of the reaction circulating together with the granules in the enlarged part emerge from the granules at the free surface 43 and collect in the 'annular gas collecting space 44. The gaseous products of the reaction are then extracted from volume 44 by the outlet tube 45 and are conveyed to other devices, not shown, where they undergo other treatments.
As in the case of the furnace, the greater part of the gaseous products from the reaction are given off in a relatively short path below the lower limit of the reaction zone, i.e. above. from the level below / where the bed spreads out in room 31 ..
The lower part of the conical piece 31 of the reactor 28 is provided with a group of conduits 46 for extracting solids which, with the exception of their ends, are embedded in a mass of refractory material 47, such as sand. , forming an insulating layer of substantial thickness extending horizontally across the lower region of the part 31, at a certain level above its lower end. The refractory material 47 rests on a transverse support piece of irregular shape, indicated as a whole by the reference
48, comprising a horizontal annular head plate 49 extending inwardly from the wall of part 31, with a central descending portion or core 50 which extends downward almost to the bottom of the container.
The lower part of the core 50 converges at the same angle as the conical section 31 but is spaced therefrom so as to provide a passage for the granules. The
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the lower ends of the extraction ducts 46 are fixed in the head plate 49, which they pass from below, and their upper ends protrude slightly on top of the refractory material layer, and penetrate inside the bed 39. The upper ends of the conduits 46 are evenly distributed along four concentric circumferences and the lower ends are arranged so as to open out under the head plate 49 along two concentric circumferences.
Since the conduits 46 open at a level below the head plate 49, a solids-free annular space 60 forms above the surface of the extracted material. Space 60 is. delimited laterally by the wall of the part 31 and the vertical walls of the core 50
An annular passage is thus created at the bottom of the reactor 28, in which the granules extracted from the bed 39 fall towards a single axial discharge duct 51 extending downwards from the bottom of the vessel 28 and provided with a. shut-off valve 52.
@ inside the annular space between the core 50 and the wall of the part 31 is a funnel-shaped member 53 extending to a certain level located inside the pipe. 'evacuation 51.
The upper part of the funnel-shaped member 53 is located above and between the circumferences of the discharge ends of the conduits 46, so that the granules
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escaping from the various orifices "are conducted in two separate and converging annular streams 54 and 55. The movable compact stream 54 receives the granules from the more centrally located conduits 46 and flows axially therein. driving '
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'. ".' Stacuat3, on 51, while the mobile compact stream 55 receives" "the granules of the outermost conduits and flows into the peripheral region of the conduit 51 at the same level as the
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internal stream 54, the two streams merging into a compact movable columnar willow 56.
As the granules move continuously through the entire subgroup, in the form of a compact moving mass, the conduits 46 open directly into the compact moving mass of solids, the surface of which has portions of the slope sloping downward along the line. scree slope starting from each of the lower ends of these conduits.
The particle-free space 60 of the upper region of the annular chamber 49 constitutes a gas introduction chamber into which a stripping gas such as steam can be introduced through the inlet line 57. stripping flows upwards through conduits 46 and through and down bed 39 / is released with the gaseous products of the reaction at the surface 43. The stripping gas creates a screen against any unwanted movement of the products reaction gas to the lifting part of the device.
Cup-shaped guard grids 58 are provided above the entrance to each of the conduits 46 to prevent their clogging by large clumps of substances such as those which may arise from the crumbling of the refractory lining. The grids 58 can be supported by any known means, by the upper ends of the conduits or they can be made to rest on the refractory insulating layer.
From the bottom of the discharge line 51 the granules, containing carbonaceous deposits formed by the decomposition of the hydrocarbons in the reaction zone, are brought downwards and to one side of the group through the unfinished line 59, which is provided with a longitudinal interior deflector 61 arranged to guide the granules in two separate upper and lower streams, 62 and 63, respectively. The deflector starts from the connection angle of pipes 51 and 59.
At the bottom of the inclined pipe 59, the separate streams of granules 62
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and 63 are united in a single stream at the angle of connection between the pipe 59 and a short vertical pipe member 64,
A distribution chamber 65 receives from the line 64 the granules which are deposited directly on the surface of a relatively small compact moving bed 66 From the distributor 65 the granules are transported by individual pipes not shown to chambers of. intake 67 of a pneumatic elevator system, multiple of which two chambers are shown schematically in the drawing.
The pneumatic elevator can be of a conventional type of construction, comprising for example two or more elevator tubes 68, each elevator tube being provided with its own inlet chamber 67 and being supplied separately with elevator gas. by nozzles 69. Each riser tube opens at its upper end into a common separating vessel 71 situated well above the upper part of the pyrolysis group.
As the elevator 6 can be of any known model, mechanical or pneumatic, allowing the solids to be raised in sufficient quantity. In order to maintain their circulation at the desired rate and in order to reduce the unwanted wear and tear of these solids, it is not essential for an understanding of the invention to further describe the particular type of elevator shown or a other suitable type,
After separation in the receptacle 71 from the entraining gas stream, the granules return by gravity through line 7 in the upper part of the oven 8 to circulate again in the pyrolysis group.
When carrying out a pyrolysis operation at high temperature, for example at a temperature between about 620 and 8400, certain conditions must be taken into account which are not encountered in operations carried out at a lower temperature. For example, the use of such temperatures
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extremely high makes it impracticable in many cases to use interior devices or structures of the usual type and usual building materials.
To avoid the need to resort to more expensive and less readily available building materials, the invention contemplates the almost total elimination of all internal support parts spanning the compact moving beds; of
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so qúe ;;. tO'u..1Wle1 weight -of the moving mass, corana-cise A,: grs. largely rests on the interior surfaces of, the casing or container which contains them.
At the high temperatures considered in the pyrolysis process, conventional materials of construction are generally unable to satisfactorily withstand the heavy load of the catalyst beds. This means that parts such as headplates, ducts, sleepers, etc., which span the bed and ancillary supporting parts such as ducts or downpipes are seriously weakened at high. temperatures and, unless specially reinforced, it is possible that they will deform or crash under the imposed load.
The present apparatus eliminates the need to manufacture such building parts or accessories from expensive alloys capable of maintaining their mechanical strength at high temperatures. It should be noted that where head plates are used, i.e. at the bottom of the distribution chamber 24 and at the level of the introduction of stripping gas under the layer of refractory insulating material 47, cooling occurs incidentally due to the injection of a gaseous product at a relatively low temperature. The granules flowing through line 22 are cooled somewhat by the counterflow of shielding gas introduced near its lower end into chamber 24 through inlet nozzle 27.
The
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head plate 33 and down tubes 36 and 37 are further cooled by the direct exchange of heat with the relatively low temperature steam / introduced through piping 42 into the top of chamber 34. The transverse support piece 48 , comprising the head plate 49 and the core 50, is cooled by the stripping gas, or steam, introduced into the space 60 under the part 48 through the pipe 57. Thus, the whole group is protected. against extremely high temperatures where interior parts have to bear part of the weight of the load.
In relation, moreover, to the question of temperature control, the temperatures in the apparatus depend to a certain point on the rate of conversion, that is to say on the total production of light products expressed in percent of the weight of oil supplied to the reactor.
At the lowest conversion rates, the deposit of coke on the granules. in the conversion zone may be insufficient to provide the heat of combustion necessary to maintain the group in general thermal equilibrium. Thus, insufficient combustion in the furnace can create a drop in temperature of the granules coming out of it, that is to say that the temperature at which they are introduced into the reactor can be lower than that necessary to vaporize, * and converting the liquid charge.
In such a case, additional heat can be supplied to the upper part of the combustion chamber 9, by means of oil or gas burners 72 of known type distributed uniformly around the upper periphery; of the vessel 12, the air being supplied by the nozzles 73 and the fuel by the pipes 74,
At higher conversion rates, the coke deposit on the granules may be in excess of what is needed so that temperatures may tend to become too high in the combustion zone.
In this case, the fuel supply to the burners 72 can be stopped so that the air
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relatively cold injected through nozzles 73 will lower the temperature of the furnace to the desired level. Obviously, there may be a false conversion intermediate for which the group will be substantially near thermal equilibrium. Air nozzles
73 also serve to supply the furnace with air in addition to the air supplied by the lifting circuit, in the event that the entraining gas is in insufficient quantity to ensure the desired combustion in the furnace.
In a typical operation carried out according to the invention, the granules, returned to the pyrolysis unit by the pneumatic elevator and the pipe '7, are introduced into the oven 8 at a temperature of the order of approximately 538 to 6500. This temperature may be slightly higher than that of the granules covered with coke at the time of their introduction into the elevator due to the weak partial regeneration or combustion carried out in the elevator circuit in the presence of the entraining gas containing oxygen. It is believed, however, that the cooling effect of the cooler drive gas introduced into the inlet chambers by the nozzles 69 tends at least in part to limit such temperature rise in the elevator.
Within furnace 8 the carbonaceous deposit is almost completely removed from the granules by combustion with the result that the temperature of the mass of bed 17 is raised to a level of the order. from approximately 805 to 8650. The temperature above the bed
17 may be much higher than the temperature of the bed due to the additional heat provided by the burners 72.
Thus the temperature, in the zone without solids, at the top of the chamber 9, can be of the order of about 1000, temperature for which there is a risk of deterioration of the apparatus unless an isolation suitable has been provided to protect the walls of the container and other exposed parts. It goes without saying that adequate internal isolation is provided for in
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all of the high temperature regions of the group, although so much is not shown in the figure for clarity.
Due to the extremely high temperatures used in the furnace, the issue of uniform flow of solids is of considerable importance. As the flow of solids in the bed reflects the peculiarities of the flow in the extraction section below the bed, it is important that in this extraction section no areas of stagnation or stagnation occur. non-uniform flow that would propagate upward into the main part of the bed where the desired reaction takes place.
This is why the furnace 8 is provided with an elongated conical bottom 14, the wall of which is inclined at a relatively acute angle to maintain a continuous and uninterrupted flow of granules from the furnace to the outlet duct 22. It has It has been shown experimentally that a granular material, such as granules, flows from a container into a discharge tube or through an orifice such that the effectively flowing particle boundary or "cone of flow of solids ", as it is sometimes called, makes an angle of about 15-17 with the vertical. The conical portion 14 therefore converges accordingly, so that there is no peripheral zone of solids in it. stagnation or slow moving,
which ensures a uniform horizontal velocity gradient in the cylindrical part of the bed of the furnace, ie in the actual combustion zone.
The gaseous combustion products or flue gases are released from the annular free surface 18 in the collecting zone at a temperature substantially equal to that of the bed at said surface and, after having been cooled in the boiler element 20. at the base of the chimney 21, are evacuated at a temperature of the order of 320 to 350 approximately.
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By flowing through the conical part 14 and the duct
22, in the chamber 24, the granules come into contact with screen gas such as steam, passing against the current and introduced by the nozzle-27. The quantity of steam necessary to form the screen is not sufficient to effect a substantial decrease in the temperature of the granules, so that the latter flows. slow in the reactor through the tubes 36 and 37 substantially at the temperature of the bed in the furnace 17. The major portion of the granules pass through the tube 37 and, while they flow therefrom in the form of an annular curtain falling freely, they are brought into contact with the liquid hydrocarbons introduced through the inlet pipe 41 at a maximum temperature of approximately
385.
The remainder of the stream of granules distributed between the various drop tubes 36, is deposited directly on the surface of the bed in the reactor 39.
The total quantity of granules in circulation is at all times kept above the quantity forming the annular curtain surrounding the liquid injection nozzle of known type mounted at the outlet end of the pipe 41, so that the lower ends of the down tubes 36 hold the bed at this level. The central part of the bed is curved, so that the granules, wet with liquid, coming from the curtain spread radially and downwards to distribute themselves over the entire surface of the bed.
In order to maintain the desired operating conditions, a large quantity of water vapor is injected through the inlet pipe 42 into the chamber 34. The vapor serves to reduce the formation of coke and, with the charge of hydrocarbons , has a direct cooling effect on the incoming granules, so that the highest zone of the bed in the reactor 39 is brought to an equilibrium temperature between 638 and 700, when the granules descend through the reaction zone , nature
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Endothermic conversion of hydrocarbons lowers the temperature to between 580 and 650, the temperature at which the gaseous products of the reaction evolve at the annular surface 43 of the bed and are collected in the annular void space 44.
At substantially the same temperature, the gaseous conversion products are removed from the pyrolysis group and are then processed in adjoining apparatuses to provide the desired light products, such as light gas, ethylene, liquefied petroleum gases, gasoline, diesel, etc ...
As the granules pass through the clearance zone at the bottom of bed 39, they come into contact with the counter-current flowing stripping vapor. The quantity of steam necessary for this stripping is not such as to produce a considerable lowering of the temperature of the granules, so they pass through the extraction device at the bottom of the group and arrive in the inlet chambers of the unit. 'elevator $, a temperature which is only slightly reduced.
Inside the elevator, the cold air used as the driving gas tends to cool the hot pellets somewhat, and there tends to be additional heat loss as the pellets pass through the long circuit of the elevator. elevator. On the other hand, the temperature of the granules tends to rise to some extent due to the heat due to the partial exothermic regeneration inside the elevator. Although the residence time of the granules in the elevator is relatively short, it is believed to be sufficient to produce the onset of combustion of the hot coke in the presence of the oxygen-containing carry gas.
It is believed that the net heat exchange is such that the granules return to the upper part of the downflow path at a temperature which does not differ significantly from that which they had when they were taken out of the tube. reactor.
Regarding the pressures inside the system,
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the pressures in the various contact lines and conduits: of the treatment section, in;, the lifting tubes and the inlet and outlet aocessor hoppers do not differ essentially from those commonly used in catalytic cracking apparatus with moving bed , such as the one discussed in an article entitled "Houdriflow New Design in Catalyst Cracking" published on page 78 of the January 13, 1949 issue of "Oil and Gas'Journal".
Thanks to the invention, it has been possible to reduce many of the drawbacks encountered in carrying out a continuous moving bed operation at very high temperatures, such as the pyrolytic cracking which has just been described. The improved process and apparatus for circulating hot refractories at temperatures higher than those ordinarily considered useful in known systems, makes it possible to pyrolytically crack heavy oils in order to obtain petroleum products. light, with incidentally only the recovery of heavier products such as gasoline and higher boiling point products.