<Desc/Clms Page number 1>
EMI1.1
" pLRFCTIOINiNTS A-PORI33 AU TRAIT3. "3 NT OSS IiiD3âCA33JRES ".
Priorité de deux demandes de brevet déposées aux -.fats-Unis d'Amérique le 5 juin 1958 sous le n 740.005 au nom de du Bois EASTMAN et le 5 juin 1958 sous le n 740.137 aux noms de du3ois EASIMAN et Warren Gleason SCHLINGER.
Il est signalé à toutes fins utiles qu'une partie de l'invention a fait l'objet d'une aemande de brevet déposée aux Etats-Unis d'Amérique le 9 avril 1956 sous le n 577. 027 aux noms de
EMI1.2
du3ois :A3ITYuN et Narren Gleason SCHLING3R.
<Desc/Clms Page number 2>
L'invention est relative à l'hydroconversion d'hydrocarbures ; et elle concerne, plus particulièrement, l'hydroconversion apolymérique d'hydrocarbures liquides par la mise en contact de l'hydrocarbure liquide avec un gaz contenant de l'hydrogène dans des conditions d'un écoulement turbulent et à des températures et pressiors telles qu'on obtienne la conversion d'au moins une partie de l'hydrocar- bure liquide en des produits de plus grande valeur.
Avec les procédés d'hydroconversion aéjà connus, les rendements en produits plus légers désirables n'ont pas été satisfaisants, alors que les rendements en produits indésirables, tels que des polymères élevés et du coke ont été trop élevés du point de vue économique. Le genre de conversion par destruction ou décomposition peut être compa- ré à une rupture de viscosité, ce qui correspond à un traitement thermique modéré qui a lieu généralement à des température voisines d'environ 935 F et à des pressions de 50 livres anglaises par pouce carré en surpression.
Une conversion plus prononcée, par craquage thermique, don- ne lieu à la formation de grandes quantités de polymères élevés et de coke, plus particulièrement dans le cas d'hui- les lourdes de pétrole qui sont à l'état liquide ou.dont une partie est à l'état liquide aux conditions de la réaction. Dans ces derniers cas, on a ajouté de l'hydrogène quand on a eu recours au procédé de craquage thermique, en vue d'obtenir la suppression de la formation de polymères élevés et de coke. Toutefois, malgré la présence d'hydrogè- ne, les méthodes d'hydroconversion connues produisent encore de grandes quantités de polymères élevés et du coke.
<Desc/Clms Page number 3>
Pour l'hydroconversion usuelle d'huile de pétrole la réaction principale ou décomposition a lieu dans de grands réacteurs qui contiennent une phase visqueuse lourde à travers laquelle on fait barboter de l'hydrogène relati- vement pur. La faible agitation qui se produit dans ce sys- tème limite la vitesse à laquelle la réaction peut avoir lieu et, bien que la réaction ait lieu à des conditions modérées, elle est accompagnée de la production de quantités importantes de polymères élevées et de coke.
Apparemment, la production indésirable de poly- mères élevés et de coke, même si l'on ajoute de l'hydrogène, est due au fait que l'hydrogène n'atteint pas la zone de réaction en quantités suffisantes pour qu'il puisse réagir avec les fragments actifs formés par le craquage et il en résulte que ces fragments actifs réagissent entre eux pour former des polymères. Quand on essaye d'obtenir une conversion plus prononcée à des températures plus élevées, par exemple par craquage thermique, il a été d'usage, pour les hydroconversions connues, d'augmenter la concentration de l'hydrogène dans la zone de réaction.
Toutefois, la con- centration accrue en hydrogène ne rend pas les procédés d'hydroconversion satisfaisants car, comme la température est augmentée, la vitesse de craquage augmente plus rapi- dement que la vitesse de dissolution ou de diffusion de l'hydrogène dans l'hydrocarbure et, par conséquent, même avec des concentrations plus élevées eh hydrogène, la ré- action de craquage progresse plus rapidement que la vites- se à laquelle l'hydrogène peut être dissous ou diffusé dans la zone de réaction pour réagir avec les fragments actifs obtenus par craquage.
Il en résulte, bien que la concentra- tion totale de l'hydrogène dans la zone de réaction puisse être élevée, qu'il existe de nombreuses parties de la zone de réaction dans lesquelles on est en présence d'une défi-
<Desc/Clms Page number 4>
cience locale en hydrogène par suite du fait que celui-ci n'a jamais atteint cette partie particuliere ou que l'hy- drogène a été consommé et n'a pas été remplacé, de sorte que la formation des polymères n'est pas empêchée dans les procédés d'hydroconversion connus.
Une méthode pour effectuer l'hydroconversion apolymérique d'un hydrocarbure liquide consiste à soumettre l'hydrocarbure, en mélange intime avec un gaz contenant de l'hydrogène, à des conditions d'écoulement fortement tur- bulent et à des températures et pressions élevées. Ces conditions peuvent être obtenues en produisant l'écoulement des réactifs à des vitesses élevées sous la forme d'un courant confiné, dans un serpentin ou conduit tubulaire.
L'hydroconversion apolymérique a lieu à des tem- pératures comprises entre 800 et 1500 F, de préférence entre 900 et 1100 F. Des pressions super-atmosphériques, de l'or- dre de 500 à 20. 000 livres anglaises par pouce carré ou plus peuvent être utilisées. Des résultats satisfaisants ont été obtenus avec des pressions de 1. 000 à 10.000 livres anglaises par pouce carré en surpression. Des durées de séjour de 5 secondes à 2 heures ou plus peuvent être utilisées. De préférence, la durée de séjour est d'environ 20 à environ 200 secondes. Des débits de gaz d'au moins
1000 pieds cubiques par tonneau (163,5 litres) peuvent être utilisés, mais on préfère des charges de 2. 000 à 100. 000 pieds cubiques par tonneau (163,5 litres).
Il est désirable que le gaz ait une teneur élevée en hydrogène, mais des concentrations d'hydrogène aussi faibles que 25% en volume peuvent être utilisées.
La vitesse d'alimentation de l'hydrocarbure, la vitesse de recyclage de l'hydrogène, le diamètre du serpen- tin de réaction et les conditions de fonctionnement en ce qui concerne la température et la pression, ont tous ten-
<Desc/Clms Page number 5>
dance à affecter la vitesse d'écoulement et la turbulence.
Il s'avère convenable d'exprimer la turbulence en termes du rapport de la viscosité apparente moyenne tm du cou- rant en mouvement à la viscosité moléculaire ou cinématique tm tm
8 c'est-à-dire @/8 de considérer ce tapport @/8 comme étant le degré de turbulence. La viscosité apparente tm du courant en mouvement est égale à la somme de la viscosi- té tourbillonnaire tm et de la viscosité cinématique ce qui peut être représenté par tm=tm+ 8. Dans des con- ditions de turbulence tm a une valeur fixée et il est évi- dent que, si la valeur de la viscosité apparente dépasse la viscosité cinématique au point en question, le rapport tm/8 est supérieur à l'unité. Pour un système turbulent donné, on obtient que la valeur moyenne du rapport, expri- tm mé par @/8 est supérieure à l'unité.
La viscosité apparente tm, telle qu'utilisée, est exprimée par l'équation
EMI5.1
tm . 1- jro tmdr dans laquelle ro est le rayon du con- duit en pieds et r la distance en pieds depuis l'axe du duit pigds distance pieds depuis l'axe conduit. Par substitution et intégration, en utilisant les paramètres décrits par Corcoran et autres dans la "Indus- trial and Engineering Chemistry", Vol. 44, page 410
EMI5.2
(1952), l'expression im = ro- bzz tmôr peut s'écrire ô Ém = f5 2S , #E Les termes de cette dernière équation peuvent être déterminés aisément pour un système donné.
Dans cette équation, d représente la différentielle, g l'ac- célération due à la pesanteur en pieds/par seconde par seconde, p la pression en livres par pied carré, ro représente le rayon du conduit en pieds, x représente la distance en pieds, tm représente la viscosité tourbillon- naire en pieds carrés par seconde, tm la viscosité apparente en pieds carrés par seconde, tm représente la viscosité apparente moyenne en pieds carrés par seconde, ß représente
<Desc/Clms Page number 6>
la viscosité cinématique en pieds carrés par seconde et/ représente le poids spécifique en livres par pied cubique.
Pour empêcher le bouchage du réacteur tubulaire, des degrés de turbulence d'au moins 25 sont utilisés mais des degrés de turbulence de 50 à 1000 sont préférables.
Pour le procédé décrit plus haut, l'hydrocarbure admis dans le système est mélangé intimement avec le gaz hydrogénant et le mélange intime de l'hydrogène et de l'hydrocarbure permet à l'hydrogène d'atteindre rapidement les centres actifs formés par craquage. En réduisant la distance que l'hydrogène doit parcourir avant d'être dissous ou diffusé dans lthydrocarbure, l'hydrogénation de ces centres actifs peut se faire doucement et la formation des polymères est évitée. Quand on utilise des huiles plus lé- gères comme charge d'alimentation, l'huile peut être à l'état de vapeur dans les conditions de réaction.
Quand la charge d'alimentation est une huile lourde, cette char- ge ou une partie de celle-ci reste, dans certains cas, à l'état liquide dans les conditions de réactions et, par conséquent, deux phases sont présentes dans ce cas, dans la zone de réaction.
Quand deux phases s'écoulent par le même conduit l'écoulement peut se faire suivant plusieurs genres dif- férents . L'écoulement peut être stratifié, ondulé, avec formation de bouchons, lent, annulaire, à barbotage, avec formation de mousse ou à l'état dispersé ou pulvérisé, comme décrit par Baker dans le "0il and Gas Journal" du 26 juil- let 1954, page 185 et suivantes.
Dans la description, l'expression "mélange inti- me" ne vise pas les écoulements à deux phases du type stra-
EMI6.1
i tifié, ondué, avec formation de bouchons, lent et annulai- re.
<Desc/Clms Page number 7>
L'invention a pour objet un procédé pour l'hydro- conversion d'hydrocarbures liquides, ce procédé consistant à faire passer un mélange d'hydrogène et d'un liquide contenant l'hydrocarbure dans des conditions d'un écoule- ment fortement turbulent dans une zone de réaction tubulai- re à une température comprise entre 815 et 1500 F, à une pression d'au moins 500 livres anglaises par pouce carré en surpression et à un degré de turbulence d'au moins 25 en vue de former une partie gazeuse et une partie liquide.
N'importe quel hydrocarbure liquide, tel qu'un résidu traité sous vide, du kérosène,du gasoil obtenu par traitement direct, du gasoil craqué thermiquement, du ga- soil de cyclage craqué catalytiquement à l'état fluide, du pétrole brut complet, de l'huile de schiste, de l'huile de sable goudronneux, de l'essence obtenue par traitement di- rect et tout hydrocarbure analogue contenant des liquides obtenus, par exemple, par la distillation décomposante du charbon ou des mélanges de ceux-ci peuvent être convertis en gaz de chauffage et/ou le minerai ou divers produits liquides de qualité améliorée par le procédé faisant l'ob- jet de l'invention.
Quand la charge est constituée par une essence obtenue par traitement direct, le produit de réaction est un mélange de gaz hydrocarbonés légers et d'un combustible pour moteurs ayant un indice d'octane amélioré. Les gaz hydrocarbonés légers ou le combustible pour moteurs peu- vent ensuite être soumis à une combustion partielle pour former l'hydrogène pour l'hydroconversion apolymérique d'une charge additionnelle d'essence obtenue par traite- ment direct.
D'une manière analogue, quand la charge est une huile visqueuse lourde dont la qualité doit être améliorée
<Desc/Clms Page number 8>
de manière à former une huile plus légère qui peut être pompée aux températures ordinaires, les gaz hydrocarbonés légers, obtenus à partir du produit de réaction, sont sou- mis à une combustion partielle pour produire de l'hydrogè- ne pour l'hydroconversion apolymérique d'une charge addi- tionnelle d'huile visqueuse lourde.
Quand la charge, dont la qualité est à améliorer , est un distillat moyen ou une fraction quelconque dont la gamme des points d'ébullition s'étend au delà de celle d'un combustible pour moteurs; le produit de réaction est constitué par des gaz hydrocarbonés légers et par un pro- duit liquide qui peut être séparé en une fraction de combus- tible pour moteurs et une fraction contenant de la charge non convertie. Si l'on désire produire principalement du combustible pour moteurs, les gaz hydrocarbonés légers sont soumis à une combustion partielle pour produire de l'hydrogène en vue d'obtenir la conversion apolymérique et la charge non convertie peut être recycléa vers la zone d'hydroconversion.
Toutefois, si les produits désirés sont du combustible pour moteurs et du gaz de chauffage, la par- tie non convertie de la charge est soumise à une combustion partielle pour former de l'hydrogène. Dans certains cas, il peut être désirable d'obtenir une fraction de combusti- ble pour moteurs à partir du produit de réaction et de soumettre à la fois les gaz hydrocarbonés légers et l'hy- drocarbure liquide non converti à une combustion partielle pour la production d'hydrogène.
L'hydrogène,pour l'hydroconversion apolyméricue peut Être fourni par une source extérieure ou peut être obtenu par la combustion partielle d'une partie du produit de réaction avec un gaz contenant de l'oxygène libre.
Quand la charge du gazogène est constituée par des gaz hydrocarbonés légers, on n'ajoute généralement
<Desc/Clms Page number 9>
pas de vapeur d'en+. Par contre, quand la charge da gazogèr est constituée par des hydrocarbures liquides, la combustie partielle a lieu généralement en présence de vapeur d'eau.
Une quantité suffisante d'oxygène est introduite dans le gazogène en même temps que la charge pour le maintenir, d'une manière autogène, à une température comprise entre environ 2200 et environ 3200 F. Ceci est obtenu en intro- duisant l'oxygène dans le gazogène avec un débit compris entre environ 1,6 et environ 2,0 molécule-livres anglaises d'oxygène libre par pouvoir calorifique global de
1.000.000 Btu (British termal unités) de la charge fournie au gazogène.
Si l'on désire convertir par exemple un distillat moyen en un gaz de chauffage et un combustible pour moteurs. la partie du produit de réaction, bouillart au-dessus d'environ 400 F, est soumise à une combustion partielle pour produire l'hydrogène nécessaire pour l'hydroconversion apolymérique de la charge additionnelle. Si des métaux sont présents dans le distillat moyen fourni à l'appareil d'hydroconversion, cex métaux sont concentrés dans la parti. lourde du produit de réaction et se trouvent done dans la charge fournie au gazogène. Comme les constituants forma- teurs de cendres minérales scrt nuisibles pour la durée d'usage du revêtement réfractaire du gazogène, la combus- tion partielle de la partie liquide contenant les consti- tuants formateurs de cendres minérales a lieu dans des con- ditions de conversion contrôlées.
La partie liquide est introduite dans la zone de réaction du gazogène en même terrps qu'une quantité suffi- sante d'oxygène libre pour qu'elle puisse réagir exother- iniquement avec la charge pour maintenir, d'une manière au- togène, une température de l'ordre d'environ 2200 à aviron 3200 F et pour convertir une quantité qui n'est pas infé-
<Desc/Clms Page number 10>
rieure à environ 90%et qui n'est pas supérieure à environ 99,5% du carbone, contenu dans la charge, en oxyde de car- bone. Le degré de conversion du carbone peut varier entre ces limites en dépendance avec les quantités de métaux lourds contenus dans la charge.
La quantité de carbone non converti doit au moins être égale à 50 fois et, de préfé- rence, à 100 fois, celle correspondant aux poids combinés du nickel et du vanadium contenus dans la charge, basés sur le poids de la teneur en métal des constituants, contenant du métal, présents dans la charge. Le carbone non converti, provenant de l'hydrocarbure, est libéré à l'état de carbone libre. Dans ces conditions de conversion limitée du carbo- ne, les constituants formateurs de cendres de la charge, plus particulièrement les cendres fournies par les consti- tuants métalliques lourds sont associée au carbone et le produit composite est libéré sous la forme d'un solide carbonacé à l'état de particules.
Les particules carbona- cées solides, contenant les métaux lourds, sont en sub- stance inoffensives pour le revêtement réfractaire du ga- zogène.
Plus spécifiquement, la charge liquide contenant les constituants formateurs de cendres minérales, y compris le nickel et le vanadium, est mélangée avec de la vapeur d'eau et fournie à une zone de réaction compacte sans gar- nitures de remplissage. La zone de réaction ne contient pas de garnitures de remplissage ni de catalyseur et l'é- tendue de sa face interne n'est pas supérieure à 1,5 Sois la surface.d'une sphère dont le volume est égal à celui de la zone de réaction. -Un gaz, riche en oxygène et conte- nant environ 95% d'oxygène, en volume,estintroduit dans la zone de réaction dans laquelle il est mélangé avec la charge et la vapeur. Le gazogène peut fonctionner à la pressinn atmosphérique ou à une pression supérieure.
De
<Desc/Clms Page number 11>
préférence, il fonctionne à une pression comprise entre environ 100 et environ 600 livres anglaises par pouce carré en surpression. La température est mairtenue, d'une manière autogène, dans le gazogène de préférence entre
2.500 et 2.900 F.
La quantité d'oxygène libre, fournie au gazogè- ne, est limitée de manière telle que la conversion du car- bone en oxyde de carbone soit limitée de 90 à 99,5% de la teneur en carbone de l'huile fournie au gazogène. Entre environ 1,8 et environ 1,9 molécules-livres anglaises d'oxy gène libre sont fournis au gazogène par pouvoir calorifique global de 1. 000.000 Btu de la charge fournie au gazogène.
La quantité en poids de carbone non converti, séparé sous la forme d'un solide carbonacé dans le gazogène, doit être au moins égale à 50 fois celle des poids combinés des métaux, y compris le nickel et le vanadium, contenus dans la charge, basés sur le poids de la teneur en métal libre des composés, contenant du métal, de la charge. La carbone libre, séparé dans le gazogène, est entraîné par les produits gazeux de la réaction. Les cendres formées par le combustible, plus particulièrement les constituants métalliques lourds, sont en substance complètement retenues dans le résidu carbonacé.
Les gaz chauds, sortant du gazogène, sont généra- lement à une température supérieure à 2200 F. Pour profiter de la chaleur sensible des gaz, il est avantageux de les soumettre à un échange de chaleur avant de procéder, dans le cas de gaz contenant du carbone entraîné, au lavage.
Le refroidissement des gaz peut se faire par échange de chaleur indirect ou direct. Dans le premier cas, les gaz chauds peuvent s'écouler en échange de chaleur indirect avec de l'eau ou de la vapeur à basse pression. Les gaz peu-
<Desc/Clms Page number 12>
vent également s'écouler, en échange de chaleur indirect, avec l'hydrocarbure ou avec le gaz contenant l'hydrogène fourni à l'appareil d'hydroconversion pour réchauffer ces réactifs. Quand le gaz de synthèse est utilisé, per se, comme gaz d'hydrogénation, il peut être soumis à un échange direct de chaleur avec le gaz de recyclage ou avec la charge d'hydrocarbure. Quand le refroidissement préliminaire des gaz chauds, provenant du gazogène, a eu lieu par échange de chaleur indirect, les gaz peuvent être lavés pour les débarrasser des particules de carbone entraînées.
Pour obtenir un gaz riche en hydrène, les pro- duits gazemx résultant de la combustion partielle sont re- froidis jusqu'à une température d'environ 230-240 F et sont mélangés avec de la vapeur d'eau pour former un rapport eau/CO égal à 4 ou 5:1. On fait passer le mélange sur un catalyseur à l'oxyde de fer dans un réacteur contenant trois lits refroidis intérieurement. Le mélange est introduit dans le réacteur à une température d'environ 700 F. Dans le premier lit, la température monte à environ 850 F. Les gaz sont ensuite refroidis à une température d'environ 720 F avant de traverser le deuxième lit dans lequel se produit un accroissement de température d'environ 30 F.
Les gaz sont ensuite refroidis jusqu'à une température d'en- viron 680 à 700 F avant d'être introduits dans le troisiè- me lit dans lequel ne se produit qu'un très léger accrois- sement de la température. Les gaz sont ensuite refroidis à 100 F pour permettre la séparation de l'eau, après quoi les gaz traversent un laveur à l'amine dans lequel le C02 est absorbé. Le gaz lavé a une teneur en hydrogène d'en- viron 95% en volume. Une partie ou la totalité de ce gaz est alors recyclé vers l'appareil d'hydrogénation. La partie restante, si elle existe, peut être mélangée avec le produit gazeux sortant de l'appareil d'hydrogénation pour former un gaz que l'on peut utiliser comme gaz de ville.
@
<Desc/Clms Page number 13>
La figure unique du dessin ci-annexé montre, ; titre d'exemple,le schéma d'une installation convenant la mise en oeuvre de l'invention.
Un hydrocarbure liquide est introduit dans l'in- stallation par le conduit 21 et est admis, en même temps que du gaz de recyclage fourni par le conduit 22 et de l'hydrogène frais amené par le conduit 23, dans l'appareil d'hydroeonversion 24 dans lequel il est soumis à une hydro- conversion apolymérique. L'effluent de l'appareil d'hydro- conversion 24 s'écoule, par le conduit 26, vers le sépara- teur à haute pression 25 dans lequel le gaz de recyclage est séparé et ramené à l'appareil 24 par les conduits 22 et 21.
La matière hydrocarbonée, contenue dans l'effluent, s'écoule depuis le séparateur à haute pression 25 par le conduit 36 vers le séparateur à basse pression 27 dans lequel il est. séparé en une fraction gazeuse d'un hydro- carbure léger, qui s'écoule par les conduits 28 et 52; en une fraction de combustible pour moteurs s'écoulait par le conduit 29, et en une fraction bouillant au-dessus d'en- viron 400 F qui s'écoule par le conduit 30. Les gaz hydro- carbonés légers peuvent être recueillis dans un réservoir ou peuvent être dirigés vers le gazogène 40 par les con- duits 41 et 42.
Si ces gaz sont admis dans le gazogène 40, ils sont soumis à une combuqtion partielle à l'aide d'un gaz contenant de l'oxygène et admis par le conduit 43, alors que les produits de réaction chauds s'écoulent hors du gazogène 40 par le conduit 44 et sont refroidis dans le récupérateur de chaleur 32. Le gaz refroidi, qui contient un mélange de monoxyde de carbone et d'hydrogène, peut être envoyé directement à l'appareil d'hydroconversion 24 par les conduits 33, 35, 23 et 21.
Quand les gaz, sortant du gazogène 40, contiennent du carbone libre, il est préférable
<Desc/Clms Page number 14>
de les soumettre à un échange de chaleur dans le récupéra- teur de chaleur 32 et de les diriger ensuite, par le conduit 33, vers le laveur 34 dans lequel le carbone est enleva. Le5 gaz lavés peuvent ensuite tre envoyés à l'appareil d'hydro- conversion 24 par les conduits 46, 47, 23 et 21. Les gaz en excès peuvent s'écouler-, hors de l'installation, par les conduits 47, 37, 51 et 52.
Quand on désire effectuer l'hydroconversion ape- lymérique en présence d'un gaz riche en hydrogène, l'ef- fluent gazeux du récupérateur de chaleur 32 peut être en- voyé au convertisseur 48 par le conduit 33, le laveur 34 et le conduit 46. Dans le convertisseur 48, l'effluent est transformé en un gaz riche en hydrogène qui est introduit dans le laveur 49 par le conduit 50. Le gaz lavé peut être envoyé dans la zone d'hydroconversion 24 par les conduits 51, 54, 23 et 21. L'excès du gaz riche en hydrogène peut @tre évacué hors de l'installation par les conduits 51 et 52.
Si on le désire, la totalité des gaz hydrocar- bonés légers, obtenus par l'hydroconversion apolymérique peut être enlevée de l'installation par les conduits 28, 52 et la charge fournie au gazogène 40 peut être constituée par une fraction bouillant au-dessus de 400 F, prélevée au séparateur à basse pression 27 par le conduit 30 et introduite dans le gazogène 40 par les conduits 41 et 42.
Dans ce cas, il est généralement avantageux d'ajouter de la vapeur d'eau par le conduit 56, la quantité de vapeur étant comprise entre environ 100 et 200 livres anglaises de vapeur par tonneau (163,5 litres) de la charge d'alimenta- tion. Il est également possible, quand un gaz combustible est le produit final désiré, de recycler la fraction de combustible pour moteurs du produit, obtenu par l'hydrocon-
<Desc/Clms Page number 15>
version, vers la zone d'hydroconversion et d'envoyer le produit bouillant à une température supérieure à la zone d'ébullition du combustible pour moteurs, vers le gazogène.
Quand l'appareil d'hydroconversion 24 est ali- menté avec une fraction ayant une zone de distillation étendue, il peut être avantageux d'envoyer les gaz hydro- carbonés légers prélevés au séparateur à basse pression 27, par les conduites 28, 52, 42 et 42 au gazogène 40 dans lequel les gaz hydrocarbonés légers sont soumis à une com- bustion partielle, de prélever une fraction formant un combustible pour moteur au séparateur à basse pr3ssion 27 par le conduit 29 et de recycler la fraction, bouillant au-dessus de 400 F, vers l'appareil d'hydroconversion 24 par les conduits 30, 58 et 21.
Quand on désire convertir une huile visqueuse lourde en un liquide qui peut être pompé aux températures ordinaires, les gaz hydrocarbonés légers, prélevés au sé- parateur à basse pression 27 sont envoyés au gazogène 40 par les conduits 28, 52, 41 et 42 et le courant liquide total est prélevé à ce séparateur 27 par les conduits 30 et 59. Pendant la mise en train, et dans certains cas, quand les produits non désirés ne sont pas capables de sa- tisfaire aux exigences en hydrogène pour la conversion apolymérique, une partie de la matière initiale, formée par l'hydrocarbure liquide, peut être envoyée au gazogène 40 par les conduits 21 et 42.
D'autres variantes, qui n'ont pas été indiquées spécifiquement pliis haut, sont évidentes pour les spécialis tes.
Les exemples ci-dessous sont donnés à titre il- lustratif et n'ont aucun caractère restrictif ni limitatif.
<Desc/Clms Page number 16>
EXEMPLE I. -
Cet exemple montre la conversion d'une huile de pétrole brute réduite en un combustible pour moteurs ayant un indice d'octane élevé.
Une huile de pétrole brute du Vénézuéla ayant les caractéristiques suivant es :
EMI16.1
<tb> Densité <SEP> en <SEP> API <SEP> 18,7
<tb>
<tb> Viscosité <SEP> Saybolt-Furol <SEP> à <SEP> 122 F <SEP> 7$
<tb>
<tb>
<tb> Résidu <SEP> de <SEP> carbone <SEP> en <SEP> % <SEP> 6,9
<tb>
<tb>
<tb> Poids <SEP> du <SEP> soufre <SEP> en <SEP> % <SEP> 2,3
<tb>
est introduite dans un réacteur tubulaire dans les condi- tions suivantes :
EMI16.2
<tb> température <SEP> moyenne <SEP> 939 F
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> pression <SEP> moyenne <SEP> en <SEP> surpression <SEP> 5693 <SEP> livres <SEP> anglaises
<tb>
<tb>
<tb> par <SEP> pouce <SEP> carre
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> degré <SEP> de <SEP> turbulence <SEP> 110
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Débit <SEP> des <SEP> gaz
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> hydrogène <SEP> formé <SEP> 7800 <SEP> pieds <SEP> cubiques/
<tb>
<tb> tonneau
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> gaz <SEP> produit <SEP> 5650 <SEP> id
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> gaz <SEP> de <SEP> recyclage <SEP> 19600 <SEP> id
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Concentration <SEP> d'hydrogène
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> hydrogène <SEP> formé <SEP> 94,51
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> gaz <SEP> produit <SEP> 82,74%
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> gaz <SEP> de <SEP> recyclage <SEP> 89,
21%
<tb>
Le produit de réaction est séparé en une fraction normalement gazeuse, une fraction liquide bouillant jusque 400 F et une fraction bouillant au-dessus de .OC F. La fraction de combustible pour moteur, qui est la fraction bouillant au-dessus de 400 F , a des indices d'octane, déterminés par l'essai ASTM RESEARCH, de 77,2, quand elle est claire et de 91,7 quand elle contient3 cc de TEL (té- traéthyle de plomb) par gallon, cette fraction étant obtenue avec un rendement de 46,68% en volume basé sur celui de la
<Desc/Clms Page number 17>
charge d'alimentation.
L'hydrogène pour l'hydroconversion apolymérique est obtenu en soumettant à une combustion partielle la fraction bouillant au-dessus de 400 F.
La fraction bouillant au-dessus de 400 F est introduite dans le gazogène avec 4000 pieds cubiques dtoxy- gène et 200 livres anglaises de vapeur d'eau par tonneau (163,5 litres) de la charge d'hydrocarbure et elle est sou- mise à une combustion partielle à une température de 2500 F et à une pression de 340 livres anglaises par pouce carré en surpression. Les gaz obtenus sont refroidis, lavés pour enlever le carbone et ensuite mélangés avec de la vapeur d'eau de manière à produire un rapport eau/CO = 5 :1. On fait passer le mélange sur un catalyseur à l'oxyde de fer pour obtenir la réaction de conversion en gaz à l'eau. On fait ensuite passer les gaz formés dans un la- veur contenant une amine pour l'enlèvement du CO2. Le gaz obtenu a une teneur en hydrogène de 94,51% en volume.
On ramène 7800 pieds cubiques de ce gaz riche en hydrogène à l'appareil d'hydroconversion par tonneau de liquide (163,5 litres) de la charge d'hydrocarbures liquides introduite dans cet appareil. Le reste du gaz, riche en hydrogène, est mélangé à la fraction normalement gazeuse, séparée du pro- duit d'hydroconversion pour former un gaz combustible ayant un pouvoir calorifique élevé.
EXEMPLE II. -
Pour cet exemple, un combustible pour moteur Diesel, ayant une gamme de distillation comprise entre 410 F et 655 F ,tout en contenant 74,2% en poids de paraf- fines, 3,2% en poids d'oléfines et 22,6% en poids d'aroma- tiques, est hydrogéné dans des corditions d'un écoulement turbulent et on obtient les résultats indiqués dans leta- bleau I.
<Desc/Clms Page number 18>
TABLEAU I.-
EMI18.1
<tb> Basai <SEP> A <SEP> B
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Conditions <SEP> d'hydrogénation
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> température <SEP> de <SEP> la <SEP> réaction <SEP> en
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> F, <SEP> 945 <SEP> 1040
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> pression <SEP> en <SEP> livres <SEP> anglaises
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> par <SEP> pouce <SEP> carré <SEP> en <SEP> surpression,
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> (en <SEP> psig) <SEP> 4400 <SEP> 4310
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> rayon <SEP> ro <SEP> du <SEP> réacteur <SEP> tubulaire <SEP> en
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> pieds.
<SEP> 0,0130 <SEP> 0,0130
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> poids <SEP> spécifique <SEP> # <SEP> du <SEP> fluide <SEP> en
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> écoulement <SEP> à <SEP> la <SEP> température <SEP> et
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> à <SEP> la <SEP> pression <SEP> de <SEP> la <SEP> réaction <SEP> en
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> livres <SEP> anglaises/pieds <SEP> cubes <SEP> 7,85 <SEP> 5,41
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> chute <SEP> de <SEP> pression <SEP> par <SEP> unité <SEP> de
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> longueur <SEP> du <SEP> réacteur <SEP> dp <SEP> en <SEP> li-
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> vresanglaises/pied <SEP> carré/pied <SEP> 146 <SEP> 168
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Viscosité <SEP> moléculaire <SEP> (cinémati-
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> que)
<SEP> du <SEP> fluide <SEP> en <SEP> pieds <SEP> car-
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> rés/seconde <SEP> x <SEP> 105 <SEP> 1,73 <SEP> 1,73
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Viscosité <SEP> moyenne <SEP> apparente
<tb>
EMI18.2
1m- (fl Ittr rog ) en pieds car- i,73 2,23
EMI18.3
<tb> rés/sec.
<SEP> x <SEP> 103 <SEP> 1,73 <SEP> 2,23
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Degré <SEP> de <SEP> turbulence <SEP> tm <SEP> 100 <SEP> 129
<tb>
<tb>
<tb> v
<tb>
<tb>
<tb> Débit <SEP> de <SEP> recyclage <SEP> de <SEP> l'hydrogène
<tb>
<tb>
<tb> en <SEP> pieds <SEP> cubes/tonneau <SEP> (1635
<tb>
<tb>
<tb> litres) <SEP> 6900 <SEP> 8390
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Degré <SEP> de <SEP> pureté <SEP> de <SEP> l'hydrogè-
<tb>
<tb>
<tb> ne <SEP> de <SEP> recyclage, <SEP> % <SEP> en <SEP> volume <SEP> 65,5 <SEP> 74,1
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Rendemert <SEP> en <SEP> C <SEP> pour <SEP> un <SEP> combusti-
<tb>
<tb>
<tb> ble <SEP> pour <SEP> moteur <SEP> à <SEP> point <SEP> final
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 400 F <SEP> en <SEP> % <SEP> du <SEP> volume <SEP> de <SEP> la <SEP> charge <SEP> 38,3 <SEP> 57,
0
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Qualité <SEP> du <SEP> combustible <SEP> pour <SEP> moteurs
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Indice <SEP> d'octane, <SEP> ASTM <SEP> RESEARCH
<tb>
<tb>
<tb> clair <SEP> 63,8 <SEP> 87,3
<tb>
EMI18.4
avec 3,0 cm3 de TEL/gallon 0,. 95,5
EMI18.5
<tb> Analyse <SEP> des <SEP> genres <SEP> d'hydrocarbures
<tb>
<tb> paraffines <SEP> 43,5 <SEP> 5G,3
<tb>
EMI18.6
oléfines 4'O ) 8 l4,:
3
EMI18.7
<tb> aromatiques <SEP> 12,7 <SEP> 26,4
<tb>
<tb> Poids <SEP> spécifique <SEP> en <SEP> API <SEP> 57,5 <SEP> 55,2
<tb>
<tb> Distillation <SEP> - <SEP> ASTM
<tb> point <SEP> initial <SEP> en <SEP> F <SEP> 106 <SEP> 94
<tb> 10% <SEP> 170 <SEP> 132
<tb> 50% <SEP> 288 <SEP> 211
<tb>
EMI18.8
90i 3$3 318
EMI18.9
<tb> Point <SEP> final <SEP> 412 <SEP> 390
<tb>
<Desc/Clms Page number 19>
EXEMPLE III.-
Cet exemple illustre la production d'environ 20.000.000 pieds cubiques par jour d'un gaz ayant un pouvoir calorifique de 500 Btu.
Un combustible pour moteur Diesel, ayant une densité = 38,1 en API, présente les caractéristiques suivantes :
EMI19.1
Analvse des genre d'hvdrocarbures.-
EMI19.2
<tb> sàturés <SEP> 74,19%
<tb>
<tb> oléfines <SEP> 3,25%
<tb>
<tb> aromatiques <SEP> 22,56%
<tb>
Gamme de distillation.-
EMI19.3
<tb> Point <SEP> initial <SEP> en <SEP> F <SEP> 410 F
<tb>
<tb> 10% <SEP> 457
<tb>
<tb> 20% <SEP> $74
<tb>
<tb> 50% <SEP> 51
<tb>
<tb> 80% <SEP> 578
<tb>
<tb> 90% <SEP> 608
<tb>
<tb> 95% <SEP> 628
<tb>
<tb> Point <SEP> final <SEP> 655
<tb>
<tb> Rendement <SEP> 98,5%
<tb>
<tb> Résidu <SEP> 1,5%
<tb>
Ce combustible est introduit dans l'installation avec un débit de 807,7 tonneaux par heure.
De cette quantité, 548,5 tonneaux par heure de charge fraîche sont introduits, en même temps que 821.560 pieds cubiques par heure d'un gaz contenant de l'hydrogène (dont la source est indiquée plus loin) dans un réacteur tubulaire maintenu à une température moyenne de 1035 F, à une pression moyen- ne de 4480 livres anglaises par pouce carré en surpression tm et avec un degré de turbulence, indiqué par rapport @/8 d'environ 130. Le produit est séparé en une partie gazeuse et une partie liquide. La partie gazeuse est obtenue avec
<Desc/Clms Page number 20>
un débit de 1.629.700 pieds cubiques par heure et a la composition suivante :
EMI20.1
<tb> H2 <SEP> 41,19% <SEP> en <SEP> vol.
<tb>
<tb>
CO <SEP> 3,35% <SEP> en <SEP> vol <SEP> . <SEP>
<tb>
<tb>
<tb> CO2 <SEP> 0,23% <SEP> en <SEP> vol.
<tb>
EMI20.2
:JZ 0, 5É)É en vol .
CH, le,6 en vol. c2H6 13 4.9-',' en vol . c3H6 1 xyz en vol.
C3 H$ 13 e glelo en vol.
EMI20.3
<tb> C4H8 <SEP> 1,21% <SEP> en <SEP> vol.
<tb>
C4H10 <SEP> 6,35% <SEP> en <SEP> vol.
<tb>
La partie liquide, qui correspond à 231,3 ton- neaux/heure, est introduite en même temps que 259,2 ton- neaux/heure de charge dans un gazogène maintenu à une tem-
EMI20.4
pérature d'environ 2550"F et à une pr=s=5c>n de 400 livres anglaises par pouce carré en surpression, à l'aide de 1.952.190 pieds cubiques d'oxygène/heure et 687.700 livres anglaises de vapeur/heure. L'effluent sortant du gazogène, après le refroidissement indirect avec de l'eau pour pro- duire de la vapeur, est lavé avec de l'eau et s'écoule en- suite avec une quantité de vapeur d'eau suffisante pour que le rapport eau/CO soit de 4 ou 5 :1 dans le convertis- seur 48.
Le gaz obtenu après le refroidissement et l'en- lèvement du CO2 a la composition suivante, obtenue par l'analyse.
EMI20.5
<tb>
H2 <SEP> 94,2% <SEP> en <SEP> vol <SEP> . <SEP>
<tb>
EMI20.6
00 3 e 9,- il il CO 2 0) le il "
EMI20.7
<tb> N2 <SEP> 0,6% <SEP> " <SEP> "
<tb>
EMI20.8
CH 4 1 2 ô rt tt et est fourni avec un débit de 7.514.050 pieds cubiques/ heure. On mélange de cette quantité 6.692.490 pieds cubi-
<Desc/Clms Page number 21>
ques/heure de gaz avec la partie gazeuse obtenue à l'aide du réacteur tubulaire pour obtenir un gaz ayant 'il p@@- voir calorifique de 500 Btu par pied cubique. Le reste qui s'élève à 821.560 pieds cubiques haure est introduit., avec de la charge fraîche additionnelle, dans le raideur tubu- laire comme indique plus haut.
EXEMPLE IV.-
Une essence légère, par traite:ne=:. direc et ayant une densité API de 82,2 , une tension de vapeur Reid de 12,8, une gamme de distillat.ion de 85 à 25C F et un indice d'octane clair de 55, est introduite, avec un débit de 2000 tonneaux par jour, en même temps que 2.156.665 pieds cubiques d'un gaz contenant 95,7% d'hydrogé- ne plus environ 5.766.000 pieds cubiques d'hydrogène recy- clé, par jour, dans une zone de réaction tubulair à une température de 1050 F, à une pression de 1500 livres an- glaises par pouce carré en surpression et avec vn degré de turbulence 30.
L'effluent, sortant de la zone de réaction, traverse un séparateur à haute pression qui est maintenu à une pression de 1300 livres anglaises par pouce carré en surpression. Par la partie supérieure de ce séparateur, s'é- coulent 8.140.920 pieds cubiques, par jour, d'un gaz con- tenant 45% d'hydrogène et ayant un pouvoir calorifique de 927 Btu par pied cubique. De cette quantité, 5.765.952
EMI21.1
pieds cubiques par jour sont ramenés à la zone de réaction Ît A e4 te - à écoulement turbulent,(d'est-à-dire 2.374.968 pieds cu- biques par jour, étant prélevé pour être utilisé dansle mélange d'un combustible gazeux.
Le résidu, provenant du séparateur à haute pression, passe ensuite dans un sépa- rateur à pression intermédiaire, qui est maintenu à une pression dtenviron 400 livres anglaises par pouce carré en surpression. Le gaz qui s'écoule par la partie supérieure du séparateur à pression intermédiaire correspond à
<Desc/Clms Page number 22>
EMI22.1
'+35.696 pid$ cubiques par jour, ce gaz contenant 12,j,. en volume d'hydrogène et ayant un pouvoir calorifique de 1350 Btu par pied cubique. Le résidu , sortant du sépara- teur à pression intermédiaire est envoyé à un séparateur à basse pression maintenu à 145 livres anglaises par pouce carré en surpression.
A la partie supérieure de ce sépara- teur s'écoule un produit gazeux correspondant à 1.563.600 pieds cubiques par jour d'un gaz ayant la composition si;1- vante :
EMI22.2
<tb> H2 <SEP> 0,7% <SEP> en <SEP> mole
<tb>
<tb> CH4 <SEP> 9,8% <SEP> " <SEP> "
<tb>
EMI22.3
C2HS 2,5w II Il
EMI22.4
<tb> C2H6 <SEP> 26,5% <SEP> " <SEP> "
<tb>
EMI22.5
C3H$ 3 8 fui tu tt
EMI22.6
<tb> C4H10 <SEP> 23,4% <SEP> " <SEP> "
<tb>
EMI22.7
c5Hl2 1,2% il Il
EMI22.8
<tb> C6+ <SEP> 0,4% <SEP> " <SEP> "
<tb>
qui a un pouvoir calorifique de 2206 Btu par pied cubique.
Ce gaz est ensuite séparé en une fraction qui comprend les C3 et les parties plus lourdes, cette fraction correspon- dant à 680 tonneaux d'un gaz de pétrole liquéfié. La matière légère qui correspond.à 578.533 pieds cubiques par jour, est mélangée avec le gaz fourni par le séparateur à haute pression et le gaz fourni par le séparateur à pression intermédiaire pour produire un volume total de 3.389.197 pieds cubiques d'un gaz ayant un pouvoir calorifique de 1086 Btu par pied cubique. Ce gaz est alors mélangé avec 10.100.000 pieds cubiques d'hydrogène pour former 13.489.197 pieds cubiques par jour d'un gaz ayant un pou- voir calorifique de 500 Btu par pied cubique.
Le résidu, fourni par le séparateur à basse pression, correspond à 965 tonneaux par jour d'une essence stabilisée ayant une gamme de distillation de 102 à 340 F et un indice d'octane de 81,4 quand elle est claire et de 96 quand elle contient
<Desc/Clms Page number 23>
3 ml de TEL (tétraéthyle de plomb) par gallon.
EMI23.1
F.ESrrnr ;mTnp:
S. -
1.- Procédé pour obtenir l'hydroconversion d'hy- drocarbures liquides, caractérisé en ce qu'on fait passer un mélange d'hydrogène et d'un liquide contenant des hydro - carbures dans des conditions d'écoulement à turbulence éle- vée, dans une zone de réaction tubulaire à une température comprise entre 815 et 1500 F, à une pression d'au moins 500 livres anglaises par pouce carré en surpression et avec un degré de turbulence d'au moins 25 pour former une partie gazeuse et une partie liquide.
<Desc / Clms Page number 1>
EMI1.1
"pLRFCTIOINiNTS A-PORI33 AT TRAIT3." 3 NT OSS IiiD3âCA33JRES ".
Priority of two patent applications filed in the United States of America on June 5, 1958 under No. 740,005 in the name of Du Bois EASTMAN and on June 5, 1958 under No. 740,137 in the names of DU3ois EASIMAN and Warren Gleason SCHLINGER.
It is noted for all practical purposes that part of the invention was the subject of a patent application filed in the United States of America on April 9, 1956 under No. 577,027 in the names of
EMI1.2
du3ois: A3ITYuN and Narren Gleason SCHLING3R.
<Desc / Clms Page number 2>
The invention relates to the hydroconversion of hydrocarbons; and it relates more particularly to the apolymeric hydroconversion of liquid hydrocarbons by contacting the liquid hydrocarbon with a gas containing hydrogen under conditions of turbulent flow and at temperatures and pressures such as at least part of the liquid hydrocarbon is converted into more valuable products.
With previously known hydroconversion processes, the yields of desirable lighter products have not been satisfactory, while the yields of undesirable products, such as high polymers and coke have been economically too high. The kind of conversion by destruction or decomposition can be compared to a rupture of viscosity, which corresponds to a moderate heat treatment which generally takes place at temperatures in the region of about 935 F and pressures of 50 English pounds per inch. square overpressure.
More pronounced conversion, by thermal cracking, results in the formation of large amounts of high polymers and coke, especially in the case of heavy petroleum oils which are in the liquid state or which have a liquid state. part is in the liquid state at the reaction conditions. In the latter cases, hydrogen was added when resorting to the thermal cracking process, in order to obtain suppression of the formation of high polymers and coke. However, despite the presence of hydrogen, known hydroconversion methods still produce large amounts of high polymers and coke.
<Desc / Clms Page number 3>
For the usual hydroconversion of petroleum oil the main reaction or decomposition takes place in large reactors which contain a heavy viscous phase through which relatively pure hydrogen is bubbled. The weak agitation which occurs in this system limits the rate at which the reaction can take place and, although the reaction takes place under mild conditions, it is accompanied by the production of large amounts of high polymers and coke.
Apparently, the unwanted production of high polymers and coke, even with the addition of hydrogen, is due to the fact that the hydrogen does not reach the reaction zone in sufficient quantities for it to react. with the active fragments formed by cracking and it follows that these active fragments react with each other to form polymers. When attempting to achieve a more pronounced conversion at higher temperatures, for example by thermal cracking, it has been customary for known hydroconversions to increase the concentration of hydrogen in the reaction zone.
However, the increased concentration of hydrogen does not make hydroconversion processes satisfactory because, as the temperature is increased, the rate of cracking increases faster than the rate of dissolution or diffusion of hydrogen in the gas. hydrocarbon and therefore even with higher concentrations of hydrogen, the cracking reaction proceeds faster than the rate at which hydrogen can be dissolved or diffused into the reaction zone to react with the active moieties obtained by cracking.
As a result, although the total concentration of hydrogen in the reaction zone may be high, there are many parts of the reaction zone in which there is a challenge.
<Desc / Clms Page number 4>
local cience in hydrogen due to the fact that this has never reached that particular part or that the hydrogen has been consumed and has not been replaced, so that the formation of the polymers is not prevented in known hydroconversion processes.
One method of effecting the apolymeric hydroconversion of a liquid hydrocarbon is to subject the hydrocarbon, in intimate admixture with a hydrogen-containing gas, to highly turbulent flow conditions and to elevated temperatures and pressures. These conditions can be achieved by producing the flow of reactants at high velocities as a confined stream, in a coil or tubular conduit.
The apolymeric hydroconversion takes place at temperatures between 800 and 1500 F, preferably between 900 and 1100 F. Superatmospheric pressures, of the order of 500 to 20,000 English pounds per square inch or more can be used. Satisfactory results have been obtained with pressures of 1,000 to 10,000 English pounds per square inch in excess pressure. Residence times of 5 seconds to 2 hours or more can be used. Preferably, the residence time is about 20 to about 200 seconds. Gas flow rates of at least
1000 cubic feet per barrel (163.5 liters) can be used, but loads of 2,000 to 100,000 cubic feet per barrel (163.5 liters) are preferred.
It is desirable that the gas have a high hydrogen content, but hydrogen concentrations as low as 25% by volume can be used.
The hydrocarbon feed rate, the hydrogen recycle rate, the diameter of the reaction coil, and the operating conditions with respect to temperature and pressure are all tense.
<Desc / Clms Page number 5>
dance to affect flow velocity and turbulence.
It has been found convenient to express turbulence in terms of the ratio of the average apparent viscosity tm of the moving current to the molecular or kinematic viscosity tm tm
8 ie @ / 8 to consider this ratio @ / 8 as being the degree of turbulence. The apparent viscosity tm of the moving current is equal to the sum of the vortex viscosity tm and the kinematic viscosity which can be represented by tm = tm + 8. Under conditions of turbulence tm has a fixed value and it It is evident that if the value of the apparent viscosity exceeds the kinematic viscosity at the point in question, the ratio tm / 8 is greater than unity. For a given turbulent system, we obtain that the mean value of the ratio, expressed by @ / 8, is greater than unity.
The apparent viscosity tm, as used, is expressed by the equation
EMI5.1
tm. 1- jro tmdr in which ro is the radius of the duct in feet and r the distance in feet from the axis of the pipe pigds distance feet from the duct axis. By substitution and integration, using the parameters described by Corcoran et al. In "Industry and Engineering Chemistry", Vol. 44, page 410
EMI5.2
(1952), the expression im = robzz tmôr can be written ô Em = f5 2S, #E The terms of this last equation can be easily determined for a given system.
In this equation, d represents the differential, g the acceleration due to gravity in feet / per second per second, p the pressure in pounds per square foot, ro represents the radius of the duct in feet, x represents the distance in feet, tm represents the vortex viscosity in square feet per second, tm the apparent viscosity in square feet per second, tm represents the average apparent viscosity in square feet per second, ß represents
<Desc / Clms Page number 6>
kinematic viscosity in square feet per second and / represents specific gravity in pounds per cubic foot.
To prevent plugging of the tubular reactor, degrees of turbulence of at least 25 are used but degrees of turbulence of 50 to 1000 are preferred.
For the process described above, the hydrocarbon admitted into the system is intimately mixed with the hydrogenating gas and the intimate mixture of the hydrogen and the hydrocarbon allows the hydrogen to rapidly reach the active centers formed by cracking. By reducing the distance that the hydrogen must travel before being dissolved or diffused in the hydrocarbon, the hydrogenation of these active centers can proceed smoothly and the formation of polymers is avoided. When lighter oils are used as the feedstock, the oil may be in the vapor state under the reaction conditions.
When the feedstock is a heavy oil, this feedstock or a part thereof remains, in some cases, in the liquid state under the reaction conditions and, therefore, two phases are present in this case. , in the reaction zone.
When two phases flow through the same conduit, the flow can take place according to several different kinds. The flow can be stratified, corrugated, plugged, slow, annular, bubbled, foaming, or in a dispersed or pulverized state, as described by Baker in the "Oil and Gas Journal" of July 26. let 1954, page 185 and following.
In the description, the expression "intimate mixture" is not intended to refer to two-phase flows of the strategic type.
EMI6.1
i tified, wavy, with corking, slow and void.
<Desc / Clms Page number 7>
The invention relates to a process for the hydroconversion of liquid hydrocarbons, which process comprises passing a mixture of hydrogen and a liquid containing the hydrocarbon under conditions of highly turbulent flow. in a tubular reaction zone at a temperature between 815 and 1500 F, at a pressure of at least 500 pounds per square inch under overpressure and at a degree of turbulence of at least 25 to form a part gas and a liquid part.
Any liquid hydrocarbon, such as vacuum treated residue, kerosene, gas oil obtained by direct processing, thermally cracked gas oil, catalytically cracked cycling gas in the fluid state, complete crude oil, shale oil, tarry sand oil, gasoline obtained by direct treatment and any analogous hydrocarbon containing liquids obtained, for example, by the decomposing distillation of coal or mixtures thereof can be converted into heating gas and / or ore or various liquid products of improved quality by the process forming the subject of the invention.
When the feed is gasoline obtained by direct processing, the reaction product is a mixture of light hydrocarbon gases and an engine fuel having an improved octane number. The light hydrocarbon gases or engine fuel can then be subjected to partial combustion to form hydrogen for the apolymeric hydroconversion of an additional charge of gasoline obtained by direct processing.
Similarly, when the filler is a heavy viscous oil the quality of which is to be improved
<Desc / Clms Page number 8>
in order to form a lighter oil which can be pumped at ordinary temperatures, the light hydrocarbon gases obtained from the reaction product are subjected to partial combustion to produce hydrogen for the apolymeric hydroconversion an additional charge of heavy viscous oil.
When the feed, the quality of which is to be improved, is a middle distillate or any fraction whose boiling point range extends beyond that of motor fuel; the reaction product consists of light hydrocarbon gases and a liquid product which can be separated into an engine fuel fraction and a fraction containing unconverted feedstock. If it is desired to produce primarily fuel for engines, the light hydrocarbon gases are subjected to partial combustion to produce hydrogen to obtain the apolymeric conversion and the unconverted feed can be recycled to the hydroconversion zone. .
However, if the desired products are motor fuel and furnace gas, the unconverted portion of the feed is subjected to partial combustion to form hydrogen. In some cases it may be desirable to obtain a fraction of motor fuel from the reaction product and to subject both the light hydrocarbon gases and the unconverted liquid hydrocarbon to partial combustion for the combustion. hydrogen production.
The hydrogen for the apolymeric hydroconversion can be supplied from an external source or can be obtained by the partial combustion of part of the reaction product with a gas containing free oxygen.
When the charge of the gasifier is constituted by light hydrocarbon gases, one does not generally add
<Desc / Clms Page number 9>
no steam from +. On the other hand, when the load da gasogèr consists of liquid hydrocarbons, the partial combustion generally takes place in the presence of water vapor.
Sufficient oxygen is introduced into the gasifier at the same time as the feed to maintain it, in an autogenous manner, at a temperature between about 2200 and about 3200 F. This is achieved by introducing oxygen into the gasifier. the gasifier with a flow rate of between about 1.6 and about 2.0 English molecule-pounds of free oxygen per overall calorific value of
1,000,000 Btu (British termal units) of the charge supplied to the gasifier.
If it is desired to convert, for example, a middle distillate into a heating gas and an engine fuel. the part of the reaction product, boiling above about 400 F, is subjected to partial combustion to produce the hydrogen necessary for the apolymeric hydroconversion of the additional charge. If metals are present in the middle distillate supplied to the hydroconversion apparatus, these metals are concentrated in the party. heavy of the reaction product and are therefore in the feed supplied to the gasifier. As the constituents which form mineral ash which are detrimental to the service life of the refractory lining of the gasifier, the partial combustion of the liquid part containing the constituents which form mineral ash takes place under conversion conditions. controlled.
The liquid part is introduced into the reaction zone of the gasifier together with a sufficient quantity of free oxygen so that it can react exothermically with the feed to maintain, in an autogenous manner, a temperature in the range of about 2200 to about 3200 F and to convert an amount which is not inferior
<Desc / Clms Page number 10>
greater than about 90% and not greater than about 99.5% of the carbon contained in the feed as carbon monoxide. The degree of carbon conversion can vary between these limits depending on the amounts of heavy metals contained in the feed.
The amount of unconverted carbon should be at least 50 times, and preferably 100 times, that corresponding to the combined weights of nickel and vanadium in the feed, based on the weight of the metal content of the feed. constituents, containing metal, present in the charge. Unconverted carbon, from the hydrocarbon, is released as free carbon. Under these conditions of limited carbon conversion, the ash-forming constituents of the feed, more particularly the ash supplied by the heavy metal constituents, are associated with the carbon and the composite product is released as a carbonaceous solid. in the state of particles.
The solid carbonaceous particles, containing the heavy metals, are substantially harmless to the refractory lining of the gasifier.
More specifically, the liquid feed containing the mineral ash-forming constituents, including nickel and vanadium, is mixed with water vapor and supplied to a compact reaction zone without fillers. The reaction zone does not contain any filling packings or catalyst and the extent of its internal face is not greater than 1.5 Be the surface of a sphere whose volume is equal to that of the reaction zone. -A gas, rich in oxygen and containing about 95% oxygen, by volume, is introduced into the reaction zone where it is mixed with the feed and the steam. The gasifier can operate at atmospheric pressure or at a higher pressure.
Of
<Desc / Clms Page number 11>
preferably, it is operated at a pressure of between about 100 and about 600 pounds per square inch of overpressure. The temperature is maintained, in an autogenous manner, in the gasifier preferably between
2,500 and 2,900 F.
The amount of free oxygen supplied to the gasifier is limited so that the conversion of carbon to carbon monoxide is limited to 90 to 99.5% of the carbon content of the oil supplied to the gasifier. . Between about 1.8 and about 1.9 UK molecule-pounds of free oxygen is supplied to the gasifier per 1,000,000 Btu aggregate calorific value of the feed supplied to the gasifier.
The amount by weight of unconverted carbon, separated as a carbonaceous solid in the gasifier, must be at least 50 times that of the combined weights of the metals, including nickel and vanadium, contained in the feed, based on the weight of the free metal content of the compounds, metal-containing, filler. The free carbon, separated in the gasifier, is entrained by the gaseous products of the reaction. The ash formed by the fuel, more particularly the heavy metallic constituents, is in substance completely retained in the carbonaceous residue.
The hot gases leaving the gasifier are generally at a temperature above 2200 F. To take advantage of the sensible heat of the gases, it is advantageous to subject them to a heat exchange before proceeding, in the case of gas containing entrained carbon, washing.
The gases can be cooled by indirect or direct heat exchange. In the first case, the hot gases can flow in indirect heat exchange with water or steam at low pressure. The gases can
<Desc / Clms Page number 12>
wind also flow, in indirect heat exchange, with the hydrocarbon or with the gas containing hydrogen supplied to the hydroconversion apparatus to heat these reagents. When syngas is used, per se, as a hydrogenation gas, it can be subjected to direct heat exchange with the recycle gas or with the hydrocarbon feed. When the preliminary cooling of the hot gases from the gasifier has taken place by indirect heat exchange, the gases can be washed to free them of entrained carbon particles.
To obtain a hydrene-rich gas, the gazemx products resulting from the partial combustion are cooled to a temperature of about 230-240 F and are mixed with water vapor to form a water / water ratio. CO equal to 4 or 5: 1. The mixture is passed over an iron oxide catalyst in a reactor containing three internally cooled beds. The mixture is introduced into the reactor at a temperature of about 700 F. In the first bed, the temperature rises to about 850 F. The gases are then cooled to a temperature of about 720 F before passing through the second bed in which a temperature increase of about 30 F. occurs.
The gases are then cooled to a temperature of about 680-700 F before being introduced into the third bed where only a very slight increase in temperature occurs. The gases are then cooled to 100 F to allow separation of the water, after which the gases pass through an amine scrubber in which the CO 2 is absorbed. The washed gas has a hydrogen content of about 95% by volume. Part or all of this gas is then recycled to the hydrogenation apparatus. The remaining part, if any, can be mixed with the gaseous product leaving the hydrogenation apparatus to form a gas which can be used as town gas.
@
<Desc / Clms Page number 13>
The single figure of the attached drawing shows,; by way of example, the diagram of an installation suitable for implementing the invention.
A liquid hydrocarbon is introduced into the plant through line 21 and is admitted, together with recycle gas supplied through line 22 and fresh hydrogen supplied through line 23, into the apparatus. hydroeonversion 24 in which it is subjected to an apolymeric hydroconversion. The effluent from the hydro-conversion apparatus 24 flows through line 26 to high pressure separator 25 where recycle gas is separated and returned to apparatus 24 through lines 22. and 21.
The hydrocarbon material, contained in the effluent, flows from the high pressure separator 25 through line 36 to the low pressure separator 27 in which it is. separated into a gaseous fraction of a light hydrocarbon, which flows through conduits 28 and 52; in a fraction of engine fuel flowed through line 29, and in a fraction boiling above about 400 F which flows through line 30. The light hydrocarbon gases can be collected in a tank or can be directed to the gasifier 40 via the conduits 41 and 42.
If these gases are admitted into the gasifier 40, they are subjected to a partial combustion using a gas containing oxygen and admitted through the line 43, while the hot reaction products flow out of the gasifier 40 through line 44 and are cooled in heat recuperator 32. The cooled gas, which contains a mixture of carbon monoxide and hydrogen, can be sent directly to the hydroconversion device 24 through lines 33, 35 , 23 and 21.
When the gases leaving the gasifier 40 contain free carbon, it is preferable
<Desc / Clms Page number 14>
subjecting them to a heat exchange in the heat recuperator 32 and then directing them, through the conduit 33, to the scrubber 34 in which the carbon is removed. The washed gas can then be sent to the hydro-conversion apparatus 24 via the conduits 46, 47, 23 and 21. The excess gases can flow out of the installation via the conduits 47, 37. , 51 and 52.
When it is desired to carry out the ape-lymeric hydroconversion in the presence of a gas rich in hydrogen, the gaseous effluent from the heat recuperator 32 can be sent to the converter 48 via the duct 33, the scrubber 34 and the duct. 46. In the converter 48, the effluent is transformed into a gas rich in hydrogen which is introduced into the scrubber 49 through the pipe 50. The washed gas can be sent to the hydroconversion zone 24 through the pipes 51, 54, 23 and 21. The excess of the hydrogen-rich gas can be evacuated from the installation through conduits 51 and 52.
If desired, all of the light hydrocarbon gases obtained by the apolymeric hydroconversion can be removed from the installation via conduits 28, 52 and the feed supplied to the gasifier 40 can be constituted by a fraction boiling above. of 400 F, taken from the low pressure separator 27 through line 30 and introduced into the gasifier 40 through lines 41 and 42.
In this case, it is generally advantageous to add water vapor through line 56, the amount of vapor being between about 100 and 200 English pounds of vapor per barrel (163.5 liters) of the charge. food. It is also possible, when a combustible gas is the desired end product, to recycle the engine fuel fraction of the product, obtained by the hydrocon-
<Desc / Clms Page number 15>
version, to the hydroconversion zone and to send the product boiling at a temperature above the boiling zone of the fuel for engines, to the gasifier.
When the hydroconversion apparatus 24 is fed with a fraction having an extended distillation zone, it may be advantageous to send the light hydrocarbon gases taken off to the low pressure separator 27, through lines 28, 52, 42 and 42 to the gasifier 40 in which the light hydrocarbon gases are subjected to partial combustion, to take a fraction forming an engine fuel from the low pressure separator 27 through line 29 and to recycle the fraction, boiling above. of 400 F, to the hydroconversion device 24 through conduits 30, 58 and 21.
When it is desired to convert a heavy viscous oil into a liquid which can be pumped at ordinary temperatures, the light hydrocarbon gases, taken from the low pressure separator 27 are sent to the gasifier 40 through conduits 28, 52, 41 and 42 and the The total liquid stream is taken from this separator 27 through conduits 30 and 59. During start-up, and in some cases when unwanted products are not able to meet the hydrogen requirements for the apolymeric conversion, a part of the initial material, formed by the liquid hydrocarbon, can be sent to the gasifier 40 through the conduits 21 and 42.
Other variations, which have not been specifically indicated with the top folds, are obvious to specialists.
The examples below are given by way of illustration and are in no way restrictive or limiting.
<Desc / Clms Page number 16>
EXAMPLE I. -
This example shows the conversion of a reduced crude petroleum oil to a motor fuel having a high octane number.
A crude petroleum oil from Venezuela having the following characteristics:
EMI16.1
<tb> Density <SEP> in <SEP> API <SEP> 18.7
<tb>
<tb> Viscosity <SEP> Saybolt-Furol <SEP> to <SEP> 122 F <SEP> $ 7
<tb>
<tb>
<tb> Residue <SEP> of <SEP> carbon <SEP> in <SEP>% <SEP> 6.9
<tb>
<tb>
<tb> Weight <SEP> of <SEP> sulfur <SEP> in <SEP>% <SEP> 2,3
<tb>
is introduced into a tubular reactor under the following conditions:
EMI16.2
<tb> average <SEP> temperature <SEP> 939 F
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> pressure <SEP> average <SEP> in <SEP> overpressure <SEP> 5693 <SEP> English <SEP> pounds
<tb>
<tb>
<tb> by <SEP> inch <SEP> square
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> degree <SEP> of <SEP> turbulence <SEP> 110
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Gas <SEP> flow rate
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> hydrogen <SEP> formed <SEP> 7800 <SEP> cubic <SEP> feet /
<tb>
<tb> barrel
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> gas <SEP> product <SEP> 5650 <SEP> id
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> gas <SEP> from <SEP> recycling <SEP> 19600 <SEP> id
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Concentration <SEP> of hydrogen
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> hydrogen <SEP> formed <SEP> 94.51
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> gas <SEP> product <SEP> 82.74%
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> gas <SEP> from <SEP> recycling <SEP> 89,
21%
<tb>
The reaction product is separated into a normally gaseous fraction, a liquid fraction boiling up to 400 F and a fraction boiling above .OC F. The engine fuel fraction, which is the fraction boiling above 400 F, has octane numbers, determined by the ASTM RESEARCH test, of 77.2 when it is clear and 91.7 when it contains 3 cc of TEL (tetraethyl lead) per gallon, this fraction being obtained with a yield of 46.68% by volume based on that of the
<Desc / Clms Page number 17>
feed charge.
Hydrogen for the apolymeric hydroconversion is obtained by subjecting the fraction boiling above 400 F. to partial combustion.
The fraction boiling above 400 F is introduced into the gasifier with 4000 cubic feet of oxygen and 200 British pounds of water vapor per barrel (163.5 liters) of the hydrocarbon charge and is subjected to it. to partial combustion at a temperature of 2500 F and at a pressure of 340 English pounds per square inch in overpressure. The gases obtained are cooled, washed to remove carbon and then mixed with water vapor so as to produce a water / CO ratio = 5: 1. The mixture is passed over an iron oxide catalyst to achieve the gas conversion reaction with water. The gases formed are then passed through a wash containing an amine to remove CO 2. The gas obtained has a hydrogen content of 94.51% by volume.
7800 cubic feet of this hydrogen-rich gas are returned to the liquid barrel hydroconversion apparatus (163.5 liters) of the liquid hydrocarbon feed introduced into this apparatus. The remainder of the gas, rich in hydrogen, is mixed with the normally gaseous fraction separated from the hydroconversion product to form a fuel gas having a high calorific value.
EXAMPLE II. -
For this example, a diesel engine fuel, having a distillation range between 410 F and 655 F, while containing 74.2% by weight of paraffins, 3.2% by weight of olefins and 22.6 % by weight of aromatics, is hydrogenated in turbulent flow cords and the results shown in Table I.
<Desc / Clms Page number 18>
TABLE I.-
EMI18.1
<tb> Basai <SEP> A <SEP> B
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Hydrogenation <SEP> conditions
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> temperature <SEP> of <SEP> the <SEP> reaction <SEP> in
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> F, <SEP> 945 <SEP> 1040
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> pressure <SEP> in <SEP> English <SEP> books
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> by <SEP> inch <SEP> square <SEP> in <SEP> overpressure,
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> (in <SEP> psig) <SEP> 4400 <SEP> 4310
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> radius <SEP> ro <SEP> of the <SEP> tubular <SEP> reactor <SEP> in
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> feet.
<SEP> 0.0130 <SEP> 0.0130
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> specific <SEP> weight <SEP> # <SEP> of the <SEP> fluid <SEP> in
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> flow <SEP> at <SEP> the <SEP> temperature <SEP> and
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> to <SEP> the <SEP> pressure <SEP> of <SEP> the <SEP> reaction <SEP> in
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> English <SEP> pounds / cubic <SEP> feet <SEP> 7.85 <SEP> 5.41
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> <SEP> drop of <SEP> pressure <SEP> by <SEP> unit <SEP> of
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> length <SEP> of the <SEP> reactor <SEP> dp <SEP> in <SEP> li-
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> vresanglaises / square foot <SEP> / foot <SEP> 146 <SEP> 168
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Molecular <SEP> viscosity <SEP> (cinematic
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> that)
<SEP> of <SEP> fluid <SEP> in <SEP> feet <SEP> car-
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> res / second <SEP> x <SEP> 105 <SEP> 1.73 <SEP> 1.73
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Average <SEP> viscosity <SEP> apparent
<tb>
EMI18.2
1m- (fl Ittr rog) in square feet, 73 2.23
EMI18.3
<tb> res / sec.
<SEP> x <SEP> 103 <SEP> 1.73 <SEP> 2.23
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Degree <SEP> of <SEP> turbulence <SEP> tm <SEP> 100 <SEP> 129
<tb>
<tb>
<tb> v
<tb>
<tb>
<tb> Flow <SEP> of <SEP> recycling <SEP> of <SEP> hydrogen
<tb>
<tb>
<tb> in <SEP> cubic feet <SEP> / barrel <SEP> (1635
<tb>
<tb>
<tb> liters) <SEP> 6900 <SEP> 8390
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Degree <SEP> of <SEP> purity <SEP> of <SEP> hydrogen
<tb>
<tb>
<tb> do <SEP> from <SEP> recycling, <SEP>% <SEP> to <SEP> volume <SEP> 65.5 <SEP> 74.1
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Rendemert <SEP> in <SEP> C <SEP> for <SEP> a <SEP> combusti-
<tb>
<tb>
<tb> ble <SEP> for <SEP> motor <SEP> to <SEP> point <SEP> end
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 400 F <SEP> in <SEP>% <SEP> of <SEP> volume <SEP> of <SEP> the <SEP> load <SEP> 38.3 <SEP> 57,
0
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Quality <SEP> of the <SEP> fuel <SEP> for <SEP> engines
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Octane <SEP> Rating, <SEP> ASTM <SEP> RESEARCH
<tb>
<tb>
<tb> clear <SEP> 63.8 <SEP> 87.3
<tb>
EMI18.4
with 3.0 cm3 of TEL / gallon 0 ,. 95.5
EMI18.5
<tb> Analysis <SEP> of <SEP> kinds of <SEP> hydrocarbons
<tb>
<tb> paraffins <SEP> 43.5 <SEP> 5G, 3
<tb>
EMI18.6
olefins 4'O) 8 l4 ,:
3
EMI18.7
<tb> aromatics <SEP> 12.7 <SEP> 26.4
<tb>
<tb> Specific <SEP> weight <SEP> in <SEP> API <SEP> 57.5 <SEP> 55.2
<tb>
<tb> Distillation <SEP> - <SEP> ASTM
<tb> point <SEP> initial <SEP> in <SEP> F <SEP> 106 <SEP> 94
<tb> 10% <SEP> 170 <SEP> 132
<tb> 50% <SEP> 288 <SEP> 211
<tb>
EMI18.8
90i $ 3 318
EMI18.9
<tb> Point <SEP> final <SEP> 412 <SEP> 390
<tb>
<Desc / Clms Page number 19>
EXAMPLE III.-
This example illustrates the production of approximately 20,000,000 cubic feet per day of a gas having a calorific value of 500 Btu.
Diesel engine fuel, having a density = 38.1 in API, has the following characteristics:
EMI19.1
Analysis of the types of hydrocarbons.
EMI19.2
<tb> sealed <SEP> 74.19%
<tb>
<tb> olefins <SEP> 3,25%
<tb>
<tb> aromatics <SEP> 22.56%
<tb>
Distillation range.-
EMI19.3
<tb> Point <SEP> initial <SEP> in <SEP> F <SEP> 410 F
<tb>
<tb> 10% <SEP> 457
<tb>
<tb> 20% <SEP> $ 74
<tb>
<tb> 50% <SEP> 51
<tb>
<tb> 80% <SEP> 578
<tb>
<tb> 90% <SEP> 608
<tb>
<tb> 95% <SEP> 628
<tb>
<tb> Point <SEP> final <SEP> 655
<tb>
<tb> Efficiency <SEP> 98.5%
<tb>
<tb> Residue <SEP> 1.5%
<tb>
This fuel is introduced into the installation at a rate of 807.7 tons per hour.
Of this quantity, 548.5 tons per hour of fresh charge is introduced, along with 821,560 cubic feet per hour of a hydrogen-containing gas (the source of which is indicated below) into a tubular reactor maintained at a average temperature of 1035 F, at an average pressure of 4480 English pounds per square inch under overpressure tm and with a degree of turbulence, indicated as @ / 8 of about 130. The product is separated into a gaseous part and a liquid part. The gaseous part is obtained with
<Desc / Clms Page number 20>
a flow rate of 1,629,700 cubic feet per hour and has the following composition:
EMI20.1
<tb> H2 <SEP> 41.19% <SEP> in <SEP> vol.
<tb>
<tb>
CO <SEP> 3.35% <SEP> en <SEP> vol <SEP>. <SEP>
<tb>
<tb>
<tb> CO2 <SEP> 0.23% <SEP> in <SEP> vol.
<tb>
EMI20.2
: JZ 0, 5É) É in flight.
CH, le, 6 in flight. c2H6 13 4.9- ',' in flight. c3H6 1 xyz in flight.
C3 H $ 13 th glelo in flight.
EMI20.3
<tb> C4H8 <SEP> 1.21% <SEP> in <SEP> vol.
<tb>
C4H10 <SEP> 6.35% <SEP> in <SEP> vol.
<tb>
The liquid part, which corresponds to 231.3 tons / hour, is introduced at the same time as 259.2 tons / hour of charge into a gasifier maintained at a temperature.
EMI20.4
temperature of about 2550 "F and at a pr = s = 5c> n of 400 English pounds per square inch under overpressure, using 1,952,190 cubic feet of oxygen / hour and 687,700 English pounds of steam / hour The effluent leaving the gasifier, after indirect cooling with water to produce steam, is washed with water and then flows out with a sufficient quantity of steam so that the water / CO ratio is 4 or 5: 1 in converter 48.
The gas obtained after cooling and removing CO2 has the following composition, obtained by analysis.
EMI20.5
<tb>
H2 <SEP> 94.2% <SEP> in <SEP> vol <SEP>. <SEP>
<tb>
EMI20.6
00 3 e 9, - he he CO 2 0) the he "
EMI20.7
<tb> N2 <SEP> 0.6% <SEP> "<SEP>"
<tb>
EMI20.8
CH 4 1 2 ô rt tt and is supplied with a flow rate of 7,514,050 cubic feet / hour. This quantity is mixed 6,692,490 cubic feet.
<Desc / Clms Page number 21>
ques / hour of gas with the gaseous part obtained with the aid of the tubular reactor to obtain a gas having a calorific value of 500 Btu per cubic foot. The remainder which amounts to 821,560 cubic feet haure is introduced, with additional fresh charge, into the tubular stiffness as indicated above.
EXAMPLE IV.-
A light essence, by milking: ne = :. direc and having an API density of 82.2, a Reid vapor pressure of 12.8, a distillat.ion range of 85 to 25C F and a clear octane number of 55, is introduced, with a flow rate of 2000 barrels per day, together with 2,156,665 cubic feet of a gas containing 95.7% hydrogen, plus about 5,766,000 cubic feet of hydrogen recycled, per day, in a tubular reaction zone at a temperature of 1050 F, at a pressure of 1500 pounds per square inch under overpressure and with a degree of turbulence 30.
The effluent, exiting the reaction zone, passes through a high pressure separator which is maintained at a pressure of 1300 pounds per square inch under overpressure. From the top of this separator flows 8,140,920 cubic feet per day of a gas containing 45% hydrogen and having a calorific value of 927 Btu per cubic foot. Of this quantity, 5,765,952
EMI21.1
cubic feet per day are returned to the t A e4 te - turbulent flow reaction zone, (i.e. 2,374,968 cubic feet per day, being taken for use in the mixture of a gaseous fuel .
The residue, from the high pressure separator, then passes through an intermediate pressure separator, which is maintained at a pressure of about 400 English pounds per square inch under overpressure. The gas flowing through the upper part of the intermediate pressure separator corresponds to
<Desc / Clms Page number 22>
EMI22.1
'+35,696 cubic pid $ per day, this gas containing 12, j ,. by volume of hydrogen and having a calorific value of 1350 Btu per cubic foot. The residue exiting the intermediate pressure separator is sent to a low pressure separator maintained at 145 pounds per square inch under overpressure.
At the top of this separator flows a gaseous product corresponding to 1,563,600 cubic feet per day of a gas having the composition si;
EMI22.2
<tb> H2 <SEP> 0.7% <SEP> in <SEP> mole
<tb>
<tb> CH4 <SEP> 9.8% <SEP> "<SEP>"
<tb>
EMI22.3
C2HS 2,5w II It
EMI22.4
<tb> C2H6 <SEP> 26.5% <SEP> "<SEP>"
<tb>
EMI22.5
C3H $ 3 8 fled you early
EMI22.6
<tb> C4H10 <SEP> 23.4% <SEP> "<SEP>"
<tb>
EMI22.7
c5Hl2 1.2% il Il
EMI22.8
<tb> C6 + <SEP> 0.4% <SEP> "<SEP>"
<tb>
which has a calorific value of 2206 Btu per cubic foot.
This gas is then separated into a fraction which comprises the C3 and the heavier parts, this fraction corresponding to 680 tons of a liquefied petroleum gas. The lightweight material, which corresponds to 578,533 cubic feet per day, is mixed with the gas supplied by the high pressure separator and the gas supplied by the intermediate pressure separator to produce a total volume of 3,389,197 cubic feet of a gas having a calorific value of 1086 Btu per cubic foot. This gas is then mixed with 10,100,000 cubic feet of hydrogen to form 13,489,197 cubic feet per day of a gas having a heat output of 500 Btu per cubic foot.
The residue, supplied by the low pressure separator, corresponds to 965 barrels per day of a stabilized gasoline having a distillation range of 102 to 340 F and an octane number of 81.4 when it is clear and 96 when it is clear. it contains
<Desc / Clms Page number 23>
3 ml of TEL (tetraethyl lead) per gallon.
EMI23.1
F.ESrrnr; mTnp:
S. -
1.- Process for obtaining the hydroconversion of liquid hydrocarbons, characterized in that a mixture of hydrogen and a liquid containing hydrocarbons is passed under high turbulence flow conditions. , in a tubular reaction zone at a temperature between 815 and 1500 F, at a pressure of at least 500 pounds per square inch under overpressure and with a degree of turbulence of at least 25 to form a gaseous part and a liquid part.