Dans la cokéfaction classique en lit fluidisé,
la matière première carbonée est injectée dans un lit de
coke fluidisé où elle est craquée en vapeurs et coke. Les vapeurs passent à travers un cyclone vers un appareil d'épuration par fractionnement où elles sont fractionnées en gaz, naphta et produits huileux et un courant lourd qui est recyclé vers le réacteur de cokéfaction. Un courant de coke est séparé au pied du réacteur et est transféré dans un brûleur
à coke dans lequel il est injecté suffisamment d'air pour brûler une fraction du coke et chauffer suffisamment le restant pour satisfaire les besoins en chaleur du réacteur de cokéfaction lorsque le coke chaud non brûlé y est renvoyé.
La quantité nette de coke qui vient en supplément de ce qui est consommé dans le brûleur est soutirée comme coke.
Les matières premières carbonées convenant au procédé de cokéfaction comprennent des pétroles bruts lourds, des queues obtenues sous pression atmosphérique et sous vide, la poix, l'asphalte, le bitume de charbon, les sables goudronneux ou huiles de schiste, d'autres résidus hydrocarbonés lourds et leurs mélanges. Typiquement, de telles matières premières ont une densité A.P.I. d'environ 0[deg.] à
20[deg.] et une teneur en carbone Conradson d'environ 5 à 40%
en poids (concernant lé résidu de carbone Conradson, voir procédé A.S.T.M. D-180-52).
.Malheureusement, la demande du marché pour ce coke s'est révélée limitée,avec pour résultat que des tentatives ont été faites pour accroître sa valeur par un traite-ment subséquent tel qu'une calcination à haute température et un briquetage. Suivant une autre possibilité, le coke peut être converti en un gaz riche en H2 et CO lors d'une étape subséquente de traitement par réaction avec de la vapeur et un gaz oxygéné. Aucune de ces étapes subséquentes de traitement du coke ne s'est révélée économiquement attrayante pour l'utilisation générale.
En outre, lorsqu'on traite des résidus pétroliers typiques dans un cokéfacteur classique à lit fluidisé, les produits de combustion du brûleur présentent une teneur
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l'atmosphère.
Les deux problèmes précités-^ faible valeur marchande du coke obtenu et la pollution atmosphérique à
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tion en lit fluidisé qui, autrement, constitue un procédé supérieur de conversion des résidus.
Ces deux problèmes ont été surmontés grâce à un ensemble intégré gazéificateur-appareil de chauffage dans lequel l'appareil de chauffage est disposé par-dessus le gazéificateur et travaille à une température plus basse, une partie de l'oxygène destiné à brûler le coke étant introduite au pied du gazéificateur et la totalité du gaz venant du gazéificateur passant à travers l'appareil de chauffage.
La présente invention améliore un procédé antérieurement proposé dans lequel la totalité des gaz venant du gazéificateur passe à travers l'appareil de chauffage. Cependant, on a trouvé que ces gaz ne suffisent normalement pas pour apporter la totalité de la chaleur nécessaire et un supplément d'air doit être amené à l'appareil de chauffage.
La présente invention surmonte cette insuffisance soit :
(a) en faisant passer le coke du pied du gazéificateur vers l'appareil de chauffage de sorte que le coke en association avec les gaz du gazéificateur apporte la totalité de la chaleur nécessaire à l'appareil de chauffage et on évite ainsi la nécessité d'introduire un supplément d'air ou d'oxygène dans l'appareil de chauffage, soit
(b) dans une autre forme de réalisation, en faisant passer le coke du pied du gazéificateur directement dans le réacteur de cokéfaction et en éliminant le courant de coke provenant de la partie supérieure du lit du réacteur. Cette dernière forme de réalisation offre le même avantage que la première forme de réalisation en ce qu'elle permet d'accroître la cohésion du coke pour prévenir son attrition.
Ces deux formes de réalisation permettent lerenvoi éventuel de particules de coke partiellement gazéifiées vers le réacteur dans lequel du coke frais est déposé sur le coke, ce qui accroît sa cohésion et empêche son attrition et sa perte sous la forme de fines. Ceci permet également l'injection de la totalité de l'oxygène dans le lit de gazéification à température plus élevée, éliminant ainsi la possibilité de voir pénétrer de l'oxygène dans le gaz combustible, ce qui pourrait créer une situation dangereuse.
Le produit gazeux de l'appareil de chauffage est riche en H2 et en CO et il constitue un gaz d'alimentation
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via la réaction d'équilibre bien connue relative à l'eau, ou pour d'autres procédés chimiques. Il constitue également un combustible de bonne qualité. Pour la plupart des fins, les gaz nécessitent un supplément de traitement pour éliminer le soufre qui, principalement, se présente sous
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connus tels que le procédé Stretford, ainsi que pour éliminer les cendres qui se sont formées à partir du coke gazéifié. Des sous-produits de valeur, le soufre et des cendres riches en métaux, sont récupérables à partir du gaz des installations de traitement.
Ce procédé amélioré de cokéfaction en lit fluidisé peut être mis en activité pour gazéifier la totalité du coke produit dans le réacteur de cokéfaction ou on peut soutirer n'importe quelle fraction souhaitée du coke produit.
On comprendra mieux l'invention en se référant aux dessins annexés dans lesquels la figure 1 représente, sous forme schématique, une forme de réalisation de l'invention dans laquelle le coke provenant du gazéificateur est envoyé vers l'appareil de chauffage et dans lesquels la figure 2 représente une autre forme de réalisation de l'invention dans laquelle le coke provenant du gazéificateur est envoyé directement vers le réacteur et dans laquelle le courant de coke provenant de l'appareil de chauffage et allant vers le réacteur est éliminé.
Ea se référant à la figure 1, une matière carbonée ayant une teneur d'environ 15% en carbone Conradson, telle qu'un résidu lourd bouillant à 566[deg.]C +,est envoyé dans la zone de cokéfaction 1 par la conduite 2, la conduite de distribution 3 et les ajutages d'alimentation multiple représentés par les conduites 4, 5, 6, 7 et 8, sur un lit fluidisé de solides, par exemple, du coke en particules d'une taille de 40 à 1.000 microns, dont le niveau supérieur est représenté en L. Les matières premières carbonées convenant pour l'invention sont des bruts lourds ou réduits, des queues obtenues sous pression atmosphérique, des queues obtenues sous vide, une poix, un asphalte, un bitume, d'autres résidus hydrocarbonés lourds et leurs mélanges. Typiquement,
de telles matières premières ont une densité A.P.I. d'environ
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moins environ 5% en poids à environ 40% en poids, de préférence, supérieur à environ 7% en poids. Un gaz de fluidisation, par exemple, de la vapeur, est admis à la base du récipient par la conduite 9 en quantité suffisante pour obtenir des vitesses superficielles de gaz de fluidisation de l'ordre de 15,2 cm à 1,22 m/s. Du coke dont la température est de 37,8 à 149[deg.]C supérieure à la température de cokéfaction est admis dans le cokéfacteur par la conduite 10 en quantité suffisante pour entretenir une température de cokéfaction
de l'ordre de 482 à 649[deg.]C. La pression manométrique régnant dans le cokéfacteur est maintenue entre des limites d'environ 0,7 à 10,5 kg/cm<2>, de préférence entre des limites d'environ 0,7 à 7 kg/cm<2>, mieux encore, la pression manométrique ne doit pas être supérieure à 3,2 kg/cm , au mieux, elle
est comprise entre des limites d'environ 0,7 à 1,76 kg/cm<2>. La partie inférieure du cokéfacteur sert de zone de séparation pour éliminer du coke des hydrocarbures qui y sont emprisonnés. Le coke est soutiré de cette zone de séparation par la conduite 11 et il est envoyé vers l'appareil
de chauffage 12. Les produits de conversion sont envoyés vers le cyclone 13 pour éliminer des solides entraînés
qui sont renvoyés vers le cokéfacteur par l'intermédiaire
du tube plongeant 14. Les vapeurs quittent le cyclone par
la conduite 15 et elles passent dans l'appareil d'épuration/ fractionnement 16 où elles sont fractionnées en gaz qui sortent par la conduite 17, naphta qui sort par la conduite 18 et gas-oil qui sort par la conduite 19. Un courant de produits lourds est soutiré par la conduite 20, dpnt on fait circuler une fraction à travers des échangeurs de chaleur classique qui en abaissent la température et la fraction
est renvoyée vers l'épurateur, par la conduite 21, pour y accélérer l'épuration; une autre fraction est recyclée vers le cokéfacteur par la conduite 22. Une petite.quantité de particules solides et fines qui passent à travers le cyclone du réacteur est renvoyée vers le réacteur de cokéfaction avec ce courant de recyclage.
Dans l'appareil de chauffage 12, le coke soutiré du réacteur (communément appelé coke froid) est introduit par la conduite 11 vers un lit fluidisé de coke chaud dont le niveau est indiqué en L. Le lit est partiellement chauffé par du gaz combustible se déplaçant vers le haut à tra-vers le répartiteur 23 à disque et couronne et l'écran 24
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par le coke circulant par la conduite 33. Du coke chaud est soutiré du lit fluidisé pour être envoyé dans l'appareil de chauffage 12 et il est recyclé vers le cokéfacteur par la conduite 10 pour y amener de la chaleur. Une autre fraction est soutirée de l'appareil de chauffage 12 par la conduite
25 et est envoyée vers un lit de coke fluidisé dont le niveau est en L dans le gazéificateur 27. Le coke introduit dans le lit fluidisé du gazéificateur 27 est mis en contact avec de la vapeur introduite par la conduite 28 et de l'air ou de l'oxygène passant par la conduite 29. Dans le gazéificateur, la pression manométrique est entretenue à une valeur qui n'est pas supérieure à 10,5 kg/cm<2>, de préférence, qui n'est pas supérieure à environ 4,2 kg/cm , mieux encore, qui n'est pas supérieure à environ 3,2 kg/cm .
La température du lit dans le gazéificateur est entretenue à ,une valeur comprise entre des limites d'environ 760 à 1538[deg.]C, de préférence, à une valeur qui n'est pas supérieure à environ 871[deg.]C, mieux encore à une valeur comprise entre des limites d'environ 927 à 1038[deg.]C, au mieux, à une valeur comprise entre des limites d'environ 982 à 1.010[deg.]C, par préchauffage de l'air, de la vapeur, du courant d'oxygène introduits, et/ou en faisant varier le rapport de la vapeur à l'air ou à l'oxygène suivant des relations d'équilibre bien connues, dans le gazéificateur 27 où ont lieu les réactions qui suivent :
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Quand le coke est oxydé, le produit initial est un mélange de CO et de C02, comme indiqué dans l'équation
(1). A des températures de 871[deg.]C en présence d'oxygène, le
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Après épuisement de l'oxygène, le C02 réagit avec du carbone pour former du CO. Dans l'équation (3), des températures élevées favorisent le déplacement de l'équilibre vers la droite pour former du CO. Une basse pression favorise également cette réaction. Ainsi, à des températures supé-
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dans le gazéificateur l'équilibre favoriserait des rapports CO/C02 très élevés. La vapeur peut également gazéifier le coke, comme représenté par l'équation (4). Cette réaction est légèrement endothermique et lorsque de la vapeur remplace une certaine fraction de l'oxygène, la température régnant dans la zone de gazéification descend comme une quantité constante de coke est gazéifiée. Ce fait est utilisé pour régler la température régnant dans le gazéificateur. Finalement, l'eau réagit avec le CO pour donner du C02 et de l'hydrogène, comme indiqué par l'équation d'équilibre du gaz à l'eau (5). La plus grande partie du soufre présente
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proportion de COS, suivant les équations:
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Les gaz formés lors du déroulement des réactions mentionnées plus haut passent vers le haut à travers le gazéificateur -et ils entrent dans l'appareil de-chauffage en suivant la voie offerte par la partie 30, en col étroit. Les gaz quittent l'appareil de chauffage 12 à travers le cyclone 32 où toutes particules de coke entraînées sont renvoyées vers le gazéificateur. Un supplément de gaz fluidisant inerte peut être introduit dans l'appareil de chauffage par le distributeur 31. Les gaz sortent ensuite par
la sortie 34, leur composition typique est donnée comme suit quand on utilise de l'air pour la gazéification :
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Le pouvoir calorifique net, sur base des matières sèches, est de 763 kcal/Nm<3>.
Quand de l'oxygène est utilisé pour la gazéification, une composition typique des gaz est:
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Le pouvoir calorifique net, sur base des matières sèches, est de 1.993 kcal/Nm<3>.
De petites quantités de matières hydrocarbonées craquées se trouvent également présentes dans les gaz produits et accroissent le pouvoir calorifique des gaz produits. La quantité et les compositions en varient quelque peu en fonction de la matière première amenée au réacteur de cokéfaction et des conditions de réaction et de soutirage.
Le coke venant du pied du gazéificateur 27 est envoyé par la conduite 33 vers l'appareil de chauffage en un point situé juste au-dessus de la grille 24.
La conduite de remontée 33 permet de renvoyer
du coke partiellement gazéifié vers le lit supérieur se trouvant dans l'appareil de chauffage 12 et aide à régler la température de l'appareil de chauffage 12. Le coke est envoyé ensuite vers le réacteur 1 dans lequel du coke frais
se dépose dans les pores prenant naissance dans le gazéificateur. Ceci donne un supplément de cohésion aux particules et empêche leur attrition et la perte de fines dans le gaz combustible ou dans le système de récupération de produit. La conduite 34 est prévue pour soutirer des solides
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En se référant à la figure 2, on constate qu'elle est identique à la figure 1, sauf que la conduite 33 permet de prélever le coke directement au pied du gazéificateur pour le renvoyer en tête du lit du cokéfacteur 1, et que
la conduite 10 de la figure 1 est éliminée. On retire de cette forme de réalisation les mêmes avantages que ceux qu'on retire de la forme de réalisation représentée dans la figure 1.
Bien que le procédé ait été décrit relativement à la circulation de coke comme milieu fluidisé utilisé dans le procédé, il est bien entendu qu'un lit captif de particu-
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nullité, peut être utilisé dans le gazéificateur 27. Ceci peut être avantageux pour des systèmes dans lesquels des quantités notables de particules très fines (de moins d'environ 10 p.) de solides étrangers sont dégagées dans le gazéificateur en sorte que des vitesses très faibles sont nécessaires en vue d'entretenir un lit fluidisé stable. Un tel
lit captif peut aisément être fluidisé sans entraînement notable des particules du lit captif à des vitesses superficielles sensiblement plus élevées que la vitesse d'entraînement des particules fines dégagées par le coke. Un tel lit captif permet de réaliser une zone de réaction se mélangeant bien dans le gazéificateur, dans lequel le carbone peut être brûlé et les solides étrangers peuvent se dégager sans donner naissance à de graves problèmes de fluidisation. Un certain équilibre de concentration des particules fines est entretenu dans le lit du gazéificateur, donnant ainsi lieu
à une durée de séjour suffisante pour assurer une gazéification complète du carbone avant que la masse des particules