Procédé pour la dissociation (cracking) des huiles minérales. La présente invention se rapporte à un procédé pour la, dissociation (cracking) des huiles minérales pour en obtenir un produit formé d'hydrocarbures à points d'ébullition inférieurs. Ce procédé présente la particula rité qu'on vaporise les huiles minérales à une température et à une pression qui ne changent pas sensiblement l'état moléculaire original des hydrocarbures et que les vapeurs dévelop pées sont soumises à une pression élevée dlans un espace de compression séparé de l'espace de vaporisation et sont amenées ensuite à se détendre soudainement, grâce à quoi leur état moléculaire est changé et elles sont transfor mées en hydrocarbures à point d'ébullition inférieur.
Avantageusement la température et la pression employées dans l'espace de vapori sation sont réglées indépendamment de la température et de la pression employées dans l'espace de compression, et les va peurs passant de l'espace de vaporisa tion à l'espace de compression peuvent être surchauffées, soit avant leur compression, ou pendant leur compression, ou au moins préalablement à leur détente, Il peut convenir d'injecter vapeur d'eau dans le fluide en traitement, avant la compression des vapeurs, soit dans les huiles minérales pendant leur vaporisation ou dans les vapeurs déjà développées de celles-ci.
Une série d'essais ont été faits sur du kérosène vaporisé par chauffage de celui-ci à des températures allant de 160' C à 300 C et sur des hydrocarbures -de pétrole bruts, lourds, ,lu type mexicain; vaporisés pa.r chauf fage à des températures allant de<B>90'</B> C à 415' C.
Les premiers vapeurs développées étaient comprimées jusqu'à 33 atmosphères environ dans un compresseur avec chauffage externe jusqu'à<B>550'</B> C et soumises à une détente sou daine après :la compression. On a pu constater dans -ces essais qu'en opérant à une pression de 33 atmosphères environ, on pouvait obtenir un plus grand rendement et un produit plus raffiné qu'en opérant, par exemple, à *une pression de 14 .atmosphères.
On a également observé que la vitesse .de la compression en trait en ligne de compte comme facteur im portant et que les meilleurs résultats étaient obtenus aux vitesses de compression plus élevées, Le dessin ci-joint représente, à titre d'exemple, le schéma d'une installation pou vant servir à la mise en #uvre du nouveau procédé.
L'installation représentée comporte une chaudière tubulaire à vapeur 8, d'une puis sance de 50 HP pour engendrer de la vapeur d'eau, reliée à une machine à vapeur 16, au serpentin à vapeur 3 d'un surchauffeur 2 et à la chemise extérieure d'un compresseur 5 actionné par la machine à vapeur 16. Le sur- chauffeur 2 comporte non seulement le ser pentin à vapeur 3 servant à surchauffer la vapeur d'eau venant de la chaudière, mais aussi un serpentin 4 destiné au surchauffage des vapeurs d'hydrocarbure venant de l'ap pareil de vaporisation.
Le surchauffeur 2 est pourvu de brûleurs 25 reliés par un tuyau 26 à une source d'ali mentation clé combustible et pouvant être ali menté d'un jet de vapeur par le tuyau 15 partant du serpentin 3.
L'installation comporte, de plus, l'appa reil de vaporisation 1, par exemple du type cylindrique, qui peut présenter un volume total d'environ 500 litres et est pourvu de dispositifs de réglage de la température et de la pression. Dans cet appareil débouche un tuyau à vapeur d'eau 10.
Le compresseur 5 est également muni de dispositifs de réglage de la température et de la pression et est de préférence du typa à cy lindres à trois étages; il comporte une chemise extérieure pour des buts de chauffage et de refroidissement afin de le maintenir à la tem pérature de travail nécessaire au bon traite ment. Sa capacité est, par exemple, de 3 litres par tour d'arbre et il marche, par exemple, à raison de 110 tours par minute. Le compres seur 5 est relié par un tuyau à vapeurs 20 à l'entrée 18 d'un réservoir de détente 17 par l'intermédiaire d'une soupape deréduction de de pression 19, du type à aiguille ou à expansion, laquelle peut être réglée de façon à déterminer la limite maximum de la pression pendant la période de compression.
La soupape 19 s'ouvre automatiquement lorsque la pression dépasse cette limite et permet alors aux va- peurs comprimées d'être déchargées dans le réservoir de détente 17, où elles se détendent soudainement. Ce dernier est formé d'un cy lindre en acier d'un volume total de 110 litres environ.
L'installation possède encore un refroidis seur 21 du type à serpentin enroulé formé d'un tube d'une longueur de 9 mètres à peu près et d'un diamètre de 30 mm. Ce refroi disseur se relie à un réservoir récepteur ou collecteur 23 d'une capa cité de 1000 litres et capable clé résister à des pressïons Jusqu'à 20 atmosphères.
L'appareil de vaporisation 1 est pourvu de brûleurs 12 reliés par un tuyau 13 à une source d'alimentation de combustible et reliés aussi par le tuyau à vapeur 15 au serpentin à vapeur d'eau 3 du surchauffeur 2, ces brû leurs servant à chauffer la capacité -chargée :de l'huile minérale à traiter. L'appareil de vaporisation est pourvu de deux tuyaux à va peurs :d'hydrocarbure 6, 7 munis de robinets et partant de l'espace de vaporisation de l'appareil. Le tuyau 6 relie l'appareil de vaporisation :directement au compres seur 5 -du<B>côté</B> de l'orifice d'admission sur le cylindre à basse pression pour conduire les vapeurs d'hydrocarbures de l'appareil :de vaporisation au compresseur 5.
Le tuyau 7 conduit les vapeurs d'hydrocar bures :de l'appareil de vaporisation par le ser pentin -de surchauffagp des vapeurs 4 et de là au tuyau 6 auquel il se relie entre le ro binet 6' et l'orifice d'admission du compres seur 5. Pour réduire au minimum la chute de température entre l'appareil<B>de</B> vaporisation et le compresseur et entre le surchauffeur et le ieempresseur, les tuyaux 6, 7 peuvent être isolés nu point clé vue thermique ou être pour vus de -chemises à alimentation en vapeur sur chauffée ou à. tout autre :chauffage approprié.
Le serpentin à vapeur :d'eau 3 est relié au générateur de vapeur d'eau 8 et fournit de la vapeur d'eau surchauffée à l'appareil de va porisation par le tuyau à vapeur 10.
Comme dit plus haut, le compresseur 5 est pourvu !d'une chemise pour des buts de chauffage, de refroidissement et d'isolement thermique et l'orifice d'entrée de cette chemise est relié au tuyau à vapeur principal 9 par un tuyau à robinet de réglage 11 et au ser pentin à vapeur 3 par le tuyau à robinet de réglage 15.
De la vapeur d'eau surchauffée passe du serpentin surchauffeur de vapeur d'eau 3par le tuyau 15 pour se rendre à la chemise du compresseur 5 et pour chauffer extérieure ment ce dernier préalablement à la vaporisa tion dle l'huile minérale à traiter.
Le tuyau à vapeurs d'hydrocarbures 20 entre le compresseur 5 et le réservoir de dé tente 17 peut être isolé au point de vue ther mique ou être pourvu d'une chemise à vapeur ou êtrechauffé autrement afin d'éviter le plus possible des pertes de chaleur des vapeurs d'hydrocarbures comprimées. Le réservoir de détente 17 est pourvu d'un tube indicateur mesureur permettant de s'orienter sur les con ditions existant à l'intérieur du réservoir et notamment sur la, quantité des vapeurs liqué fiées dans celui-ci.
Pour la mise en marche de l'installation, l'huile minérale à traiter est introduite dans l'appareil de vaporisation 1. La pression de la vapeur est élevée dans la chaudière 8 à environ 7 atmosphères et les brûleurs du sur- chauffeur 2 sont réglés de façon à surchauf fer la vapeur à une température jusqu'à 550 C. La vapeur d'eau surchauffée du ser pentin 3 est alors conduite du tuyau 15 par la chemise du compresseur pour chauffer celui-ci préalablement à l'extérieur à environ la même température. Les brûleurs 12 de l'ap pareil de vaporisation 1 sont alors allumés et la température de la masse liquide dans celui- ci est élevée jusqu'à ce que des vapeurs en soient dégagées.
Quand les vapeurs commencent ainsi à être dégagées, le compresseur 5 est mis en marche et les vapeurs sont amenées de l'ap pareil de vaporisation dans le serpentin 4 à vapeurs d'hydrocarbures du surchauffeur 2 et de ce serpentin les vapeurs sont aspirées dans le compresseur, et chaque charge de va peurs est séparément comprimée par l'appli cation immédiate d'une pression intense et expulsée ensuite dle la zone de pression pour se détendre soudainement. Le dégagement des vapeurs peut se continuer jusqu'à un abaisse ment de pression dans l'appareil de vaporisa tion qui indique que le travail opératoire touche à sa fin. L'intensité dé la pression pendant la période de compression est réglée suivant les besoins et elle peut varier dans de larges limites.
Les vapeurs sont amenées à se détendre, soit à la pression atmosphérique, ou à peu près, soit seulement à une pression considérable ment inférieure à la pression de compression. Les résultats les plus satisfaisants ont été ob tenus par détente soudaine des vapeurs à la pression atmosphérique, mais de bons résul tats ont été également réalisés en faisant dé tendre lesdites vapeurs à des pressions allant de 1,6 kg à 8 kg par centimètre carré.
Quand les vapeurs passant par le sur- chauffeur amènent suffisamment de chaleur pour maintenir le compresseur à la tempéra ture opératoire suffisante, l'arrivée de vapeur surchauffée à lachemise du compresseur peut être interceptée. Quand la température de l'huile minérale dans l'appareil de vaporisa tion -atteint le point d'ébullition des éléments à point :d'ébullition iplus élevé, les vapeurs peuvent être conduites .-directement dé l'ap pareil<B>-de</B> vaporisation au compresseur.
Au lieu d'employer le serpentin surchauf- feur -les vapeurs 4, la. température -du com presseur pourra être élevée par la vapeur d'eau surchauffée à un degré qui permette à toutes les vapeurs dégagées passant :directe ment de l'.appareil -de vaporisation à la zone. de pression :d'être chauffées dans le compres seur à un.degré favorable pour la. dissociation (cracking).
On peut employer tout moyen quelconque convenable pour maintenir la. chaleur de-l'ap- pareil de vaporisation, du surchauffeur et du compresseur à la température opératoire ap propriée.
La température -de la. masse liquide dans l'appareil @de vaporisation est -de préférence réglée @de manière ,à maintenir un dégagement continu -des vapeurs avec un degré minimum d'altération de l'état moléculaire original et la capacité du compresseur sera proportionnée par rapport à l'appareil de vaporisation de manière à en retirer la totalité des vapeurs dé gagées et à y maintenir la pression de vapo risation d e préférence à la pression atmosphé rique ou à peu près à celle-ci.
Une pression baisse dans l'appareil de vaporisation facilite le dégagement rapide des vapeurs; elle per met que la vaporisation s'effectue à des tem pératures relativement basses et elle élimine les risques dangereux qui pourraient résulter de la présence de pressions élevées dans la zone de vaporisation.
Quand la température de l'hydrocarbure liquide dans l'appareil de vaporisation atteint 200 C, de la vapeurd'eau surchauffée pourra être introduite dans les vapeurs dégagées et le mélange de vapeurs d'hydrocarbure et de vapeur d'eau, ainsi formé, pourra, être trans féré par le serpentin surchauffeur des vapeurs au compresseur<B>5,</B> dont la vitesse est réglée (le façon à imposer des efforts de pression sou dains aux vapeurs et à les comprimer par choc violent.
Du compresseur, un flux pratiquement constant de vapeurs comprimées est maintenu par la soupape à aiguille 19 dans la direction du réservoir de détente 17, on la pression est relâchée et où les vapeurs sont amenées à se détendre soudainement. La détente soudaine dles vapeurs provoque une chute de tempéra ture et la liquéfaction de presque toutes les vapeurs. Pour la condensation des vapeurs qui n'ont pas été liquéfiées dans le réservoir de détente 17, l'orifice de sortie de celui-ci est relié au refroidisseur à serpentin 21 qui se décharge dans<B>le</B> réservoir collecteur 23 on toutes les vapeurs liquéfiées sont recueillies. La diffé rence de pression entre le réservoir de détente et le réservoir collecteur permet le flux non entravé des produits liquéfiés vers ce dernier.
De cette façon, tous les produits sauf quel ques vapeurs incondensables et des gaz per- manents, qui peuvent aussi être recueillis et utilisés, seront rassemblés dans le réservoir collecteur 23 sous forme de liquides de points d'ébullition et de poids spécifiques différents par rapport à l'huile minérale en traitement.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'emploi de l'installation qui vient d'être décrite, mais le procédé pourra être mis en exécution avec toute autre installation ap propriée.
Process for the dissociation (cracking) of mineral oils. The present invention relates to a process for the dissociation (cracking) of mineral oils to obtain a product formed from hydrocarbons with lower boiling points. This process has the peculiarity that mineral oils are vaporized at a temperature and pressure which does not substantially change the original molecular state of the hydrocarbons and that the vapors developed are subjected to high pressure in a separate compression space. vaporization space and are then caused to relax suddenly, whereby their molecular state is changed and they are transformed into lower boiling point hydrocarbons.
Advantageously, the temperature and the pressure used in the vaporization space are regulated independently of the temperature and the pressure used in the compression space, and the values passing from the vaporization space to the compression space may be overheated, either before their compression, or during their compression, or at least prior to their expansion, It may be appropriate to inject water vapor into the fluid under treatment, before the compression of the vapors, or in mineral oils during their vaporization or in the vapors already developed thereof.
A series of tests were carried out on kerosene vaporized by heating it to temperatures ranging from 160 ° C. to 300 ° C. and on crude, heavy petroleum hydrocarbons, the Mexican type; vaporized by heating at temperatures ranging from <B> 90 '</B> C to 415' C.
The first vapors developed were compressed to around 33 atmospheres in a compressor with external heating up to <B> 550 '</B> C and subjected to a sudden expansion afterwards: compression. It was found in these tests that by operating at a pressure of about 33 atmospheres, a greater yield and a more refined product could be obtained than by operating, for example, at a pressure of 14 atmospheres.
It was also observed that the speed of the line compression is an important factor and that the best results are obtained at the higher compression speeds. The attached drawing shows, by way of example, the diagram. an installation that can be used to implement the new process.
The installation shown comprises a tubular steam boiler 8, with a power of 50 HP to generate water vapor, connected to a steam engine 16, to the steam coil 3 of a superheater 2 and to the outer jacket of a compressor 5 operated by the steam engine 16. The superheater 2 includes not only the steam coil 3 serving to superheat the water vapor coming from the boiler, but also a coil 4 intended for the superheating hydrocarbon vapors coming from the vaporizer.
The superheater 2 is provided with burners 25 connected by a pipe 26 to a key fuel supply source and able to be supplied with a jet of steam by the pipe 15 starting from the coil 3.
The installation further comprises the vaporization apparatus 1, for example of the cylindrical type, which may have a total volume of approximately 500 liters and is provided with temperature and pressure adjustment devices. In this device opens a water vapor pipe 10.
The compressor 5 is also provided with temperature and pressure adjustment devices and is preferably of the three-stage cylinder type; it has an outer jacket for heating and cooling purposes in order to maintain it at the working temperature necessary for good treatment. Its capacity is, for example, 3 liters per shaft revolution and it operates, for example, at 110 revolutions per minute. The compressor 5 is connected by a vapor pipe 20 to the inlet 18 of an expansion tank 17 via a pressure reduction valve 19, of the needle or expansion type, which can be adjusted. so as to determine the maximum limit of the pressure during the compression period.
The valve 19 opens automatically when the pressure exceeds this limit and then allows the compressed vapors to be discharged into the expansion tank 17, where they suddenly relax. The latter is formed from a steel cylinder with a total volume of approximately 110 liters.
The installation also has a cooler 21 of the coiled coil type formed from a tube approximately 9 meters long and 30 mm in diameter. This cooler is connected to a receiving or collector tank 23 with a capacity of 1000 liters and capable of withstanding pressures up to 20 atmospheres.
The vaporization apparatus 1 is provided with burners 12 connected by a pipe 13 to a fuel supply source and also connected by the steam pipe 15 to the water vapor coil 3 of the superheater 2, these burners serving to heating -charged capacity: mineral oil to be treated. The vaporization device is provided with two steam pipes: hydrocarbon 6, 7 fitted with taps and leaving from the vaporization space of the device. Pipe 6 connects the vaporization apparatus: directly to compressor 5 - from the <B> side </B> of the inlet port on the low pressure cylinder to conduct the hydrocarbon vapors from the apparatus: vaporization to the compressor 5.
Pipe 7 conducts the hydrocarbon vapors: from the vaporization apparatus through the vapor superheating ser pentin 4 and from there to pipe 6 to which it connects between valve 6 'and the inlet port compressor 5. To minimize the temperature drop between the vaporizer and the compressor and between the superheater and the compressor, the pipes 6, 7 can be thermally insulated. or be for seen from -shirts with steam supply over heated or. any other: appropriate heating.
The steam: water coil 3 is connected to the steam generator 8 and supplies superheated steam to the steam generator through the steam pipe 10.
As said above, the compressor 5 is provided with a jacket for heating, cooling and thermal insulation purposes and the inlet of this jacket is connected to the main steam pipe 9 by a pipe with a hose. regulating valve 11 and to the steam pump 3 via the regulating valve hose 15.
Superheated water vapor passes from the water vapor superheater coil 3 through the pipe 15 to reach the jacket of the compressor 5 and to heat the latter externally prior to the vaporization of the mineral oil to be treated.
The hydrocarbon vapor pipe 20 between the compressor 5 and the expansion tank 17 can be thermally insulated or provided with a vapor jacket or be heated otherwise in order to avoid as much as possible losses of gas. heat from compressed hydrocarbon vapors. The expansion tank 17 is provided with a measuring indicator tube making it possible to orient itself on the conditions existing inside the tank and in particular on the quantity of the liquified vapors fiated therein.
To start the installation, the mineral oil to be treated is introduced into the vaporization device 1. The vapor pressure is high in the boiler 8 to approximately 7 atmospheres and the burners of the superheater 2 are adjusted so as to superheat the steam to a temperature of up to 550 C. The superheated water vapor of the ser pentin 3 is then led from the pipe 15 by the jacket of the compressor to heat the latter beforehand outside to approximately the same temperature. The burners 12 of the vaporization apparatus 1 are then ignited and the temperature of the liquid mass therein is high until vapors are released therefrom.
When the vapors thus begin to be released, the compressor 5 is started and the vapors are brought from the vaporization device into the hydrocarbon vapor coil 4 of the superheater 2 and from this coil the vapors are drawn into the vaporiser. compressor, and each load of vapors is separately compressed by the immediate application of intense pressure and then expelled from the pressure zone to suddenly relax. The release of vapors may continue until a drop in pressure in the vaporization apparatus which indicates that the operative work is nearing its end. The intensity of the pressure during the compression period is adjusted as required and can vary within wide limits.
The vapors are allowed to expand, either at atmospheric pressure, or thereabouts, or only at a pressure considerably below the compression pressure. The most satisfactory results have been obtained by sudden expansion of the vapors to atmospheric pressure, but good results have also been obtained by expanding said vapors to pressures ranging from 1.6 kg to 8 kg per square centimeter.
When the vapors passing through the superheater provide sufficient heat to maintain the compressor at sufficient operating temperature, the flow of superheated steam through the compressor may be intercepted. When the temperature of the mineral oil in the vaporizer -reaches the boiling point of the higher-boiling elements, the vapors can be conducted. -Directly from the device <B> - of </B> vaporization to the compressor.
Instead of using the superheating coil -the vapors 4, the. the temperature of the compressor may be raised by the superheated water vapor to a degree which allows all the vapors given off to pass: directly from the vaporization apparatus to the zone. of pressure: to be heated in the compressor to a degree favorable to the. dissociation (cracking).
Any suitable means can be employed to maintain the. heat from the vaporizer, superheater and compressor to the appropriate operating temperature.
The temperature -of the. liquid mass in the vaporization apparatus is -preferably controlled in such a way as to maintain a continuous release of vapors with a minimum degree of alteration from the original molecular state and the capacity of the compressor will be proportional to the 'vaporization apparatus so as to remove all of the vapors given off and to maintain the vaporization pressure therein preferably at atmospheric pressure or thereabouts thereof.
Lower pressure in the vaporizer facilitates rapid release of vapors; it allows the vaporization to take place at relatively low temperatures and it eliminates the dangerous risks which could result from the presence of high pressures in the vaporization zone.
When the temperature of the liquid hydrocarbon in the vaporization apparatus reaches 200 C, superheated water vapor can be introduced into the vapors given off and the mixture of hydrocarbon vapor and water vapor, thus formed, can be introduced. , be transferred by the vapor superheater coil to the compressor <B> 5, </B> whose speed is regulated (the way to impose sudden pressure forces on the vapors and to compress them by violent shock.
From the compressor, a substantially constant flow of compressed vapors is maintained by the needle valve 19 in the direction of the expansion tank 17, where the pressure is released and where the vapors are allowed to suddenly expand. The sudden expansion of the vapors causes a drop in temperature and the liquefaction of almost all the vapors. For the condensation of vapors which have not been liquefied in the expansion tank 17, the outlet of the latter is connected to the coil cooler 21 which discharges into <B> the </B> collecting tank 23 on all liquefied vapors are collected. The pressure difference between the expansion tank and the collecting tank allows the unimpeded flow of liquefied products to the latter.
In this way, all the products except a few non-condensable vapors and permanent gases, which can also be collected and used, will be collected in the collecting tank 23 as liquids of different boiling points and specific weights. with mineral oil in treatment.
Of course, the invention is not limited to the use of the installation which has just been described, but the method can be carried out with any other suitable installation.