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@onsieur Jean MERCIER Perfectionnements aux procédés de synthèse des carburants, de oracking et d'hydrogénation des hydrocarbures lourds.
La présente invention a pour objet un perfectionne- ment au procédé de synthèse des hydrocarbures, remarquable, notamment, en ce qu'il consiste à chauffer d'abord un mé- lange d'oxyde de carbone et d'hydrogène, en présence de catalyseurs et à la température de 500 C environ, puis à soumettre ces gaz à une détente et un refroidissement si- multanés, brusques et intensifs, de façon à abaisser sans transition leur température jusqu'à une température compri- se entre 180 et 3000 C, et cela de nouveau en présence déjà catalyseurs.
Eventuellement, le mélange initial peut comporter éga- lement de la vapeur d'eau, ce qui, à la température de 500 donnera naissance à de l'hydrogène naissant dont la présen- ce activera la synthèse des hydrocarbures au cours de l'o- pération.
Suivant un autre perfectionnement, ce procédé est combiné avec un cycle de cracking ou dépolymérisation, par
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pyrogénation ou par tout autre procédé physique ou. chi- mique, des hydrocarbures produits et, éventuellement, d'autres hydrocarbures lourds, introduits dans le cycle.
D'autres perfectionnements résulteront de la des- cription qui va suivre.
Au. dessin annexé, donné uniquement à titre d'exemple:
La fig. 1 est un schéma du procédé de synthèse des hydrocarbures, perfectionné suivant l'invention;
La fig, 2 est un schéma montrant la combinaison du- dit procédé de synthèse avec un cycle de cracking.
Suivant l'exemple d'exécution représenté, le mélange d'oxyde de carbone et d'hydrogène, provenant par exemple d'une source indépendante de gaz à l'eau, est conduit dans la cornue 1 où a lieu la synthèse des hydrocarbures.
Cette cornue, maintenue à la température de 5000 environ, contient les catalyseurs appropriés. Ces catalyseurs peu- vent en particulier être les mêmes que ceux utilisés dans les procédés de cracking des hydrocarbures. On pourra choisir, notamment, comme catalyseur, les métaux du grou- pe du fer, en pailles ou en poudre, disposés sur des sup- ports réfractaires constitués par des oxydes tels que . alumine, chaux, magnésie, etc.; certains sulfures tels que ceux de fer, molybdène, manganèse, etc., conviennent également très bien comme catalyseurs.
Les hydrocarbures formés au lieu d'être refroidis lentement, sont, après épuration en 2, détendus brusque- ment dans le déphlegmateur 3. Celui-ci a une grande sur- face thermique de façon que les hydrocarbures se trouvent refroidis aussi brusquement que possible à une températu- re comprise entre 180 et 3000 C.
Le déphlegmateur 3 est suivi d'une colonne 4 conte- nant un catalyseur approprié tel que des métaux divisés.
Le volume total du déphlegmateur 3, et de la colonne 4 doit
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être suffisant pour laisser séjourner un certain temps les hydrocarbures et les gaz non encore complètement sta- bilisés et ébranlés par la-déphlegmation brusque.
Il y aura intérêt à introduire dans 3 et 4, en 5 par exemple, de l'hydrogène. On sait, en effet, que les tempé- ratures comprises entre 1800 et 300 sont éminement favo- rables à une hydrogénation ménagée des hydrocarbures ins- tables. il en résulte une amélioration du rendement et de la qualité du carburant produit.
Les pressions faibles favorisent la formation d'hydro- carbures synthétiques analogues à l'essence, les pressions élevées favorisant au contraire la formation dhydroxydes de carbone. La présence de métaux divisés ou autres cata- lyseurs accélère la vitesse des réactions.
Le carburant ainsi produit va au condenseur 6 d'où il s'écoule dans le florentin 7. L'essence condensée est re- oueillie en 8. Les gaz non condensés et saturés d'essence traversent de bas en haut la colonne à plateaux 9 d'où ils se rendent par le tube 10 à la chambre de dégazolinage ou
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de desejissenciement 11. Les gaz permanents en partent par le tuyau 12.
Quant aux hydrocarbures lourds liquides qui sortent du cycle, ils peuvent y être réintroduits par la canalisa- en passant tion 13, grâce à la pompe 14/par exemple par le serpentin de chauffage 15 et le cyclone évaporateur 16.
Les hydrocarbures lourds ainsi réintroduits dans le cycle subissent dans la cornue 1 le phénomène du oraoking, par pyrogénation. La température de la cornue,500 environ, et les catalyseurs qu'elle contient et qui ont été indi- qués plus haut favorisent ce cracking.
Si dans le mélange gazeux initial on ajoute de la va- peur d'eau, on produit la réaction secondaire suivante :
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00 -t R20 : 00 -< R2 . 5 calories.
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L'H naissant ainsi obtenu, favorise la production d'hy- drocarbures légers analogues à l'essence et augmente ainsi le rendement de l'opération.
En outre, la présence de cet hydrogène naissant offre encore un avantage considérable.
En effet, on sait par ailleurs que dans tous les pro- cédés de cracking des hydrocarbures lourds, il y a, simul- tanément avec la production d'essence, formation des rési- dus suivants : carbone et hydrocarbures très lourds, hy- drocarbures légers instables colorés et de mauvaise odeur, hydrocarbures gazeux riches en hydrogène. pour lutter contre le dépôt de carbone et la forma- tion de produits liquides instables, il est nécessaire d'o- pérer le cracking en présence d'hydrogène.
L'invention consiste également à combiner le procédé de synthèse ci-dessus, en partant d'un mélange d'oxyde de carbone, d'hydrogène et de vapeur d'eau, avec un pro- cédé quelconque de cracking des hydrocarbures lourds, ce qui permet non seulement de former simultanément des hy- drocarbures légers par synthèse et par cracking, mais en- core d'améliorer considérablement le rendement de l'opé- ration de Cracking par l'action très active de l'hydro- gène naissant sur les hydrocarbures en période de trans- formation moléculaire.
On remarquera en outre que la réaction produisant de l'H naissant est légèrement exothermique, comme indi- qué ci-dessus, ce qui est une circonstance favorable; de plus, elle s'effectue facilement aux températures voisi- nes de celles du cracking par pyrogénation, surtout en présence de catalyseurs qui peuvent être les mêmes que ceux employés pour le craoking et pour la synthèse des hydrocarbures.
Il suffit donc, pratiquement, d'introduire, dans la cornue d'une installation de synthèse des hydrocarbures
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ou de cracking par pyrogénation, ou des deux combinés, un mélange d'hydrogène, de vapeur d'eau et d'oxyde de carbone en proportions convenables, pour obtenir le résultat cher- ché. Les gaz, produits ainsi en présence des hydrocarbures en période de cracking, se combinent à ceux-ci, pour donner naissance à un carburant légèrement oxydé et en créant un milieu très légèrement oxydant. Le dépôt de carbone qui encrasse habituellement les appareils de cracking, se trou- ve notablement réduit, d'où la possibilité d'une marche continue et de longue durée, impossible sans cela.
Les métaux divisés ou autres catalyseurs qui accélè- rent le cracking peuvent dès lors être utilisés sans que l'on ait à craindre de les voir rapidement enrobés par un dépôt de carbone détruisant leur activité,
Il convient de noter que les meilleurs catalyseurs sont ceux qui, seuls ou en mélange, favorisent simultané- ment la formation d'hydrogène naissant, le dédoublement moléculaire des hydrocarbures, et l'hydrogénation modérée qui permet d'éviter la formation de gaz permanents. On pourra choisir ceux cités plus haut à propos de la synthèse des hydrocarbures.
La réaction précitée de l'oxyde de carbone sur la vapeur d'eau s'effectuant sans variation de volume, elle se produit aussi bien dans un procédé de cracking en pha- se liquide que dans un procédé en phase vapeur. L'hydro- génation, par contre, est favorisée par la pression.
A la figure 8 on a représenté une installation permet- tant de réaliser un cycle de cracking, perfectionné sui- vant l'invention, et combiné avec le cycle de synthèse des hydrocarbures représenté à la fig.l.
Selon cet exemple d'exécution, l'huile fraîche formée d'hydrocarbures lourds, arrivant en 17 est conduite par le tuyau 18 à la colonne à plateaux 9 de dégazolinage som- maire, d'où elle se rend par le conduit 19 à un classeur
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TtoéTSxiï-fxncextâx.
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désulfurant 20 à. métaux tels que le fer et le cuivre. Par la canalisation générale 13,1'huile gagne le mélangeur 21 d'où la pompe 14 l'envoie au. serpentin de chauffage 15.
Les produits restés liquides sant extraits par le cyclone 16, les Tapeurs se rendent à la sortie du cyclone, au bas de la cornue 1, L'hydrogénation par l'hydrogène naissant pour- ra commencer dans le serpentin 15 pour se poursuivre dans la cornue de cracking 1, Les produits résultant du cracking et de l'hydrogénation sortent, en haut de la cornue, et traversent la chambre d'épuration 2 pour absorber l'anhy- dride carbonique.
On procède ensuite, comme indiqué plus haut, à la dé- phlegmation avec abaissement brusque de température dans les chambres 3 et 4.
La marche du carburant légèrement oxydé est la même à la sortie desdites chambres que celle indiquée plus haut; de bas en haut il traverse toutefois/le classeur 20 dans lequel il ré- chauffe l'huile initiale. l'installation précédente,est complétée par un cycle de production de l'oxyde de carbone employé.
Suivant l'exemple d'exécution représenté, l'oxyde de carbone est produit par la réaction, à haute température, (800 à 1100 )de vapeur d'eau en excès sur les résidus ou sur une portion des résidus solides, liquides ou gazeux du cracking ou de la synthèse des hydrocarbures.
Dans ce but, ces résidus provenant soit du cyclone 16 sait de la cornue 1 se rassemblent dans deux capacités 23 et 24. Un robinet 26 permet d'amener ces résidus dans la conduite 12 raccordée à la chambre de desessenciement 11 et par laquelle arrivent les gaz permanents dont il a été question ci-dessus. L'excès de ces gaz- peut sortir du cycle par le conduit 22. Un épurateur 27 intercalé sur
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cette canalisation 12 permet de débarasser de leur anhydride carbonique les gaz permanents, destinés à rentrer dans le circuit au cours de la formation de l'oxyde de carbone. Cet- te formation s'effectue dans la chambre 28 dans laquelle ar- rivent . les résidus du cracking, les gaz permanents, de la vapeur d'eau introduite, en 29, dans le circuit et, le cas échéant, de l'oxygène introduit en 30.
La réaction qui se produit à la température indiquée est la suivante :
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nH20 . 0 m nCO of (m i 2n) H elle correspondra à la production d'une certaine quantité d'hydrogène qui sera utilisé pour la formation d'hydrocarbu- res par synthèse.
Le mélange gazeux, résultant de cette réaction, remplit la canalisation 31, dans laquelle on introduit en 38 un sup- plément de vapeur d'eau, de telle sorte que c'est un mélange H2O + CO + H qui peut être introduit à volonté par les tuyaux 33, 34 et 35 respectivement à l'entrée,du serpentin de chauf- fage 15 de la cornue 1 ou du déphlegmateur 3 autant que pos- sible avant refroidissement.
Naturellement l'invention n'est nullement limitée à ce mode de production de l'oxyde de carbone. Celui-ci peut être produit également par la combustion incomplète d'une partie des résidus du cracking à haute température en présence ou non, de vapeur d'eau.
Sous la condition d'assurer une combustion locale à très haute température, on paut produire l'oxyde de carbone dans la cornue même de cracking 1, en introduisant par le tuyau 36 de faibles quantités d'oxygène ou même de l'air à une température suffisamment élevée, sur des matériaux ré- fractaires poreux 37. Cette combustion de surface à très haute température, convient parfaitement.Les calories à fournir par chauffage extérieur à la cornue pour effectuer
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le cracking seront diminuées de celles apportées par les gaz et la vapeur d'eau, ou produites par la combustion locale et les diverses réactions exothermiques envisagées ci-dessus.
Naturellement l'invention n'est nullement limitée aux modes d'exécution représentés et décrits, qui n'ont été choisis qu'à titre d'exemple.
En particulier l'invention comprend également le cas dans lequel le cycle de cracking se compose uniquement d'u- ne phase de pyrogénation d'hydrocarbures lourds, suivie d'un refroidissement ou déphlegmation quelconque. Dans ce cas, l'invention consiste à effectuer ladite phase de pyro- génation en présence d'un mélange d'oxyde de carbone et de vapeur d'eau, donnant naissance à de l'hydrogène naissant dans les mêmes conditions @ indiquées ci-dessus.
REVENDICATIONS le) procédé pour la production d'hydrocarbures légers caractérisé en ce qu'il consiste d'abord à chauffer un mé- lange d'oxyde de carbone et d'hydrogène en présence de ca- talyseurs et à la température de 5000 C, puis à soumettre ces gaz à une détente et un refroidissement simultanés, brusques et intensifs de façon à abaisser sans transition leur température jusqu'à une température comprise entre 180 et 300 et cela de nouveau en présence de catalyseurs.