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"Perfectionnements aux procédés et aux appareils pour le traitement clos huiles lourdes contenant des hydrocarbures".
L'invention a pour objet des perfectionnements aux procédés et aux appareils destinés au traitement des hy- drocarbures lourds tels que les huiles de pétrole. Elle vise plus particulièrement un procédé et un appareil grâce auxquels on peut augmenter à la fois le rendement en hui- los légères condensabls obtenues partir des huiles lourdes et leur qualité, ce rendement et cette qualité étant très supérieurs à ceux que l'on obtenait en employant les produits et les appareils connus jusqu'ici.
Ce résultat est obtenu : d'une part, en utilisant une huile spécialement préparée, et
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d'autre part, en employant un appareil nouveau et perfectionné grâce auquel l'huile qui se trouve dans la chaudière est animée d'un mouvement très rapide et d'un tourbillonnement violent.
De la sorte, l'huile se trouve pendant toute sa circulation à l'intérieur de la chaudière dans des conditions de température, de pression, de contenance de particules solides et de taux de distil- lation de l'essence si pratiquement constantes que les variations de ces caractéristiques entre les différentes parties de la chaudière sont réduites à zéro ou à une valeur infiniment petite On évite ainsi le dépôt de car- bone et d'autres matières solides ainsi que la nécessité de fermer par le bas la chaudière, afin de pouvoir en ex- traire les dépôts qui s'accumulent dans cette partie.
L'expression employée plus haut de "zéro ou quantité infiniment petite" signifie que les conditions du liquide' qui circule dans la chaudière sont pratiquement si cons- tantes que la variation de ces conditions, si tant est qu'il y en ait une, est sans importance et pratiquement négligeable.
Les inventeurs ont trouvé que pour obtenir les meil- leurs résultats possibles du traitement sous pression de l'huile de pétrole en vue d'en extraire l'essence, il est nécessaire que l'huile parcoure son circuit dans la chaudière avec une vitesse telle qu'elle ne reçoive qu'une quantité de chaleur relativement faible durant chacun de ses passages dans la zone de chauffage mais quo, toute- fois, le temps nécessaire pour le passage de l'huile le long du restant de son circuit jusqu'à ce qu'el,le re- vienne à 1,'entrée de la zone de chauffage soit assez court pour que la perte de chaleur pendant la partie du circuit qui va de la sortie à l'entrée de cette zone ne puisse faire baisser la température de l'huile d'une manière appréciable.
Si l'on réalise cette condition de rapidité considérable de circulation, il en résulte la turbulence
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voulue de l'huile dans tout son circuit, la dispersion uniforme des particules solides et une production cons- tante d'essence quelle que soit la partie de l'appareil considéré.
Le procédé qui va être décrit maintenant permet d'ob- tenir une uniformité des conditions dans lesquelles se trouve l'huile dans toutes les parties de la chaudière, uniformité, en particulier au point de vue de la quantité d'essence produite, qui assure des résultats remarquables au point de vue de la qualité et de la quantité du produit et qu'il est impossible d'obtenir autrerrent.
Dans la mise en pratique du procédé en question, on obtient des huiles légères en partant s'hydrocarbures lourds spécialement préparés et en traitant ces derniers dans une chaudière close comprenant un cylindre pLacé horizontalement à sa partie supérieure et placé au-dessus d'une série de tubes qui viennent aboutir dans des collec. teurs transversaux placés l'un à l'avant et l'autre à l'arrière.
Les collecteurs sont reliés au cylindre par des con- duits appropriés dans l'un desquels on place un dispositif qui produit un mouvement circulatoire forcé dans le liquide.
Le procédé consiste dans un traitement continu de la ma- tière soumise au "cracking", ce traitement consistant à porter l'hydrocarbure liquide, à l'intérieur duquel se trouve un élément d'absorption finement divisé, à la température de "cracking" en chauffant extérieurement les tubes, à introduire d'une manière continue l'hydrocarbure soumis au "cracking" et à extraire simultanément les va- peurs d'hydrocarbures légers et les résidus? En même temps, on soumet l'une manière continue le liquide ob- tenu dans la chaudière à une circulation constante et ex- oessivement active.
L'un des butn de l'invention est précisément d'aug-
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mentor la vitesse de la circulation et de perfectionner les moyens qui la produisant, de qorte que la quantité to- tale d'hydrocarbures soumis au "cracking" circule rapi- dement dans la chaudière et passe à plusieurs reprises dans la zone où il est chauffé. Il reçoit ainsi successi- vement, et à de faibles intervalles de temps, de petites quantités de chaleur, d'où résulte que la totatité de ce liquide est maintenue âans des conditions sensiblement uniformes au point de vue de la température, de la pres- sion, de la dispersion desparticules solides et de la quantité d'essence produite.
Un résultat secondaire important de ce chauffage progressif et uniforme réside dans le fait que l'on ob- tient une production plus abondante que ce n'était le cas jusqu'ici, d'hydrocarbures légers, ne donnant pas lieu à des cognements clans les moteurs.
L'invention vise également clos moyens ayant pour objet d'imprimer un mouvement de rotation, parfaitement équilibré au point de vue mécanique au dispositif qui sert à faire circuler le liquide dans la chaudière. Ceci permet de réduira au minimum les vibrations ainsi que leurs conséquences nuisibles d'usure des roulements, de réparations fréquentes, de frais d'entretien élevés et d'augmentation de frais généraux résultant des périodes d'immobilisation.
Enfin, l'invention vise également le fait d'appliquer une action centrifuge aux parois du conduit vertical dans lequel est plaoé le propulseur précité.
Une autre caractéristique de l'invention consiste à produire, une action rotative de raclage sur les parois du conduit vertical dans lequel l'hélice est disposée, avant que l'effet tourbillonnaire de la force ainsi pro- duite n'ait été transformée en effet de circulation for- cée dans les tubes.
On peut, si on le désire, produire des contre-remous,
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et des effets de raclage par un changement dans le sens de circulation. Mais il est préférable d'employer une hélice tournant constamment dans le même sens en donnant à cette hélice une forme et une vitesse telles que l'on atteigne le but poursuivi.
Jusqu'à un certain point, l'augmentation de la vi- tesse et de' l'énergie du dispositif qui' met la masse
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d'huile en mouvement,f orc6, accroissement rendu nécessaire ;pour obtenir une augmentation du rendement thermique et de la qualité du produit ainsi que par les problèmes qui se sont posés en raison de l'introduction d'asorbants solides dans la chaudière, a été obtenue en faisant tout simplement tourner. plus rapidement l'hélice de modèle sim- ple. Mais ce résultatrne pouvait être obtenu qu'au prix d'une dépense excessive d'énergie et il en résultait sou- vent des vibrations exagérées.
En résumé, en se maintenant dans les limites d'appli- cation pratique, l'ancien procédé permet d'obtenir une vitesse de circulation moyenne d'environ 3 mètres à 3 m. 60 par seconde dans les tubes. Or, cette vitesse a été trouvée insuffisante pour éviter la formation d'un dépôt pelliculaire de carbone sur les parois de ces tu- bes, dépôt qui avait pour effet de diminuer le pouvoir d'échange de température et, en dernière analyse, de ra- lentir la circulation, Aussi les vitesses que l'on avait pu obtenir jusqu'ici n'ont pas permis de maintenir dans
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' ........\...-- \,t ...:tJ'V'/.' ... :'.."'r"" " .>..........if .. ". ¯ .. , ... tout le liquide placé à l'intérieur de la chaudière une dispersion constante et uniforme des particules solides en suspension.
Ces vitesses n'ont pas permis non plus d'obtenir les résultats les meilleurs qu'il soit possible d'atteindre grâce aux produits adsortifs, lorsqu'il est nécessaire d'utiliser de tels produits en quantités re- lativement considérables.
Avec le type d'hélice équilibrée qui fait l'objet de l'invention on supprime les vibrations, même aux grades vitesses, et on diminue également les pertes
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de mouvement, ce qui permet d'obtenir tous les avantages que l'on peut tirer du procédé et de l'appareil imaginés par l'inventeur.
La forme de l'hélice en question permet, ainsi qu'il résulte de certaines lois de mécanique bien connues, la ré- duction à la fois de la vitesse de rotation et du diamètre, en même temps que l'on obtient une accélération de la vi- tesse de circulation par rapport à celle que l'on obtient avec une hélice ordinaire sans jante.
Bien que l'inventeur n'entende nullement se limiter à aucun chiffre précis, il a trouvé qu'il était possible, dans les conditions précitées, d'obtenir une vitesse de circulation supérieure à 5"5 par second dans tout le fais- ceau tubulaire et c'est cette vitesse qu'il a réalisée pratiquement à l'heure actuelle. Le petit diamètre de l'hélice permet en outre de réduire d'une manière car.
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respondante le âiamètre du conduit de communication ce qui augmente d'autant le facteur de sécurité à la fois et de l'hélice elle-marne et du conduit dans lequel elle est placée. Cette circonstance est de très granfe im- portance puisqu'il s'agit, en l'espèce, de chaudiéres à haute pression.
Quoique la présente invention tende à augmenter la vitesse de circulation de l'huile, l'inventeur a trouvé néanmoins qu'une vitesse de 5 m, 5 à 6m, 1 par seconde
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suffiàa1t à empêcher tout clépôt de matières soliàes et, par suite, à maintenir constante et uniforme la disper- sion des composés solides, qu'ils soient actifs ou iner- tes, répartis dans le liquida contenu dans la chaudiére.
Le fait que, la dispersion de tous les constituants actifs reste uniforme permet d'obtenir une "rupture" régulière de la structure moléculaire des carbures lourda, Ceci s'ajoute aux avantages résultant de l'accélération de la vitesse de circulation, grâce à laquelle les molécules
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sont soumises à l'action de la chaleur pendant àes ' pépio2
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des de temps plus courtes, pour produire ce résultat que les hydrocarbures légers obtenus conservent sans altéra- tion le nombre maximum de noyaux de molécules plus lourdes de l'huile qui constitue la matière traitée. Grâce â cette circonstance, l'essence obtenue possède à un haut degré la propriété d'éviter les cognements.
On a déjà montr6 qu'il y avait avantage avoir une vitesse suffisante pour que la proportion de particules solides en suspen- sion reste constante. Cette circonstance est particuliè- rement importante dans le cas de substances adsorbantes qui nécessitent un temps appréciable pour produire leur effet maximum ou encore dans le cas où ces substances sont employées à concentration élevée. Par exemple avec certaines matières premières à haute teneur en produits bitumineUX, il est souvent nécessaire [L'employer environ 2 à 10 kilogs d'un adsorbant type tel que de la chaux éteinte pour 750 litres d'huile brute, si on désire ob- tenir les résultats les meilleurs possibles.
La disper- sion de cette grande quantité de chaux nécessite une vitesse intense de circulation, de l'ordre de gran- deur de celle qui est rendue possible par l'appareil perfectionné qui fait l'objet de l'invention.
Grâce à la propreté des tubes, due à l'accroisse.. ment de la vigueur et de l'intensité de la circula- tion, l'intensité des échanges thermiques devient ma- ximum d'où résulte une diminution correspondante de la concommation de combustible. D'autre part, en raison du fait que la vitesse de circulation est accrue, la quantité de chaleur qui est transmise à chaque kilo d'huile qui traverse la zone de chauffage est réduite au minimum à chacun de ses passages.
Les molécules du contenu de la chaudiére sont ainsi chauffées d'une ma- nière progressive et uniforme pendant un grand nombre de circuits rapidement parcourus. Par conséquent le
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"cracking" se produit dans des conditions de régularité et de douceur et ont pour effet: d'une part de réduire au mi- nimum l'altération du résidu de l'opération, et, d'autre part, d'obtenir le rendement également minimum en gaz non condensablos.
Les résultats nécessaires d'accroissement de vitesse et d'intensité de circulation sont obtenue grâce aux per- fectionnements indiqués plus haut, utilisés en combinaison avec le procédé, ces perfectionnements consistant à utili- ser une nouvelle forme d'hélice, munie d'une jante, formant volant, parfaitement équilibrée. Le poids de cette jante sera suffisant pour donner à l'hélice une inertie telle que la vitesse de rotation reste absolument régulière malgré les élévations ou les variations possibles de la charge hydraulique. La jante formant volant sera réunie au moyeu par l'intermédiaire de plusieurs pales, de préférence quatre, qui auront le pas le plus propre à obtenir l'accroissement dési ré de la vitesse de circulation.
L'hélice peut être faite en'.une seule piéce, mais alors il est nécessaire de prévoir un trou d'homme relativement grand pour la mettre en place ou la retirer. Ausai. est-il préférable de faire l'hélice en deux ou plusieurs par- ties que l'on assemble à l'intérieur de la chaudière, ce qui permet de réduire sensiblement le diamètre du trou d'hom- me nécessaire pour mettre l'hélice en place et ce qui aug- mente, par suite, d'autant le coefficient de sécurité de la chaudière.
De préférence, l'hélice est constituée par une pièce fendue tout le long du diamètre bissecteur de l'angle cons- titué par deux lames voisines. Les diverses sections sont fixées sur le moyeu au moyen d'écrous coniques de pas à droite à la partie supérieure et de pasgauche à la par- tie inférieure. Ensuite les diverses parties de la jante sont réunies par un joint rivé ou soucié, suffisamment résistant pour résister effectivement aux efforts qui se
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produisent pendant la rotation.
Comme on emploie des écrous à filetage contraires, la rotation de l'hélice dans le sens ordinaire a pour effet de bloquer les écrous. L'écrou,situé à la partie supérieure a une forme hémisphérique ou conique qui pa- rait être la meilleure pour envoyer le courant circula- toire vers les pales de l'hélice. Au contraire, l'écrou
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:Ul.rln<j.élur 101. la forme t1. 'Ull parabo1oIào pour d.1mj.nu6r la résistance.
Bien entendu ces deux formes ne sont données qu'à titre d'exemples et ne sont pas indispensables.
L'hélice est de préférence montée dans le conduit vertical postérieur et calée sur un arbre qui traverse vers le bas le cylindre supérieur horizontal de la chaudiére pour pénétrer dans le conduit vertical on question. Cet arbre est mû par un moteur placé à la partie supérieure de la chaudière. Lmmédiatement au dessus de la jante du propulseur se trouve disposée une cou- ronne annulaire fixée à la paroi interne du conduit ver- tical. Cette couronne, avec l'hélice, ses paliers, les dispositifs qui servent à claveter l'hélice sur son axe et les parois du conduit vertical qui entourent l'hélice peuvent être désignée sous le nom général de "ensemble propulseur". La face supérieure de la couronne va en s'amincissant et la face supérieure de la jante du pro- pulseur est placée au dessous et tout contre cette cou- ronne.
Ce dispositif a pour effet de diminuer les pertes et de faciliter la circulation de l'huile dans le propulseur.
Sur le dessin : La figure 1 est une coupe verticale d'un type d'ap- pareil convenable pour la mise en oeuvre du procédé.
La figure 2 représente en détail le plan de l'hélice séparée de son arbre.
La figure 3 montre, à plus grande échelle, la coupe verticale de l'hélice montée dans le conduit vertical
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postérieur et
La figure 4 est une vue partielle d'une variante du propulseur et de la partie voisine de la chaudière.
L'huile lourde à traiter est envoyée continuellement dans le tuyau d'alimentation 1 sur lequel se trouvent un robinet d'arrêt 2 et un robinet de réglage 3, grâce à une pompe 4. Cette huile arrive à l'ajustage de sortie 5 situé à la partie supérieure d'une tour 6 dans laquelle sont disposés les plateaux en chicane 6' . L'huile, dans son mouvement de descente, rencontre les vapeurs d'essence chaude résultant du "cracking" qui arrivent à la partie inférieure de la tour de la chaudière 8 par la eanali- sation 7 et qui s'élèvent en sens inverse de l'huile qui descend..
L'essence légère produite est partiellement dé- pouillée de ses produits de queue, s'échappe à la partie supérieure de la tour par le conduit 9, franchit le ro- binet de réglage de pression 10 et se rend au raffinage.
Le produit qui s'écoule à la base de la tour à chicanes re- tourne à la chaudière par le tuyau 11.,
La chaudière 8 consiste en un cylindre horizontal 12 placé au-dessus d'un faisceau de tubes 13> qui débou- chent dans des collecteurs transversaux antérieur et pos- térieur 14 et 15. Ces derniers sont reliés à leur tour au cylindre par des conduits verticaux 16 et 17. L'ensemble est chauffée par un foyer 18, à une température et à une pression convenablement déterminées de manière à obtenir dans les conditions les plus favorables possibles le mail.. leur rendement et la meilleure composition du produit ré- sultant du traitement. Pour le cas d'excès de pression) on a prévu une soupape de sureté 19.
L'huile est maintenue dans la chaudière au niveau 20 indiqué par l'indicateur de niveau 21. Cette huile s'écoule continuellement par la canalisation 23 en pas- sant par le robinet de réglage 22. La vitesse d'écou- lement (qui dépend de la qualité de l'essence que l"on
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désire obtenir, de celle du résidu de la tour de lavage et de. la vitesse d'alimentation de la chaudière) est essen- tiellement constante et sensiblement proportionnelle à la quantité ±le matière première introduite dans l'appareil.
Le liquide qui s'écoule en 23 est ultérieurement évaporé à basse pression dans d'autres appareils, afin de le trans- former en composants de plus de valeur, aprés quoi le résidu définitif est évacué sous forme de résidu lourd.
Pour permettre l'opération continue ci-dessus décrite, toute la charge de la chaudière est maintenue en circula- tion constante par l'hélice 24 calée sur l'arbre 25 qui passe dans le presse-étoupe 26 et qui est mis en mouve- ment par le moteur 27.
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T4t!, f';i.4zr,a Fa représente l'hélioe des deux composées 28 et 28'. On voit clairement le moyeu fendu 29, les pa- les 30, la jante 31 et les assemblages rivés 32 et 32'.
Dans la figure 3, on voit l'hélice montée sur l'ar- bre 25 qui se termine par une extrémité conique 33 ser- vant à l'ajustage de l'hélice. Cette dernière est mainte- nue par une clavette 34. Aux extrémités supérieure et in- férieure du moyeu 29 de l'hélice sont vissés des écrous de bloquage 35 et 36 en forme de coupelles.
Sur le dessin, les pales 30 sont représentées partie en élévation et partie en coupe transversale. Le pourtour ou jante, formant volant, est représenté en coupe trans- versale totale. Un cône ou un anneau 37, formant déflec- teur, est placé immédiatement au-dessus de la jante 31 de l'hélice et sert à réduire le frottement dû au fluide et à diminuer les pertes.
Figure 4, on a représenté une coupe transversale par- tielle d'une variante de l'hélice. Dans cette variante, les bords de la jante sont chanfreinés, ce qui permet de sup- primer l'anneau 37. Il est néanmoins préférable d'utiliser la première forme représentée figure 3 et comportant l'an- neau 37.
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L'arbre moteur de l'hélice est maintenu dans sa posi- tion voulue dans le conduit 17, au moyen d'un palier 38, L'effort dû à cette rotation est supporté par le palier de butée supérieur 39 représenté figure 1. La chaudière porte des trous d'hommes en 40 par lesquels on peut intro- duire l'hélice, de préférence en deux parties.
La partie de la chaudière qui comprend, le cylindre horizontal supérieur, les conduits verticaux, les collec- teurs transversaux et le faisceau tubulaire, a pour fonc- tion en réalité de renfermer la majeure partie de l'hui- le qui est contenue dans l'appareil et, par suite, peut être désignée sous le nom de "réservoir".
En outre, comme la totalité de l'huile contenue dans ce réservoir, est animée d'un mouvement continu, sous l'impulsion de l'hélice, à travers le cylindre horizontal, les conduits verticaux, les collecteurs transversaux et le faisceau tubulaire, de manière à accomplir un cycle fermé, il est évident que le réservoir constitue ce que l'on peut appeler une enceinte circulaire fermée.
Il doit être entendu que l'invention n'est nullement limitée aux vitesses, grandeurs et durée qui ont été in- diquées non plus qu'aux types d'appareils décrits et re- présentés.