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" Procédé et appareil pour le cracking des mélanges d'hydrocarbures "
Cette invention est relative à un procédé et à an appareil pour le cracking des mélanges d'hydrocarbures, plus spécialement des mélanges d'hydrocarbures provenant du pétrole et analogies.
On connaît la manière d'effectuer le cracking des produits pétrolifères et en particulier des résidus ob- tenus du pétrole, dans la distillation de la gazoline et du kérosène et dans la quelle le chauffage nécessaire, pour cette réaction est appliqué à la manière brute lors- que celle-ci est à l'état liquide ou sous forme de gaz, et l'on connait de plus, différentes combinaisons de ces cieux extrêmes. lorsque le but principal est d'obtenir une gazoline, on applique de préférence une @@ méthode dans laquelle le chauffage requis pour le cracking est appliqué à la matiè- re brute à l'état liquide.
Dans ce cas, l'application de
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pression au. liquide à traiter est essentiel, et en tous cas pendant le chauffage, qai a de préférence lieu dans des cornues tabulaires, le liquide est sous pression.
Dans certains procèdes la pression est maintenue dans. toute l'installation, y compris les appareils de cracking et de rectification, tandis que dans d'autres, la pres- sion est éliminée après que le cracking proprement dit a eu lieu., par ex. dans -de soi-disant chambres de réac- tion. La matière est ainsi toujours soumise à la pres- sion et à une température élevée pendant an temps relati- vement très long.
Avec tous les procédés connus jasqa'à présent, on rencontre la difficulté que la longue période de chaaf- fage donne lieu à la décomposition d'une partie des hy- drocarbures en gaz très volatils et en soi-disant cokesw. qui sont indésirables, parce que ceci résulte en une per- te correspondante de matières brutes et de produit final c.à.dO de la gazoline, tandis que la formation du coke donne lieu à des dérangements de l'appareil et à une di- minution de la- valear de la partie restante de la mtiè- re, le soi-disant résida, du cracking.
On a trouvé maintenant, que le chauffage prolongé de la matière est superflu, lorsque les constitaants légers sont préalablement éliminés. Ceci est basé sur l'observation que les hydrocarbures de poids moléculai- re relativement bas ne se décomposent pas aisément et nécessitent pour ce motif an chauffage prolongé dans le but d'obtenir les produits finaax désirés, tandis que les constituants plus lourds, se décomposent beaucoup plus vite.
Il en résulte, que si les constituants légers sont préalablement et asrant tout extraits, le temps de chauf- fage peut être diminué en proportion avec le degré d'ex- traction et le procédé de l'invention consiste en princi- pe dans ce que les constituants légers sont avant le
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cracking, extraits de la matière brut traiter après quoi, le produit restant est soumis à une période de chauffage relativement coarte et, si on le désire égale- ment, à une température plas basse qae d'habitude.
Avec la composition très différente des matières brates de cracking, il est très difficile d'indiquer plas oa moins exactement ce qai doit être considéré, dans an certain cas, comme constitaant léger selon la présente invention. Dans le bat de déterminer cette idée et uni- qaement à titre d'exemple on peut mentionner, qae si l'on utilise comme matière, brate de cracking'le résida du pé- trolle de Californie, dont on a enlevé par distillation primaire la gazoline et. extrait la plas grande partida kérosène à la manière habituelle, on peut considérer comme constituant léger, la fraction se troavant entre les limites de points d'ébullition de 200 C à 300 C.
Lorsqu'on désire cracker une telle matière, qui a été débarrassée de constituants légers, il n'est pas né- cessaire et il est morne indésirable, en égard aax con- sidérations ci-dessus émises d'appliquer an chauffage prolonge. Pour ce motif, si l'on travaille selon l'inven- tion, la température de la matière sera de préférence abaissée aussirapidement que possible ce qui, selon une forme particulière de l'invention, peat êtreeffectuée en disposant des soupapes de réduction de pression dans les conduits de décharge de l'appareil dans lequle la matière est chaaffée. La rédaction de la pression amène de façon comme, ane évaporation, qui à son toar, amène une chate @ de température.
De plus. les conduits de décharge ci- dessus mentionnés peuvent déboucher dans ane chambre construite de telle façon, qae la matière qai 's'y trouve couvre une surface relativement grande par rapport à son volame. De préférence, à cet effet, on atilise une chambre ,dont les dimensions horizontales sont grandes
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par rapport aux dimensions:verticales , c.à.d. une cham- bre " horizontale ".
La pression dans le réchauffeur doit être en général telle,. qu'elle maintienne la matière en agitation dans les réchauffeurs. Lorsqu'on utilise un foyer- à tubes de cons- traction bien connue, une pression d'environ 20 atm. est suffisante.
Excepté avec un court-chaufage, la température à laquelle la matière peut être chauffée dans le réchauf- feur peut être prise plus basse selon l'invention, que lorsqu'on suit les méthodes connues. Quoique ici de même, on ne peut donner des chiffres précis, il y a lieu de no- ter, dans le but d'en donner une idée, qu'en utilisant un foyer tubulaire la température à la sortie selon les pro- cédés connus va jusque vers 470 à 480 C., tandis que l'application du. procédé selon l'invention, ne nécessite qu'une température de 450 à 460 C.
Il est clair que l'invention peat être appliquée de différentes manières.
Ainsi par exemple, une matière de cracking brute peut être débarrassée des constituants légers indésirables de @ n'importe quelle manière appropriée, par ex. par distilla- tion,alors que le produit restant peut être directement ou subséquemment soumis au processus de cracking requis.
Une forme d'exécution particulièrement favorable du procédé et une installation pour son exécution, dans les- quels les constituants légers indésirables sont séparés par distillation continue, tandis que le restant de la matière brute est également soumis à un cracking continav sont décrits ci-dessous et représentés au dessin joint au présent mémoire. Il y néanmoins lieu (le remarquer expres- sément, que l'invention n'est nullement limitée à cette forme d'exécution.
L'installation schématiquement représentée par le
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dessin, comprend une pompe' 1, qui pompe la matière brute arrivant par un conduit 21, ipar une' conduite 22 pourvue d'une vanne 44, vers le sommet d'un déflegmatear 2, dans le quel la dite matière vient en contact avec les vapeurs chaudes de l'évaporateur 7. Les fractions légères de la matière brute passent conséquemment dans le déflegmateur 2 sous forme de vapeur, :pour 1 passer ensuite par un con- duit 31 allant du sommet du 1 premier déflegmateur 2, vers le fond du second déflegmateur 9 et ce, ensemble avec les vapeurs venant de l'évaporateur 7.
Les constituants lourds de la matière brute sont conduits du fond du premier dé- flegmateur 2 ou Ils se rassemblent par un conduit 23 dans un réservoir 3 et subséquemment. par un conduit 25, vers une pompe 4. Les vapeurs qui se rassemblent dans le som- met du réservoir 3 sont retournées par une conduite 24 au premier déflegmateur 2. La pompe 4 transporte les constituants lourds de la matière brute par las conduites 26, 26a vers les réchauffeurs 5, 5a dans lesquels les dits constituants sont chauffés pendant un temps très court à la température de cracking.
Ils passent ensuite les van- nes de rédaction 45, 46, et les conduits 27, 27a en passant éventuellement par le conduit 27 et un serpentin 6 via le conduit 28 dans l'évaporateur 7, dans lequel se produit une évaporation et uns distillation intensive, au moyen d'un serpentin à vapeur percé 43. Le résida est finalement conduit de l'évaporateur 7, par la conduite 39 et un réfrigérant 8, vers un réservoir d'enmagasinage.
Le serpentin 6 constitue un moyen auxiliaire pour le refroidissement rapide de la matière par évaporation et il aide par là le travail de la chambre d'évaporation.Le serpentin 6 n'est pas refroidi et est de préférence re- couvert d'une matière calorifuge quelconque de telle sor- te, que seul un refroidissement interne puisse avoir liea. Le serpentin peut être remplacé par n'importe quel
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autre dispositif ayant le même effet, par exemple un long tube droit isolé.
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L es vapeurs de l'êvaporatear 7, vont par une coin- duite 30 vers le premier déflegmatear 2, dont les consti- tuants lourds en même temps que les constituants lourds
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de la matière brute, stécoulent vers le bas comme pro- duit de condensation, dans le but d'être alors soumis au
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chaaff8ge à la manière qui sera décrite plus loin.
Les constituants légers de là matière traitée et non traitée, s'échappent au sommet da premier déflegmatear sous forme de vapeur par un conduit 31, vers la partie du fond du se- cond déflegmatear 9, au sommet duquel arrive du distillat froid cracké, par l'intermédiaire d'une pompe 10 et de la conduite 38, venant du réservoir 11 et ce, dans le but de condenser les fractions 1 cordes des vapeurs combinées de la matière traitée et de la matière fraîche.
Les va- peurs de la distillation à pression s'échappent du second
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déflegmate ur 9, par une conduite 34, vers le condensear 10, d'où le condensat s'écoula par une conduite 35 vers an récipient de distillation à pression 11, et d'où il
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est conduit par une conduite Z6, vers an endroit dclenma- gasinage appopprié. les gaz non condensés sont éliminés da. système au moyen dtane s'ortie 37, dont le réservoir 11 est pourvu. Tout comme le ;premier déflegmateur 8, le se- cond déflegmatear 9 est pourvu d'an réservoir 13, dans lequel le condensat arrive dans le but d'être transporté par une conduite 39 avec vanne 48 et une conduite 40, vers an endroit d'emmagasinage approprié, Ce condensat peat être mélangé de même avec le résida de l'évaporateur 7.
Si on le désire, une vanne 49 intercallée dans une
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condaitaide taccordement 41, peut être également ouver- te, de sorte que le condensat du second déflagmateur 9 et le résidu de l'évaporateur 7 peuvent s'écouler ensem-
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ble par un réfrigérant 8 et une conduite 20,
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Si toute la matière broie ne doit pas être convoyée
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par la pompe 1, pourlrafroidir dans le premier déflegma- teur 2, la vanne 44 de la conduite d'alimentation 22 al-
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lant vers ce délegmatear peut être en partie fermée et une vanne 47 se trouvant dans une conduite de raccorde- ment 42 des conduites d'alimentation 26 et 26a des ré- chauffeurs 5, 5a, peut être ouverte, de sorte qu'une par- tie de la matière brate peut,
sans extraction des cons-
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t3.taants légers, étire dirigée immédiatement vers les réehaafears 5, 5a et ce, si nécessaire, après avoir été préchauffée d'une manière appropriée qaeiconque.
Les @@@ échangeurs de chaleur nécessaires à cet effet, n'ont pas été pris en considération, dans, les bat de n'at- tirer l'attention que sur des particularités essentielles du procédé et de l'installation selon l'invention décrits aa présent mémoire.
Comme on l'a déjà exposé, une caractéristique de l'invention réside dans ce que, avant le cracking, on éli- mine en tout ou en partie de la matière de cracking brute, les constituants notamment la gazoline qui sont difficiles à cracker au degré désira de décomposition. De préféren- ce, ces constituants sont sépares de la matière brute et condensés ensemble avec le soi-disant distillat de près
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sion, en n'enlevant da premier àéflegmateur 2 comne con- densat, que les constitaants qui peuvent ,être aisément crackés. Les vapeurs abandonnant le premier déflegmateur
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ne contiennent aloci pas seulement da distillat de yros- sion, mais également les produits légéts en çaestien,çai à leur toar, sont séparés dans le second dé'J.egmatear 9.
Il est clair que le traitement mentionné en dernier lieu peut être effectué tout à fait séparément et qu'il n'est pas essentiel pour le procédé de l'invention. Ce qui est important soas ce rapport c'est que les consti- tuants légers et lourds décrits ici, sont recueillis sépa-
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rément - comme condensats - pour autant que les der- niers, selon l'idée sar laquelle l'invention se base, constitaent tins matière éminement appropriée poar le cracking.
Dans l'exécution du procédé selon l'invention, on a troavê qu'il était avantageax de régler la proportion du. reflux et de matière fraîche dans le réchauffeur, dans le rapport de 5 à 1.
On conduit de préférence de la vapeur dans l'évapo- ratear, dans le but de réaliser la distillation plus vi- te et aussi complètement que possible. De cette façon, on empêche la formation de coke dans l'évaporateur. La pression dans l'évaporateur est maintenue telle qu'il est requis pour le fonctionnement convenable de l'installa- tion. Une pression de 2 atm. est généralement Suffisante à cet effet et elle ne doit jamais monter au. delà de 4 atm. Il y a lieu de remarquer, qu'une rédaction de la pression à la sortie de la cornue donne l'avantage que les grands récipients, tels que les chambres d'expansion ou. de réaction, les déflegmateurs, condensateurs etc , ne sont pas utilisés sons haute pression.
Ceci rôdait non sellement la dépense de constraction, mais donne encore la sécurité dans le fonctionnement de l'installation.
On atilise de préférence dans l'évaporateur de la vapeur sèche satarée, pour obtenir le degré désiré d'éra- poration, qui requiert environ 10% de vapeur. La tempéra- tare de l'huile entrant dans l'évaporateur est d'habitude aax environs de 410 C. tandis que les vapeurs abandonnant l'évaporatenr, sont aux environs de 215 C. et le résidu aux environs de 290 C. Dans le but d'évaporer à la plus grande vitesse, l'évaporateur est rempli à an tiers ou plus.
L'évaporation est poussée de préférence aussi loin que possible mais pas plus loin que praticable dans le
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bat d'obtenir an résida qui puisse être encore aisément manié. D'une part, l'évaporation et conséquemment le re- froidissement doivent être poussés assez loin, pour que les consituants qui sont aisément crackés. c.à.d. les fractions relativement lourdes, soient effectivement dé-, composées, la formation de coke limitant cette opération d'autre par.
Ainsi, par exemple, le résidu lourd d'un caractère asphaltique est de préférence enlevé de la cir-, calât ion par les réchauffeurs, mais les fractions se trou- vant exactement au-dessous de ce résidu quand à leur point d'ébullition, leur intervalle de distillation et leur densité, et qui ne sont pas aussi aisément crackés,, constitaent une excellente matière de cracking et elles sont perdues pour la production de la gazoline, lorsqu'el- les sont enlevées avec le résida.. Une autre considéra- tion relative au réglage d'un certain degré d'évaporation qui peut servir de guide, se réfère aux résidas obtenus comme produit final lai-même. Selon l'invention, l'huile crackée peut être séparéeà la vapeur dans l'évaporateur jusqu'au point exact auquel l'on obtient un asphalte ayant les propriétés désirées.
En faisant varier légère- ment les quantités de l'alimentation la température et le traitement à la vapeur, on est en mesure de produire de l'asphalte très mou ou très dur.
Etant donné que le résida, que l'on peut obtenir se- lon l'invention ne contient que de très faibles quanti- tés de carbone libre, il constitue une excellente matière première pour l'haile combustible sans autre raffinage.
La viscosité est évidemment trop élevé pour ,ce bat, mais ceci peut être modifié par mélange avec de l'huile légère Ceci est effectua de préférence en mélangeant le résida. chaud venant de l'évaporateur avec l'huile à gaz légère provenant da reflux,