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Perfectionnements au cracking des hydrocarbures liquides.
Cette invention a pour objet un procédé perfection- né pour cracker ou convertir les huiles lourdes en huiles plus légères et concerne plus spécialement les procédés dans lesquels les huiles à cracker ou convertir sont chauf- fées sous pression à l'état liquide.
Il est bien connu qu'une des difficultés éprou- vées dans les procédés basés sur les principes indiqués ci-dessus réside dans le fait que la température à laquelle l'huile doit être chauffée dans la chaudière de distilla- tion tubulaire est de beaucoup supérieure à celle à la- quelle une conversion efficace s'effectue. Ceci a pour @
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but de compenser premièrement la perte de chaleur qui a lieu dans la chambre de conversion et deuxièmement.l'ab- sorption de chaleur due à la nature endothermique de la réac- tion elle-même.
Pendant le cracking, il se dépose du carbone et, en raison de ce qui précède, ce carbone est sujet à se dé- poser dans les chaudières à tubes lorsqu'on fait usage de chaudières de ce genre d'où il résulte qu'il est fréquemment nécessaire de les arrêter en vue du nettoyage.
L'inventeur a découvert que si la différence de température entre l'huile et l'appareil qui la renferme (tuy- aux ou récipients) est maintenue aussi faible que possible, de sorte que le transfert de chaleur est réalisé aussi len- tement que possible, on évite dans une très grande mesure la. formation de carbone sans que ceci diminue d'une façon appré- ciable Inefficacité du cracking.
Suivant l'invention, au lieu que l'huile a traiter soit portée à la température de cracking ou de conversion fi- nale par l'application directe d'une chaleur de combustion dans un four, cette température est obtenue par le contact indirect de l'huile avec du diphényle ou de 1'oxyde de di- phényle à l'état liquide dans -Lui échangeur de chaleur, ce diphényle ou oxyde de diphényle à l'etat liquide étant con- tenu dans un appareil à circuit, ferme auquel de la chaleur est fournie en dehors de l'échangeur de chaleur pour amener ce composé à la température requise.
Lorsque, avant son entrée dans l'échangeur de chaleur, l'huile est chauffée par Inapplication directe d'une chaleur de combustion (cornue dans une chaudière à tubes), la température à laquelle elle est ainsi chauffée est nettement inférieure à celle à laquel- le lecracking s'effectue dans une mesure appréciable, la tem-
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pérature de cracking finale n'étant atteinte que dans l'échangeur de chaleur.
Le diphényle et l'oxyde de diphényle sont tous deux des substances qui peuvent être portées à la tempéra- ture nécessaire sans se décomposer. En o. tre, ils sont iner- tes à l'égard de la matière aont sont faits les récipients qui les contiennent et leur viscosité à l'état liquide est suffisamment faible pour qu'on puisse les faire circuler à une vitesse raisonnable à travers l'échangeur de chaleur.
L'huile à cracker peut être conduite à travers une chauaière de distillation tubulaire au type usuel dans la- quelle elle est portce à une température nettement inférieure à celle à laquelle un cracking appréciable s'effec,tue, par exemple à 390-400 C. dans le cas d'huile à gaz. Dans ces con- ditions, la chaudière restera exempte de carbone et il ne sera pas nécessaire de maintenir une vitesse excessivement élevée de l'huile à travers elle. L'huile passe alors dans une cham- bre, qui est de preference entouree par un espace d'air annu- laire lui-même entouré par un calorifuge convenable, dans le but de réduire au minimum les pertes de chaleur par rayon- nement ou convection.
Cette chambre renferme un serpentin ou autre échan- geur de chaleur à l'intérieur duquel circule à l'état liqui- de soit,et de préférence, de l'oxyde de diphényle, soit du diphényle. L'oxyde de diphényle est lui-même chauffé sous pression, soit dans une chaudière tubulaire distincte, soit dans la partie la plus chaude de la même chaudière de dis- tillation que celle dans laquelle l'huile est chauffée et ce, à une température ae 20 à 50 C. superieure à celle à laquelle le cracking a lieu. Ainsi, dans le cas d'huile à gaz pour la.- quelle 435 C constitueraient une température de cracking
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économique, on 'chaufferait l'oxyde de diphényle à 460 C environ.
Une pompe de circulation propre à assurer Une cir- culation rapide de l'oxyde de diphényle à travers l'appa- reil échangeur de chaleur est installée sur le côté d'admis- sion de la chaudière, c'est-à-dire à l'extrémité la plus froide de l'appareil à oxyde de diphényle. On maintient la pression à 42 kg.environ par centimètre carré dans l'appareil à huile et à 31,5 kg.environ par centimètre carré dans l'ap- pareil à oxyde de diphényle, cette dernière pression étant celle qui est nécessaire pour empêcher la formation de vapeur à la température règnant dans cet appareil.
Dans les conditions susmentionnées, le cracking n'a lieu que dans la chambre renfermant l'échangeur de chaleur à oxyde de diphényle et le carbone susceptible de se former est pratiquement limité à cet endroit.
A titre de variante, au lieu de faire usage d'une chaudière de distillation tubulaire pour chauffer l'huile à une température quelque peu inférieure à celle à laquelle le cracking a lieu, on peut emprunter toute la chaleur fournie à l'huile à l'appareil à oxyde de diphényle. Dans ce cas, l'oxyde de diphényle est chauffé dans une chaudière tubula.i- re à la même température environ que précédemment, soit 460 C.
Il abandonne à l'appareil à huile, dans la chambre de crac- king principale ou échangeur de chaleur, une quantité de cha- leur suffisante pour élever la température de l'huile comme précédemment de 400 à 435 C environ. L'oxyde de diphényle quitte alors cette chambre et peut, soit revenir directement à travers une pompe de circulation à la chaudière, en vue de son réchauffage, soit passer à.
travers un autre échangeur de chaleur ou une série'.de dispositifs de ce genre dans les- quels il abandonne une nouvelle quantité de sa chaleur à
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l'huile, leditcomposé se mouvant toujours en contre-courant par rapport au mouvement de l'huile dans l'appareil à l'hui- le, de sorte qu'il rencontre finalement l'huile nouvelle froide au point où il quitte l'appareil à huile pour reve- nir alors à travers une pompe de circulation à lachaudière tubulaire en vue de son réchauffage.
Les echangeurs de chaleur peuvent affecter l'une quelconque des forces usuelles (tuyaux doubles, etc...).
Comme résultat au mode de travail suivant l'inven- tion, il y a lieu de noter que, comme on n'a jamais de cha- leur à transférer d'un loyer ou four à un liquide dans des conditions dans lesquelles l'intérieur du tuyau est sujet à se revêtir d'un dépôt de carbone, il est possible de maintenir des différences de température plus petites et le nettoyage de l'installation est considérablement diminué,, ce nettoya- ge étant limite au point de cette installation où l'huile est chauffée à la température de cracking et où le cracking a lieu.
En doublant cette partie de l'installation de façon qu'on puisse mettre en service une unité de rechange pendant qu'on en nettoie uneautre, il devient possible de mainte- nir un fonctionnement pratiquement continu.
Dans les dessins annexés dont chacune des figures représente la disposition générale d'une installation agen- cée pour réaliser le présent prodédé:
Figs. 1 et 2 représentent des dispositions dans lesquelles l'huile est chauffée préalablement dans une chau- dière à tubes, puis portée à la température finale requi- se dans un échangeur de chaleur.
Fig. 5 représente une disposition dans laquelle l'huile n'est pas soumise à un chauffage préalable dans une chaudière à tubes avant d'être admise à l'échangeur de cha-
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leur dans lequel l'appareil à oxyde de diphènyle ou à diphényle lui fournit de la chaleur pour l'amener à la température de traitement requise.
En fig. l, A est le réservoir d'alimentation d'hui- le dont l'huile passe à la pompe à huile froide B. C est une chaudière de distillation tubulaire dans la partie la plus froide D de laquelle l'huile est chauffée et dans la partie la plus chaude E de laquelle le diphényle ou oxyde @ de diphényle est chauffé. Dans un but de brièveté, le terme "diphényle" sera employé ci-après pour désigner à la fois l'oxyde de diphényle et le diphényle. F désigne un échangeur de chaleur à haute pression dans lequel l'huile reçoit de la chaleur par son contact indirect avec le diphényle.
G est une chambre d'expansion, H un déflogmateur, 1 un sé- parateur de gaz, K un échangeur de chaleur à basse pression, M et N des réfrigérants, 0 un réservoir de mélange, P une pompe à huile chaude, Q un récipient d'huile combustible et R un récipient collecteur d'huile légère ou d'essence. Dans l'appareil fermé dans lequel circule le diphényle, S est la pompe de circulation rotative et T un récipient collecteur de diphényle dont le rôle est de permettre la dilatation et compléter le volume nécessaire; U est un réfrigérant, B est une pompe de complément servant en même temps à refroidir le presse-étoupe de l'arbre actionnant la. pompe de circulation S; et W est une soupape de sûreté.
Dans cet appareil fermé, le diphényle est maintenu continuellement en circulation par la pompe S, étant porté à la température requise dans la partie la plus chaude E de la. chaudière de distillation tubulaire, passant ensuite à travers 1'échangeur de chaleur F dans lequel il abandonne une partis de sa chaleur à l'hui- le préalablement chauffée et porte celle-ci à la températu- @
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re de cracking ou de conversion désirée et revenant fina- lement à la pompe S pour être réchauffé aans la chaudiè- re C et circuler d@ nouveau à travers l'échangeur de cha- leur F.
Comme l'oxyde de diphényle est solide au-dessous de
28 C environ, il -est recommandable de muni d'une enveloppe de vapeur toutes les parties du circuit où ce composé se- rait susceptible de se refroidir au-dessous de cette tempé- rature.
Comme la pompe de circulation rotative S peut travailler à une température elevée, il est désirable' de mu- nir l'arbre qui l'actionne d'un presse-étoupe réfrigérant. Ce presse-étoupe est ue préference refroidi par une circulation (assurée par la pompe V) de diphényle à une température de 50 C environ et sous une pression un peu plus élevée que celle règnant dans l'appareil à diphényle, de sorte que les fuites susceptibles ' @e se produire à travers la pompe S sont composées de diphényle froid allant du presse-étoupe vers l'intérieur.
Dans l'appareil de circulation d'huile, l'huile du réservoir d'alimentation A est refoulée par la pompe à huile froide B à travers l'echangeur de chaleur à basse pres- sion K, puis à travers le serpencin X (disposé dans le dé- flegmateur H) et arrive au réservoir de mélange 0. Par un règlage convenable des obturateurs a et b, on peut faire en sorte qu'une partie ou la totalité de l'huile passe direc- teillent de la pompe B par le serpentin X sans traverser l'é- changeur de chaleur K.
L'huile sortant du réservoir de mé- la ge 0 est refouléepar la pompe P du dispositif de chauf- fage D dans lequel elle n'est portée qu'à une température inférieure à celle à laquelle il se produit un degré appré- ciable de cracking, par exemple à une température n'excédant
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pas 390-400 C dans le cas djhuile à gaz. A sa sortie du dispositif de chauffage D, l'huile traverse alors l'échangeur de chaleur F dans lequel elle est portée par son contact indirect avec le diphényle à la température de cracking ou de conversion, soit 435 C environ.
L'échangeur de chaleur F est relié par l'intermédiaire d'un détendeur c (réglé pour fonctionner au maximum de pression désiré pour la conversion ou le cracking) à une chambre d'expansion G qui est elle- même reliée par un tuyau g au déflegmateur ou colonne de rectification H. Les gaz et les huiles légères s'échappant du sommet du déflegmateur H sont conduite par le tuyau h au réfrigérant M et, de là, au séparateur de gaz I d'où les huiles légères sont transférées au récipient collecteur R, tandis que les gaz sont évacués par un tuyau i pour être utilisés de la façon désirée.
Les huiles lourdes condensées dans la chambre d'expansion G passent par le tuyau k à l'échangeur de chaleur K à leur sortie duquel elles se ren- dent à travers l'appareil réfrigérant N au récipient collec- teur d'huile combustible Q. Par un réglage convenable des obturateurs d et e, toute fraction désirée de l'huile lour- de quittant le réfrigérant N peut être ramenée au réservoir d'alimentation A pour être remise en circulation. Les hui- les qui s'accumulent au fond du déflegmateur sont transfé- rées par un tuyau 1 au réservoir de mélange 0 dans lequel elles se mélangent avec l'huile fraîche préalablement chauf- fée comme précédemment décrit.
Dans l'installation de fig. 2, l'appareil de cir- culation de diphényle est exactement le même que celui.dé- crit au sujet de fig.l. Dans l'appareil de circulation d'hui- le de fig.2, l'huile est refoulée par la pompe B du réser- voir d'alimentation A au réservoir de mélange 0, d'où elle
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est refoulée par une pompe à haute pression Z à travers un échangeur do chaleur à busse pression K1 au dispositif de chauffage D. En réglant convenablement les obturateurs m, n, on peut faire en sorte que toute fraction désirée de l'hui- le passe dans des serpentins X1, X disposés dans le déflegma- teur H avant de traverser l'échangeur de chaleur K.
A sa sortie du dispositif de chauffage D, l'huile traverse l'é- changeur de chaleur à haute pression F, la chambre d'expansion G, le déflegmateur H, le réfrigérant M et le séparateur de gaz 1, comme décrit au sujet de fig. 1. Les huiles lourdes qui se condensent dans la chambre d'expansion G passent toutefois directement à travers le réfrigérant Ni et, de là, au réci- pient collecteur d'huile combustible Q, ou bien, par un réglage convenable des obturateurs d1, el, f1, toute frac- tion désirée de l'huile lourde sortant du réfrigérant Nl peut êtreramenée au réservoir de mélange 0 pour être remi- se en circulation, Les huiles qui s'accumulent au fond du deflegmateur H en sont retirées par un tuyau 1 1 et,
après avoir circulé à travers l'échangeur de chaleur K1, passent, soitdirectement, soit par l'intermédiaire du réfrigèrent L, au réservoir de m lange 0 ou au récipient collecteur d'hui- le combustible Q.
Dans l'installation de fig. 3, le diphényle est chauffé dans la chaudière de distillation tubulaire E1, pas- se alorsà travers .Les échangeurs de chaleur à haute pression Fi et Fil , dans lesquels il chauffe l'huile par son con- tact indirect avec elle a la température de cracking ou de conversion requise et revient finalement de l'échangeur de chaleur Fil à la pompe S pour être réchauffé dans la chau- dière tubulaire etcirculer de nouveau dans les échangeurs de chaleur Fl, Fil. On voit ainsi que l'appareil de circula-
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tion de diphényle est généralement analogue à celui précé- demment décrit au sujet des figs. 1 et 2.
Dans l'appareil de circulation d'huile de fig.
3, l'huile arrivant d'un réservoir d'alimentation (non re- présenté) est refoulée par la pompe B à travers un échangeur de chaleur K11,d'où elle passe à travers les échangeurs de chaleur à haute pression Fll,Fl dans lesquels elle est chauf- fée à la température de conversion requise par son contact indirect avec le diphényle qui traverse ces échangeurs dans le sens opposé. L'échangeur Fl est relié par l'intermédiai- re d'un détendeur C1 au déflegmateur ou colonne de rectifica- tion Hl.
Les gaz et les huiles légères s'échappant du sommet de ce déflegmateur se rendant par le tuyau h au réfrigérant M et, de là, au séparateur de gaz 1, d'où les huiles légè- res sont transférées au récipient collecteur R, tandis que les gaz s'échappent par un tuyau i. D'un niveau du déflegmateur situé à une hauteur convenable au-dessus de l'extrémité in- férieure, les condensats sont retirés par un tuyau k1 et passent, de là, dans l'échangeur de chaleur K11 à leur sor- tie duquel ils se rendent par le réfrigérant N au réservoir 01 dont l'huile peut être retirée et renvoyée à travers l'appareil de circulation d'huile., en vue d'un nouveau trai- tement.
Les huiles lourdes retirées de la partie inférieure du déflegmateur sont conduites par un tuyau K11 auxréfrigé- rants N et, de là, au réservoir à huile combustible ou rési- du Q.