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"Prooédé et appareil d'hydrogénagion"
La présente invention se rapporte à la production d'huiles de pétrole légères à partir d'huiles lourdes, et notamment d'essence minérale à partir d'huiles lour- des telles que les mazouts et d'autres fractions dont on a chassé l'essence par distillation, et l'invention a pour objets principaux de réaliser des perfectionne- ments dans.
l'hydrogénation et la dissociation (cracking) de ces huiles, suivant lesquels on procède par une opération continue pour laquelle l'huile mise en oeuvre est introduite dans le circuit et on n'en recueille rien d'autre que des huiles légères du type essence et quelques gaz légers, cette opération s'effectuant à des températures et sous des pressions relativement modérées afin de réduire le coût de l'installation et d'éviter le danger des hautes pressions dans un appareillage
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renfermant des huiles et des gaz très inflammables.
Un autre,objet réside dans la réalisation d'un procédé assez souple pour qu'il admette des variationsdans la qualité de l'huile mise en oeuvre ainsi que, ou bien, dans celle des produits légers qu'on veut en tirer, Dtautres objets résident encore dans ltappareil, son agencement général, sa subdivision et dans la construc- tion particulière de certains de ses éléments nécessai- res pour ba mise en oeuvre efficace du procédé, D'autres objets et particularités de l'invention seront mis en lumière par la description suivante et.
dans les dessins y annexés,,
Avant de décrire les dessins, il convient de remar- quer que, dans le procédé bien connu consistant à dis- socier les huiles de pétrole pour augmenter le rendement en essence, il existe plusieurs variantes telles que le le système par charges, le système à passage unique et le système cyclique, dont les noms indiquent la nature de l'opération exécutée, et aussi qu'on a in- troduit des agents d'hydrogénation dans ces systèmes, mais comme la décomposition pyrogénée est exactement l'inverse de l'hydrogénation, il semble qu'il n'y a eu aucune combinaison scientifique de l'une et l'antre et, autant qu'on le sache, il y a toujours eu un excès de "cracking" dans les procédés mis en oeuvre, ce qui nécessitait une élimination continue de carbone et d'huiles dégradées,
faute de quoi l'appareillage ne tardait pas à être saturé de déchets et il fallait arrêer l'opération.
Cependant, l'hydrogénation a fait l'objet dtune attention plus grande de la part du chimiste en pétro- les, et l'on a réalisé, en vue de transformer par hydrogénation les huiles lourdes en produits plus légers tels que le gas-oil, des appareils dont on dit qu'ils peu.vent avoir un rendement volumétrique voisin de 100 %
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avec peu de résidus oarbonés ou goudronneux; mais l'opé- ration s'effectue sous des pressions si formidables (quelques centaines de kilogrammes par cm2 et à des températures si élevées (à peu près 500 C) que le prix de revient de l'appareil et le danger de son em- ploi sont extrêmes.
De plus, l'application d'une pres- sion et d'une température aussi élevées à un résidu de distillatiod ne transforme pas la totalité de celui- ci en produits du type essence :nais en élève la qua- lité, en majeure partie, jusqu'au type dit gas-oil, avec de 5 à 35 % d'essence et quelques gaz résiduels ou fixes, le pourcentage de produits du type gas-oil va- riant suivant la nature de la charge et les conditions d'hydrogénation.
Le gas-cil produit par ces installa- tions est en général transféré dans une installation de cracking ordinaire pour obtenir une nouvelle pro- duotion d'essence conformément à la pratique courante*
Après avoir longuement expérimenté divers pro- cédés de décomposition pyrogénée et d'hydrogénation des fractions du pétrole, on a découvert ce qu'on peut appeler le principe fondamental de l'hydrogéna- tion à effectuer pour obtenir le rendement maximum en produits du type essence avec le minimum de produits dégénérés, principe qui semble être passé inaperçu jusqu'à ce jour.
La raison en est qu'à cause de la complexité di pétrole ou des huiles résiduelles de sa distillation employées comme charge dans ces procédés, et du fait que ces huiles embrassent une longue série s'huydrocarbures saturés présentant chacun une tempéra- ture de dissociation différente pour une pression donnée, et du fait aussi que l'hydrogénation ne peut être exécutée sur un hydrocarbure saturé dans cet état et qu'au contraire il faut en déranger l'état d'équi- libre, par exemple par cracking, aant que l'hydrocar-
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bure saturé considéré puisse être amené à fixer davan- tage d'hydrogène, il s'ensuit que pas une pression ou température n'est capable, en présence d'un excès d'hydrogène, d'hydrogéner la série tout entière, si longtemps quton le fasse agir,
et qu'une chaleur appli- q-aée, quelle qu'elle soit, sera trop chaude pour cer- taines fractions, avec ce résultat que des gaz légers et des produits dégénérés seront formés, tandis qu'elle sera en même temps insuffisante pour les fractions plus lourdes. La raison en est aussi que si la chaleur est suffisante pour dissocier les fractions lourdes de ma- nière que l'hydrogénation prisse se produire ensuite, elle sera si excessive pour les fractions légères que celles-ci donneront naissance à une trop grande quanti- té de gaz légers, compliquant ainsi grandement la ré- cupération ultérieure.
A la différence des procédés antérieurs, le pré- sent tient compte des faits précitée et comprend le traitement continu de l'huile dans un système fermé par ce qu'on pourrait appeler "hydrogénation manipula- toirett avec nombreux changements ascendants et descen- dants et de température et de pression, et en phase tant liquide que gazeuse, de manière à présenter et représenter chaque fraction de pétrole à l'hydrogène naissant dans les zones précises de température, de pression et de phase de l'échelle thermométrique ascen- dante et descendante où cette fraction se combine le mieux avec lui, les liquides,
vapeurs et gaz étant constamment remis en présence cependant que l'élément temps des réactions est maintenu de façon que la reps- sion nécessaire soit extrêment faible ou largement à la portée du matériel ordinaire pour le traitement du pétrole. Enfin l'appareil est peu. coûteux, de longue durée et le danger de son emploi est relative- ment négaligeable.
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Suivant le présent procédé, l'huile de charge est préalablement chauffée et introduite en même temps que des gaz hydrogénants à des températures extrêmement élevées dans des cornues de réaction à diverses tempé- ratures; on soutire successivement une partie des va- peurs hydrogénées; on élimine le soufre présent et l'on injecte les vapeurs et l'huile traitée dans la cornue de réaction suivante ;
on fait passer les vapeurs pro- venant de la dernière cornue de réaction dans un reoti- ficateur; on dissocie une partie de l'huile boueuse résiduelle provenant de la dernière cornue en gaz com- prenant de l'hydrogène libre et destinêsà être immédia- tement réinjectés dans le système en divers points et dans des conditions de températures diverses pour réaliser la réaction d'hydrogénation, et on remet les huiles lourdes plusieurs fois en circulation..,
L'huile refluant du rectificateur est divisée et soumise à. l'hydrogénation sous pressions positives et négatives, puis à une nouvelle rectification;
les huiles de reflux et résiduelles provenant de la phase vapeur sont remises en circulation dans des cycles plus courts à l'intérieur du cycle principal à phase liquide; les vapeurs d'essence finales sont condensées et séparées de l'eau de condensation pour former le seul produit liquide du système, tandis que le mélange de gaz rela- tivement fixes ou seulement les produits restants sont envoyés à une destination quelconque ou bien, s'ils sont encore richesen hydrogène libre, on peut les introduire à nouveau dans le système pour les réutili- ser.
Le procédé eut être qualifié de volumétrique à 100 % bien que la réalisation de ce rendement dépende de la nature du produit constituant la charge et de la mise en oeuvre convenable de la technique du procédé, Le produit liquide du procédé est de l'essence commer- ciale ou un carburant comprenant la zone des points
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d'ébullition de ltessence, comprise entre 34 et 218 C et, bien que généralement le couleur jaune ou foncée, elle est exempte de soufre et peut être ultérieurement clarifiée de manière connue si on le désire.
Considérant les dessins, la fig.l est un plan schématique ou plan de circulation montrant l'agence- ment général de tous les éléments d'appareillage im- portants pour le procédé d'hydrogénation à basse pres- sion suivant l'invention.
La fige 2 est une coupe verticale de la première unité d'une série de cornues de réaction montrant l'hy- drogénateur initial et le dôme à gaz.
La fig. 3 est une coupe agrandie de la pompe d'homogénéisation.
La fig. 4 est une coupe agrandie de l'un des ra- cloirs à bouts avec poche à gaz.,
La fig. 5 est une vue de bout de la fige 4.
La fig. 6 est une vue analogue à la fig. 2 mais montrant la seconde cornue de réaction avec sa chambre d'hydrogénation et son dôme à gaz, le corps de la cornue étant représenté en plein,
La fig. 7 est une coupe de la cornue suivant la ligne 7-7 de la fig. 6.
La fig. 8 est une coupe verticale de l'un des élé- ments de désulfuration des vapeurs utilisées en Divers points du système, et ,nontre son dispositif per:nutateur à robinets conjugués permettant de brancher un appareil similaire,
En détail et considérant particulièrement le plan de circulation suivant la fig. 1, l'installation com- prend un ensemble coordonné d'éléments d'appareillage comprenant un nombre quelqonque de cornues de réaction successives B1, B2, B3. ou bien des chaudières dispo- odes horizontalement et précédées chacune par une cham- bre d'hydrogénation A1, A2, A3, chaque cornue étant en
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outre munie d'un dôme à gaz C1. C2, C3.
A la suite de la dernière cornue et sur la sortie des vapeurs se trouve un rectificateur-hydrogénateur
D et, sur la sortie du liquide, une chambre de disso- ciation F, des désulfurateurs E1, E2 E3 étant prévus entre les cornues ainsi qu'entre la dernière cornue et le rectificateur-hydrogénateur. Tels dont les prin- cipaux éléments d'appareillage pour la phase liquide du traitement, à part les tuyauteries, pompes, serpen- tins réchauffeurs, la commande de pression et l'alimen- tation de vapeur d'eau dont il sera question plus tard.
Après avoir traversé l'appareil précité, l'huile lourde décantée de F est remise en circulation par les diverses cornues , tandis que l'huile de reflux prove- nant de D est divisée et passée à travers des serpen- tins chauffants I, P et de là respectivement à travers des éléments à plasse vapeur positif et négatif, le pre- mier comprenant la chaudière à vaporisation instanta- née J, le désulfurateur E4, le serpentin chauffant LL, les déshydrogénateurs Ll ou 12, le serpentin refroidis- seur suivi de l'hydrogénateur L3, enfin l'hydrogéna- teur-rectificateur M;
quant au second, il comprend la chaudière à vaporisation instantanée Q, le désulfura- teur E5, le serpentin réchauffeur R, les déshydrogéna- teurs S1 ou S2 suivis par le serpentin refroidisseur SS et l'hydrogenateur S3, etenfin l'hydrogénateur-reo- tifioateur T, L'huile de reflux provenant de M et de T est ramenée à travers les éléments à phase vapeur précités, celle provenant du traitement à pression positive à travers le traitement . pression négative et inversement. Les vapeurs de D, M et T sont envoyées dans un condenseur ordinaire où s'opère la condensa- tion en essence et la séparation des gaz fixes et de lteau.
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On trouvera ci-après une liste complète (à part les détails de la tuyauterie) des éléments de l'appa- reillage avec leur désignation alphabétique et les noms descriptifs utilisés ici.
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d l, 2, 3, Chambre d'hydrogénation B 1, 2, 3, Cornue de réaction C 1, 2, 3, Dôme à gaz
EMI8.2
D - Hydrog.nateur-rEctificateur E 1 à 5 Désulfurateur F - Chambre de dissociation G - Echangeur de chaleur
EMI8.3
H - Serpentin réohaaffeur I - Serpentin chauffant J - Chaudière à vaporisation instantanée - Serpentin refroidisseur LL - Serpentin chauffant L 1,2 Déshydrogénateur (phase vapeur.1 L 3, Hydrogénateur ( phase vapeur) ].il - Hydrogéna,teur-reotificateur N - Condenseur d'essence 0 - Condenseur d'essence P - Serpentin chauffant Q- Chaudière à vaporisation instantanée R - Serpentin réchauffeur S 1, 2,
Déshydrogénateur (phase vapeur) S 3. Hydrogénateur (phase vapeur) SS - Serpentin refroidisseur
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T - xyàrogénateur-rectifiaateur U - Condenseur d'essence V - Pompe à vide W compresseur de gaz X - Tour de réfrigération des gaz
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y - Cuve scoumi.latrioe
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Z 1 à 10, Pompes diverses
Numéros 1 à 72, Pièces des éléments ci-dessus et tuyauterie de l'ensemble de l'ins- tallation,
Comme la plupart des éléments d'appareillage pré- cités sont de construction bien connue ou pauvent pré- senter de grandes différences tout en fonctionnant de manière à mettre le procédé en oeuvre , on ne décrira complètement ici que les cornues principales de réac- tion,
qui sont toutes semblables à l'exception de l'in- têrieur des chambres d'hydrogénation,
Les corps 1 des cornues sont montée sur des foyers 2 distincts à chauffage indépendant et déversant les gaz brûlés dans un carneau horizontal commun 3 aboutis- sant à une cheminée non figurée, et, chaque cornue est surmontée d'un dôme à gaz C ouvert à l'espace intérieur de la cornue à travers la paroi supérieure de celle-ci, ce dôme étant constitué par un cylindre vertical creux 4 présentant à mi-hauteur un tuyau d'évacuation 5 ;
le corps de la cornue est également surmonté d'un cylindre plus grand 6 disposé verticalement et formant le corps de l'hydrogénateur A dans la partie supérieure (A1 dans le cas du premier) duquel pénètrent plusieurs tuyaux 7, 8,9 et 10 tandis que de la partie inférieure part un tuyau 11 aboutissant à l'extrémité extérieure de ce qu'on peut appeler un tube homogénéiseur 12 traver- sant la partie supérieure de la cornue depuis l'extré- mité arrière jusqu'à un point voisin de l'extrémité avant où ilest bouché et muni d'une ouverture 13 di- rigêe vers le bas et destinée à déverser son contenu dans la cornue.
Dans l'extrémité dtarrivée de ce tube homogénéi- seur est logé l'organe actif 14 d'une pompe à vis tournant à gr@nde vitesse (1800 t./m.) dont l'arbre 15 traverse une botte à étoupe 16 et est en prise di-
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recte avecun moteur 17 convenablement supporté. Lors- que les huiles traitées exigent une température extrê- mement élevée à l'intérieur des cornues, les tubes homogënéiseurs peuvent demeurer à l'extérieur des cor- nues et prennent plutôt la forme de tuyères mélangeu- ses à grande vitesse pulvérisant l'huile dans les cornues.
Dans la partie inférieure du corps de cornue est disposé un agitateur qui peut prendre la forme 'dune chaîne transporteuse sans fin 18 passant autour de pi- gnons 19, 20 calés sur des arbres 21, 22, la chaîne étant munie de racloirs 23 épousant le fond incurvé de la cornue comme le montre la fig. 5. Chaque raoloir forme une chambre de captation des gaz 24 en forme de godet ouvert vers le bas seulement quand les racloirs balayent le bas de la cornue lorsque le transporteur est en action.
L'arbre 21 du transporteur est entraîne par un train conique 25 à l'aide d'un arbre court 26 traver- sant une bote à étoupe 27 à l'extrémité avant de la cornue et muni d'une roue de commande 28, de préféren- ce une roue hélicoïdale ou autre mécanisme réducteur., entraînée à son tour par un moteur 29 ou autre sour- ce de puissance,
Au lieu de l'agitateur mécanique à racloirs repré- senté a,ux dessins, l'agitateur peut prendre la forme de jets multiples de vapeur dirigés à travers la par- tie inférieure de la cornue:
de manière à produire un violent tourbillonnement et un refoulement de l'huile,
A l'extrémité arrière de la cornue est prévu un couvercle de trou-d'homme 30 amovible au-dessous du- quel, près du. fond de la cornue, est un tuyau, d'évacua- tion de liquide 37.' disposé pour recevoir l'huile lourde et les boues draguées par le transporteur, ce tuyau
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contenant une vis de pompage 32 tournant à grande vi- tasse (1800 t,/m,) dont l'arbre traverse une botte à étoupe 35 située à l'extrémité du tube et aboutit à un moteur de commande 34, tandis que le coté inférieur du tuyau.
31 se prolonge par un tuyau plus étroit 35 des- tiné à conduire l'huile lourde en vue d'un traitement ultérieur.
Les cornues B2 et B3 sont de la même construction que la cornue Bl, sauf que l'agencement intérieur des chambres d'hydrogénation C1, C2 et C3 diffère de celui de la chambre C1 comme on le voit d'après la fige. 6 où le tuyau 5 provenant du dôme à gaz @ de la cornue précédente pénètre par le haut pour diriger sa charge de vapeurs vers le bas à travers des tamis successifs 36 destinés à contenir une couche de matière catalyti- que telle que de l'oxyde de nickel, qu'on peut renou- veler suivant les besoins par des portes 37; au-dessous de chaque tamis est un serpentin 38 chauffé par de la va- peur surchauffée arrivant par un tuyau 39 et ramenée à sa source, non figurée, par un tuyau 40;
en d'autres cas, les serpentins 38 peuvent être refroidis relati- vement aux vapeurs en y faisant circuler de la vapeur saturée amenée par des dérivations convenables en 39', des robinets appropriés étant prévus.
Dans chaque tuyau, à vapeurs 5 est intercalé un dispositif désulfurateur constitué généralement par une paire de récipients 41 munis intérieurement chacun d'une série de tamis espacés 42 destinés à supporter une couche de ma tière épuratrioe ou désulfratrice telle que de l'oxyde de cuivre, à travers laquelle on fait passer les vapeurs pour précipiter le soufre ou les autres impuretés, dont certaines peuvent être vi- dangées en bas par le tuyau 43.
Afin dassurer une circulation ininterrompue des
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vapeurs tout en permettant le renouvellement de la matière purifiant lesgaz et de chasser tout précipité, par exemple au moyen de vapeur arrivant par le tuyau 44, on a prévu des désulfurateurs jumelés, comme il est indiqué en 41, 41t, tous deux munis de tuyaux dtarri- vée 45 et d'évacuation 46 dérivant de la conduite 5 et commandés par deux robinets à trois voies 47, 48 conjugués par bielle en 49 en vue de leur manoeuvre simultanée,de manière que la manoeuvre du levier -nette instantanément l'un des désulfurateurs en circuit et l'autre hors circuit.
L'ensemble de ce dispositif de tuyaux et de robinets à trois voies a été décrit en détail, tel qu'il est représenté ici, à propos d'autres éléments d'appareillage jumelés du schéma de circulation suivant la fig. 1. et ce dispositif ou tout autre équi- valent peut être avantageusement appliqué à des cor- nues ou autres éléments de manière à permettre les ré- parations sans interrompre la continuité de l'opération.
Considérant le schéma de circulation, les éléments essentiels de l'appareillage et certaines des conduites sont désignés par les lettres ou chiffres déjà indi- qués, et la direction de l'écoulement des liquides et gaz dans les divers tuyaux est indiquée par des flèches, et il doit être entendu que cette représentation n'a d'autre but que de montrer plus clairement comment s'o- père la circulation, la réalisation matérielle du dis- positif pouvant prendre des for,nes diverses suivant le terrain et le matériel dont on dispose, les considéra- tions économiques ainsi que les précautions contre l'in- cendie, On suppose aussi que tous les éléments sont convenablement chauffés ou calorifugés en vue de con- server la chaleur là où c'est important, et que les divers serpentins chauffants ou réchauffants sont dis- posés,
là où c'est possible, de manière à utiliser de
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la chaleur perdue, par exemple en les plaçant à l'inté- rieur ou auprès des carneaux, et aussi que les tuyaux sont tous munis de robinets ou de soupapes de retenue là où o'est nécessaire, que des soupapes de sûreté sont prévues là où il le faut, de même que des appa- reils de mesure et de commande de température et de niveau, et que les diverses pompes de manutention des liquides sont précédées de cuves à flotteur comme il est indiquée Ceci posé et dans l'hypothèse où l'ins- tallation se trouve chaude et vient d'être purgée au moyen de vapeur à haute pression et l'opération étant supposée en cours, on va maintenant considérer le passage de l'huile,.
des vapeurs et des gaz par toutes les phases du procédé
Si l'huile introduite dans l'installation par le tuyau 7 est un résidu de distillation provenant direc- tement d'une cornue tubulaire, sa température sera évidemment très élevée mais ei elle est moins élevée que 250 à 300 0, on l'amène d'abord à cette tempéra- ture en la faisant passer à travers un nombre quel- conque d'échangeurs de chaleur tels que G, placés en des points du système où une chute de température est nécessaire pour une certaine phase du procédé;
au be- soin, on peut également la faire circuler dans des serpentins chauffants placés dans les carneaux d'échap- pement, Cette huile est refoulée par la pompe z10 et pénètre dans la première chambre d'hydrogénation A1, au sortir du tpyau 7, où elle rencontre d'autre huile amenée chaude et partiellement décarbonisée par le tuyau 8, ainsi qu'un jet montant d'hydrogène ou d'un gaz hydrogénant provenant du tuyau 9 et, dans certains cas, une certaine quantité de vapeur surchauffée au voisinage de 7650 Cet provenant d'un tuyau 10 dirigé vers le bas
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Le gaz hydrogénant du tuyau 9 est un produit de la chambre de dissociation F, comme il sera montré plus loin, et il se compose d'un mélange de gaz surchauffés,
en majeure partie d'hydrogène qui vient d'être mis en liberté par la vapeur surchauffée, la température de ces gaz étant d'environ 7650 C.
Le mélange touillant de gaz et dthuiles est refou- lé vers le bas et à travers le tuyau 11 pour être happé par la pompe à vis rapide 14 située dans le tube homo- généiseur 12 et qui le. baratte violemment en une émul- sion de gaz et d'huile sur toute la longueur du tube 1Z; au cours de ce passage le mélange à'échauffe quel- que peu etil est déversépar l'ouverture 13 dans la chambre de la cornue où se produit une détente;
le liquide est maintenu approximativement au niveau 51, de sorte que la course supérieure des godets à gaz 24 du transporteur entraîne du gaz dans l'huile située au- dessous, en même temps qu'ils captent d'autresgaz for- més dans le liquide tandis que la couche d'huile lour- de et de carbone précipité est entraînée le long de la paroi chaude de la cornue vers l'extrémité arrière et refoulée par la pompe à vis 31 et le tuyau 35 dans la cornue suivante, ou plutôt dans la chambre d'hydro- génation (A2) surmontant la cornue suivante.
Les cornues de réaction successives sont chauffées à des températures de plus en plus hautes, la première entre 300 et 360 C, la seconde entre 360 et 410 C. la troisième entre 410 et 470 0, quoique les paliers soient modifiés proportionnellement si l'on emploie un nombre de cornues plus ou moins grand.
La pression dans les cornues est maintenue au voisinage de 6,3 kgs.cm2,
Dans la seconde chambre d'hydrogénation et celles qui la suivent,: l'huile lourde provenant de la cornue précédente pénètre près du bas au sortir du tuyau 35,
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comme le montre particulièrement la fig. 6, tandis que tous les gaz et vapeurs provenant de la oornue précé- dente passent de son dôme à gaz C par le tuyau 5 pour entrer dans le sommet de la chambre d'hydrogénation suivante (A2) où ils descendent à travers les tamis de catalyseur pour amorcer et accélérer la réaction d'hydrogénation à l'effet de transformer les fractions lourdes de la série d'hydrocarbures en fractions légè- res du même groupe.
Les serpentins à vapeur saturée 36 sont disposés pour donner environ 7600 C à l'entrée des vapeurs, et des zones successives à température décroissant jusqu'à 5200 C ou moins,, vers le bas, de sorte que lesvapeurs sont tout d'abord légèrement dissociées par la chaleur excessive, puis fixent de l'hydrogène à mesure que la température s'abaisse tan- dis que les vapeurs et les gaz descendent.
Continuant à être refoulées vers le bas, les vapeurs sont forcées de se mélanger avecl'huile prove nant du tuyau 35 dé- rivant de la cornue précédente et de pénétrer par le tuyau 11 dans la pompe d'homogénéisation suivante où elles sont à nouveau violemment agitées sur toute la longueur du tube homogénêiseur puis détendues dans la cornue de réaction suivante où l'huile et le gaz sont à nouveau séparés par gravité, les gaz contenant de l'hydrogène étant ici encore maintenus en contact avec l'huile par les godets du transporteur à mesure qutelle prélève davantage de chaleur au bas de la cornue
Le tuyau d'évacuation 5 partant du dôme à gaz 0 forme un espace supérieur formant poche à gaz pour l'ac- cumulation de l'hydrogène;
cet espace ne tarde pas à être surchargé, de sorte qu'un courant réglé dthydro- gène s'enfuit avec les autres gaz et vapeurs et passe dans la chambre d'hydrogénation suivante. L'objet de cesdômes à gaz ou poches à hydrogène est de mettre obstacle au passage trop libre de l'hydrogène à travers
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le système et 'l'obliger l'hydrogène et la vapeur d'hui- 'le à revenir sans cesse au contact l'un de l'autre et à se mélanger au.tant que possible et à des températures diverses. Cette même action est favorise par les go- dets à hydrogène 24 portés par les chaînes transporteu- ses au bas des cornues Lorsqu'on utilise de tels agita- teurs mécaniques.
Les va.peurs sont dêsulfurées à certains stades de leur cheminement par les désulfurateurs E ainsi qu'il a été dit et arrivent finalement à l'hydrogénateur-rec- tificateur D, cylindre en forme de tour dans lequel elles s'élèvent à travers des poches à hydrogène et de la matière catalytique telle que de l'oxyde de nickel tandis qu'elles sont soumises à des chutes successives de température depuis 390 C jusqu'à 1300 au sommet de l'appareil, régies par des serpentins à vapeur 52 diversement chauffés en vue d'un complément d'hydrogé- nation, et qu'elles balayent des surfaces d'échange de chaleur de façon que les vapeurs d'essence soient parfaitement rectifiées avant de s'échapper du tuyau 53 dans un condensateur d'essence 0,
un régulateur au- tomatique de pression de gaz 54 étant intercalé dans la conduite pour maintenir la pression de régime au voisi- nage de 6,3 kgs./cm2 dans l'appareil précédent, In dé- pendamment de l'hydrogène libre contenu dans les va- peurs admises dans la partie inférieure de l'hydrogé- nateur-rectificateur D, un supplément dhydrogène ou de gaz en contenant peut avantageusement être admis dans la partie supérieure de cet appareil en vue de réagir directement avec les vapeurs à leur température la plus basse.Comme l'agencement de cet hydrogénateur- rectificateur peut varier considérablement tout en fonctionnant ainsi qu'il a été dit, une description détaillée serait ici déplacés.
Grâce à des tuyaux 52 amenant de la vapeur à des
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températures diverses dans des serpentins étagés les uns sur les autres dans l'appareil, il est possible d'obtenir diverses zones de température dans l'hyro- génateur-rectificateur, de sorte qu'on peut appliquer successivement aux vapeurs et gaz de la vapeur d'eau à diverses températures, ou bien les refroidir par des serpentins à vapeur saturée à l'effet d'hydrogéner certains des hydrocarbures non saturés qui s'hydrogè- nent à des températures plus basses que ceux-qui sont partiellement saturés, par exemple la benzine dont la température d'hydrogénation optimum est environ 195 C.
La réaction approximative à cette température est la suivante:
C6H5 - 3H2 = C6H12 - 39.300 caloories ; cette réaction est poussée encore plus loin dans un excès d'hydrogène en présence du catalyseur, jusqu'à ce qu'une autre molécule d'H2 soit fixée pour former 6 il 14 .. d'hydrocarbure complètement saturé de la série essence;
toutefois, si l'on désire obtenir l'effet in- verse, c'est-à-dire davantage d'équivalent benzol ou des propriétés anti-déto mantes, on peut élever la tem- pérature jusque près de 580 C pour laquelle la forma- tion de la série benzol est favroisée
L'huile de reflux qui tombe au bas de l'hydrogé- nateur-rectifioateur D est refoulée par une pompe Zl et un tuyau 55 aux traitements de la phase vapeur, d'ou certaines huiles résiduelles sont remises en circula- tion à travers une partie du système ainsi qu'il sera décrit.
Revenant maintenant à la dernière cornue de réac- tion B3, l'huile lourde ou les boues mélangées à du carbone et amenées par le dernier transporteur à ra- cloirs (ou maintenues en agitation par des jets de va- peur si l'on n'emploie pas de racloir mécanique), sont
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refoulées par une pompe 31 dans une chambre F dans une partie de laquelle les fractions légères de l'huile sont décantées et refoulées par une pompe Z2 à travers un échangeur de température G à lteffet d'abaisser leur température dtune cinquantaine de degrés, puis à travers un serpentin de réchauffage H afin de ramener leur température vers 350 à 400 , et sont ramenées par le tuyau 8 dans la première chambre d'hydrogénation A.
Après l'abaissement de la température de cette huile partiellement décarbonisêe en G et son élévation en H elle est soumise à une injection de gaz hydrogênants fortement chauffés provenant d'une dérivation du tuyau 9 pour être hydrogénée en phase liquide dans une cer- taine mesure.
Dans une autre partie de la chambre F, les parties lourdes des boues, composées surtout de carbone, sont continuellement soumises à un jet de vapeur surchauf- fée à environ 7450 ou plus, provenant du tuyau 56, afin d'être dissociées en gaz mixtes. Il est désira- ble d'amployer en ce point un catalyseur tel que de l'oxyde de fer afin d'accélérer l'action et de mettre obstacle à la formation de gaz-à-lteau. La vapeur sur- chauffe produit instantanément la volatilisation (et l'hydrogénation) des vapeurs d'huile qui peuvent être présentes dans les boues, et son oxygène réagit immé- diatement sur le carbone présent pour former du CO,
avec dégagement de quantités considérables d'H2 Les gaz sont dirigés à travers des tamis chargés d'un ca- talyseur tel que l'oxyde de fer afin dtaccélérer enco- re la réaction pour convertir le CO en 002 et dégager davantage d'H2.
Il se produit les réactions approximatives sui- vantes:
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a + 2H 2 0 = 00 + 4H - 10 CS1 00 + H0 ¯ CO' + B 10 Cal.
Une partie de l'H2 réagit avec le 0 pour former des produits de la série CnH2n-2 et d'autres gaz ac- compagnant la formation du gaz à l'eau.
Le mélange de gaz dégagés contient quelques hy- drocarbures des séries C2H4 et C2H2 (à cause de la présence d'un peu d'huile résiduelle dans le carbone et d'une hydrogénation partielle),, du CO en faible quan- tité, de l'hydrogène libre en proportion de 20 à 30 % et aussi quelques éléments légers des séries CnH2n+2 etCnHn-2
En ajoutant un agent activant à l'oxyde de fer,
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par exemple 21,5 % de Cr03 + 0,5 % de oe02. la réaction est accélérée environ 700 fois à une température voi- sine de 540 En l'absence d'un catalyseur la réaction serait approximativement: C + 2 H2O = 2 H2 + CO2 - 80230 Cal.
Cet appareil ? peut prendre la forme d'un cylindre double cloisonné transversalement avec commu- nioation commandée, la réaction s'effectuant dans la partie inférieure et la partie supérieure formant ré- servoir à gaz. Un moyen doit être prévu pour assurer le chauffage au moins de la partie inférieure.
L'admission continue de la vapeur surchauffée à une température et une pression supérieures à celles maintenues dans les autres régions du système ou cycle continu, jointes à la détente provoquée par les réac- tions précitées, fournissent une pression suffisante pour refouler les gaz par le tuyau 9 dans la première chambre de réaction Al ainsi que vers tous les autres points du système où l'injeotion des gaz hydrogénants chauds est désirable.
bien qu'on puisse au besoin pla- cer une pompe à gaz Z3 dans la conduite de gaz 9 coin.ne il est indiqué pour augmenter la pression,
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Comme le soufre et les autres poisons catalytiques sont éliminés par les vapeurs qu'on refait circuler par les désulfurateurs, le catalyseur demeure actif pendant longtemps, bien que cet élément F puisse être prévu en double comme il a été expliqué pour les désul.- furateurs E en vue d'une permutation pour permettre le renouvellement de la matière catalytique suivant les besoins.
Le gaz mixte engendré joue plusieurs rôles importants ; il fournit dtabord de l'hydrogène libre pour l'hydrogénation des huiles et vapeurs, et, par suite de la réaction exothermique dont il est le siège en libérant de nouvelles quantités d'hydrogène en franchissant les zones de chauffage successives du système, il tend à empêcher l'action inverse ou dé- shydrogénation, ainsi que la production excessive de gaz fixes,.
Comme l'agencement de la chambre de réaction P peut également prendre diverses formes pour la mise en oeuvre des opérations indiquées, elle n'a été représentée ici sous aucune forme de construction particulière
La partie du procédé décrite Jusqu'ici constitue ce qu'on peut appeler le traitement en phase liquide du procédé d'hydrogénation, bien qu'en fait il y ait en plusieurs points du traitement des intervalles en phase gazeuse, ainsi que des traitements mixtes en phase liquide et gazeuse. Toutefois, les autres stades de l'ensemble du procédé concernent essentiellement un traitement sous la phase vapeur en deux divisions, l'une opérée à pression modérée et l'autre exécutée dans des conditions de pression sous-normales ou négatives.
Pour les deux traitements la matière première est constituée par L'huile de reflux provenant de D, laquelle'est pom- pée par la pompe Z1 et le tuyau 55 jusqu'au point 57 ou elle se divise et passe par deux soupapes de retenue 58, 59 sur son trajet vers les deux traitements,, Consi-
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dérant d'abord le passage par la soupape 58, l'huile de reflux reçoit une injection de gaz hydrog ants chauds en 60 et entre dans le serpentin chauffant I,
puis dans une chaudière à vaporisation instantanée or- dinaire J munie d'un racloir à cheminement de forme quelconque destiné à enlever tout dépôt de carbone et à entraîner avec lui l'huile résiduelle jusqu'à une extrémité où la pompe Z5 refoule l'huile résiduelle par le tuyau 61 dans l'hydrogénateur A2 pour circuler à nouveau en un cycle plus court à l'intérieur du cy- cle principal commençant en A1 et déjà décrit.
Les gaz et vapeurs détendue provenant de la chaudière J passent alors dans un désulfurateur E4, puis dans un serpentin chauffant LL où leur température est élevée d'environ 190 à 355 C, puis, par le tuyau 62 ou 63, dans un corps Ll ou L2 chauffé suffisamment pour provoquer une légère dissociation des vapeurs et de préférence en contact avec un catalyseur tel que de l'oxyde de nickel, après quoi les vapeurs chargées éventuellement de hoir de fumée produit et constamment retenu par un moyen quelconque sont amenées à travers un serpentin refroi- disseur K dans un corps L3 moins chauffé que les corps Ll ou L2 et contenant aussi un catalyseur avec lequel les vapeurs sont agitées.
Des gaz hydrogénants provenant de F par des tuyaux de dérivation du tuyau 9 sont admis dans les vapeurs à l'entrée des corps L1 à. L3 comme il est indiqué dans le schéma de circulation, bien que la zone dthydrogé- nation principale soit dans L3 après une légère disso- oiation ou déshydrogénation dans L1 et L2 et une chute ultérieure de température.
Ces corps peuvent être dis- posés par paires et reliés par des robinets trois voies conjugués sur les embranchements, comme il est indiqué sur le schéma de circulation et comme on l'a décrit po@@ les désulfurateurs, afin que la circulation
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des vapeurs et gaz puisse instantanément être reportée de l'un à l'autre des corps Dour permettre le renou- vellement de la matière catalytique sans interrompre la circulation.
Ces corps Ll à L3 sont de préférence maintenus à une température égale par un bain de plomb fondu et mu- nis d'agitateurs rotatifs intérieurs dont la commande est indiquée en 64 sur le schéma, le tuyau d'évacuation 65 sortant par l'extrémité.
Comme pour d'autres éléments de l'appareillage, les éléments Ll à L3 peuvent être réalisés sous diverses for- mes pour fonctionner ainsi qu'il a été dite
Les vapeurs hydrogénées provenant de L3 passent
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dans un hydrogénateur-rectificateur final Lu qui peut être de la même construction que l'élément D et dans lequel les vapeurs sont traitées ainsi qu'il a été dit pour l'élément D, à des paliers de température de 580 à 190 , les vapeurs finales sortant du tuyau 66 pour rejoindre les vapeurs dans le tuyau 53 se rendant dans le condenseur d'essence 0, ou bien on peut les conden- ser séparément dans le condenseur N.
L'huile de reflux provenant de M peut être remise en circulation par la pompe Z6 dans le traitement en phase vapeur décrit, mais il est préférable de la ren- voyer au traitement en phase vapeur sous pression né- gative à l'aide d'un robinet à quatre voies 67 et du tuyau 68, l'huile de reflux provenant de l'un des trai- tements en phase vapeur arriva.nt à l'autre traitement avec l'huile de reflux provenant de D dans les serpen- tins chauffants I ou P au voisinage de l'injection de gaz hydrogénants provenant de dérivations du tuyau 9,
Dans le traitement en phase vapeur sous pression négative, le courant de vapeurs suit les mêmes stades qu'on a décrits à propos du traitement en phase vapeur sous pression, traversant les éléments P, Q, E5, R, Si
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ou S2.
SS, 33 et T, appareils du même type disposés dans le même ordre. Toutefois, ce traitement s'effec- tue sous une pression inférieure à la normale(de 50 à 500 mm. de mercure), engendrée par une pompe à,viàe
V disposée en aval du condenseur d'essence U et en aval de laquelle un compresseur W refoule les gaz sou- tirés à travers une tour réfrigérante x, puis dans une cuve d'accumulation Y pour précipiter toutes les frac- tions légères condensables, tandis que les gaz fixes s'échappent par le sommet et rejoignent par le tuyau
69 les gaz fixes passant du condenseur d'essence 0 dans le tuyau 72,
Dans les deux traitements d'hydrogénation en phase vapeur, et notamment dans le traitement sous pression négative, il y a tendance à la formation de composés légers, c'est-à-dire de la série des gaz fixes,
et si les facteurs de temps et les zones de chaleur étaient trop grands, les pertes seraient excessives, Cette ten- dance peut cependant être atténuée de diverses manières par une conduite convenable du procédé. Tout d'abord, on peut accroître la vitesse mécanique des vapeurs et des gaz à un degré voulu quelconque par des pompes con- venables, diminuant ainsi le facteur temps et les équi- valents thermiques, En second lieu, les températures peuvent être étroitement maintenues à des degrés infé- rieurs à la zone de formation des gaz fixes, et l'on peut augmenter le facteur temps à ces températures plus faibles en diminuant la vitesse.
Troisièmement, on peut utiliser un catalyseur pour empêcher ou retarder la formation des gaz fixes, les gaz hydrogénants dégagés en 7 contenant du 00-002 et, utilisés en certains points de l'ensemble des traitements combinés ou du procédé, ayant une forte aotion retardatrice sur la formation des gaz fixes*
L'huila de reflux provenant de T est refoulée par
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la pompe Z8, le robinet à quatre voies 67 et le tuyau
70 dans le serpentin chauffant I du traitement en phase vapeur sous pression comme il a été dit, tendis que l'huile résiduelle provenant de la chaudière à vapori- sation instantanée Q est refoulée par la pompe Zv,
et le tuyau 71 dans le troisième hydrogênateur A3 pour recommencer à circuler dans la dernière cornue de réac- tion B3 seulement,, formant ainsi un cycle plus court dans la circulation de matières passant par A2, ce cy- cle étant lui-même intérieur au cycle le plus long qui commence en A1.
Dans la mise en oeuvre de l'ensemble du procédé d'hydrogénation. l'huile de reflux provenant de D cons- titue environ de 40 à 50 % du mélange d'huiles renvoyé dans la, première chambre d'hydrogénation A1, et deux avantages importants sont assurés si, au lieu de cela, on la fait passer par le traitement d'hydrogénation en p@ase vapeur.
Tout d'abord on double la capacité de l'installation parce qu'on peut introduire de plus gran- des quantités d'huile de charge, Il en résulte ensuite que les constituants ou éléments légers de la série de composés ayant les tensions de vapeur les plus élevées sont retirés du système d'hydrogénation, permettant ainsi d'atteindre et de maintenir les températures de réaction nécessaires sous des tensions de vapeur plus faibles et permettant à l'installation de fonctionner sous une pression constante moins élevée.
Un troisième avantage essentiel se rapporte au traitement d'hydrogénation en phase vapeur lui-même, car l'huile de reflux provenant de D est légère et ap- partient à la même bande étroite de points dtêbulli- tion. Cette huile de reflux ne donne pas naissance à une quantité appréciable de boues carbonées dans l'hui- le résiduelle des chaudière sà vaporisation instantanée J ou. Q, et cette huile résiduelle est la matière première
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destinée à subir en circuit abrégé le traitement en phase liquide et à pénétrer aux points A2 et A3.
L'équilibre ehtre les traitements en phase liquide et en phase vapeur est ainsi maintenu et les parties naturellement difficiles de chaque traitement sont trans- mises à l'autre où elles deviennent la matière la plus favorable pour L'hydrogénation dans cette région de l'installation.
Le courant de liquide et de vapeurs circulant par les cornues est maintenu rapide par les pompes à vis en prise directe, de sorte que le liquide est remis plusieurs fois en circulation et que la formation du carbone est maintenue an minimum, oelui-qui se forme étant éliminé immédiatement et empêché de se déposer ainsi qu'il a été dit, La vitesse des vapeurs au cours des traitements en phase vapeur est également rapide et les vapeurs, maintenues en agitation, retiennent en suspension la suie éventuellement formée qui sera pré- cipitée à la suite d'une rectification dans les éléments M et T pour recommencer à circuler avec l'huile de reflux.
Si, dans certains cas, il n'est pas dégagé suffi- samment de gaz hydrogénants dans la chambre de disso ciation F, on peut introduire de l'hydrogène complé- mantaire pur dans la conduite 9 des gaz hydrogénants à partir d'une source extérieure quelconque par Item- branchement l';
de même, une certaine quantité de va- peur hautement surchauffée peut être introduite dans les chambres d'hydrogénation A1 à A3 suivant la nature des huiles mises en oeuvre et la qualité du produit soutiré, étant entendu que le procédé est extrêmement souple du fait que des organes de réglage de la tempé- rature et de l'écoulement sont prévus en de nombreux points du système pour modifier le produit dans des limites étendues.
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En même temps que l'essence, la vapeur dteau se condense également de sorte que seuls des gaz fixes s'échappent du tuyau final 72 et, comme ceux-ci contien- nent une forte proportion d'hydrogène libre, il est avantageux de renvoyer celui-ci dans le système pour êté réutilisé, de préférence en le faisant passer avec de l'huile brute dans une cornue ordinaire tubu- laire pour chasser l'essence de l'huile brute et en refoulant les gaz non condensés en même temps que l'hui- le dépourvue de ses fractions légères dans la conduite de chargement 7 au moyen de la pompe Z10. Lorsqu'on opère ainsi, une partie de l'hydrogène est fixée dans la cornue tubulaire et le restant retourne dans le sys- tème.
Une soupape de sûreté avec tuyau de dégagement devra être placée dans la conduite finale de gaz 72 afin d'empêcher qu'il se produise des pressions exces- sives dans le système
Si l'on considère l'invention n se rend compte qu'elle réside dans un procédé complet et continu pour la production d'essences combustibles à partir d'huiles de pétrole par un procédé d'hydrogénation manipulatoire à basse pression fonctionnant en circuit fermé en pha- ses.
liquide et vapeur dans desconditions nombreuses et variées à l'effet de présenter les diverses fractions chacune à la température optimum à la réaction dthydro- génation, que des dispositifs sont compris en certains points du trajet pour accélérer les réactions, que les gaz hydrogénants sont engendrés continuellement à l'in-
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térieur même du ssème,. fe rmë et'que, grâce à la nature de ces gaz, le dégageaient.de gaz fixes est empêché dans une large mesure, si bien'que le seul produit liquide est un rendement'extrêmement .élève' de. produits du type
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procédé tel qu'il est représenté sur le schéma de cir- culation on puisse tirer les avantages maxima de l'invention, certains avantages peuvent toutefois être retirés de certains groupes ou sous-groupes de phases opératoires qui sont nouvelles en elles-mêmes et de valeur technique certaine,, REVENDICATIONS 1) Dans l'hydrogénation des huiles de/pétrole pour la production de fractions Légères, les phases qui comportent l'introduction de l'hydrogène dans l'huile en des points successifs de température élevée au cours d'un trajet continu.
Dans l'hydrogénation des huiles de pétrole pour la production de fractions légères, les phases qui com- portent l'introduction de l'hydrogène dans l'huile en des points successifs de température élevée au cours d'un trajet continu, les gaz et les vapeurs dégagés dans une phase étant enlevés et réintroduits dans l'huile dans la phase suivante.
3) Dans l'hydrogénation des huiles de pétrole pour la production de fractions légères,, les phases qui com- portent l'introduction de l'hydrogène dans l'huile en des pointu successifs de température élevée au cours d'un trajet continu, l'huile provenant de la dernière phase étant réintroduitdans l'une des phases précéden- tes
4) Dans l'hydrogénation des huiles de pétrole pour la production de fractions légères, les phases qui com- portent l'introduction de l'hydrogène dans l'huile en des points successifs de température élevée au cours d'un trajet continu, l'huile provenant de la dernière phase étant réintroduite dans les phases précédentes.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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"Hydrogenation process and apparatus"
The present invention relates to the production of light petroleum oils from heavy oils, and in particular mineral spirits from heavy oils such as fuel oils and other fractions which have been driven out. gasoline by distillation, and the main objects of the invention are to achieve improvements in.
the hydrogenation and the dissociation (cracking) of these oils, according to which one proceeds by a continuous operation for which the oil used is introduced into the circuit and nothing other than light oils of the type gasoline and some light gases, this operation being carried out at relatively moderate temperatures and pressures in order to reduce the cost of the installation and to avoid the danger of high pressures in a switchgear
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containing highly flammable oils and gases.
Another object resides in the realization of a process flexible enough so that it admits variations in the quality of the oil used as well as, or, in that of the light products which one wishes to draw from it, other objects still reside in the apparatus, its general arrangement, its subdivision and in the particular construction of certain of its elements necessary for the effective implementation of the method. Other objects and particularities of the invention will be brought to light by the following description and.
in the accompanying drawings,
Before describing the drawings, it should be noted that in the well known process of separating petroleum oils to increase gasoline yield, there are several variations such as the batch system, the gasoline system. single passage and the ring system, the names of which indicate the nature of the operation performed, and also that hydrogenating agents have been introduced into these systems, but since the pyrogenic decomposition is exactly the reverse of the hydrogenation, it seems that there was no scientific combination of one and the other and, as far as we know, there has always been an excess of "cracking" in the processes used, which required continuous elimination of carbon and degraded oils,
otherwise the equipment would soon become saturated with waste and the operation had to be stopped.
However, hydrogenation has received more attention from the oil chemist, and it has been achieved in order to hydrogenate heavy oils into lighter products such as gas oil. , devices which are said to have a volumetric efficiency close to 100%
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with little carbonaceous or tarry residue; but the operation is carried out under such formidable pressures (a few hundred kilograms per cm2 and at such high temperatures (about 500 ° C.) that the cost of the apparatus and the danger of its use. employment are extreme.
In addition, the application of such a high pressure and temperature to a distillate residue does not transform all of it into gasoline-like products: it does, however, improve the quality, for the most part. , up to the so-called diesel type, with 5 to 35% gasoline and some residual or fixed gases, the percentage of gasoil type products varying according to the nature of the feed and the hydrogenation conditions .
The gas-cil produced by these installations is generally transferred to an ordinary cracking installation to obtain new gasoline production in accordance with current practice *
After extensive experimentation with various processes for the pyrogenic decomposition and hydrogenation of petroleum fractions, we have discovered what may be called the fundamental principle of the hydrogenation to be carried out in order to obtain the maximum yield of gasoline-type products. with the minimum of degenerate products, a principle which seems to have gone unnoticed to this day.
This is because of the complexity of petroleum or of the residual oils from its distillation employed as feed in these processes, and the fact that these oils embrace a long series of saturated hydrocarbons each having a different dissociation temperature. for a given pressure, and also from the fact that hydrogenation cannot be carried out on a saturated hydrocarbon in this state and, on the contrary, the equilibrium state must be disturbed, for example by cracking, before the 'hydrocar-
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saturated bide considered can be caused to fix more hydrogen, it follows that not one pressure or temperature is capable, in the presence of an excess of hydrogen, of hydrogenating the whole series, so long let him act,
and that any heat applied, whatever it may be, will be too hot for certain fractions, with the result that light gases and degenerate products will be formed, while at the same time it will be insufficient for the heavier fractions. The reason is also that if the heat is sufficient to dissociate the heavy fractions so that the hydrogenation takes place thereafter, it will be so excessive for the light fractions that they will give rise to too great an amount. of light gases, thus greatly complicating subsequent recovery.
Unlike the prior processes, the present takes into account the above facts and includes the continuous treatment of the oil in a closed system by what one might call "manipulative hydrogenation with many upward and downward changes and of temperature and pressure, and in both liquid and gaseous phase, so as to present and represent each fraction of nascent hydrogen petroleum in the precise zones of temperature, pressure and phase of the ascending thermometric scale and descending where this fraction combines best with it, liquids,
vapors and gases being constantly brought together while the time element of the reactions is maintained so that the required pressure is extremely low or well within the reach of ordinary petroleum processing equipment. Finally the device is little. expensive, long lasting and the danger of its use is relatively negligible.
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According to the present process, the feed oil is preheated and introduced together with hydrogenating gases at extremely high temperatures into reaction retorts at various temperatures; part of the hydrogenated vapors are successively withdrawn; the sulfur present is removed and the vapors and the treated oil are injected into the next reaction retort;
the vapors from the last reaction retort are passed through a reotifier; part of the residual muddy oil from the last retort is dissociated into a gas comprising free hydrogen and intended to be immediately reinjected into the system at various points and under various temperature conditions to carry out the reaction d 'hydrogenation, and the heavy oils are put back into circulation several times.
The oil flowing back from the rectifier is divided and subjected to. hydrogenation under positive and negative pressures, followed by further rectification;
reflux and residual oils from the vapor phase are recirculated in shorter cycles within the main liquid phase cycle; the final gasoline vapors are condensed and separated from the condensed water to form the only liquid product in the system, while the relatively fixed gas mixture or only the remaining products are sent to any destination or else, s 'they are still rich in free hydrogen, they can be put back into the system for reuse.
The process could be qualified as 100% volumetric although the achievement of this yield depends on the nature of the product constituting the feed and on the proper implementation of the technique of the process. The liquid product of the process is commercial gasoline. - cial or a fuel comprising the points area
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gasoline boiling point of between 34 and 218 C and, although generally yellow or dark in color, it is free of sulfur and can be further clarified in known manner if desired.
Referring to the drawings, Fig. 1 is a schematic or flow plan showing the general arrangement of all important equipment elements for the low pressure hydrogenation process according to the invention.
Fig 2 is a vertical section of the first unit in a series of reaction retorts showing the initial hydrogenerator and gas dome.
Fig. 3 is an enlarged section of the homogenization pump.
Fig. 4 is an enlarged section of one of the end scrapers with gas pocket.,
Fig. 5 is an end view of fig 4.
Fig. 6 is a view similar to FIG. 2 but showing the second reaction retort with its hydrogenation chamber and gas dome, the retort body being shown in full,
Fig. 7 is a section of the retort taken along line 7-7 of FIG. 6.
Fig. 8 is a vertical section of one of the vapor desulphurization elements used at various points in the system, and, in relation to its rotary switch device with conjugate valves allowing a similar device to be connected,
In detail and particularly considering the circulation plan according to FIG. 1, the installation comprises a coordinated set of equipment elements comprising a number of successive reaction retorts B1, B2, B3. or else boilers arranged horizontally and each preceded by a hydrogenation chamber A1, A2, A3, each retort being in
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further fitted with a C1 gas dome. C2, C3.
Following the last retort and on the vapor outlet is a rectifier-hydrogenator
D and, on the liquid outlet, a dissociation chamber F, desulfurators E1, E2 E3 being provided between the retorts as well as between the last retort and the rectifier-hydrogenator. Such as the main components of the apparatus for the liquid phase of the treatment, apart from the pipes, pumps, reheat coils, the pressure control and the steam supply which will be discussed later. .
After passing through the above apparatus, the heavy oil decanted from F is recirculated through the various retorts, while the reflux oil from D is divided and passed through heating coils I, P and thence respectively through positive and negative vapor plenum elements, the former comprising the instant vaporization boiler J, the desulfurator E4, the heating coil LL, the dehydrogenators L1 or 12, the cooling coil followed. hydrogenator L3, finally the hydrogenator-rectifier M;
as for the second, it comprises the instantaneous vaporization boiler Q, the desulfurator E5, the reheater coil R, the dehydrogenators S1 or S2 followed by the cooling coil SS and the hydrogenator S3, and finally the hydrogenator-reo- The reflux oil from M and T is returned through the aforementioned vapor phase elements, that from the positive pressure treatment through the treatment. negative pressure and vice versa. The vapors from D, M and T are sent to an ordinary condenser where the gasoline condensing and separation of the fixed gases and the water take place.
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Below is a complete list (apart from the piping details) of the components of the apparatus with their alphabetical designation and descriptive names used here.
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d l, 2, 3, Hydrogenation chamber B 1, 2, 3, Reaction retort C 1, 2, 3, Gas dome
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D - Hydrogenator-reactifier E 1 to 5 Desulphurator F - Dissociation chamber G - Heat exchanger
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H - Rehaaffer coil I - Heating coil J - Instant vaporization boiler - Cooling coil LL - Heating coil L 1,2 Dehydrogenator (vapor phase. 1 L 3, Hydrogenator (vapor phase)]. Il - Hydrogen, tor-reotifier N - Gasoline condenser 0 - Gasoline condenser P - Heating coil Q - Instant vaporization boiler R - Heating coil S 1, 2,
Dehydrogenator (vapor phase) S 3. Hydrogenator (vapor phase) SS - Cooling coil
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T - xyogenerator-rectifier U - Gasoline condenser V - Vacuum pump W gas compressor X - Gas refrigeration tower
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y - Scoumi.latrioe tank
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Z 1 to 10, Various pumps
Numbers 1 to 72, Parts of the above items and piping of the entire installation,
As most of the foregoing apparatus elements are of well known construction or may have great differences while functioning in such a way as to carry out the process, only the main reaction retorts will be fully described herein.
which are all similar except for the interior of the hydrogenation chambers,
The bodies 1 of the retorts are mounted on separate hearths 2 with independent heating and discharging the burnt gases into a common horizontal flue 3 ending in a chimney not shown, and each retort is surmounted by a gas dome C open to the interior space of the retort through the upper wall thereof, this dome being constituted by a hollow vertical cylinder 4 having a discharge pipe 5 at mid-height;
the body of the retort is also surmounted by a larger cylinder 6 arranged vertically and forming the body of the hydrogenator A in the upper part (A1 in the case of the first) from which enter several pipes 7, 8, 9 and 10 while that from the lower part starts a pipe 11 terminating at the outer end of what may be called a homogeniser tube 12 passing through the upper part of the retort from the rear end to a point close to l The front end where it is plugged and provided with an opening 13 directed downwards and intended to discharge its contents into the retort.
In the arrival end of this homogenizer tube is housed the active member 14 of a screw pump rotating at high speed (1800 rpm), the shaft 15 of which passes through a stuffing box 16 and is in di-
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recte avecun motor 17 suitably supported. When the treated oils require an extremely high temperature inside the retorts, the homogenizer tubes can remain outside the horns and instead take the form of high speed mixing nozzles spraying the oil. in the retorts.
In the lower part of the retort body is disposed an agitator which may take the form of an endless conveyor chain 18 passing around sprockets 19, 20 wedged on shafts 21, 22, the chain being provided with scrapers 23 conforming to the curved bottom of the retort as shown in fig. 5. Each scraper forms a downwardly open cup-shaped gas collection chamber 24 only when the scrapers sweep the bottom of the retort when the conveyor is in action.
The shaft 21 of the conveyor is driven by a conical train 25 by means of a short shaft 26 passing through a stuffing box 27 at the front end of the retort and provided with a control wheel 28, preferably a helical wheel or other reduction mechanism, driven in turn by a motor 29 or other power source,
Instead of the mechanical scraper agitator shown in the drawings, the agitator may take the form of multiple jets of steam directed through the lower part of the retort:
so as to produce a violent swirling and a discharge of the oil,
At the rear end of the retort there is a removable manhole cover 30 below which, near the. bottom of the retort, is a pipe, liquid evacuation 37. ' arranged to receive the heavy oil and the sludge dredged by the transporter, this pipe
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containing a pumping screw 32 rotating with a large screw-cup (1800 t, / m,) whose shaft passes through a stuffing box 35 located at the end of the tube and ends in a control motor 34, while the side bottom of the pipe.
31 is extended by a narrower pipe 35 for carrying the heavy oil for further processing.
The retorts B2 and B3 are of the same construction as the retort B1, except that the internal arrangement of the hydrogenation chambers C1, C2 and C3 differs from that of the chamber C1 as seen from the figure. 6 where the pipe 5 from the gas dome @ of the preceding retort enters from the top to direct its vapor charge downwards through successive screens 36 intended to contain a layer of catalytic material such as oxide of nickel, which can be renewed as required by doors 37; below each sieve is a coil 38 heated by superheated steam arriving through a pipe 39 and returned to its source, not shown, through a pipe 40;
in other cases, the coils 38 can be cooled with respect to the vapors by circulating therein saturated steam supplied by suitable branches at 39 ', suitable valves being provided.
Into each steam pipe 5 is interposed a desulphurator device generally consisting of a pair of receptacles 41 each provided internally with a series of spaced screens 42 intended to support a layer of purifying or desulphrating material such as copper oxide. , through which the vapors are passed to precipitate sulfur or other impurities, some of which may be drained down through pipe 43.
In order to ensure an uninterrupted flow of
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vapors while allowing the renewal of the material purifying the gas and expelling any precipitate, for example by means of steam arriving through pipe 44, twin desulfurators are provided, as indicated in 41, 41t, both fitted with pipes inlet 45 and discharge 46 deriving from line 5 and controlled by two three-way taps 47, 48 combined by a connecting rod at 49 for their simultaneous operation, so that the operation of the lever instantly turns one desulfurators on and the other off.
The whole of this device of pipes and three-way valves has been described in detail, as shown here, in connection with other paired equipment elements of the circulation diagram according to FIG. 1. and this device or any other equivalent can be advantageously applied to horns or other elements so as to allow repairs without interrupting the continuity of the operation.
Considering the flow diagram, the essential elements of the apparatus and some of the pipes are designated by the letters or numbers already indicated, and the direction of the flow of liquids and gases in the various pipes is indicated by arrows, and it must be understood that this representation has no other aim than to show more clearly how the circulation takes place, the material realization of the device being able to take various forms according to the ground and the material of which. we have, the economic considerations as well as the precautions against fire, It is also assumed that all the elements are suitably heated or insulated in order to retain heat where it is important, and that the various heating or reheating coils are available,
where possible, so as to use
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waste heat, for example by placing them indoors or near flues, and also that the pipes are all fitted with taps or check valves where necessary, that safety valves are provided there where required, as well as temperature and level measuring and control devices, and that the various liquid handling pumps are preceded by float vessels as indicated This being stated and assuming that the installation is hot and has just been purged by means of high pressure steam and the operation being assumed to be in progress, we will now consider the passage of the oil.
vapors and gases by all phases of the process
If the oil introduced into the installation through pipe 7 is a distillation residue coming directly from a tubular retort, its temperature will obviously be very high, but if it is lower than 250 to 300 0, it is brought to first at this temperature by passing it through any number of heat exchangers such as G, placed at points in the system where a temperature drop is necessary for a certain phase of the process;
if necessary, it can also be circulated in heating coils placed in the exhaust ducts. This oil is discharged by pump z10 and enters the first hydrogenation chamber A1, leaving pipe 7, where it encounters other hot and partially decarbonized oil supplied through pipe 8, as well as a rising stream of hydrogen or hydrogenating gas from pipe 9 and, in some cases, a certain amount of superheated steam in the vicinity de 7650 Cet from pipe 10 directed downwards
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The hydrogenating gas from pipe 9 is a product of the dissociation chamber F, as will be shown later, and it consists of a mixture of superheated gases,
mostly hydrogen which has just been released by the superheated steam, the temperature of these gases being around 7650 C.
The stirring mixture of gas and oils is forced downwards and through the pipe 11 to be drawn up by the rapid screw pump 14 located in the homogenizer tube 12 and which it. churns violently in an emulsion of gas and oil over the entire length of the 1Z tube; during this passage the mixture heats up somewhat and is discharged through opening 13 into the retort chamber where an expansion takes place;
the liquid is maintained at approximately level 51, so that the upper stroke of the conveyor gas cups 24 drives gas into the oil below, at the same time as they pick up other gases formed in the liquid while the layer of heavy oil and precipitated carbon is drawn along the hot wall of the retort towards the rear end and discharged by screw pump 31 and pipe 35 into the next retort, or rather into the retort. the hydrogenation chamber (A2) surmounting the following retort.
The successive reaction retorts are heated to higher and higher temperatures, the first between 300 and 360 C, the second between 360 and 410 C. the third between 410 and 470 0, although the stages are modified proportionally if one uses a greater or lesser number of retorts.
The pressure in the retorts is maintained in the vicinity of 6.3 kgs.cm2,
In the second hydrogenation chamber and those which follow it: the heavy oil coming from the previous retort enters near the bottom at the exit of pipe 35,
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as shown in particular in fig. 6, while all the gases and vapors from the previous oornue pass from its gas dome C through pipe 5 to enter the top of the next hydrogenation chamber (A2) where they descend through the sieves of catalyst for initiating and accelerating the hydrogenation reaction to transform the heavy ends of the hydrocarbon series into light ends of the same group.
The saturated steam coils 36 are arranged to give about 7600 C to the vapor inlet, and successive temperature zones decreasing to 5200 C or less, down, so that the vapors are initially slightly dissociated by excessive heat, then fix hydrogen as the temperature drops while the vapors and gases fall.
Continuing to be forced downwards, the vapors are forced to mix with the oil coming from pipe 35 from the previous retort and enter through pipe 11 into the next homogenization pump where they are again violently. agitated over the entire length of the homogenizer tube and then expanded in the next reaction retort where the oil and gas are again separated by gravity, the gases containing hydrogen being here again kept in contact with the oil by the buckets carrier as it draws more heat from the bottom of the retort
The discharge pipe 5 from the gas dome 0 forms an upper space forming a gas pocket for the accumulation of hydrogen;
this space soon becomes overloaded, so that a controlled stream of hydrogen escapes with the other gases and vapors and passes into the next hydrogenation chamber. The object of these gas domes or hydrogen pockets is to prevent the too free passage of hydrogen through
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the system and cause it to keep the hydrogen and the oil vapor constantly coming into contact with each other and mixing as much as possible and at various temperatures. This same action is promoted by the hydrogen cups 24 carried by the transport chains at the bottom of the retorts when such mechanical stirrers are used.
The vapors are desulfurized at certain stages of their progress by the desulfurators E as has been said and finally arrive at the hydrogenator-rectifier D, a cylinder in the form of a tower in which they rise through pockets of hydrogen and catalytic material such as nickel oxide as they are subjected to successive drops in temperature from 390 C to 1300 at the top of the apparatus, governed by various steam coils 52 heated for further hydrogenation, and sweeping heat exchange surfaces so that gasoline vapors are thoroughly rectified before escaping from pipe 53 into a gasoline condenser 0,
an automatic gas pressure regulator 54 being interposed in the pipe to maintain the operating pressure in the region of 6.3 kgs./cm2 in the preceding apparatus, independently of the free hydrogen contained in the vapors admitted into the lower part of the hydrogenator-rectifier D, additional hydrogen or gas containing it can advantageously be admitted into the upper part of this apparatus in order to react directly with the vapors at their temperature. As the arrangement of this hydrogenator-rectifier can vary considerably while operating as stated, a detailed description here would be misplaced.
Thanks to pipes 52 bringing steam to
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various temperatures in coils stepped on top of each other in the apparatus, it is possible to obtain various temperature zones in the rectifier-humidifier, so that one can successively apply steam to the vapors and gases of water at various temperatures, or they are cooled by saturated steam coils to hydrogenate some of the unsaturated hydrocarbons which hydrogenate at lower temperatures than those which are partially saturated, for example benzine, the optimum hydrogenation temperature of which is about 195 C.
The approximate reaction at this temperature is as follows:
C6H5 - 3H2 = C6H12 - 39,300 calories; this reaction is carried further in excess of hydrogen in the presence of the catalyst, until another molecule of H2 is attached to form 6 µl of fully saturated petroleum series hydrocarbon;
however, if it is desired to obtain the opposite effect, that is to say more benzol equivalent or anti-detoxifying properties, the temperature can be raised up to close to 580 C for which the formation of the benzol series is favored
The reflux oil which falls at the bottom of the hydrogenator-rectifier D is delivered by a pump Zl and a pipe 55 to the vapor phase treatments, from where certain residual oils are recirculated through a part of the system as will be described.
Returning now to the last reaction retort B3, the heavy oil or sludge mixed with carbon and brought by the last scraper conveyor (or kept in agitation by steam jets if one does not 'does not use a mechanical scraper), are
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discharged by a pump 31 into a chamber F in a part from which the light fractions of the oil are decanted and discharged by a pump Z2 through a temperature exchanger G with the effect of lowering their temperature by about fifty degrees, then at through a heating coil H in order to bring their temperature back to 350 to 400, and are brought back by pipe 8 into the first hydrogenation chamber A.
After lowering the temperature of this partially decarbonized oil in G and its rise in H, it is subjected to an injection of strongly heated hydrogenating gases coming from a bypass of pipe 9 in order to be hydrogenated in the liquid phase to a certain extent. .
In another part of chamber F, the heavy parts of the sludge, composed mostly of carbon, are continuously subjected to a jet of superheated steam to about 7450 or more, coming from pipe 56, in order to be dissociated into mixed gases. . It is desirable to employ a catalyst such as iron oxide at this point in order to accelerate the action and to prevent the formation of gas-to-water. The steam overheats instantly produces volatilization (and hydrogenation) of oil vapors that may be present in the sludge, and its oxygen immediately reacts with the carbon present to form CO,
with evolution of considerable quantities of H2 The gases are passed through sieves loaded with a catalyst such as iron oxide to further accelerate the reaction to convert CO to 002 and give off more H2.
The following approximate reactions occur:
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a + 2H 2 0 = 00 + 4H - 10 CS1 00 + H0 ¯ CO '+ B 10 Cal.
Part of the H2 reacts with the O to form products of the CnH2n-2 series and other gases accompanying the formation of the water gas.
The evolved gas mixture contains some hydrocarbons of the C2H4 and C2H2 series (due to the presence of a little residual oil in the carbon and a partial hydrogenation), CO in small quantities, of free hydrogen in a proportion of 20 to 30% and also some light elements of the series CnH2n + 2 andCnHn-2
By adding an activating agent to iron oxide,
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for example 21.5% Cr03 + 0.5% oeO2. the reaction is accelerated about 700 times at a temperature of around 540 In the absence of a catalyst the reaction would be approximately: C + 2 H2O = 2 H2 + CO2 - 80,230 Cal.
This device ? can take the form of a transversely partitioned double cylinder with controlled communication, the reaction taking place in the lower part and the upper part forming a gas tank. Means must be provided to ensure heating at least of the lower part.
The continuous admission of the superheated steam at a temperature and a pressure higher than those maintained in the other regions of the system or continuous cycle, together with the expansion caused by the aforementioned reactions, provide sufficient pressure to discharge the gases through the system. pipe 9 into the first reaction chamber A1 as well as to all other points in the system where the injection of hot hydrogenating gases is desirable.
although, if necessary, a Z3 gas pump can be placed in gas line 9 corner.ne it is suitable for increasing the pressure,
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As the sulfur and the other catalytic poisons are removed by the vapors which are recirculated by the desulfurizers, the catalyst remains active for a long time, although this element F can be expected in duplicate as explained for the desulphurators. E with a view to permutation to allow renewal of the catalytic material as required.
The mixed gas generated plays several important roles; it first supplies free hydrogen for the hydrogenation of oils and vapors, and, as a result of the exothermic reaction of which it is the seat by releasing new quantities of hydrogen by crossing the successive heating zones of the system, it tends to prevent the reverse action or dehydrogenation, as well as the excessive production of fixed gases ,.
As the arrangement of the reaction chamber P can also take various forms for carrying out the operations indicated, it has not been shown here in any particular form of construction.
The part of the process described so far constitutes what may be called the liquid phase treatment of the hydrogenation process, although in fact there are gas phase intervals at several points in the treatment, as well as mixed treatments. in liquid and gas phase. However, the other stages of the whole process essentially relate to a treatment in the vapor phase in two divisions, one carried out at moderate pressure and the other carried out under sub-normal or negative pressure conditions.
For the two treatments the raw material is constituted by the reflux oil coming from D, which is pumped by the pump Z1 and the pipe 55 to point 57 where it divides and passes through two check valves 58 , 59 on its way to the two treatments ,, Consider
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first bypassing the passage through valve 58, the reflux oil receives an injection of hot hydrogenating gases at 60 and enters the heating coil I,
then in an ordinary instantaneous vaporization boiler J fitted with a scraper with any shape path intended to remove any carbon deposit and to carry with it the residual oil to an end where the pump Z5 delivers the oil residual through pipe 61 in the hydrogenator A2 to circulate again in a shorter cycle within the main cycle starting at A1 and already described.
The expanded gases and vapors coming from the boiler J then pass through a desulfurator E4, then into a heating coil LL where their temperature is raised from about 190 to 355 C, then, through pipe 62 or 63, into a body Ll or L2 heated sufficiently to cause the vapors to dissociate slightly and preferably in contact with a catalyst such as nickel oxide, after which the vapors possibly charged with smoke produced and constantly retained by some means are passed through a cooling coil K in a body L3 less heated than bodies L1 or L2 and also containing a catalyst with which the vapors are stirred.
Hydrogenating gases from F via branch pipes of pipe 9 are admitted into the vapors at the inlet of bodies L1 to. L3 as shown in the flow diagram, although the main hydrogenation zone is in L3 after slight dissolving or dehydrogenation in L1 and L2 and subsequent temperature drop.
These bodies can be arranged in pairs and connected by conjugate three-way valves on the branch lines, as indicated on the circulation diagram and as described for desulfurators, so that the circulation
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vapors and gases can instantly be transferred from one of the bodies to the other Dour allowing the renewal of the catalytic material without interrupting the circulation.
These bodies L1 to L3 are preferably maintained at an equal temperature by a bath of molten lead and provided with internal rotary agitators, the control of which is indicated at 64 in the diagram, the discharge pipe 65 exiting from the end. .
As for other elements of the apparatus, the elements L1 to L3 can be produced in various forms to function as has been said.
The hydrogenated vapors from L3 pass
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in a final hydrogenator-rectifier Lu which may be of the same construction as element D and in which the vapors are treated as has been said for element D, at temperature stages of 580 to 190, the final vapors leaving pipe 66 to join the vapors in pipe 53 going to gasoline condenser 0, or they can be condensed separately in condenser N.
The reflux oil from M can be recirculated by pump Z6 in the described vapor treatment, but it is preferable to return it to the negative pressure vapor treatment using a four-way stopcock 67 and pipe 68, the reflux oil from one of the vapor phase treatments going to the other treatment with the reflux oil from D in the coils I or P heaters in the vicinity of the injection of hydrogenating gases coming from bypasses of pipe 9,
In the vapor phase treatment under negative pressure, the vapor stream follows the same stages as described in connection with the vapor phase treatment under pressure, passing through the elements P, Q, E5, R, Si
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or S2.
SS, 33 and T, devices of the same type arranged in the same order. However, this treatment is carried out under a pressure lower than normal (from 50 to 500 mm. Of mercury), generated by a pump with, viàe.
V arranged downstream of the gasoline condenser U and downstream of which a compressor W delivers the exhaust gases through a cooling tower x, then into an accumulation tank Y to precipitate all the condensable light fractions, while that the fixed gases escape through the top and join through the pipe
69 the fixed gases passing from the gasoline condenser 0 into the pipe 72,
In the two vapor phase hydrogenation treatments, and in particular in the treatment under negative pressure, there is a tendency for the formation of light compounds, that is to say of the fixed gas series,
and if the time factors and heat zones were too large the losses would be excessive. This tendency can, however, be alleviated in various ways by proper control of the process. First, the mechanical velocity of vapors and gases can be increased to any desired degree by suitable pumps, thereby decreasing the time factor and thermal equivalents. Second, temperatures can be tightly maintained. at degrees below the zone of formation of the stationary gases, and the time factor can be increased at these lower temperatures by decreasing the speed.
Thirdly, a catalyst can be used to prevent or retard the formation of the fixed gases, the hydrogenating gases given off at 7 containing 00-002 and, used at certain points in all of the combination treatments or of the process, having a strong retarding effect. on the formation of fixed gases *
The reflux oil coming from T is discharged by
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the Z8 pump, the four-way valve 67 and the hose
70 in the heating coil I of the treatment in vapor phase under pressure as it has been said, so that the residual oil coming from the instantaneous vaporization boiler Q is discharged by the pump Zv,
and the pipe 71 in the third hydrogenator A3 to start again circulating in the last reaction retort B3 only, thus forming a shorter cycle in the circulation of materials passing through A2, this cycle itself being internal to the longest cycle that begins in A1.
In the implementation of the entire hydrogenation process. the reflux oil from D constitutes about 40 to 50% of the oil mixture returned to the first hydrogenation chamber A1, and two important advantages are ensured if, instead, it is passed. by the treatment of hydrogenation in vapor p @ ase.
First of all, the capacity of the installation is doubled because it is possible to introduce larger quantities of feed oil. It follows that the constituents or light elements of the series of compounds having the vapor pressures the higher ones are removed from the hydrogenation system, thus making it possible to reach and maintain the necessary reaction temperatures under lower vapor pressures and allowing the plant to operate under a constant lower pressure.
A third essential advantage relates to the vapor phase hydrogenation treatment itself, since the reflux oil from D is light and belongs to the same narrow band of boiling points. This reflux oil does not give rise to an appreciable quantity of carbonaceous sludge in the residual oil of the instant vaporization boilers J or. Q, and this residual oil is the raw material
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intended to undergo in an abbreviated circuit the liquid phase treatment and to penetrate at points A2 and A3.
The balance between the liquid phase and vapor phase treatments is thus maintained and the naturally difficult parts of each treatment are transferred to the other where they become the most favorable material for hydrogenation in that region of the process. installation.
The flow of liquid and vapors circulating through the retorts is kept fast by the direct drive screw pumps, so that the liquid is recirculated several times and the formation of carbon is kept at a minimum, where it is formed. being eliminated immediately and prevented from settling as has been said, the speed of the vapors during the vapor phase treatments is also rapid and the vapors, kept in agitation, retain in suspension any soot formed which will be precipitated following a rectification in elements M and T to start again circulating with the reflux oil.
If, in certain cases, not enough hydrogenating gases are given off in the dissociation chamber F, pure complementary hydrogen can be introduced into line 9 for the hydrogenating gases from a source. external any by Item- branching the;
likewise, a certain quantity of highly superheated steam can be introduced into the hydrogenation chambers A1 to A3 depending on the nature of the oils used and the quality of the product withdrawn, it being understood that the process is extremely flexible owing to the fact that Temperature and flow regulators are provided at many points in the system to vary the product within wide limits.
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Along with the gasoline, the water vapor also condenses so that only fixed gases escape from the end pipe 72 and, as these contain a high proportion of free hydrogen, it is advantageous to return this in the system to be reused, preferably by passing it with crude oil through an ordinary tubular retort to remove the gasoline from the crude oil and by discharging the uncondensed gases at the same time as the oil devoid of its light fractions in the charging line 7 by means of the pump Z10. When this is done, part of the hydrogen is fixed in the tubular retort and the remainder returns to the system.
A relief valve with a relief pipe should be placed in the final gas line 72 to prevent excessive pressures from building up in the system.
If we consider the invention n realizes that it resides in a complete and continuous process for the production of fuel gasoline from petroleum oils by a low pressure manipulative hydrogenation process operating in a closed circuit. in phases.
liquid and vapor in many and varied conditions in order to present the various fractions each at the optimum temperature to the hydrogenation reaction, that devices are included at certain points of the path to accelerate the reactions, that hydrogenating gases are generated continuously in-
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even of the sseme ,. closed gas release is largely prevented by the nature of these gases, so the only liquid product is an extremely high yield of. products of the type
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process as shown in the flow diagram one can derive the maximum advantages of the invention, certain advantages can however be obtained from certain groups or sub-groups of operating phases which are new in themselves and from certain technical value ,, CLAIMS 1) In the hydrogenation of petroleum oils for the production of light fractions, the phases which involve the introduction of hydrogen into the oil at successive points of high temperature during a continuous journey.
In the hydrogenation of petroleum oils for the production of light ends, the phases which involve the introduction of hydrogen into the oil at successive points of high temperature during a continuous path, the gases and the vapors given off in one phase being removed and reintroduced into the oil in the following phase.
3) In the hydrogenation of petroleum oils for the production of light fractions, the phases which involve the introduction of hydrogen into the oil in successive peaks of high temperature during a continuous path, the oil from the last phase being reintroduced into one of the previous phases
4) In the hydrogenation of petroleum oils for the production of light ends, the phases which involve the introduction of hydrogen into the oil at successive points of high temperature during a continuous path, l the oil from the last phase being reintroduced in the previous phases.
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