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"Perfectionnements apportés aux procédés pour le traitement d'hydrocarbures"..
L'invention est relative aux procédés pour convertir des hydrocarbures à point d'ébullition relativement élevé en pro- duits à point d'ébullition plus bas,plus spécialement en essenc
L'invention consiste, principalement, à réaliser une instal- lation de décomposition comportant plusieurs sections, une de ces sections étant propre à transformer une charge de matières à traiter, relativement lourdes ou malpropres,en une charge pro- pre et convenant à la décomposition dans une autre / section.
La disposition ci-dessus et d'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la descrip- tion ci-dessous,en se référant à l'installation montrée,à titre d'exemple, sur le dessin ci-annexé. sur ce dessin on a montré comment une charge fraîche.par
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exemple des hydrocarbures bruts traités par topping ou d'au- tres hydrocarbures relativement lourds, est refoulée par une pompe l,un conduit d'alimentation 3,un serpentin réchauffeur 3,un échangeur de chaleur 4, un échangeur de chaleur 5 et des conduits de raccordement 6 et 7,dans une section intermédiai- re prévue dans une tour combinée 8,dans laquelle elle est mi- se en contact avec des vapeurs fortement chauffées,qui s'élè- vent dans la tour,
comme il sera décrit plus explicitement ci- après.la quantité d'hydrocarbures,introduite par le conduit 7, est de préférence seulement celle qui est,en réalité,suffisan- te pour former le reflux entre les chicanes 9,alors que la par-. tie restante est introduite par le conduit 6,les robinets 10 et 11 étant utilisés comme moyens de contrôle.Les parties non- vaporisées de la charge fraîche ,relativement lourde, sont re- cueillies par un plateau collecteur 12 avec les parties condensées des vapeurs chaudes qui montent dans la tour et s'écoulent par le conduit 13 vers un réservoir accumula- teur,hors duquel elles sont refoulées par le conduit 15 et la pompe 16,dans une chaudière 17 qui,de préférence,
est du type tubulaire.Les hydrocarbures sont amenés à la température de décomposition dans la chaudière 17 et peuvent subir quelque peu une conversion dans celle-ci,en sortant de celle-ci à une température de 800 à 900 9,par exemple environ 850 F.
Ces hydrocarbures chauds passent,par le conduit 18,dans la chambre de réaction 19,dans laquelle leur conversion se poursuit sans apport de chaleur additionnelle.Cette chambre de réaction est, de préférence,disposée verticalement le conduit 18 aboutissant à sa partie supérieure.Si on le désire,la chaudière 17 peut . : fonctionner de manière telle ,qu'une partie ou la totalité de la décomposition désirée de la charge ait lieu dans celle-ci, ou que seulement une partie très réduite de la décomposition
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chambre de réaction 19.De préférence,une partie considérable de la décomposition a lieu à la fois dans la chaudière et dans la chambre de réaction,la décomposition totale,par passe,s'élevant si possible à 12-13%,bien que le pourcentage de la décomposition puisse être inférieur ou supérieur à celui indiqué,suivant la nature des matières traitées et cette opération étant de la na- ture d'une réduction de viscosité.La pression sur les hydrocarbu- res, dans la chambre de réaction,a,de préférence,seulement une valeur modérée,par exemple 225 livres par pouce carré,cette pres- sion étant,de préférence,en substance'la même que la pression à la sortie de la chaudière,
bien que des pressions entre la pres- sion atmosphérique et 400 livres par pouce carr puissent être utilisées,à la fois dans la chaudière et la chambre de réaction.
Il est,toutefois,généralement désirable de travailler considé- rablement en dessous de la valeur de 400 livres, en vue d'éviter le dépôt de quantités considérables de coke.
Les produits décomposés s'échappent de la chambre de réac- tion par le conduit 20 et le robinet réducteur de pression 21, dans une section inférieure 72 de la tour combinée 8,à une pres- sion qui,de préférence,est considérablement plus basse que celle de la chambre de réaction,par exemple 45 livres par pouce carré, bien que des pressions entre la pression atmosphérique et 150 livres par pouce carré,ou davantage,puissent être utilisées si on le désire,la nécessité principale étant que la pression soit moimdre que celle de la chambre de réaction,de façon qu'on ob- tienne une vaporisation spontanée par la chaleur contenue dans les produits phauds.Dans la tour combinée 8,les.produits décom- posés introduits se séparent,sous l'effet de la chaleur qu'ils contiennent,en vapeurs qui montent dans la tour,
et en un résidu liquide qui est recueilli sur le plateau collecteur 22.Les va- peurs,fortement chauffées,qui montent dans la tour,servent à séparer la charge fraîche,introduite par les conduits 6 et 7,
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analogues,ces produits plus légers montant,sous forme de vapeurs, en passant par les plateaux à chicanes 9 ,les plateaux à barbota- ge 23 et le plateau collecteur 24,sur lequel les parties les plus lourdes de.ces vapeurs se condensent,alors que les vapeurs plus légères sont entraînées vers le haut en.passant par les pla- teaux à barbotage 25,le serpentin échangeur de chaleur 3 et les plateaux à barbotage 26.Les vapeurs,qui atteignent le sommet de la tour,s'échappent par le conduit à vapeurs 27 et le condenseur 25,
vers la chambre collectrice 29 qui comporte le conduit usuel 29' pour l'échappement des gaz et le conduit 30' pour le souti- rage des liquides,ces vapeurs ayant des points d'ébullition de l'ordre de ceux désirés pour le produit final, par exemple l'es- sence.Une certaine quantité du distillat,recueilli dans la cham- bre 29,peut être refoulée,à nouveau et de la manière usuelle,par le conduit 30 et par la pompe 31,pour servir comme reflux dans la partie supérieure de la tour.Le condensat,recueilli sur le plateau collecteur 24, est choisi de manière telle,qu'il convien- ne à être utilisé comme une charge de décomposition propre et ce condensat propre,qui peut par exemple comporter du gasoil lé- ger et du gérosène,est soutiré par le conduit 52 et l'échangeur de chaleur 4,
dans l'accumulateur 33,hors duquel il est soutiré par le conduit 35 et refoulé, par la pompe 36,par le¯conduit 37 et l'échangeur de chaleur 38,en un point intermédiaire de la tour combinée 3g. Une partie du produit liquide,provenant de l'accumulateur 35,est refoulée par le conduit 40.avec ses déri- vations 41 et 42,pour servir comme reflux respectivement sur les plateaux à barbotage 23 et 25,des robinets étant prévus pour ef- fectuer le contrôle nécessaire.Une partie de ce produit légère- ment décomposé,par exemple du gasoil,peut être soutirée par le conduit 43 et le réfrigérant 44,dans une chambre collectrice 45, pour être utilisée comme huile pour moteur Diesel ou pour n'im- porte quel autre but,le contrôle nécessaire étant obtenu par le robinet 46.
Dans la tour combinée 39,1e condensat propre introduit
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s'écoule vers le bas par dessus les plateaux à chicanes 47 à l'encontre d'un courant montant de vapeurs fortement chauffées., avec ce résultat que le condensat est fortement chauffé.Une par- tie de ce condensat peut être vaporisée.Les parties non-vaporisées du condensat propre introduit,mélangées à la partie condensée des vapeurs montantes,peuvent être recueillies sur un plateau collec- teur 48 et soutirées par le conduit 49 dans l'accumulateur 50.De 50 le condensat est soutire par le conduit 51 et refoulé,par la pompe 52,dans la chaudière ou le four de décomposition 53,qui est de préférence du type tubulaire,sa température,augmentant,par le passage au travers de la chaudière, jusqu'à une température de dé- composition rapide,
de préférence à environ 900 F,et à une pres- sion ayant une valeur relativement élevée,de préférence entiron 75Q livres par pouce carré,bien qu'une température et/ou une pression quelque peu plus élevée ou plus basse peut être utilisée.
La température peut être de l'ordre,par exemple,de 850 à 1.100 F, alors que la pression peut être de plusieurs centaines de livres plus élevée ou plus 'basse que celle indiquée comme étant préférée, les valeurs adoptées dépendant,surtout de la nature de la charge de matières à traiter et des produits finaux particuliers qu'on désire obtenir.A la sortie du four,les produits décomposés forte- ment chauffés passent,par le conduit 54,dans la chambre de réac- tion 55 qui,de préférence,est disposée verticalement,le conduit 54 entrant par le sommet de celle-ci.La décomposition par passe est,de préférence,considérablement plus élevée que celle qui a-lieu dans la chaudière 17 et peut être,par exemple,au voisinage de 18% à 20%,bien que la valeur puisse être supérieure ou inférieure à celle indiquée,
suivant la nature de la charge de matières à traiter et des conditions particulières adoptées pour le traite- ment.La majeure partie de la décomposition a lieu.de préférence, dans la chambre de réaction 55,une partie seulement étant effectuée dans le four 53,bien que la partie de la décomposition,qui a lieu dans le four,par rapport à celle qui a lieu dans la chambre de
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réaction,puisse être modifiée à volonté en faisant varier la durée de passage des hydroaarbures dans le four et les tempéra- tures auxquelles ils sont soumis dans celui-ci.A la sortie de la chambre de réaction 55,les produits décomposés passent,par le conduit 56 et le robinet réducteur de pression 57, dans la partie inférieure 58 de la tour combinée 39,
qui est maintenue à une pression considérablement plus basse que celle de la chambre de réaction 55, en étant, par exemple,au voisinage de 240 livres par pouce carré. Cette valeur est donnée à titre d'exemple et est à peu près celle qui est préférée dans la plupart des cas,bien qu'une pression plus élevée ou plus basse puisse être utilisée, suivant la quantité de produits légers qu'on désire séparer des hydrocarbures décomposés introduits dans la tour combinée depuis la chambre de réaction.D'autant plus faible est la pression dans la tour combinée,d'autant plus grande est la quantité de produits légers qui ont été vaporisés spontanément.Le conduit 56,de pré- férence,
soutire des hydrocarbures hors de la partie inférieure de la chambre de réaction 55 et afin d'empêcher l'accumulation de coke autour du raccord du conduit 56 à la chambre de réaction et également,afin d'empêcher l'accumulation de coke dans le conduit
56,une partie de l'alimentation combinée,refoulée par la pampe 52,peut être dérivée par le conduit de liaison 77,dans la partie inférieure de la chambre de réaction,un peu au-dessus du point de raccordement du conduit 56,la quantité d'hydrocarbures ainsi introduits étant suffisante pour remuer et pour entraîner toute matière carbonate.ayant une tendance à s'accumuler,le contrôle étant effectué par le robinet 78.La quantité d'hydrocarbures qui s'écoule ainsi en by-pass par le conduit 77,
doit être suffisante pour maintenir la température dans la partie inférieure de la chambre de réaction,à une valeur basse d'environ 800 F, plus ou moins.La partie inférieure 58 de cette tour combinée constitue un évaporateur ou un séparateur.Les vapeurs dégagées montent en passant par le plateau collecteur 48,les chicanes 47 et les pla-
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du condensat de reflux et de la charge fraîche.introduits par le conduit 57.avec le résultat que des fractions plus lourdes des vapeurs montantes sont condensées et recueillies sur le plateau collecteur 48 avec les parties non-vaporisées de la charge fraî- che,pour être reprise dans le traitement en passant par le four 53 et être décomposée davantage.Les vapeurs,qui restent non-con- densées au sommet de la section supérieure 60 de la tour combinée 39,
qui agit comme déphlegmateur ou appareil de fractionnement, s'échappent par le conduit a vapeurs 61,par l'échangeur de cha- leur 38,dans lequel a lieu un refroidissement partiel, et par le condenseur final 62,vars la chambre collectrice 63, qui comporte le conduit usuel 64,pour l'échappement des gaz et le conduit 65, pour le soutirage du liquide.Une partie du distillat peut être refoulée à nouveau hors de la chambre 63,par le conduit 66 et par la pompe 67,pour servir de la manière bien connue comme un fluide de reflux dans la partie supérieure de la tour.Ce distillat,ainsi recueilli,peut avoir les caractéristiques du produit final désiré et,si on le juge utile,peut être mélangé avecaelui recueilli dans la chambre 29, en ouvrant le robinet 68 dans le conduit de liaison 69.Le résidu liquide,
qui reste non-vaporisé' au fond de la section d'évaporation 58 de la tour combinée 39,peut être soutiré de l'installation,en totalité ou en partie,par le conduit 76 mais de préférence on le fait passer, par le conduit 70,avec son robi- net réducteur de pression 71,dans la partie inférieure 72 de la tour combinée 8,qui sert comme chambre de vaporisation spontanée pour séparer les produits plus légers du résidu.Le traitement de vaporisation spontanée dans la chambre 72 est aidé,quelque peu, par le contact du résidu avec les produits fortement chauffés de la chambre de réaction 19.Cet effet est,en outre,aidé par le fait que le résidu liquide et les produits décomposés de la chambre de réaction 19,sont,de préférence,introduits tous deux en dessous du niveau du liquide sur le plateau 22.Les hydrocarbures en excès, qui s'accumulent sur le plateau,
s'écoulent par dessus le bord de
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celui-ci et passent,vers le bas,dans la tour 8,hors de laquelle ils sont soutirés par le conduit 73,l'échangeur de chaleur 5 et le réfrigérant 74,vers le réservoir 75 pour le fueloil.
Les quantités de la charge,qui s'écoulent par les différents conduits d'une installation combinée,telle que celle décrite ci- dessus,varient évidemment à la fois avec la quantité de charge fraîche introduite dans l'installation et avec les conditions spécifiques adoptées pour les différentes sections de l'installa- tion, toutefois les chiffres indiqués ci-après,correspondent à une série de conditions de traitement,appliquées avec succès.
A supposer que la charge fraîche soit du pétrole brut de Per- se à 26 A.P.I.et traité par topping,ce qui correspond au 60% res- tants,après que les 40% du pétrole brut original ont été séparés par distillation.La température des hydrocarbures au point d'in- troduction dans la tour combinée 8, par les conduits 6 et 7 et après chauffage préalable dans le serpentia 3 et les échangeurs de chaleur 4 et 5,peut être d'environ 5750 F alors que la pression. agissant sur ces hydrocarbures,peut être d'environ 45 livres par pouce carré.
Les hydrocarbures soutirés du plateau collecteur 12 peuvent avoir une température de 700 F et leur température,à la sortie de la chaudière 17,peut être d'environ 8500 F,la pression étant 225 livres par pouce carré ou à peu près.Sous ces conditions, la décomposition en produits ayant des points d'ébullition de l'ordre de ceux de l'essence,pour chaque passage des hydrocarbures au travers de la chaudière 17 et la chambre de réaction 19,peut être d'environ 12 à 13%,la quantité d'hydrocarbures passant par la chaudière 17 étant environ le double de celle de la charge fraîche introduite par le conduit 2 et comprenant,par exemple, une partie d'hydrocarbures bruts,traités pas topping,et une par- tie de gasoil lourd.La température au sommet de la tour combinée 8 peut être d'environ 3750 F et le pourcentage d'essence qui passe au réservoir 29,
par rapport à la quantité de charge fraîche,
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soutiré du fond de la tour combinée 8 par le conduit 73,Peut constituer environ 45 à 50% de la charge fraîche,ce résidu étant un goudron ayant un coefficient de gravit, de 13 à 14 A.P.I., par exemple.Une quantité de 10% de gasoil peut être soutirée par le conduit 43 pour être introduite dans des réservoirs,alors que la quantité de condensat propre, introduite dans la tour combinée 39 par le conduit 37 peut être approximativement 38% par rapport à la quantité de charge fraîche.La température, à la partie inférieu- re de la tour combinée,peut être d'environ 750 F et la pression d'environ 240 livres par pouce carré, alors que la température et la pression dans la chambre de réaction 55 peuvent être,
respecti- vement,d'environ 900 F et 750 livres par'pouce carr.La tempéra- ture des vapeurs au sommet de la tour combinée 39 peut être d'en- viron 4500 F et la quantité d'essence,recueillie dans le réservoir 63 peut être d'environ 15 à 20% par rapport à la quantité de charge fraîche fournie par le conduit 2.
Fonctionnement.-Au cours du traitement la charge fraîche, telle que du pétrole brut traité par topping,du résidu brut ou même du dis- tillat lourd,est introduite par le conduit d'alimentation 2,le serpentin réchauffeur 3,les changeur, de chaleur 4 et 5 et les conduits 6 et 7,en un point intermédiaire de la tour combinée 8, la quantité de charge fraîche ,introduite par le conduit 7 étant suffisante pour ,agir comme reflux entre les chicanes 9 et pour maintenir une température convenable,,alors que la partie restante est dirigée,par le conduit 6,au-dessus du plateau collecteur 12.
Les hydrocarbures introduits sont séparés de leurs fraction, plus légères par la chaleur qu'ils contiennent, et qui résulte du chauffage préalable de même que de leur contact avec des vapeurs fortement chauffées,qui montent dans la tour 8.Les vapeurs dégagées s'écoulent vers le haut en contre-courant par rapport au condensat condensation des fractions plus lourdes des vapeurs.Les fractions qui
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conduit à vapeurs 27 et le condenseur 28, vers la chambre collec- trice 29 comme produit désiré.La température au sommet de la tour est réglée de la manière bien connue,en ramenant,à l'aide d'une pompe,une quantité du distillat final par le conduit 30 dans le sommet de la tour.Du reflux intermédiaire est fourni également par les conduits 41 et 42,
ce reflux étant de la nature du gasoil léger.'Un condensat intermédiaire propre est recueilli sur le plateau collecteur 24 et le traitement de ce condensat sera plus explicitement décrit ci-après. Ce condensat peut être,par e xem- ple, un gasoil ayant un coefficient de gravité d'environ 36 A.P.I.
La partie non-vaporisée de la charge fraîche et les parties condensées des vapeurs montantes sont recueillies sur le plateau collecteur 12 et soutirées vers l'accumulateur 14,hors duquel elles sont refoulées au travers du conduit 15 et la chaudière ou four 17,dans lequel les hydrocarbures atteignent une température qui tombe,de préférence,jusqu'à l'ordre de 800 -900 F,de préfé- rence aux environs de 850 F, sous une pression qui peut varier considérablement, par exemple depuis quelques livres par pouce carré jusqu'à plusieurs centaines de livres par pouce carré,de préférence aux environs de 225 livres par pouce carré,les dits hydrocarbures pouvant ainsi être soumis à un certain degré de dé- composition.Les produits,fortement chauffée,passent ensuite dans la chambre de réaction 19,
dans laquelle une décomposition modé- rée subséquente de ces produits a lieu,cette opération étant de la nature d'une réduction de viscosité,la décomposition totale en produits,dont les points d'ébullition sont de l'ordre de ceux de l'essence,peut être de 8% à 15% par passe, de préférence de 12-13%.
Les produits de conversion passent ensuite,par le con- duit 20 et le robinet réducteur de pression 21,dans la partie inférieure de la tour combinée 8 dans laquelle,parsuite de la réduction de pression jusqu'à une valeur relativement faible,se produit une séparation des produits décomposés en vapeurs et en un résidu liquide,les vapeurs montant vers le haut par le pla-
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ter,qui s'écoule vers le bas et qui est introduite par le con- duit 7,ce qui est accompagné' de la condensation des fractions plus lourdes des vapeurs.Le résidu liquide,recueilli sur le pla- teau 22 est, en effet, remis en ébullition par les produits chauds introduits par le conduit 20,le produit restant à l'état liquide, coulant par dessus le plateau collecteur dans la partie de la tour,
hors de laquelle elle est enlevée sous forme de fueloil par le conduit 75 et l'échangeur de chaleur 5, pour aider au chauffage préalable de la charge fraîche.
Le condensat propre,enlevé du plateau collecteur 24, est sou- mis à un échange de chaleur avec la charge fraîche dans l'échan- geur de chaleur 4 et passe ensuite,dans l'accumulateur 33 hors duquel il est soutiré par le conduit 36 et refoulé par le conduit 37 et l'échangeur de chaleur 38,vers un point intermédiaire de la tour combinée 39,une autre partie de ce condensat étant rame- né par le conduit 40 dans la tour 8 comme reflux et une troisiè- me partie étant enlevée,si on le désire,par l'échangeur de chaleur 38 pour être utilise comme huite pour moteur Diesel ou comme tout autre produit.Dans la tour combinée 39,le condensat propre introduit est partiellement vaporisé par contact avec les vapeurs fortement chauffées,la partie qui reste non condensée,
étant recueillie sur le plateau collecteur 48 avec les fractions condensées des vapeurs montantes.Le condensat constitue la charge pour le four de décomposition 53 et au cours de son passage au travers de celui-ci,il est élevé à une température de décomposi- tion de par exemple 850 -1.000 F,de préférence à environ 9000 F, sous une pression,par exemple, de 200 à 1.000 livres par pouce carré,de préférence à environ 750 livres par pouce carré,en étant introduit ensuite dans la chambre de réaction 55,une partie consià dérable de la décomposation ayant lieu dans le four 53 ou non si on le désire.Dans la chambre de réaction 55,une nouvelle oonver- sion a lieu,la quantité totale de décomposition étant,de préfé- rence,
aussi grande que possible sans production de coke nuisible.
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l'ordre de celui de l'essence,par passe,peut être de 15 à 40%, par exemple, selon la nature de la charge traitée,mais elle est de préférence au voisinage de 18-20% par passe.Les produits décom- posés fortement-chauffes sont alors introduits,par le conduit 56,dans la partie inférieure 58 de la tour combinée 39,ce qui est accompagné d'une réduction de pression,par l'intervention du robinet 57,suffisante pour provoquer une autovaporisation d'une grande partie des produits décomposés.Des hydrocarbures de lavage peuvent être introduits par le conduit de liaison 77, dans la partie inférieure de la chambre de réaction 55 suivant une quantité,par exemple,
d'environ 5% par rapport à la charge introduite dans la chaudière 53.Les vapeurs montent,en passant par le plateau collecteur 48 et subissent une condensation par- tielle par contact avec la charge qui s'écoule vers le bas et qui est introduite par le conduit 57.Les vapeurs,qui restent non-condensées,sont ensuite soumises à un fractionnement en pas- sant vers le haut entre les plateaux à barbotage ou dispositifs analogues 59, auxquels du fluide de reflux est fourni par le con- duit 66.Les vapeurs qui restent encore non-condensées au sommet de la tour et qui s'écoulent par le conduit 61,sont refroidies dans l'échangeur de chaleur 38 et elles sont, finalement, conden- sées dans le cendonseur 62 et recueillies dans la chambre collec- trice 63 comme produit désiré.Celui-ci peut être mélangé,si on le désire,
avec le produit recueilli dans la chambre collectrice 29,en ouvrant le robinet 68 dans le -conduit de liaison 69.Le résidu liquide est soutiré hors du fond de la tour combinée 39, et la tolatité ou une partie de celui-ci peut être enlevée de l'installation par le conduit 76,mais ce résidu passe¯,de préfé- rence,par le conduit 70 et le robinet réducteur de pression 71, dans la partie 72 où se produit une vaporisation spontanée dans la tour combinée 8,dans laquelle,par suite de la réduction de pression agissant sur lui et son contact avec des produits forte-
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partielle, les vapeurs s'écoulant vers le haut par le plateau collecteur 12,
alors que du liquide non-vaporisé ou du résidu déborde par dessus le plateau 22 dans la partie inférieure de la tour.Les parties plus lourdes des vapeurs montantes sont condensées et recueillies sur le plateau collecteur 12 et sont ramenées dans le cycle par la chaudière 17 de pair avec des fractions plus lourdes,condensées à partir des vapeurs,dégagées par la charge introduite par le conduit 20,alors 'que le résidu non-vaporisé peutre soutiré d'une manière continue ou intermittente hors de la partie inférieure de la tour par le conduit 73.
On peut faire varier la nature de ce résidu à volonté en choisissant convenablement la pression d'entrée entre les tours 39 et 8 et les autres conditions de fractionnement.Ce produit est,de préférence,soutiré de façon qu'il convienne à être ulilisé comme fueloil.
L'installation.décrite ci-dessus,est très souple et peut être utilisée pour la mise en oeuv de procédés autres que ceux indiqués spécifiquement ci-dessus,par exemple cette installation peut être utilisée pour rectifier du naphte.
A cet effet,il n'est pas nécessaire de modifier l'appareillage.Le côté haute pression de l'installation peut être utilisé avec un écoulement normal, d'une manière générale comme décrit plus haut,alors que la tour à basse pression 8, peut être utilisée pour la vaporisation spon- tanée du goudron,provenant de la tour à haute pression 39,le four à basse pression 17 et la chambre de réaction 19 n'étant alors pas utilisés.Le naphte peut être amené,avantageusement,à des températures un peu plus élevées que celles utilisées pour la décomposition de gasoil par exemple 950 F ou davantage ,dans le four 53 pour passer ensuite dans la chambre de réaction 55, la quantité totale de décomposition par passe,
étant aproximati- vement la même que dans le cas du gasoil.Approximativement la même pression peut être utilisée dans la chambre de réaction 55 et 750 et
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240 livres par pouce carré.
Bien qu'on ait décrit ci-dessus,à titre d'ememple,un mode de réalisation particulier de l'invention,il est bien entendu que bien des modifications et adaptations peuvent être prévues pour celle-ci .sans sortir des limites de l'invention dont les caractéristiques principales sont indiquées ci-dessous.
REVENDICATIONS.
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"Improvements in processes for the treatment of hydrocarbons".
The invention relates to processes for converting relatively high boiling point hydrocarbons to lower boiling point products, more especially gasoline.
The invention mainly consists in providing a decomposition plant comprising several sections, one of these sections being suitable for transforming a load of relatively heavy or dirty materials to be treated into a clean load suitable for decomposition. in another / section.
The above arrangement and other features and advantages of the invention will become apparent from the description below, with reference to the installation shown, by way of example, in the accompanying drawing. in this drawing we have shown how a fresh charge.
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example of crude hydrocarbons treated by topping or other relatively heavy hydrocarbons, is delivered by a pump 1, a feed duct 3, a heating coil 3, a heat exchanger 4, a heat exchanger 5 and ducts connection 6 and 7, in an intermediate section provided in a combined tower 8, in which it comes into contact with strongly heated vapors, which rise in the tower,
as will be described more explicitly hereinafter, the quantity of hydrocarbons introduced through line 7 is preferably only that which is, in reality, sufficient to form the reflux between baffles 9, while the through- . The remainder is introduced through line 6, valves 10 and 11 being used as control means. The non-vaporized parts of the relatively heavy fresh load are collected by a collecting plate 12 with the condensed parts of the hot vapors which rise in the tower and flow through line 13 to an accumulator tank, out of which they are delivered through line 15 and pump 16, into a boiler 17 which, preferably,
is of the tubular type.The hydrocarbons are brought to the decomposition temperature in the boiler 17 and may undergo somewhat conversion therein, leaving it at a temperature of 800-900 9, for example about 850 F .
These hot hydrocarbons pass, through line 18, into reaction chamber 19, in which their conversion continues without the addition of additional heat. This reaction chamber is preferably arranged vertically through line 18 ending in its upper part. one wishes, the boiler 17 can. : operate in such a way that some or all of the desired decomposition of the charge takes place in it, or only a very small part of the decomposition
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reaction chamber 19. Preferably, a considerable part of the decomposition takes place in both the boiler and the reaction chamber, the total decomposition, per pass, possibly amounting to 12-13%, although the The percentage of decomposition may be lower or higher than that indicated, depending on the nature of the materials treated and this operation being of the nature of a reduction in viscosity. The pressure on the hydrocarbons, in the reaction chamber, has , preferably only a moderate value, for example 225 pounds per square inch, this pressure preferably being substantially the same as the pressure at the outlet of the boiler,
although pressures between atmospheric pressure and 400 pounds per square inch can be used, both in the boiler and the reaction chamber.
It is, however, generally desirable to work considerably below the value of 400 pounds, in order to avoid the deposition of considerable amounts of coke.
The decomposed products escape from the reaction chamber through line 20 and pressure reducing valve 21, into a lower section 72 of the combination tower 8, at a pressure which preferably is considerably lower. than that of the reaction chamber, for example 45 pounds per square inch, although pressures between atmospheric pressure and 150 pounds per square inch, or more, can be used if desired, the primary requirement being that the pressure be less than that of the reaction chamber, so that a spontaneous vaporization is obtained by the heat contained in the phase products. In the combined tower 8, the decomposed products introduced separate, under the effect of the heat they contain, in vapors which rise in the tower,
and in a liquid residue which is collected on the collecting plate 22. The strongly heated vapors which rise in the tower serve to separate the fresh charge, introduced by the conduits 6 and 7,
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analogues, these lighter products rise as vapors through the baffle trays 9, the bubbled trays 23 and the collector tray 24, on which the heavier parts of these vapors condense, then that the lighter vapors are entrained upwards through the bubble plates 25, the heat exchanger coil 3 and the bubble plates 26. The vapors, which reach the top of the tower, escape through the vapor duct 27 and the condenser 25,
to the collecting chamber 29 which comprises the usual conduit 29 'for the exhaust of gases and the conduit 30' for the withdrawal of liquids, these vapors having boiling points of the order of those desired for the final product gasoline, for example. A certain quantity of the distillate, collected in chamber 29, can be discharged, again and in the usual manner, through line 30 and through pump 31, to serve as reflux in the upper part of the tower. The condensate, collected on the collector plate 24, is chosen in such a way that it is suitable to be used as a clean decomposition charge and this clean condensate, which can for example include diesel fuel light and gerosene, is withdrawn through line 52 and heat exchanger 4,
in the accumulator 33, out of which it is withdrawn by the duct 35 and delivered, by the pump 36, by the duct 37 and the heat exchanger 38, at an intermediate point of the combined tower 3g. Part of the liquid product, coming from the accumulator 35, is discharged through the pipe 40 with its branches 41 and 42, to serve as reflux respectively on the bubbling plates 23 and 25, taps being provided for ef- carry out the necessary check. A part of this slightly decomposed product, for example diesel fuel, can be withdrawn through line 43 and the refrigerant 44, into a collecting chamber 45, to be used as diesel engine oil or for no What other purpose does it matter, the necessary control being obtained by the valve 46.
In the combined tower 39.1th clean condensate introduced
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flows downward over the baffle trays 47 against a rising stream of strongly heated vapors., with the result that the condensate is strongly heated. Some of this condensate may be vaporized. non-vaporized parts of the clean condensate introduced, mixed with the condensed part of the rising vapors, can be collected on a collector plate 48 and withdrawn through line 49 into accumulator 50. From 50 the condensate is withdrawn through line 51 and discharged, by the pump 52, into the boiler or the decomposition furnace 53, which is preferably of the tubular type, its temperature increasing, by passage through the boiler, to a rapid decomposition temperature ,
preferably at about 900 F, and at a pressure having a relatively high value, preferably about 75Q pounds per square inch, although somewhat higher or lower temperature and / or pressure may be used.
The temperature may be on the order of, for example, 850 to 1,100 F, while the pressure may be several hundred pounds higher or lower than that indicated as being preferred, the values adopted depending, especially on the temperature. nature of the load of materials to be treated and of the particular end products that one wishes to obtain. On leaving the furnace, the strongly heated decomposed products pass, through the duct 54, into the reaction chamber 55 which, from preferably, is arranged vertically, the duct 54 entering through the top thereof. The decomposition per pass is preferably considerably higher than that which takes place in the boiler 17 and may be, for example, in the vicinity of 18% to 20%, although the value may be higher or lower than indicated,
depending on the nature of the load of materials to be treated and the particular conditions adopted for the treatment. Most of the decomposition takes place preferably in the reaction chamber 55, only a part being carried out in the oven 53, although the part of the decomposition, which takes place in the furnace, compared to that which takes place in the chamber of
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reaction, can be modified at will by varying the duration of passage of the hydroaarbons in the furnace and the temperatures to which they are subjected in the latter. On leaving the reaction chamber 55, the decomposed products pass through the furnace. conduit 56 and the pressure reducing valve 57, in the lower part 58 of the combined tower 39,
which is maintained at a pressure considerably lower than that of the reaction chamber 55, being, for example, in the vicinity of 240 pounds per square inch. This value is given by way of example and is about that which is preferred in most cases, although a higher or lower pressure can be used, depending on the amount of light products that it is desired to separate from the. decomposed hydrocarbons introduced into the combined tower from the reaction chamber. The lower the pressure in the combined tower, the greater the quantity of light products which have spontaneously vaporized. Line 56, pre- ference,
withdraws hydrocarbons from the bottom of the reaction chamber 55 and in order to prevent the accumulation of coke around the connection of the conduit 56 to the reaction chamber and also, to prevent the accumulation of coke in the conduit
56, part of the combined supply, discharged by the boom 52, can be diverted through the connecting duct 77, in the lower part of the reaction chamber, a little above the connection point of the duct 56, the quantity of hydrocarbons thus introduced being sufficient to stir and to entrain any carbonate material having a tendency to accumulate, the control being carried out by the valve 78. The quantity of hydrocarbons which thus flows in by-pass through the led 77,
must be sufficient to maintain the temperature in the lower part of the reaction chamber, at a low value of about 800 F., plus or minus. The lower part 58 of this combined tower constitutes an evaporator or a separator. The evaporated vapors rise passing through the collector plate 48, the baffles 47 and the plates
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reflux condensate and fresh feed introduced through line 57 with the result that heavier fractions of the rising vapors are condensed and collected on collector plate 48 with the non-vaporized parts of the fresh feed to be taken up in the treatment passing through the furnace 53 and be further decomposed. The vapors, which remain uncondensed at the top of the upper section 60 of the combined tower 39,
which acts as a dephlegmator or fractionator, escape through the vapor duct 61, through the heat exchanger 38, in which partial cooling takes place, and through the final condenser 62, through the collecting chamber 63, which comprises the usual duct 64, for the exhaust of the gases and the duct 65, for the withdrawal of the liquid. A part of the distillate can be discharged again out of the chamber 63, by the duct 66 and by the pump 67, for serve in the well-known manner as a reflux fluid in the upper part of the tower. This distillate, thus collected, may have the characteristics of the desired end product and, if deemed useful, may be mixed with it collected in chamber 29 , by opening the tap 68 in the connecting pipe 69. The liquid residue,
which remains non-vaporized 'at the bottom of the evaporation section 58 of the combined tower 39, can be withdrawn from the installation, in whole or in part, through the duct 76 but preferably it is passed through the duct 70, with its pressure reducing valve 71, in the lower part 72 of the combined tower 8, which serves as a spontaneous vaporization chamber to separate the lighter products from the residue. The spontaneous vaporization treatment in the chamber 72 is aided , somewhat, by the contact of the residue with the strongly heated products of the reaction chamber 19. This effect is further aided by the fact that the liquid residue and the decomposed products of the reaction chamber 19 are, of preferably, both introduced below the level of the liquid on the plate 22. The excess hydrocarbons, which accumulate on the plate,
flow over the edge of
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the latter and pass, downwards, into tower 8, out of which they are withdrawn through line 73, heat exchanger 5 and refrigerant 74, to tank 75 for fuel oil.
The quantities of the charge, which flow through the different conduits of a combined installation, such as that described above, obviously vary both with the quantity of fresh charge introduced into the installation and with the specific conditions adopted. for the different sections of the installation, however, the figures given below correspond to a series of treatment conditions, successfully applied.
Assuming the fresh feed is toppled, 26 API Perse crude oil, which is the remaining 60%, after the 40% of the original crude has been distilled off. hydrocarbons at the point of introduction into combi tower 8, through conduits 6 and 7 and after preheating in serpentia 3 and heat exchangers 4 and 5, may be around 5750 F while the pressure. acting on these hydrocarbons, can be about 45 pounds per square inch.
The hydrocarbons withdrawn from the collector plate 12 can have a temperature of 700 F and their temperature, at the outlet of the boiler 17, can be about 8500 F, the pressure being 225 pounds per square inch or so. , the decomposition into products having boiling points of the order of those of gasoline, for each passage of the hydrocarbons through the boiler 17 and the reaction chamber 19, can be about 12 to 13%, the quantity of hydrocarbons passing through the boiler 17 being approximately double that of the fresh feed introduced through the conduit 2 and comprising, for example, a part of crude hydrocarbons, treated by topping, and a part of heavy gas oil .The temperature at the top of Combination Tower 8 can be around 3750 F and the percentage of gasoline going to tank 29,
in relation to the amount of fresh load,
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withdrawn from the bottom of the combined tower 8 by the conduit 73, May constitute approximately 45 to 50% of the fresh load, this residue being a tar having a coefficient of gravity, of 13 to 14 API, for example. A quantity of 10% of diesel fuel can be withdrawn through line 43 to be introduced into tanks, while the quantity of clean condensate introduced into combined tower 39 through line 37 can be approximately 38% relative to the quantity of fresh feed. , at the bottom of the combined tower, can be about 750 F and the pressure about 240 pounds per square inch, while the temperature and pressure in reaction chamber 55 can be,
respectively, about 900 F and 750 pounds per square inch. The temperature of the vapors at the top of the combi tower 39 may be about 4500 F and the amount of gasoline, collected in the tank. 63 can be about 15-20% of the amount of fresh charge supplied by conduit 2.
Operation.-During the treatment the fresh feed, such as crude oil treated by topping, crude residue or even heavy distillate, is introduced through the feed duct 2, the reheater coil 3, the changers, heat 4 and 5 and conduits 6 and 7, at an intermediate point of the combined tower 8, the quantity of fresh charge, introduced through the conduit 7 being sufficient to act as reflux between the baffles 9 and to maintain a suitable temperature, , while the remaining part is directed, through the duct 6, above the collector plate 12.
The introduced hydrocarbons are separated from their fraction, which is lighter by the heat they contain, and which results from the prior heating as well as from their contact with strongly heated vapors, which rise in tower 8. The vapors released flow out upwards in counter-current with respect to the condensate condensation of the heavier fractions of the vapors.
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leads to vapors 27 and the condenser 28, to the collecting chamber 29 as desired product. The temperature at the top of the tower is regulated in the well-known manner, by reducing, with the aid of a pump, a quantity of the final distillate through line 30 in the top of the tower. Intermediate reflux is also supplied through lines 41 and 42,
this reflux being of the nature of light gasoil. A clean intermediate condensate is collected on the collector plate 24 and the treatment of this condensate will be more explicitly described below. This condensate can be, for example, a gas oil having a gravity coefficient of about 36 A.P.I.
The non-vaporized part of the fresh charge and the condensed parts of the rising vapors are collected on the collecting plate 12 and drawn off towards the accumulator 14, out of which they are discharged through the duct 15 and the boiler or furnace 17, in which the hydrocarbons reach a temperature which preferably falls to the order of 800 -900 F, more preferably to about 850 F, under a pressure which can vary widely, for example from a few pounds per square inch up to 'to several hundred pounds per square inch, preferably around 225 pounds per square inch, whereby said hydrocarbons may be subjected to some degree of decomposition. The products, strongly heated, then pass into the reaction chamber 19,
in which a subsequent moderate decomposition of these products takes place, this operation being in the nature of a reduction in viscosity, the total decomposition into products, the boiling points of which are of the order of those of gasoline , can be 8% to 15% per pass, preferably 12-13%.
The conversion products then pass, through the line 20 and the pressure reducing valve 21, into the lower part of the combined tower 8 in which, following the reduction in pressure to a relatively low value, a pressure reduction occurs. separation of the decomposed products into vapors and a liquid residue, the vapors rising upwards through the plate
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ter, which flows downwards and which is introduced through line 7, which is accompanied by the condensation of the heavier fractions of the vapors. The liquid residue, collected on plate 22, is in fact , brought back to the boil by the hot products introduced through line 20, the product remaining in the liquid state, flowing over the collecting plate in the part of the tower,
out of which it is removed in the form of fuel oil through line 75 and heat exchanger 5, to aid in the preheating of the fresh charge.
The clean condensate, removed from the collector plate 24, is subjected to a heat exchange with the fresh charge in the heat exchanger 4 and then passes, into the accumulator 33, out of which it is withdrawn through the duct 36 and delivered through line 37 and heat exchanger 38, to an intermediate point of combined tower 39, another part of this condensate being returned through line 40 in tower 8 as reflux and a third part being removed, if desired, by the heat exchanger 38 for use as a diesel engine oil or as any other product.In the combined tower 39, the clean condensate introduced is partially vaporized by contact with the strongly heated vapors, the part that remains uncondensed,
being collected on the collector plate 48 with the condensed fractions of the rising vapors. The condensate constitutes the feed for the decomposition furnace 53 and during its passage through the latter it is raised to a decomposition temperature of e.g. 850 -1,000 F, preferably about 9,000 F, under pressure, e.g., 200 to 1,000 pounds per square inch, preferably about 750 pounds per square inch, then being introduced into the reaction chamber 55 with a considerable part of the decomposition taking place in the furnace 53 or not if desired. In the reaction chamber 55 a further conversion takes place, the total amount of decomposition preferably being
as large as possible without producing harmful coke.
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the order of that of gasoline, per pass, may be from 15 to 40%, for example, depending on the nature of the charge treated, but it is preferably in the vicinity of 18-20% per pass. - strongly-heated are then introduced, through the conduit 56, into the lower part 58 of the combined tower 39, which is accompanied by a reduction in pressure, by the intervention of the valve 57, sufficient to cause an autovaporisation d 'a large part of the decomposed products. Hydrocarbons from washing can be introduced through the connection line 77, into the lower part of the reaction chamber 55 in an amount, for example,
of about 5% with respect to the load introduced into the boiler 53. The vapors rise, passing through the collector plate 48 and undergo partial condensation by contact with the load which flows downwards and which is introduced through line 57 The vapors, which remain uncondensed, are then subjected to fractionation by passing upwardly between the bubbling trays or the like 59, to which reflux fluid is supplied through line 66 The vapors which still remain uncondensed at the top of the tower and which flow through the duct 61, are cooled in the heat exchanger 38 and they are, finally, condensed in the ashesor 62 and collected in the collecting chamber 63 as desired product. This can be mixed, if desired,
with the product collected in the collecting chamber 29, by opening the tap 68 in the connection pipe 69. The liquid residue is drawn off from the bottom of the combined tower 39, and the tolerance or part of it can be removed installation through line 76, but this residue preferably passes through line 70 and the pressure reducing valve 71, into part 72 where spontaneous vaporization occurs in combined tower 8, in which , as a result of the pressure reduction acting on it and its contact with strong products-
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partial, the vapors flowing upwards through the collector plate 12,
while non-vaporized liquid or residue overflows over plate 22 into the lower part of the tower The heavier parts of the rising vapors are condensed and collected on the collector plate 12 and are returned to the cycle by the boiler 17 together with heavier fractions, condensed from the vapors, given off by the feed introduced through line 20, while the non-vaporized residue can be withdrawn continuously or intermittently from the lower part of the tower by conduit 73.
The nature of this residue can be varied at will by suitably selecting the inlet pressure between turns 39 and 8 and the other fractionation conditions. This product is preferably withdrawn in such a way that it is suitable for use as fueloil.
The installation described above is very flexible and can be used for carrying out processes other than those specifically indicated above, for example this installation can be used to rectify naphtha.
For this purpose, it is not necessary to modify the switchgear.The high pressure side of the installation can be used with normal flow, generally as described above, while the low pressure tower 8 , can be used for the spontaneous vaporization of the tar, coming from the high pressure tower 39, the low pressure furnace 17 and the reaction chamber 19 then not being used. The naphtha can be brought, advantageously, to temperatures a little higher than those used for the decomposition of gas oil, for example 950 F or more, in the oven 53 to then pass into the reaction chamber 55, the total amount of decomposition per pass,
being approximately the same as in the case of diesel. Approximately the same pressure can be used in the reaction chamber 55 and 750 and
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240 pounds per square inch.
Although we have described above, by way of example, a particular embodiment of the invention, it is understood that many modifications and adaptations can be provided for it. Without going beyond the limits of the invention. invention, the main characteristics of which are given below.
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