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BREVET D'INVENTION
Procédé pour le fractionnement d'hydrocarbures ou autres mélanges de vapeurs ou de vapeurs et de gaz.
La présente invention a pour objet des moyens pour effectuer, de façon rapide et économique, le fractionnement de mélanges de vapeurs ou de vapeurs et de gaz, ces moyens s'appliquant de façon particulièrement avantageuse dans les opérations de transformation d'hydrocarbures lourds en hydrocarbures à bas point d'ébullition.
Quand on traite des corps tels que des pétroles, des huiles de toutes provenances telles que huiles de schistes, de charbon, de lignite, de bitume, etc.. ainsi que leurs dérivés, ou leurs produits de distillation en vue de
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leur transformation en essence, ou d'une façon générale lorsqu'on désire transformer des corps à point d'ébullition élevé en corps à bas point d'ébullition, on est amené, en cours d'opération, à procéder à un fraotionnement dans un dispositif approprié. Ce fractionnement permet de séparer les parties les plus lourdes pour les traiter ensuite à nouveau, soit dans le cycle opératoire, soit dans une installation séparée, cependant que les produits les plus légers sont recueillis et utilisés directement ou après un raffinage approprié.
Ce fractionnement implique dans tous les cas, dans les procédés actuellement connus, une condensation des lourds, ceux-ci, après séparation hors de l'appareil de fractionnement, étant vaporisés à nouveau et traités, comme il vient d'être dit, soit dans le cycle lui-même, soit dans une installation séparée.
Les opérations de condensation et de revaporisation ne laissent pas d'être coûteuses et d'exiger des dispositifs particuliers qui augmentent l'encombrement de l'installation.
La présente invention a pour objet des moyens qui permettent d'assurer un véritable fractionnement et, en fait, une sélection entre produits à bas et à haut point d'ébullition, en supprimant toutes les opérations et tous les appareillages nécessaires pour une condensation partielle des produits à séparer et pour la revaporisation du condensat.
L'invention consiste en principe à traiter le mélange de fluides (vapeurs ou vapeurs et gaz) dans un appareil contenant une matière de contact absorbante convenable et cela, tout ensemble, pendant un temps déterminé très réduit et dans des conditions de température telles que le mélange de vapeurs et de gaz ne subit aucune transformation chimique, les éléments se séparant en phase vapeur, les légers non absorbés étant recueillis, les lourds, seuls absor-
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bés par ladite matière de contact, étant évacués ensuite à l'aide d'un courant de gaz inerte ou de vapeurs à une température égale ou supérieure à celle de l'opération.
Ce résultat ne peut, comme on le conçoit, être obtenu que grâce à la combinaison entre une matière de contact qui, à une température de traitement capable de maintenir les matières à traiter à l'état de vapeurs et de gaz, ou pour le moins sans qu'il se produise aucune condensation permanente, n'exerce qu'une action catalytique réduite ou nulle sur les fluides en traitement. La matière sera d'un type connu et choisie de façon à présenter un pouvoir de rétention plus grand pour les lourds que pour les légers; la durée de l'opération étant elle-même choisie extrêmement réduite afin d'éviter toute action chimique par catalyse et toute condensation permanente.
Dans la pratique, la durée de l'opération de fractionnement, ou plus exactement de sélection, sera de l'ordre de quelques secondes, le plus généralement de dix secondes au maximum. La mise en pratique de l'invention exigera le plus généralement une installation permettant d'alimenter l'appareil sélecteur en phase vapeur, pendant ces courtes périodes de temps, lesquelles alterneront avec des périodes d'évacuation des lourds à l'état de vapeurs. L'installation comporte enfin des moyens pour assurer périodiquement, aux cadences mêmes des opérations de sélection, une évacuation consécutive des lourds, à l'aide d'un courant gazeux à la température de l'opération de sélection, le courant purgeur pouvant avantageusement être un courant de vapeur d'eau convenablement surchauffée.
Il sera prévu, en outre, des moyens pour procéder à des intervalles de temps convenables, de durée prolongée, à une régénération de la matière de contact dans l'appareil sélecteur.
Dansce qui suit, il sera décrit avec références aux dessins annexés, deux exemples d'application de l'inven-
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tion à la transformation d'hydrocarbures à haut point d'ébullition en hydrocarbures légers, c'est-à-dire à bas point d'ébullition, tels que de l'essence ou autres combustibles pour l'alimentation de moteurs.
Ces installations permettent, comme on le verra, de réaliser le cycle complet de transformation, de produits tels que des hvdrocarbures, pratiquement et exclusivement en phase vapeur, résultat qui n'a jusqu'à ce jour jamais été obtenu.
La fig. 1 du dessin montre l'application de l'invention à une installation du type dit "thermique", tandis que la fig. 2 montre une installation pour l'application à une installation du type dit "catalytique".
Dans l'exemple de la fig. 1, il a été supposé que l'installation comporte une batterie de trois dispositifs (3, 3', 3") de sélection en phase vapeur ; il va de soi que l'installation pourra comporter un plus grand nombre d'éléments: L'utilisation de trois éléments au moins se trouve commandée par la nécessité de disposer constamment d'un élément où l'on peut régénérer la matière de contact et de deux autres éléments qui alternativement sont respectivement en période de sélection et d'évacuation des lourds séparés par absorption.
Encore une fois, il est bien évident que de semblables batteries de trois éléments pourront être utilisées en nombre variable à volonté.
Les sélecteurs peuvent, chacun par leur partie inférieure, être mis en communication au travers d'un robinet, avec le conduit d'alimentation du mélange de gaz et de vapeurs à traiter. Dans l'exemple choisi, ce mélange de gaz et de vapeurs provient d'un four de cracking thermique 11, de type connu ; les prcduits sortant de ce four passant tout d'abord au travers d'un séparateur des produits très lourds 10. Le mélange à traiter est recueilli dans un conduit col-
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lecteur 4, d'où, par des branchements appropriés pourvus de robinets, il peut être périodiquement admis dans l'un ou l'autre des sélecteurs 3, 5', 3".
A la partie supérieure, chacun des sélecteurs communique, par un conduit d'échappement, avec un conduit collecteur 7 des produits légers.
L'installation comporte en outre, pour l'exécution des différentes opérations, un conduit 5 d'admission d'un fluide purgeur permettant d'assurer périodiquement, hors du sélecteur où vient de s'opérer la sélection, l'évacuation des lourds qui se trouvent pratiquement à l'état de vapeurs. Bien entendu le conduit 5 communique avec chacun des sélecteurs 3, 3', 3", soit directement, soit par l'intermédiaire de branchements avec, dans tous les cas, interposition de robinets d'isolement.
Les produits lourds, ainsi entrainés par l'agent purgeur à l'état de vapeur à la température de séparation, sont conduits au travers d'un collecteur 8, et sont soit traités dans une installation séparée, en étant à cette fin dirigés vers cette installation par un conduit 12, soit ramenés dans le cycle, au travers d'un conduit 13. Enfin, la régénération périodique de la matière de contact dans chacun des sélecteurs 3, 3', 3" s'effectue, de la façon connue, sous l'action d'un agent de régénération admis par un conduit 9 dans les sélecteurs, soit directement, soit par des branchements avec dans tous les cas interposition de robinets d'isolement. Les gaz permanents de l'opération de régénération sont évacués par un collecteur 6 communiquant avec chacun des sélecteurs 3, 3', 3".
Dans chacun des sélecteurs 3, 5', 3", est disposée une matière de contact poreuse, à activité catalytique faible ou nulle dans les conditions de température où s'effectue l'opération, la matière étant capable de retenir de préférence les produits lourds. Cette matière de contact
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pourra être une matière siliceuse et sera de préférence employée sous forme de petits fragments moulés. La matière sera un produit naturel ou synthétique de nature siliceuse, par exemple un gel de silice, ou un mélange de silice et d'alumine sous forme de gel ou sous toute autre forme appropriée. Si la matière possède une activité catalytique trop prononcée, cette activité pourra être convenablement réduite au préalable, par des moyens connus tels qu'un traitement prolongé à une température élevée.
Comme éléments sélecteurs 3, 3', 3", on pourra employer des convertisseurs de type connu, par exemple des caisses métalliques comportant des faisceaux tubulaires à tubes perforés pour la distribution uniforme des gaz à traiter, autrement dit des types de convertisseurs, actuellement connus, servant au traitement de mélanges de gaz et de vapeurs, sur une masse de contact à action catalytique ou autre.
Dans l'exemple choisi, s'agissant d'hydrocarbures provenant d'un four de cracking thermique, la température qui sera maintenue dans les sélecteurs variera entre 400 et 510 C. Le mélange de vapeurs et de gaz provenant du conduit 4 est, par exemple, dirigé vers le sélecteur 3, où le fluide est traité pendant une période de temps s'élevant pratiquement à dix secondes au maximum. La matière poreuse retient les parties lourdes, tandis que les parties légères se trouvent évacuées à la partie supérieure et recueillies dans le collecteur 7, Au bout de cette période de traitement de dix secondes, la communication du sélecteur 3 se trouve automatiquement coupée avec le collecteur 4 et le conduit 7, à l'aide d'un dispositif mécanique ou électromécanique de type connu conjugué avec une minuterie (non représenté).
En même temps que se trouve interrompue la communication entre le sélecteur 3 et le collecteur 4, la communication entre 4 et 5', ainsi qu'entre 5' et 7, est
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automatiquement établie.
Au surplus en même temps que la communications est rompue entre 3 et 4, elle se trouve établie entre 3 d'une part et le conduit 5 d'amenée de l'agent purgeur, ainsi qu'avec le conduit 8, d'évacuation d'autre part et cela toujours au moyen du même dispositif mécanique ou électro-mécanique, de type connu, conjugué avec une minuterie.
La durée de la période d'évacuation des produits lourds, au moyen de l'agent purgeur à l'état de vapeur à la température de sélection, sera la même que celle de l'opération de sélection de façon que l'on puisse, alternativement, procéder à une sélection dans l'un des trois sélecteurs, en même temps qu'à une évacuation dans l'un des deux autres sélecteurs; le troisième sélecteur étant en période de régénération.
Il va de soi que si, dans un cas particulier, il importait de donner à l'opération d'évacuation une durée plus longue que la durée de la période de sélection, il serait nécessaire de disposer, pour chaque batterie 3, 3', 3", d'un élément additionnel.
A des intervalles de temps convenables, on procè- dera à la régénération dans l'un des trois sélecteurs, 3 par exemple, pendant que les deux autres sélecteurs, 3', 3" seront en action.
La régénération s'opérera par tous moyens connus, le fluide régénérateur étant, comme il a été dit plus haut, admis par le conduit 9.
Le courant de fluide purgeur à la température de sélection, admis par 5, devra, dans la pratique, avoir une pression convenablement supérieure à celle de la pression de circulation, c'est-à-dire celle qui règne dans le four 11, et dépasser celle-ci de l'ordre d'un tiers de kilog par exemple.
Sur la fig. 2, il a été représenté une application
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de l'invention au traitement d'hydrocarbures par la méthode dite catalytique.
Pour plus de simplicité, il n'a été figuré que l'un des éléments sélecteurs d'une batterie analogue à celle employée dans l'exemple de la fig. 1. Par ailleurs, il n'a été figuré qu'un élément unique pour chacune des passes de traitement catalytique, alors que, dans la pratique, l'installation comportera pour chaque passe une ou plusieurs batteries.
Les matières à traiter sont, de la façon connue, admises dans le vaporiseur lla, où la matière vaporisée se trouve élevée à une température qui pratiquement ne dépasse pas 480 C. Les vapeurs sont admises dans le convertisseur de cracking catalytique 20, et se rendent, à leur sortie, dans l'un des éléments sélecteurs en phase vapeur, 3a, au travers d'un conduit 4a. La séparation s'opère dans ce sélecteur de la même façon que dans l'exemple précédent, les légers étant dirigés dans le conduit 7a pour être recueillis directement ou subir un traitement consécutif convenable.
5a désigne le conduit, correspondant au conduit 5 du premier exemple, pour l'admission d'un fluide éjecteur à la température de sélection, le fluide purgeur et les éléments lourds entrainés étant dirigés dans un collecteur 8a, pour être traités dans le second convertisseur 24, ou être ramenés dans le premier convertisseur 20. Les produits, sortant du convertisseur 24, s'échappent par un conduit 4b, et subissent une nouvelle sélection en phase vapeur dans celui des sélecteurs de la batterie, actuellement en fonctionnement. Les produits à point d'ébullition élevé, séparés en phase vapeur, qu'ils émanent du convertisseur 20 ou du convertisseur 24, sont toujours ramenés dans le second convertisseur 24.
Bien entendu, la sélection des produits émanant du second convertisseur 24 pourra être effectuée soit dans la même batterie de sélecteurs que celle qui sert au traite-
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ment des produits venant du convertisseur 20, comme c'est le cas dans la fig. 2, soit dans une batterie de sélecteurs séparés.
Des conduits 9a, 21 et 23 ont été prévus pour l'admission du fluide de régénération dans les convertisseurs 20 et 24, ainsi que des conduits 6a, 22 et 25 pour l'évacuation des fumées provenant de la régénération.
Dans l'exemple d'application qui vient d'être décrit, le procédé de sélection en phase vapeur a été indiqué comme combiné avec un traitement catalytique en deux passes, autrement dit avec une première opération de cracking catalytique, et un traitement consécutif des produits à point d'ébullition élevé extraits des sélecteurs en phase vapeur, traitement consécutif opéré dans une seconde phase de cracking catalytique.
Il est bien évident cependant que cet agencement, cette combinaison de batteries de sélecteurs en phase vapeur, pourrait être réalisée de façon analogue en opérant la première passe de traitement au moyen d'un dispositif de type connu quelconque de traitement thermique analogue à celui qui a été visé dans l'exemple de la fig. 1. En d'autres termes l'exemple qui vient d'être décrit montre la possibité d'une application avantageuse de l'invention en combinaison avec un traitement en deux passes, que les deux passes soient opérées par la méthode de cracking catalytique ou que l'une des passes soit opérée par traitement catalytique et l'autre par traitement thermique.
Les procédé et dispositif de sélection en phase vapeur qui viennent d'être décrits permettent de réduire considérablement la quantité de chaleur nécessaire pour le traitement ultérieur des produits à point d'ébullition élevé, vu que ces produits sont directement recueillis en phase vapeur, autrement dit qu'ils n'ont pratiquement subi aucune condensation nécessitant une revaporisation.
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Il a déjà été proposé de traiter des hydrocarbures sur une matière de contact, telle que du charbon activé par exemple, en vue de procéder à une séparation entre des pro- duits possédant des points d"ébullition différents, mais ces opérations ont été effectuées dans des conditions de pres- sion et de température telles qu'il se produisait nécessai- rement une condensation, le but poursuivi par la demanderes- se ne pouvant de la sorte être atteint.
La sélection qui s'opère dans les éléments sélec- teurs visés ci-dessus est pratiquement parfaitement suffisan- te, c'est-à-dire constitue un classement convenable entro les légers destinés à être raffinés et les lourds destinés à ê- tre ramenés dans le cycle opératoire ou à être traités à part.
Il va de soi que les installations schématiquement représentées sur les fig.l et 2 pourront, de la façon connue, comporter,aux points voulus, des échangeurs de température per- mettant non seulement d'assurer une récupération des calo- ries, mais encore d'effectuer un réglage convenable de la tem- pérature du courant de vapeur admis dans les sélecteurs,com- me du courant sortant hors de ce dernier ; ces échangeurs de température étant disposés sur les conduits collecteurs 4,7 et 8 de la fig. 1, ou 4a, 4b, 7a, 8a de la fig. 2.
Dans la pratique, il conviendra évidemment de don- ner aux appareils sélecteurs des dimensions convenablement réduites par rapport aux appareils convertisseurs 20 et 24 de la fig. 2. La capacité normale des sélecteurs variera entre le 1/10 et le 1/20 par exemple, de celle des appareils convertisseurs.
L'allure du traitement dans les sélecteurs devra, comme il a été dit plus haut, être extrêmement rapide et à cet effet il conviendra, dans la pratique,d'admettre par heu- re sur la masse de contact contenue dans les sélecteurs un volume de matière de départ qui, considéré à l'état liquide, est avec le volume de la masse de contact dans un rapport variant entre 5 sur 1, et 13 sur 1 environ.