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MOYENS POUR LE TRAITEMENT PREALABLE DE RESIDUS , HYDROCARBONES OU AUTRES PRODUITS LOURDS, AVANT LEUR TRANSFORMATION EN LEGERS OU AUTRES APPLICATIONS.
La présente invention a pour objet des moyens pour le traitement préalable d'hydrocarbures lourds résiduaires ou autres analogues;, provenant du traitement de . pétroles, d'huiles de schistes, de goudrons, de distillats bitumineux ou autres.
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Le traitement préalable que l'objet de l'invention permet de perfectionner consiste en principe en une séparation, sous forme solide, d'une partie des éléments constitutifs de la matière de départ, savoir: ies cendre les cokes, les asphaltes, les produits goudronneux et résineux.
L'opération envisagée permet plus particulièrement la séparation de tous les éléments indésirables et gênants contenus dans des hydrocarbures lourds, en vue de leur transformation en hydrocarbures légers.
Ce qui caractérise essentiellement l'invention, ce sont des moyens simples et efficaces pour assurer le fractionnement continu des matières de départ, en produits solides, sous la forme d'une masse friable semblable à un coke très fin, d'une part, et en produits gazeux susceptibles d'être admis directement dans une installation de- transformation d'autre part.
Les moyens de traitement conformes à l'invention comportent en premier lieu, de la façon connue, un chauffage de la charge provoquant une vaporisation partielle de celle-ci.
Ce qui caractérise essentiellement l'invention, c'est un processus et un dispositif à l'aide desquels- les vapeurs, partiellement chargées de liquide à l'état atomisé, sont conduites au travers d'un dispositif maintenant les particules liquides en suspension dans les vapeurs jusqu'au moment où ces mêmes particules, sous l'effet de la chaleur, se trouvent décomposées en particules solides et en gaz. Le dispositif séparateur ou chambre de séparation est, à cet effet, organisé de manière que l'écoulement des vapeurs s'effectue avec une agitation
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convenable pour maintenir les particules liquides en suspension dans la vapeur et éviter par là la formation d'amas de liquide.
Cependant, quand les vapeurs qui s'élèvent verticalement dans cette chambre de séparation ont en y progressant, séjourné pendant un temps convenable dans cette dernière, une décomposition se produit, laquelle donne lieu à la formation de deux fractions : l'une constituée par des vapeurs, l'autre par des particules solides. La chambre de séparation est d'ailleursorganisée de manière que les particules solides ainsi séparées puissent descendre par gravité ; les vapeurs séséparées étant alors recueillies à la partie supérieure pour être amenées, soit directement, soit indirectement, au lieu d'ut.ilisation, c'est-à-dire dans une installation de traitement, variable suivant les besoins.
Conformément à une réalisation pratique parti- culièrement simple de l'invention, la chambre de séparation est établie sous la forme d'un conduit vertical, et l'agitation nécess,aire pour le maintien en suspension des particules de liquide dans le courant de vapeur, est assurée par la conformation de la partie inférieure de ce conduit, lequel comporte, à cet effet, une tubulure d'entrée de diamètre réduit se raccordant au conduit vertical par une chambre de détente.tronconique ou autre analogue, L'invention comporte, en outre, des moyens pour l'évacuation, hors du séparateur, du coke formé par précipitation des particules solides, et cela à l'aide d'un racloir, mécanique ou autre, et, éventuellement, au moyen d'un jet de vapeur ou de tout autre fluide inerte,
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La matière à traiter peut être additionnée de vapeur d'eau soit avant soit après son réchauffage, soit tout ensemble avant et après ce dernier mais, en tout cas, avant son admission dans le séparateur; cette vapeur d'eau ayant pour but dp porter la masse., admise dans le séparateur, à la température désirée et d'empêcher un véritable cracking des vapeurs que l'on doit uniquement séparer des solides.
Le débit de la charge admise dans le séparateur et la température de traitement tant dans le réchauffeur que dans le séparateur sont, conformément à l'invention, déterminés de façon à éviter qu'il se produise dans le séparateur un rassemblement ou une agglomération des particules liquides en suspension dans la vapeur ; le chauffage du séparateur étant assuré par les vapeurs qu'il reçoit du réchauffeur et, éventuellement, par un chauffage auxiliaire extérieur électrique ou autre.
Une installation pour la réalisation de l'invention est représentée sur le dessin dans lequel :
La fig, 1 est une élévation avec coupe partielle, de l'ensemble d'un réchauffeur et d'un séparateur reliés, par exemple, à une installation de traitement schématiquement indiquée.
La fig. 2 est une vue en plan partielle correspon- dant à la figure 1.
La fig. 5 est une coupe-élévation,à plus grande échelle, de l'un des séparateurs conformes A l'invention.
La fig. 4 est une coupe transversale suivant 4 - 4 de la figure 3.
Le procédé de traitement comporta le passage au travers du réchauffeur, représenté ici par un serpentin
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5 disposé dans une enceinte chauffée par tout moyen approprié, serpentin dans lequel la charge de matière résiduaire à traiter est admise, de préférence en mé- lange avec de la vapeur d'eau, dans des conditions de vitesse et de température telles qu'aucun véritable craoking ne puisse se produire dans ledit réchauffeur.
Un conduit 6, pouvu d'un robinet, et dans lequel on peut admettre, par un conduit 7 également pourvu d'un robinet, de la vapeur d'eau additionnelle assure la liaison entre le réchauffeur et le séparateur.
Comme le montre la figure 2, le même réohauf- feur peut, par un conduit commun 6, alimenter une batterie de séparateurs. Dans l'exemple, il est fait emploi de deux séparateurs dont l'un sera en période d'activité tandis que l'autre sera soumis à une opération de purge et de nettoyage, et vice-versa.
La charge, à l'état de vapeurs tenant en suspension des particules liquides, est admise par la tubulure d'entrée 8a, de diamètre relativement réduit, et s'élève dans la chambre de détente 8b, raccordée par des- parois en tronc de c8ne, ou autres analogues, au corps 8 du séparateur vertical. Grâce à l'arrivée continue de .la charge et à la détente qui se produit en 8b, le contenu de cette dernière est constamment maintenu en état d'agitation, ce qui facilite en outre la transmission de chaleur.
Il se produit, déjà dans la chambre 8 b, une décomposition des particules liquides en vapeur et en particules solides, ces dernières se déposant principalement sur les parois de ladite chambre pour y former un dép8t croissant de coke, tout en maintenant un passage suffisant pour les vapeurs qui traversent cette
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chambre. Les vapeurs qui s'échappent à la partie supérieure du séparateur 8, par un conduit 9 pourvu d'un robinet, se trouvent à un état d'épuration tel qu'elles peuvent être directement admises .lans une installation de traitement thermique ou catalytique ou dsns toute autre installation appropriée, schématiquement désignée par 10 sur la figure 1.
La figure 2 montre l'association entre un réchauffeur 5 et une batterie de deux séparateurs 8, chacun d'eux se trouvant alternativement en période active de séparation et en période de purge et de netto- yage .
Les opérations de nettoyage de l'un des séparateurs tandis que l'autre est en période active de fonctionnement, comporteront, le plus généralement, une purge à l'aide d'un fluide, tel qu'un gaz inerte ou de la vapeur d'eau, admis par la partie inférieure 8a; le robinet de la tubulure 6 étant alors fermé, tandis que le robinet du branchement verical 7 est ouvert. Cette première opération pratiquée pendant un temps convenable, permet d'évacuer par la partie supérieure du séparateur, tous les hydrocarbures volatils qui ont pu être retenus dans le dô,pôt de coke, soit par adsorption, soit par absorption. La purge pourra aussi être assurée en créant un vide convenable dans le séparateur.
Cette purge une fois effectuée, on procède à une élimination du coke, à l'aide d'un racloir rotatif 11lla, monté sur un axe 12 manoeuvrable à l'aide d'une manivelle 14 ; toute fuite étant empêchée par le passage de l'axe au travers d'un presse-étoupe 13. L'élimination du coke est pratiquement assurée en abaissant .
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progressivement le racloir jusqu'à ce qu'il vienne occuper la position indiquée sur la figure 3.
Pendant cette opération, le coke s'accumule dans le fond de la tubulure 8a, d'où il pourra être évacué après retrait du chapeau 15, dans un collec- teur approprié 16 ; cetteévacuation pouvant être aidée ou assurée à l'aide d'un jet de gaz ou de vapeur d'eau admis à la partie supérieure du séparateur par le branchement horizontal supérieur du conduit 7.
La palette lla qui forme l'extrémité inférieure du racloir permet de détacher les dépôts de coke qui oht pu se former dans la tubulure 8a. Comme l'indique la figure 4, le racloir peut comporter un nombre variable de palettes 11. Quand le racloir n'est pas en service, il est remonté à la partie supérieure du séparateur, à la position indiquée sur la figure 1.
Le nettoyage du séparateur, en vue de le débarrasser du léger dépôt qui peut subsister sur ses parois intérieures, peut être parachevé par une oxydation de ces dépôts au moyen d'un courant d'air admis par le conduit 17 ; les produits de la combustion s'échappant alors par la partie inférieure ouverte de la tubulure 8a,
La séparation qui s'opère dans le dispositif particulier de séparateur qui vient d'être décrit, comporte, dans ce dernier, une certaine rupture de la viscosité de la charge ; et, comme il a été dit plus haut, la chaleur nécessaire à cette transformation est fournie par le mélange d'hydrocarbures et de vapeur d'eau admis par la tubulure 8a à une température variant entre 455 et 500 C., environ.
On peut d'ailleurs assurer
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le maintien de cette'température en chauffant, par l'ex- térieur, les parois du séparateur et cela, soit par un chauffage électrique, soit en munissant par exemple le séparateur d'une chemise à l'intérieur de laquelle on fait circuler des gaz chauds résiduaires, soit par tout autre moyen approprié. pendant le traitement, une pe- tite quantité d'air peut également être admise par le conduit 17, afin d'assurer la combustion d'une fraction de la charge et produire ainsi un dégagement de chaleur additionnelle,
A titre d'exemple, on peut citer une opération dans laquelle la charge à traiter était constituée par des produits lourds représentant 30 % d'un pétrole brut East Texas.
Cette charge a été admise à travers le ré- chauffeur 5 et amenée dans la tubulure de diamètre ré- duit 8a du séparateur, en mélange avec 20 % en poids de vapeur d'eau, et cela à une température moyenne de 480 C. La température des parois du séparateur 8 se trouve maintenue à 460 C. Le taux d'alimentation en li- quide par heure a été d'environ trois fois le volume du séparateur 8, c'est-à-dire 3. La charge avait un poids spécifique de 0,920 et une viscosité de 287 secondes à 55 C., et de 75 secondes à 100 c. Au cours d'une passe d'une heure, les produits de tête, pendant la première demi-heure, avaient un poids spécifique de 0,910 et une viscosité de 164 secondes à 55 et de 53 secondes à 1000 C.
Au cours de la seconde demi-heure de traitement, les produits de tête présentaient une densité de 0,917 et une viscosité de 218 secondes à 55 C. et de 59 secondes à 100 C. Ces produits de tête étaient, constitués par une huile épurée de bonne qualité. Le dép8t dans le
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séparateur représentait 2,6 % en poids de la charge.
A l'analyse, il a été reconnu que ce dép8t contenait
72 % de cendres, 5 % d'eau, 12 % de matières volati- les; le reliquat étant du coke. La mass:e était sè- che, très poreuse, friable et d'une ténuité telle qu'elle pouvait être enlevée au 'dpigt.
Si l'on fait usage d'une chambre de détente
8b de dimensions et de forme appropriées, il est pos- sible d'effectuer le traitement pendant un temps plus long qu'une heure, ce temps pouvant atteindre six heures, et étant bien entendu variable suivant la composition de la charge et le taux d'alimentation de cette dernière. Le taux d'alimentation par heure pourra varier, en volume, par rapport à la capacité du séparateur, environ 1,5/1 et 5 .
La quantité de vapeur d'eau, ou d'autres ma- tières gazeuses, admises en mélange avec la charge, pour faciliter la vaporisation de cett dernière et réduire au minimum le cracking thermique dans le ré- ohauffeur, peut varier entre 2 % et 30 % en poids.
Quand la matière à traiter comporte des hydrocarbu- res, ou des produits d queue de distillation plus lourds que celui indiqué dans l'exemple ci-dessus, le dép8t de- coke s'opérera plus rapidement, et la durée de la passe, pour chacun des séparateurs, se trouvera diminuée dans la même proportion, sans que la nature friable du dép8t s'en trouve altérée.
On voit, parce que qui précède, que ltinven- tion fournit des moyens appropriés et efficaces pour transformer des produits lourds, provenant par exem- ple de résidus de distillation, en vapeurs, convena-
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blement épurées, aptes à être admises dans des installations de traitement..
et pour recueillir en outre les cokes, asphaltes, cendres et autres matières indésirables mais souvent utiles pour d'autres fins, et cela sous la forme d'un agglomérat tendre, poreux, friable et susceptible par conséquent d'être évacué rapidement et facilement"
Il est manifeste que la nature du dépôt est due au fait que la charge, sous forme de vapeurs tenant en suspension des particules liquides, est admise à la par- tie inférieure d'une chambre de détente et cela à faible vitesse- La charge se trouve ainsi constamment maintenue dans un état d'agitation, tout en étant chauffée, si bien que les éléments constitutifs de cette charge et qui ne se trouvent pas en phase vapeur au moment où ils s'engagent dans la chambre dé détente,
restent en mouvement jusqu'à ce qu'il se produise une réduction de leur viscosité et consécutivement une séparation des vapeurs et une précipitation du résidu sous forme de particules solides lesquelles se déposent en une couche sur le fond de la chambre de traitement.
L'opération de purge par un jet de va'peur d'eau, qui suit la passe de traitement, assure l'élimination des hydrocarbures volatils qui ont pu être retenus dans le dépôt solide et détermine en même temps une dessication de ce dernier, si bien que ledit dép8t peut être facilement extrait par soufflage, après qu'il a été rendu plus lâche par l'action du racloir.
Outre sa valeur comme combustible, le résidu final de coke, qui contient la majeure partie sinon la totalité des cendres de l'huile brute originelle,
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représente une source importante de matières intéressantes à récupérer et qui, comme on le sait, existent dans les huiles minérales à l'état de, suspension ou sous d'autres formes.
Le contenu en vanadium de- certaines huiles brutes et, plus particulièrement, de celles de l'Amérique du Sud, a été reconnu comme intéressant, en fait, les cendres d'une huile brute sudaméricaine sont réptées pouvoir contenir 43 % de- va- nadium, Il a été trouvé, dans les cendres des huiles mexicaines, du vanadium mêlé à de la silice-, de l'étaih, du plomb, du cobalt, du magnesium, du fer, de l'aluminium, du titane, du sodium et de l'or. Des huiles brutes des Etats Unis contiennent du fer, de l'aluminium, du vanadium et du nickel.
On peut facilement récupérer ces matières par un traitement à l'acide ou par d'autres traitements chimiques du dépôt de coke provenant des opérations effectuées conformément à l'invention, où encore par combustion de ce dép8t de coke et précipitation des, fumées pour assurer la récupération des matières utiles, même quand elles ont été volatilisées.