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PROCEDE POUR LE FRACTIONNEMENT CONTINU DE GOUDRONS.
La présente invention est relative à un procédé pour le frac- tionnement continu de goudrons contenant de la naphtaline, notamment du goudron provenant d'une cokerie de houilles, par évaporation en flash et rectification des vapeurs qui, dans cette opération, sont formées ou se dégagent, c'est-à-dire sont séparées du liquide; l'invention vise aussi des dispositifs pour la mise en oeuvre de ce procédé.
Par évapo- ration en flash il faut entendre les procédés dans lesquels du goudron est chauffé continuellement et décomposé ensuite, dans une chambre d'évaporation, en des composantes qui sont gazeuses et liquides à la température et à la pression régnant dans la chambre d'évaporation, l'équilibre de phases des deux composantes restant maintenu et le chauf- fage pouvant être effectué, par exemple dans un four à tubes, soit de manière à éviter la formation de quantités notables de vapeurs sous' pression, soit par formation spontanée des vapeurs en cours de séparation des composantes restant liquides, dans la chambre d'évaporation, soit de manière à donner lieu à la formation de vapeurs lors du chauffage et dégagement, c'est-à-dire séparation, des vapeurs dans la chambre d'évapo- ration,
soit encore dans des conditions intermédiaires aux deux régimes précitéso
Il est connu d'effectuer le fractionnement de goudrons par l'utilisation de l'évaporation en flash en chauffant du goudron, par exemple du-goudron brut, dans un four à tubes, par exemple sous pres- sion et sans évaporation notable, et en le détendant ensuite dans une chambre d'évaporation, les vapeurs formées ou dégagées lors de cette , détente étant alors traitées dans des colonnes à rectifier ou dans une colonne à rectifier.
Contrairement au traitement discontinu de goudrons par la distillation en alambic, ce procédé a donné de très bons résul- tatso
On peut traiter par un tel procédé des goudrons bruts ou aussi,par exemple, des goudrons déshydratés ou partiellement déshy-
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dratés ou des goudrons toppés, dans lesquels l'eau et autres composantes ont été éliminées d'une façon quelconque, par exemple par un procédé d'évaporation en flash comme il est connuo
Or,on a trouvé qu'on peut subdiviser un tel procédé en deux ou plusieurs phases comprenant chacune le chauffage, l'évaporation en flash et la rectification des vapeurs formées ou dégagées lors de cette opération, et ceci de telle façon qu'on obtienne, lors de la pre- mière évaporait on'en flash dans la fraction de vapeur,
les composantes allant jusqu'au moins l'huilé de naphtaline comprise, pour séparer et récupère ces composantes de cette fraction, le résidu étant ensuite soumis a une autre évaporation en flash, par exemple à la dernière, ce nouveau procédé permettant non seulement-d'obtenir des avantages impor- tants, mais aussi d'économiser une partie importante des frais de l'in- stallationo
Un avantage qui résulte de la mise en oeuvre d'un tel pro- cédé est qu'il n'est pas nécessaire de procéder à la première évapora- tion en flash de la première phase en utilisant un vide dans la cham- bre d'évaporation et lors de la rectification;
au contraire, cette pre- mière évaporation peut être effectuée, suivant un mode opératoire pré- féré, environ à la pression atmosphérique, ce qui permet de réduire les dimensions des appareils en raison du volume réduit des vapeurs. Après le chauffage des produits, de préférence sous surpression, on effectue l'évaporation en flash de la deuxième phase, ou d'une autre phase, sous une dépression,par exemple sous une pression inférieure à 100 mm de mercureo On soumet , à cette deuxième ou ultérieure évaporation en flash, avantageusement, le résidu de l'évaporation de la première phase, ensemble avec le produit de fond obtenu lors de la rectification des vapeurs de la première phase, ou avec une partie de ce produit de fond.
Comme matière de départ pour le procédé suivant l'invention, on peut utiliser un goudron brut, tel qu'il est, ou aussi un goudron déshydraté ou partiellement déshydraté d'une façon quelconque, par exemple avantageusement un goudron ayant une teneur en eau inférieure à environ 3 %, de préférence inférieure àenviron 2 %, notamment d'en- viron 1 %. L'élimination de cette eau peut être effectuée avantageuse- ment, d'une façon connue en soi, en décantant dans un récipient de pres- sion le goudron chauffé sous pression tout en évitant une évaporation.
Lors de la déshydratation préalable ou avant celle-ci, on peut ajouter de l'eau en vue de l'élimination des sels par lavage.
Lorsqu'on porte un goudron brut ou un goudron contenant, par exemple, moins de 3 % ou environ 2 %, de préférence environ 1 % d'eau, à une température relativement basse, ne devant pas générale- ment être supérieure à 320 C, par exemple dans un four à tubes, en évitant une évaporation notable, pour le détendre ensuite à la pres- sion atmosphérique, on obtient dans une chambre d'évaporation une subdi- vision en un résidu comportant le brai et la partie principale de l'hui- 'le d'anthracène, ainsi qu'éventuellement des composantes à point d'ébul- lition plus bas, d'une part, et en un mélange de vapeurs, d'autre part,
comprenant les composantes d'huiles légères ainsi qu'au moins la compo- sante d'huile de naphtaline du goudron de.départ et éventuellement des composantes à point d'ébullition plus élevé, telles que la composante d'huile de lavage, ou une partie de la composante d'huile de lavage.
Suivant l'invention, ce mélange de vapeurs est rectifié, avec récupéra- yion des fractions désirées, en éliminant et récupérant les composantes légères allant au moins jusqu'à l'huile de naphtalineo
Le résidu de cette première évaporation en flash est alors soumis, de préférence ensemble avec le produit de fond de la rectification des vapeurs de la première évaporation en flash, ou avec une partie de ce prodùit,de fond, à une deuxième évaporation en flash, par exemple la
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dernière. Dans ces conditions pratiques, il faut procéder, avant cette deuxième évaporation, à un nouveau chauffage du résidu de la'première é évaporation ou du mélange de résidu et de produit de fond, en le portant, de préférence,' de nouveau à des températures relativement basses ne dé- passant notamment pas 350 C.
Pendant"ce nouveau chauffage, qui peut être effectué, par exemple, également dans un four à tubes et d'une fa- çon continue, le mélange peut être mis sous pression, de préférence en évitant la formation de proportions retables de vapeurs, pour être dé- tendu ensuite dans une chambre d'évaoration jusqu'à une dépression, qui est de préférence inférieure à 100 mm de mercure.
Lors de cette deuxième évaporation, on obti ent comme résidu par exemple du brai, à savoir,'suivant la proportion des composantes huileuses restant dans le brai, du brai gras, 'du brai normal ou du brai sec, d'une part, et un mé- lange de vapeurs, d'autre part, comportant les composantes vaporisables allant jusqu'à l'huile d'anthracène, ce mélange étant rectifié avec ré- cupération des fractions du goudron désirées, à point d'ébullition éle- vé.
On peut procéder aussi de telle façon qu'on récupère d'abord un résidu comprenant encore des proportions notables de composantes distil- lables, ce résidu.étant alors soumis à une dernière évaporation en flash dont le résidu est, par exemple, du brai sec.
Comme on l'a déjà exposé ci-dessus, le procédé suivant l'in- vention se distingue par le fait que les frais de l'installation pour la décomposition continue totale du goudron sont comparativement faibles sans que le maintien des températures relativement faibles indiquées ci- dessus entraîne une dépréciation de certaines composantes du goudron, telles que les composantes d'huile lourde ou la composante de brai.
Un autre avantage du procédé suivant l'invention réside dans le fait que la composante de naphtaline est récupérée, grâce à la subdivision du procédé suivant l'invention en deux ou plusieurs phases, dans la premiè- re phase sous forme d'une fraction d'un mélange de vapeurs comportant des composantes à point d'ébullition bas, ce qui ne lui permet pas de provoquer des encrassementso
Un autre avantage de la présente invention réside dans la possibilité d'utiliser facilement des colonnes à fractionner équipées de fonds de la construction habituelle. On obtient une installation d'un encombrement particulièrement faible en partant, suivant le mode opératoire préféré mentionné ci-dessus, d'un goudron ayant une teneur en eau relativement faible.
En procédant, suivant le mode opératoire préféré exposé ci- dessus, de telle façon que la totalité de l'huile de naphtaline se trou- ve dans les vapeurs de la première phase du procédé selon l'invention et qu'elle soit éliminée de ces vapeurs et récupérée, on obtient ainsi non seulement l'avantage précité, consistant à éviter, dans la deuxième phase ou une autre phase - la phase à vide - un encrassement par des dépôts de naphtaline, et à. pouvoir supprimer un lavage à l'huile avant l'installation à vide destiné à éviter de telles difficultés, mais on peut au@@ obtenir de cette façon une huile de lavage d'excellente qua- lité qui est pratiquement exempte de naphtaline ou qui contient très peu de naphtaline.
Ceci est notamment le cas lorsqu'on choisit les condi- tions, notamment la température de chauffage de la première phase, de telle façon que les vapeurs de l'évaporation en flash de la première phase contiennent non seulement l'huile de naphtaline, mais aussi l'huile de lavage ou au moins une partie de l'huile de lavage, et qu'on récupè- re l'huile de lavage ou une partie de l'huile de lavage comme fraction séparée lors de la rectification des vapeurs de la première phase. Lors de cette opération une partie de l'huile de lavage reste dans le résidu de la première évaporation en flash, cette partie étant très pauvre en
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naphtaline ou pratiquement exempte de naphtaline et étant alors récupérée dans la deuxième phase.
Suivant un autre mode opératoire préféré de l'invention, on procède de telle façon qu'on chauffe la fraction d'huile de lavage obte- nue dans l'installation de rectification travaillant sensiblement à la pression atmosphérique, à l'extérieur de l'installation de rectification, par exemple dans une colonne latérale à évaporateur, de telle façon que les vapeurs contenant de la naphtaline et s'échappant lors de ce traite- ment de la fraction d'huile de lavage, soient renvoyées dans l'installa- tion de rectification. Il est ainsi possible d'obtenir aussi lors de la rectification de la première phase une huile de lavage particulièrement pauvre en naphtaline et ayant des propriétés avantageuses.
Lorsqu'on désire réunir la composante d'huile de lavage du goudron, cette compo- sante d'huile de lavage peut être réunie avec la composante d'huile de lavage obtenue lors de la rectification des vapeurs de la phase consécu- tive suivant ce mode opératoire préféré, par exemple comme fraction de tête.
Comme proposé ailleurs, on utilise avec un avantage parti- culier, dans le procédé suivant l'invention, la chaleur sensible du ré- sidé de l'évaporation en flash pour effectuer l'évaporation d'une partie du produit de fond d'une colonne à rectifier consécutive, ou aussi d'une colonne latérale, par échange de chaleur indirect en augmentant le re- tour, ou de plusieurs colonnes.
L'invention concerne, en outre, des modes de réalisation particuliers et avantageux, destinés à la mise en oeuvre du procédé suivant l'inventiono
Un mode de réalisation préféré d'un dispositif pour la mise en oeuvre de l'évaporation en flash, par exemple, de la première phase est constitué par une colonne à rectifier comportant à sa partie inférieu- re une chambre d'évaporation en flash.
On utilise de préférence, suivant l'invention, une chambre d'évaporation en flash dans laquelle le goudron ou le résidu provenant du four à tubes pénètre sensiblement tangentiellement, et de laquelle on soutire les vapeurs formées par un tube central pénétrant dans la chambre d'évaporation en flash. Suivant l'invention, on peut encore pré- voir, en-dessous de cette chambre d'évaporation en flash, une chambre (chambre de dévaporisation) dans laquelle le résidu liquide de l'évapo- ration en flash est réparti sur une grande surface de sorte qu'il peut dégager les produits vaporisables, pratiquement en totalité.
Suivant une autre caractéristique importante de l'invention, le four à tubes utilisé pour la mise en oeuvre du procédé est équipé de deux systèmes tubulaires chauffés indépendamment l'un de l'autre, dont l'un sert pour l'évaporation en flash sous une pression réduite et l'autre pour l'évaporation sous la pression atmosphérique.
D'autres caractéristiques importantes de l'invention ressor- tiront de la description qui va suivre en regard du dessin annexé repré- sentant à titre d'exemple un mode de réalisation préféré de l'invention et dans lequel : La fig. 1 est une vue schématique d'une installation pour la mise en oeu- vre du procédé conforme a l'inventiono La fig. 2 est une vue en coupe d'une colonne à fractionner suivant l'in- . vention, ainsi que d'une chambre d'évaporation en flash.
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Le goudron à distiller, par exemple du goudron brut ayant une teneur en eau de 6 %, arrive d'un réservoir ou autre non représenté par la tubulure 1 et est amené, à l'aide de la pompe à goudron 2, par la tubu- lure 3, à un échangeur de chaleur à, pour parvenir de là, par la tubulure 5, aux échangeurs de chaleur 6 et 7. Dans les échangeurs de chaleur 4, 6 et 75 le goudron brut est soumis à une pression élevée et est préchauf- fé, sous un écoulement turbulent, à une température d'environ 140 à 150 , la pression étant réglée de façon à empêcher une évaporation d'eau et d'autres composantes.
Le goudron brut préchauffé de cette façon sous pression parvient alors, sans réduction de le. pression, par la tubulure 1, dams un séparateur ± dans lequel règne un courant sensiblement lami- naire, ce qui provoque la séparation du goudron de l'eau contenue dans le goudron brut ou de l'eau de lavage ajoutée éventuellement, en entraînant le chlorure d'ammonium et autres sels, la teneur en eau du goudron étant ainsi réduite à moins de 2 % L'eau éliminée est évacuée du séparateur 9 par la tubulure 10 et détendue, par l'intermédiaire d'un refroidisseur 43, dans le conduit 42 des eaux résiduelles.
Le goudron ayant subi ainsi une déshydr atation préalable s'écoule à travers la tubulure 11 directement dans le système tubulaire 12 d'un four à tubes 13. Dans le séparateur 9, la pression du goudron brut peut être supérieure à la pression d'entrée du goudron dans le sys- tème tubulaire 12; éventuellement, la pression peut être réduite d'une façon appropriée dans la tubulure 11.
Le système tubulaire 12 se trouve dans la zone dite de con- vexion du four à tubes 13 qui est limitée par les cloisons intermédiai- res , 15. Le chauffage du four à tubes est effectué à l'aide des brû- leurs 16, 17, tandis que les gaz brûlés sont évacués, comme indiqué en 18, à l'extrémité inférieure de l'espace de la zone de convexion, vers la cheminée non représentée.
Le goudron préchauffé dans le système tubulaire 12 parvient dans le système tubulaire 19 exposé au rayonnement direct des gaz de chauffage, où il est porté à la température nécessaire à l'évaporation en flash à une pression sensiblement atmosphérique, à savoir 320 C en- viron, pour laquelle la pression peut atteindre 2 à 3 atmosphères, de sorte que l'évaporait on dans le système tubulaire 19 est comparativement faibleo Par une pression "sensiblement atmosphérique" lors de cette éva- poration en flash, il faut ici entendre une pression qui est soit iden- tique à celle de l'atmosphère ambiante, soit différente de celle de l'at- mosphère ambiante dans une certaine mesure. Eventuellement, la pression peut notamment être inférieure à la pression atmosphérique,
mais elle ne doit pas être égale à la pression lors de la deuxième évaporation en flash ou s'approcher de celle-ci dans un degré tel qu'on perde les avan- tages spécifiques de la rectification à la pression normale. Le mélange obtenu de goudron brut et de vapeurs parvient alors par la tubulure 20 dans la chambre d'évaporation en flash 21 de la colonne à fractionner 22 fonctionnant sensiblement à la pression atmosphérique. Dans la chambre 21, le goudron chaud est détendu complètement ce qui provoque une évapo- ration jusqu'à un résidu composé essentiellement de brai, de la fraction d'huile d'anthracène et d'une certaine quantité d'huile de lavage.
Les vapeurs formées montent dans la partie de fractionnement de la. colonne 22 comportant un déflegmateur destiné à provoquer le retour, la fraction d'huile de naphtaline pouvant être soutirée en 23.la fraction d'huile phé- nolique en 24 et une fraction d'huile légère comme produit de tête en 25, cette dernière comprenant aussi l'eau résiduelle.
Le résidu de l'évaporation en flash dans la chambre 21 tra- verse, ensemble avec le produit de fond de la colonne 22 introduit dans cette chambre, la chambre de dévaporisation 26 et parvient alors dans
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l'échangeur de chaleur 6. Eventuellement, le résidu chaud, ou une par- tie de celui-ci, peut être amené par la tubulure 27 au bouilleur'28 d'une colonne latérale 29 prévue pour la production d'une fraction d'huile de naphtaline particulièrement pure. Le résidu chaud sert à provoquer,dans le bouilleur 28, de nouveau l'ébullition de l'huile de naphtaline élimi- née, afin de provoquer un retour dans la colonne latérale' 29.
Le résidu de la première évaporation en flash parvient, après avoir passé l'échangeur de chaleur 6, par la tubulure 30 dans un deuxiè- me système 31 de tubes rayonnants du four à tubes 13. Le système tubu- laire 31 est prévu, comme il ressort du dessin, dans une partie particu- lière du four à tubes qui ne communique que par l'ouverture 32 avec l'es- pace de la zone de convexion et de l'évacuation des gaz de fumée 18.
Il est ainsi possible de chauffer et de faire fonctionner les systèmes tubulaires 12 et 19, éventuellement indépendamment l'un de l'autre, après la fermeture de l'ouverture 32. Le dispositif à brûleur 17 sert au chauffage du système tubulaire 31.
Dans le système tubulaire 31, le résidu est porté à la tempé- rature nécessaire pour l'évaporation sous vide subséquente, à savoir envi- ron 350 C, en supposant que, lors de l'évaporation en flash subséquente, la pression soit réduite jusqu'à 70 mm de mercure, environ.
Le résidu chauffé de cette façon parvient alors à travers la tubulure 33 dans la chambre d'évaporation en flash 34 de la colonne à vi- de 35 agencée d'une façon similaire à celle de la colonne 22.
Dans la chambre 34,le résidu chaud est évaporé, en se déten- dant, jusqu'à une fraction de brai qui, après avoir passé une chambre de dévaporisation, parvient à travers la tubulure 36, par l'intermédiaire des échangeurs de chaleur 7, dans le réservoir à brai 41.
Les vapeurs montent à partir de la chambre 34 pour être frac- tionnées dans la partie de la colonne 35 comportant des fonds, ce qui per- met de soutirer en 37 une fraction d'huile d'anthracène, tandis que la fraction d'huile de lavage est soutirée en 38 à la tête de la colonne 35.
Cette fraction est condensée dans les condenseurs 39 derrière lesquels est branchée la pompe à vide 40.
La colonne à fractionner utilisée dans le dispositif suivant l'invention est représentée en détail à la fig. 2. Elle comporte une partie supérieure contenant un certain nombre de compartiments superposés 50, une partie pour corps de remplissage 51, une partie formant chambre d'évaporation 52 et une partie de dévaporisation 53.
Les compartiments à fractionner 50 sont équipés, de la façon habituelle, de fonds 54 comportant des ouvertures surmontées de tubulures 55 qui sont recouvertes à leur tour de capots en forme de cloches 56.
Les vapeurs montant à travers les ouvertures des fonds 54 sont forcées, par les capots en forme de cloches 56, d'entrer en contact intime avec le liquide s'accumulant sur les fonds. Le liquide s'écoule des fonds 54 vers le bas en passant par les tubulures de débordement 57. Lors du pas- sage par les compartiments à fractionner 50, il se produit, comme il est connu, un échange de matière entre la phase gazeuse et la phase liquide.
Le produit dit "de tête" est évacué en 58 à la partie supérieure de la colonne.
Le goudron chauffé à fractionner ou un autre liquide parvient par la tubulure 59 dans l'entrée 60 débouchant tangentiellement dans la chambre d'évaporation 52. Une tubulure 62 s'étendant vers le bas est prévue au centre du plafond 61 de la chambre d'évaporation 52, cette tu-
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bulure permettant aux'vapeurs formées dans la chambre 52 de s'échapper vers le hauto Le résidu liquide obtenu s'accumule sur le fond 63 d'où il s'écoule dans la partie de dévaporisation 55 de la colonne en passant par le bord 64 replié vers le haut de l'ouverture 65. Cette partie com- porte une série de cloisons 66 munies d'ouvertures décalées 67.
Le rési- du liquide se répartit sur les fonds intermédiaires 66 de façon à être étalé sur une grande surface de sorte que les composantes encore vapo- risables, qu'il contient, peuvent s'échapper pratiquement complètement.
Finalement, le résidu dévaporisé est soutiré par l'ouverture 68.
Pour améliorer l'élimination du liquide entraîné par les va- peurs, un compartiment de corps de remplissage 51 est encore prévu au- dessus de la chambre d'évaporation 52, ce compartiment étant délimité à sa. partie inférieure par un fond intermédiaire en forme de grille 69 sur lequel sont disposés des corps de remplissage appropriés, par exem- ple des anneaux dits de Raschig.
L'évaporation en flash répétée du résidu de brai et la rec- tification subséquente du mélange de vapeurs formé, de préférence sous une pression encore plus faible, donne aussi la possibilité de récupérer du brai une fra.ction de chrysène précieuse et éventuellement d'autres produits précieux.
REVENDICATIONS.
1) Procédé pour la décomposition continue de goudrons con- tenant de la naphtaline, en particulier de goudrons de houilles, en uti- lisant le procédé de l'évaporation en flash suivie de la rectification du mélange de vapeurs formé ou séparé, caractérisé en ce que la dêcompo- sition est subdivisée en deux ou plusieurs phases comportant chacune le chauffage, l'évaporation en flash et la rectification des vapeurs, et ceci de telle façon qu'on effectue dans la première phase une évapora- tion de façon à obtenir une fraction de vapeurs contenant les composan- tes à point d'ébullition plus bas, au moins jusqu'à la fraction d'huile de naphtaline comprise, cette fraction étant récupérée lors de la rec- tification effectuée, de préférence, dans des colonnes à fonds,
tandis qu'on récupère dans la deuxième pha.se., après chauffage, de préférence sous surpression, lors de la détente subséquente allant jusqu'à une dé- pression, de préférence inférieure à 100 mm de mercure le reste des com- posantes distillables, d'une part, et comme résidu, du brai, d'autre part.