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PROCEDE ET APPAREIL POUR L EVAPORATION ET LE-CRAQUAGE DE.LIQUIDES OU
DE MELANGES DE LIQUIDES, DE PREFERENCE D'HYDROCARBURES.
Pour évaporer des liquider on chauffe ceux-ci soit dans des récipients de grandes dimensions'. soit dans un serpentin à tubes de lon- gueur suffisante,, indirectement au moyen de gaz ou de liquides de chauf- fage Dans ce cas, la température du récipient ou des parois des tubes ne dépasse que relativement peu la température d'ébullition du liquide, de sorte que le temps nécessaire à l'échauffement et à l'évaporation du liquide est prolongé en conséquence.
Dans d9autres cas, on effectue un chauffage direct du liqui- de à évaporeren disposant un brûleur immergé à 1?intérieur d'un réci- pient de volume relativement grande qui est rempli du liquide à évapo- rer.Dans ce cas, les gaz de chauffage quittant le brûleur agissent bien directement sur le liquide, mais celui-ci ne se chauffe ni ne s9évapore que progressivement, parce que la chaleur des gaz de combustion est très faible par rapport à la capacité d'absorption de chaleur du liquide am- bianto
Dans le but de réduire à une petite fraction du temps néces- saire jusqu'à présent, le temps nécessaire à l'échauffement et l'évapora- tion du liquide,
on introduit suivant la présente invention le liquide éventuellement préchauffé dans des espaces dont les parois sont chauf- fées bien au-delà de la température d'ébullition du constituant du mé- lange liquide ayant le point d'ébullition le plus élevé, par chauffage direct ou indirect. Si, par exemple, on applique ce nouveau procédé à l'évaporation d'hydrocarbures à hauts points d'ébullition, les parois de l'espace d'évaporation doivent atteindre une température de 1000 et au-delà.
Une autre caractéristique très importante du nouveau procé- dé consiste en ce quon introduit le liquide sous forme de gouttes,
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jets ou lames d'épaisseur relativement faible dans un ou plusieurs dispo- sitifs de chauffage montés en parallèle. Par suite de la subdivision du liquide ou du mélange de liquides en petits volumes., la durée du chauf- fage et avec elle également la durée de 1?évaporation sont encore rédui- duites davantage à une fraction du temps qui était nécessaire jusqu'à présent. En général,pour Inexécution du procédé, les gouttes, jets ou lames ne doivent avoir qu'une épaisseur de quelques millimètres. Eventuel- lement, le liquide peut même être pulvérisé.
Gomme, aux températures extrêmement élevées des parois du dis- positif de chauffage, il y a danger de formation de dépôts qui influen- cent la transmission de chaleur ou le pouvoir de rayonnement des parois, on fait en sorte, suivant le nouveau procédé que le liquide traverse l'appareil de chauffage en chute libre. Pour augmenter la durée de séjour, il peut être avantageux de pulvériser le liquide dans le dispositif de chauffage verticalement d'en bas à 1?aide d'une certaine surpression.
Dans ce cas, les particules de liquide se déplacent dans le dispositif de chauffage d'abord vers le haut puis sont déviées à nouveau vers le bas par l'action de la pesanteur qui 8?exerce sur eux. On obtient ainsi pra- tiquement une durée de séjour double. Une autre possibilité d'augmenter la durée de séjour dans le dispositif de chauffage consiste à introduire le liquide dans un courant de gaz, qui tourne à l'intérieur du dispositif de chauffage à une vitesse relativement élevée.
Dans beaucoup de cas, on'peut effectuer l'évaporation du liqui= de par chauffage direct,, sans que pour cela le mélange des vapeurs ainsi libérées avec les gaz de combustion ne soit un inconvénient.Pour augmen- ter la durée de séjour des particules liquides dans le dispositif de chauf- fage en cas de chauffage direct de ce genre, les gaz de combustion doivent se déplacer en sens inverse du liquide tombant en chute libre. En même temps, la chaleur sensible des gaz de combustion est mieux utilisée par Inapplication du principe du contre-courant.
Dans le procédé suivant l'invention, le décalage des phénomènes de chauffage et d'évaporation à des températures élevées et très élevées non seulement réduit la durée du chauffage et de l'évaporation à une frac- tion de la durée qui était nécessaire jusqu'à présent, mais encore produit éventuellement en même temps une décomposition des vapeurs ou d'une partie des vapeurs., Le procédé peut alors être appliqué suivant les liquides qui doivent être évaporés, à différents étages de températures,, et dans ce cas, après chaque étage de température une partie des vapeurs peut être prélevée pour empêcher une décomposition ultérieure de cette partie des vapeurs.
Si conformément au nouveau procéder on évapore des hydrocarbu- res, suivant la nature et les propriétés des hydrocarbures, les parois for- tement chauffées du dispositif de chauffage peuvent déjà exercer une ac- tion catalytique sur la décomposition. On a constaté par exemple que lors de l'évaporation d'hydrocarbures aliphatiques, les parois de fer du tube évaporateur ou bien la couche de rouille qui recouvre la paroi empêche dans une large mesure la formation de carbone. Mais dans Inexécution du nouveau procédé, on prévoit également de charger le dispositif de chauf- fage d'un catalyseur.
L9emploi de températuresde travail élevées entraîne le danger qu'il se produise à l'intérieur du dispositif d'importantes tensions ther- miques en cas de répartition irrégulière de la température.En outre, il se produit des fissures et autres dégâts aux appareils, lorsque la dila- tation thermique libre des pièces fortement chauffées est entravée d'une manière quelconqueo On opère par conséquent de préférence dans des ins- tallations qui possèdent un ou plusieurs dispositifs de chauffage de pré- férence cylindrique, montés en parallèle. Si dans ce cas le chauffage du
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liquide doit avoir lieu par chauffage indirect, on entoure ces disposi- tifs de chauffage d'une enveloppe pour le guidage des gaz de chauffage.
Il est alors prévu que les parois du dispositif de chauffage puissent se dilater librement et sans entraves par rapport à 19 enveloppe qui l'en- toure.
Comme le rayonnement thermique produisant 1'évaporation dé- pend dans une large mesure de la température de la paroi, il faut accor- der une attention particulière au chauffage uniforme du dispositif.
Dans ce but, les parois du dispositif de chauffage doivent être attein- tes de façon uniforme par les gaz de chauffage qui les entourent. D'au- tre part, en général, les gaz frais chauds sortant des brûleurs ainsi que les gaz résiduaires sont introduits ou enlevés de façon unilatérale ou-dissymétrique. Suivant la présente invention, on prévoit, à cet ef- fet, pour l'évacuation et éventuellement également pour l'inroduction des gaz de chauffage, des canaux collecteurs qui sont reliés aux condui- tes des gaz de chauffage par des grilles d'étranglement. On règle les ouvertures des grilles d'étranglement de manière qu'il règne à l'inté- rieur du système de canaux pour les gaz de chauffage une chute de pres- sion entièrement uniforme.
Les dispositifs pour Inexécution du nouveau procédé peuvent aussi servi- avantageusement uniquement à la décomposition de vapeurs d'hydrocarbures. Dans ce cas, on porte au préalable les hydrocarbures liquides à la température d9évaporation, puis on fait passer les vapeurs dégagées à travers le dispositif fortement chauffé décrit précédemment.
Après qu'elles ont quitté ce dispositif, on peut condenser par fractions les vapeurs dans une colonne de fractionnement connue en soie
Les dessins annexés représentent à titre d'exemples plusieurs dispositifs différents pour l'exécution du nouveau procédéo
La Figure 1 représente un dispositif de chauffage à tubes, en coupe longitudinale médiane verticale suivant la ligne 1=1 de la Figure 2, tandis que la Figure 2 est une coupe horizontale suivant la ligne II-II de la Figure 1.
Le dispositif de chauffage à tubes consiste en un grand nom- bre de tubes 1 disposés verticalement, qui sont emboutis ou soudés dans la plaque à tubes 2. La plaque à tubes 2 repose sur le couvercle 3 qui ferme vers le haut l'enveloppe de chauffage 4.Etant donné les hautes températures de marche pouvant atteindre au delà de 1000 , l'envelop- pe 4 est munie d'un isolement intérieur 5 relativement épais.
L'enveloppe 4 est fermée vers le bas par le fond 60 Ce fond comporte pour chaque tube une boîte à bourrage, de manière que tous les tubes puissent se dilater librement et sans entrave vers le bas pendant le chauffage.
Pour le chauffage du faisceau de tubes9 on place le long de 1'enveloppe, selon la hauteur, un? deux ou plusieurs brûleurs à gaz 7.
Les gaz combustibles chauds s'écoulent autour des tubes 1, et sont o- bligéss. par des chicanes 8, de modifier leur direction de circulation dans le dispositif..Les gaz résiduaires, qui possèdent encore une température assez élevée, sortent par les tubulures 9. On utilise avantageusement leurs chaleurs sensibles, de façon connue, au chauffage préalable de l' air de combustion et du liquide à évaporer.
Le liquide est prélevé d'un réservoir et amené par les tubu- lures la dans un récipient de distribution 11. Ce récipient est égale- ment muni d'un isolement 12.
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Pour assurer une alimentation constante de liquide au dispo- sitif de chauffage à tubes, le niveau du liquide dans le réservoir dis- tributeur 11 est maintenu constamment à la même hauteur. Dans ce but, le réservoir distributeur 11 est muni d'un déversoir de trop plein 13. Le réservoir distributeur est fermé au-dessus par le couvercle 14. Le fond du réservoir distributeur est muni d'un nombre d'ouvertures d'écoulement correspondant à celui des tubes. Chaque ouverture est fermée par une sou- pape 16 qui se lève et s'abaisse à l'aide de la tige 17. Toutes les ti- ges 17 sont reliées par l'intermédiaire d'un dispositif de réglage 18 à une barre transversale commune 19 qui peut être abaissée ou relevée au moyen du levier pivotant 20.
A l'aide du dispositif de réglage 18, la hauteur de chaque soupape peut être réglée individuellement.
Pour que le jet de liquide pénètre verticalement vers le bas dans le tube correspondant autant que possible sans être influencé, cha- que ouverture 15 est munie d'un tube de guidage 21. Le liquide passe de ce tube dans le tube 1 fortement chauffé, pour y être partiellement ou entièrement évaporé. Des constituants éventuellement non évaporés tombent à travers les tubes dans le réservoir collecteur 22 muni d'un isolement 23. Le réservoir collecteur est fermé au-dessus par un couvercle 24, qui comporte lui aussi une boîte à bourrage pour chaque tube. De cette maniè- re, les tubes peuvent se dilater sans entraves vers le bas. Le liquide non évaporé est évacué par la sortie 25,qui peut être fermée par la vanne 26.
Les vapeurs venant encore à se dégager peuvent être aspirées par les tubulures 27 du réservoir collecteur.
Les tubes 1 peuvent être construits en acier résistant à la chaleur, mais également en matériaux céramiques ou en graphite.
Si l'on doit évaporer des mélanges de liquides, dont les cons- tituants individuels ont des points d9ébullition qui diffèrent fortement les uns des autres,on fait passer, conformément à l'invention, le mélan- ge liquide, par exemple du goudron de cokerie, à travers deux ou plusieurs fours à tubes maintenus à des températures différentes. Il est possible de cette manière d'adapter dans une large mesure le procédé aux proprié- tés correspondantes du mélange liquide dans chaque cas particulier.
Une autre forme d'exécution est représentée sur les Figures 3 et 4. Dans ce cas, le liquide est projeté dans une chambre de chauffage 29 par une conduite munie d'un pulvérisateur 28. Conformément à l'inven- tion, on chauffe cette chambre à une température élevée, correspondant à un multiple de la température d'ébullition du liquide. Dans ce but, on entoure la chambre construite par exemple en acier coulé ou en un acier spécial résistant à la chaleur, dune enveloppe de chauffage 30, munie d'un revêtement isolant intérieur 31.Il reste entre l'isolement inté- rieur et la chambre de chauffage un espace annulaire 32 dans lequel mon- tent les gaz de chauffage. plaque de fond 33, qui,'reposé à son tour sur des colonnes 34. La chambre repose sur les supports 35.
On place près de la plaque de fond 33,en-dessous de 1'espace annulaire 32, des brûleurs à gaz ou à huile. Les gaz chauds ainsi produits entourent la chambre 29 uniformément du bas vers le haut et se rassemblent dans le canal annulaire 37. Les gaz de combustion sont évacués de ce canal, somme on le voit sur la Figure 4 a plus grande échelle, par les ouvertures 38. Pour compenser le tirage unilatéral de la conduite 38, des briques 39 calibrant le canal annulaire 32 sont posées sur l'isolement 31 dans le canal collecteur 37. De cette manière, on obtient que la vitesse verti- cale des gaz de combustion de bas en haut reste uniforme sur toute la pé- riphérie de la chambre.
Le canal collecteur 37 est fermé sur les côtés par la parci cylindrique 40 qui porte l'isolement 41.Le couvercle 42 qui ferme le canal
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collecteur 37 vers le haut repose sur les isolements 31 et 41. Le cou- vercle 42 est garni de briques suspendues 43 servant d'isolants. Dans l'exemple représenter le couvercle 42 est suffisamment étroit pour lais- ser un interstice entre lui et les parois voisines.Cet interstice est rempli d'asbeste, de sable ou de matière analogue.
On évacue les vapeurs qui se forment par les tubulures 45 de la chambre 29 (Fige 3) tandis quon retire le liquide qui ne s'est pas évaporé par la sortie 46, qui peut être fermée par la vanne 470
Une troisième forme de construction d'un'dispositif pour l' exécution du nouveau procédé est représentée sur la Fig. 5.Dans ce cas, le liquide ou le mélange liquide, est chauffé ou évaporé directement, c'est-à-dire par Inaction directe des gaz de combustion chauds.
Le dis- positif consiste essentiellement en une chambre cylindrique verticale 48, reposant sur plusieurs appuis 49.Les parois de la chambre sont revêtues de briques réfractaires.On place au fond de la chambre plusieurs brûleurs à gaz 50 d'où les gaz chauds se dégagent. vers le haut suivant une direction sensiblement verticale.
Au dessus de la chambre se trouve un récipient annulaire 51 servant à la distribution du liquide à évaporer.Le liquide arrive par la tubulure 52 dans ce réservoir et passe alors dans la chambre par de nombreuses tubulures de sortie 53. Ces tubulures peuvent être fermées individuellement ou par groupes, au moyen d'organes de fermeture qui ne sont pas représentés sur le dessin.
Les vapeurs qui se dégagent quittent la chambre à travers la tubulure extérieure, 54, tandis que les constituants du liquide non éva- porés sont évacués par la tubulure 550
Bien que l'on ait particulièrement décrit l'invention dans son application au traitement d'hydrocarbures qu'on évapore et craque)! le procédé peut trouver ses applications au moyen des mêmes dispositifs, par exemple aussi uniquement au craquage de goudrons de lignite ou de charbon ou de leurs fractions. Dans ce cason intercale avantageusement le dispositif dans l'installation de distillation, entre la cornue ou l'appareil de chauffage et la colonne de distillation.
REVENDICATIONS.
1.- Procédé continu d9évaporation et de craquage de liquides ou de mélanges liquides, par exemple des goudrons de lignite ou de char- bon, de préférence d'hydrocarbures, caractérisé en ce qu'on fait passer le liquide éventuellement préchauffé dans des espaces dont les parois sont chauffées par chauffage direct ou indirect notablement au delà de la température d'ébullition du constituant du mélange liquide dont le point d'ébullition est le plus élevé.