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PERFECTIONNEMENTSA LA PRODUCTION DE COKE.
La présente invention est relative à la production de coke à par- tir de matières hydrocarbonées. Elle se rapporte plus spécialement à la pro- duction de coke de pétrole sous forme subdivisée à partir d'huiles hydrocar- bonées lourdes du type des.matières brutes réduites ou qui ont été soumises à un "topping", ou du type des résidus ou poix de distillation similaires.
En bref, l'invention pourvoit à la production d'agrégats de coke de dimen- sions commerciales, par injection d'huiles résiduelles lourdes du type spé- cifié dans une masse fluidifiée de solides carbonés finement divisés de di- mensions inférieures à celles des agrégats désirés à des conditions contri= buant à l'agglomération de ces particules plus petites pour former des agré- gats stables de dimensions commerciales.
La production de coke à partir d'huiles résiduelles, spécialement à partir des résidus de distillation de matières brutes,atmosphérique ou sous le vide, est bien connue dans la pratique. Des procédés de cokéfaction commerciaux de ce type ont pour but principal la producticn d'huiles hydro- carbonées, de plus grande valeur, à points d'ébullition plus faibles, huiles du type du gasoil et de la gazoline, du coke étant formé comme sous-produit de la réaction de cracking thermique impliquée.
Jusqu'à ces récentes an- nées, la technique usuelle de la cokéfaction comportait un préchauffage de l'alimentation jusqu'aux températures de cokéfaction dans des serpentins de chauffage convenables, préchauffage suivi d'un trempage de l'huile aux températures de cokéfaction dans un réservoir ou un tambour dans lequel la réaction de cokéfaction était achevée. Le coke était déposé dans le tambour comme masse solide qui, après un certain temps, remplissait complètement et bouchait le tambour. Le procédés devait être interrompu à de fréquents intervalles pour enlever le coke qui était cassé et récupéré sous la for- me de gros morceaux lourds. Différents procédés ont été proposés pour éli- miner ces difficultés.
La plupart de ces procédés impliquent l'addition à l'alimentation, de solides adsorbants inertes subdivisés, tels que du coke,
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du sable, de la pierre ponce, du kieselguhr, de l'argile épuisée, ou matiè- re semblable, pour servir comme supports pour le coke et comme agents de nettoyage empêchant le dépôt de coke sur les parois de l'installation.
Tandis que les systèmes à lit mobile et à suspension peuvent être utilisés pour ce type d'opération, la technique dite des solides flui- des offre les plus grands avantages en ce qui concerne le réglage de la température, l'économie de chaleur, la facilité et la continuité de l'opéra- tion et les dimensions de l'installation. Cette technique implique l'in- jection de l'alimentation dans un lit hautement turbulent relativement den- se de solides chauds subdivisés dont les dimensions se rangent entre environ 30 et environ 400 mailles.
La fluidification est réalisée par des gaz ou des vapeurs se dirigeant de bas en haut à travers le lit à une vitesse su- perficielle linéaire d'environ 0,3 à 5 pieds par seconde pour donner au lit d'apparence d'un liquide bouillant séparé, par une surface intermédiaire définie.,'d'une phase dispersée supérieure. Les produits volatils sont enle- vés au sommet tandis que le coke sous forme de solides portant ce coke peu- vent être récupérés directement du lit fluidifié. La chaleur requise pour la cokéfaction peut être fournie par échange de chaleur indirect, combustion interne limitée dans le lit fluidifié, ou circulation continue de solides portant du coke entre la zone de cokéfaction et une zone séparée de brûlage du coke fonctionnant à une température supérieure à celle de cokéfaction.
Jusqu'ici, la technique des solides fluides a été adaptée à l'é- lévation du titre des résidus bruts exclusivement dans le but principal de produire des huiles à points d'ébullition inférieurs, le coke étant récu- péré, comme sous-produit, sous la forme de particules de dimensions permet- tant la fluidification, c'est-à-dire, sensiblement non supérieures à environ 30 mailles, dimensions non avantageuses pour des buts commerciaux. La pro- duction de particules sensiblement plus grandes dans le lit fluidifié a été considérée comme désavantageuse à cause des difficultés de fluidification qui en résultent.
En plus, le développement des particules solides dans le lit fluide, dû au dépôt de coke sur ces particules, est insuffisant pour faire passer les particules de dimensions qui leur permettent d'être facile- ment fluidifiées, à des dimensions facilement vendables, durant les temps de séjour pratiques dans la zone de cokéfaction. Cependant, du fait de ses avantages remarquables du point de vue thermique et du processus suivi, une adaptation de la technique des solides fluides à la production de coke commercial est hautement désirable. La présente invention procure cette adaptation.
Par conséquent, le principal objet de l'invention consiste à pro- curer un procédé perfectionné de production de coke subdivisé, de dimensions commerciales, à partir de résidus hydrocarbonés lourds, en utilisant la technique des solides fluides. D'autres objets et avantages plus spécifi- ques apparaîtront de la description suivante de l'invention, dans laquelle on fera référence aux dessins annexés.
Les figures 1, 4 et 5 sont des illustrations graphiques des ef- fets que l'on peut obtenir par le procédé de l'invention..
Les figures 2 et 3 sont des microphotographies illustrant la for- mation, la composition et l'apparence du coke produit par le procédé de l'in- vention.
La figure 6 est une illustration schématique d'un système conçu pour mettre en oeuvre un mode de réalisation préférée de l'invention.
On a maintenant trouvé que des particules solides, de dimensions permettant leur fluidification, maintenues sous forme d'une masse fluidifiée, turbulente, dense, ressemblant à un liquide bouillant, peuvent être agglomé- rées à l'état fluidifiés, pour former des agrégats d'une dimension avantageu- se pour le marohé, par injection d'une huile résiduelle lourde dans la masse fluidifiée à des conditions contribuant à une cokéfaction au moins partielle de l'huile résiduelle.
Lorsque les conditions de température, de vitesse d'alimentation d'huile et de vitesse du gaz fluidifiant sont convenablement
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réglées, les particules fluidifiées sont réunies et assemblées par-le résidu lourd visqueux produit au cours de la cokéfaction partielle de l'a- limentation d'huile résiduelle,pour former des agrégats stables, résis- tant à l'attrition, qui durcissent encore lors du refroidissement vers. les températures normales. Cet effet d'agglomération est tout à fait diffé- rent du développement des particules individu-elles, et cumulatif de ce déve- loppement, qui résulte du dépôt de coke sur ces particules, et qui a été ob- servé et utilisé dans différents procédés antérieurs de cokéfaction.
L'ac- croissement de dimensions que l'on peut obtenir par l'agglomération des par- ticules, suivant la présente invention, est un multiple élevé de celui qui résulte du développement des particules par le dépôt de coke. Par exemple, le développement des particules par dépôt de coke sur les particules indi- viduelles peut augmenter les dimensions des particules d'environ 50 à 100% durant les temps de cokéfaction pratiques. Une agglomération, suivant l'in- vention, d'autre part, produit des particules de coke ayant environ 10 à 100 fois les dimensions des particules originales et permet la production de particules de coke ayant jusqu'à environ 1/4. de pouce de diamètre, dans un lit de solides fluidifiés.
Des conditions de réaction spécifiques convenant pour les buts de l'invention dépendent, jusqu'à un certain point, du caractère de l'alimen- tation d'huile résiduelle et des solides complétant le lit fluidifié. En général, des températures d'environ 700 -1050 F sont efficaces pour la plu- part des alimentations d'huiles résiduelles. Dans ces limites, la tempéra- ture peut être d'autant plus élevée que la teneur en carbone Conradson ou la nature réfractaire de l'alimentation est plus importante. Des tempéra- tures d'environ 800 -900 F produisent des résidus de cimentage visqueux en partant de la plupart des alimentations en des temps relativement courts et sont,par conséquente préférées.
En vue de procurer des proportions suffi- santes de résidu visqueux,le taux d'alimentation de l'huile devrait être relativement élevé, des taux d'alimentation d'environ 0,3 à 0,9 volume d'hui- le liquide par volume de solides non aérés par heure (v/v/heure) étant géné- ralement convenables. A nouveau, des charges d'alimentation de nature ré- fractaire ou de teneur en carbone Conradson relativement élevée ou l'appli- cation de températures de lit basses demandent des vitesses d'alimentation plus faibles qu'avec des charges d'alimentation à faible teneur en carbone Conradson ou des températures de lit élevées dans les limites spécifiées.
La vitesse du gaz fluidifiant dépend beaucoup de la densité et des dimen- sions des particules originales aussi bien que des dimensions des particules de coke à récupérer. Elle devrait être réglée de manière telle que les par- ticules dans la gamme de dimensions originales et des particules quelque peu plus grandes soient bien fluidifiées pour former une masse turbulente dense surmontée d'une surface intermédiaire déterminée, pendant que les ag- glomérats de particules de la dimension commerciale désirée sont admis à se déposer sélectivement dans le fond du lit fluidifié duquel ils peuvent être enlevés dans un état non fluidifié.
D'une manière plus précise, des gammes de vitesses d'environ 0,5 à 5 pieds par seconde peuvent être utili- ,sées dans ce but en liaison avec des solides tels que le coke, le sable, les argiles, etc, ayant des dimensions de particules originales dans les limites de 35 à 200 mailles. Des solides de densité relativement faible, tel que du coke, demandent des vitesses de fluidification plus faibles, à savoir., environ 0,5 à 3 pieds par seconde, que des.solides de densité relativement élevée, tel que le sable, qui peuvent exiger des vitesses de 1 à 5 pieds par seconde, dans ce but. Le coke, qui donne le produit vendable de la plus haute qualité, est le solide de base préféré de l'invention.
Les dimensions du récipient d'agglomération aevraient être choisies pour per- mettre un temps de séjour moyen des solides d'environ 0,5 à 5 heures aux conditions spécifiées ci-avant.
En cours de fonctionnement, les solides de base fluidifiables fins sont appliqués d'une manière continue à la masse fluidifiée tandis que l'alimentation d'huile résiduelle liquide est injectée, de préférence, par fine vaporisation ou atomisation dans la masse du lit en un ou plusieurs points. Le gaz fluidifiant est fourni à la base du lit par un moyen de
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distribution habituel convenable. La chaleur peut être fournie par la chaleur de préchauffage des solides et des fluides du procédé, par échan- ge de chaleur indirect ou par une combustion limitée réalisée dans le lit fluidifié de toute manière usuelle.
Suivant une variante très avantageuse de l'invention, la surface transversale du récipient d'agglomération s'é- largit depuis le bas jusqu'en haut de celui-ci, de manière à permettre une augmentation sérieuse de la vitesse du gaz fluidifiant du côté de la base du récipient. A l'encontre de cette vitesse sérieusement accrue, seuls les plus grands agglomérats peuvent se déposer,et les conditions peuvent être facilement réglées de manière que seuls les agglomérats de la gamme de dimensions commerciales désirées soient recueillis dans le fond du réci- pient pour être récupérés. Au-dessus de cette zone de dépôt, le lit reste fluidifié bien qu'il montre un certain degré de classification par dimen- sions de particules sur la hauteur du lit.
Une vaporisation importante des constituants de l'alimentation volatils et un degré limité de cracking thermique en gasoil, gazoline et gaz ont lieu comme réactions latérales avantageuses. Ces produits sont emportés au sommet par le gaz fluidifiant et peuvent être envoyés à une installation usuelle de récupération de produits, de préférence, après sé- paration des fines solides entraînées qui peuvent être renvoyés au lit fluidifié comme solides de base. Du fait des vitesses d'alimentation rela- tivement élevées et des températures basses requises pour un fonctionnement efficace du procédé d'agglomération de l'invention, les productions de pro- duits volatils de valeur, comme le gasoil et la gazoline, sont sensiblement plus faibles que dans les procédés courants de cokéfaction.
Cependant, sui- vant un mode de réalisation préféré de l'invention, le procédé d'aggloméra- tion peut être combiné avec un procédé de cokéfaction en donnant des produc- tions optima de produits de cracking volatils de valeur, sans inconvénients dans le rendement de l'un ou l'autre élément du procédé combiné.
On a signalé ci-avant que, dans la cokéfaction fluide courante orientée vers la production de rendements maxima de gasoil et de gazoline, tout développement excessif des particules, par exemple, par agglomération doit être soigneusement évité pour empêcher des troubles de fluidification, tel que la constitution de canaux, qui affectent, d'une manière nuisible, l'équilibre thermique et de production du procédé. La présente invention procure un moyen de haute valeur pour maintenir la répartition désirée des dimensions de particules dans une zone de cokéfaction de ce type, tout en produisant simultanément de grandes particules de coke de dimensions commer- ciales .
Dans ce but, une zone de cokéfaction du type fluide fonctionnant pour la production de gasoil et de gazoline peut être alimentée, d'une maniè- re continue, en coke de base frais de dimensions permettant sa fluidification, à savoir environ 20 à 150 microns, pendant que le coke produit est enlevé d'une manière continue, de la phase dense. La tenue de cette zone de coké- faction fluide est choisie de telle manière que le coke enlevé soit resté dans la zone de cokéfaction pendant un temps suffisant pour que ses dimensions aient augmentées d'une quantité non supérieure à environ 50 à 100%, augmen- tation due au dépôt de coke. Des particules de cette dimension n'amènent pas de troubles de fluidification; en même temps, ces dimensions représen- tent celles qui sont le plus désirable pour les solides de base de la phase d'agglomération de l'invention.
Au moins une partie importante de ces par- ticules enlevées est,par conséquent, fournie cornue solides de base, vers la phase d'agglomération, pour y être convertie en coke vendable,3 comme dé- crit ci-avant. De cette manière, les deux phases coopèrent pour donner des conditions optima dans chaque phase et un rendement maximum de produits de cracking volatils de valeur et de coke de dimensions commerciales.
L'invention et ses effets avantageux seront illustrés encore par les études et résultats expérimentaux suivants. Dans un réacteur "flui- de" de laboratoire,un résidu "South Louisiana" (2,4%) était cokéfié sur du sable fluidifié, ayant une grandeur de particules de 80 à 325 mailles à une température de 1060 à 10900F, avec une vitesse d'alimentation de résidu de
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0,$3 p heure p (0,64 v/v/heure) et .40% en poids de vapeur diluante (basés sur le résidu), ce qui a pour résultat une vitesse de fluidification d'en- viron 0,8 pied par seconde, pendant 15 et 30 minutes dans deux essais sépa- rés, respectivement I et II. L'alimentation était injectée par un gicleur de vaporisation dans le lit fluide,
de la vapeur étant alimentée à travers une grille de distribution à la base du lit, en dessous du point d'injec- tion de l'alimentation. La chaleur était fournie par chauffage extérieur indirect du lit. La répartition des dimensions des particules des solides était déterminée par des analyses à l'écran (screen analyses) avant et après les essais, et des microphotographies étaient prises des différentes coupes.
Les résultats de ces expériences sont illustrés aux figures 1 à 3 du dessin.
A la figure 1, la répartition des dimensions de particules des solides, avant la cokéfaction (courbe A; sable chargé; 3300 gr) et après l'essai I (courbe B; sable déchargé; temps de réaction : 15 minutes; 3355 gr et l'essai II (courbe C; sable déchargé; temps de réaction : 30minutes; 3442 gr), est montrée graphiquement en rapportant les résultats de réparti- tion en poids pour cent à une échelle de probabilité logarithmique, de ma- nière qu'une répartition normale de dimensions de particules (Maxwell) ap- paraissent comme une ligne droite (en abscisse: % en poids de particules plus faibles que les dimensions relevées; en ordonnée; dimensions de parti- cules, en microns).
Pour l'essai ou traitement I, le sable déchargé montre une augmentation bien uniforme des dimensions, dans toute la gamme de dimen- sions de particules, comparativement avec les solides chargés. Dans le cas du traitement II, la répartition des dimensions de particules des solides dé- chargés après 30 minutes montre une augmentation accentuée dans la propor- tion des particules plus grandes, comparativement avec le sable chargé, par rapport aux solides déchargés après un traitement de 15 minutes (traitement I) .
La cause de cette augmentation des dimensions de particules apparaît clairement des microphotographies des figures 2 et 3. Comme montré aux photos de la figure 2, les particules de toutes les coupes du sable, tel qu'il est chargé, sont des éléments solides individuels. La même chose est sensiblement vraie pour les deux coupes les plus fines des solides déchar- gés du traitement I (figure 3) bien que quelques particules aient une struc- ture en forme de rognons ? ce qui montre que quelques particules plus peti- tes se sont agglomérées pour former ces agrégats. Cependant, les deux cou- pes les plus grandes comprennent exclusivement des agrégats formés par l'ag- glomération d'un grand nombre de particules plus petites, comme cela est clairement montré par leur structure granulaire.
Des coupes similaires pri- ses des solides déchargés du traitement II ont les mêmes composition et ap- parence.
A la figure 2, les coupes sont de caractéristiques suivantes, prises de gauche à droite et de haut en bas; 325 mailles- A = 100 microns; 150 à 200 mailles - B = 100 microns ; 100 à 150 mailles - 0 = 100 microns; 80 mailles - D = 500 microns.
A la figure 3 , les coupes sont les suivantes , prises de gauche à droite et de haut en bas : 325 mailles - E = 100 microns; 150 à 200' mailles - F = 100 microns; 30 à 60 mailles - G = 1000 microns; 10 à 14 mail- les - H = 1000 microns.
Les résultats expérimentaux susdits montrent en conclusion que dans la cokéfaction sur des solides fluidifiés, une agglomération i.mportan- te de particules plus petites peut être réalisée en plus du dépôt de coke sur les particules individuelles. Le fait que des agglomérés de plus de 2 mn de diamètre (coupe de 10 à 14 mailles de la figure 3) sont formés en partant de particules inférieures, à l'origine, à 0,25 mm, en 15 minutes, à des températures relativement élevées et à des vitesses d'alimentation d'huile faibles, ces deux conditions étant défavorables à l'agglomération des particules, montre la possibilité de formation d'agglomérés de coke de dimensions commerciales avec des temps de contact courts, aux conditions de la présente invention.
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Ce fait est encore confirmé par des expériences réalisées ponr étudier l'effet de la vitesse d'alimentation de l'huile sur l'agglomératicn des particules. Le procédé expérimental était sensiblement le même que ce- lui décrit ci-avant sauf qu'on utilisait, comme alimentation d'huile, une poix obtenue sous le vide à partir d'un mélange de matières brutes compre- nant principalement une matière brute 1-lest Texas, la température était de 1025 à 1030 F, les dimensions de particules du sable chargé étaient de 35 à 80 mailles, et la vitesse d'alimentation était variée de 0,4 à 0,7 poids/heure/poids (0,3 à 0,6 v/v/heure). La durée du traitement était d' environ 5 heures pour chaque vitesse d'alimentation .
Des expériences similaires étaient menées en utilisant, du coke à 35-80 mailles au lieu de sable. Les résultats de ces deux expériences sont montrés graphiquement à la figure 4 dans laquelle la vitesse d'agglomération est donnée en ordon- née en % en poids (sur 35 mailles) par heure tandis qu'en abscisse est donnée la vitesse d'alimentation spatiale du résidu, en v/v/heure, à savoir volume d'huile/volumes de solides non aérés/heure. On notera que l'inclinai- son de la courbe devient à pente d'autant plus raide que la vitesse d'alimen- tation croit, ce qui signifie que la vitesse d'agglomération (et avec elle, les dimensions des agglomérats) augmente en même temps que la vitesse d'ali- mentation de l'huile.
Aux vitesses d'alimentation préférées de l'invention, des vitesses d'agglomération contribuant à la formation de coke de dimen- sions commerciales peuvent être atteintes, même aux températures défavorable- ment élevées utilisées dans ces expériences. Bien que les expériences ci- dessus aient été effectuées en utilisant du sable ou du coke comme solides de contact fluidifiés, il doit être noté que des expériences analogues menées avec un gel de silice produisaient des résultats semblables.
Dans les expériences utilisant du coke, un traitement de 26 heu- res était effectué sur un coke de pétrole ayant à l'origine des dimensions de particules de 35 à 80 mailles, avec la poix décrits ci-avant comme matiè- re d'alimentation. La température était de 1025 à 1030 F, et la vitesse d'alimentation d'huile était variée de 0,6 à 1 poids/heure/poids (0,5à 0,8 v/v/heure). Le coke était déchargé à intervalles et pesé, et des analyses à l'écran et des observations microscopiques du coke étaient effectuées.
Le coke en excès était enlevé, et le traitement poursuivi sur le coke dé- chargé. Des résultats montrant la tendance à l'agglomération du coke sont donnés graphiquement à la figure 5 dans laquelle les dimensions de particu - ' les sont données (en ordonnée) en poids % sur 35 mailles, par rapport aux heures de traitement totales exprimées en poids de résidu alimenté/poids de coke (en abscisse). La courbe montre une augmentation rapide de l'agglomé- ration lorsque l'exposition du coke à l'huile augmente. Un examen micros- copique des solides déchargés montrait que, tandis qu'une certaine partie de l'augmentation de la matière (sur 35 mailles) est due au développement des particules individuelles par dépôt de coke, la majeure partie de cette matière est de loin constituée d'agglomérats.
Un examen des agglomérats plus grands (sur 20 mailles montrait que les espaces entre les particules formant l'agglomérat étaient remplis de coke. Ces expériences montrent ainsi que le procédé de l'invention permet la production de particules de coke de dimensions commerciales, à partir de coke de pétrole de dimensions permettant sa fluidification, par mise en contact de ce coke avec des rési- dus d'huiles lourdes, à des conditions de cokéfaction dans un traitement fluide suivant la présente invention.
Une variante préférée de ce mode de réalisation de l'invention mentionnée en dernier lieu, sera maintenant décrite avec référence à la fi- gure 6. Le système qui y est illustré comprend essentiellement un disposi- tif de cokéfaction fluide 1, et un dispositif d'agglomération du type flui- de 25, qui peuvent fonctionner suivant l'invention, de la manière suivante
Le dispositif de cokéfaction 1 contient une masse fluidifiée, turbulente, dense M1 de coke de pétrole, maintenue à une température de cokéfaction d'environ 900 à 1400 F, de toute manière quelconque connue dans la pratique de cokéfaction fluide (non représentée).
Bien qu'on puisse uti- liser dans ce but un chauffage indirect ou une combustion partielle dans la masse Ml, on préfère une alimentation en chaleur par circulation, d'une ma-
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nière continue, de solides entre le dispositif de cokéfaction 1 et une zone de génération de chaleur, brûlant du coke. Des systèmes de ce type sont bien connus; ils ont été montrés par des brevets tels que les brevets U.S.A.
2.436.160, 2.485.315 et d'autres, et ne nécessitent pas une description ici pour une compréhension parfaite de la présente invention.
Du coke en dimensions permettant sa fluidification, par exemple;, d'environ 20 à 150 microns de diamètre, est fourni, d'une manière'continue à la masse Ml par une conduite 3. Un gaz fluidifiant, comme de la vapeur,' des gaz ou des vapeurs hydrocarbonés, etc, est fourni par une conduite 5 à travers un moyen de distribution convenable, tel qu'une grille 7. L'alimen- tation huileuse, telle qu'un résidu (sous vide), ayant un point d'ébulli- tion initial de 900 à 1200 F, peut être injectée, par une conduite 9' et un gicleur de vaporisation 11,
dans le corps de la masse Ml. Une vaporisation et un cracking de l'alimentation.huileuse s'effectuent dans cette masse M1 qui est fluidifiée par l'action combinée du gaz fluidifiant et des vapeurs de produit, pour prendre une densité apparente d'environ 30 à 80 livres par pied cube et donner une surface intermédiaire déterminée L1. Les produits de cokéfaction volatils sont enlevés au sommet à partir du niveau L1 et peuvent être menés par une conduite 13 vers une installation normale de cra- cking catalytique ou de récupération de produit (non représentée), de pré- férence après séparation de fines de coke entraînées dans' un cyclone 15 pourvu d'une canalisation plongeante 17. Les solides fluidifiés sont enlevés par une conduite 19 directement depuis la masse M1.
La tenue du réacteur 1 peut être facilement réglée en faisant varier les vitesses d'alimentation et d'enlèvement des solides de manière qu'aux conditions prévalentes de températures et de vitesse d'alimentation d'huile, l'augmentation des dimensions des particules dans la masse M1 soit restreinte à environ 50 à 100% et que les solides enlevés par la conduite 19 ne soient pas plus grands qu'environ 80 mailles de moyenne et, de préfé- rence, tombent dans les limites d'environ 35 à 200 mailles. Des dimensions de particules de cet ordre peuvent être tolérées dans le dispositif de coké- faction 1 sans difficultés de fluidification.
Des températures d'environ 950 à 1100 F et des vitesses d'alimentation d'environ 0,3 à 1,5 v/v/heure, suivant surtout la température, conviennent généralement avec des temps moyens de séjour des solides d'environ 0,1 à 1 heure. En général, plus élevée est la température, plus élevée est la vitesse d'alimentation dans les limites spécifiées. Une partie des solides enlevés par la conduite 19 peut être mise en circulation par une conduite 21 vers un brûleur, et renvoyée par la conduite 3 pour l'alimentation de chaleur, comme montré ci-avant.
Le reste des solides enlevés par la conduite 19 est envoyé par la conduite 23, sensiblement à la température de la masse Mi, vers un dispo- sitif d'agglomération 25 pour y servir comme coke de base. Le dispositif d'agglomération 25 a, de préférence, la forme d'un cône renversé pourvu à sa base d'une grille de distribution de gaz 27 à travers laquelle lui gaz flui- difiant tel que de la vapeur ou tout autre gaz inerte, de préférence préchauf- fé jusqu'à environ 900 à 1000 F, peut être fourni au dispositif d'agglomé- ration 25 par une conduite 29.
L'inclinaison des parois du dispositif d'ag- glomération est, de préférence, telle que la vitesse superficielle linéaire du gaz introduit par la grille 27 soit, sérieusement réduite dès que ce gaz se dirige vers le haut pour en arriver à environ 10 à 50% de sa vitesse originale dans le haut du dispositif d'agglomération 25. Une huile résidue l- le lourde qui peut être la même que celle fournie au dispositif de cokéfac- tion 1, ou bien une matière de teneur en carbone Gonradson plus élevée ou de nature réfractaire supérieure, comme une charge de cycle du dispositif de cokéfaction, peut être alimentée au dispositif d'agglomération 25 par une conduite 31 et un gicleur de vaporisation 33, de préférence après pré- chauffage jusqu'à environ 5000 à 700 F.
Les conditions de fluidification dans le dispositif d'aggloméra- tion 25 sont réglées de manière qu'une masse de solides, bien fluidifiée., hautement turbulente M25 ayant une surface intermédiaire supérieure L25,
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soit formée dans les parties supérieure et intermédiaire du dispositif d'ag- glomération 25. Des vitesses superficielles linéaires initiales du gaz fluidifiant d'environ 3 à 10 pieds par seconde dans le bas du dispositif d'agglomération 25 conviennent, dans ce but,aux dimensions de particules spécifiées.
La température de la masse M25 est, de préférence, maintenue à environ 8000 à 950 F, ce qui peut facilement être réalisé par le pré- chauffage des matières du procédé comme indiqué, car il n'y a qu'une réac- tion endothermique limitée qui se réalise dans le dispositif d'aggloméra- tion 25. La vitesse d'alimentation de l'huile peut être d'environ 0,3 à 1 v/v/heure et est, de préférence, d'environ 0,5 à 0,9 v/v/heure aux con- ditions spécifiées. Les temps de séjour des solides dans le dispositif d' agglomération 25 peuvent être d'environ 0,5 à 5 heures, de préférence, d'environ 0,5 à 1 heure.
Quand on opère de cette manière, une agglomération des solides dans la masse M25 s'effectue à une vitesse rapide. Des particules de coke aggloméré de dimensions excédant environ 0,1 pouce (maille) ont une ten- dance prononcée à se déposer à toutes les vitesses de gaz dominantes dans le dispositif d'agglomération 25. Ces grandes particules s'accumulent dans le fond du dispositif d'agglomération 25 au-dessus de la grille 27 pour former une couche relativement tranquille d'où lesdites particules peuvent être évacuées, d'une manière continue, par une conduite 35. Les particules plus petites, de dimensions inférieures à environ 100 mailles, restent flui- difiées pour former la masse M25 dont la concentration en particules relativement grosses décroît fortement le long de sa hauteur.
Les fines solides, sensiblement plus petites que 100 mailles, sont entraînées par le mélange de gaz fluidifiant et de vapeurs du produit., qui se dégage au sommet à partir du niveau L25 pour être enlevé et envoyé à une installation convenable de récupération du produit (non représentée) par une conduite 37, de préférence, après séparation des fines dans le cyclone 39 et leur renvoi à la masse M25 par une canalisation plongeante 41.
Les solides enlevés par la conduite 35 sont de dimensions com- merciales et peuvent être récupérés comme coke produit. Toute partie dési- rable de celui-ci peut être enlevé par une conduite 43, broyée à une dimen- sion permettant la f luidication et renvoyée au dispositif de cokéfaction 1, au dispositif d'agglomération 25 ou à tout récipient brûleur quelconque utilisé conjointement.avec le dispositif de cokéfaction 1 pour l'alimen- tation en chaleur.
Le système illustré à la figure 6 peut comporter différentes variantes. Par exemple, la chaleur peut être fournie à la masse par addition d'un gaz soutenant la combustion, tel que de l'air et/ou de l'oxygène, par une conduite 45 pour soutenir une combustion limitée dans la masse M25 en vue d'engendrer de la chaleur. Si un récipient brûleur est utilise conjointement au dispositif de cokéfaction 1, des solides chauds de ce brûleur peuvent être envoyés directement à la masse M25. Ces solides chauds peuvent être ajoutés à une vitesse propre à maintenir la zone d'agglomération à une température, de préférence, de l'ordre de 8000 à 950 F, en fournissant ainsi la chaleur de réaction et la chaleur sensi- ble des réactifs et des gaz.
On peut aussi utiliser un échange de cha- leur indirect pour maintenir la température de la masse M2. D'autres variantes restant dans l'esprit de l'invention apparaîtront aux techniciens en ce domaine.
La description ci-avant et les opérations exemplatives ont ser- vi à illustrer des modes de réalisation spécifiques de l'invention mais n'ont pas pour but d'en limiter la portée.
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IMPROVEMENTS IN COKE PRODUCTION.
The present invention relates to the production of coke from hydrocarbon materials. It relates more especially to the production of petroleum coke in subdivided form from heavy hydrocarbon oils of the type of crude materials reduced or which have been subjected to "topping", or of the type of residues or similar distillation pitch.
In short, the invention provides for the production of coke aggregates of commercial sizes by injecting heavy residual oils of the type specified into a fluidized mass of finely divided carbon solids of smaller sizes than those of the specified type. aggregates desired under conditions which contribute to the agglomeration of these smaller particles to form stable aggregates of commercial size.
The production of coke from waste oils, especially from the residues of raw material distillation, atmospheric or vacuum, is well known in the art. The main aim of commercial coking processes of this type is the production of higher value, lower boiling point hydrocarbon oils, oils of the gas oil and gasoline type, with coke being formed as under. -product of the thermal cracking reaction involved.
Until recent years, the conventional technique of coking has involved preheating the feed to coking temperatures in suitable heating coils, followed by preheating followed by quenching the oil to coking temperatures in. a tank or drum in which the coking reaction was completed. The coke was deposited in the drum as a solid mass which, after some time, completely filled and blocked the drum. The process had to be interrupted at frequent intervals to remove the coke which was broken up and collected in the form of large, heavy pieces. Various methods have been proposed to overcome these difficulties.
Most of these processes involve the addition to the feed of subdivided inert adsorbent solids, such as coke,
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sand, pumice stone, kieselguhr, spent clay, or similar material, to serve as carriers for the coke and as cleaning agents to prevent the deposit of coke on the walls of the installation.
While moving bed and suspension systems can be used for this type of operation, the so-called fluid solids technique offers the greatest advantages with regard to temperature control, heat saving, heating and cooling. ease and continuity of the operation and the dimensions of the installation. This technique involves injecting the feed into a relatively dense, highly turbulent bed of subdivided hot solids ranging in size from about 30 to about 400 meshes.
Fluidization is accomplished by gases or vapors moving upwardly through the bed at a linear surface velocity of about 0.3 to 5 feet per second to give the bed the appearance of a boiling liquid. separated, by a defined intermediate surface., 'from an upper dispersed phase. The volatiles are removed at the top while the coke in the form of solids carrying this coke can be recovered directly from the fluidized bed. The heat required for coking can be provided by indirect heat exchange, limited internal combustion in the fluidized bed, or the continuous circulation of solids carrying coke between the coking zone and a separate coke burning zone operating at a temperature above that of coking.
Hitherto, the fluid solids technique has been adapted to raising the titer of crude residues exclusively for the primary purpose of producing oils with lower boiling points, with coke being recovered as a by-product. , in the form of particles of fluidizing size, i.e., substantially no more than about 30 mesh, dimensions not advantageous for commercial purposes. The production of substantially larger particles in the fluidized bed has been considered to be disadvantageous because of the resulting fluidization difficulties.
In addition, the development of the solid particles in the fluid bed, due to the deposition of coke on these particles, is insufficient to pass the particles of sizes which allow them to be easily fluidized, to easily salable sizes, during the periods. practical residence times in the coking zone. However, because of its remarkable thermal and process advantages, adaptation of the fluid solids technique to the production of commercial coke is highly desirable. The present invention provides this adaptation.
Therefore, the main object of the invention is to provide an improved process for the production of subdivided coke, commercial size, from heavy hydrocarbon residues, using the fluid solids technique. Other more specific objects and advantages will become apparent from the following description of the invention, in which reference will be made to the accompanying drawings.
Figures 1, 4 and 5 are graphic illustrations of the effects obtainable by the method of the invention.
Figures 2 and 3 are photomicrographs illustrating the formation, composition and appearance of coke produced by the process of the invention.
Figure 6 is a schematic illustration of a system designed to implement a preferred embodiment of the invention.
It has now been found that solid particles, of dimensions allowing their fluidization, maintained in the form of a fluidized, turbulent, dense mass, resembling a boiling liquid, can be agglomerated in the fluidized state, to form aggregates of 'an advantageous dimension for the marohé, by injecting a heavy residual oil into the fluidized mass at conditions contributing to at least partial coking of the residual oil.
When the conditions of temperature, oil feed rate and flow rate gas are suitably
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When adjusted, the thinned particles are brought together and assembled by the heavy viscous residue produced during the partial coking of the residual oil feed, to form stable, attrition resistant aggregates which further harden. when cooling to. normal temperatures. This agglomeration effect is quite different from the development of the individual particles, and cumulative of this development, which results from the deposition of coke on these particles, and which has been observed and used in different processes. previous coking.
The increase in size obtainable by the agglomeration of the particles according to the present invention is a high multiple of that which results from the development of the particles by the deposition of coke. For example, particle development by depositing coke on individual particles can increase particle sizes by about 50 to 100% during practical coking times. Agglomeration, according to the invention, on the other hand, produces coke particles of about 10 to 100 times the size of the original particles and allows the production of coke particles of up to about 1/4. inch in diameter, in a bed of fluidized solids.
Specific reaction conditions suitable for the purposes of the invention depend, to some extent, on the character of the residual oil feed and the solids making up the fluidized bed. In general, temperatures of about 700-1050 F are effective for most waste oil feeds. Within these limits, the higher the Conradson carbon content or the refractory nature of the feed, the higher the temperature can be. Temperatures of about 800 -900 ° F produce viscous cement residue from most feeds in relatively short times and are therefore preferred.
In order to provide sufficient proportions of viscous residue, the oil feed rate should be relatively high, feed rates of about 0.3 to 0.9 volumes of liquid oil per. volume of unaerated solids per hour (v / v / hour) is generally suitable. Again, feedstocks of a refractory nature or of relatively high Conradson carbon content or the application of low bed temperatures require lower feed rates than with low feedstocks. Conradson carbon content or elevated bed temperatures within specified limits.
The speed of the liquefying gas is very dependent on the density and sizes of the original particles as well as the sizes of the coke particles to be recovered. It should be set in such a way that particles in the original size range and somewhat larger particles are well fluidized to form a dense turbulent mass topped by a determined intermediate surface, while the particle agglomerates of the desired commercial size are allowed to deposit selectively in the bottom of the fluidized bed from which they can be removed in an un-fluidized state.
More specifically, speed ranges of about 0.5 to 5 feet per second can be used for this purpose in connection with solids such as coke, sand, clays, etc., having original particle sizes within 35 to 200 mesh. Relatively low density solids, such as coke, require slower fluidization rates, i.e., about 0.5 to 3 feet per second, than relatively high density solids, such as sand, which can. require speeds of 1 to 5 feet per second for this purpose. Coke, which provides the highest quality salable product, is the preferred base solid of the invention.
The dimensions of the agglomeration vessel should be chosen to allow an average solids residence time of about 0.5 to 5 hours under the conditions specified above.
In operation, the fine flowable base solids are continuously applied to the fluidized mass while the liquid residual oil feed is injected, preferably by fine vaporization or atomization into the mass of the bed at one time. or more points. The fluidizing gas is supplied to the base of the bed by means of
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usual distribution suitable. The heat can be provided by the heat of preheating the solids and process fluids, by indirect heat exchange or by limited combustion carried out in the fluidized bed in any conventional manner.
According to a very advantageous variant of the invention, the transverse surface of the agglomeration vessel widens from the bottom to the top of the latter, so as to allow a serious increase in the speed of the fluidifying gas on the side. from the base of the container. Against this seriously increased rate, only the largest agglomerates can settle, and conditions can be easily adjusted so that only agglomerates of the desired commercial size range are collected in the bottom of the vessel for storage. recovered. Above this deposition zone, the bed remains fluidized although it shows some degree of classification by particle size over bed height.
Significant vaporization of the volatile feed constituents and a limited degree of thermal cracking to diesel, gasoline and gas take place as advantageous side reactions. These products are carried to the top by the fluidizing gas and can be sent to a conventional product recovery plant, preferably after separation of the entrained solids which can be returned to the fluidized bed as base solids. Due to the relatively high feed rates and low temperatures required for efficient operation of the agglomeration process of the invention, the outputs of valuable volatiles, such as gas oil and gasoline, are significantly higher. lower than in current coking processes.
However, according to a preferred embodiment of the invention, the agglomeration process can be combined with a coking process giving optimum yields of valuable volatile cracking products without drawbacks in yield. of either element of the combined process.
It has been pointed out above that in current fluid coking geared towards the production of maximum yields of gas oil and gasoline, any excessive development of the particles, for example, by agglomeration must be carefully avoided to prevent fluidization disorders, such as the formation of channels, which adversely affect the thermal and production balance of the process. The present invention provides a high value means for maintaining the desired particle size distribution in such a coking zone, while simultaneously producing large commercial sized coke particles.
For this purpose, a coking zone of the fluid type operating for the production of gas oil and gasoline can be continuously supplied with fresh base coke of dimensions allowing its fluidization, namely about 20 to 150 microns. , while the coke produced is continuously removed from the dense phase. The behavior of this fluid coking zone is chosen such that the removed coke has remained in the coking zone for a time sufficient for its dimensions to have increased by an amount of not more than about 50 to 100%, increased. - tation due to the deposit of coke. Particles of this size do not cause fluidization disorders; at the same time, these dimensions represent those which are most desirable for the base solids of the agglomeration phase of the invention.
At least a substantial portion of these removed particles is therefore supplied as base solids to the agglomeration phase for conversion there to salable coke, 3 as described above. In this way, the two phases cooperate to give optimum conditions in each phase and maximum yield of valuable volatile cracking products and commercial sized coke.
The invention and its advantageous effects will be further illustrated by the following studies and experimental results. In a laboratory "fluid" reactor, a "South Louisiana" residue (2.4%) was coked on fluidized sand, having a particle size of 80 to 325 mesh at a temperature of 1060 to 10900F, with a feed rate of residue
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$ 0.3 p hour p (0.64 v / v / hour) and .40 wt% diluent vapor (based on residue), resulting in a fluidization rate of about 0.8 feet per second, for 15 and 30 minutes in two separate tests, respectively I and II. The feed was injected by a spray nozzle into the fluid bed,
with steam being supplied through a distribution grid at the base of the bed, below the injection point of the feed. The heat was provided by indirect external heating of the bed. The particle size distribution of the solids was determined by screen analyzes before and after testing, and photomicrographs were taken of the various sections.
The results of these experiments are shown in Figures 1 to 3 of the drawing.
In Figure 1, the distribution of the particle sizes of the solids, before coking (curve A; loaded sand; 3300 gr) and after test I (curve B; unloaded sand; reaction time: 15 minutes; 3355 gr and test II (curve C; sand unloaded; reaction time: 30minutes; 3442 gr), is shown graphically by relating the results of the percent weight distribution to a logarithmic probability scale, so that a normal distribution of particle sizes (Maxwell) appear as a straight line (on the x-axis:% by weight of particles smaller than the dimensions recorded; on the y-axis; particle sizes, in microns).
For test or treatment I, the discharged sand shows a very uniform increase in size, across the range of particle sizes, compared to the loaded solids. In the case of treatment II, the particle size distribution of the solids discharged after 30 minutes shows an accentuated increase in the proportion of larger particles, compared with the loaded sand, compared to the solids discharged after a treatment of. 15 minutes (treatment I).
The cause of this increase in particle size is clear from the photomicrographs of Figures 2 and 3. As shown in the photos of Figure 2, the particles from all sections of the sand, as loaded, are individual solids. The same is substantially true for the two finer sections of the solids discharged from Process I (Figure 3) although some particles have a kidney-shaped structure? which shows that a few smaller particles have agglomerated to form these aggregates. However, the two larger sections exclusively comprise aggregates formed by the aggregation of a large number of smaller particles, as is clearly shown by their granular structure.
Similar sections taken from the solids discharged from Process II have the same composition and appearance.
In FIG. 2, the sections have the following characteristics, taken from left to right and from top to bottom; 325 meshes - A = 100 microns; 150 to 200 meshes - B = 100 microns; 100 to 150 meshes - 0 = 100 microns; 80 meshes - D = 500 microns.
In Figure 3, the sections are as follows, taken from left to right and top to bottom: 325 meshes - E = 100 microns; 150 to 200 'meshes - F = 100 microns; 30 to 60 meshes - G = 1000 microns; 10 to 14 meshes - H = 1000 microns.
The above experimental results show in conclusion that in coking on fluidized solids substantial agglomeration of smaller particles can be achieved in addition to deposition of coke on the individual particles. The fact that agglomerates of more than 2 min in diameter (10 to 14 mesh cut in Figure 3) are formed starting from particles originally less than 0.25 mm, in 15 minutes, at temperatures relatively high and at low oil feed rates, these two conditions being unfavorable to the agglomeration of the particles, shows the possibility of formation of coke agglomerates of commercial dimensions with short contact times, at the conditions of the present invention.
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This fact is further confirmed by experiments carried out to study the effect of the oil feed rate on the agglomeration of particles. The experimental procedure was substantially the same as that described above except that as the oil feed, a pitch obtained under vacuum from a mixture of raw materials consisting mainly of raw material 1 was used. -lest Texas, the temperature was 1025-1030 F, the particle sizes of the loaded sand were 35-80 mesh, and the feed rate was varied from 0.4 to 0.7 wt / hour / wt (0 , 3 to 0.6 v / v / hour). The treatment time was about 5 hours for each feed rate.
Similar experiments were carried out using 35-80 mesh coke instead of sand. The results of these two experiments are shown graphically in figure 4 in which the agglomeration speed is given on the ordinate in% by weight (over 35 meshes) per hour while on the abscissa is given the spatial feed rate. of the residue, in v / v / hour, namely volume of oil / volumes of unaerated solids / hour. It will be noted that the inclination of the curve becomes steeper as the feed rate increases, which means that the speed of agglomeration (and with it, the dimensions of the agglomerates) increases as the feed rate increases. same time as the oil feed speed.
At the preferred feed rates of the invention, agglomeration rates contributing to coke formation of commercial sizes can be achieved, even at the unfavorably high temperatures used in these experiments. Although the above experiments were performed using sand or coke as the fluidized contact solids, it should be noted that analogous experiments conducted with silica gel produced similar results.
In the experiments using coke a 26 hour treatment was carried out on petroleum coke originally having particle sizes of 35 to 80 mesh, with the pitch described above as the feed material. . The temperature was 1025-1030 F, and the oil feed rate was varied from 0.6 to 1 wt / hour / wt (0.5 to 0.8 v / v / hour). The coke was unloaded at intervals and weighed, and on-screen analyzes and microscopic observations of the coke were made.
The excess coke was removed, and processing continued on the discharged coke. Results showing the tendency to agglomeration of the coke are given graphically in Figure 5 in which the particle sizes are given (on the ordinate) by weight% over 35 meshes, relative to the total processing hours expressed by weight. of residue fed / weight of coke (abscissa). The curve shows a rapid increase in agglomeration as the exposure of coke to oil increases. Microscopic examination of the discharged solids showed that while some part of the increase in matter (over 35 mesh cells) is due to the development of individual particles by deposition of coke, most of this matter is by far made up of agglomerates.
An examination of the larger agglomerates (over 20 meshes showed that the spaces between the particles forming the agglomerate were filled with coke. These experiments thus show that the process of the invention allows the production of coke particles of commercial dimensions, from petroleum coke of dimensions allowing its fluidization, by bringing this coke into contact with heavy oil residues, under coking conditions in a fluid treatment according to the present invention.
A preferred variant of this last mentioned embodiment of the invention will now be described with reference to Figure 6. The system illustrated therein essentially comprises a fluid coking device 1, and a device for coking. Fluid-type agglomeration 25, which can operate according to the invention, as follows
The coker 1 contains a fluidized, turbulent, dense mass M1 of petroleum coke, maintained at a coking temperature of about 900 to 1400 F, in any manner known in the fluid coking practice (not shown).
Although indirect heating or partial combustion in mass M1 can be used for this purpose, a circulating heat supply of a medium temperature is preferred.
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continuous flow of solids between the coker 1 and a heat generation zone, burning coke. Systems of this type are well known; they have been shown by patents such as U.S.A. patents.
2,436,160, 2,485,315 and others, and do not require a description here for a full understanding of the present invention.
Coke in dimensions permitting its fluidization, for example, of about 20 to 150 microns in diameter, is continuously supplied to the mass M1 through line 3. A fluidizing gas, such as steam, ' hydrocarbon gases or vapors, etc., is supplied by a line 5 through a suitable distribution means, such as a grid 7. The oily supply, such as a residue (under vacuum), having a point of initial boiling from 900 to 1200 F, can be injected, by a pipe 9 'and a spray nozzle 11,
in the body of the mass Ml. Vaporization and cracking of the oily feed take place in this mass M1 which is fluidized by the combined action of the fluidizing gas and the product vapors, to take an apparent density of approximately 30 to 80 pounds per cubic foot. and give a determined intermediate surface L1. The volatile coking products are removed at the top from level L1 and can be led through line 13 to a normal catalytic cracking or product recovery plant (not shown), preferably after separation of fines. coke entrained in a cyclone 15 provided with a dip pipe 17. The fluidized solids are removed through a pipe 19 directly from the mass M1.
The behavior of the reactor 1 can be easily adjusted by varying the feed and solids removal rates so that under the prevailing conditions of temperature and oil feed rate, the increase in particle size in the mass M1 is restricted to about 50 to 100% and that the solids removed through line 19 are no greater than about 80 meshes in average and preferably fall within the limits of about 35 to 200 meshes . Particle sizes of this order can be tolerated in the coking device 1 without difficulties in thinning.
Temperatures of about 950 to 1100 F and feed rates of about 0.3 to 1.5 v / v / hour, depending mostly on temperature, are generally suitable with average solids residence times of about 0 , 1 to 1 hour. In general, the higher the temperature, the higher the feed rate within specified limits. A portion of the solids removed through line 19 can be circulated through line 21 to a burner, and returned through line 3 for heat supply, as shown above.
The remainder of the solids removed through line 19 is sent through line 23, substantially at the temperature of the mass Mi, to an agglomeration device 25 to serve there as base coke. The agglomeration device 25 preferably has the shape of an inverted cone provided at its base with a gas distribution grid 27 through which it flowing gas such as steam or any other inert gas, preferably preheated to about 900 to 1000 F, can be supplied to agglomeration device 25 through line 29.
The inclination of the walls of the agglomeration device is preferably such that the linear superficial velocity of the gas introduced by the grid 27 is seriously reduced as soon as this gas moves upwards to arrive at about 10 to 50% of its original speed at the top of the agglomeration device 25. A heavy residual oil 1 which may be the same as that supplied to the coker 1, or a material of higher Gonradson carbon content. or of a higher refractory nature, such as a cycle charge from the coker, can be fed to the agglomeration device 25 through a line 31 and a spray nozzle 33, preferably after preheating to about 5000-700 F .
The fluidization conditions in the agglomeration device 25 are controlled such that a well-fluidized, highly turbulent solids mass M25 having an upper intermediate surface L25,
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is formed in the upper and middle portions of the agglomeration device 25. Initial linear surface velocities of the fluidizing gas of about 3 to 10 feet per second in the bottom of the agglomerating device 25 are suitable for this purpose. specified particle sizes.
The temperature of mass M25 is preferably maintained at about 8000 to 950 F, which can easily be achieved by preheating the process materials as indicated, since there is only an endothermic reaction. limited which takes place in the agglomeration device 25. The oil feed rate can be about 0.3 to 1 v / v / hour and is preferably about 0.5. at 0.9 v / v / hour at specified conditions. The residence times of the solids in the agglomeration device 25 can be about 0.5 to 5 hours, preferably about 0.5 to 1 hour.
When operating in this manner, an agglomeration of the solids in the mass M25 takes place at a rapid rate. Sintered coke particles larger than about 0.1 inch (mesh) have a marked tendency to settle at all prevailing gas velocities in agglomerator 25. These large particles accumulate in the bottom of the agglomeration device. agglomeration device 25 above the grid 27 to form a relatively quiet layer from which said particles can be discharged, in a continuous manner, through a pipe 35. The smaller particles, of dimensions less than about 100 meshes , remain fluidified to form the mass M25, the concentration of relatively large particles of which decreases sharply along its height.
The fine solids, substantially smaller than 100 mesh, are entrained by the mixture of fluidizing gas and product vapors, which emerges at the top from level L25 to be removed and sent to a suitable product recovery facility ( not shown) by a pipe 37, preferably after separation of the fines in the cyclone 39 and their return to the mass M25 by a plunge pipe 41.
The solids removed through line 35 are of commercial size and can be recovered as product coke. Any desirable part thereof may be removed through line 43, crushed to a size permitting fluidification and returned to coker 1, agglomeration device 25, or any burner vessel used in conjunction. with the coker 1 for the heat supply.
The system illustrated in FIG. 6 can include different variants. For example, heat can be supplied to the mass by adding a combustion supporting gas, such as air and / or oxygen, through line 45 to support limited combustion in the mass M25 in view of to generate heat. If a burner vessel is used in conjunction with the coker 1, hot solids from this burner can be sent directly to mass M25. These hot solids can be added at a rate such as to maintain the agglomeration zone at a temperature, preferably on the order of 8000 to 950 F, thereby providing the heat of reaction and the sensible heat of the reactants and gases.
Indirect heat exchange can also be used to maintain the temperature of mass M2. Other variants remaining in the spirit of the invention will appear to technicians in this field.
The above description and the exemplary operations have served to illustrate specific embodiments of the invention but are not intended to limit its scope.
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