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Il Procédé de traitement thermique et de séparation des huiles d'hydrocarbures ".
Priorité d'une demande de brevet déposée aux Etats-Unis d'Amérique le 18 août 1951 au nom de Willem Johannes Dominicus van DIJCK .
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La présente invention concerne un procédé perfec- tionné de traitement des huiles d'hydrocarbures , et plus particulièrement un procédé propre à la production de distillats composés en majeure partie de produits ayant le caractère du Rérosène et du gasoil léger, en partant d'huiles lourdes telles que du pétrole brut, de l'huile brute partiellement réduite ou d'un analogue .
Divers procédés ont été proposés et utilisés pour la récupération par distillation de matières diverses telles que l'essence (gazoline), le kérosène, le gasoil léger, le gasoil lourd, et les huiles lubrifiantes,à partir des huiles de pétrole, en vue, à la fois, de leur emploi direct et de leur emploi comme matière de départ pour divers processus de conversion . 'est ainsi que les distillats de gasoil, tant légers que lourds, constituent une matière de départ importante pour des conversions à la fois thermiques et catalytiques, dans la production d'essence à partir de ces distillais.
Les produits bruts dits "toppés" ou les résidus dits "longs" aussi bien que certains produits bruts lourds, sont souvent soumis à un traitement thermique connu sous le nom de "visrupture" (visbreaking = rupture de viscosité) afin de réduire leur viscosité , suivi d'une réparation par distillation fractionnée des composants vaporisables présents naturellement ou formés au cours de la visrupture . Les matières résiduelles encore plus lourdes résultant de cette opération peuvent être utili sées dans des mélanges de fueloil et peuvent être chauffées davantage, si nécessaire, et soumises à une
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séparation dans un appareil de détente brusque,
pour produire une nouvelle quantité de distillat (distillat sous vide).
L'un des principaux objets de la présente inven- tion consiste à obtenir une conversion thermique per- fectionnée d'une huile lourde d'hydrocarbures pour la production d'une quantité maximum d'huile de distillat ayant une composition très appropriée pour servir de matière de départ pour des opérations de craquage catalytique dans .la production de combustibles pour mo- teurs.
Un autre objet de l'invention consiste-à réaliser un procédé de conversion thermique de composants lourds d'huiles de pétrole contenant des composants thermique- ment instables et cokéfiables, en huiles distillées de qualité élevée pour craquage catalytique, tout en évitant cependant la formation de coke, et fournissant en conséquence un produit résiduel mélangeable à un fuel- oil approprié .
Or.il a été constaté maintenant qu'une huile lourde d'hydrocarbures peut être efficacement convertie en huile plus légère de distillat, en marche continue, et sans provoquer des conversions indésirables, en faisant cou- ler l'huile lourde de haut en bas à l'état liquide , à travers une zone de conversion thermique et de fraction- nement comportant des étages multiples superposés ver- ticalement , et en faisant circuler au moyen d'un compresseur, à contre-courant et au contact direct de l'huile lourde, un courant constitué par une portion au moins des produits vaporisés récupérés dans le processus , lequel courant de vapeurs est chauffé en phase gazeuse sans craquage sensible de ces vapeurs, en dehors de la zone de conversion et de fractionne-
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ment ,
à une température suffisante pour maintenir dans cet appareil un niveau et un gradient de tempéra- ture appropriés, et pour,aussi, fournir à la. fois la chaleur endothermique de conversion de l'huile lourde à convertir, et la chaleur de vaporisation des matières distillables.
Le procédé selon l'invention est fondé sur plu- sieurs faits établis au cours d'études expérimentales.
Ces études ont démontré que des opérations effectuées sur des produits bruts réduits dans des zones de tempé- rature et avec des durées de contact n'entraînant qu'un craquage thermique modéré, peuvent être mises en oeuvre pratiquement d'une manière telle que l'on accroît sensiblement le rendement en produits distillés tout en maintenant en même temps dans le résidu un degré de qualité permettant son emploi pour la production @ d'un fuel-oil résiduel stable et homogène .
La présente invention va maintenant être illustrée en se référant au dessin joint dans lequel : la figure 1 représente graphiquement la distribu tion des produits obtenus à partir d'un produit brut réduit type , avant et après un traitement thermique modéré ; et, la figure 2 représente le schéma de la circula- tion des matières dans un mode préféré de mise en application pratique de l'invention, dans lequel un résidu brut ou un'résidu de passe directe (long résidu) est soumis à un traitement thermique et à une opération de séparation , pour en récupérer une quantité maximum de distillat de gasoil de haute qualité pour un craquage catalytique , et un résidu mélangeable à une quantité minumum de fuel-oil appropriée.
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En se fondant sur le poids moléculaire d'un mélange brut réduit, la constitution de ce mélange est donnée par le trait plein de la figure 1, représentant la distri- bution déterminée par distillation moléculaire et selon leur poids moléculaire , des composants présents dans le mélange . On voit que ce produit brut réduit contient 55% (abscisse ) environ en poids de matières ayant un poids moléculaire (ordonnée) au plus égal à 500.
Ce- pendant, par un traitement thermique modéré et contrô- lé, et un processus de séparation, on obtient des produits dont la distribution moléculaire d'ensemble est celle donnée par la ligne en trait discontinu de la figure 1. C'est ainsi que l'on obtient une quantité de produits distillés de poids moléculaire au plus égal à 500 atteignant jusqu'à 80-85 % du produit brut réduit.
En outre , contrairement aux résultats donnés par le craquage thermique classique, le produit distillé ne contient que des quantités mineures de gaz et d'essen- ce (environ 5 à 6 % en poids) , le produit principal étant le gasoil.
Une particularité du présent procédé consiste dans le fait que l'huile, à mesure qu'une quantité de plus en plus grande de composants relativement plus légers sont éliminés, emportant avec eux leur chaleur de vaporisation et qu'une quantité moindre en matière thermiquement convertible ou plus difficilement conver- tible reste présente, est encore soumise à une tempéra- ture convenable de conversion , puisque la chaleur re- quise pour cette conversion est fournie directement par de la matière vaporeuse surchauffée recyclée.
Une description plus détaillée du procédé selon la présente invention va être faite en se référant à la figure 2.
Une huile lourde de départ appropriée, telle qu'un
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produit brut réduit ou un résidu de passe directe, est préchauffée dans un dispositif de chauffage approprié tel que la section de convection 11 d'une chaudière à serpentin, représentée en 12, de façon à fournir au moins une portion notable et.'¯de préférence la plus grande possible , de la chaleur requise comme chaleur de vaporisation , en vue de vaporiser la matière distillable déjà présente jusque et y compris au moins le gasoil lé- ger (point de condensation à 350-425 C environ) , tout en évitant en même temps le chauffage de la matière de départ dans des conditions ayant pour effet une quantité quelcon- que appréciable de craquage thermique .
L'huile de départ préchauffée'est envoyée dans la partie supérieure d'une tour verticale de contact appropriée 14 pourvue d'un ensemble d'étages échelonnés verticalement pour la mise en contact intime des phases gazeuse et liquide, et cette huile est mise en contact dans la tour, au cours de son écoulement vers le bas, avec une portion des pro- duits vaporisés sortant à la partie supérieure de la tour ou colonne, portion gazeuse qui a été comprimée au moins partiellement, 'puis surchauffée et injectée au moins en partie dans une partie basse de la tour, par exemple par le conduit 15, dans l'huile s'écoulant vers le bas de la tour;
d'autres portions du courant gazeux surchauffé sont injectées d'une manière appropriée, au moyen des divers conduits 16, 17 et 19, suivant le désir ou les nécessités, pour régler et contrôler les conditions éven- tuellement désirées dans la tour de contact.
Il a été trouvé que la matière provenant du sommet ou de la tête du contacteur et fractionneur 14, jusque et y compris le gasoil léger ayant un point de condensa- tion de 350-425 C environ, est avantageusement recyclée dans le contacteur 14 à l'état de matière surchauffée pour fournir la chaleur endothermique nécessaire au craquage
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des composants plus lourds de l'huile de départ, et à la vaporisation des composants plus légers ainsi formés, tandis que en même temps le gasoil léger recyclé n'est pas détérioré d'une manière appréciable ni en qualité, ni en quantité comme matière de départ d'un craquage cataly- tique .
Dans la mesure où le point à considérer est celui de la fourniture de la chaleur nécessaire, le gasoil léger a une plus grande capacité de transport de chaleur par unité de volume, que la gamme totale de la matière de tête . Puisque les proportions de substance gazeuse et d'essence sont relativement tout à fait faibles, il n'est pas économique d'effectuer une bonne séparation ou une séparation quelconque entre les produits gazeux plus légers et le courant désiré de gasoil porteur de chaleur , et de revaporiser le courant de gasoil séparé, autre que la séparation pouvant être obtenue dans la par- tie supérieure du contacteur et fractionneur 14, indiquée.
par la différence entre les niveaux de prise des conduits 20 et --Il En fait, toute séparation effectuée entre la petite quantité des produits gazeux et les produits nor- malement liquides ne sert qu'à réduire, dans une faible mesure, les besoins de pompage et de compression et le coût d'équipement et de fonctionnement des fours de chauffage du courant recyclé, ainsi que les dimensions à donner au contacteur pour produire un courant d'alimen- tation donné à un débit donné .
Ainsi donc, un courant de produits de tête jusque et y compris le gasoil léger est extrait par le conduit 20; une portion de ce courant est envoyée au compresseur 22 qui le porte à une pression plus élevée appropriée, par exemple 1 à 2 atm. au-dessus de sa pression de sortie du contacteur,, ,le compresseur étant avantageusement du type centrifuge . Le courant comprimé est surchauffé à la température requise en phase
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gazeuse dans les serpentins de la section radiante du four 12 puis réparti dans les divers conduits 15, 16,
17 et 19, pour injection dans le contacteur ainsi qu'on l'a indiqué . Au lieu d'utiliser une portion du produit global de tête extrait par le conduit 20, on peut extraire un courant vaporisé par le conduit 21, et employer ce cou- rant comme courant de recyclage .
Dans le but d'assurer que le courant de recyclage parcourant le conduit 24 reste à l'état vaporisé, afin d'éviter la formation d'un conden- sat craquant et cokéfiant sur la paroi du conduit, on a prévu un-',,séparateur approprié 23 pour enlever tout le liquide éventuellement formé, lequel liquide est joint au reste du courant de tête par le conduit 25.
Etant donné que d'une part la température requise pour la vaporisation des composants de gasoil léger for- més dans le contacteur est considérablement inférieure à la température désirée dans une certaine partie du moins du contacteur pour le craquage des composants plus lourds, en composants plus légers, (la vitesse de craquage croît du simple au double environ pour chaque élévation supplé- mentaire de température de 10 C, tandis que la température de liquéfaction des composants constituant le gasoil léger reste comprise entre 350 et 425 C environ), et que d'autre part la concentration dans la phase liquide des matières génératrices de coke croît constamment dans même le/sens que l'écoulement de l'huile,'augmentant ainsi le danger d'une cokéfaction indésirable,
le gradient adé- quat de température peut être avantageusement obtenu en divisant le courant de gasoil de recyclage en plusieurs portions et en portant séparément à une température diffé- rente appropriée chacune de ces portions. D'autre part encore , un processus plus simple consiste à chauffer la
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majeure partie de l'huile de @ecyclage à une certaine température choisie et à mélanger l'autre partie avec la ou les portions du courant surchauffe avec lequel on désire alimenter le contacteur à une température moins élevée.
Ce processus est réalisable au moyen des conduits 13 et 18 de la figure 2. En opérant ainsi, la température dans la ou les parties intermédiaires du contacteur peut être maintenue à 440-450 C par exemple, température à laquelle un craqucge convenable s'effectuera avec une vitesse ap- propriée , tandis que la cokéfaction sera minimisée en raisgn de la présence de la phase liquide diluante, et la température dans la partie inférieure du contacteur peut être maintenue à une valeur moins élevée, par exem- ple , 410-430 C, ou même encore plus basse, température suffisante pour débarrasser (stripping) la matière liqui- de résiduelle , d'une matière adéquate, juste avant sa sortie par le bas du contacteur , des composants de gasoil légers.
L'opération à l'intérieur du contacteur peut être conduite de façon à convertir sensiblement la totalité des huiles plus lourdes en huiles plus légères, mais à laisser dans la fraction résiduelle extraite du contec- teur, une certaine quantité de composants d'huile lourde diluants, afin d'éviter toute tendance à la coké- faction même dans le dernier étage du contacteur.
La fraction résiduelle ci-dessus est avantageusement isolée dans une zone de pression réduite, tel qu'un séparateur par détente brusque 28, et le distillat ainsi séparé est renvoyé vers le contacteur par les conduits 33 et 38 en même temps que la matière de départ fraîche arrivant par ce conduit 38;
Ainsi qu'on l'a déjà exposé précédemment, une durée
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de séjour accrue et/ou une température plus élevée ont pour effet une conversion thermique plus considérable de l'huile lourde en cours de traitement, dans un ensemble donné d'autres conditions .
On a déjà fait ressortir cependant que la tendance à la formation de coke pendant la chauffe des matières résiduelles, dépend, aussi de la concentra- tion relative de matières cokéfiables (composants de poids moléculaire élevé contenant une proportion élevée d'atomes de carbone aromatique -On comprendra donc aisé- ment à ce sujet, que la vitesse d'écoulement de l'huile lourde de départ vers le contacteur et au travers du contac- teur est réglée en accord avec les températures particulières maintenues dans les diverses parties du contacteur et avec les durées particulières de séjour des matières liquides dans ces diverses parties, et que la combinaison optimum de l'ensemble de ces facteurs en vue de la conversion thermique et de la séparation optimum selon l'invention,
dépendra de la nature particulière de matière à traiter et sera détermi- née facilement par l'expérience . Des durées de séjour comprises entre 20 et 40 minutes environ conviennent par- ticulièrement, quoique des durées supérieures atteignant 60 minutes puissent être utilisées en appliquant les condi- tions thermiques modérées prévues dans la présente inven- tion . Pour des raisons économiques, il y a lieu de préfé- rer les courtes durées de séjour de 20 à 40 minutes et en particulier celle de 30 minutes.
Le reliquat de l'ensemble global des produits de tête peut alimenter directement une opération de craquage catalytique sans qu'il y ait lieu deale soumettre à un fractionnement préalable Cependant, si on le désire, on peut le fractionner comme suit . Les produits peuvent être envoyés au moyen du conduit 26 dans nn fractionneur 29 approprié où ils sont fractionnés en courants de produits désirés. Une économie d'énergie est aisément réalisée
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en étalant superficiellement ce reliquat de produits de tête dans un centrifugeur 27 par exemple travaillant sous une partie au moins de la charge de compression donnée par le compresseur 22.
Le courant net de produits de tête sortant du contacteur 14, est fractionné dans le fraction- ui 29 en un courant de tête extrait par le conduit 30, refroidi et partiellement condensé dans le condenseur 32 en même temps que les vapeurs non condensées sont ex- traites de l'accumulateur 34, et une portion au moins du condensât est renvoyée dans le fractionneur comme reflux, le restant du condensat étant convenablement combiné avec le condensat d'essence extrait du fractionneur par le conduit 35.
Le restant du produit, que l'on dénommera gasoil léger (point d'ébullition compris entre 205 et 350-425 C, par exemple) est extrait par le bas du fractionneur, et, si on le désire, utilisé pour fournir une partie de sa chaleur au courant d'alimentation, par exemple, au moyen de l'échangeur de chaleur 39. On comprendra que le gasoil peut servir à l'alimentation directe d'une installation de craquage catalytique sans refroidissement préalable, auquel cas la chaudière 12 aura à fournir une quantité supplémentaire de chaleur équivalent à celle qui dans l'autre cas, aurait été prélevée sur le courant de gasoil dans l'échangeur de chaleur 39 placé sur le conduit 37.
On comprendra aussi que les composants d'essence peuvent être laissés avec les composants de gasoil, et que l'ensemble des produits de tête, diminué des composants gazeux, peut être utilisé comme matière de départ d'un craquage catalytique. De même, ainsi qu'on l'a déjà indiqué , puisque les gaz ne constituent qu'un très faible pourcentage des produits de tête, le total net des produits de tête peut alimenter directement une opération de cra- quage catalytique
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La pratique de l'invention sera plus pleinement com- prise à l'aide d'une description appliquée à un produit @ brut réduit, tel que celui pris précédemment comme exemple dans la figure 1, en vue de préparer à partir de ce produit brut une quantité minimum de gaz et d'essence de passe directe ou thermique ,
et une quantité maximum de gasoil ayant des caractéristiques de haute qualité pour un craquage catalytique (faible tendance à la cokéfaction) et fournis- sant en même temps un résidu mélangeable à un fuel-oil appro- prié Dans la description, les proportions relatives sont basées sur le poids de matière brute de départ fraîche.
Un produit brut mélangé est étêté (toppé) dans un appareil dis- tillatoire d'étêtage approprié pour enlever la totalité de la matière bouillant jusqu'à 370 C environ, et la ma- tière brute réduite (résidu long) extraite par le bas de l'alambic (préchauffée ainsi déjà à une température de 370 C environ) est chauffée à 400 C environ et refoulée par pompage dans le contacteur sous une pression convenable, telle que 2 à 5 atm. environ par exemple, bien que cette pression puisse varier depuis l'atmosphèrique environ jusçu'à n'importe quelle'pression supérieure telle que
3,5 à 7 atm. ou même davantage .
Au commencement de l'opération, du gasoil léger en excès (environ 5 parties en poids) provenant d'une source .extérieure (par exémple du gasoil) récupéré dans l'opéra- tion d'étêtage ) amené par le conduit 23 de la figure 2, est chauffé en phase gazeuse à une température de 445 C en- viron sous une pression de 3,1 à 7,3 atm. supérieure de 1 à 2 atm. environ à la pression d'entrée du produit brut réduit dans le contacteur par le conduit 15.
Dans le con- tcteur , le gasoil léger ainsi surchauffé entre en contact intime et à contre courant avec le produit brut réduit,
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ce qui entraîne le craquage des composés plus lourds et par suite la production de nouvelles quantités de gasoil léger, accompagnées d'un peu d'essence et de gaz, et le gasoil introduit fournit en même temps la chaleur de vaporisation des composants plus légers, soit formés ainsi en supplément, soit déjà présents dans le produit brut réduit . La totalité des produits vaporisables jusque et y compris le gasoil léger, ainsi que le gasoil léger additionnel provenant de . l'extérieur , s'éliminent en tê'te à une température de 400 C environ .
Dès que du gasoil léger commence à se dégager en tête (par le conduit 21 et/ou le conduit 20), cette matière est recyclée par le conduit 24 pour remplacer le gasoil ajouté de l'exté- rieur jusqu'à ce que le gasoil récupéré du produit brut réduit soit en quantité suffisante pour entretenir le processus, et le surplus de gasoil récupéré constitue une production nette du gasoil .
Le système est alors maintenu dans un état sensiblement équilibré en recy- clant environ 70 à 75 % du total de gasoil léger sortant par la tête du contacteur , avec une vites,se d'alimenta- tion en huile de départ telle que la durée de séjour des composants les plus lourds de cette huile de départ soit de 20 à 30 minutes environ ) le résidu mélangeable est réduit à 12-15 environ et le total gaz-essence est de
5-9 % environ .
Ainsi, pour une alimentation d'une partie de produit brut, la fraction d'huile prise en tête est de 3,15 partiel environ, dont 2,3 parties environ sont p recyclées après surchauffe à 440-445 C environ, donnant une production nette de 0,08 partie environ de gaz et d'essence , 0,77 partie de gasoil léger contenant
5 % de composants bouillant à 205 C et 95 % de composants bouillant à 400 C, et un résidu de 0,15 partie environ,
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mélangeable avec un gasoil lourd relativement aromati- que provenant d'un craquage catalytique , 0,40 partie environ de fuel-oil résiduel ayant une viscosité de
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150 secondesjSaybolt-Furol à 50 C.
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It Process for the thermal treatment and separation of hydrocarbon oils ".
Priority of a patent application filed in the United States of America on August 18, 1951 in the name of Willem Johannes Dominicus van DIJCK.
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The present invention relates to an improved process for treating hydrocarbon oils, and more particularly to a process specific to the production of distillates composed mainly of products having the character of rerosene and light gas oil, starting from heavy oils. such as crude oil, partially reduced crude oil or the like.
Various processes have been proposed and used for the recovery by distillation of various materials such as gasoline (gasoline), kerosene, light gas oil, heavy gas oil, and lubricating oils, from petroleum oils, in view of both their direct use and their use as a starting material for various conversion processes. Thus, gas oil distillates, both light and heavy, constitute an important starting material for both thermal and catalytic conversions in the production of gasoline from these distillates.
The so-called "topped" crude products or the so-called "long" residues as well as certain heavy crude products are often subjected to a heat treatment known as "visrupture" (visbreaking) in order to reduce their viscosity, followed by repair by fractional distillation of the vaporizable components naturally present or formed during the visrupture. The even heavier residual materials resulting from this operation can be used in fuel oil blends and can be further heated, if necessary, and subjected to a
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separation in a sudden relaxation device,
to produce a new amount of distillate (vacuum distillate).
One of the main objects of the present invention is to obtain an improved thermal conversion of a heavy hydrocarbon oil for the production of a maximum amount of distillate oil having a very suitable composition to serve as a distillate oil. starting material for catalytic cracking operations in the production of motor fuels.
Another object of the invention is to provide a process for the thermal conversion of heavy components of petroleum oils containing thermally unstable and coking components, into distilled oils of high quality for catalytic cracking, while however avoiding the formation. of coke, and consequently providing a residual product which can be mixed with a suitable fuel oil.
Now, it has now been found that a heavy hydrocarbon oil can be efficiently converted into a lighter distillate oil, in continuous operation, and without causing undesirable conversions, by flowing the heavy oil up and down. in the liquid state, through a thermal conversion and fractionation zone comprising multiple stages superimposed vertically, and by circulating by means of a compressor, against the current and in direct contact with the oil heavy, a stream consisting of at least a portion of the vaporized products recovered in the process, which vapor stream is heated in the gas phase without significant cracking of these vapors, outside the conversion and fractionation zone.
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is lying ,
at a temperature sufficient to maintain in this apparatus a suitable level and temperature gradient, and also to provide the. times the endothermic heat of conversion of the heavy oil to be converted, and the heat of vaporization of the distillable materials.
The process according to the invention is based on several facts established during experimental studies.
These studies have shown that operations carried out on reduced crude products in temperature zones and with contact times resulting in only moderate thermal cracking can be practically carried out in such a way that the the yield of distillates is substantially increased while at the same time maintaining in the residue a degree of quality which allows its use for the production of a stable and homogeneous residual fuel oil.
The present invention will now be illustrated with reference to the accompanying drawing in which: Figure 1 graphically shows the distribution of products obtained from a typical reduced crude product, before and after moderate heat treatment; and, Figure 2 shows the flow diagram of the material in a preferred embodiment of the practical application of the invention, in which a crude residue or a straight pass residue (long residue) is subjected to treatment. thermal and a separation operation, to recover a maximum amount of high quality gas oil distillate for catalytic cracking, and a residue that can be mixed with a minimum amount of fuel oil suitable.
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Based on the molecular weight of a reduced crude mixture, the constitution of this mixture is given by the solid line in Figure 1, representing the distribution determined by molecular distillation and according to their molecular weight, of the components present in the mixture. mixed . It can be seen that this reduced crude product contains approximately 55% (abscissa) by weight of materials having a molecular weight (ordinate) at most equal to 500.
However, by a moderate and controlled heat treatment and a separation process, products are obtained whose overall molecular distribution is that given by the dashed line in Figure 1. This is how a quantity of distilled products of molecular weight at most equal to 500 is obtained, reaching up to 80-85% of the reduced crude product.
Further, unlike the results given by conventional thermal cracking, the distilled product contains only minor amounts of gas and gasoline (about 5-6% by weight), the main product being gas oil.
A peculiarity of the present process is that the oil, as more and more of the relatively lighter components are removed, carrying with them their heat of vaporization and less of the thermally convertible material. or more difficult to convert remains present, is still subjected to a suitable conversion temperature, since the heat required for this conversion is supplied directly by the recycled superheated vaporous material.
A more detailed description of the method according to the present invention will be made with reference to Figure 2.
A suitable heavy starting oil, such as
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reduced crude product or a straight pass residue, is preheated in a suitable heater such as the convection section 11 of a coil boiler, shown at 12, so as to provide at least a substantial portion and. as much as possible, the heat required as the heat of vaporization, in order to vaporize the distillable material already present up to and including at least the light gas oil (condensation point at 350-425 C approximately), while avoiding at the same time heating the starting material under conditions which result in any appreciable amount of thermal cracking.
The preheated starting oil is sent to the upper part of a suitable vertical contact tower 14 provided with a set of vertically staggered stages for intimate contacting of the gas and liquid phases, and this oil is put into contact. contact in the tower, during its downward flow, with a portion of the vaporized products exiting at the top of the tower or column, which gaseous portion has been compressed at least partially, then superheated and injected at least partly in a lower part of the tower, for example via line 15, in the oil flowing down the tower;
further portions of the superheated gas stream are suitably injected through the various conduits 16, 17 and 19, as desired or necessary, to adjust and control any conditions desired in the contact tower.
It has been found that the material from the top or head of the contactor and fractionator 14, up to and including light gas oil having a condensate point of about 350-425 C, is advantageously recycled into the contactor 14 at the same time. '' superheated state of matter to provide the endothermic heat necessary for cracking
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heavier components of the starting oil, and the vaporization of the lighter components thus formed, while at the same time the recycled light gas oil is not appreciably deteriorated neither in quality nor in quantity as material starting point for catalytic cracking.
Since the point to be considered is that of the supply of the necessary heat, light gas oil has a greater heat transport capacity per unit volume, than the total range of the head material. Since the proportions of gaseous substance and gasoline are relatively quite low, it is not economical to effect good separation or any separation between the lighter gaseous products and the desired stream of heat-carrying gas oil, and to re-vaporize the separated gas oil stream, other than the separation obtainable in the upper part of the contactor and fractionator 14, indicated.
by the difference between the intake levels of the conduits 20 and --I In fact, any separation carried out between the small quantity of the gaseous products and the normally liquid products only serves to reduce, to a small extent, the requirements of pumping and compression and the cost of equipping and operating the recirculated stream heating furnaces, as well as the dimensions to be given to the contactor to produce a given feed current at a given rate.
Thus, a stream of overhead products up to and including the light gas oil is extracted through line 20; a portion of this stream is sent to the compressor 22 which brings it to an appropriate higher pressure, for example 1 to 2 atm. above its contactor outlet pressure ,,, the compressor being advantageously of the centrifugal type. The compressed current is superheated to the required temperature in phase
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gas in the coils of the radiant section of the furnace 12 then distributed in the various ducts 15, 16,
17 and 19, for injection into the contactor as indicated. Instead of using a portion of the overall overhead product extracted through line 20, a vaporized stream can be withdrawn through line 21, and that stream be used as a recycle stream.
In order to ensure that the recycle stream flowing through conduit 24 remains in the vaporized state, in order to avoid the formation of a cracking and coking condensate on the wall of the conduit, a- ', , suitable separator 23 for removing any liquid possibly formed, which liquid is joined to the rest of the overhead stream through line 25.
Since on the one hand the temperature required for the vaporization of the light diesel components formed in the contactor is considerably lower than the temperature desired in a certain part of the contactor less for cracking of the heavier components, into larger components. light, (the cracking rate increases by approximately single to double for each additional rise in temperature of 10 C, while the liquefaction temperature of the components constituting the light diesel remains between approximately 350 and 425 C), and that d 'on the other hand the concentration in the liquid phase of the coke-generating materials constantly increases in the same direction as the flow of the oil, thus increasing the danger of undesirable coking,
the appropriate temperature gradient can be advantageously obtained by dividing the recycle gas oil stream into several portions and separately heating each of these portions to a different suitable temperature. On the other hand still, a simpler process is to heat the
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most of the recycling oil at a certain selected temperature and mixing the other part with the portion or portions of the superheat current with which it is desired to feed the contactor at a lower temperature.
This process is carried out by means of the conduits 13 and 18 of figure 2. By operating in this way, the temperature in the intermediate part or parts of the contactor can be maintained at 440-450 C for example, temperature at which a suitable cracking will take place. with an appropriate speed, while coking will be minimized due to the presence of the diluent liquid phase, and the temperature in the lower part of the contactor can be kept at a lower value, for example, 410-430 C, or even lower, temperature sufficient to strip (stripping) the residual liquid material of a suitable material, just before it leaves the bottom of the contactor, of the light diesel components.
The operation inside the contactor can be carried out so as to convert substantially all of the heavier oils into lighter oils, but to leave in the residual fraction extracted from the contactor a certain quantity of heavy oil components. diluents, in order to avoid any tendency to coke even in the last stage of the contactor.
The above residual fraction is advantageously isolated in a zone of reduced pressure, such as a separator by sudden expansion 28, and the distillate thus separated is returned to the contactor through lines 33 and 38 together with the starting material. fresh arriving by this conduit 38;
As already explained above, a duration
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increased residence and / or higher temperature results in greater thermal conversion of the heavy oil being processed under a given set of other conditions.
It has already been pointed out, however, that the tendency to coke formation during the heating of the residual materials also depends on the relative concentration of coking materials (high molecular weight components containing a high proportion of aromatic carbon atoms - It will therefore be readily understood in this connection that the flow rate of the starting heavy oil towards the contactor and through the contactor is regulated in accordance with the particular temperatures maintained in the various parts of the contactor and with the particular residence times of the liquid materials in these various parts, and that the optimum combination of all of these factors with a view to thermal conversion and optimum separation according to the invention,
will depend on the particular nature of the material to be treated and will be readily determined by experience. Residence times of between about 20 and 40 minutes are particularly suitable, although longer times of up to 60 minutes can be used under the moderate thermal conditions provided for in the present invention. For economic reasons, short stay periods of 20 to 40 minutes and in particular 30 minutes should be preferred.
The remainder of the overall set of overheads can directly feed a catalytic cracking operation without the need to subject it to prior fractionation. However, if desired, it can be fractionated as follows. The products can be sent through conduit 26 to a suitable fractionator 29 where they are fractionated into desired product streams. Energy saving is easily achieved
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by superficially spreading this remainder of top products in a centrifuge 27, for example working under at least part of the compression load given by the compressor 22.
The net overhead stream exiting contactor 14 is split in fraction 29 into an overhead stream withdrawn through line 30, cooled and partially condensed in condenser 32 at the same time as the uncondensed vapors are released. drafts from accumulator 34, and at least a portion of the condensate is returned to the fractionator as reflux, the remainder of the condensate being suitably combined with the gasoline condensate withdrawn from the fractionator through line 35.
The remainder of the product, which will be referred to as light gas oil (boiling point between 205 and 350-425 C, for example) is extracted through the bottom of the fractionator, and, if desired, used to supply part of the product. its heat to the feed stream, for example, by means of the heat exchanger 39. It will be understood that the gas oil can be used for the direct supply of a catalytic cracking installation without prior cooling, in which case the boiler 12 will have in supplying an additional quantity of heat equivalent to that which in the other case would have been taken from the gas oil stream in the heat exchanger 39 placed on the duct 37.
It will also be understood that the gasoline components can be left with the diesel components, and that all of the overhead products, minus the gaseous components, can be used as a starting material for a catalytic cracking. Likewise, as already indicated, since the gases constitute only a very small percentage of the overhead products, the net total of the overhead products can directly feed a catalytic cracking operation.
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The practice of the invention will be more fully understood with the aid of a description applied to a reduced crude product, such as that taken previously as an example in FIG. 1, with a view to preparing from this crude product a minimum quantity of direct or thermal gas and gasoline,
and a maximum quantity of gas oil having high quality characteristics for catalytic cracking (low tendency to coking) and at the same time providing a residue which can be mixed with a suitable fuel oil In the description, the relative proportions are based on on the weight of fresh raw material.
A mixed crude product is topped (topped) in a suitable topping distiller to remove all of the material boiling up to about 370 C, and the reduced crude (long residue) removed from the bottom of the product. the still (thus already preheated to a temperature of approximately 370 C) is heated to approximately 400 C and pumped back into the contactor at a suitable pressure, such as 2 to 5 atm. for example, although this pressure may vary from about the atmosphere to any higher pressure such as
3.5 to 7 atm. or even more.
At the start of the operation, excess light gas oil (about 5 parts by weight) from an external source (for example gas oil) recovered in the topping operation) supplied through line 23 of the head. Figure 2, is heated in the gas phase to a temperature of about 445 C under a pressure of 3.1 to 7.3 atm. greater than 1 to 2 atm. approximately at the inlet pressure of the reduced raw product in the contactor through line 15.
In the contactor, the light diesel fuel thus overheated comes into intimate and countercurrent contact with the reduced crude product,
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which causes the cracking of the heavier compounds and consequently the production of new quantities of light diesel, accompanied by a little petrol and gas, and the diesel introduced at the same time provides the heat of vaporization of the lighter components, either formed in this way as a supplement, or already present in the reduced crude product. All vaporizable products up to and including light diesel, as well as additional light diesel from. outside, are eliminated at the head at a temperature of approximately 400 ° C.
As soon as light diesel oil begins to emerge at the head (via pipe 21 and / or pipe 20), this material is recycled via pipe 24 to replace the diesel added from the outside until the diesel recovered from the reduced crude product is sufficient to maintain the process, and the surplus recovered diesel constitutes a net production of the diesel.
The system is then maintained in a substantially balanced state by recycling approximately 70 to 75% of the total light diesel exiting the contactor head, with a starting oil feed rate such that the duration of the start-up oil. stay of the heaviest components of this starting oil is about 20 to 30 minutes) the mixable residue is reduced to about 12-15 and the total gas-petrol is
About 5-9%.
Thus, for a feed of one part of crude product, the fraction of oil taken at the head is approximately 3.15 partial, of which approximately 2.3 parts are recycled after overheating at approximately 440-445 C, giving a production net of approximately 0.08 part of gas and petrol, 0.77 part of light diesel containing
5% of components boiling at 205 C and 95% of components boiling at 400 C, and a residue of approximately 0.15 part,
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mixable with a relatively aromatic heavy gas oil from catalytic cracking, about 0.40 part of residual fuel oil having a viscosity of
EMI14.1
150 seconds jSaybolt-Furol at 50 C.