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La présente invention est relative à la conversion d'huiles hyi@@- carbonées, telles que des goudrons de houille, des huiles de schiste, des brais, des asphaltes, des matières brutes totales de pétrole, un distillat et des fractions résiduaires de celles-ci, ou des mélanges de ces matières.
L'invention se rapporte plus spécialement à un procédé pour cokéfier des ré- sidus lourds de pétrole en contact avec des solides fluidifiés chauds, et à un appareil spécialement destiné à une telle cokéfaction.
La demande toujours croissante de carburants de moteur de haute qualité impose de plus en plus la nécessité d'améliorer les résidus lourds de pétrole pour ell obtenir des distillats, et notamment du gasoil convenant pour la cracking catalytique en carburant de moteur de qualité élevée. Une méthode de production d'essence en partant d'un résidu lourd, couramment uti- lisa?depuis de nombreuses années, consiste à faire passer l'huile à travers un serpentin de chauffage où elle est chauffée jusqu'à une température de cracking naissant et à la transférer dans un tambour de cokéfaction où elle est maintenue jusqu'à ce qu'elle soit convertie en vapeurs et en coke. L'opé- ration est poursuivie jusqu'à ce que le tambour soit pratiquement rempli de coke.
Après cela, la circulation d'huile chaude dans le tambour est interrom- pue et, après un refroidissement suffisant, le coke est rompu en gros mor- ceaux et enlevé. Pour rendre l'opération continue à travers un serpentin, une série de tambours de cokéfaction peuvent être prévus pour chaque serpentin, de manière que l'huile puisse être transférée d'un tambour à un autre, suivant les nécessités. Ce procédé est communément appelé cokéfaction retardée. Le refroidissement des tambours de cokéfaction et l'enlèvement de coke constituent un travail laborieux et long.
Plus récemment, on a proposé de cokéfier les huiles résiduaires lourdes en les injectant dans un récipient de cokéfaction contenant un lit fluidifié de solides finement subdivisés chauds. L'huile lourde adhère aux particules solides et subit une pyrolyse, en développant des vapeurs hydrocar- bonées plus légères et en déposant un résidu carboné sur les solides. Dans ce procédé, la chaleur nécessaire est fournie en faisant circuler un courant de ce solide à travers une zone de chauffage extérieure, généralement une zo.- ne de combustion, et en renvoyant alors ce solide au récipient de cokéfaction.
Ceci offre un grand avantage sur le procédé de cokéfaction retardée, en ce que l'opération est continue. Cependant, jusqu'à présent, aucune installation industrielle de ce type n'a été installée.
Les solides de contact ou porteurs de chaleur, utilisés dans ce procédé de cokéfaction à solides fluidifiés consistent habituellement en coke produit dans le procédé. D'autres solides en particules peuvent, cepen- dant, être utilisés, tels que des particules réfractaires, du sable, du cata- lyseur épuisé, de la pierre ponce, etc. Les références faites ici au coke en particules, en tant que solide porteur de chaleur seront comprises comme étant exemplatives et non pas limitatives.
Le développement de ce type de procédé a mis en évidence un cer . tain nombre de problèmes. Un sérieux problème particulier est la tendance du lit à perdre sa fluidité à cause de l'agglomération des particules, provoquée par les constituants agglutinants de l'huile lourde. Si cela arrive, l'entiè- reté du lit peut se solidifier. Il est alors nécessaire d'arrêter l'opération, de refroidir le récipient de cokéfaction, de rompre le coke en gros morceaux, et de l'enlever du récipient, comme dans le procédé de cokéfaction retardée.
Un autre problème sérieux est la formation de dépôts de coke dans l'espace de vapeur se trouvant au-dessus du lit et dans la conduite emportant la vapeur effluente, à cause de la condensation et/ou de la polymérisation des vapeurs de l'appareil de cokéfaction. Un autre problème réside dar.s le fait qu'il est nécessaire d'utiliser de relativement grandes quantités de gaz fluidifiant extérieur pour maintenir la fluidité du lit. Cela a pour e@- fet de diluer les vapeurs quittant le récipient et d'augmenter les dimensions et la complexité de l'installation suivante de fractionnement et de séparation.
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Un autre problème consiste à produire un gasoil convenant pour un cracking catalytique, qui soit exempt de constituants formant du carbone et des cendres, et d'impuretés métalliques, telles que dU! nickel et du vana- dium, qui désactivent le catalyseur de cracking.
Une autre difficulté est le réglage convenable des dimensions et de la répartition des dimensions des particules porteuses de chaleur.
Comme le coke est formé sur les particules, elles continuent à grossir, de telle sorte que, à moins que des moyens quelconques ne soient prévus pour fournir des particules fines, les particules s'accroissent jusqu'à un point où elles ne peuvent pas être convenablement fluidifiées ou mises en circula- tion à travers le brûleur.
Le but de la présente invention consiste à procurer un procédé et un appareil améliorés de cokéfaction fluide, qui surmontent avec succès les inconvénients ci-avant et d'autres encore. D'autres buts, de même que la nature et les avantages de l'invention, apparaîtront clairement de la description suivante, dans laquelle on fait référence aux dessins annexés.
La figure 1 est une vue simplifiée de l'appareil formant une partie de la présente invention, et dans lequel le procédé peut être mis en oeuvre.
La figure 2 est une vue agrandie de la section supérieure de sé- paration et de fractionnement du récipient de cokéfaction de la figure 1, certaines parties étant montrées en coupe.
La figure 3 est, à plus grande échelle, une vue détaillée de 1' ajutage d'injection.
La figure 4 illustre une variante de l'invention, conçue spécia- lement pour conserver et procurer du coke en grains - ou primaire pour le système de cokéfaction.
En se référant à la figure 1, l'alimentation liquide pénètre dans le système de cokéfaction par la conduite 1. Des alimentations conve- nant spécialement pour la présente invention sont des matières brutes lour- des ou réduites, ou des dépôts produits sous le vide, ou d'autres hydrocar- bures lourds de pétrole, contenant une quantité importante de constituants qui ne peuvent pas être vaporisés sans décomposition. De telles alimenta- tions peuvent avoir, par exemple, une gravité API d'environ 0 à 20 , par exemple, 1,9 , et une teneur de carbone Conradson d'environ 5 à 40% en poids, par exemple 30%.
Cette alimentation est, de préférence, préchauffée par des moyens habituels comprenant un échange de chaleur avec des courants de produit, jusqu'à environ 400 à 300 F, par exemple, 700 F, de manière à garder sa viscosité raisonnablement basse et à réduire la charge de chaleur sur l'unité de cokéfaction. De la conduite d'alimentation 1, l'alimentation liquide est introduite dans le lit 2 de coke fluidifié, turbulent, dense, disposé dans la partie inférieure du récipient de cokéfaction 3. Pour éviter la possibilité que le lit ne perde sa fluidité-, et ne s'empâte, il est im- portant que l'alimentation soit rapidement et uniformément répartie sur les particules individuelles du lit.
Bien que la nature fluidifiée très turbulen- te du lit provoque une rapide dispersion de l'alimentation à travers tout le lit, il vaut mieux ne pas compter uniquement sur la turbulence du lit pour réaliser la dispersion de l'alimentation. En vue d'empêcher un mouillage des particules de coke au point d'injection de l'alimentation et d'encourir ainsi le risque que le lit ne s'empâte, l'alimentation, est de préférence, injectée dans le lit à une série de points, à la. fois suivant la circonférence et ver- ticalement. Comme montré, l'alimentation passe à travers une conduite multi- ple 4 comportant des branchements 5 communiquant avec des ajutages à (voir figure 3). On peut utiliser tout type quelconque d'ajutage qui réalisera und fine dispersion de l'alimentation sans exiger des quantités importantes de gaz de dispersion.
Un ajutage spécialement bon pour cet usage est le type à
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avec de la vapeur de dispersion par un conduit central comportant un orifice
2. Le conduit est entouré d'un passage annulaire 3 par lequel de la vapeur ou purge passe pour maintenir cette zone libre de coke et permettre un enlè- vement de l'ajutage. La vitesse de giclage du mélange huile-vapeur est, de préférence, comprise entre 50 et 200 pieds par seconde. Le mélange en cause, à l'extrémité de l'ajutage, peut comprendre de 25 à 30% en volumes de vapeur.
Il est généralement possible d'alimenter entre J50 et 450 barils d'huile par ajutage et par jour. Ces ajutages sont, de préférence, rétractiles, ce qui permet un enlèvement du noyau et son nettoyage, s'il est bouché ou chargé de coke.
Le bas du récipient, en dessous du point d'injection de l'alimen- tation, est, de préférence, de plus petit diamètre. Cette section sert comme section de séparation ou de nettoyage, (stripping zone) comme on le décrira ci-après. La section intermédiaire, où l'alimentation est injectée, s'évase, de préférence, vers l'extérieur. du bas vers le haut, et la partie supérieure du récipient est rétrécie jusqu'à un diamètre plus faible pour des raisons données ci-après.
Les particules de coke se trouvant dans le lit sont maintenues dans un état fluidifié turbulent, par les gaz et vapeurs ascendants. Ces gaz et vapeurs comprendront du gaz de fluidification et de séparation, et des va- peurs et des gaz formés par la cokéfaction de l'alimentation. Les gaz s'éle- vant dans la partie inférieure du lit rencontrent des gaz additionnels formés dans la partie supérieure, de sorte que le volume de gaz augmente continuel- lement au fur et à mesure que le gaz monte à travers le lit. La vitesse du gaz, dans la partie inférieure du lit, doit être appropriée pour maintenir une fluidification et pour réaliser la séparation ou nettoyage désiré.
En évasant les parois vers l'extérieur dans la zone d'injection de l'alimenta- tion, l'augmentation de volume des gaz, résultant d'une vaporisation, est plus ou moins compensée par l'augmentation du diamètre du récipient, de sor- te que la vitesse des gaz est maintenue plus ou moins uniforme suivant toute la profondeur du lit, bien qu'il puisse y avoir une certaine augmentation de vitesse du côté du sommet de ce lit.
La vitesse superficielle moyenne des gaz ascendants est, de préférence, maintenue entre 0,1 et 5 pieds par seconde, de préférence, entre 1 et 3 pieds, suivant la dimension des particules composant le lit. Des vites- ses plus élevées augmenteront la turbulence mais réduiront la densité du lit.
Comme mentionne ci-avant, les particules individuelles composant le lit tendent à se développer au fur et à mesure que l'opération se pour- suit, et il est nécessaire de maintenir un contrôle de la dimension des par- ticules. Il est préférable d'utiliser des solides ayant une dimension moyen- ne de particules, comprise entre 0 et 1000 microns de diamètre, de préférence entre 150 et 300 microns. Dans certains cas, la gamme de dimensions de parti-- cules peut varier en dehors de ces limites sans amener de difficultés. De préférence, pas plus de 5% des particules n'ont une dimension supérieure à 500 microns, tandis que des particules inférieures à 40 microns tendent à s' agglomérer ou sont entraînées hors du système avec les gaz.
Il est habituel- lement désirable d'avoir de 5 à 20% de particules de 40 à 125 microns pour améliorer la fluidification et pour nettoyer la partie intermédiaire de 1' installation, comme on le décrira ci-après. Bien que des particules plus pe- tites procurent une plus grande aire superficielle, des particules très fi- nes sont sujettes à agglomération et à d'autres difficultés.
La température de cokéfaction peut se situer entre 350 et 1200 F, de préférence entre 900 et 1100 F. Des températures supérieures permettent des taux plus, élevés d'alimentation et augmentent la capacité msis peuvent tendre à provoquer un surcracking des vapeurs avec un abaissement résultant de rendement des produits de distillation désirés.
L'opération de cokéfaction est habituellement menée à une pres-
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sion relativement basse, telle que de 0 à 50 livres par pouce carré de pres- sion effective. Bien que le procédé puisse être mis en oeuvre sous une pres- sion inférieure à la pression atmosphérique ou à des pressions plus élevées, on préfère généralement opérer à une pression de sortie de vapeur, suffisante pour forcer les vapeurs vers et à travers une installation subséquente de fractionnement et de séparation. A cette fin, la pression effective de sor- tie peut être comprise entre :et 25 livres par pouce carré, habituellement entre 5 et 15 livres. La pression dans la partie inférieure du récipient sera un peu plus élevée, du fait de la pression hydrostatique développée par le lit fluidifié.
Comme signalé ci-avant, la partie inférieure du lit de cokéfac- tion, en dessous du point d'injection de l'alimentation, sert comme zone de séparation ou nettoyage. De la vapeur ou autre gaz de séparation ou nettoya- ge, tels que des gaz hydrocarbonèss légers, sont injectés dans cette zone par une conduite 11 pour séparer des hydrocarbures, du coke avant enlèvement de ce dernier de la zone de cokéfaction. En disposant la zone de séparation dans le bas de l'appareil de réaction, la vapeur de séparation en excès dé- place les hydrocarbures s'élevant à travers la zone de cokéfaction et aide au maintien de la turbulence et de la fluidité désirés dans cette section.
La vitesse dans l'appareil de séparation peut être comprise entre 0,1 et 5 pieds par seconde. La vapeur de séparation ou nettoyage peut être injectée dans le récipient par des ajutages, à vitesse élevée, pour provoquer une usure par frottement ou un broyage des plus grandes particules, en vue de maintenir les dimensions désirées de particules. A cette fin, le gaz peut être injecté à des vitesses de giclage d'environ 200 à 3000 pieds par se- conde. La quantité totale de vapeur injectée dans les zones de cokéfaction et de séparation peut être égale à environ 5 à 30% de l'alimentation hydro- carbonée liquide, 6 à 15% constituant la gamme préférée. Si on le désire, des chicanes à disques et parois inclinées peuvent être disposées dans la zone de séparation pour améliorer le contact entre la vapeur et les solides.
Comme mentionné ci-avant, l'alimentation hydrocarbonée liquide est injectée dans l'appareil de réaction par des ajutages 6 à différents niveaux et est uniformément déposée sur les particules de coke constituant le lit fluidifié turbulent dense.
Le taux de l'alimentation hydrocarbonée peut être d'environ 0,1 à 3 poids par heure par poids de solides présents dans le lit fluidifié suivant,la composition de l'alimentation, la température de cokéfaction, la durée de séjour des solides dans le lit, et d'autres facteurs. Le facteur limitatif est l'aptitude à maintenir le lit dans un état fluidifié hautement turbu- lent. Si le taux d'alimentation est trop élevé, les particules solides ten- dent à coller ensemble, en formant des agglomérats plus gros et, à moins de précautions, l'entièreté du lit peut se solidifier et perdre ses caractéris- tiques fluides. Ceci devrait être évité, ou bien le procédé devient impossi- ble à mettre en oeuvre, et l'installation doit être fermée et le lit solidi- fié enlevé du récipient de cokéfaction.
Diverses méthodes peuvent être uti- lisées pour indiquer les conditions potentielles d'empâtement du lit. Par exemple, une réduction de la turbulence ou une viscosité du lit indiquent des conditions d'empâtement du lit. Durant des opérations normales, il y a une turbulence importante du lit. Une réduction de l'amplitude ou: de la fréquence de ces à-coups de turbulence indique un empâtement en puissance du lit, et que des phases correctives devraient être prises, telles qu'une réduction du taux de l'alimentation en une augmentation de la température.
Dans le lit fluidifié, l'alimentation est convertie en coke so- lide et en vapeur hydrocarbonée chaude. Les vapeurs quittant le lit empor- tent des solides entraînas. Pour permettre à une certaine quantité de ces solides de se séparer des vapeurs, la solution la meilleure est habituellement de maintenir le niveau du lit 12 à une distance substantielle en dessous iu sommet du récipient. Il est avantageux d'avoir une certaine quantité mini= de solides entraînés dans l'espace de dégagement 13 supérieure au niveau du
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lit.
La chaleur contenue dans les solides entraînes aidera à maintenir la température dans cette zone à un niveau supérieur et procurera des surfaces adsorbantes, en empêchant ainsi une condensation et une cokéfaction des produits vaporeux à point d'ébullition supérieur. En plus, les solides en- traînés serviront à nettoyer les parois du récipient de tout coke qui tend à s'y déposer.
Il est également désirable de réduire au minimum la durée de séjour des vapeurs dans cette zone pour empêcher un nouveau cracking thermi- que. A cette fin, la section transversale du récipient 10, au-dessus du ni- veau 12 du lit fluidifié, est réduite, de manière à augmenter la vitesse des vapeurs ascendantes dans la zone de dégagement 13. Cette vitesse accrue en- traîne une plus grande quantité de coke, réduit la durée de séjour de la va- peur, et maintient les parois de l'appareil de réaction plus chaudes, et ainsi réduit au minimum la condensation et la cokéfaction, aussi bien qu'un cracking thermique en phase vapeur. La vitesse des gaz dans la zone de déga- gement peut être comprise entre 2 et 5 pieds par seconde, suivant les dimen- sions des particules et d'autres facteurs.
Si on le désire, du coke addi- tionnel, de préférence à une température plus élevée, peut être introduit dans l'espace de dégagement pour augmenter l'action de nettoyage ou de purge des solides entraînés et pour élever la température des vapeurs au-dessus de leur point de rosée. Les vapeurs passent du sommet de la zone de dégage- ment dans des dispositifs de séparation de poussière, tels que des cyclones 14, qui servent à séparer les particules de coke entraînées, d'avec les va- peurs. Les fines séparées sont renvoyées au lit par des canalisations plon- geantes 15.
Du gaz d'aération peut être injecté dans les canalisations plon- geantes 15 par une conduite 16'. La quantité de gaz d'aération ainsi intro- duit peut être contrôlée pour régler la quantité de solides séparés par les cyclones. Par exemple, dans certains cas, il peut être désirable de mainte- nir un certain minimum de solides dans la conduite de sortie des cyclones pour enlever tout coke pouvant s 'y former. En augmentant la quantité de gaz ajouté aux canalisations plongeantes, la quantité de solides séparés par les cyclones peut être réduite. Les cyclones eux-mêmes sont, de préférence, dis- posés dans une paroi transversale pleine 16 qui empêche les vapeurs d'attein- dre la zone stable située au-dessus des cyclones, et empêche ainsi que du coke ne se forme dans cette zone.
Des cyclones 14, les vapeurs passent par des cheminées 17 pour aller dans une tour de fractionnement et de lavage ou épuration 18, montée directement au-dessus du récipient de cokéfaction.
Les cheminées 17 déchargent, de préférence, les vapeurs hydrocar- bonées chaudes contre des chicanes chauffées 19. Celles-ci sont disposées à une distance convenable au-dessus du fond de la tour 18, et l'espace inférieur à ces chicanes forme une zone de réception pour le condensat lourd formé dans l'appareil de lavage. Cela empêche le condensat lourd de retomber dans les cheminées et d'y former des dépôts de coke.
Les cheminées 17, les chicanes 18 et toutes les autres parois sé- parant le récipient de cokéfaction 3 de la tour de lavage 18 sont, de préfé- rence, fortement isolées pour réduire au minimum la condensation et la coké- faction des vapeurs hydrocarbonées dans les cheminées et dans la section in- férieure de la tour de lavage. Des éléments de chauffage peuvent être prévus autour des parois des cheminées 17 et des conduites de sortie des cyclones pour maintenir les parois plus chaudes que les vapeurs à titre d'aide encore pour empêcher une condensation et une cokéfaction indésirables. Les éléments de chauffage montrés sont en forme de serpentins à vapeur surchauffée, enve- loppant les parois.
Cette vapeur de chauffage peut être préchauffée par échan- ge de chaleur indirect avec des solides chauds dans un brûleur à coke décrit ultérieurement, et peut être libérée à l'atmosphère, de manière à ne pas di- luer plus les vapeurs passant vers une installation subséquente de fraction- nement et de condensation. Ou bien, du gaz de fumée chaud provenant du brûleur
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à coke peut être utilisé au lieu de vapeur,dans les serpentins de chauffa- ge.
De la vapeur surchauffée peut être injectée directement dans les vapeurs chaudes pour réduire au minimum la cokéfaction, en diluant les vapeurs et En abaissant leur température de condensation. -
La température dans le fond de la tour 18 est réglée pour conden- ser les portions les plus lourdes des vapeurs, qui contiennent des impuretés métalliques, telles que des composés de fer, de nickel et de vanadium, pré- sents à l'origine dans l'alimentation et emportés au sommet avec les vapeurs.
Elles contiendront les solides entraînes emportés à travers les cyclones.
La température au fond de la tour 18 est réglée en introduisant un courant d'huile d'extinction par une conduite 21. Ce courant sert également à refroidir immédiatement les vapeurs de l'appareil de cokéfaction, en arrê- tant ainsi une polymérisation et d'autres réactions de dégradation. Comme montré, le condensat recueilli dans le bas de la tour est enlevé par une con- duite 24, une partie de ce condensat, étant envoyée dans un réfrigérateur 26 (figure 1) et renvoyée à la tour au-dessus d'une série de chicanes à disques et plaques inclinées 27. Une partie de ce courant de recyclage peut être en- voyée dans le bas de la tour par une conduite 28 pour refroidir encore les produits qui y sont enlevés.
La température maximum à la base de la tour ne devrait pas excéder environ 750 F en vue d'empêcher une cokéfaction dans cette section de l'installation.
La température nécessaire pour condenser les impuretés métalli- ques dépendra de la nature et de la quantité de ces impuretés présentes dans l'alimentation. Il est préférable d'opérer à la température maximum qui réa- lisera un enlèvement des impuretés. Pour la plupart des alimentations, le point d'ébullition final des produits quittant la section inférieure sera com- pris entre 950 et 1050 F, bien que pour certaines alimentations, il puisse descendre à 700 F. Comme les produits quittant la tour de lavage sont compo- sés d'un large mélange de vapeurs et de gaz, le point final des vapeurs non condensées sera de beaucoup supérieur à la température maintenue dans la tour.
Au lieu de refroidir et de recycler le condensat lourd vers la section inférieure de la tour, d'autres moyens de refroidissement peuvent être utilisés. Par exemple, de l'alimentation fraîche peut être fournie à cette section. Dans ce cas, l'alimentation résiduaire sera préchauffée par contact avec des vapeurs chaudes. L'alimentation préchauffse peut alors être envoyée par les conduites 24 et 34 dans le récipient de cokéfaction.
Les vapeurs restant non condensées dans le bas de la section de lavage de la tour passent de bas en haut à travers une série de plateaux à cloche de barbotage, disposés dans le haut de la tour, où elles sont soumi- ses à fractionnement pour condenser une fraction additionnelle de la gamme d'ébullitions du gasoil. Le condensat formé dans la section supérieure se recueille dans un plateau de captation 29 et est enlevé sous forme de courart secondaire par la conduite 31.
Une partie de ce courant est pompée pour être renvoyée à la section inférieure de la tour, en-dessous du plateau de capta- tion, par une conduite 32, comme moyen additionnel de lavage et de refroidis- sement, et une autre partie de ce courant peut être pompée à travers un ré- frigérateur 33 et être introduite dans le haut de la tour pour servir de reflux.
La température au sommet de la tour 23 est, de préférence, supé- rieure au point de roséé de la vapeur, c'est-à-dire, à une température d' au moins 200 à 225 F. Cela empêche une condensation de la vapeur qui, si el- le était admise à se produire, pourrait provoquer des problèmes d'émulsion et de corrosion dans le haut de la tour. La température des vapeurs quittant le sommet de la tour peut être d'environ 300 F pour les températures de la tour ci-avant.
La fraction de condensat lourd, enlevée du bas de la tour de la-
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vage 18, par la conduite 24, et non recyclée pour l'extinction et le lavage, comme décrit ci-avant, est pompée par une conduite 34 en retour vers le ré- cipient de cokéfaction 3. Ce condensat lourd peut être mélangé avec de l'a- limentation fraîche, avant injection, ou bien, peut être injecté par des aju- tages séparés, de préférence dans la partie inférieure du récipient de co- kéfaction. Comme variante, cette alimentation lourde peut être introduite dans la tour à vide pour un autre fractionnement en vue d'enlever les hydro- carbures légers, facilement vaporisables. Cette pratique réduit le taux de recyclage de manière significative. Les dépôts venant de la tour à vide peuvent alors être envoyés dans le récipient de cokéfaction.
La tour à vide peut être la même tour que celle dans laquelle la matière brute provenant de l'alimentation de cokéfaction est distillée.
Le gasoil enlevé comme courant secondaire par la conduite 31 constitue un des produits finals du procédé. Cette huile, étant un condensat relativement exempt de composants de carbone et de cendres résiduaires, et d'impuretés métalliques, peut être soumise à un cracking catalytique pour former une essence de qualité élevée.
Des vapeurs et des gaz non condensés sont enlevés du sommet de la tour 18 par une conduite 36, et envoyés dans un condenseur 37 refroidi par de l'eau (figure 2) et ensuite à un tambour séparateur 38, dans lequel le distillat liquide se sépare du gaz non condensé. Le liquide comprendra la fraction de naphte en même temps que de l'eau. Le naphte est enlevé du sépa- rateur par la conduite 39 et peut être soumis à un autre traitement, tel qu' hydroforming, désulfuration, stabilisation, etc, pour obtenir des produits de la qualité désirée. De l'eau condensée est enlevée du tambour 40 par une con- duite 41. Du gaz humide est enlevé par la conduite 42 et peut être rejeté on traité encore pour en récupérer des produits désirés..
Au lieu de fraction- ner encore les vapeurs venant de la section de lavage pour séparer le gasoil, le naphte et les gaz, comme on vient de le décrire, toutes les vapeurs pro- venant de la zone de lavage peuvent être envoyées directement, sans autre fractionnement,à une zone de cracking catalytique.
En revenant maintenant au récipient de cokéfaction, un courant de solides est enlevé de manière continue de ce récipient par une canalisa- tion verticale 43 qui se relie au récipient en un point espacé d'une certai- ne distance au-dessus du fond. L'sspace du récipient de cokéfaction, infé- rieur à cette connexion de la conduite 43, sert comme puits ou moyen de cap- tation pour recueillir tous gros morceaux ou agglomérats qui pourraient ser- vir à boucher les conduites de transfert. Ces agglomérats peuvent être pé- riodiquement enlevés par le conduit 50. Cette canalisation 43 comporte une cage ou panier en treillis 44 autour de son extrémité d'entrée pour empêcher de gros morceaux ou agglomérats de se loger dans la canalisation et dans les conduites de connexion, et d'arrêter la circulation.
La canalisation 43 se relie, à son extrémité inférieure, à un conduit 45 incliné dans le sens vertical qui, à son tour, arrive à une cana- lisation montante verticale 46 dont une section 47 se projette vers le haut dans la partie inférieure du récipient de chauffage 48, en dessous du nive@u d'un lit de solides fluidifiés y maintenu. Pour assurer une circulation con- venable des solides depuis le récipient de cokéfaction 3 vers le récipient brûleur 48, il faut prendre soin de maintenir les solides aérés durant @out leur voyage à travers ces conduites. Les particules de coke tendent à une désaération très rapide, et il est nécessaire d'ajouter un gaz fluidifiant en des points 49 le lorg du conduit incliné 45 oour empêcher que ce conduit ne se bouche.
Un gaz porteur additionnel est injecté dans l'extrémité inférieu- re de la canalisation ascendante 46 par une conduite 51 pour régler la densi- té dans cette section de l'installation. Si on le désire, une partie de 1' air nécessaire à la combustion peut être injectée dans la canalisation ascen- dante.
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Le courant principal d'air nécessaire à la combustion est introduit par la conduite 52 dans un brûleur auxiliaire 5.;. Du combustible pour la combustion peut être fourni au 'brûleur auxiliaire par une conduite 54. Le brûleur auxiliaire est normalement utilisé pour chauffer l'unité au départ de l'opération. Après que l'unité est chauffée à une température con- venable, la fourniture de combustible est arrêtée, et la chaleur nécessaire à l'opération est obtenue en brûlant du cke formé dans le procédé. Dans certains cas, cependant, il peut être plus économique de brûler des liquides ou des gaz étrangers, plutôt que du coke.
Dans certains cas, le coke se trouvant dans le récipient brûleur 43 peut être chauffé par des gaz de com- bustion provenant du brûleur auxiliaire Des gaz, soit de l'air, soit des gaz de ccombustion chauds, suivant le cas, passent du brûleur auxiliaire 5@, dans le fond du récipient brûleur principal 43. La sortie du brûleur 53 est pourvue d'un chapeau 55 destin:, à empêcher les solides de passer du brûleur principal dans la zone de combustion du brûleur auxiliaire.
Des gaz pénétrant dans le fond du brûleur passent de bas en haut à travers le corps du récipient à une vitesse réglée pour maintenir un lit turbulent dense de solides 56 dans la partie inférieure du récipient brû- leur.
Les particules de coke sont chauffées dans le récipient brûleur 43 jusque une température sensiblement supérieure à celle maintenue dans le récipient de cokéfaction. Par exemple, la température du récipient brûleur peut être de 1000 à 1500 F, habituellement d'environ 200 à 300 F au-dessus de la température de cokéfaction.
Les solides chauds débordent du récipient brûleur dans une cana- lisation verticale de retour 57 et sont renvoyés au récipient de cokéfaction, comme on le décrira ci-après. Des gaz de combustion usés quittant le lit 56 pour passer dans des séparateurs à cyclone 53 et 59 en vue de 1--'enlèvement des solides entraînas sont alors évacués vers la cheminée par une conduite 60. Les solides séparas dans les cyclones sont renvoyés au lit par des ca- nalisations plongeantes bl et 62. Si on le désire, celles-ci peuvent se dé- charger dans ou près de la canalisation verticale 57, de manière à transpor- ter, de préférence, les fines, du brûleur au récipient de cokéfaction.
La canalisation 57 est reliée à sa base à un conduit 63 1=;clin; par rapport à la verticale et qui, à son tour, est relié à une conduite mon- tante verticale 64. -Un gaz porteur est introduit dans la conduite montante 64 par une conduite à vanne 64' pour régler la densité dans la dite conduite montante 64. Celle-ci est reliée à la partie supérieure du récipient de coké- faction 3 en-dessous du niveau du lit. Une partie de ces solides chauds peut passer par la conduite 66 dans l'espace de dégagement 13 et dans l'admission aux cyclones 14, pour fournir de la chaleur aux vapeurs de l'appareil de co- kéfaction, nettoyer les parois et procurer des surfaces adsorbantes.
Dans le cas où le dispositif de fractionnement des vapeurs de l'appareil de cokéfac- tion n'est pas superposé à celui-ci, il est avantageux parfois d'introduire des quantités supplémentaires de solides chauds dans les conduites partant des cyclones. Ce coke, utilisé pour empêcher un encrassement de l'installa- tion, peut être convenablement activé à la vapeur pour augmenter son aire superficielle.
La circulation du coke entre les récipients est réalisée en main- tenant la densité dans les conduites montantes 47 et 64, inférieure à la de+ sité dans les canalisations 43 et 57 et les lits fluidifiés, de manière que la pression engendrée à la base de ces canalisations avant les vannes serve comme force d'entraînement pour faire circuler les solides. Les vannes 67 Et 65 prévues respectivement dans les canalisations 43 et 57 servent à créer une chute de pression suffisante pour empêcher une circulation inverse des soli- des, provoquée par des à-coups de pression dans le système de cokéfaction.
La vitesse de circulation vers le brûleur, par exemple, peut être réglée par la vanne 67 de la canalisation 43 et par réglage de la quantité de gaz entrant
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dans la conduite montante 46. L'installation peut être conque pour prendra un maximum de chute de pression d'environ 4 livres par pouce carré, par le tiroir 67. La canalisation descendante 57 est conçue pour y maintenir normalement un niveau de solides de 10 à 15 pieds en dessous du niveau des solides dans le bruleur, de sorte que des variations du niveau dans la canalisation descendante peuvent compenser des à-coups de pression dans le système.
La vitesse de circulation des solides entre le récipient de cokéfaction et le brûleur est réglée pour fournir la chaleur requise pour le procédé, et dépendra de la différence de températures entre les réci- pients. Pour une différence de températures de 200 F, le poids des solides chauds introduits dans le récipient de cokéfaction peut être compris entre environ 8 à 10 fois le poids de l'huile chargée par unité de temps.
Les dimensions du récipient de cokéfaction devraient être tel- les qu'elles donnent à l'huile répartie sur le coke, le temps convenable pour être convertie en vapeurs et en coke, de manière que les solides se dirigeant vers le brûleur soient pratiquement exempts d'huile non vapori- sée. La durée de séjour des solides dans l'appareil de réaction peut être de 3 à 10 minutes ou plus.
La quantité de coke formé dans le procédé sera plus grande que celle qui est nécessaire pour fournir de la chaleur au procédé. Dans la for- me la plus simple de l'invention, cet excès de coke est enlevé du bas des canalisations verticales 43 ou 57. A cette fin, des conduites d'enlèvement 68 et 69 sont reliées à un conduit 70 dans lequel le coke est déchargé. Un courant de gaz porteur, tel que de la vapeur, transporte le coke par le con- duit 70 vers l'emmagasinage. Avant celui-ci, le coke peut être éteint de manière convenable, par exemple avec de l'eau, pour empêcher une inflamma- tion du coke au contact avec l'atmosphère.
Comme.signalé ci-avant, au cours de l'opération, les particule? individuelles composant le lit fluidifié dans le récipient de cokéfaction croissait en dimensions du fait du dépôt de coke. Pour maintenir, dans le système, la quantité désirée de solides de la gamme de dimensions de parti- cules désirées, il est nécessaire de remplacer les plus grosses particules par des particules plus fines. Ceci peut être réalisé en rompant une certai- ne quantité des plus grandes particules pour usure à frottement, comme dé- crit précédemment. De préférence, une partie du coke enlevé est broyée ou ra- menée, dtne autre manière, à de plus petites dimensions, et renvoyée au sys- tème.
Pour réduire l'importance de ce broyage, les solides enlevés de l'ap- pareil de cokéfaction, avant d'être déchargés de l'unité ou envoyés au brû- leur, sont, de préférence, classés pour retenir sélectivement les plus fines particules dans le système, de sorte que seule une fraction choisie de plus grosses particules passe vers le brûleur ou est enlevée du procédé comme produit et pour être ramenée à de plus petites dimensions.
Ceci est illustré à la figure 4 des dessins. Pour éviter de re- faire certaines parties déjà représentées, seule la partie inférieure du ré- cipient de cokéfaction 3 et du brûleur 48 est illustrée. La moitié supérieure de l'installation est la même qu'aux figures 1 et 2.
En se référant au dessin, une partie ou tous les solides enlevés du récipient de cokéfaction par la canalisation verticale 4@ passent par la conduite 72 vers la section intermédiaire d'un récipient agrandi de sépara- tion par décantation ou dépôt ou d'élutriation, 73, où ils sont mis en con- tact avec un courant ascendant de gaz de séparation ou élutriation, introduit par la conduite 74, en-dessous du point d'entrée des solides. La vitesse du gaz ascendant passant à travers le récipient 73 est réglée pour emporter vers le haut une fraction plus fine choisie des solides, tout en permettant à ure fraction plus grosse d'être recueillie dans le bas du récipient.
L'appareil d'élutriation contient, de préférence, plusieurs chi-
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canes transversales perforées qui servent à rompre des courants localisés et augmenter ainsi l'efficacité de la séparation. Lorsque le gaz passe de bas en haut à travers un tel appareil d'élutriation à une vitesse convenable, et qu'un mélange de particules solides de différentes dimensions est pulvé- risé ou introduit de manière uniforme, d'une autre façon, en travers d'une partie intermédiaire de l'appareil, les particules relativement grosses tom- bent au fond, tandis que les particules fines sont entraînées vers le haut et s'échappent avec le gaz d'élutriation par une conduite 75 pour retourner à la zone de réaction.).
De cette manière, les particules fines capables de servir de coke à grains ou primaire sont retenues dans ou recyclées, de façon continue, vers la zone de cokéfaction.
Les deux principales variables affectant une telle séparation des solides gros et fins sont la vitesse du gaz d'élutriation et le taux d'alimentation du mélange de particules à la colonne. Afin d'enlever une im- portante portion des particules fines, des particules grosses, la vitesse du gaz d'élutriation devrait être au moins 1,5 à 3 fois, par exemple environ deux fois, la vitesse de chute libre des plus grandes particules à enlever par le sommet. Lorsque la vitesse du gaz est augmentée, une moins grande quantité de particules fines tombent au fond avec la matière grosse. Cepen- dant,en même temps, lorsque la vitesse du gaz excède la vitesse de chute libre des particules de la fraction grosse, certaines de ces grosses particu- les seront emportées par le sommet et souilleront les fines.
Pour des buts pratiques, la vitesse du gaz d'élutriation peut se ranger entre environ 3 pieds/seconde, si on désire récupérer des particules fines d'environ 150 mi- crons de diamètre et plus fines, et environ 30 pieds/seconde si des solides à emporter par le sommet doivent comprendre des particules d'environ 1000 microns de diamètre. -Evidemment, la vitesse optimum du gaz d'élutriation variera quelque peu, d'après les cas, suivant les dimensions de particules qu'on peut souhaiter séparer, le. rendement désiré de récupération de parti- cules fines, la souillure admissible des particules fines par une matière plus grosse, et le taux d'alimentation des solides.
De même, avec des appa- reils relativement petits, des vitesses relativement plus élevées peuvent être préférées de manière à empêcher qu'une quantité excessive de particules fines ne descende avec la matière plus grosse.
Le taux d'alimentation des solides à l'appareil d'élutriation a également un effet prononcé sur le degré de séparation. Pour une vitesse de gaz donnée, lorsque le taux d'alimentation croit, la quantité de particu- les fines descendantes augmente. S'il y a une quantité quelconque de matière grosse qui s'en va par le sommet, parce que la vitesse du gaz excède la vi- tesse de chute libre des particules fines désirées, une augmentation du taux d'alimentation des solides diminuera la quantité de matière grosse s'en al- lant par le sommet. En même temps, la quantité totale de matière s'en allant par le sommet diminuera en proportion de la quantité tombant dans le fond.
En conséquence, il y a un rapport optimum du taux d'alimentation des solides au taux de gaz pour chaque vitesse de gaz, rapport qui ne donnera qu'une pe- tite quantité de matière grosse dans le produit du sommet, et qu'une petite quantité de particules fines dans les dépôts au fond.
Par exemple, pour séparer des particules de coke d'environ 250 microns et plus petites (vitesse de chute libre d'environ 4 pieds/seconde), d'avec des particules de coke plus grosses, le tableau I montre la meilleure gamme du taux d'alimentation de solides par rapport au taux de gaz pour cha- que vitesse de gaz donnée.
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TABLEAU I.
EMI11.1
<tb> Vitesse <SEP> de <SEP> gaz <SEP> Taux <SEP> d'alimentation <SEP> + <SEP> taux <SEP> de <SEP> gaz
<tb>
<tb> 4 <SEP> pieds/sec. <SEP> 0,05 <SEP> - <SEP> 0,075 <SEP> livre/pied <SEP> cube
<tb>
<tb> 5 <SEP> 0,075 <SEP> - <SEP> 0,125
<tb>
<tb> 6 <SEP> 0,0125- <SEP> 0,20
<tb>
<tb> 3 <SEP> 0,15 <SEP> - <SEP> 0,25 <SEP>
<tb>
<tb> 10 <SEP> 0,25- <SEP> 0,35
<tb>
Si le rapport du taux d'alimentation au taux de gaz est inférieur à ce qui est donné ci-avant, une plus grande quantité de matière grosse est enlevée par le sommet, et la capacité de la colonne est diminuée. Inversement, lorsque des rapports supérieurs à ceux donnés ci-avant sont utilisés,,la quantité de particules fines perdues dans le fond devient élevée. Ceci est illustré au tableau II.
TABLEAU II.
EMI11.2
<tb>
Vitesse <SEP> de <SEP> chute <SEP> libre <SEP> des <SEP> particules <SEP> fines,
<tb>
<tb> pieds/seconde <SEP> 4 <SEP> 4 <SEP> 4 <SEP>
<tb>
<tb> Vitesse <SEP> du <SEP> gaz, <SEP> pieds/seconde <SEP> 6 <SEP> 6 <SEP> 6
<tb>
<tb>
<tb> Taux <SEP> d'alimentation <SEP> + <SEP> taux <SEP> de <SEP> gaz, <SEP> livres/
<tb>
<tb> pied <SEP> cube <SEP> 0,076 <SEP> 0,20 <SEP> 0,267
<tb>
<tb>
<tb> % <SEP> de <SEP> particules <SEP> fines <SEP> dans <SEP> les <SEP> produits
<tb>
<tb> de <SEP> sommet <SEP> 30 <SEP> 32,8 <SEP> 73,7
<tb>
<tb>
<tb> % <SEP> de <SEP> particules <SEP> fines <SEP> dans <SEP> les <SEP> dépôts <SEP> 15 <SEP> 5,7 <SEP> 17,1
<tb>
<tb>
<tb> % <SEP> de <SEP> particules <SEP> fines <SEP> totales <SEP> sortant <SEP> dans <SEP> les
<tb>
<tb>
<tb> dépôts <SEP> 15,7 <SEP> 17,5 <SEP> 40,
0
<tb>
<tb> % <SEP> de <SEP> particules <SEP> grosses <SEP> totales <SEP> sortant
<tb>
<tb>
<tb> dans <SEP> les <SEP> dépôts <SEP> 81,0 <SEP> 94,5 <SEP> 89,7
<tb>
Au lieu d'utiliser un appareil d'élutriation à phase diluée du type décrit, l'appareil d'élutriation peut contenir un bourrage très gros, tels que des anneaux de Raschig ou autres matières. En plus, pour emporter des particules beaucoup plus grandes que le coke moyen circulant, par exem- ple des agrégats de 0,5 pouce de diamètre ou plus, une séparation à phase dense peut être utilisée.
Les gros solides qui se concentrent dans le fond de l'ap, areil de séparation 73 sont enlevés par la conduite 77. Les gros solides enlevés, dont la plupart ont des dimensions se situant d'environ 200 à 800 microns, avec certains agglomérats ou particules plus grandes et certaines particules plus petites ou fines, peuvent être séparés en trois portions. Une portion constituant le coke net produit dans le procédé peut être enlevée par la conduite 78 et, après refroidissement convenable avec une pulvérisation d'eau ou autre, envoyée à l'emmagasinage. Ce coke produit peut s'élever à environ 10 à 35% en poids, par exemple 25%, par rapport à l'alimentation hydrocarbo- née résiduaire à l'appareil de réaction, et peut être utilisé comme combus- tible, comme coke métallurgique, etc.
Une autre portion du coke gros, qui peut être égale à environ 5 à 15 fois, par exemple environ 10 fois, le poids de l'alimentation hydrocar- bonée résiduaire, est remise en circulation à travers une zone de chauffage pour fournir de la chaleur à l'appareil de réaction 3. Donc, du coke prove- nant de la conduite 77 passe par les conduites 79, 45 et 46 vers le récipient brûleur 48. Ou bien, le coke peut être chauffé dans un brûleur à conduite de transfert à grande vitesse d'un autre type habituel.
La troisième portion de coke gros, enlevée de l'appareil d'élutda-
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tion, passe par la conduite 32 vers un broyeur 33. Cette dernière portion est une portion relativement petite, normalement égale seulement à environ 10 à 15% en poids de l' alimentation r3siduaire, ou à environ 1% seulement du coke quittant l'appareil de réaction, mais néanmoins elle constitue une des caractéristiques critiques de l'invention. De préférence, bien que non nécessairement, le courant de coke est refroidi jusqu'à une température mo- dérée, à savoir environ 100 à 250 F, avant d'être effectivement introduit dans le broyeur.
Ce refroidissement peut être réalisé de toute manière con- venable, par exemple, en faisant passer le coke à l'état aéré à travers un échangeur de chaleur contenant un serpentin refroidi par eau. Le broyeur 83 peut être du type des broyeurs à boulets ou à galets, ou bien on peut utili- ser également d'autres types de broyeurs convenant pour le traitement du co- ke, tels que des broyeurs à marteaux, des broyeurs à meules horizontales, ou bien un broyage courant à jet de gaz. Dans le broyeur 33, le coke gros est broyé pour produire une fraction importante de particules plus petites qu' environ 200 microns. Le broyage doit être suffisant pour procurer les grains de coke primaire nécessaires pour régler les dimensions de particules dans l'appareil de cokéfaction.
Cette quantité requise de grains peut être égale à environ 5 à 10% en poids par rapport à l'hydrocarbure résiduaire alimenté au procédé. D'une façon générale, un nombre suffisant de particules primaires doit être fourni au système pour égaler le nombre enlevé ou perdu. Le nombre de particules de coke dans le système sera réduit par le coke produit enlevé, par les fines emportées par le sommet, par l'agglomération des particules, etc.
Gomme exemple typique, le coke alimenté au broyeur, qui peut être de dimensions comprises principalement entre environ 200 et 500 microns, peut être broyé jusqu'à ce qu'environ 30 à 50% en poids de mélange de coke broyé soient inférieurs à 100 microns, afin de fournir les particules fines désirées comme coke à grains ou primaire pour le renvoi à l'appareil de réaction de cokéfaction.
Cependant, comme un tel coke primaire est, de préférence, une fraction étroite de dimensions approximatives de 50 à 150 microns, cela exi- geait, dans les procédés de cokéfaction précédemment visés, un tamisage de la matière broyée pour donner la fraction de dimensions désirées. Suivant la présente invention, cette phase de tamisage est éliminée en renvoyant du coke du broyeur 83 à l'appareil d'élutriation 73, comme montra, par la conduite 34.
Gomme autre mode opératoire de la présente invention, on place la zone d'élutriation dans la partie inférieure de l'appareil de réaction 3 en dessous de la zone de séparation ou nettoyage. Dans cet agencement, le même courant de gaz peut être utilisé pour l'élutriation du coke produit, dans le classement du coke broyé, pour la séparation ou nettoyage du coke usé porteur de chaleur, et pour l'aération de l'appareil de cokéfaction. Cela ré- duit la consommation de vapeur ou autre gaz de fluidification, et diminue la charge dans l'appareil de réaction et l'installation de traitement du produit.
Les avantages, donnés par la présente invention, d'élutriation en liaison avec le broyage du coke primaire, dans des procédés de cokéfaction fluide, sont encore illustras par les cas suivants où on utilise une installa- tion de cokéfaction fluidifiée ayant un taux d'alimentation du brai de pét@o- le de 23.000 barils par jour et une fabrication totale de coke de 10% en prids de l'alimentation, ou 400 tonnes par jour, en opérant suivant un schéma tel qu'illustré à la figure 4. Les résultats sont résumés au tableau III.
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TABLEAU III.
Exigences de brovage du coke.
EMI13.1
<tb>
Cas <SEP> no. <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4
<tb>
<tb> Dimensions <SEP> du <SEP> coke <SEP> primaire,
<tb>
<tb> microns <SEP> 110 <SEP> 110 <SEP> 55 <SEP> 55
<tb>
<tb> Dimensions <SEP> du <SEP> coke <SEP> moyen <SEP> en
<tb>
<tb> circulation, <SEP> microns, <SEP> 195 <SEP> 195 <SEP> 195 <SEP> 195
<tb>
<tb> Elutriation <SEP> Parfaite <SEP> Néant <SEP> Parfaite <SEP> Néant
<tb>
<tb> Coke <SEP> enlevé
<tb>
<tb> (vers <SEP> le <SEP> broyeur <SEP> et <SEP> comme
<tb>
<tb> produit)
<tb>
<tb> Tonnes/jour <SEP> 434 <SEP> 490 <SEP> 403 <SEP> 409
<tb>
<tb> Dimensions <SEP> moyennes, <SEP> microns <SEP> 258 <SEP> 195 <SEP> 234 <SEP> 195
<tb>
<tb> Coke <SEP> primaire <SEP> requis, <SEP> tonnes/
<tb>
<tb> jour <SEP> 34 <SEP> 90 <SEP> 3 <SEP> 9
<tb>
<tb> Puissance <SEP> de <SEP> broyage,
<SEP> HP <SEP> 22 <SEP> 45 <SEP> 6 <SEP> 15
<tb>
<tb> Répartition <SEP> des <SEP> dimensions
<tb>
<tb> du <SEP> coke <SEP> en <SEP> circulation
<tb>
<tb> % <SEP> sur <SEP> 20 <SEP> mailles <SEP> (833 <SEP> microns) <SEP> 0 <SEP> 1
<tb>
<tb> 35 <SEP> " <SEP> (417 <SEP> " <SEP> ) <SEP> 10 <SEP> 30
<tb>
<tb> 48 <SEP> " <SEP> (295 <SEP> " <SEP> 0 <SEP> 32 <SEP> 0 <SEP> 58
<tb>
<tb> 60 <SEP> " <SEP> (246 <SEP> " <SEP> 18 <SEP> 46 <SEP> 44 <SEP> 70
<tb>
<tb> 80 <SEP> " <SEP> (175 <SEP> " <SEP> 32 <SEP> 77 <SEP> 86 <SEP> 87
<tb>
<tb> 100 <SEP> " <SEP> (147 <SEP> " <SEP> 92 <SEP> 86 <SEP> 93 <SEP> 92
<tb>
<tb> 150 <SEP> " <SEP> (104 <SEP> " <SEP> 100 <SEP> 100 <SEP> 98 <SEP> 97
<tb>
<tb> 200 <SEP> " <SEP> ( <SEP> 74 <SEP> " <SEP> ) <SEP> 100 <SEP> 99
<tb>
<tb> 325 <SEP> " <SEP> (43 <SEP> " <SEP> ) <SEP> 100
<tb>
Dans les cas 1 et 3 d'élutriation parfaite,
toutes les parti- cules plus grandes que celles spécifiées tombent et sont enlevées du fond, tandis que les particules des dimensions spécifiées et plus fines sont en- levées par le sommet. Une installation pratique à échelle industrielle peut facilement être réalisée pour opérer presque comme un appareil d'élutriation parfaite, perdant relativement peu de matière fine par le bas ou de matière grosse par le sommet. Les exigences en coke à grains ou primaire avec un tel appareil industriel d'élutriation peuvent n'être que d?environ 20 à 30% supérieures à celles d'un appareil d'élutriation parfaite.
En se référant au tableau III, on notera que le cas 1 fonction- ne avec une élutriation pratiquement parfaite de sorte que sensiblementtou- tes les particules de 110 microns de diamètre ou inférieures sont entraînées par le sommet dans l'appareil d'élutriation et renvoyées à à l'appareil de réaction comme coke à grains ou primaire, et seules les particules plus gros- ses sont envoyées au broyeur ou enlevées comme produit. Par contre, dans le cas 2, l'appareil d'élutriation est totalement contourné de sorte que du co- ke venant de l'appareil de réaction passe directement au broyeur, et que le mélange de coke broyé est renvoyé du broyeur directement à l'appareil de réaction.
En conséquence, dans le cas 1, les particules relativement grosses sont broyées sélectivement, tandis que, dans le cas 2, une quantité considé- rable de matière grosse circule dans le système. Comme résultat de ce broya- ge préférentiel des particules grosses, et du retour préférentiel des parti- cules fines à l'ap,areil de réaction, le poids de coke à grains ou primaire requis, de même que la puissance de broyage correspondante, sont beaucoup plus petits dans le cas 1 que dans le cas 2.
Des conclusions semblables peuvent également être tirées d'une comparaison des cas 3 et 4, où le coke est broyé à une dimension beaucoup plus fine. En plus, une comparaison des cas 1 et 3, ou 2 et 4, montre que lorsque les dimensions du coke primaire sont réduites d'environ la moitié, la quantité requise de coke primaire est très fortement réduite (environ 10 fois moins). Ceci est dû au fait que la quantité de coke primaire requis est
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à peu près proportionnelle au cube du diamètre moyen de particules.
En d' autres mots, comme le but principal du coke primaire est de garder constan- tes les dimensions moyennes de particules, en fournissant un certain nombre de particules relativement petites, il sera évident que ce nombre de particu- les dans un poids total donné augmente rapidement lorsque les dimensions moyennes de particules diminuent. Cependant, du coke primaire excessivement petit n'est pas pratique du fait de la difficulté conséquente de préserver de telles particules fines d'être soufflées hors du système. C'est ainsi que, tandis que des particules de 110 microns peuvent être récupérées de ma- nière très efficace dans un seul cyclone séparateur, des particules de 55 microns requerront normalement un cyclone à deux étages, et que des particu- les encore plus petites seront plus difficiles à récupérer.
Il peut être noté de la description précédente de la figure 4 que la présente invention permet une utilisation efficace non habituelle de coke, puisque les fines convenant comme coke à grains ou primaire sont sé- lectivement retenues dans l'appareil de réaction ou immédiatement renvoyées à celui-ci, mais ne sont pas admises à passer vers le brûleur, ou être enle- vées avec le coke produit, De plus, la combustion sélective des particules grosses dans le brûleur réduit l'importance du broyage qui sinon est requis pour maintenir la répartition convenable des dimensions de particules.
L'exemple suivant présenté au tableau IV concerne une unité de cokéfaction pouvant traiter environ 3800 barils de résidu de pétrole Elk Basin, provenant d'une distillation sous le vide, et ayant un poids spécifi- que de 0,83 et un indice de carbone Conradson de 30%; cet exemple permettra. de mieux comprendre l'invention.
TABLEAU IV.
Récipient de cokéfaction.
Dimensions Côté droit supérieur (zone de dégagement) 9 pieds de diamètre sur 20 pieds Diamètre large (en dessous du lit dense) 11 pieds de diamètre sur 16 pieds
6 pouces Section conique du milieu 4 pieds de diamètre sur 11 pieds de diamètre sur
34 pieds Section du système de séparation (stripper) 4 pieds x 10 pieds Profondeur du lit 60 pieds (y compris le système de séparation) Conditionµ opéatorires Température 950 F Pression effective de sortie 11 livres par pouce carré Poids de solides dans le lit fluidifié 70 tonnes Vitesse des gaz fond : 1pied/sec.; sommet: 3,5 pied/sec.
Poids d'alimentation d'huile à l'appareil de cokéfaction par heure par poids de solides dans le dit appareil 0,5 Quantité de vapeur de séparation et d'usure à frottement vers le fond du lit 3265 livres par heure Pression effective de vaoeur vers l'entrée des gicleurs 425 livres par pouce carré Quantité de vapeur de séparation et de fluidification ajoutée à un point su- périeur 4940 livres par heure Pression effective de vapeur pénétrant dans les ajutages de fluidification à basse pression 90 livres par pouce carré Dispositif de lavage et tour de fractionnement Dimensions 7 pieds 6 pouces x 40 pieds Conditions opératories Température au fond 700 F
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Plateau de captation pour gasoil - température 500 F Température du sommet 275 F Pression effective au fond 10 livres par pouce carré
Pression effective au sommet 95 livres par pouce carré Température huile extinction condensat lourd vers le bas de la tour 500 F quantité 2910 barils par jour trai- tement Quantité condensat lourd recyclé vers appareil cokéfaction 1290 barils par jour traitement Température reflux gasoil vers sommet zone de lavage 500 F quantité 1270 barils par jour traitement Température reflux gasoil vers sommet tour 235 F quantité 9740 barils par jour traitement
EMI15.1
R6cipielt brûleur Dimensions 11 pieds 9 pouces x 32 pieds Conditions opératoires
Température 1125 F Pression effective de sommet 12 livres par pouce carré Alimentation de solides dans brûleur 22 tonnes Circulation d'air 8830 pieds cubes standard par minute Pression effective décharge soufflante à air 32,6 livres par pouce Taux circulation entre récipient 4,
3 tonnes par minute/carré cokéfaction et récipient brûleur Sous le jeu ci-avant de conditions, le procédé devrait produire environ 226 barils, par jour de traitement, de naphte ayant une gravité API de 48,7,environ 2320 Barils, par jour de traitement, de gasoil purifié ayant une gravité API de 17,3, environ 2,51 millions de pieds cubes standard de gaz humide ayant un poids moléculaire moyen de 26,3, et environ 152 tonnes de coke en excès par jour de traitement.
-Bien que l'unité de cokéfaction formant l'objet de la présente invention ait été décrite et illustrée sous forme simplifiée, il sera enten- du qu'une unité industrielle complète comprendra un nombre important de dispositifs supplémentaires, tels que pompes, vannes, indicateurs de tempé- rature , pression et niveau, enregistreurs et régulateurs, réservoirs d'ac- cumulation, robinets d'aération et de pression, conduites d'écoulement de secours, réservoirs d'emmagasinage, etc.
REVENDICATIONS.
1. Procédé de conversion d'huiles hydrocarbonées, qui comprend l'injection d'une série de courants d'une huile dans un récipient de coké- faction agrandi contenant une masse de matière solide finement divisée, la circulation des dits solides à travers une zone de chauffage extérieure et leur retour au dit récipient de cokéfaction pour maintenir le dit récipient à une température de cokéfaction comprise entre 900 et 1200 F, le passage de la matière gazeuse de bas en haut à travers le dit récipient de cokéfac- tion à une vitesse réglée pour maintenir la dite masse de solides dans un état fluidifié turbulent dense, le maintien de la dite huile dans le dit ré- cipient de cokéfaction pendant une période de temps suffisante pour conver- tir cette huile en vapeurs et en coke,
l'enlèvement des vapeurs ainsi for- mées du sommet du dit récipient par un moyen de sortie, la séparation de produits finals à point d'ébullition élevé. d'avec les dites vapeurs, le ren- voi d'au moins une portion des dits produits finals à point d'ébullition éle- vé vers le récipient de cokéfaction en vue d'un cracking ultérieur, et la séparation du coke en excès formé dans le procédé.