<Desc/Clms Page number 1>
La présente invention est relative à un procédé et à une instal- lation pour produire en continu, à partir d'huiles d'hydrocarbures un gaz à haut pouvoir calorifique, en faisant réagir à température élevée avec de l'oxygène (air) et de la vapeur d'eau une huile d'hydrocarbure ou les va- peurs d'hydrocarbure s'en dégageant.
On a déjà souvent proposé de produire des gaz combustibles à partir d'huiles d'hydrocarbures à point d'ébullition élevé,par exemple à partir d'huiles de goudron ou de fractions provenant de la distillation du pétrole. Les proportions connues s'étendent aussi bien à la décomposition pyrogéhique d'huiles d'hydrocarbures sur des parois chaudes avec ou sans addition de vapeur d'eau qu'à la réaction de vapeurs d'hydrocarbure avec de l'oxygène et de la vapeur d'eau à des températures élevées, de préféren- ce à des températures supérieures à 1000 C, en particulier supérieures à
130000-Il se forme dans ce cas un gaz qui, à côté d'oxyde de carbone et d'hydrogène, ne renferme pas de fractions notables d'hydrocarbures.Ces gaz sont appropriés pour des buts de synthese,
mais ne sont toutefois pas ap- propriés pour des buts de chauffage....... - Bien que on ait fait entre temps certains progrès dans la gazéi- fication d'huiles d'hydrocarbures, ces procédés souffrent tous d'être in- complets et ils souffrent notamment du fait que, lors de la gazéification de l'huile, il se forme, en quantité non négligeable, du carbone sous forme élémentaire (suie).La formation de carbone (suie) est non seulement très gênante pour des raisons fonctionnelles, mais dans certains cas influe également de façon notable sur l'économie du procédé de gazéification.
Si, pour obtenir un gaz à fort pouvoir calorifique, on effectue la gazéification des huiles à des températures moyennes en présence de vapeur d'eau, il ne se produit pas alors une décomposition complète des hydrocar- bures lourds, mais dans ces conditions de fonctionnements, il se produit en quantité importante du carbone sous forme élémentaire.Par ailleurs l' obtention d'un gaz à fort pouvoir calorifique,c'est-à-dire d'un gaz.renfer- mant encore des hydrocarbures comportant par molécule de 1 à 4 atomes de carbone, est d'une importance d'autant plus particulière dans les usines à gaz pour la production de gaz de grille, que dans un cas de ce genre la pro- duction d'un gaz analogue au gaz de ville a lieu sans la production simul- tanée de coke.Un procédé utilisable pour la production, à partir d'huiles d'hydrocarbures,
d'une gaz riche ayant la qualité du gaz de ville mettrait les usines à gaz locales en mesure de couvrir en particulier les besoins de pointe en gaz, simplement par la gazéification d'huiles d'hydrocarbures lourds, sans avoir à produire simultanément du coke, ce qui est comme on le sait inévitable lorsque le gaz de ville est produit lors de l'exploitation usuelle des cokeries.
On a maintenant trouvé que la raison de la formation de carbone élémentaire lors de la scission partielle d'huiles d'hydrocarbures lourds était à voir, au moins en partie, dans le fait que le chauffage de l'huile d'hydrocarbure de la température ambiante à la température réactionnelle avait lieu, en général, dans un temps beaucoup trop court.D'une façon correspondan- te, on a trouvé que l'on peut alors produire, à partir d'huiles d'hydrocarbu- res lourds, des gaz combustibles à haut pouvoir calorifique, sans donner lieu à une formation notable de carbone élémentaire, en chauffant avec précautioh et de façon continue l'huile d'hydrocarbure de la température ambiante à la température réactionnelle et en veillant à ce que, même lors de la réaction de l'huile d'hydrocarbure avec l'oxygène,
il ne se produise pas de pointes de température. auxquelles généralement -on avait recours jusqu'à présent ,
Le procédé conforme à l'invention consiste essentiellement à chauf- fer d'abord sous pression à une température comprise entre 200 et 4000,dans un réchauffeur à circulation, par exemple un four tubulaire, l'huile d'hydro- carbure à faire réafir, sans qu'il se produise de vaporisation notable,puis
<Desc/Clms Page number 2>
à la'détendre alors dans une chambre de vaporisation ,en présence d'oxy- gène et de vapeur d'eau dans une chambre exempte d'infrastructures, en donnant lieu à la formation de vapeurs d'huile,de manière que les compo- santes vaporisables de l'huile soient transformées en vapeur et que le résidu liquide de l'huile soit pulvérisé ou atomisé en de très fines gout- telettes de liquide,
tandis que le mélange de vapeur d'huile et de brouil- lard d'huile formé lors de la détente réagit avec les quantités d'oxygène et de vapeur d'eau ajoutées en quantités limitées avant ou après la détente en ne portant pas la température à plus de 800 , après quoi le mélange réac- tionnel formé après consommation de l'oxygène est mis en contact, sans a- baissement notable de la température, avec de l'hydrogène en excès ou avec un gaz renfermant de l'hydrogène, par exemple avec une partie du gaz utile produit.
L'utilisation d'un réchauffeur à circulation pour le préchauffage de l'huile d'hydrocarbure à faire réagir est particulièrement avantageuse du fait qu'à l'aide d'un tel réchauffeur à circulation, et en réglant con- venablement le chauffage des tubes du réchauffeur, on peut produire un ré- chauffement progressif et ménagé de l'huile d'hydrocarbure passant dans les tubes.La pression est maintenue à l'intérieur du système à circulation à l'aide d'une soupape de maintien de la pression, de manière que, suivant la nature de l'huile utilisée, la température du courant d'huile quittant le réchauffer ne soit pas supérieure à 400 , de préférence soit comprise entre 200 et 400 ,
tabdus qu'à l'intérieur du système tubulaire il ne se pro- duit pas de vaporisàtion notable de l'huile.Au réchauffeur à circulation se raccorde alors une zone de détente ou une chambre de détene où règne en général une pression normale.Il est toutefois également possible, et même -avantageux dans certains cas, de travailler avec une dépression dans la zone de détente.
L'huile chauffée se détend alors dans la zone de détente tandis que l'énergie libérée lors de la détente sert en partie à vaporiser l'huile ou une partie de celle-ci,et en partie à pulvériser, par exemple à,l'aide d'une buse ou analogue, la fraction non-vaporisée de l'huile, en de très fines gouttelettes de liquide, à la manière d'un fin brouillard.De cette manière on obtient dans la chambre de détente exempte d'infrastructures un mélange de vapeur d'huile et de brouillard d'huile qui est encore d'une réactivité élevée.
Il est avantageux que la vaporisation et la pulvérisation de l' huile d'hydrocarbure chauffée aient lieu en présence d'oxygène et de vapeur d'eau. En conséquence, on introduit dans la zone de détente la quantité principale de l'oxygène et de la vapeur d'eau nécessaire pour les réactions envisagées, de manière qu'une réaction débute immédiatement entre les divers composants, tandis que la température 'élève par suite de la réaction exo- thermique, mais ne dépasse pas toutefôis unevaleur de pointa de 800 envi- ron du fait que l'on dose de manière appropriée la quantité de vapeur d'eau ajoutée.
Les proportions des vapeurs d'huile par rapport au mélange oxygène + vapeur d'eau et de l'oxygène par rapport à la vapeur d'eau sont calculées de manière qu'une partie seulement des hydrocarbures soit transformée en donnant essentiellement lieu à la' formation d'oxyde de carbone et d'hydro- gène.La vapeur d'eau que l'on utilise en excès empêche dans ce cas la forma- tion de suie.
Le mélange réactionnel chaud qui renferme donc encore une partie d'hydrocarbures non'dégradés ou non-sensiblement dégradés s'écoule ensuite au travers d'une autre zone de la chambre de réaction, où il vient en con- tact à des températures allant jusu'à 800 environ avec de l'hydrogène ou un gaz en contenant., qui est ajouté en supplément.Il se forme alors une décomposition supplémentaire des grosses molécules d'hydrocarbure par une sorte de craquage hydrogénant qui donne lieu à la formation d'hydrocarbures à bas point d'ébullition qui renferment par molécule de préférence de 1 à4
<Desc/Clms Page number 3>
atomes de carbone.
Au total il se forme un mélange réactionnel quisuivant la tem- pérature utilisée, le temps de séjour dans la chambre de réaction et en premier lieu aussi suivant la nature de l'huile d'hydrocarbure mise en jeu, renferme en quantités variables des hydrocarbures légers, de l'hydrogène, . de 1 oxydé de carbone et du dioxyde de carbone, et le cas échéant aussi de l'azote.Il est possible, en particulier lorsqu'on utilise,non pas de l'air mais un gaz comportant une fraction d'oxygène relevée par rapport à celle de l'air, de produire de cette manière, sans séparation notable de carbone un gaz de chauffage dont le pouvoir calorifique est de 4000 à 4600 kiloca- lories par mètre cube normal et peut, le cas échéant,monter jusqu'à 7000 kilo calories par mètre cube normal.
:De temps de séjour du mélange réactionnel dans la chambre de réaction ne doit pas, en général,être supérieure à 20 secondes.Un temps de séjour dé 10 secondes environ s'est avéré particulièrement avantageux,par exemple lors de la décomposition d'huile de chauffage lourde.
L'oxygène et la vapeur d'eau'nécessaires pour la réaction n'ont besoin d'être ajoutés en totalité qu'après le chauffage de l'huile dans le réchauffeur à circulation.Il est également possible d'ajouter déjà à l'huile avant son entrée dans le réchauffeur à circulation, une fraction allant dans certains cas jusqu'à 40%;
mais de préférence ne dépassant pas 5%,de'la quantité d'oxygène et de vapeur d'eau nécessaire au total pour la réaction.De cette manière, on obtient d'abord un mélange très intense des composants, et obtient pour résultat que la réaction entre l'oxygène et l'hydrocarbure commence, non pas seulement après la détente dans la chambre de réaction, mais déjà avant, même sous une forme relativement plus douce, en ne donnant pas lieu à la formation d'oxyde de carbone ou analogue, mais à celle de composés oxygénés des hydrocarbures.Par un dosage approprié de l'addition de vapeur d'eau,on peut empêher un déroulement intempestivement trop rapide de la réaction exothermique entre l'huile d'hydrocarbure et l'oxygène ajouté préalablement,
c'est-à-dire qu'on peut circonscrire le danger d'une explosion.L'addition de vapeur d'eau exerce aussi une action de diminution sur la pression partielle, de sorte qu'il se produit ainsi une vaporisation plus forte des hydrocarbures.
Pour l'exécution du deuxième stade du procédé conforme à l'invention, notamment pour l'exécution du craquage hydrogènant, il est important que le mélange réactionnel résultant de la réaction des vapeurs d'huile avec l'oxygène et la vapeur d'eau soit maintenu pendant un certain temps à une température ne dépassant pas 800 ,pour assurer la scission des molécules d'hydrocarbures lourds en molécules plus petites. Pour pouvoir, dans cet étage régler la température à la valeur optimum, on introduit l'hydrogène ou le gaz en contenant qui est ajouté après la consommation de l'oxygène, sous la forme de plusieurs courants partiels dans la chambre de réaction, et ce de manère qu'il se produise dans la chambre de réaction une montée essentiellement uniforme de température dans le sens de l'écoulement gazeux.
La température dans cette zone de la chambre de réaction est encore aussi maintenue uniforme en remplissant au moins une partie de la chambre réactionnelle avec un treillis, de préférence en céramique, qui joue le rôle de compensateur thermique.
Le craquage hydrogénant peut être exécuté à la pression normale.
Dans pertains cas, on peut cependant, pour cette réaction, utiliser aussi une surpression allant jusqu'à 40 atmosphères au-dessus de la pression atmosphé- rique.
La scission des hydrocarbures lourds a lieu avantageusement en présence d'un excès d'oxygène, à la surface de catalyseurs accélérant la réac-
<Desc/Clms Page number 4>
tion désirée .Le cas échéant, le treillis céramique est réalisé totalement ou en partie à l'aide de tels catalyseurs.
Au cas où lors de la détente des huiles d'hydrocarbures toutes les fractions ne seraient pas vaporisées, il est prévu de refroidir le mélange réactionnel de-préférence après la réaction avec l'oxygène et la vapeur d'eau de manière que les fractions non -vaporisées c'est-à-dire pulvérisées ou seulement atomisées, se trouvent condensées.Le condensat peut alors, le cas échéant, être ajouté à nouveau à, la matière de départ ou être utilisé autrement.
Sur le dessin on a représenté schématiquement une installation servant à la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention.L'huile d' hydrocarbure à transformer parvient, par la tubulure 10, dans la pompe 11 et ensuite dans le système tubulaire 12 d'un four-tùbulaire 13 chauffé à l'aide d'un brûleur à gaz ou à huile 14.Les gaz chauds du brûleur à huile traversent la zone de convexion 15 du four tubulaire et sont soutirés par le canal d' évacuation T6.
Au courant d'huile d'hydrocarbure qui parvient de la pompe par la tubulure 17, on peut ajouter, par la tubulure 18, une petite quantité partielle d'oxygène (amené par la'tubulure 19) et de vapeur d'eau (amenée par la tubulure 20).Grâce à la soupape de maintien de pression 21, on règle la pression dans le système tubulaire 12 de manière que la température de l'huile quittant le réchauffeur à circulation ne soit pas supérieure à 400 et de manière qu'il ne se produise pas de vaporisation= ' notable de l'huile.Dans la tubulure 22 on peut en outre introduire, par la tubulure 23;
une certaine quantité d'oxygène et de vapeur d'eau.Derrière la soupape 21 de maintien de la pression, il se produit une détente de 1' huile d'hydrocarbure qui passe par la tubulure 24 dans la chambre de réaction 25,En même temps, on'introduit dans cette chambrepar la tubulure 26, la quantité principale d'oxygène et, par la tubulure 27, la quantité principale de la vapeur d'eau nécessaire pour la réaction.Par un dosage approprié des.proportions d'oxygènes et de vaprur d'eau il se produit une augmentation déterminée de la température dans la chambre de réaction 25.
Les produits réactionnels chauds traversent ensuite le treillis 28 de la chambre réactionnelle et y cédent une partie de leur chaleur sensible.La température à l'intérieur de ce treillis est réglée par le renvoi de gaz utile froid par la tubulure 29 et les tubulures de répartition 30, de manière qu'il règne à la sortie de la chambre réactionnelle une température de 800 environ qui décroit lentement et progressivement jusqu'à une valeur d'environ 500 à 600 , à contre-courant de l'écoulement gazeux.Les gaz quittent la chambre de réaction par la tubulure 31 et parviennent d'abord dans un cyclone 32 dans lequel les particules de carbone,
même si elles se forment en quantité très minime se trouvent séparées.Ensuite les gaz sont envoyés par une tubulure 33 à un réfrigérant 34 qu'ils quittent par la tubulure 35.
Le cas échéant, les gaz doivent encore être soumis à un traitement supplémentaire pour qu'on puisse les adapter aux normes usuelles du gaz de ville en ce qui a trait à leur poids spécifique.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.