<Desc/Clms Page number 1>
La présente invention est relative à un pro- cédé pour refroidir et solidifier des brais de pétrole et, plus particulièrement, à un procédé pour la prépara- tion de particules de brai de pétrole granulées à partir de brai liquide.
-Le taux élevé de production de distillats de pétrole au cours des années récentes a donné lieu à la production de grandes quantités de produits résiduels de faible valeur. Un procédé, qui s'est développé ré- cemment, en vue de réduire la quantité de produits ré- siduels obtenus lors du raffinage de pétrole, consiste à préparer un brai de pétrole solide à rapport hydrogè- ne-carbone faible, de façon à augmenter la quantité de distillat disponible sous forme de charge pour les pro- cédés de cracking catalytiques.
Les procédés, dans les- quels le produit résiduel est un brai, présenteun avan- tage important vis-à-vis des procédés de cokéfaction, qui produisent également des produits résiduels solides, en ce sens que les brais sont liquides à des températu- res élevées et peuvent aisément être déchargés des appa- reils. Les brais peuvent être préparés par une réduc- tion sous vide extrêmement poussée de certains types de bruts ou par un crackage d'huiles très lourdes en com- binaison avec une forte réduction de la matière crackée.
Bien que le rendement en brai obtenu au départ de la plupart des bruts puisse être-relativement faible, les quantités extrêmement grandes d'huiles brutes dont on dispose dans les raffineries donneront lieu à la produc- tion de grandes quantités de brai. Le brai est princi- palement' utilisé comme combustible. Si le brai peut être' utilisé près de l'endroit où on l'a produit, il peut être!
EMI1.1
- ? -
<Desc/Clms Page number 2>
maintenu sous forme liquide et transporté comme tel.
Toutefois, le point de ramollissement élvé du brai, qui est généralement compris entre 135 et 232 C, rend son .transport sous forme liquide difficile, sauf s'il ne s'agit que de la transporter sur de courts distances.
Il est, dès lors, souhaitable de solidifier le @@ai sous une forme, qui peut être aisément manipulée et trespor- tée vers les endroits d'utilisation.
Conformément à la présente invention, une ais- persion d'eau liquide et de brai de pétrole est formés à des températures suffisamment élevées, au-dessus du point de ramollissement du brai, pour le maintenir à l'état fluide, après quoi la dispersion est soumise à un flashing par une réduction soudaine de la pression à laquelle elle est soumise, après quoi l'évaporation de l'eau refroidit et solidifie le brai, de manière à former un produit solide finement divisé.
La figure unique du dessin ci-annexé illustre schématiquement une installation convenant pour la mise en oeuvre du'procédé suivant l'invention. et
Le brai à traiter suivant l'invention est or- dinairement extrait d'une tour de distillation et utili- sé directement dans le procédé de solidification. La température de la dispersion de brai et d'eau doit être inférieure à la température critique de l'eau, afin qu'il se produise un changement rapide de la phase de l'eau lors du flashing et la chaleur latente de vaporisa- tion de l'eau sera suffisamment grande pour extraire des quantités substantielles de chaleur du brai. Dès lors, il peut-être nécessaire de refroidir le brai avant de le mélanger à de l'eau. Une température du brai de départ de l'ordre de 260 à 370 C est préférée.
<Desc/Clms Page number 3>
L'eau mélangée au brai est, de préférence, chauffée sensiblement à la même température que celle à laquelle se trouve le brai avant mélange, de manière à faciliter ce mélange. Toutefois, il est seulement né- cessaire qu'une dispersion 'de brai et d'eau soit faite à une température suffisamment élevée pour que le brai reste fluide et facile à manipuler sous forme de liqui- de et à une pression suffisamment élevée pour maintenir suffisamment d'eau en phase liquide pour que, lors de la réduction de pression, l'extraction de la chaleur la- tente de vaporisation de l'eau liquide du brai solidifie ce dernier.
La température de la dispersion de brai et d'eau est, dé préférence, comprise entre 260 et 315 C et la pression appliquée à la dispersion, lorsque la température estcomprise dans la gamme préférée, est en conséquence d'environ 49 à 112 kilogrammes par centimè- tre carré. Le refroidissement du brai ou le préchauf fage de l'eau n'est pas essentiel à condition que soit obtenue une dispersion sensiblement uniforme d'eau et de brai, satisfaisant aux conditions définies plus haut.
Une large gamme de rapports eau-brai peut être utilisée. Il est seulement essentiel qu'il y ait suffi" samment d'eau présente sous forme liquide dans la dis- persion pour que la vaporisation de l'eau, lors de la réduction de la pression, extraye suffisamment de cha- leur du brai pour solidifier ce brai et le refroidir à une température à laquelle il' ne prendra pas en masse ou ne s'agglomérera pas. La présence d'eau en excès par rapport à celle requise ne présente pas un inconvénient sérieux, étant donné que l'eau excédentaire est facile, ment égouttée du brai solidifié.
Ainsi, des essais ont été effectués avec des dispersions, dans lesquelles le - 4 -
<Desc/Clms Page number 4>
rapport eau-brai, sur une base de volume par volume, a varié de 0,38;1 à 1 : 1,4, sans que des effets défa- vorables aient été produits sur le brai.
Il est important que l'eau et le brai soient intimement mélangés aux température et pressions élevées, pendant que l'eau est en phase liquide. Une dispersion . sensiblement uniforme, par exemple une émulsion des deux liquides, est nécessaire pour assurer un refroidissement uniforme de tout le brai par libération de la chaleur de vaporisation de l'eau. En conséquence, les particules de brai présentent une porosité sensiblement uniforme, ce qui indique que le flashing de l'eau produit un pas- sage uniforme de vapeur à travers le brai et de grandes masses de brai partiellement refroidi et solidifié, qui pourraient boucher l'appareil de séparation, ne se for- ment pas.
Le produit obtenu conformément à l'invention est formé de particules solides. Les particules de brai sont poreuses et cassantes et peuvent aisément être mou- lues de manière à présenter des dimensions plus petites, si on le désire, lorsque le brai doit être utilisé comme combustible en poudre. Par ajustement des conditions auxquelles se produit la séparation par flashing de l'eau du brai, les dimensions des particules peuvent être contrôlées dans la gamme allant des particules fi- nés présentant un diamètre d'environ 1, 6 millimètres aux particules présentant un diamètre d'environ 12,7 à @ 19 millimètres ou même davantage.
Ainsi, par ajustement des conditions pendant la séparation par flashing de l'eau du brai, des particules de forme sensiblement cy- lindrique, qui gonflent jusqu'à acquérir un diamètre d'environ 12,7 millimètres, peuvent être extrudées, de
<Desc/Clms Page number 5>
EMI5.1
manière continue, à partir d'un tubu de 3,2 m:i. I¯a.res de diamètre. Ces grandes particules gonflent, se défor- ment et se brisent en segments lorsqu'elles son'; .: va- cuées du tube, mais comme les particules finement divi- sées elles sont poreuses et cassantes.
Dans d'autres
EMI5.2
conditions, notamment, à des vitesses d'ext,ruda[';6 plus élevées, des particules d'un diamètre d'environ 1, 6 mil- limètres peuvent être déchargées, sous forme de particu- :Las distinctes du tube de mêmes dimensions.
Sur le dessin, de l'eau servant à refroidir le brai est introduite par des conduites 10' et 12 dans une pompe 14, qui l'amène à une pression suffisamment
EMI5.3
élevée pour maintenir7' une majeure partie de l'eau en phase liquide pendant les opérations subséquentes de chauffage et de mélange. La pompe 14 est d'un type quel- conque convenant pour pomper ou amener l'eau aux pres- sions élevées de l'ordre d'environ 49 à 217 kilogrammes par centimètre carré nécessaire pour maintenir l'eau en phase liquide. Dans l'appareillage illustré, la pompe illustrée est du type à piston.
L'eau comprimée est déchargée par une conduite 16 dans un préchauffeur 18, dans lequel l'eau- est ¯élevée à une température telle que, lorsqu'on la mélange à du brai fondu, elle forme un mélange, dont la température est comprise entre envi- ron 232 et 370 C et, depréférence, entre 260 et 315 C.
Dans le mode opératoire préféré, l'eau est chauffée sen- siblement à la même température que le brai pour facili- ter le mélange des deux liquides. L'eau @ chauffée est amenée du préchauffeur 18 par une conduite 20 à un mélangeur 22.
Le brai à solidifier est amené par une condui-
EMI5.4
te 2 4 à une pompe 26, qui est également" illustrée comme étant du type à piston. Le brai est d,nhi3J,'p;é de 1.;:,t, pom.
<Desc/Clms Page number 6>
pe 26 par une conduite 28, qui l'introduis dans la con- duite 20. Le brai amené à la pompe 26 par la conduite peut être soutiré directement à la base d'une tour à vide, dans laquelle est formé le brai.
Si la températu- re du brai est trop élevée et donne lieu à l'obtention d'un mélange d'eau et de brai dont la température est supérieure à la température critique de l'eau on dont la température est supérieure à celle désirée pour d'au- tres raisons, on peut faire passer le brai dans un échan0 geur de chaleur approprié (non représenté), dans lequel sa température est réduite jusqu'à être comprise dans la gamme préférée de températures allant d'environ 260 C à environ 370 C. Ainsi, on peut faire en sorte que le brai échange indirectement de la chaleur avec l'eau à utiliser, de façon à fournir au moins une partie de la chaleur nécessaire pour amener la température de l'eau à la valeur désirée, préalablement au mélange.
Le mélange d'eau préchauffée et de brai est amené par la conduite 20 au mélangeur 22, dans lequel est formée une dispersion sensiblement uniforme du brai dans l'eau, telle qu'une émulsion des deux liquides. Le mélangeur 22 peut être de tout type approprié pour la formation de la dispersion désirée. Dans l'installation illustrée sur le dessin, le mélangeas! constitué par un cylindre allongé contenant une pluralité de chicanes ou cloisons 30, qui créent la tubulence nécessaire pour la formation de la dispersion. Un simple tube de diamètre suffisamment petit pour donner lieu à un écoulement for- tement turbulent dans le tube et de longueur suffisante pour assurer un mélange vigoureux constitue un autre exemple d'un appareil approprié.
- Les conditions maintenues dans le mélangeur 22
<Desc/Clms Page number 7>
EMI7.1
tell3S que ' - majeur partie de l'eau t:i. is2'::':T;.. comphase liquide. Etant donné que la température du mé lange doit être suffisamment élevée pour maintenir le brai a un état fluide où il peut être pompé aisément, la température minimum sera déterminée en partie par le point de ramollissement du brai. Des températures d'au moins environ 232 C et comprises, de préférence, entre environ 260 C et 315 C et des pressions comprises entre environ 49 kilogrammes et la pression critique de l'eau et, de préférence, comprises entre environ 49 ki- logrammes par centimètre carré et environ 112 kilogram- mes par centimètre carré sont maintenues à l'extrémité de décharge du mélangeur 22.
La dispersion d'eau et de brai est étranglée dans une soupape de contrôle de pression 32, dans laquel- le la pression appliquée au mélange est rapidement ré- duite, ce qui provoque un flashing de l'eau liquide. Le mélange à pression fortement réduite est déchargé de la soupape 32 par la conduite 34 CLans le séparateur 36 main- tenu à pression sensiolenent atmosphérique, par exemple, jusqu'à 3,5 kilogrammes par centimètre carré absolu.
La vapeur d'eau formée à la suite du flashing de l'eau dans la dispersion est déchargée du séparateur 36 à la partie supérieure de celui-ci par une conduite 38 et est, de préférence, ventilée dans l'atmosphère par une condui- te 40. Les particules de brai solides finement divisées sont formées par suite de l'extraction de chaleur du brai, pour fournir la chaleur de vaporisation de l'eau, tombent au fond du séparateur 36 et sont évacuées par une conduire 42. Si on utilise de l'eau en excès par
EMI7.2
rapport, à la r,z:,r¯C..". néc-njairc pour refroidir le brai, l'eau liquide est recueillie au fond du SEy;l3':.t :;-:t11' 36 et
<Desc/Clms Page number 8>
est évacuée avec le brai par la conduite 42.
Les dimensions des particules de brai peuvent être commandées en réglant la vitesse du mélange déchar- gé de la soupape 32. A des vitesses très élevées, la turbulence du mélange est tellement grande et le flashing de l'eau liquide, lors de la réduction de la pression, est tellement violent que la masse de brai est fortement brisée, de manière à former des particules finement di- visées, cassantes et poreuses de brai ayant un diamètre d'environ 1,6 millimètres et moins.
Si la vitesse de la matière passant dans la conduite 34 est suffisamment réduite, la masse de brai dans la conduite n'est pas complètement brisée et le brai forme une masse sensiblement continue hautement et uniformément poreuse, qui se déplace dans la conduite
34 et se décharge dans le séparateur 36. Le degré élevé de dispersion du brai et eau avant le flashing donne lieu à un refroidissement uniforme du brai, même à des vitesses relativement faibles de décharge de la soupape
32 au séparateur 36, empêche une prise en masse ou agglo- mération dans le séparateur. Le brai refroidi est cas- sant et se brise en courts segments,lors de sa décharge dans le séparateur 36.
La vitesse dans la conduite 34 peut être contrôlée par l'injection d'un gaz inerte dans le mélangeur 22, par ajustement du diamètre de la condui- te 34 ou par réglage de la chaleur fournie au brai et à l'eau, de manière à régler les quantités de vapeur pré- sentes dans le mélangeur, aussi longtemps qu'il y a suf- fisamment d'eau en phase liquide pour assurer le refroi- dissement nécessaire.
Si on le désire, la vapeur d'eau séparée du brai par le flashing peut être recyclée en vue d'être
<Desc/Clms Page number 9>
utilisée à nouveau, en amenant la vapeur de la conduite 38 par la conduite 44 à un condenseur 46, dans lequel la vapeur est condensée. Une pompe 48 ramène la vapeur condensée par une conduite 50 à la conduite d'entrée 12 de la pompe 14.
Les exemples suivants illustrent des applica- tions spécifiques de la présente invention pour la pro- duction de particules de brai de différentes dimensions.
EXEMPLE 1
De l'eau a été chauffée à une température de
205 - 260 C à une pression variant entre 77 et 98 ki- logrammes par centimètre carré et introduite dans un mé- langeur à raison de 5.500 cc par heure. Du brai de pé- trole liquide ayant un point de ramollissement de 1380 C, mesuré par la méthode à l'anneau et à la bille, a été introduit à une température de 288 C dans un mélangeur à raison de 7.00 ce par heure. Le mélangeur était constitué par une section allongée de tube, dans laquelle, le courant turbulent des deux liquides a produit une dis- persion poussée de ces deux liquides.
Le mélange résul- tant, dont la température était d'environ 260 C, a été étranglé dans une soupape et déchargé dans un séparateur par un éjecteur constitué d'un tube d'une longueur de
150 millimètres et d'un diamètre de 6,4 millimètres. Le brai a été extradé sous forme d'un cordon continu à la sortie de l'électeur et ensuite rapidement brisé en par- ticules d'un diamètre d'environ 19 millimètres.
EXEMPLE II
On a opéré comme dans l'exemple I, si ce n'est que l'eau a été introduite dans le mélangeur à raison de
7200 ce par heure et que le mélange intime d'eau et de brai, après étranglement dans une soupape de contrôle de pression, a été déchargé par un éjecteur de 100 millimè-
<Desc/Clms Page number 10>
tres de long et de 3,2 millimètres de diamètre. Le brai solide se présentait sous forme de particules fines, dont le diamètre était inférieur à. environ 3,2 millimè- tres.
EXEMPLE III
De l'eau a été introduite dans un mélangeur à raison de 7200 cc par heure, vue d'y être mélangée à du brai introduit en quantité: équivalentes, de manié- re à former une dispersion des deux liquides à une tempé- rature de 260 G et sous une pression variant entre 7 et 98 kilogrammes par centimètre carré. Quatorze-mètres cubes d'azote par'tonneau de brai ont été introduites dans le mélangeur et la masse résultante a été déchargée directement d'une soupape d'étranglement dans un sépara- teur. Le brai formé était essentiellement constitué de particules de 3,2 millimètres de diamètre, mélangées à quelques particules plus petites.
EXEMPLE IV
Le procédé décrit dans l'exemple III a été répété, si ce n'est que l'azote a été introduit à raison de 45 mètres cubes par tonneau de brai, au lieu de 14 mètres cubes. Les particules de brai formées dans le séparateur étaient sensiblement toutes des particules dont le diamètre était inférieur à 3,2 millimètres.
Le procédé suivant l'invention constitue un procédé économique pour solidifier directement un brai de pétrole en particules de dimensions permettant une manipulation subséquente aisée. De grandes quantités de brai peuvent être solidifiées avec un minimum d'équi- pement occupant un petit espace. Dans tout le procédé, le brai se présente à l'état fluide ou sous la forme d'un solide fortement dispersé, ce qui élimine la forma-.
<Desc/Clms Page number 11>
tion de grandes masses solides, qui pourraient boucher l'installation.
Le terme "tonneau", tel qu'il est utilisé plus haut, correspond à un volume de 159 litres.
REVENDICATIONS 1. Procédé pour solidifier du brai de pétrole liquide, caractérisé en ce qu'on mélange le brai à de l'eau, de manière à former une dispersion liquide à une température élevée à laquelle le brai est à l'état flui- de et à pression suffisamment élevée pour maintenir des quantités substantielles d'eau en phase liquide à la température élevée, et on soumet le mélange à un flashing ou réduction rapide de pression, de façon-que l'eau li- quide" soit vaporisée et extraye de la chaleur pour sa vaporisation du brai, de manière à solidifier et à re- froidir le brai.