<Desc/Clms Page number 1>
L'invention est relative à la gazéification de combus- tibles liquides;- et elle est particulièrement utile pour la réaction d'un hydrocarbure lourd, par exemple des résidus lourds de pétrole et d'huiles brutes lourdes, avec de la va- peur d'eau et de l'oxygène libre en vue de former un mélange de produits gazeux résultant d'une combustion partielle et comportant du monoxyde de carbone et de l'hydrogène, ces pro- duits pouvant être utilisés, par exemple, comme gaz de synthè- se, comme ga?. combustible ou comme source d'hydrogène pour divers usages.
Des hydrocarbures peuvent être convertis en monoxyde de carbone et en hydrogène par la réaction avec de la vapeur d'eau utilisée selle ou par un mélange d'oxygène libre et de vaneur d'eau. Généralement, avec d.es hydrocarbures liquides on fait réagir l'hydrocarbure avec de l'oxygène libre et de la vapeur d'eau à une température de réaction suffisante pour convertir l'hydrocarbure, en substance complètement, en gaz permanents contenant principalement du monoxyde de carbone et de l'hydrogène.
'Généralement, l'oxygène libre et la vapeur sont mélanges avec un jet atomisé de combustible liquide pour former un mélange qui est fourni directement à une zone de réaction dans laquelle la réaction a lieu à une température supérieure à environ 980
Conformément à l'invention, le mélange de réaction est prénaré d'une manière nouvelle, laquelle, comme on l'a constaté, procure des résultats meilleurs pour la gazéifica- tion d'hydrocarbures liquides, plus particulièrement des hui- les hydrocarbonées lourdes, par exemples des huiles lourdes
<Desc/Clms Page number 2>
brutes ou des résidus bruts.
L'invention a pour objet un procédé pour faire réagir une huile hydrocarbonée avec de l'oxygène libre et de la va- peur d'eau dans des proportions prédéerminées. afin de pro- duire un mélange de produits gazeux résultant de la combus- tion partielle de cette huile, ledit procédé étant caracté- risé par le fait que l'on introduit ladite huile à l'état liquide dans un courant de vapeur d'eau que l'on fait passer le mélange d'huile et de vapeur obtenu, sous la forme d'un courant turbulent, dans une zone tubulaire de grande lon- gueur à une vitesse supérieure à o mètres par seconde, .de préférence supérieure à 9 m/sec, en vue d'obtenir une dis- persion intime de l'huile dans la vapeur, que l'on introduit la dispersion ainsi obtenue, à une vitesse supérieure à om/ sec, de préférence supérieure à om/sec,
dans une zone de ré- action en mélange intime avec l'oxygène; et que l'on effectue ladite combustion partielle dans ladite zone de réaction à une température comprise entre 980 et 195 .' l-'our la mise en oeuvre du procédé faisant l'objet de l'invention, l'huile lourde est injectée dans un courant devapeur d'eau et on fait passer le mélange obtenu dans une zone tubulaire de grande longueur, dans des conditions de vitesse élevée et d'écoulement très turbulent.
Par la turbu- lence élevée, on obtient la dispersion uniforme de l'huile dans la vapeur d'eau. Annaremment , le courant très turbulent disperse uniformément l'huile liquide, sous la forme de très petites particules, dans la vapeur d'eau en formant une dis- persion, en substance homogène, ayant la forme d'un brouil- lard.
De préférence, la vaueur est surchauffée, avant l'injection de l'huile, à une température telle qu'il ne se oroduit, en substamce, aucune condensation de la vapeur
<Desc/Clms Page number 3>
dans le mélange vapenr-huile obtenu. L'huile peut être pré- chauffée ou être à la température ambiante quand elle est injectée dans le courant de vapeur. La dispersion est, de préférence, formée en faisant passer le mélange huile-vapeur dans un conduit tubulaire relativement long, ayant de préfé- rence une section transversale uniforme sur toute sa lon- gueur, à une vitesse supérieure à 6m/sec. ,de préférence supérieure à 9m/sec.
Des vitesses plus faibles donnent lieu à une séparation de l'huile, probablement le long des parois du conduit, en produisant un écoulement irrégulier de la dis- persion ainsi que des variations de pression et de débit ou une alimentation par à-coups du combustible au générateur, ce qui donne lieu à un fonctionnement irrégulier du généra- teur. De préférence, le conduit tubulaire, dans lequel la dispersion de l'huile dans la vapeur se produit, a une lon- gueur au moins 100 fois plus grande que le diamètre intéri- eur du conduit. Avantageusement, le tube mélangeur a une lon- gueur au moins 500 fois plus grande que son diamètre intéri- eur.
Pour un mode de réalisation préféré, la zone tubulai- re dans laquelle la dispersion est formée, est chauffée à une température supérieure à celle du mélange initial de vaneur et d'huile, de sorte'que le mélange est chauffé davan- tage pendant l'écoulement dans ce conduit.
La dispersion chauffée d'huile et de vapeur passe directement dans la zone de réaction dans laquelle la réaction d'oxydation partielle a lieu. La dispersion est, de préférence, mélangée avec de l'oxygène libre au noint de décharge dans la zone de réaction Pour un mode de réalisation préféré, la dispersion huile-va- peur est déchargée, d'une manière continue, dans la chambre de réaction par une tuyère ou un orifice et le courant d'oxy- gène libre est décharge par un orifice adiacent de manière
<Desc/Clms Page number 4>
à venir frapper ou heurter la dispersion huile-vapeur ou se mélanger à cella-ci.
Un mélangeur-brûleur approprié constitue un dispositif dans lequel l'oxygène libre est introduit ammu- làirement dans la dispersion huile-vapeur.
La zone de réaction, par exemple, est maintenue à une température de l'ordre de 980 à 1925 à une valeur à la- quelle la réaction devient rapidement complète. Pour la pro- duction de monoxyde de carbone et d'hydrogène, en substance complètement exempt de méthane, la réaction a lieu à une tem- pérature supérieure à environ 1315 . L'absence de méthane est avantageuse quand les gaz obtenus sont utilisés pour la. pro- duction d'hydrogène ayant une grande pureté servant à d'au- tres usages. Quand du gaz combustible est le produit désiré, la présence des méthane est désirable.
Pour la production de gaz contenant des quantités appréciables de méthane, une température de réaction de l'ordre de 980 à 1200 est avan- tageuse.
Des débits dans tous les conduits d'alimentation en- tre le point où se fait l'injection de l'huile et l'orifice d'alimentation du brûleur sont supérieurs à 6 m/sec,de pré- férence supérieurs à 9 m/sec, de so''te que la turbulence du courant est suffisante pour maintenir un degré élevé de dis- persion de l'huile dans la vapeur à tous moments. une- métho- de de préparation d'une dispersion vapeur-huile, telle que spécifiée plus haut, donne lieu à un fonctionnement amélioré, comparativement au procédé usuel pour atomiser l'huile dans de la valeur d'eau ou avec de la vapeur d'eau dans le brû- leur.
Apparemment, le courant fortement turbulent, qui a lieu dans les tuyauteries à des vitesses supérieures à 6 m/sec, procura une dispersion de l'huile dans la vapeur meilleure que. ce 11- que l'on neut obtenir dans un atomiseur du genre à pulvérisation. Pour éviter les à-coupes et obtenir une disper-
<Desc/Clms Page number 5>
sion uniforme, une quantité suffisante de vapeurs, c'est-à- dire de vaneur d'eau et de vapeurs formées par l'huile, doit être présente afin qu'au moins 70 moles pour cent du mélange huile-vapeur d'eau admis soit à l'état de vapeurDe préfé- rence, au moins 90 moles pour cent du mélange huile-vapeur d'eau est admis à l'état de vapeur.
La dispersion huile-vapeur, chauffée préalablement, débitée par l'orifice du brûleur dans la zone à haute .tempé- rature, est apparentent une phase fluide analogue à un brouillard, uniformément dispersée, qui se mélange intimement avec le courant d'oxygène libreet réagit immédiatement par l'effet de la température élevée régnant dans la zone de réaction* La réaction de cette manière de la phase analogue à un brouillard, fortement atténuée et uniforme, donne lieu à une utilisation élevée et perfectionnée du carbone et à un rendement accru du point de vue de la conversion maximum de l'huile lourde admise en produits de réaction gazeux voulus.
Suivant un mode de réalisation de l'invention, on fait passer un mélange huile-vapeur, formé initialement, dans- un appareil de chauffage tubulaire, dans des conditions d'é- , couler'lent turbulent pour produire un mélange intime de l'hui- le et de la vapeur et, en même temps, un préchauffage du mé- lange vapeur-huile. La dispersion peut être chauffée à une température comprise entre 150 et 540 sous une pression va- riant entre 3,5 et 105 kg/cm"". En général, il est désirable de limiter le degré de préchauffage à environ 400 pour évi- ter le cracking de l'huile.
Suivant une variante, qui est toutefois moins avantageuse, des températures plus élevées peuvent être utilisées et, dans ces conditions, une certaine décomposition de l'huile a lieu. La pression dans l'appareil de chauffage tubulaire est déterminée généralement par la pression dans la zone de réaction La pression dans cet appa-
<Desc/Clms Page number 6>
reil est suffisamment ?' levée, par rapport à celle régnant dans la roue de réactiva, nour que l'écoulement dans l'ap- pareil de chauffage se fasse à la vitesse désirée.
.Les proportions relatives de la vapeur d'eau et de l'huile peuvent varier entre 0,2 à 3 kg de vapeur par kilo- gramme d'huile fourni à la zone de réaction. L'effet produit par le degré de dispersion de l'huile dans la vapeur d'eau varie peu avec les proportions de la vapeur d'eau et de l'huile dans les limites susindiquées* eci est particuliè- rement avantageux pour la raison que la quantité de vapeur fournie à la sone de réaction peut être réglée exclusivement sur la base des exigences du fonctionnement et, plus parti- culièrement,
de la température à lacuelle on désire mainte- nir la zone de réaction*
La températuredans la zone de réaction peut être réglée entre les limites désirées en fraisant varier les proportions relatives de l'oxygène libre, de la vapeur d'eau et de l'huile fournies à la zone de réaction. Cornue la réac- tion de la vapeur d'eau avec le carbone, fourni par l'huile, est une réaction endothermique, un accroissement de la pro- portion de la vaoeur dans l'alimentation tend à abaisser la température de réaction. La réaction de l'oxygène libre avec le carbone ou l'hydrogène, provenant de l'huile, est une ré- action fortement exothermique, particulièrement à des pres- sions élevées.
La présence de la vapeur d'eau est donc avan- tageuse cour éviter les températures de réaction exemsives.
Par ailleurs, un excès de vapeur d'eau, fourni. à la zone de réaction, diminue* la te mérature en dessous de la température effective de la réaction et doit être évité.
En effectuant la réaction à des températures de l'ordre de 980 àà 1925 et à la oression atmosphérique ou à des pressions olus élevées, par exemple de 1,4 à 70 kg/cm2,
<Desc/Clms Page number 7>
avec des huiles résiduelles lourdes, la vapeur d'eau, néces- saire -oour maintenir la température à cette valeur et en utilisant une quantité suffisante d'oxygène libre pour obte.. nir une consommation sensiblement .complète de l'huile, peut varier entre 20 et 300% en poids sur la. base de l'alimenta- tion en huile.
L'invention présente donc l'avantage évident de l'oxydation réglée de combustibles liquides,et plus particu- lièrement, de liquides carbonés lourds, qui sont essentielle- ment résistants à l'atomisation et que l'on peut donc mélan- ger difficilement, dans des conditions optima, avec le 'gaz oxydant, dans un procédé continu de ce genre. Les hydrocar- bures liquides lourds,- par exemple, résistent par eux-mêmes à. la subdivision en particules suffisamment petites pour permettre un contact intime optimum avec les autres réactifs.
Plusieurs moyens ont été proposés pour remédier à ce défaut, par exemple l'entraînement par soufflage de l'huile d'ali- mentation par un courant à grande vitesse de vapeur d'eau, d'oxygène ou de diverses autres matières . Dans chaque cas, toutefois, les oarticules d'huile ainsi formées n'ont pas le degré de subdivision voulu et il en résulte qu'elles se mélangent relativement mal avec l'agent oxydant dans la zone de réaction.
Par conséquent, il existe une tendance substan- tielle à une décomposition thermique ou pyrolytique de l'hui- le, qui procède l'interaction chimique des différents réac- tifs et il en résulte que Lu réaction directe désirée, pour former les produits gazeux voulus, est empêchée, dans une large mesure, par le cracking de l'huile injectée qui forme du carbone solide .
Le dessin ci-auaexé montre le schéma d'un exemple d'une installation convenant à la mine en oeuvre de l'in- vention.
<Desc/Clms Page number 8>
Sur le dessin, l'eau est introduite dans l'installa- tion par une pompe 5 dans le serpentin de chauffage 6 dans lequel elle est convertie en vapeur. A titre illustratif, le mode de réalisation est d: crit pour la production de mélan- ges d'hydrogène et de monoxyde de carbone. La vapeur produi- te dans l'appareil de chauffage 6 est déchargée par le con- duit 7. L'huile liquide, fournie par une source appropriée, est refoulee, avec un débit réglé par la pompe 8, dans le conduit 9 et est injectée dans le courant de vapeur dans le conduit 7. Les poupes 5 et 8, refoulant respectivement l'eau et L'huile, permettent de proportionner convenablement les d-'bits de vapeur et d'huile.
Le mélange d'huile et de valeur, qui au début est plutôt brut, est transformé en une dispersion intime des particules d'huile dans la vapeur en 'cassant dans une zone tubulcire de grande longueur, une vitesse relativement élevée, de sorte que le courant très turbulent disperse très soigneusement et uniformément les gouttelettesd'huile dans la vapeur. Dans l'installation montrée, le mélange vapeur-huile traverse un appareil de chauffage tubulaire 11.
L'huile est injectée, continuelle- ment, dans le courant de vapeur, dans des proportions dési- rées et est soumise, dans l'appareil 11, à un accroissement importent de température, ne d passange pas toutefois celle à laquelle une formation substantielle de cocke à lieu L'écoulement turbulent est Maintenu dans l'appareil de chauf- fage 11, de préférence à une vitesse sup@rieure à 6 m/sec, cor comme décrit plus haut .
La dispersion chauffée de vapeur d'eau et d'huile, ainsi obtenue, n'écoule par le conduit 12 vers le brûleur 13, dans lequel elle est mélongée avec de l'oxygene libre débité par le coaduit 14, eb est déchargée dir@ctement dans lo générateur de gaz lu.
Les oroduits galeux chaude, qui sortent du générateur
<Desc/Clms Page number 9>
EMI9.1
lu, sont c'il 'lç;LT'<2 co¯li.!llc=1.1¯e, en contact avec un jet ('e;l1J r'- l'e/r.:.15.ciÜ;:3G",cnt, 'Lequel est lUÍ-"lÚile eu contact illLi::le avec les .:'z chauds et c.x;uit un r= "ror.d:'ts;e!1e11't pour ainsi rire i.lsfnt1ttln;. ô'oiîKiie décrit, plus liant, une nhasp fortement dispersée d'huile dZil3 la v)1)cur n0'l1t t-- tre obtenue simplement en met- tant en contact !¯''ltülc et la v-,el.!r d'eau, c'est-à-dire en injectent l'huile dans un courant de vaneur d'eau et en sou- 1=ieï,'!W.il'G le mélange 3" un écoulement turbulent, le plus avan- tét8l.'av 4tsut de '7¯l'e passer le mi lange à grsnde vitesse dans un conduit tubulaire- lJ:
111S certains cas, par exemple quand un rapoort réduit pour l'alimentation vapeur d'eau-huile est
EMI9.2
adot' -oour la production du gaz, il peut être avantageux cl'atoeiser l'huile dans le courant de vapeur qui circule avec turbulence dans un conduit tubiiln-re. une méthode appropriée pour atomiser l'huile consiste à faire couler celle-ci dans un courant annulaire de vapeur circulant à grande vitesse.
De préférence, la vitesse de la vapeur, pour obtenir l'ato-
EMI9.3
l:1Îsation dans une installation de ce ;m"6, .est telle que la vitesse relative, entre la vapeur et l'huile, est supérieure à le.() m/sec. Suivant une variante, un gicleur atomiseur, fonctionnant à pression élevée, peut être utilise pour injec- ter directement l'huile dans la vapeur, en un point de l'in- stallation dans laquelle la vitesse de la vapeur est de 6 m/sec ou plus .
Contre indiqué' plus haut, l'huile injectée dans le courant de vapeur peut être préchauffé ou non, à volonté.
Pour le mode de réalisation préféré, décrit plus haut, l'hui-
EMI9.4
le n'est que modérément chrt2t'''e, par exemple entre t)0 et 150 , avant d'être ill,jc-cte dans la vaneur, et le mêla nge d'huile et de vapeur traverse un appareil de chauffage* Sui-
<Desc/Clms Page number 10>
vaut une variante, moins avantageuse, l'huile peut être chauffée à une température aussi élev'e que possible avant d'être introduite dans la vaneur.
La limite supérieure de la
EMI10.1
température de or{>clwufÚ'Ice de l'huile est généralement dé- li'ilitée par le cracking de l'huils ave c formation decoke
EMI10.2
et bouchage du serpentin utilisa pour le r6éhaufiage. Les tehipératures permises, pour le préchauffage de l'huile, varient avec la nature de l'huile utilisée cour l'alimenta- tion et meuvent être déterminées pour n'importe quelle char- ge admise .
Une série de traiteuents coopératifs pour la produc- tion de gaz de synthèse, effectués à des températures voisi-
EMI10.3
nes de 131i> , a donné les résultats suivants, t'oux deux de ces traitements, désignés par A et B, l'huile est atomisée
EMI10.4
dans un brûleur co;unretlant une tuyère pulvérisatrice du type à tourbillon et est injectée dans un courant annulaire, à grande vitesse, de vapeur et d'oxygène libre. Pour deux au- tres traitements, désignés nar C et D, l'huile est injectée
EMI10.5
dans un courant de vaneur et la (iL:31r> 2:;.:.on est fournie au générateur par un long tube, co::rjue décrit plus haut. }Jour tous lea tr,..HeJ'IE11ts, on utilise de l'huile lourde* Pour les .x.3.te';
Ptzts A et 13, l'huile a une densité API de 16,4.0. Pour les troite'IE'llts CJ ft D, l'huile a une densité API de 5,6 , L'huile dus lourde, utilisée nom- les traitements C et D, est dus difficile à atomiser que celle dont on se sert pour les t'1"F1 ltef(Ir tltS A et B. 1JonG le cas des t.r.:l.tC'tICtlta' li et B, l'huile nr chauffée à une temnérature d'environ ±05 en vue de r: duire sa viscosité avant l'injection pnr In tuyère pul- vérisatrice. lJour les tr<i.i,m,rwt,a G et D, l'huile est pompée directement, sans pr(:c!w1Jfl'Ne, ciras un cournnt de vapeur sur- chauff{e. 1.,(',3 tr:lit0.,'CllL::;
A 0t B sont interrompus ,'1',1'08 des périodes de ('l1f'lnuf'S rlrurr.;;, chacune doo iUGP1'ruptiollS étant
<Desc/Clms Page number 11>
due. à une défaillance des brûleurs. e brûleur, utilisé pour les traitements C et D, reste en bon état pour plu- sieurs traitements. Malgré l'usage d'une huile moins vis- queuse, pour les'traitements A. et B, et malgré son réchauf- fage pour réduire sa viscosité, lesrésultats ne sont pas aussi bons qu'avec les traitements C et D, en ce qui concerne la continuité de l'opération et le degré de la conversion du carbone.
Le tableau ci-dessous donne des indications carac- téristiques concernant les différents traitements:
EMI11.1
<tb> A <SEP> B <SEP> C <SEP> D
<tb>
<tb>
<tb> Température <SEP> 1306 <SEP> 1306 <SEP> 1340 <SEP> 1360
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Pression <SEP> en <SEP> Kg/cm2 <SEP> 14 <SEP> 14 <SEP> 23,9 <SEP> 23,8
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Débit <SEP> d'eau <SEP> en <SEP> kg <SEP> pour
<tb>
<tb> 164 <SEP> 1. <SEP> d'huile <SEP> 73 <SEP> 140 <SEP> 120 <SEP> 94
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Formation <SEP> de <SEP> carbone <SEP> en
<tb>
<tb> kg <SEP> pour <SEP> 164 <SEP> 1.
<SEP> d'huile <SEP> 13,3 <SEP> 10 <SEP> 3,4 <SEP> 4,6
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Composition <SEP> du <SEP> produit
<tb>
<tb>
<tb> gazeux <SEP> (mole <SEP> pour <SEP> cent
<tb>
<tb> à <SEP> sec)
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Monoxyde <SEP> de <SEP> carbone <SEP> 43,9 <SEP> 41,5 <SEP> 42,9 <SEP> 45,6
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Bioxyde <SEP> de <SEP> carbone <SEP> 5,9 <SEP> 8,6 <SEP> 7,1 <SEP> 6,4
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Hydrogène <SEP> 49,1 <SEP> 48,9 <SEP> 49,5 <SEP> 47,4
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Azote <SEP> 0,5 <SEP> 0,2 <SEP> 0,1 <SEP> 0,2
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Méthane <SEP> 0,4 <SEP> 0,5 <SEP> 0,1 <SEP> 0,2
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Sulfure <SEP> de <SEP> carbonyle
<tb>
<tb> et <SEP> sulfure <SEP> d'hydrogène <SEP> 0,2 <SEP> 0,3 <SEP> 0,4 <SEP> 0,2
<tb>
Il résulte du tableau, ci-dessus que des résultats supérieurs sont obtenus,
avec la méthode pour former la dispersion vapeur d'eau-huile conformément à l'invention, par raouort à eux obtenus avec les brûleurs avec tuyère pulvérisatrice usuels. Ceci se manifeste tout particulière- ment par la réduction en méthane et carbone libre dans le produit. même le d.'bit élevé en vanpur dans le traitement B
<Desc/Clms Page number 12>
ne permet pas de compenser le fonctionnement plus mauvais du brûleur atomiseur comparativement au procédé pour prépa- rer une dispersion huile-vapeur dont question plus haut .
-
Bien que la description de l'invention concerne seule ment l'huile, il est bien entendu que l'huile peut être com- plétée par d'autres combustibles, par exemple par un gaz combustible ou du combustible solide pulvérisé, si on le dé- sire. Du combustible solide pulvérisé peut être mélangé à l'huile avant l'injection de celle-ci dans le courant de v. peur. Quand du gaz, par exemple du gaz naturel, est utilisé comme combustible"de supplément, le gaz est de préférence mélangé à de la vapeur avant l'injection de l'huile De l'air, de l'air enrichi en oxygène, ou de l'oxygène sensible- ment pur, peuvent être utilisés pour le procédé .
Le procédé, faisant l'objet de l'invention, est par- ticulièrement utile pour la gazéification d'huiles lourdes par exemple d'hulies ayant une densité API de 20 ou plus.
Ces huiles sont particulièrement difficiles à atomiser ou à disperser dans d'autres réactifs pour former un mélange or- dinaire par des moyens ordinaires. Le procédé est également utile pour la gazéification d'huiles plus légères, par exem- ple des huiles ayant une densité API de 35 ou plus .
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.