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Dans les installations oonnues pour la transforma tion thermique d'hydrocarbures gazeux ou liquides, ayant un poids moléculaire élevé ou très élevé (par exemple du pétrole de ses résidus ou des gaz de raffinage provenant de sa distillation), en combinaisons du carbone à bas poids moléculaire (par exemple CH4,, CO) et en hydrogène,des quan- tités toujours croissantes de goudron, 1 de carbone élémentaire et autres produits semblables se déposent ou se séparent dans i'enceinbe de réaction et gênent le développement de la réac- tion. La quantité de ces produits qui se déposent crpit avec le rapport C/H des hydrocarbures à transformer.
La transfor- mation¯ des hydrocarbures est de ce fait interrompue périodi- quement par une période de combustion pour éliminer les pro- duits déposés dans l'enceinte, par combustion avec de l'oxy- gène ou avec un gaz contenant de l'oxygène.
L' cojet de la présente invention est de réduire au maximum cette période de combustion;¯
Ce but est atteint en disposant, suivant l'invention dans l'enceinte de réaction, des catalyseurs dé combustion au moyen desquels la vitesse de combustion des substances déposées dans l'enceinte pendant la période de gazeifcation, est sensiblement augmentée. De tels catalyseurs sont par exemple des oxydes métalliques tels que NiO, CoO, Cr2O3,
MoO3, WO3,etc., seuls ou mélangés entre eux, 'Ces substances catalysantes peuvent être utilisées sous forme de corps homogènes ou bien elles peuvent être ap- posées sur des corps-supports inertes sous forme queloonque et être introduites dans l'enceinte de réaction sous la form d'une grille ou d'un remplissage.
Dans des installations de transformation thermo- oatalytique, il est avantageux de disposer dans l'enceinte des catalyseurs qui accélèrent aussi bien la transformation des hydro-carbures que la combustion des substances déposées
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dans l'enceinte de réaction. De tels catalyseurs sont cons- titués, par exemple, par des mélanges de substances accélé- rant la transformation des hydrocarbures et la combustion des matières déposées dans l'enceinte de réaction. Les deux substances catalysantes sont, dans de tels catalyseurs, mélangées uniformément entre elles et distribuées réguliè- rement dans toute la zone des catalyseurs de l'enceinte de réaction.
Dans les installations-mettant en oeuvre des pro- cédés de transformation en deux phases, on dispose, soit dans la zone de dissociation, soit dans la zone de trans-- 'formation, ou dans les deux zones, des catalyseurs de disso- dation .ou deshydrogénisation oontenant des substancesaccé- lérant la combustion des matières déposées dans l'enceinte de réaction.
En général, il est suffisant qu'un support de oa- talyseur contienne dans la couche superficielle 0,4 à 0,5 %
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en poids des substances oatalysantes.aocélérant la oombus" tion., Par ailleurs, il n'est pas toujours indispensable de disposer les catalyseurs accélérant la combustion, dans joute la zone de transformation. Il suffit, en général, de garnir aveo de tels catalyseurs un tiers seulement de la zone de transformation, donc la partie dans laquelle se dé- pose principalement le carbone.
Des hydrocarbures à poids moléculaire élevé con- tiennent de fortes quantités de constituants du genre de l'asphalte, pauvres en hydrogènes, et éventuellement aussi du oarbone, qui ne s'évaporent pas. Plus le rapport C/H des hydrocarbures est élevé, plus est grande cette partie de subs- tances qui ne s'évaporent pas. Lors de l'évaporation de tels hydrocarbures, les portions qui ne d'évaporent pas restent en suspension dans la vapeur d'huile minérale, et elles sont entraînées par cette dernière dans l'enceinte de réaction où elles se déposent gênant l'accomplissement de la réaction et
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encrassant fortement les catalyseurs, si l'on fait usage de ces derniers.
L'efficacité des catalyseurs décroit donc très rapidement 9 la période de gazeification est d.onc nécessaire- ment réduite et cela en fonction de la proportion en substan- ces non évaporables contenues dans l'hydrocarbure de départ.
Par voie de conséquence) la période de régénération est plus longue en raison du fait qu'il faut brûler non seulement les substances qui se forment et se déposent pendant la transfor- mation, mais également les portions non évaporables prove nant de l'hydrocarbure de départ.
Pour obvier à cet 'inconvénient, on prévoit, sui- vant un développement de l'invention, avant la zone de transformation, un filtre dans lequel sont retenues les portions non évaporables de l'hydrocarbure de départ. De cette manière, ces portions ne' peuvent pas se déposer dans l'enceinte de réaction, et l'efficacité des catalyseurs est conservée pour une durée importante; la période de gazeifi.. cation peut, par voie de conséquence, être plus étendue sans que cela entraîne également une prolongation de la pé- riode de régénération.
Comme filtre on peut utiliser des plaques faites avec un matériau refractaire approprié, ou encore un rem- plissage d'un matériau réfractaire réduit en grains. Si le filtre est chargé, on le remplace par un filtre frais. Tou- tefois, si l'on incorpore dans le filtre des matières qui accélèrent la combustion des substances déposées dans le filtre, il n'est pas nécessaire de remplacer la filtre, ou le remplacement de ce dernier ne devient indispensable qu'à des intervalles très éloignés, car pendant la période de combustion, le filtre lui-même est nettoyé par la combus- tion.
Grâce à ces mesures, la période de regénération dans le cas de traitement; d'hydrocarbures comportant une certaine proportion de substances qui ne s'évaporent pas, n'est pas plus longue que celle relative à la transformation d'hydro-
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carbures ne contenant pas des substances non évaporables,
Une partie des corps formés dans l'enceinte de reaction, tel que le carbone élémentaire, est entraînée pai le mélange gazeux produit, rend ce dernier impur et compli,- que son utilisation ulterieure. Pour cette raison, il est indiqué de disposer également derrière la zone de trans- formation, un filtre dans lequel sont retenus ces corps i poluant le mélange gazeux produit et dans lequel ces der- niers sont brûlés pendant la période de combustion.
Ce fil- tre, également, contient avantageusement des substances ca- talytiques accélérant la combustion. Cette mesure a pour avantage supplémentaire de permettre, pour la combustion de ces corps, un gain de chaleur supplémentaire pour le. chauf- fage de l'enceinte de réaction et qui est perdue dans les dispositifs connus.'
Dans les installations pour procédés de transfor- mation en deux paliers, on dispose avantageusement entre la zone de dissociation et la zone de réaction, un filtre éga- lement garni avec des substances accélérant la combustion, afin d'empêcher que des parties de substances telles que le carbone, déposées dans la zone de dissociation ne par- viennent dans la zone de transformation et n'encrassent les catalyseurs de deshydrogénisation qui s'y trouvent.
Suivant son poids moléculaire et le rapport C/H. chaque hydrocarbure se transforme de façon pratiquement com pléte dans une certaine zone de températures. Dans cette zo ne de températures de faibles quantités seulement de carbont se déposent pendant la transformation. En dessous de cette zone de températures la transformation n'est pas complète, alors qu'au-dessous, de grandes quantités de carbone se dépo- sent ce qui amène nécessairement une extension de la pério- de de combustion. De plus des réactions secondaires incon- trôlables apparaissent.
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C'est pour cette raison que, suivant un développe- ment de l'invention, on n'introduit pendant la période de gazeification, dans l'enceinte de réaction, que la quantité de substances à transformer suffisante pour être transformée par la quantité de chaleur contenue dans l'enceinte de réac- tion, au-delà de celle nécessaire pour maintenir la limite inférieure de la zone de température la plus favorable, et si la quantité de chaleur résultant de la combustion, pendant la période de combustion, des substances déposées dans la chambre de réaction n'est pas suffisante, on amène à l'en- ceinte de réaction, par un moyen de chauffage quelconque, par exemple par des gaz de chauffage obtenus par combustion d'huile minérale avec de l'air,
une quantité de chaleur jus- te nécessaire pour atteindre la limite supérieure de la zone favorable de températureo On introduit donc dans l'enceinte de réaction, pendant la période de gazeification, Ouste la quantité de substance à transformer, et pendant la période de combustion, juste la quantité de combustible et éventael lement des moyens de chauffage nécessaires à maintenir en permanence dans l'enceinte une température comprise dans la zone favorable à la transformation.
Celle-ci est à dé- terminer dans chaque cas en fonction de l'hydrocarbure à traiter,
A cet effet, on dispose dans l'enceinte de réac- tion un dispositif pour la mesure de la température, par exemple un élément thermique, accouplé avec un organe de réglage disposé en dehors de l'enceinte de réaction, fer- mant, pendant la période de gazéification, quand on atteint la limite inférieure de la zone de températures la plus favorable, l'adm.ission des matières à transformer et ouvrant ensuite l'admission pour le combustible et éventuellement pour les moyens de chauffage, puis, quand on atteint la
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limite supérieure de la zone de températures la plus favo- rable, interrompant, et ouvrant dans l'ordre inverse les ad- missions.
En raison du fait que la'réaction n'a lieu que dans la zone de températures dans laquelle on obtient pra- tiquement une transformation totale, et que les catalyseurs dans l'enceinte de réaction sont complètement régénérés,pen- dant la période de combustion, on assure une réaction prati- quement totale de l'hydrocarbure à transformer avec la vapeur* d'eau introduite avec l'air ou avec d'autres gaz contenant de 1'oxygène.
Par ailleurs, la période de combustion est aussi courte que possible étant donné que seules les quantités inévitables en matières telles que le carbone, se déposant pendant la période de gazéification, doivent être brûlées.
Celles-ci sont en général si faible que, lors de transforma- tion à caractère endothermique, des sources additionnelles de chaleurs sont nécessaires pour chauffer l'enceinte de réaction à la température appropriéeo De ce fait il n'est pas à oraindre que, pendant la période de combustion, toute les substances déposées ne soient pas brûlées et que les catalyseurs ne soient pas régénérés.
A titre d'exemple; on a décrit ci-dessous, et représenté au dessin annexé une installation pour la trans- formation thermo-oatalytique, et en deux paliers, d'hydrocar- bures.
Dans le dessin, la référence 1 désigne la zone de dissociation comportant le remplissage ou grillage 2 fait avec des catalyseurs de dissociation contenant les substances accélérant la combustion, l'échangeur de température 3 dispo- sé à l'entrée, et le filtre 4 retenant les parties non éva- porables de l'hydrocarbure de départ et disposé devant le grillage ou remplissage 2 fait avec des catalyseurs de dis- sociation.
La référence 5 désigne la zone de réaction oompor-
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tant le grillage ou remplissag 6 fait avec des catalyseurs de deshydrogénisation contenant les substances accélérant la combustion, 1'échangeur de température 7, disposé à la sor- tie, le filtre 8 retenant les substances entraînées par les gaz de dissociation et disposé avant le grillage ou remplis- sage 6 constitué par des catalyseurs de deshydrogénisation, et le filtre 9 disposé après ces derniers et dans lequel sont retenues les matières entraînées par le mélange gazeux pro- duit. L'extrémité d'évacuation de la zone de dissociation 1 et l'extrémité d'a.dmission de la zone de réaction 5 sont reliées entre elles.par le canal 10.
La référence 11 est un dispositif pour la mesure de la température, par exemple un élément thermique, prevu dans la zone de dissociation,1, dans les catalyseurs de dissociation 2 ; 12 en désigne un dis posé dans la zone de' réaction 5, dans les catalyseurs de deshydrogénisation 6. La référence 13 designe un organe de réglage accouplé avec les deux éléments thermiques 11 et 12, par les lignes 1'la et 12a.
En 14, les hydrocarbures à trans- former sont induits dans la zone de dissociation, par l'ar rivee-15. Celle-ci peut être fermée par la vanne 16 dont l'organe de commande '17 est actionné à partir de l'organe de reglage par l'intermédiaire de la ligne 17a, En 18 on introduit dans la zone de réaction, par l'arrivée 19, la va.peux d'eau, ou l'air, ou d'autres gaz contenant de l'oxy- gène, nécessaire pour la réaction. L'arrivée 19 peut être obturée par la vanne 20 dont l'organe de commande 21 est com0- mandé à partir de l'organe de réglage 13, par l'intermédiaire de la ligne 21a.
Sur l'arrivée 19 est branché un canal 22, susceptible d'être fermé par la vanne 20 et par lequel on peut éventuellement introduire en 23, dans la zone de disso- ciation, à l'entrue de cette dernière, de la vapeur d'eau, de l'air ou d'autres gaz contenant de l'oxygène..On peut éga- lement introduire en cet endroit la totalité de la vapeur d'eau, ou de l'air ou d'autres gaz contenant de l'oxygène,
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nécessaire pour la réaction, étant donné que la température utilisée dans la zone de dissociation, il ne se produit pas encore de réaction et qu'en outre, on diminue fortement le danger de formation du goudron, d'aromates, etc., dans la zone de dissociation en raison de la dilution, ainsi réalisée,
de l'hydrocarbure introduit. Le mélange gazeux produit quitte l'installation de transformation par le canal 24 susceptible d'être fermé par la vanne 25 et dont l'organe de commande 26 est contrôlé par l'organe de reglage 13, par l'intermédiaire de la ligne 26a. Derrière le canal 24 est branchée, sur le canal 24, une conduite de recirculation 27 également capable d'être fermée par la vanne 25, et par laquelle une partie du mélange gazeux produit peut être ramenée en 28 à l'entrée de la zone de dissociation 1 afin L'augmenter dans cette dernière la pression partielle d'hydrogène et, par suite, pour endi- guer les réactions secondaires incontrôlables. Le canal 22 et la conduite de recirculation 27 peuvent encore être re- liés par le canal 29, et dans le canal 22,
derrière l'embou- chure du canal 29, on peut disposer un jeu de tuyères d'in- jection 30 afin de pouvoir introduire simultanément dans la zone de dissociation le courant partiel du mélange gazeux produit et de la vapeur d'eau, ou de l'air ou d'autres gaz contenant de l'oxygène. Pendant la période de régénération on peut introduire dans la zone de réaction 5,,en 31'.par l'arrivée 33, capable d'être fermée par la vanne 32, de l'air ou un autre gaz contenant de l'oxygène. Le dispositif de com- mande 34 de la vanne 32 est contrôlé par l'organe de ré- glage 13, par l'intermédiaire de la ligne 34a.
La réfé- rence 35 désigne un brûleeur dans lequel on peut brûler un combustible quelconque si la chaleur dégagée par la combus- tion des matières déposées dans l'enceinbe de réaction, n'est pas suffisante pour chauffer la zone de réaction 5 à la ampérature maxima de réaction que l'on peut admettre..
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L'arrivée 36 au brûleur 35 peut être interrompue par la vanne 37 dont l'organe de commande 38 est contrôlé par l'organe de réglage 13, par l'intermédiaire de la ligne 38a. Si l'on a déjà atteint la température maxima de réac- tion admissible dans la zone de réaction 5 mais non pas encore dans la zone de dissociation 1, on peut amener à la zone de dissociation de la chaleur supplémentaire, par le . brûleur ou par toute autre source de chaleur 39 dont l'ali- mentation 40 est susceptible d'être interrompue par la vanne 42 dont l'organe de commande 41 est contrôlé par l'organe de réglage 13, par l'intermédiaire de la ligne 41a.
En 43 on peut introduire dans la zone de dissociation 1, par l'admission 45 capable d'être interrompue par la vanne 44, de la vapeur d'eau, de l'air froid ou un autre gaz ;' 'froid, afin d'éviter un surchauffage de la zone de dissociation 1. quand la température maxima de dissociation est atteinte CI La vanne 44- est commandée par le dispositif de commande 46 mis en circuit ou hors circuit par l'organe de réglage 13, par l'intermédiaire de la ligne 46a, Les gaz d'échappement ou gaz perdus quittent l'installation par le canal 47 sus- ceptible d'être fermé par la vanna 48 dont la commande 49 est actionnée par l'organe de réglage 13, par l'intermédiai.. re de la ligne 49a.
La vanne. 48 ne peut être fermée et les vannes 16, 20 et 25 ne peuvent être ouvertes que si l'on a atteint, tant dans la zone de dissociation que dans la zone de réaction, les températures maxima de réaction admissi- bles respectivement dans ces zones
Le mode d'exécution du procédé de transformation . dans cette installation est le suivant. Dans la période de gazéification les vannes'16, 20 et 25 sont, dans lour posi- tion ouverte et toutes les autres vannes sont fermées. Les hydrocarbures à transformer sont introduits en 14 dans la zone de dissociation et ils s'évaporent.
La vapeur d'huile se mélange éventuellement avec de la .vapeur d'eau (de'l'air
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ou d'autres gaz contenant de l'oxygène) chauffée dans l'é- changeur 3, et introduite en 13 ou en 28, ainsi qu'avec une partie du mélange gazeux produit recirculé, elle traverse le filtre 4 dans lequel se déposent les fragments non évaporés,. arrive au grillage ou au remplissage 2 fait avec des cata- lyseurs de dissociation, et y est dissociée.
Le gaz de dis- sociation s'écoule par le canal 10, ensuite par le filtre 8 qui retient les substances déposées pendant la dissociation et entraînées par le gaz de dissociation, et il parvient dans le grillage ou le remplissage 6, fait avec des catalyseurs de deshydrogenisation où le gaz de dissociation se transforme, avec la vapeur d'eau, ou l'air ou d'autres gaz contenant de l'oxygène, et introduite en 23 et/ou en 18, en fonction des. quantités introduites, totalement ou partiellement en hydro. carbures à bas poids moléculaire (par exemple CH4, 00) et en hydrogène. Le mélange gazeux produit s'écoule par le filtre .
9 dans lequel sont retenues les substances qui se déposent pendant la réaction et qui sont entraînées par le mélange gazeux, passe par l'échangeur ?, y cède sa chaleur et sort de 1'.installation par le canal 24 d'où une partie du mélange gazeux est ramenée dans la zone de dissociation par le canal 27
Si la température dans la zone de dissociation 1 et/ou dans la zone de réaction 5 atteint la limite inférieure de la plage des températures favorables dans les zones res- pedtives pour la transformation, les vannes 16, 21 et 25 sont fermées par les dispositifs de commande 17, 21 et 26 et actionnées à partir de l'organe de réglage 13, par l'inter- médiaire des lignes 17a, 21a, et 26a,
et de ce fait la période de gazeification est terminée. Immédiatement après les vannes 32 et 48 sont ouvertes par les dispositifs de commande 34 et 49 actionnés à partir de l'organe de ré- glage 13, par l'intermédiaire des lignes 34a et 49a, De l'air ou un autre Gaz contenant de l'oxygène pénètre
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en 31, dans la zone de réaction, il est chauffé dans l'é.., changeur 7, s'écoule par le filtre 9, par les catalyseurs de deshydrogénisation 6, par le filtre 8, par les cataly- seurs de dissociation 2 et par le filtre 4 et il sert à la combustion des substances déposées. Cette combustion est très rapide étant donné que les catalyseurs ainsi que d'ailleurs les filtres contiennent des substances accélé- rant la combustion.
Les gaz perdus traversent l'echangeur 3, y cèdent leur chaleur, et quittent l'installation par la cheminée d'évacuation des gaz perdus 47.
Si la température maxima admissible pour la réaction est atteinte dans chacune des zones de dissocia- tion et de réaction, on ferme les vannes 32 et 48 et on ouvre ommédiatement les vannes 16, 20 et 25, etune:nouvelle période de gazéification commence. Si la chaleur dégagée' par la combustion des substances déposees n'est pas suffi- santes pour produire la température maxima admissible pou la réaction, donc si la température dans la zone de réac- tion, et dans la zone de dissociation baisse, avant que soi atteinte la température maxima, soit parce que les substan- ces déposées étant brûlées on continue à admettre de l'air dans l'enceinte de réaction, ce qui refroidit cette der- nière,
on ne ferme que la vanne 32 et on ouvre la vanne 37 au moyen du dispositif de commande 38 actionné par l'organe de contrôle 13, par l'intermédiaire de la ligne 13a, et on amène à l'enceinte de réaction, par la combustion d'un combustible quelconque, de la chaleur supplémentaire jus- qu'à ce que l'on ait atteint la température maxima admise sible pour la réaction; on ferme ensuite la vanne 37 et on ouvre les vannes 16, 20 et 25.
Si la température maxima admissible pour la reac- tion est déjà atteinte dans la zone de dissociation, mais qu'elle ne le soit pas encore dans la zone de réaction, on
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ouven la vanne 44 au moyen du dispositif de commande 45 ac- tionné pur l'intermédiaire de la ligne 46a et l'on admet par 43, dans la zone de dissociation, une -telle quantité d'air froid que l'on évite un surchauffage de catalyseurs de dissociation 2. Dès que l'on atteint egalement dans la zone de réaction la température maxima admissible pour la réaction, on ferme les vannes 32 ou 37 et 44 et l'on ouvre ensuite les vannes 16, 20 et 25.
Au contraire, si l'on a atteint dans la zone de réaction la température maxima admissible pour la réaction, mais que celle-ci n'est pas atteinte dans la zone de disse-' ciation, on ferme la vanne 32 ou 37, on ouvre la vanne 42, et l'on amène à la zone de dissociation, par combustion.d'un combustible quelconque, de la chaleur jusqu'à ce que l'on at- teigne également dans la zone de dissociation la température maxima admissible pour la réaction, après quoi on referme la vanne 42 et l'on ouvre les vannes 16, 20 et 25; une nouvelle période de gazéification commence.
A la place des appareils de mesure de la tempéra- ture disposés dans le grillage ou dans les remplissages fait avec des catalyseurs de dissociation et de deshydrogénisation. on peut disposer dans le canal d'évacuation des gaz produits un appareil pour la mesure de la concentration de 1'hydrogène et dans le canal d'échappement des gaz perdus un appareil pour la mesure de la concentration de l'oxygène. Le passage de la période de gazéification à la période de réganération se fait alors pour une trop faible teneur en hydrogène dans le mélange gazeux produit, et le passage de la puriode de régenoration à la période de gazéification se fait pour une trop forte teneur en oxygène dans les gaz perdus.
Il est entendu quo l'appareil de mesure de la concentration en hydrogène peut être remplacé par un appareil de mesure du
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pouvoir calorifique et que l'appareil de mesure de la concen- tration en oxygène peut être remplacé par un appareil servant à mesurer la concentration en CO2,
En outre, l'invention décrite à l'aide d'un disposi- tif pour des procédés de transformation thermo-catalytique en deux paliers, peut être utilisée, en l'y adaptant,.pour des dispositifs servant à la transformation d'hydrocarbures, réalisé en un seul palier par voie purement thermique.
- REVENDICATIONS-
Ayant ainsi décrit mon invention et me réservant d'y apporter tous perfectionnements ou modifications qui me paraitraient nécessaires, je revendique comme ma propriété exclusive et privative :
1- Installation pour'la transformation thermique d'hydrocarbures gazeux ou liquides, caractérisée par le fait que dans l'enceinte de réaction sont disposés.,des oata.. lyseurs accélérant la combustion des substances séparées ou. précipitées pendant la réaction dans la zone de réaction, " 2- Installation suivant 1, caractérisée par le fait que, dans le cas d'une transformation thermo-cataly- . tique, les catalyseurs sont constitués par un mélange de ' substances catalysantes accélérant la transformation des hydrocarbures et de substances catalysantes accélérant la combustion.
3- Installation suivant 2, caractérisée par le fait¯-que, dans le cas d'une transformation en deux paliers, on prévoit des catalyseurs de dissociation et/ou de deshy- drogénisation contenant des substances accélérant la combus- tion.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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In installations known for the thermal transformation of gaseous or liquid hydrocarbons, having a high or very high molecular weight (for example petroleum from its residues or refining gases from its distillation), into combinations of low-weight carbon molecular (eg CH4 ,, CO) and hydrogen, ever increasing amounts of tar, elemental carbon, and the like deposit or separate in the reaction vessel and interfere with the development of the reaction. . The quantity of these products which settle increases with the C / H ratio of the hydrocarbons to be transformed.
The conversion of the hydrocarbons is therefore interrupted periodically by a period of combustion to eliminate the products deposited in the enclosure, by combustion with oxygen or with a gas containing oxygen. .
The object of the present invention is to reduce this combustion period as much as possible; ¯
This object is achieved by providing, according to the invention in the reaction chamber, combustion catalysts by means of which the rate of combustion of the substances deposited in the chamber during the gasification period is substantially increased. Such catalysts are for example metal oxides such as NiO, CoO, Cr2O3,
MoO3, WO3, etc., alone or mixed together. These catalyzing substances can be used in the form of homogeneous bodies or they can be applied to inert support bodies in any form and be introduced into the chamber. reaction in the form of a grid or a filling.
In thermoatalytic transformation plants, it is advantageous to have catalysts in the enclosure which accelerate both the transformation of the hydrocarbons and the combustion of the deposited substances.
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in the reaction chamber. Such catalysts are constituted, for example, by mixtures of substances accelerating the transformation of the hydrocarbons and the combustion of the materials deposited in the reaction chamber. The two catalyst substances are in such catalysts uniformly mixed with each other and evenly distributed throughout the catalyst zone of the reaction chamber.
In plants employing two-phase transformation processes, either the dissociation zone or the transformation zone, or both zones, are available dissociation catalysts. .or dehydrogenization ocontaining substances accelerating the combustion of the materials deposited in the reaction chamber.
In general, it is sufficient that an catalyst support contains in the surface layer 0.4 to 0.5%
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In addition, it is not always essential to place the catalysts which accelerate the combustion in the transformation zone. It is generally sufficient to garnish with such catalysts by weight. only a third of the transformation zone, so the part in which the carbon is mainly deposited.
High molecular weight hydrocarbons contain high amounts of asphalt-like constituents which are low in hydrogen, and possibly also carbon, which do not evaporate. The higher the C / H ratio of the hydrocarbons, the greater is this part of the substances which do not evaporate. During the evaporation of such hydrocarbons, the portions which do not evaporate remain in suspension in the mineral oil vapor, and they are entrained by the latter in the reaction chamber where they are deposited, hindering the accomplishment of the reaction and
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heavily fouling the catalysts, if the latter are used.
The efficiency of the catalysts therefore very rapidly decreases; the gasification period is therefore necessarily reduced, depending on the proportion of non-evaporable substances contained in the starting hydrocarbon.
Consequently) the regeneration period is longer due to the fact that it is necessary to burn not only the substances which form and settle during the transformation, but also the non-evaporable portions coming from the hydrocarbon of departure.
To overcome this drawback, following a development of the invention, a filter is provided before the transformation zone in which the non-evaporable portions of the starting hydrocarbon are retained. In this way, these portions cannot be deposited in the reaction chamber, and the efficiency of the catalysts is retained for a long time; the gasification period can consequently be extended without this also leading to an extension of the regeneration period.
As a filter it is possible to use plates made of a suitable refractory material, or alternatively a filling of a grained refractory material. If the filter is loaded, it is replaced with a fresh filter. However, if material is incorporated into the filter which accelerates the combustion of the substances deposited in the filter, it is not necessary to replace the filter, or replacement of the latter becomes essential only at regular intervals. very distant, because during the combustion period the filter itself is cleaned by the combustion.
Through these measures, the regeneration period in the case of treatment; of hydrocarbons containing a certain proportion of substances which do not evaporate, is not longer than that relating to the transformation of hydro-
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carbides not containing non-evaporable substances,
Part of the bodies formed in the reaction chamber, such as elemental carbon, is entrained by the gas mixture produced, rendering the latter impure and compli, - than its subsequent use. For this reason, it is advisable to have also behind the transformation zone, a filter in which these bodies are retained which pollute the gas mixture produced and in which the latter are burnt during the combustion period.
This filter also advantageously contains catalytic substances which accelerate combustion. This measure has the additional advantage of allowing, for the combustion of these bodies, an additional heat gain for the. heating of the reaction chamber and which is lost in known devices.
In plants for two-stage conversion processes, between the dissociation zone and the reaction zone, there is advantageously a filter which is also packed with substances which accelerate combustion, in order to prevent parts of such substances. that the carbon deposited in the dissociation zone does not reach the transformation zone and clogs the dehydrogenization catalysts there.
Depending on its molecular weight and the C / H ratio. each hydrocarbon transforms almost completely in a certain temperature zone. In this temperature zone only small amounts of carbon are deposited during processing. Below this temperature zone, the transformation is not complete, while below, large quantities of carbon are deposited, which necessarily leads to an extension of the combustion period. In addition, uncontrollable side reactions appear.
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It is for this reason that, according to a development of the invention, during the gasification period, only the quantity of substances to be transformed sufficient to be transformed by the quantity of gas is introduced into the reaction chamber. heat contained in the reaction chamber, beyond that necessary to maintain the lower limit of the most favorable temperature zone, and if the quantity of heat resulting from the combustion, during the combustion period, of the substances deposited in the reaction chamber is not sufficient, is brought to the reaction chamber, by any heating means, for example by heating gases obtained by combustion of mineral oil with air,
a quantity of heat just necessary to reach the upper limit of the favorable temperature zone o We therefore introduce into the reaction chamber, during the gasification period, or just the quantity of substance to be transformed, and during the combustion period, just the quantity of fuel and possibly the heating means necessary to permanently maintain a temperature in the enclosure within the zone favorable to processing.
This is to be determined in each case depending on the hydrocarbon to be treated,
To this end, there is placed in the reaction chamber a device for measuring the temperature, for example a thermal element, coupled with a regulating member arranged outside the reaction chamber, closing for a period of time. the gasification period, when the lower limit of the most favorable temperature zone is reached, the admission of the materials to be transformed and then opening the admission for the fuel and possibly for the heating means, then, when we reached the
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upper limit of the most favorable temperature zone, interrupting and opening the admissions in the reverse order.
Due to the fact that the reaction takes place only in the temperature zone in which practically complete transformation is obtained, and that the catalysts in the reaction chamber are completely regenerated, during the combustion period. practically complete reaction of the hydrocarbon to be converted with the water vapor introduced with air or with other gases containing oxygen is ensured.
On the other hand, the combustion period is as short as possible since only the inevitable quantities of materials such as carbon, deposited during the gasification period, need to be burned.
These are generally so low that, during an endothermic transformation, additional heat sources are necessary to heat the reaction chamber to the appropriate temperature. Therefore, it is not necessary to order that during during the combustion period, all the deposited substances are not burned and the catalysts are not regenerated.
For exemple; there has been described below, and shown in the accompanying drawing, an installation for the thermoatalytic conversion, and in two stages, of hydrocarbons.
In the drawing, reference 1 designates the dissociation zone comprising the filling or roasting 2 made with dissociation catalysts containing the substances accelerating the combustion, the temperature exchanger 3 placed at the inlet, and the filter 4 retaining the non-evaporable parts of the starting hydrocarbon and placed in front of the screen or filling 2 made with dissociating catalysts.
Reference 5 designates the oompor- reaction zone
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both the roasting or filling 6 made with dehydrogenization catalysts containing the substances accelerating the combustion, the temperature exchanger 7, arranged at the outlet, the filter 8 retaining the substances entrained by the dissociation gases and arranged before the roasting or filling 6 consisting of dehydrogenization catalysts, and the filter 9 disposed after the latter and in which are retained the materials entrained by the gas mixture produced. The discharge end of dissociation zone 1 and the discharge end of reaction zone 5 are connected to each other by channel 10.
Reference 11 is a device for measuring the temperature, for example a thermal element, provided in the dissociation zone, 1, in the dissociation catalysts 2; 12 designates one in the reaction zone 5, in the dehydrogenization catalysts 6. The reference 13 designates a regulating member coupled with the two thermal elements 11 and 12, by lines 1'la and 12a.
At 14, the hydrocarbons to be transformed are induced into the dissociation zone, by the edge-15. This can be closed by the valve 16, the control member '17 of which is actuated from the regulating member via the line 17a, In 18 is introduced into the reaction zone, by the On arrival 19, the flow of water, or air, or other oxygen-containing gases required for the reaction. The inlet 19 can be closed by the valve 20, the control member 21 of which is controlled from the adjustment member 13, via the line 21a.
A channel 22 is connected to the inlet 19, capable of being closed by the valve 20 and through which it is optionally possible to introduce at 23, into the dissociation zone, at the inlet of the latter, steam from the latter. 'water, air or other gases containing oxygen..All water vapor, or air or other gases containing oxygen, can also be introduced at this point. 'oxygen,
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necessary for the reaction, given that the temperature used in the dissociation zone does not yet take place a reaction and in addition the danger of formation of tar, aromatics, etc., in the mixture is greatly reduced. zone of dissociation due to the dilution thus produced,
of the introduced hydrocarbon. The gas mixture produced leaves the transformation installation via channel 24 capable of being closed by valve 25 and of which the control member 26 is controlled by the regulating member 13, via the line 26a. Behind the channel 24 is connected, on the channel 24, a recirculation line 27 also capable of being closed by the valve 25, and through which a part of the gas mixture produced can be returned at 28 to the inlet of the zone of dissociation 1 in order to increase the partial pressure of hydrogen in the latter and, consequently, to curb uncontrollable side reactions. The channel 22 and the recirculation line 27 can also be connected by the channel 29, and in the channel 22,
behind the mouth of channel 29, it is possible to place a set of injection nozzles 30 in order to be able to introduce simultaneously into the dissociation zone the partial stream of the gas mixture produced and of the water vapor, or of air or other gases containing oxygen. During the regeneration period, air or another gas containing oxygen can be introduced into the reaction zone 5,, at 31 'via the inlet 33, capable of being closed by the valve 32. The control device 34 of the valve 32 is controlled by the adjustment member 13, through the line 34a.
Reference numeral 35 denotes a burner in which any fuel can be burnt if the heat given off by the combustion of the materials deposited in the reaction chamber is not sufficient to heat the reaction zone 5 to amperage. maximum reaction that we can admit ..
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The arrival 36 to the burner 35 can be interrupted by the valve 37, the control member 38 of which is controlled by the adjustment member 13, via the line 38a. If the maximum permissible reaction temperature has already been reached in reaction zone 5, but not yet in dissociation zone 1, additional heat can be brought to the dissociation zone via the. burner or by any other heat source 39 whose supply 40 is liable to be interrupted by the valve 42 whose control member 41 is controlled by the regulating member 13, via the line 41a.
At 43 it is possible to introduce into the dissociation zone 1, through the inlet 45 capable of being interrupted by the valve 44, water vapor, cold air or another gas; ' '' cold, in order to avoid overheating of the dissociation zone 1.when the maximum dissociation temperature is reached CI Valve 44- is controlled by control device 46 switched on or off by regulator 13 , via line 46a, the exhaust gases or waste gases leave the installation via channel 47 which can be closed by valve 48, the control 49 of which is actuated by the regulating member 13 , via line 49a.
Valve. 48 cannot be closed and valves 16, 20 and 25 can only be opened if the maximum permissible reaction temperatures respectively in these zones have been reached, both in the dissociation zone and in the reaction zone.
The mode of execution of the transformation process. in this installation is as follows. In the gasification period, valves 16, 20 and 25 are in the open position and all other valves are closed. The hydrocarbons to be transformed are introduced at 14 into the dissociation zone and they evaporate.
The oil vapor eventually mixes with water vapor (air
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or other gases containing oxygen) heated in the exchanger 3, and introduced at 13 or 28, as well as with part of the gas mixture produced recirculated, it passes through the filter 4 in which the particles are deposited. fragments not evaporated ,. arrives at the roasting or filling 2 made with dissociation catalysts, and is dissociated there.
The dissociation gas flows through channel 10, then through filter 8 which retains the substances deposited during the dissociation and entrained by the dissociation gas, and it arrives in the screen or filling 6, made with catalysts. dehydrogenization where the dissociation gas is transformed, with water vapor, or air or other gases containing oxygen, and introduced into 23 and / or 18, depending on. quantities introduced, totally or partially in hydro. low molecular weight carbides (eg CH4, 00) and hydrogen. The gas mixture produced flows through the filter.
9 in which are retained the substances which are deposited during the reaction and which are entrained by the gas mixture, passes through the exchanger?, Gives up its heat there and leaves the installation through channel 24, from which part of the gas mixture is returned to the dissociation zone via channel 27
If the temperature in the dissociation zone 1 and / or in the reaction zone 5 reaches the lower limit of the favorable temperature range in the remaining zones for the transformation, the valves 16, 21 and 25 are closed by the devices. control 17, 21 and 26 and actuated from the adjustment member 13, via lines 17a, 21a, and 26a,
and therefore the gasification period is over. Immediately after the valves 32 and 48 are opened by the control devices 34 and 49 actuated from the regulating member 13, through the lines 34a and 49a, Air or another gas containing oxygen penetrates
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at 31, in the reaction zone, it is heated in the e .., changer 7, flows through the filter 9, by the dehydrogenization catalysts 6, through the filter 8, by the dissociation catalysts 2 and by the filter 4 and it is used for the combustion of the deposited substances. This combustion is very rapid since the catalysts as well as the filters contain substances which accelerate the combustion.
The waste gases pass through the exchanger 3, give up their heat therein, and leave the installation through the waste gas discharge chimney 47.
If the maximum allowable reaction temperature is reached in each of the dissociation and reaction zones, valves 32 and 48 are closed and valves 16, 20 and 25 immediately opened, and a new gasification period begins. If the heat given off by the combustion of the deposited substances is not sufficient to produce the maximum allowable temperature for the reaction, then if the temperature in the reaction zone, and in the dissociation zone drops, before the maximum temperature is reached, either because the deposited substances being burnt, air continues to be admitted into the reaction chamber, which cools the latter,
only the valve 32 is closed and the valve 37 is opened by means of the control device 38 actuated by the control member 13, via the line 13a, and it is brought to the reaction chamber, via the combustion of any fuel, additional heat until the maximum temperature allowed for the reaction has been reached; valve 37 is then closed and valves 16, 20 and 25 are opened.
If the maximum allowable temperature for the reaction is already reached in the dissociation zone, but it is not yet reached in the reaction zone, we
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open the valve 44 by means of the control device 45 actuated purely through the line 46a and one admits through 43, in the dissociation zone, such a quantity of cold air that one avoids a overheating of dissociation catalysts 2. As soon as the maximum permissible reaction temperature is also reached in the reaction zone, valves 32 or 37 and 44 are closed and then valves 16, 20 and 25 are opened.
On the contrary, if the maximum temperature admissible for the reaction has been reached in the reaction zone, but this is not reached in the separation zone, the valve 32 or 37 is closed. opens the valve 42, and heat is brought to the dissociation zone, by combustion of any fuel, until the maximum allowable temperature is also reached in the dissociation zone. the reaction, after which the valve 42 is closed and the valves 16, 20 and 25 are opened; a new period of gasification begins.
Instead of temperature measuring devices placed in the roasting or in fillings made with dissociation and dehydrogenization catalysts. an apparatus for measuring the concentration of hydrogen can be placed in the outlet channel for the gases produced and in the exhaust gas channel an apparatus for measuring the concentration of oxygen. The passage from the gasification period to the reganation period is then done for a too low hydrogen content in the gas mixture produced, and the passage from the regeneration period to the gasification period is done for a too high oxygen content. in the waste gases.
It is understood that the device for measuring the hydrogen concentration can be replaced by a device for measuring the hydrogen concentration.
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calorific value and that the device for measuring the oxygen concentration can be replaced by one for measuring the CO2 concentration,
In addition, the invention described with the aid of a device for thermo-catalytic transformation processes in two stages, can be used, with adaptation, for devices serving for the conversion of hydrocarbons. , produced in a single stage by a purely thermal process.
- CLAIMS-
Having thus described my invention and reserving the right to make any improvements or modifications that seem necessary to me, I claim as my exclusive and private property:
1- Installation pour'la thermal transformation of gaseous or liquid hydrocarbons, characterized in that in the reaction chamber are arranged., Oata .. lysers accelerating the combustion of separated substances or. precipitated during the reaction in the reaction zone, "2- Installation according to 1, characterized in that, in the case of a thermo-catalytic transformation, the catalysts consist of a mixture of catalytic substances accelerating the reaction. transformation of hydrocarbons and catalytic substances accelerating combustion.
3- Installation according to 2, characterized by the fact that, in the case of a two-stage transformation, dissociation and / or dehydrogenization catalysts are provided containing substances which accelerate the combustion.
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