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Procédé et dispositif pour le craquage catalytiuqe continu d'hydrocarbures facilement volatil*
La présente invention est relative à un procédé de craquage catalytique continu d'hydrocarbures facilemet volatil% ou de leurs mélanges, en particulier de 1* essence légère, ainsi qu'à un dispositif pour la aise en oeuvre -dudit procédé.
La présente invention concerne plus particulière- ment la préparation d'un gaz totalement échangeable contre le gaz de chauffage Se formant lors de la cokéfaction de
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charbon, c'est-à-drie d'un gaz ayant le caractère du gaz de ville. Comme on lait. il est possible de produire, à partir d'hydrocarbures facilement volatils, toit que par exemple le gaz naturel, le gaz liquéfié et l'essence légère, un gaz combustible à pouvoir calorifique élevé, en faisant passer un mélange constitué par les vapeurs d'hydrocarbures et de la vapeur d'eau dans des tubes chauffés de l'extérieur, dans lesquels est placé un catalyseur approprié, notamment un catalyseur très actif au nickel.
Le mélange réactionnel préchauffé est chauffé à son entrée dans la zone du cataly- seur, qui possède normalement une température entre 750 et 805 C. et il se produit alors uu craquage des molécules d'hydrocarbure avec formation de plus petites molécules.
Au cours du passage consécutif du mélange réaction- nel à travers la zone du catalyseur, les produits du cra- quage entrent en réaction avec la vapeur d'eau, en donnant principalement lieu à la formation d'oxyde de carbone et d'hydrogène. On réussit, en conduisant l'opération de ma- nière appropriée, à obtenir un gaz combustible qui est constitué principalement par de l'hydrogène, de l'onde de carbone et des hydrocarbures légers, notamment du méthane, et dont le pouvoir calorifique et la densité correspondant! à ceux du gaz de ville courant.
Dans ce procédé, l'intervalle de temps pendant lequel le mélange réactionnel entrant dans le tube de or** quage est chauffé à la température du catalyseur, est d'une importance critique. Cet intervalle de temps, comme on l'a constaté, doit être aussi bref que possible, afin de maint-e nir aussi faible que possible la formation de produits de polymérisation, qui a principalement lieu au cours de la période dite de chauffage.
Cet produits de polymérisation
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qui se forment avec une vitesse finie à partir des produits du craquage de l'hydrocarbure initia.!, pénétreraient à la longue dans le catalyseur, ce qui réduirait son activité et Mènerait, finalement, un arrêt plus ou moins total des réactions de craquage*
Si l'on effectue les réactions du craquage sous une pression sensiblement normale, ou tout au plus légère- ment supérieure à la normale, jusqu'à 2 atmosphères environ, il devient possible, d'une manière générale,
avec un dimen- sionnement raisonnable des tubes de craquage et des tempé- ratures matériellement contrôlables des parois des tubes, d'effectuer le chauffage du mélange réactionnel jusqu'à la température du catalyseur avec une rapidité telle que la formation de produits de polymérisation n'a pas le temps de se produire, de sorte que l'on obtient une marche en conti- u ne nécessitant qu'occasionnellement une régénération du catalyseur.
Si l'on désire cependant effectuer le oraquage sous une pression sensiblement plus élevée, par exemple sous une pression comprise entre 3 et 15 atmosphères, les réactions de polymérisation se produisent si rapidement que la formation de quantités gênantes de produits de poly- mérisation est déjà terminée avant que ne s'amorcent les réactions des produits du craquage avec la vapeur d'eau dans la suite du déroulement de l'opération. Il n'est alors plus possible de maintenir une marche en continu.
Le même effet se produit, bien que de çpn moins prononcée sous une pression normale ou légèrement accrue, si l'on utilise une substance de départ qui a tendance, par sa composition et sa zone d'ébullition, à amener la formation de fragmenta moléculaires polymérisables lors d'un chauffage de 300'C
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environ jusqu'à 800*0 environ.
Des limita, imposées par la nature des matériaux et par la construction, empêchent de réduire la durée du chauffage par un chauffage plus poussé des tube* de craquage,
On a maintenant trouvé qu'il était possible de vaincre les difficultés mentionnées ci-dessus en chauffant (dans une zone de chauffage sans catalyseur, prévue en amont de la zone du catalyseur, à l'intérieur du tube de craquage, sur le trajet de l'écoulement du mélange réactionnel consti- tué par des vapeurs d'hydrocarbures, de la vapeur d'eau et, le cas échéant, d'air, et que traversent tous les composants du mélange de départ) uniquement les composante thermique- ment insensibles (vapeur d'eau, air), à une température de 800 à 850*0, tandis que les vapeurs d'hydrocarbure sont seu- lement chauffées,
séparément, jusqu'à une température a la- quelle leur décomposition par la chaleur ne se produit pas encore, un mélange intime des composants, ainsi préalablement chauffés à des températures différentes, s'effectuant, à l'extrémité de la zone de chauffage, de la manière la plue rapide, avant que le mélange ne pénètre dans la zone du catalyseur.
On obtient par conséquent pour résultat, grâce au procédé conforme à l'invention, que seule la'vapeur d'eau se trouve soumise à un temps de chauffage relativement long, tandis que les vapeurs d'hydrocarbure ne subissent, au cours de leur traversée de la zone de chauffage, qu'une élévation de température peu importante, mais se trouvent pourtant mélangées, à la sortie de ladite zone de chauffage, d'une manière intense et extrêmement rapide, avec la vapeur d'eau préchauffée, pour être ensuite immédiatement conduites, dans la zone du catalyseur, Par ailleurs, le fait que seule
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la vapeur d'eau entre en contact avec la paroi Intérieure très chaude des tube* de craquage, permet de pousser, en cas de besoin, la température de ladite paroi jusqu'aux limites extrêmes permises par les matériaux,
ce qui ne serait nullement possible si les vapeurs de l'hydrocarbure pouvaient également entrer en contact avec la paroi du tube.
Etant donné que la proportion entre la vapeur d'eau et les vapeurs d'hydrocarbure est généralement de 2 ' ou 3 pour 1, on est assuré, à l'extrémité de la none de chauffage, de disposer dans des conditions thermiques éle- vées, d'une quantité suffisante de chaleur pour élever brutalement la température des vapeurs d'hydrocarbure.
On a constaté qu'il n'était pas absolument indispen- sable de porter la totalité de la vapeur d'eau à une tempé- rature élevée, séparément des vapeurs d'hydrocarbure, dans la zone de chauffage, mais qu'il est également suffisant, pour atteindre le but visé par l'invention, de préchauffer ainsi, à température élevée, une fraction de 60 à 80 % de ladite vapeur d'eau, tandis qu'on fait passer le reste de Cette dernière, avec les vapeurs d'hydrocarbure, séparément par courant de vapeur d'eau, à travers la zone de chauffage.
Lorsqu'on plus de la vapeur d'eau, de l'air forme également une composante du mélange de départ (généralement dans la proportion de 7 parties en volume de vapeur d'eau pour une partie en volume d'air), cet air peut être ajouté à la vapeur d'eau devant être préchauffée à une température élevée. Le cas échéant, on peut aussi faire passer cet air à travers la zone de chauffage, séparé tant des hydrocar- bures que de la vapeur d'eau, et ne le mélanger aux autres composants qu'à l'extrémité de ladite zone.
Le dessin annexé illustre en coupe verticale un
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tube de craquage réalisé pour la mise en oeuvre du procédé conforme z l'invention.
Le four dans lequel se trouve le tube de oraquage, le cas échéant conjointement avec d'autres tubes de oraquage de même structure, ainsi que les installations de chauffage du four, n'étant pas essentiels à la description de la pré- sente invention, ne sont pas représentés 'sur le dessin.
Le tube de craquage est désigné en l, et il est habituellement réalisé en acier inoxydable à chaud* Pans la partie supérieure du tube de oraquage, il est prévu une zone de chauffage 2 et, dans la partie inférieure, une zone de catalyseur 3. La zone de chauffage 2 est subdivisée en plusieurs zones annulaires par des tubes concentriques 4 et 5, emboîtés l'un dans l'autre. La zone annulaire extérieure est reliée à une conduite d'amenée 6, et la zone annulaire intérieure à une conduite d'amenée 7.
La conduite 6 sort à l'amenée, dans la zone de chauffage, soit'de la totalité, soit d'une quantité partielle de 60 à 80% de la vapeur d' eau. La vapeur d'eau s'écoule vers le bas à travers la zone annulaire de chauffage et arrive, à une température d'au moins 800 . dans une zone de mélange 9 qui est déli- mitée, à sa partie inférieure, par la sont de catalyseur 3. par la conduite 7 sont amené.., dans la zone annulaire Inté- rieure du tube 4, les vapeurs d'hydrocarbure, qui sont en général préchauffées à une température de 300* environ.
Il se produit naturellement un certain échauffement des vapeurs d'hydrocarbure lors de leur trajet vers le bas, mais l'on peut limiter cet écbauffement à une sous de température non critique, notamment en faisant passer vers le bas, à travers la zone annulaire intérieure, une partie de la vapeur d'eau avec les vapeurs d'hydrocarbure. Finalement, on
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introduit,par le tube 45, la quantité relativement' faible d'air de réaction, que l'on fait descendre à travers la zone de chauffage. à l'extrémité de la zone de chauffage, l'air s'uti, à l'intérieur du tube 4, à une partie des va- peurs d'hydrocarbure dans une chambre de combustion 10.
La réaction exothermique provoque une élévation rapide de température de cette fraction des vapeurs d'hydrocarbure.
Les produits de la combustion parviennent, ensemble, avec l'autre courant partiel des vapeurs d'hydrocarbure, dans la zone de mélange 9, où ils se mélangent rapidement et de fa- çon intense à la vapeur d'eau préalablement chauffée à une température élevée, de sorte qu'on est assuré de franchir rapidement la zone de température critique susmentionnée.
Ensuite, le mélange ainsi préparé entre dans la zone de catalyseur 3. Celle-ci, dans le présent cas, présente éga- lement une forme annulaire, par suite de la disposition d'un élément tubulaire de refoulement 11.
Pour. faire dévier, d'une direction principalement parallèle à l'axe, à une direction radiale, le sens d'écou- lement du mélange dans la zone principale du oraquage, et améliorer ainsi le contact de l'ensemble du mélange réaction- nel avec la paroi chauffée du tube de oraquags, l'élément de refoulement 11 est muni, dans le présent cas, dans la région de la zone principale de oraquage, d'une bande de tôle 12, de forme hélicoïdale, qui ramène constamment le mélange en réaction contre la paroi chaude du tube.
La configuration de la zone principale de craquage, . dans la forme représentée, ne constitue toutefois aucune caractéristique essentielle de la présente invention. 11 est également possible de prévoir cette zone principale de carauqe, sans organes accessoires ni élément de refoulement!,
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!sous la tome d'une chambre cylindrique, uniforméent remplie de catalyseur.
Le gaz terminé, chaud, sort du tube de crqus par l'extrémité inférieure et cet soumis ensuite, de la manière connue, aux autres traitements.
Comme il a déjà été mentionné, le tube de craquage même est placé, ensemble avec d'autres tubes de/ configuration, dans un four à section circulaire ou rectangulaire, revêtu d'un matériau réfractaire. Le chauffage des tube* s'effec- tue à l'aide de brûleurs disposés à la partie supérieure ou inférieure, à l'intérieur du four. Les gaz chauds de combustion s'écoulent le long des tubes et sont ensuite évacués du four séparément du gaz utile.
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