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.La présente invention concerne la production de gaz combustibles et aux fins de la présente demande, l'expres- sion "gaz combustible" est destinée à comprendre le gaz de ville, le gaz de gazogène, le gaz à eau, les gaz d'huile lourde craquée et les gaz pauvres, normaux ou riches capables de combustion.
On sait que le gaz combustible peut être obtenu par la conversion thermique d'un hydrocarbure, par exemple d'un distillat d'hydrocarbure, en présence de vapeur d'eau, et la présente.invention se propose de fournir un procédé efficace et souple et un appareil qui soit d'un fonctionnement économi- que et également qui soit capable de fonctionner avec un grand nombre de charges d'hydrocarbures.
Suivant un aspect de l'invention, on fournit un procédé pour la production de gaz combustibles à partir d'une charge d'hydrocarbure qui consiste à introduire une charge d'hydrocarbure et de la vapeur dans un réacteur en boucle dans des conditions telles qu'une partie au moins de la ma- tière fournie au réacteur soit mise en circulation plus d'une fois, le réacteur en boucle étant à une température telle qu'il provoque une conversion chimique de la charge en un gaz combustible, et à extraire les produits du réacteur.
De préférence, les différents paramètres, comme la longueur et la section droite de la boucle, les vitesses d'injection, les pressions et la dimension et la disposition de la sortie sont choisis de sorte que le temps de séjour moyen est de 0,5 seconde environ au moins. Le concept du
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temps de séjour moyen est nécessaire pour ce facteur, attendu ':,. qu'une partie du mélange du réacteur est emi@e en circulation pendant une période de temps considérablement plus longue, tandis qu'une partie peut séjourner pendant @ins de 0,5 seconde Des temps de séjour moyens préférés sont de :ordre de 1 ou de 1,1 seconde.
Suivant un autre aspect de la présenta invention un réacteur destiné à des procédé de gazéification comprend une boucle fermée au moins ayant une entrée pour la charge du réacteur à gazéifier, une sortie pour les produits gazéifiés et un moyen pour appliquer de la chaleur à l'extérieur de ce réacteur.
Les mots "récipient en boucle" sont utili,iis ci-dessous comme comprenant des récipients ayant différences @nfigura- tions dans lesquels un trajet en forme de boucle con@inu est fourni aux réactifs. Par exemple, le récipient en boucle peut être purement toroidal, ou simplement à peu près toroi- dal, consistant en des parties droites parallèles de tubes reliées à chaque extrémité par des parties semi-circulaires.
Suivant une variante, la boucle peut consister en une série de parties droites de tubes associées angulairement poür com- poser une boucle polygonale, ou en un récipie@t sensiblement cylindrique logeant une chemise qui s'étend axialement au centre, de sorte que la chemise forme une branche de la boucle et que l'espace annulaire environnant forme la partie restante de la boucle. Suivant une autre variante, le réacteur comprend deux boucles ayant un bras commun dans lequel est introduite la charge, le mélange de réaction étant divisé en deux courants à l'extrémité du bras commun.
De façon générale, le récipient en boucle peut être situé dans un plan ou sous une inclinaison quelconque, à moins
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que la charge soit une charge susceptible de former de la cendre comme sousproduit, auquel cas la boucle est de préfé- rence située de façon que l'axe du tube soit dans un plan vertical ou dans un plan incliné et qu'un puisard à cendres soit disposé dans la position la plus basse. De façon géné- rale il est particulièrement commode de suspendre verticale- ment le récipient en boucle.
La réaction se produisant dans le récipient dépend de la nature de la charge et dans une certaine mesure des conditions de la réaction. Normalement, les réactions sont endothermiques et l'apport de chaleur peut être obtenu à la fois en préchauffant,la vapeur d'eau et/ou la charge d'hy- drocarbure soit avant soit après le mélange. De préférence, le réacteur est situé dans un four pour fournir un apport de chaleur supplémentaire. Des températures du four allant jusqu'à 1.200 C sont de façon générale satisfaisantes, ceci étant suffisant, avec le préchauffage de la charge, pour obtenir une température de réaction allant jusqu'à 900 C environ.
La température de réaction réelle est.normalement 'comprise entre 625 C environ et 900 C environ, suivant la charge utilisée et les produits voulus.
. Si on le désire, on peut utiliser des catalyseurs, mais de façon générale, il est préférable d'effectuer des réactions non catalysées, attendu qu'elles sont plus écono- miques, en particulier lorsqu'on utilise des charges conta- minées qui peuvent mener à l'empoisonnement du catalyseur.
Il est avantageux que l'entrée et la sortie soient situées à proximité l'une de l'autre ; on peut y parvenir en utilisant des tubes d'entrée et de sortie très parallèles ou une sortie annulaire peut entourer l'entrée. Le temps de séjour moyen de la charge du récipient à réaction doit être de plus
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de 0,5 seconde afin d'assurer l'établissement d'un équilibre . complet entre la charge et les produits.
Toutefois, il est difficile ou impossible d'obtenir des temps de séjour dépas- sant @,1 seconde environ, sans utiliser soit des pressions extrêmement élevées, de l'ordre de 10 atmosphères, soit des: vitesses d'entrée très élevées comme des vitesses hypersoniques
Des temps de séjour de l'ordre de 0,65 seconde sont satisfaisants et la gamme de 0,8 à 1,1 seconde est la gamme préférée. Les températures préférées sont celles comprises dans la gamme de 625 C à 750 C pour des réactions de non craquage et celles comprises dans la gamme de 750 C à 900 C pour des réactions de craquage.
Une turbulence maximum des réactifs est avantageuse attendu qu'elle réduit une certaine dismutation et assure un mélange intime et par suite une réaction rapide des molécules d'hydrocarbure. La réduction de la formation de noir de fumée peut être due à la réduction (du point de vue de la sta- tistique) de la probabilité qu'une molécule de charge nouvelle quelconque reste en contact avec la paroi du récipient pendant plus d'un bref instant, de sorte que la dégradation par l'ab- sorption de chaleur est improbable.
Le nombre de circulations effectuées dans le réacteur en boucle qui doit être considéré en fonction du nombre moyen de circulations pour la même raison que celle pour le temps de séjour, est de préférence aussi élevé que possible. Il est possible d'obtenir un nombre moyen de six circulation en utilisant des vitesses d'injection très élevées, mai dans un.grand nombre de buts un nombre de un à quatre circ:.ations est suffisant.
De préférence, la quantité de vapeur utilise est comprise dans la gamme de 0,8 à 2 par rapport à 1 partie de
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charge d'hydrocarbure sur la base en poids. Des matières au- tres quela charge d'hydrocarbure particulière qui est uti- lisée et la vapeur peuvent être incorporées dans la charge, par exemple, l'air ou le méthane, toutefois, l'introduction d'air implique nécessairement de lester le gaz obtenu avec de l'azote, et bien que celui-ci puisse être tolérable, il pré- sente*des effets secondaires par exemple la réduction de la vitesse de déplacement de la flamme. L'introduction du métha- ne ne s'avère économique que dans des cas exceptionnels.
Bien que dans ce qui précède on se soit référé à des récipients en boucle et qu'on ait mentionné précisément des exemples dont tous comportent une seule boucle, des boucles plus complexes, en particulier disposées en parallèle, sont possibles pour fournir une certaine capacité de production ou pour offrir d'autres conditions de réaction quant à la pression et à la température et peut-être à la catalyse, etc.
Par exemple, une certaine proportion des réactifs peut être évacuée, mise en circulation à travers une zone de traitement spéciale et être réintroduite dans le récipient sans interrup- tion, cette zone de traitement spéciale peut faciliter l'action catalytique et la régénération du catalyseur sans gêner le fonc- tionnement continu du récipient du réacteur.
Une charge d'hydrocarbure quelconque peut être uti- lisée mais il est préférable d'utiliser un distillat qui, de préférence, mais pas nécessairement, bout dans la gamme com- prise entre 100 et 400 C. Des exemples de charges d'hydrocar- bure qui peuvent être utilisées sont des gaz naturels et des gaz de raffinage du pétrole, des fractions de distillats comme le gas-oil, le kérosène et le naphte vierge léger, l'huile de graissage ou des fractions de distillat, le goudron de cra- quage à la vapeur et peut être des "queues lourdes" provenant .
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. de divers procédés pétrochimiques,ainsi que des mazouts légers et d'autres mazouts contenant da petites quantités' de carburants résiduels et des mazouts lourds.
D'autres avantages et caractéristiques de l'inven- tion ressortiront de la description qui va suivre faite en regard des dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une coupe transversale à travers un réacteur ; et - la figure 2 est un schéma d'une installation de gazéification comportant un réacteur comme représenté sur la figure 1.
Le réacteur comprend un tube 11 de façon générale toroïdale ayant des parties latérales droites allongées pa- rallèles et est construit à partir d'un tube en acier inoxyda- ble ayant un diamètre interne de 11,56 cm et un diamètre externe de 13,13 cm. L'entrée 12 et la sortie 13 sont en une matière analogue et s'étendent l'une parallèlement à l'autre. Une conduite d'échappement 14 est prévue à l'autre extrémité du réacteur en vue de prélever des échantillons du mélange de réaction et jouant également un rôle mécanique en ce qu'elle aide à supporter l'extrémité libre du réacteur..
Le réacteur est monté dans un four 15.
En se référant à la figure 2, l'entrée d'entrée 12 du réacteur est reliée à un réchauffeur 21 qui comprend une bobine 22 pour préchauffer la vapeur d'eau et une bobine 23 pour préchauffer une charge d'hydrocarbure introduite par une conduite 24. Une conduite de dérivation 25 est prévue pour que la charge qui n'a pas été préchauffée puisse être introduite dans le réacteur 11. La vapeur est produite dans une chaudière 20.
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La sortie 13 est reliée à une chaudière 26 à chaleur perdue qui peut être utilisée pour produire la vapeur du procédé du procédé à un séparateur 27 de goudron et à un condensateur 28 d'eau, l'eau étant ramenée vers la chaudière '20. Le gaz du produit quitte le condenseur 28 par une conduite 29.
Le procédé de l'invention est décrit dans les exem- ples suivants.
EXEMPLES 1 à 10
On a utilisé le réacteur décrit ci-dessus pour réaliser les réactions décrites dans le tableau, la charge étant du gas-oil fourni au réacteur à la température ambiante.
Dans les essais représentés, on n'a décelé du carbone dans le goudron ainsi obtenu que dans les exemples 7 à 10.
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TABLEAU
EMI8.1
<tb> Exemple <SEP> n
<tb> 1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 5 <SEP> 6 <SEP> 7 <SEP> 7 <SEP> 8 <SEP> 9 <SEP> 10
<tb> Température <SEP> du <SEP> four, <SEP> C <SEP> 950 <SEP> 960 <SEP> 1000 <SEP> 1000 <SEP> 970 <SEP> 1060 <SEP> 1070 <SEP> 1140 <SEP> 1130 <SEP> 1200
<tb> Température <SEP> de <SEP> la
<tb> vapeur <SEP> C <SEP> 820 <SEP> 795 <SEP> 800 <SEP> 800 <SEP> 715 <SEP> 825 <SEP> 790 <SEP> 810 <SEP> 805 <SEP> 830
<tb> température <SEP> du <SEP> produit <SEP> C <SEP> 635 <SEP> 638 <SEP> 650 <SEP> 670 <SEP> 640 <SEP> 700 <SEP> 655 <SEP> 750 <SEP> 835 <SEP> 845
<tb> Charge <SEP> de <SEP> pétrole, <SEP> kg/h <SEP> 66,68 <SEP> 47,63 <SEP> 34,34 <SEP> 30,39 <SEP> 44 <SEP> 17,69 <SEP> 68,04 <SEP> 45,81 <SEP> 22,68 <SEP> 21,77
<tb> Charge <SEP> de <SEP> vapeur, <SEP> kg/h <SEP> 45,36 <SEP> 45,36 <SEP> 43,09 <SEP> 43,09 <SEP> 46,27 <SEP> 45,
81 <SEP> 68,04 <SEP> 44,45 <SEP> 26,30 <SEP> 25,86
<tb> Analyse <SEP> du <SEP> gaz <SEP> en <SEP> C4
<tb> H2 <SEP> % <SEP> en <SEP> vol.......... <SEP> 1,5 <SEP> - <SEP> 1,8 <SEP> 2,6 <SEP> 3,5 <SEP> 3,2 <SEP> 27,1 <SEP> 14,3 <SEP> 12,4 <SEP> 49,1 <SEP> - <SEP> 51,2
<tb> CO <SEP> .................... <SEP> - <SEP> - <SEP> 0,1 <SEP> 0,1 <SEP> 0,2 <SEP> 6,4 <SEP> 0,6 <SEP> 1,7 <SEP> 3,4 <SEP> 11,6
<tb>
EMI8.2
C02 ................... - - 0,1 O,i 0,2 5,1 - 1,3 6,z 4,7
EMI8.3
<tb> CH4 <SEP> 22,9 <SEP> 23,2 <SEP> 25,6 <SEP> 27,2 <SEP> 22,4 <SEP> 28,5 <SEP> 20,2 <SEP> 31,8 <SEP> 26,4 <SEP> 20,6 <SEP> .. <SEP>
<tb>
C2H4................... <SEP> 39,9 <SEP> 40,5 <SEP> 43,3 <SEP> 47,7 <SEP> 41,9 <SEP> 29,5 <SEP> 36,6 <SEP> 39,7 <SEP> 11,4 <SEP> 8,0
<tb> C2H6 <SEP> .................. <SEP> 5,1 <SEP> 4,2 <SEP> 3,2 <SEP> 2,3 <SEP> 6,0 <SEP> 0,5 <SEP> 3,3 <SEP> 2,0 <SEP> 2,5 <SEP> 3,9
<tb>
EMI8.4
e3H& 3"8 .................. 18,6 1996 14,8 7,3 16,6 2e4 14,6 6,9 3 g .....1....I....i.... 088 - - 0,9 4H8 .................. 12,0 10,7 10,3 11,8 8,2 0,5 10,4. 3,3
EMI8.5
<tb> C4H10 <SEP> ................. <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 0,5 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> -
<tb>
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EXEMPLE 11
En utilisant un réacteur comme décrit ci-dessus.
les proportions de réactifs introduits en poids ont été d'une partie d'huile pour 2 parties de vapeur et on a préchauffé les réac- tifs à une température de l'ordre de 300 C avant leur injection à grande vitesse dans le réacteur. A une température de parois du réacteur de 950 C et avec un temps de séjour de 1,05 secon- de, la valeur calorific du gaz produit formé a été de 4.450 Kcal/m3 environ mais il a existé 20 % de résidu dont les deux tiers ont été du carbone et le reste huileux.
EXEMPLE 12 . Un rapport de vapeur à huile de 2,5 : 1 a été préchauf- fé à 330 C et a réagi à une température de parois de 830 C avec un temps de séjour de 0,92 seconde. Dans ces conditions la valeur calorifique a été de 9.900 Kcal/m3 et le gaz a contenu 7 % de résidu composé également d'huile et de carbone.
EXEMPLE 13
Un rapport de vapeur à huile de 1 : 1 a été préchauffé à 280 C avec la même température du réacteur que l'exemple 2 mais le temps de séjour a été de 0,65 seconde. Le gaz n'a contenu que 2 % de résidu et a eu une valeur calorifique de 10.679 Kcal/m3.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à la forme de réalisation décrite et représentée et est suscepti- ble de recevoir diverses variantes rentrant.dans le cadre et l'esprit de l'invention.