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La présente invention concerne un procédé et un appareil pour effectuer la pyrolyse à haute température d'huiles lourdes telles que le mazout ou d'huiles résiduelles, en vue d'une récupération importante de produits pétroliers légers tels que du. gaz combustible et des gaz liquéfiés, -avec une production incidente seulement de produits plus lourds tels que l'essence. En parti- culier, l'invention concerne un procédé et un appareil pour le oracking thermique d'huiles lourdes en présence d'une masse con- tinuellement en circulation de matière réfraotaire en grains tels' que des granulés de capacité calorifique relativement élevée.
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Bien q\t8<-J.!'on,..ai<t: déjà Effectué des opérations de oraoking- thérti:een. ré,ance.. d, Speins. de. matière réfractaire maintenus enai'eu:tib2ians:dtzppr¯e..a.pp,.éà oOU;!I1P!E!P.:t 4-':' réchauffeurs à granulés" les -procédés -et appareils ut1sésn, convenaient pas à la production de produits pétroliers à point d'ébullition extrêmement bas à partir d'huiles lourdes. De telles opérations ont jusqu'ici.. été effectuées à des températures rela- basses tivement/de l'ordre de 400 à 4500 environ.
La présente invention concerne une opération de cracking thermique en présence de matière réfractaire solide en circula- tion, dans laquelle les températures de-réaction et.de régénéra- tion sont notablement supérieures à celles utilisées jusqu'ici, le produit récupéré comprenant surtout des hydrocarbures à bas point d'ébullition et dans laquelle on fait circuler la matière solide réfractaire/entre des zones de réaction et de régénération sous - forme d'un lit compact mobile.
En raison des températures extrê- 'mement élevées utilisées, il est nécessaire d'éviter des régions de surchauffe locale à l'intérieur de la masse en mouvement de granules solides en Assurant une distribution uniforme des solide)) sur toute la longueur du circuit d'écoulement vers le bas, et en particulier à l'intérieur des zones de réaction et de régénération oude chauffage, où la matière en grains s'écoule sous forme d'un lit compact mobile.
Selon l'invention, une,masse de granules solides de capa-', cité calorifique élevée et présentant une grande résistance à l'a-'
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brasion, tels que les granules communément utilisés dans les ré- chauffeurs à granules, circule d'une manière continue à travers fermç un système/présentant un trajet d'écoulement vers le bas relati-.
.vement long, et, à proximité de cette masse, est prévu un élévateu sensiblement vertical transportant vers le haut la matière en grains pour la renvoyer dans le circuit d'écoulement. Le circuit" '
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d'écoulement comprend en haut un fourrdenoombuation ou les
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matières charbonneuses déposées sur les granules sont enlevées par combustion en présence d'un gaz.contenant de l'oxygène, une zone inférieure de réaction dans laquelle la matière réfractaire en/grains vient en contact avec une charge d'huile lourde dans des condi- tions de température élevées permettant d'effectuer le cracking thermique désiré de la charge d'hydrocarbures avec dépôt simulta- né de matières charbonneuses sur les solides,
et une zone inter- médiaire dans laquelle sont effectués l'extraction uniforme de la matière en grains de la zone de combustion et son transfert et da redistribution dans la zone de réaction. L'élévateur comprend un ou plusieurs trajets de retour dans lesquels la matière en grains est transportée par voie pneumatique ou mécanique depuis une zone de réception située en dessous de la zone de réaction jusqu'à une zone située au-dessus du four, l'écoulement ,des solides entre le circuit d'écoulement et les zones de récep- tion et de déchargement s'effectuant par gravité.
Toujours , selon l'invention, l'aménagement en continu des zones de réaction est tel que les températures de fonctionne- ment les plus hautes a l'intérieur de l'appareil soient situées à la partie supérieure du circuit d'écoulement et les températures les plus basses à la partie inférieure, de sorte que la matière en grains après avoir terminé sa descente peut, avantageusement, être introduite dans l'élévateur à la température la plus basse possible.
En outre, la matière en grains descend par gravité/de façon continue/dans le circuit d'écoulement sous forme d'une masse compacte mobile, se déplaçant d'une manière uniforme en un lit com- pact non divisé dont la section transversale varie pendant l'écou- lement à travers le four jusqu'à la zone de distributioncet à travers le corps principal du réacteur ,puis se déplaçant d'une manière uniforme en plusieurs colonnes compactes pendant qu'elle est répartie sur la surface du lit de réacteur et pendant qu'elle est dépouillée '.-:
/./des produits gazeux de la réaction dans la par- intérieure d'extraction du réacteur, dans laquelle deux causent
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de hues températures excessives préjudiciables aux divers organes intérieurs dont supprimées par l'action fortuite de refroidisse- ment indirect due à l'introduction de vapeur de traitant pour abaisser la pression partielle des gaz dans l'espace dans solides situé au-dessus du lit dans le réacteur et entre et autour des colonnes de distribution, et en raison du fait que, lorsque les solides atteignent le niveau de dépouillement, la réaction endothermique précédente a provoqué un abaissement important de la température.
Le dégagement des gaz de combustion des solides dans la région inférieure de la zone de combustion et le dégagement des produits gazeux de réaction des solides dans la région/dU réacteur s'effectuent par expansion du lit mobile compact dans chaque zone créant une surface libre annulaire autour du lit.
Les substances gazeuses dégagées sont collectées dans une zone annulaire fermée contiguë à la surface libre périphérique et en sont convenablement éliminées en vue de leur traitement ultérieur ou d'autres usages amours. Une caractéristique de l'invention réside dans le fait que les solides descendent en formant un lit non divisé, sans que l'on.utilise des pièces disposées horizonta- lement, telles que des fers . U, des poutres creuses, des plaques de tête, etc.., enjambant le lit et supportant une charge mécanise importante.
Il est caractéristique également que l'enveloppe Physique du trajet d'écoulement, en particulier la partie reliant le four au réacteur, est telle qu'elle maintienne un/écoulement continu et uniforme des solides, assurant ainsi un gradient de température horizontal sensiblement.uniforme en travers du lit irrégulier dans le four, cet tout écoulement irrégulier dans cette partie pourrait avoir' des répercussions vers le haut et provoquer l'arrêt ou un écoulement inégal, ayant pour résultat un gradient de température défa vorable.
La description qui va suivre en regard du dessin annexé
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donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre com- ment l'invention peut être réalisée, les particularités qui res- sortent tant du texte que du dessin faisant, b'en entendu, partie de ladite invention,
La figure unique du dessin est une vue en élévation avec coupe verticale partielle d'un appareil suivant un mode de réalisa- tion de l'invention.
Dans le mode de réalisation de l'appareil représenté sur le dessin, le groupe de pyrolyse comprend une série de récipients reliés entre eux, alignés verticalement. Les récipients disposés et agencés de façon que la matière de contact en grains, telle que des granules, qui est introduite en haut du groupe puisse des- cendre de façon continue sous forme d'une masse compacte mobile au travers des chambres de contactât de leurs conduites de liaison.
Le groupe de pyrolyse dans son ensemble est indiqué par la référence 5 et l'élévateur destiné à maintenir la circulation en renvoyant la matière, en grains, déchargée du bas du groupe jusqu'à la partie supérieure de ce groupe, est constitué par un élémvateur pneumatique multiple désigné par la référence 6, étant entendu que, si on le désire, on peut utiliser un élévateur pneu- simple matique/ou un élévateur mécanique tel qu'un élévateur à godets.
En ce qui concerne la partie d'écoulement vers le bas du dispositif constituant le groupe de pyrolyse, la matière de contact comprenant des granules pré-fabriquésen céramique, ayant' un diamètre d'environ 8mm par exemple, est introduite par la con- duite 7 dans l'extrémité supérieure d'un four allongé 8 de forme irrégulière contenant une zone supérieure ou chambre de combustion 9 et une zone inférieure ou chambre de dégagement et de vidange 11.
On peut utiliser, si on le désire, des granules notablement plus petits ou plus gros.
Le four 8 comprend une partie cylindrique supérieure 12 présentant une tête bombée 10 qui en ferme l'extrémité supériere.
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La partie inférieure de la partie 12 est évusée extérieurement en 13 et est reliée le long de son périmètre inférieur au péri- mètre supérieur d'un partie conique allongée 14 dont la paroi est inclinée dans le sens d'écoulement des solides sous un angle tel que par rapport à l'horizontale qu'un;nasse mobile compacte descendant de granules/dans cette partie conique et sortant à la pointe du cône soit située à l'intérieur du cône d'écoulement des solides et présente une vitesse sensiblement uniforme dans n'importe quel plan horizontal de la masse compacte mobile.
Une chemise cylindrique ou prolongement 15 est fixée par sa périphérie supé- rieure à la paroi inférieure de la partie cylindrique 12 du four formant ainsi un prolongement de celle-ci faisant saillie vers le bas à l'intérieur de la partie conique 14 sur une distance suf- fiâante pour créer une chambre ou espace annulaire collecteur de inférieure gaz 16, relativement grand, situé entre la partie/15 de la partie cylindrique 12 et la partie la plus élevée de la pièce conique 14.
'Ainsi l'espace 16 est ouvert à son extrémité inférieure et est limité. par le prolongement cylindrique 15, la partie évasée 13 du cylindre 12 et l'extrémité supérieure de la partie conique 14.
L'écoulement des granules à travers l'ensemble du groupe de pyrolyse 5 est commandé à la partie la plus basse, c'est-à-dire au point où la matière pénètre dans l'extrémité réceptrice de l'élévateur, de sorte que, sur toute la longueur du groupe, les granules descendent de façon continue sous forme d'une masse mobile compacte dont la surface supérieure est située à l'intérieur du récipient 12 et reçoit d'une manière continue les granules tombant librement de l'extrémité inférieure de la con- duite 7.
En traversant les différentes chambres de contact du groupe, les granules descendent sous forme d'un lit mobile compact et,'lorsqu'ils passent, d'une chambre de contact à la chambre inférieure suivante, les granules descendent en formant
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un ou plusieurs courants étroits et compacts ou colonnes mo- biles., Un volume suffisant pour permettre les variations de la circulation dans l'appareil est prévu à la partie supérieure du four où la. surface de la couche 17 peut monter et descendre.
La zone de combustion, effective du four est située à l'intérieur de la partie. cylindrique supérieure et s'étend vers le bas jusqu'au périmètre Inférieur du prolongement cylin- drique 15 ou légèrement en dessous. En sortant de l'ouverture inférieure des parties cylindriques combinées 12 et 15, le lit mobile compact 17 s'étale et s'étend radialement jusqu'à la paroi de la partie 14 conique ou en forme d'entonnoir, formant ainsi pour la masse de granules une surface libre intérieure annulaire
18 inclinée suivant l'angle du talus d'éboulement de la matière particulière en grains utilisée, et s'étendant depuis le bord inférieur de la pièce cylindrique 15 jusq'à la paroi inclinée de la partie conique 14.
La surface libre 18 du lit sortant des cy- lindres forme la limite inférieure de l'espace annulaire collec- teur de gaz 16 entourant la partie intermédiaire du four.
L'espace 16 comminique avec au moins une buse d'échappement de gaz de combustion 19, prévue sur la partie Inférieure évasée 13. La buse 19 communique avec un élément de chaudière 20 conte- nant un dispositif connu de refroidissement, non représenté, pour la récupération des chaleurs perdues. L'élément de chaudière 20 est relié à une cheminée 21 par laquelle des produits gazeux de la combustion formés dans la zone de combustion ainsi que les gaz d'écran et de dépouillement, s'élevant verticalement du fond du lit 17, comme il sera décrit ci-aprèe, s'échappent à basse température .
Le dégagement des produits gazeux de la combustion et des gaz d'écran ou de dépouillement de la masse mobile et compacte des granules a lieu dans la région où la masse mobile compacte s'étale en sortant de la partie cylindrique 12 dans la partie
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conique élargie 14. Tous les produits gazeux de la combustion sont dégagés des granules avant qu'ils aient descendu d'une distance appréciable dans la partie conique 147 Les granules, débarrassée* des produits de la combustion, descendent dans la partie restante de la section conique 14 qu'ils quittent à l'extrémité inféri- eure par un conduit d'évacuation 22 formant fermeture étanche entre le four et la chambre réceptrice située immédiatement au- dessous et qui va maintenant être décrite.
Comme il a déjà été dit, la forme de la section conique 14 est telle que le lit
17 ait sensiblement, dans chaque section horizontale, une vi- tesse uniforme lorsque les granules sont extraits d'une manière continue par le conduit 22 sous forme d'une colonne compacte continue 23.
La partie inférieure du conduit 22 formant fermeture étan- che est reliée par un joint de dilatation de construction couran- te à la partie supérieure d'un récipient distributeur ou chambre 24 relativement petit, l'extrémité de sortie du conduit 22 péné- trant sur une distance notable'à l'intérieur de la chambre 24.
Le courant de granules sortant de l'extrémité inférieure de la colonne mobile étroite et compacte23 s'élargit pour former un petit lit mobile compact 25 à l'intérieur de la chambre 24. Le lit 25 présente une surface libreannulaire intérieure 26, s'éten- dant vers le bas et radialement suivant l'angle du talus d'éboule- ment de la matière en grains particulière utilisée depuis le pé- rimètre inférieur du conduit 22 jusqu'à la paroi latérale de la chambre 24. L'extrémité supérieure.de-la chambre 24 est munie d'un ajutage d'entrée 27 pour l'introduction d'ungaz formant éuran tel que de la vapeur dans l'espace situé au-dessus du lit 25.
Le gaz écran pénètre dans le lit 25 par la'surface 26, et la partie qui passe vers le haut à travers la colonne 23'dans la chambre 11 sert à dépouiller la masse compacte de granules des produits gazeux dans la partie conique inférieure 14 du four 8.
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L'extrémité inférieure de la chambre 24 est réunie à l'extrémité supérieure du récipient de réaction désigné dans son ensemble par la référence 28.
La forme du récipient de réaction 28 est quelque peu analogue à celle du récipient 8 en ce sens qu'il comprend une partie supérieure cylindrique 29 se prolongeant par une partie inférieure évasée 30 reliée à la partie supérieure d'un fond conique 31.
La partie supérieure cylindrique 29 du récipient 28 porte une tête 32 dont l'extrémité supérieu est réunie à l'ex- trémité inférieure de la- chambre 24 et en est séparée par une plaque de tête 33 qui sépare la chambre de distribution 24 de la chambre de réaction 34 du récipient 28. La chambre de réaction est la partie du récipient 28 comprise entre la partie cylindrique
29 et son prolongement inférieur 35, analogue au prolongement 15 de la pièce cylindrique 12. Un ensemble de longs tubes de descente
36 ont leurs extrémités supérieures fixées dans la plaque de tête33 suivant un tracé permettant d'effectuer une descente uniforme des granules du bas du lit 25.
Les tubes 36 se terminent vers le bas à un niveau intermédiaire commun dans la chambre 34, les extrémités de sortie des tubes de descente étant disposées le long d'une circonférence adjacente à la périphérie de la chambre 34.
Un seul tube de descente de plus grande dimension
37 est disposé axialement dans la plaque de,1 tête 33; son extré- mité supérieure est située dans la chambre 24 à un niveau inter- médiaire dans le lit 25e tandis que son extrémité inférieure est située dans la chambre 34 à un niveau intermédiaire situé bien au-dessus du niveaiL inférieur des tubes de descente 36, L'extré- mité inférieure du tube 37 est munie de moyens connus pour dé- ' charger les granules sous forme d'un rideau annulaire descendant ainsi qu'il est représenté en 38, La surface d'écoulement du
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tube de descente 37 et la surfis totale d'écoulement des tubes de descente 36 sont dans un rapport tel que la majeure partie des granules passe par le tube descendant central 37,
A l'intérieur de la chambre de réaction 34 les granules forment un lit compact mobi- le 39 dont la surface est située à un niveau intermédiaire entre l'extrémité inférieure du tube de descente 37 et les extrémités inférieures des tubes de descente 36.
On introduit la charge d'hydrocarbures liquides lourds par la conduite d'admission 41 qui entre dans la chambre 24, et pénètre dans la chambre 34 à l'intérieur du tube de descente
37, le liquide étant refoulé d'une manière connue en un point. situé à l'intérieur du rideau descendant de granules 38. La charge d'hydrocarbures sous forme de jet pulvérisé est distribuée sur la matière en grains tombant librement et est entraînée ainsi à la surface du lit 39.L'injection d'un liquide d'alimentation sur un rideau descendant de particules de matière solide est bien connu dans la technique, et est décrite, par exemple dans le bre- vet américain no.2.548.912 au nom de R.T.SAVAGE, de sorte qu'il n'est pas nécessaire de décrire cette partie de l'appareil pour la compréhension totale de l'invention.
Tandis que'les granules, mouillés de liquide,-constituant le lit mobile 39, descendent dans la partie du récipient 28 délimitée par les pièces cylindriques 29 et 35, les hydrocarbure. sont convertis, dans des conditions favorables à la réaction, en produits gazeux de conversion que l'on veut obtenir. A l'ex- trémité inférieure de la ch.mbre de réaction, le lit 39 s'étale radialement lorsqu'il sort dans la partie conique 31. De la vapeur de traitement est introduite en quantité importante par la tuy- .auterie 42 dans la région de la chambre 34 située au-dessus, de la surface du lit 39 pour des raisons qui seront décrites plus loin propos du fonctionnement du système.
La partie inférieure élégie du lit 39 présente une sur-
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face libre annulaire 43 inclinée suivant l'angle du tolus d'éboulement des granules depuis le périmètre inférieur de la pièce cylindrique 35 jusqu'à la paroi inclinée du fond conique 31 du récipient 28. La surface libre 43 du lit 39 forme la limite inférieure d'un espace collecteur de gaz 44 délimite également par les pièces 30,31 et 35. Les produits gazeux de la réaction circulant conjointement avec les gra- nules dans la partie élargie se dégagent des granules à la surface libre 43 et se rassemblant dans l'espace annulaire collecteur de gaz 44. Les produits gazeux de la réaction sont ensuite extraits du volume 44 par la tubulu.re de sortie 45 et sont conduits vers d'autres appareils non représentés où ils subissent d'autres traitements.
Comme dans le cas du four, la partie la plus importante des produits gazeux provenant de la ré- action se dégagent sur un trajet relativement court au-dessous de la limite inférieure de la zone de réaction, c'est-à-dire au- du niveau dessous/où le lit s'étale dans la pièce 31..
La partie inférieure de la pièceconique 31 du réac- teur 28 est munie d'un groupe de conduits 46 d'extraction des solides qui, à l'exception de leurs extrémités, sont noyés dans une masse de matière réfractaàre 47, telle que du sable, formant une couche isolante d'épaisseur notable s'étendant horizontale- ment en travers de la région inférieure de la pièce 31, à un certain niveau au-dessus de son extrémité inférieure. La ma- tière réfractaire 47 repose sur une pièce-support transversale de forme irrégulière, indiquée dans son ensemble, par la référence
48, comprenant une plaque de tête annulaire horizontale 49 partant vers l'intérieur de la paroi de la:pièce 31, avec une portion descendante centrale ou noyau 50 qui s'étend -bers le bas presque jusqu'au fond du récipient.
La partie inférieure du noyau 50 converge sous le même angle que la section conique 31 mais en est espacée de .Manière à ménager un passage pour les granules. Les
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extrémités inférieurs des conduits d'extraction 46 sont fixées dans la plaque de tête 49, qu'ellesdopassent par en dessous, et leurs extrémités supérieures font saillie légèrement sur le dessus de la couche de matière réfractaire, et pénètrent à l'in- térieur du lit 39. Les extrémités supérieures des conduits 46 sont réparties régulièrement le long de quatre circonférences concentriques et les extrémités inférieures sont disposées de ma- nière à déboucher sous la plaque de tête 49 le long de deux circon- férenoes concentriques.
Etant donné que les conduits 46 débouchent à un ni.-veau situé en dessous de la plaque de tête'49, un espace annulaire sans solides 60 se forme au-dessus de la surface des matières extraites. L'espace 60 est. délimité latéralement par la paroi de la pièce 31 et les parois verticales du noyau 50
Un passage annulaire est ainsi créé eu bas du réacteur .28, dans lequel les granules extraits du lit 39 tombent vers une seule conduite axiale d'évacuation 51 partant vers le bas depuis le fond du récipient 28 et munie d'un. vanne de fermeture 52.
@ l'intérieur de l'espace annulaire compris entre le noyau 50 et la paroi de-la pièce 31 se trouve un organe 53 en forme d'entonnoir s'étendant Jusqu'à un certain niveau situé à l'intérieur de la conduite d'évacuation 51.
La partie supérieure de l'organe en forme d'entonnoir 53 est située au-dessus et entre les circonférences des extré- mités de décharge des conduits 46, de sorte queles granules
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s'échappant des divers orifices "sont 'conduits en.deux courants annulaires séparés et convergents 54 et 55. Le courant compact mobile 54 reçoit les granules des conduits 46 les plus au ...centre et, s'écoule axialement à l'intérieur de la conduite'
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' ." .'Stacuat3,on 51, tandis que le courant compact mobile 55 reçoit" ' ' les granules des conduits les plus extérieurs et s'écoule dans la région périphérique de la conduite 51 au même niveau que le
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courant intérieur 54, les deux courants fusionnant en une saule colonne mobile compacte 56.
Comme les granules se déplacent de façon continue à travers tout le groupe sous-,forme d'une masse mobile compacte, les conduits 46 débouchent directement dans la masse mobile compacte de solides dont la surface présente des du talus parties inclinées vers la bas suivant la pente d'éboylement partant de chacune des extrémités inférieures de ces conduits.
L'espace 60 exempt de particules de la région supérieure de la chambre annulaire 49 constitue une, chambre d'introduction de gaz dans laquelle on peut Introduire un gaz de dépouillement tel que de la vapeur par la conduite d'admission 57. Le gaz de dépouillement s'écoule vers le haut par les conduite 46 et par et le bas du lit 39/se dégage avec les produits gazeux de la réac- tion à la surface 43. Le.gaz de dépouillement crée un écran contra tout déplacement inopportun des produits gazeux de réaction vers la partie élévatrice du dispositif.
Des grilles de garde en forme de coupelles 58 sont prévues au-dessus de l'entrée de chacun des conduits 46 pour empêcher leur bouchage par de gros amas de substances telles que celles' qui peuvent provenir de l'effritement du revêtement réfractaire. Les grilles 58 peuvent être supportées par tout moyen connu, par les extrémités supérieures des conduits ou bien on peut les faire reposer sur la couche isolante réfractaire.
Du bas de la conduite d'évacuation 51 les granules, contenant des dépôts charbonneux formés par la décomposition des hydrocarbures dans la zone de réaction, sont amenés vers le bas et vers un côté du groupe par la conduite inofinée 59, laquelle est munie d'un déflecteur intérieur longitudinal 61 disposé de manière à guider les granules en deux courants séparés supérieur et inférieur, 62 et 63, respectivement. Le déflecteur part de l'angle de raccordement des conduites 51 et 59.
Au bas de la conduite inclinée 59, les courants séparés de granules 62
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et 63 sont réunis en un seul courant à l'angle de raccordement entre la conduite 59 et un court élément vertical de conduite 64,
Une chambre de distribution 65 reçoit de la conduite 64 les granules qui se déposent directement à la surface d'un lit mobile compact relativement petit 66 Du distributeur 65, les gra- nules sont transportés par des conduites individuelles non re- présentées à des chambres d'admission 67 d'un système élévateur pneumatique, multiple dont deux chambres sont représentées schématiquement sur le dessin.
L'élévateur pneumatique, peut être d'un type de construc- tion usuel, comprenant par exemple, deux ou plusieurs tubes élé- vateurs 68, chaque tube élévateur étant muni de sa propre chambre d'admission 67 et étant alimenté séparément en gaz élévateur par des tuyères 69. Chaque tube élévateur débouche à son extré- mité supérieure dans un récipient séparateur commun 71 situé bien au-dessus de la partie supérieure du groupe de pyrolyse.
Comme l'élévateur 6 peut être de tout modèle connu, mécanique ou pneumatique, permettant d'élever les solides en quantité suffi- . santé pour maintenir leur circulation au taux voulu et de manière à réduire l'usure indésirable de ces solides, il n'est pas essen- tiel, pour la compréhension de l'invention, de décrire davantage le type particulier d'élévateur réprésenté ou un autre type appro- prié,
Après séparation dans le récipient 71 du courant gazeux d'entraînement, les granules reviennent par gravité par la conduite 7 dans la partie supérieure dufour 8 pour circuler à nouveau dans le groupe de pyrolyse.
En effectuant une opération de pyrolyse à haute tempé- rature, par exemple à une température comprise entre 620 et 8400 environ, il faut tenir compte de certaines conditions qu'on ne rencontre pas dans les opérations effectuées à température plus basse. Par exemple, l'utilisation de telles températures
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extrêmement élevées rend impraticable dans beaucoup de cas Item- ploi de dispositifs ou structures intérieurs du type habituel et des matériaux de construction usuels.
Pour éviter la nécessité d'avoir recours à des matériaux de construction pluscoûteux et moins facilement disponibles, l'invention envisage l'élimination presque totale de toutes pièces-supports internes enjambant les lits mobiles compacte,; de
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sorte qúe;;.tO'u..1Wle1 poids -de la masse mobile, corana-cise A,:grs. repose pour la plus grande part sur les surfaces intérieures de, l'enveloppe ou du récipient qui les contient.
Aux températures élevées considérées dans l'opération de pyrolyse, les matériaux de construction usuels sont en général incapables de supporter d'une manière satisfaisante la lourde charge des lits de catalyseur. Cela veut dire que des pièces tel- les que les plaques de tête, les conduits, les traverses, etc..., qui enjambent le lit et les pièces-supports accessoires telles que les conduits ou les tubes de descente sont sérieusement affaiblis aux hautes températures et, à moins d'être spécialement renforcés, il est possible qu'elles soient graveraient déformées ou qu'elles s'écrasent sous la charge imposée.
Le présent appareil supprime la nécessité de fabriquer de telles pièces de construction ou accessoires en alliages coûteux capables de conserver leur résistance mécanique aux hautes températures. Il y a lieu de noter que, là où l'on utilise des plaques de tête, c'est-à-dire au bas de la chambre de distribution 24 et au niveau de l'introduction de gaz de dépouil- lement sous la couche de matière isolante réfractaire 47, il se produit incidemment un refroidissement en raison de l'injection .d'un produit gazeux à une température relativement basse. Les granules s'écoulant par le conduit 22 sont quelque peu refroidis par le contre-courant de gaz écran introduit près de son extrémité ' inférieure.dans la chambre 24 par la tuyère d'admission 27.
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plaque de tête 33 et les tubes de descente 36 et 37 sont en outre refroidis par l'échange direct de chaleur avec la vapeur basse à température relativement/introduite par la tuyauterie 42 dans le haut de la chambre 34. La pièce-support transversale 48, comprenant la plaque de tête 49 et le noyau 50, est refroidie par le gaz de dépouillement, ou la vapeur, introduit dans l'espace 60 sous la pièce 48 par la conduite 57. Ainsi, l'ensemble du groupe est pro- tégé contre les températures extrêmement élevées là ou.les pièces intérieures ont à supporter une partie du poids de la charge.
En relation d'ailleurs avec la question du contrôle de la température, les températures dans l'appareil.dépendent jusqu'à un certain point du taux de'conversion, c'est-à-dire de la production totale en produits légers expriméen pourcent du poids d'huile fourni au réacteur.
Aux taux de conversion les plus.bas, le dépôt de coke sur les granules. dans la zone de-conversion peut être insuffisent pour fournir la chaleur de combustion nécessaire à maintenir le groupe en-équilibre général thermique. Ainsi, une combustion insuffisante dans le four peut créer une baisse de température des granules qui en sortent, c'est-à-dire que la température à laquelle ils sont introduits dans le réacteur peut être inféri- eure à celle nécessaire pour vaporiser,* et convertir la charge li- quide.
En pareil cas, on peut fournir de la chaleur supplémentaire à la partie supérieure de la chambre de combustion 9, au moyen de brûleurs à mazout ou à gaz 72 de type connu répartis uniformément autour de la périphérie supérieure;du récipient 12, l'air étant fourni par les tuyères 73 et le carburant par les canalisations 74,
Aux taux supérieurs de conversion,' le dépôt de coke sur les granules peut être en excès.de ce qui est'nécessaire, de sorte que les températures peuvent avoir tendance à devenir trop élevées dans la zone de combustion.
Dans ce cas, on peut arrêter l'alimentation en combustibles des'brûleurs 72, de sorte que l'air
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relativement froid injecte par les tuyères 73 abaissera la tempé- rature du four au niveau voulu. Evidemment, il peut y avoir un faux intermédiaire de conversion pour lequel le groupe sera sensiblement près de l'équilibre thermique. Les tuyères à air
73 servent également à fournir au four de l'air en plus de l'air fourni par le circuit élévateur, dans le cas où le gaz d'entraî- cément est en quantité insuffisante pour assurer la combustion désirée dans le four.
Dans une opération type réalisée suivant l'invention, les granules, retournés au groupe de pyrolyse par l'élévateur pneumatique et la conduite'7, sont introduits dans le four 8 à une température de l'ordre de 538 à 6500 environ. Cette température peut être légèrement supérieure à celle des granules recouverts de coke au moment de leur introduction dans l'élévateur en raison de la faible régénération partielle ou combustion effectuée dans le circuit élévateur en présence du gaz d'entraînement contenant de l'oxygène. On considère cependant que l'effet de refroidisse- ment du gaz d'entraînement plus froid introduit dans les chambres d'admission par les tuyères 69 tend au moins partiellement à limiter une telle élévation de température dans l'élévateur.
A l'intérieur du four 8 le dépôt charbonneux est à peu près complètement enlevé des granules par combustion avec, comme résultat, une élévation de la température de la masse du lit 17 à un niveau de l'ordre. de 805 à 8650 environ. La température au-dessus du lit
17 peut être beaucoup plus élevée que la température du lit en raison de la chaleur supplémentaire fournie par les brûleurs 72.
Ainsi la température, dans la zone sans matières solides, en haut de la chambre 9, peut être de l'ordre d'environ 1.000 , température' pour laquelle il y a des risques de détérioration de l'appareil à moins qu'un isolement convenable'n'ait té prévu pour protéger les parois du récipient et les autres parties exposées. Il va par suite,de soi qu'un isolement intérieur convenable est prévu dans
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toutes les régions à haute température du groupe, bien qu'un tellement n'ait pas été représenté sur la figure pour plus de , clarté.
En raison des températures extrêmement élevées utilisées dans le four, la question de l'écoulement uniforme des substances solides présente une importance considérable . Comme l'écoulement des solides dans le lit reflète les particularités de l'écoulement dans la section d'extraction en dessous du lit, il est important qu'il ne se produise pas dans cette section d'extraction des zones de stagnation ou d'écoulement non uniformes qui se propageraient vers le haut dans la partie principale du lit où s'effectue la réaction désirée.
C'est pourquoi le four 8 est muni d'un fond conique allongé 14 dont la paroi est inclinée suivant un angle relativement aigu pour maintenir un écoulement continu et ininterrompu de granu- les depuis le four jusqu'au conduit de sortie 22. Il a été montré expérimentalement qu'une matière en grains, telle que des granules, s'écoule d'un récipient dans un tube de décharge ou par un orifice de telle manière que la limite des particules s'écoulant effecti- vement ou " cône d'écoulement des soliides ", comme on l'appelle parfois, fasse un angle d'environ 15-17 avec la verticale La partie conique 14 converge donc en conséquence, de.sorte qu'il n'y a aucune zone périphérique de matières solides en stagnation ou .en déplacement lent,
ce qui assure un gradient de vitesse horizon- tale uniforme dans la partie cylindrique du lit du four, c'est-à- dite dans la zone de combustion réelle-.
Les produits gazeux de combustion ou gaz"de fumées se dégagent de la surface libre annulaire 18 dans la zone collectrice. à une température sensiblement égale à celle du lit à ladite sur- face et, après avoir été refroidis dans l'élément de chaudière 20 à la base de la cheminée 21, sont évacués à une température de l'ordre de 320 à 350 environ.
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En s'écoulant par la partie conique 14 et le conduit
22, dans la chambre 24, les granules viennent en contact avec du gaz d'écran tel que de la vapeur, passant à contre-courant et introduit par la tuyère-27. La quantité de vapeur nécessaire pour former l'écran n'est pas suffisante pour effectuer une diminution sensible de la température des granules, de sorte que ceux-ci s'écou- . lent dans le réacteur par les tubes 36 et 37 sensiblement à la température du litdans le four 17. La majeure portion des granules passent par le tube 37 et, pendant qu'ils s'écoulent de celui-ci sous forme d'un rideau annulaire tombant librement, ils sont mis en contact avec les hydrocarbures liquides introduits par la conduite d'admission 41 à une température maximum d'environ
385 .
Le reste du courant de granules réparti entre les divers tubes de descente 36, se dépose directement sur la surface du lit dans le réacteur 39.
La quantité totale de granules en circulation e st à tout moment maintenue au-dessus de la quantité formant le rideau annulaire entourant l'ajutage d'injection du liquide de type connu monté à l'extrémité de sortie de la conduite 41, de sorte que les extrémités inférieures des tubes de descente 36 maintien- nent le lit à ce niveau. La partie centrale du lit est bombée, de sorte que les granules, mouillés de liquide, provenant du rideau s'étalent radialement et vers le bas pour se répartir sur ,la surface entière du lit.
En vue de maintenir les conditions de marche voulues, on injecte par la tuyauterie d'admission 42 une quantité importante de vapeur d'eau dans la chambre 34. -La vapeur sert à réduire la formation de coke et, avec la charge d'hydrocarbures, a un effet direct de refroidissement sur les granules arrivants, de sorte que la zone la plus élevée du lit dans le réacteur 39 est portée à une température d'équilibre comprise entre 638 et 700 , Lorsque les granules descendent à travers la zone de réaction, la nature
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endothermique de la conversion des;* hydrocarbures abaisse la tem- pérature entre 580 et 650 , température à laquelle les produits gazeux de la réaction se dégagent à la surface annulaire 43 du lit et sont collectés dans l'espace vide annulaire 44.
A la même température sensiblement, les produits gazeux de conversion sont extraits du groupe de pyrolyse et sont ensuite traités dans des appareils voisins pour fournir les produits légers désirés, tels que du gaz léger, de l'éthylène, des gaz de pétrole liquéfiés, de l'essence, du gas-oil, etc...
Lorsque les granules traversent la zone de dégagement au bas du lit 39, ils viennent en contact'avec la vapeur de dé- pouillement circulant à contre-courant. La quantité de vapeur nécessaire pour ce dépouillement n'est pas telle qu'elle produise un 'abaissement considérable de la température des granules, aussi passentils à travers le dispositif d'extraction au bas du groupe et arrivent dans les chambres d'admission de l'élévateur $, une température qui est-seulement légèrement réduite.
A l'intérieur de L'élévateur, l'air froid utilisé comme gaz d'entraînement tend à refroidir quelque peu les granules chauds, et il tend à se produire une perte supplémentaire de cha- leur lorsque les granules traversent le long circuit de l'éléva- teur. D'un autre côté, la température des granules tend à s'élever jusqu'à un certain point iïar la chaleur due à la régénération exo- thermique partielle à l'intérieur de l'élévateur. Bien que la durée du séjour des granules dans l'élévateur soit relativement courte, ' elle est estimée suffisante pour produire un début de combustion' .du coke chaud en présence du gaz d'entraînement contenant de l'oxygène.
On estime que l'échange net de chaleur est tel que les -granules reviennent à la partie supérieure du circuit d'écoulement vers le bas à une température qui ne diffère pas sensiblement de ' celle qu'ils avaient lorsqu'ils ont été extraits du réacteur.
En ce qui concerne les pressions à l'intérieur du système,
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les pressions dans les diverses snes de contact et conduites : de la section de traitement, dans;, les tubes élévateurs et les trémies aocessoires d'entrée et de sortie ne diffèrent pas essentiellement de celles utilisées couramment dans les appareils de cracking catalytique à lit mobile, tels que celui dont il est question dans un article intitulé " Houdriflow New Design in Cata- lytie Cracking" publié à la page 78 du numéro du 13 janvier 1949 de " Oil and Gas'Journal".
Grâce à l'invention, il a été possible de réduire beaucoup des inconvénients rencontrés dans la conduite d'une opération continue à lit mobile aux températures très élevées, telle que le cracking pyrolyti'que qui vient d'être décrit. Le procédé elt l'appa- reil perfectionnés pour faire circuler des matières réfractaires chaudes à des températures supérieures à celles considérées ordinal* rement comme utilisables dans les systèmes connus, rend possible de cracker pyrolytiquement des huiles lourdes en vue d'obtenir des .produits pétroliers légers, avec incidemment seulement la récupéra- tion de produits plus lourds tels que l'essence et des produits à points d'ébullition plus élevés.