Brevet FR2006660A1 — publié le 19700102

La présente invention concerne un procédé pour la préparation d'un combustible liquide utilisable pour être manipulé dans un atomiseur du type à pression, en utilisant comme matière de départ une charge contenant des hydrocarbures. Une charge contenant des hydrocarbures peut consister en hydrocarbures seulement, mais elle peut consister aussi en hydrocarbures auxquels on a ajouté des asphaltènes, des particules de suie, des particules de coke ou des particules de charbon ou des combinaisons de ces matières. Bes hydrocarbures sont habituellement des fractions d'huiles minérales consistant en fractions distillées ou fractions résiduelles ou leurs mélanges. De plus, il est possible d'utiliser un pétrole brut tel quel. La manipulation d'un combustible dans un atomiseur du type à pression est une technique qui est largement utilisée dans la pratique. Le combustible est passé sous unChaute pres 2 sion, allant par exemple Jusqu'à 150 kg/cm2, à un atomiseur, ce qui entratne la formation de très petites gouttelettes de liquide qui quittent l'atomiseur pour entrer par exemple dans une chambre de combustion. La température de la charge dans l'atomiseur est choisie de manière que la viscosité de la charge soit assez basse pour que la charge soit atomisée. On cherche à avoir des viscosités au-dessous de 100 cSt, de préférence audessous de 20 cSt. Toutefois, la température à laquelle une charge peut être chauffée est sujette à des limitations.En général, on prend comme limite supérieure la température à laquelle une décomposition thermique d'un ou plusieurs constituants de la charge peut se produire. Pour de nombreuses charges, cette température est de l'ordre de 3500C. Pour cette raison, les charges lourdes, qui ne satisfont pas aux exigences concernant la viscosité à la plus haute température admissible, ne peuvent pas être manipulées. C'est un gros inconvénient, parce que ces charges lourdes sont souvent relativement bon marché, en particulier quand elles comprennent des sous-produits comme la suie ou des asphaltènes. L'invention fournit un procédé par lequel on remédie à cet inconvénient dans une mesure considérable. L'invention concerne donc un procédé pour la préparation d'un combustible liquide convenable pour être manipulé dans un atomiseur du type à pression, en utilisant comme matière de départ une charge contenant des hydrocarbures, procédé selon lequel un gaz non-hydrocarbure est dissous dans la charge à raison d'au maximum 95 % de la quantité maximale qui peut se dissoudre à la température et à la pression existant dans la canalisation juste avant l'atomiseur du type à pression. Le terme "gaz", tel qu'il est utilisé ici, englobe aussi les vapeurs. L'expression "gaz non-hydrocarbure" signifie que le gaz n'est pas un hydrocarbure. On obtient de cette manière des réductions remarquablement fortes de la viscosité. On a trouvé que la viscosité d'une matière de départ peut etre réduite à une valeur, mesurée à la meAme température, qui est environ le tiers de la valeur initiale. Comme résultat, les exigences concernant la viscosité peuvent maintenant être satisfaites à une température à laquelle autrement la viscosité serait trop élevée. Cela signifie, de plus, qu'avec le procédé de l'invention on peut atteindre une réduction de 400C de la température minimale nécessaire autrement pour que la charge puisse être manipulée dans un atomiseur du type à pression. De plus, on a trouvé que le gaz dissous a un effet favorable sur l'atomisation du combustible. Comme résultat de ce que la pression dans l'atomiseur du type à pression diminue très rapidement, la solubilité du gaz diminue aussi. Le gaz ainsi libéré contribue à ce que les gouttelettes de liquide soient divisées dans une plus grande mesure. À ce propos, il est d'une grande importance qu'il ne se produise pas de formation de bulles de gaz dans l'atomiseur du type à pression. Autrement, la flamme produite serait irrégulière en raison deseinterrup- tions courtes répétées du courant de combustible venant de l'atomiseur. Ce phénomène peut même provoquer l'extinction de la flamme.Comme conséquence de la réduction de la pression dans l'atomiseur du type à pression, le combustible atteint un état dans lequel la solution ne peut plus entre stable. Le gaz commence à quitter la solution. Toutefois, le temps-d:e-séjour du combustible dans la zone où la pression diminue dans 1-' atomiseur du type à pression est très court. Pendant ce court laps de temps, le gaz commence tout juste à quitter la solution. Ainsi, en réglant la quantité de gaz à dissoudre dans la charge à pas plus de 95 % de la quantité qui peut se dissoudre à-la température et à la pression existant dans la canalisation juste avant l'atomiseur du type à pression, la formation de bulles de gaz dans l'atomiseur du type à pression est empêchée, de sorte que la stabilité de la flamme est maintenue.De plus, on assure de cette manière que le gaz dissous ait pour effet d'améliorer l'atomisation, en plus de son rôle de réduction de la viscosité. La quantité maximale de gaz qui peut se dissoudre, outre le fait qu'elle dépend de la température et de la pression, est déterminée par la nature du gaz et de la charge. Cette quantité peut être mesurée expérimentalement. La quantité désirée de gaz peut alors être déterminée. Le combustible peut être mis sous pression à l'aide du gaz et conservé dans un récipient ou un réservoir sous pression, ni on le désire. Selon un autre mode de mise en oeuvre de l'invention, le gaz peut être dissous dans le combustible à une température plus basse et sous une pression plus basse que la température et la pression existant dans la canalisation juste avant l'atomiseur du type à pression, le combustible étant ensuite chauffé et/ou mis sous une pression plus forte. De cette manière, il sera toujours possible d'ajouter la quantité de gaz à dissoudre d'une façon précise en proportion du débit de la charge. En général, la solubilité du gaz diminue quand la température s'élève et elle augmente quand la pression du gaz augmente. En choisissant les conditions dans lesquelles le gaz est dissous de façon à obtenir une combinaison convenable, on peut arriver à la quantité désirée de gaz dissous dans les conditions existant juste avant l'atomiseur.Le gaz éventuellement libéré peut être évacué à une pression juste légèrement inférieure à celle existant immédiatement avant l'atomiseur du type à pression. Alors, quand la pression du liquide est encore accrue, la solution n'est plus saturée. Il est possible aussi de saturer la charge en gaz sous une pression légèrement inférieure à la pression existant dans la canalisation juste avant l'atomiseur du type à pression et à une température qui est égale à la température dans cette canalisation. Quand la pression du liquides encore accrue, la solution dans les nouvelles conditions devient non-saturée. Comme gaz selon l'invention, on peut utiliser n'importe quel gaz non-hydrocarbure (y compris les vapeurs comme spécifié ci-dessus). De préférence, le gaz est l'un des gaz qui sont obtenus lors de la combustion du combustible atomisé. On obtient des effets très favorables si le gaz-consiste en vapeur d'eau. On obtient aussi des effets favorables avec l'anhydride carbonique ou avec 1?o:dogène, ainsi qu D il apparait d'après les exemples étudiés ci-après. Il est possible aussi d'utiliser des combinaisons de gaz. La dissolution de vapeur d'eau ou d'anhydride carbonique non seulement donne les effets mentionnés ci-dessus d'une réduction de la viscosité et d'une amélioration de l'atomisation, mais encore réduit la formation de suie durant la combustion. Quand le gaz utilisé consiste en vapeur d'eau, il peut être introduit initialement dans la charge à l'état d'eau, de préférence sous la forme de très petites gouttelettes, à une température plus basse que celle existant dans la canalisation juste avant l'atomiseur du type à pression. La température est ensuite portée à la valeur voulue pour vaporiser l'eau complètement, la vapeur d'eau éventuellement non dissoute étant éliminée avant que le combustible ne passe à l?atomiseur. Ce mode opératoire offre de grands avantages d'un point de vue technique, car l'eau est bon marché et permet un dosage facile. S'il est possible de choisir la température et la pression de manière que le point critique du gaz en question soit dépassé, alors le risque de formation de liquide à partir de ce gaz n'est plus présent. rouir l'eau, le point critique se trouve à 3740C et 218 kg/cm2. Ces valeurs sont élevées, mais peuvent néanmoins 8trie utilisées dans la pratique pour les combustibles qui ne se décomposent pas ou ne se décomposent que légèrement dans ces conditions. Les avantages du procédé selon l'invention sont évidents en particulier dans les processus de combustion utilisant des combustibles très lourds. Be procédé de l'invention est spécialement utilisable pour la manipulation de combustibles contenant de la suie. Ceci permet de recycler la suie obtenue par combustion partielle du combustible atomiste au combustible à parti duquel on prépare le combustible liquide. Par exemple, ce mode de mise en oeuvre de l'invention peut être appliqué à un procédé pour la préparation de gaz contenant de l'oxyde de carbone et de l'hydrogène par combustion partielle d'une charge contenant-des hydrocarbures avec un gaz contenant de l'oxygène dans un réacteur sous une pression plus élevée que 1 kg/cm2. Dans un procédé de ce type, la formation de suie est difficile à empêcher. Habituellement, > la suie est séparée du courant de gaz produit par lavage par un liquide, par exemple à l'eau.Pour séparer la suie de la bouillie de suie obtenue, on peut opérer par exemple par agglomération à l'aide d'un hydrocarbure. Les agglomérés obtenus peuvent 8trie réintroduits dans la charge sous la forme de particules fines, de manière que l'on obtienne un combustible qui contient du carbone sous la forme de très petites particules. Ceci, toutefois, entratne un accroissement considérable de la viscosité. Le procédé selon l'invention permet d'obtenir une réduction importante de la viscosité,-avec le résultat qu'il est possible d'augmenter la quantité de suie qui peut être recyclée à la charge jusqu'à ce qu'on atteigne la limite supérieure des viscosités admissibles dans l'atomisation. Exemple I La viscosité d'une charge d'hydrocarbures, composée d'hydrocarbures liquides, d'asphaltènes et de bitumes, est déterminée à des températures différentes. Ensuite, un échantillon de cette charge est mis sous une pression d'anhydride carbonique de 95 kg/cm2 et la viscosité est déterminée sous une pression d'anhydride carbonique de 95 kg/cm2 à des températures différentes, chaque fois après un intervalle de quelques heures. On obtient les résultats suivants. Viscosité en centipoises Température, OC Charge Charge avec C02 dissous 255 6600 260 4700 2040 270 2900 1250 280 1670 820 290 1100 580 300 720 400 Ainsi, par dissolution d'anhydride carbonique, la viscosité de cette charge très lourde est réduite d'un facteur 2 environ. Sur un graphique où on reporte le logarithme de la viscosité en fonction de l'inverse de la température absolue, on obtient des lignes droites. Il résulte de ces lignes qu'une viscosité de 100 cPo est atteinte pour la charge à 3500C et pour la charge avec C02 dissous à 34100. Exemple II Un échantillon d'une charge similaire à celle utilisée à 2 l'temple I est mis sous une pression d'hydrogène de 220 kg/cm En effectuant des mesures similaires à celles décrites à l'Exemple I, on obtient les résultats suivants Viscosité en centipoises Température, OC Charge Charge avec R2 dissous 280 1580 1350 290 1050 700 300 720 370 Dans ce cas également, on obtient des lignes droites comme décrit à l'Exemple I quand on reporte les logarithmes de la viscosité en fonction de 1 inverse de la température absolue. Il en résulte qu'une viscosité de 100 cPo est atteinte pour la charge à 3580C et pour la charge avec H2 dissous à 3210C. C'est une réduction très considérable. Exemple III Uu échantillon de la même charge que celle utilisée à l'Exemple I est mis sous une pression de vapeur d'eau de 60 kg/cm . En effectuant des mesures similaires à celles décrites ci-dessus, on obtient les résultats suivants Viscosité en centipoises Température, OC Charge Charge avec H20 dissous 255 6600 3050 260 4700 2100 270 2900 1190 280 1670 290 1100 330 300 720 220 Dans ce cas également, on obtient des lignes droites comme décrit ci-dessus. Il en résulte qu'une viscosité de 180 cPo est atteinte pour la charge à 3500C et pour la charge avec H20 dissous à 3160C. C'est une réduction très considérable. Il y a lieu de noter que les viscosités mentionnées dans les Exemples I à III sont exprimées en centipoises. Comme les densités des liquides mesurés diffèrent peu de l'unité, les valeurs de la viscosité exprimées en cSt différeront peu de celles en cPo. - REVENDIC4IONS 1 - Un procédé pour la préparation d'un combustible liquide convenable pour manipulation dans un atomiseur du type à pression, en utilisant une charge contenant des hydrocarbures comme matière de départ, procédé selon lequel un gaz non-hyarocarbure est dissous dans la charge à raison d'au maximum 95 % de la quantité maximale qui peut se dissoudre à la température et à la pression existant dans la canalisation juste avant l'atomiseur du type à pression. 2 - Un procédé selon la revendication 1, dans lequel le gaz est dissous à une température plus basse et/ou sous une pression plus basse que la température et la pression existant dans la canalisation juste avant l'atomiseur du type à pression, et ensuite le combustible, avant dtetre passé à l'atomiseur, est mis à la température et à la pression existant dans la canalisation juste avant l'atomiseur du type à pression, le gaz éventuellement libéré étant évacué avant un étage final de pression. 3- Un procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le gaz consiste en vapeur d'eau. 4 - Un procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le gaz consiste en anhydride carbonique. 5 - Un procédé selon la revendication 3, dans lequel de l'eau est introduite dans la charge s-ous pression, à une température plus basse que celle existant dans la canalisation juste avant l'atomiseur du type à pression, et on chauffe le mélange à la température nécessaire pour vaporiser et dissoudre l'eau dans la charge, la vapeur d'eau éventuellement non-dissoute étant évacuée avant le passage du combustible à l'atomiseur. 6 - Un procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la charge contient de la suie obtenue par combustion partielle du combustible liquide atomisé.