Brevet FR2203870A1 — publié le 19740517

Dans les procédés de craquage ou 'crackings d'huile lourde connus jusqu'a présent, la matière première de haut poids molécu- laire est disloquée en un petit nombre de Iragments encore relativement gros (produits intermédiaires). i partir de ces fragments, on obtient alors en poursuivant le craquage, le produit final désiré, à savoir de l'essence ou bien, dans la mesure ou le traitement était encore prolongé, des particules dissociées réduites au minimum de grosseur, à savoir du gaz. Ce procédé connu présente l'inconvénient, non seulement d'exiger I'utilisation de températures élevées pouvant atteindre jusqu'à 3500C environ, lais encore de demander beaucoup de temps, ce qni entrains la nécessité d'installations complexes et par conséquent conteuses. La présente invention a pour ob3et,de créer un procédé de craquage, dans lequel on obtient, avec des installations plus siu- ples et par conséquent soins conteuses, un résultat analogue ou identique en un temps plus court. Â cet effet, suivant l'invention, le produit traité mécani- quement au moins pendant l'une des phases de travail avec une machine à disque oblique est extrait de ladite machine, et est fractionné en dehors de celle-ci. L'invention offre cet avantage que, lors du craquage d'huile lourde, on peut se contenter de températures notablement plus basses, et par conséquent d'un appareillage beaucoup moins cow- plexe, et atteindre le but visé en un temps beaucoup plus court. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit et à l'examen des dessins joints qui en représentent, à titre d'exemples, non limitatifs, plusieurs iodes de réalisation. Sur ces dessins La figure 1 représente en élévation un mode de construction de principe du dispositif suivant l'invention la figure 2 représente une forme d'exécution plus évoluée du dispositif suivant l'invention, comportant deux récipients de condensation superposés et branchés en série la figure 3a est une vue en élévation avec coupe verticale partielle d'une autre forme d'exécution d'un dispositif dans lequel la cornue est réalisée sous une forme conique la figure 3b est une vue en coupe verticale partielle à plus grande échelle au niveau du cône de condensation la figure 3c est une représentation analogue à la e 3b mais comportant un mode de fixation différent de la tubulure d'e- gouttement ;; la figure 4 représente une autre forme d' exécution de l'in- vention dans laquelle deux dispositifs du type de la figure 3a sont superposés en un seul ensemble et sont branchés et série ; la figure 5 est un schéma d'une colonne de fractionnement suivant l'invention t la figure 6 est une vue en élévation partielle du dispositif suivant l'invention dans une forme d'exécution comportant l'uti- lisation d'une vis d'lichiiède de chargement montée devant la ma- chine à disque oblique, ainsi que d'une machine à disque oblique doseuse supplémentaire la figure 7a est une représentation schématique de deux plateaux de fractionnement ;; la figure 7b est une représentation partielle du dispositif suivant l'invention de la figure 7a, dans lequel an récipient intermédiaire supplémentaire est interposé entre les plateaux. Dans la forme d'exécution de la figure 1, qui correspond à un iode de construction de principe du dispositif suivant 1'in- vention, une machine 2, à disque oblique ou incliné, est entrai- née à une grande vitesse de rotation par un moteur électrique 1. En amont de la machine à disque oblique est branchée, par 1'in- termédiaire d'une tubulure 5 et d'une vanne 4, une cornue de chargement 3 s'ouvrant vers le haut, dans laquelle on verse l'huile lourde à traiter. L'huile lourde aspirée par la machine à disque oblique est refoulée, par 1 t intermédiaire de la tubulure de refoulement 6 et d'une vanne 7, dans la conduite de circulation 8 pour entre rejetée à partir de celle-ci dans la cornue 3 et être ainsi à nouveau soumise, dans la machine à disque oblique, à un effet de battage intensif.Il est avantageux de munir la partie de la conduite de circulation 8 qui débouche dans la cornue d'une rallonge 8' plongeant au-dessous du niveau du liquide, ce qui évite les pertes calorifiques qui se produisent lorsqu'on utilise une conduite de circulation 8, dont la partie débouchant dans la cornue 3 est agencée de telle manière que son orifice 8" se trouve au-dessus du niveau du liquide, car dans ce cas il se produit un refroidissement par l'air indésirable lors du Jaillisse- ment du liquide dans la cornue. Les vannes + et 7 sont norialement ouvertes. I1 peut toute fois dtre avantageux de fermer partiellement la vanne d'admission 4 et également la vanne de refoulement 7 pour obtenir ainsi un étranglement du courant de liquide qui réduit le débit de eirculation à l'intérieur de la machine à disque oblique, de sorte que l'huile lourde séjourne plus longtemps dans cette machine, ce qui permet d'obtenir un effet de tourbillonnement plus puissant et plus prolongé, qui se traduit par un effet de battage plus intense et également plus prolongé et, par conséquent, par une éléva- tion de la température. De cette manière, on peut règler le traitement à volonté. Dans la forme d'exécution de la figure 2 qui correspond dans son principe à celle de la figure 1, la conduite de circulation 8 traverse concentriquement ungenveloppe tubulaire 9 qui l'entoure et qui est fixée sur le couvercle 3' de la cornue 3 et communique avec l'intérieur de celle-ci par une ouverture 9' pratiquée dans ledit couvercle 3'. L'enveloppe tubulaire 9 est munie, au-dessus du couvercle 31, dans l'exemple représenté, de deux récipients de condensation 11, 12 (on pent également prévoir un plus grand nombre de ces rEci- pients) qui s'ouvrent vers l'intérieur de l'enveloppe tubulaire 9 et pr4aententune forme de champignon avec des parois supérieures respectives li'', 12'' s'étendant obliquement d'un bord intérieur supérieur jusqu'à un bord extérieur inférieur. Sur les parois latérales extérieures verticales des récipients de condensation 11, 12, sont prévues des tubulures d'écoulement 14, 14'. Lors de la distillation; les distillats en phase vapeur qui se forment dans la région supérieure de la cornue 3 s'élèvent dans l'enveloppe tubulaire 9, se condensent dans les récipients de condensation 11, 12 et s'écoulent le long des parois supérieu res obliques 11, la', puis à travers les tubulures d'écoulement 14, 14'. On peut également si on le désire, laisser s'échapper les distillats en phase vapeur à travers les tubulures 15 disposées dans le couvercle 3' de la cornue 3. La tubulure de remplissage 23 destinée à recevoir l'huile lourde est également disposée dans le couvercle 3'. Les distillats obtenus avec le dispositif suivant l'invention décrit ci-dessus ne présentent pas encore une dislocation totale en constituants éIémentairs, et il ne s'agit en l'occurrence que d'une dislocation en groupes de distillats. Dans la forme d'exécution de la figure 3a, la cornue 3 présente une forme conique qui va en s'amincissant vers le bas. La cornue est fermée à son extrémité supérieure par un couvercle 3'. A partir de ce couvercle, s'étend vers le bas un cône de condensation 17 qui pénètre à l'intérieur de la cornue, et débouche, par l'intermédiaire d'un tube d'égouttement 18 ouvert prévu sous sa pointe, dans l'orifice supérieur du tube de distillation 19 qui sort de l'appareil à travers la partie inférieure de la cornue 3, et débouche à son tour dans un récipient collecteur 220 La conduite de circulation 8 débouche latéralement dans la cornue 3 à l'intérieur de laquelle elle est prolongée par un tronçon de tu- be 82 " jusque dans la région de la tubulure 3" de la cornue. Â travers la tubulure de remplissage 23, l'huile peut être introduite dans le circuit de traitement, Dans la variante représentée sur la figure 3b, le cône de condensation 17 est fermé à sonEestrémité inférieure par un fond plat 17' et le tube d'égouttement 18 est fixé par des boulons d'assemblage 41 au c8ne de condensation 17 de telle manière que le produit de condensation qui s'accumule sur la surface inférieure du cône de condensation, située à l'intérieur de la cornue, puisse s'écouler dans le tube d'égouttement 18 et de là, tomber dans le tube de distillation 19 à partir duquel il parvient finalement dans le récipient collecteur 22 comme le montrent les gouttes représentées en 21. La forme d'exécution de la figure 3c se distingue de celle de la figure 3b par le fait que le tube d'égouttement 18 est fixé au tube de diçtillation 19 par des boulons d'assemblage 41 s'éten- dant horizontalement. Cette forme d'exécution offre cet avantage que l'espace intertitiel 41' est entièrement dégagé, de sorte que le produit de condensation peut s'écouler librement des surfaces de paroi inférieures du cône de condensation 17 dans le tube d'égouttement 18. Dans la forme d'exécution de la figure 4? deux systèmes du type représenté sur la figure 3a sont disposés l'un au-dessus de l'autre et sont branchés en série. Les deux systèmes sont d'ailleurs pratiquement identiques, la seule différence étant que le tube de distillation 19 débouche par sa partie inférieure dans la cornue 3 du système inférieur qui, pour le reste, fonctionne exac tement de la même manière que le système supérieur. On obtient ainsi une rectification du distillat du système supérieur.Sur le tube de distillation 19, dans la zone intermédiaire entre les systèmes supérieur et inférieur, est prévue une tubulure d'écoulement 24 débouchant latéralement. À faible distance au-dessous de l'orifice de cette tubulure d'écoulement 24 est disposée, à l'intérieur du tube de distillation 19, une tôle intérieure coudée 25, 26. Cette tôle, tout en permettant 11 écoulement en gouttes du distillat qui se liquifie, permet en outre le prélèvement d'échantillons du produit intermédiaire à travers la tubulure d'écoulement 24 lorsqu'on le désire. Les deux systèmes peuvent filtre assemblés de façon rigide en une seule unité au moyen d'un bâti en acier profilé 27. Suivant l'invention, on peut également superposer plusieurs unités de ce type en une structure étagée, ce qui permet en particulier d'extraire l'essence recueillie dans le récipient collecteur 28 à travers la tubulure de sortie 29. Dans la forme d1exécution de la figure 5, qui représente un schéma d'une colonne de fractionnement connue, le mélange à traiter est préalablement chauffé, d'une manière connue en soi, dans le réchauffeur 30, puis est soumis, dans la machine à disque oblique 2, à un traitement de battage et de brassage mécanique intensif. Ensuite le mélange est envoyé dans le premier étage d'équilibrage I' de la colonne, où il se fractionne davantage en vapeur et en liquide. La vapeur s'élève dans les étages 2' et 3"' identiques à ceux des colonnes de fractionnement connues d'après l'état actuel de la technique, où elle est équilibrée sur le plateau de chaque étage élémentaire avec le liquide qui s'écoule vers le bas.La vapeur abandonne alors dans chaque étage élémentaire une partie des constituants d'ébullition difficile quielle contient encore, jusqu'à ce que finalement seul le constituant très volatil désiré quitte le dernier étage 3"' de la colonne. Ce constituant est alors liquéfié dans un condenseur 30'. Une partie du liquide obtenu est renvoyée par l'intermédiaire de la conduite de reflux 45 vers le bas de la colonne, en tant que liquide de lavage, tandis que le reste du liquide est recueilli en tant que distillat, par l'intermédiaire de la conduite 46. À partir du plateau de colonne supérieur de l'étage 3"', le liquide s'écoule à nouveau à travers les conduites 47 et 48 successivement, en retraversant le second étage 2' et le premier étage 1' où il sert également de liquide de lavage. Tout ceci est connu. Le liquide qui s'écoule à partir~de l'étage 1' vers le bas de la colonne agit dans chaque plateau, sur la vapeur qui s'élève à travers les étages, de la manière connue, tandis qu'une partie des fractions très volatiles contenues dans le liquide est entrat- née par la vapeur, de sorte que finalement, seul le constituant peu volatif désiré atteint l'étage inférieur de la colonne. Une partie du liquide présent sur le plateau de l'étage inférieur 3 est déviée par l'intermédiaire de la conduite 49 et utilisée dans une chaudière ou un bouilleur 50 pour la génération de la vapeur qui doit participer au fractionnement, tandis que le reste est évacué en tant que résidu à travers la conduite 51. Grâce à l'incorporation de la machine à disque oblique 2 à la colonne de fractionnement, celle-ci est considérablement aidée dans sa fonction par ce traitement mécanique préalable, de sorte qu'on obtient une accélération considérable. En outre, le procédé peut etre mis en oeuvre à une température plus basse. Le craquage important effectivement assuré par la machine à disque oblique elle-même est mis en évidence par le fait que l'huile lourde jaunâtre, telle qu'elle est livrée aux raffineries en vue de sa transformation, devient très foncée en quelques secondes seulement d'un traitement dans le dispositif représenté sur la figure 1, c'est-à-dire qu'il se produit une dissociation de phases immédiates entre les phases bitumineuses noirâtres, et les phases intermédiaires partiellement disloquées, tendant à produire l'essence. Cet effet visible apparaît dès la mise en marche de la machine à disque oblique et, par conséquent, même à l'état froid. Si on laisse tourner une machine suivant l'invention (par exemple celle de la figure 1) pendant quelques heures îIhuiîe/utrchauffe à environ 700C et reste dans cet équilibre thermique. Dans l'installation de la figure 1, on voit la vapeur s'élever au-dessus de la cornue 3 ouverte. Cette vapeur, dans le cas de la figure 2, est recueillie en tant que distillat par les tubulures d'échappement 14 et 14'. Son analyse a montré qu'environ 100% de plus d'hexane et 100% de plus d'heptane par rapport à l'huile brute se sont formés, c'est-à-dire qu'on a obtenu des hydrocarbures paraffineux partiellement disloqués tels qu'on les recueille en tant que sous-produits dans les raffineries eonnues. I1 est avantageux de faire fonctionner les machines à disque avec des vitesses de rotation aussi grandes que possible, ce qui accèlère le craquage et l'élévation de température. Dans la forme d'exécution de la figure 6, qui présente une grande analogie avec celle de la figure 3a, la seule modification par rapport à cette dernière réside en ce qu'on a prévu, en plus de la machine à disque oblique principale 2, une machine à disque oblique de dosage 53. Celle-ci recueillie à travers la conduite d'aspiration ou tubulure d'admission 56 le produit en circulation, à partir de la cornue 3. Plus on prolonge la circulation, et plus la dissociation des phases progresse. On peut maintenant, du fait qu'on dispose également du temps de craquage de la machine à disque oblique principale, prélever suivant les besoins et suivant les progrès du processus de craquage circulatoire, les quantités nécessaires au moyen de la machine à disque oblique de dosage, et alimenter le premier étage d'équilibrage 1' de la figure 5 avec des quantités dosées. Il est avantageux d'incorporer une cloison 57 à la trémie -tampon 55 au voisinage de la tubulure d'admission 56. Ainsi, celle-ci se trouve protégée de la circulation principale du tube 8' En d'autres termes, entre 57 et 56 se forme une région qui n'est plus soumise à un tourbillonnement aussi violent que dans les zones où le jet jaillit directement du tube 8'. La cloison 57 peut en outre être constituée par une ttle perforée ou ma- me par une toile de filtrage à mailles fines, de sorte que la phase la plus légère parvient ainsi également dans la zone de tranquillisation derrière la cloison 57. Sur les figures suivantes 7a et 7b, on peut également, au lieu des machines à disque oblique simples qui y sont représen tées, utiliser avantageusement le système de la figure 6. On peut ainsi obtenir tout dosage optimal désiré lors de l'alimentation des plateaux de rectification, et par exemple des plateaux à cloches représentées sur la figure 7a. Dans la forme d'exécution de la figure 6, comme dans celle de la figure 5, l'huile lourde préalablement chauffée dans le réchauffeur 30 est amenée dans la cornue 3. Si l'on doit traiter des hydrocarbures bitumineux très visqueux, il est avantageux de disposer devant la machine à disque oblique 2 une vis d'Archimède de chargement 58 à laquelle est amené le produitZvibstueus, qu'elle introduit sous pression dans la machine à disque oblique 2. Pour augmenter l'efficacité de la machine à disque oblique, on peut également faire tourner celle-ci en sens inverse, ce qui augmente considérablement la turbulence, et par conséquent l'effet de craquage. La machine à disque oblique continue alors néanmoins à refouler lors de sa tubulure de refoulement environ la moitié du débit normal. En outre, l'élévation de température désirée est notablement facilitée. Le débit de la machine à disque rotatif de dosage 53 est ajusté sur la figure 6 d'une manière connue en soi, par un dispositif d'entratnement réglable graduellement de la machine ou au moyen d'une ou plusieurs conduites de by-pass 54', à travers lesquelles le produit est ramené à partir de la conduite de refoulement proprement dite 54 dans la cornue 3, le reflux dans la cornue 3 étant de son c8té réglable au moyen d'organes d'étranglement 54". Cette régulation graduelle et l'influence des by-pass sont également valables pour la vis d'Archimède 58 et, pour les machines à disque oblique utilisées. Elles ne sont pas représentées de façon détaillée. En ce qui concerne la vis d'Archimède 58, la conduite de reflux 58' et son organe d'-étranglement 58" sont représentés sur la figure 6. Outre cette possibilité de réglage, il en existe encore une autre résidant en ce que les vitesses de rotation de la machine à disque oblique de dosage 53 et/ ou de la machine à disque oblique principale 2, sont réglables au moyen de bottes de vitesses 55' et/ou 59. Grâce à cette possibilité de réglage, on peut obtenir un point de fonctionnement optimal, quelle que soit la composition du produit introduit dans le dispositif. Dans la forme d'exécution de la figure 7a, entre deux étages successifs quelconques de la colonne (sur la figure on a représenté à titre d'exemple les deux étages 2', 3' de la figure 5) on interpose une machine à disque oblique 33 et le liquide qui s'écoule de l'étage supérieur vers étage inférieur traverse cette machine à disque oblique 33, ce qui intensifie et accélère le traitement. C'est ainsi que, dans l'exemple représenté sur la figure 7a, la vapeur parvient , d'une manière connue en soi, à travers les tubulures 62 à l'intérieur des cloches 63 pour ressortir par les ouvertures inférieures 64 de celles-ci, puis s > éle- ver vers le haut dans la direction de la flèche à partir du plateau à cloches 60.Le liquide ainsi traité parvient ensuite, à travers le tube de trop-plein 31, dansgla machine à disque oblique 33 d'où, après un traitement intensif, il est ramené, par l'intermédiaire de la conduite 34, au plateau à cloches 61 de l'étage inférieur 2'. Après le déroulement du même processus que sur le plateau à cloches supérieur 60, le liquide est à nouveau amené, par une conduite tubulaire 31' à une autre machine à disque oblique 33' qui, après le traitement du liquide, ramène celui-ci dans le plateau à cloches de l'étage inférieur suivant, non représenté. Au lieu des plateaux à cloches, on peut également utiliser d'autres constructions connues pour former les couches bouillonnantes apparaissant sur les plateaux. Dans la forme d'exécution de la figure 7b, un récipient intermédiaire 36 est interposé entre la dérivation 35 reliant l'un des plateaux à la machine à disque oblique 33, récipient dans lequel celle-ci prélève le liquide à traiter pour l'amener ensuite, à travers la conduite 34, au plateau immédiatement inférieur. On obtient ainsi un certain effet de tampon avantageux. Indépendamment du réglage graduel des machines à disque oblique 33, on peut incorporer aux conduites 31, 34, 31', 34' des organes de réglage pour adapter quantitativement le débit au processus de fractionnement dans les plateaux des colonnes, et optimiser ainsi le processus. Le récipient intermédiaire 36 sert de récipient collecteur, ce qui permet d'éviter la nécessité de transférer immédiatement la quantité totale du liquide arrivant dans le plateau ismédia- tement inférieur. Les organes de réglage mentionnés peuvent être commandés automatiquement, par exemple en fonction de la température. Dans toutes les formes d'exécution du système, on peut utiliser des parois d'isolation thermique et chauffer les organes individuels, en particulier par l'adoption de double-parois et de double-plateaux. Le chauffage peut s'effeetuer à la vapeur, à l'eau chaude, ou analogues. Suivant l'invention, le traitement, en particulier d'huile lourde, est notablement accéléré et s'effectue à des températures largement plus basses, ce qui économise du temps et de l'argent. Dans la forme d'exécution des figures 7 et 4, les espaces 40 qui se trouvent au-dessus du ctne de condensation 17 peuvent Btre refroidis par circulation d'eau froide à travers ces espaces, de façon que le produit de condensation se forme plus facilement et plus vite sur les surfaces inférieures froides. En outre, dans la forme d'exécution de la figure 2, les ré- cipientss de.condensation 11 et 12 peuvent Qtre munis chacun d'une chemise de refroidissement pour améliorer l'effet de condensation. Le procédé peut entre appliqué à tous les autres fractionnements du même genre, même avec d'autres matières premières à traiter. On a constaté ce fait surprenant que, lorsqu'on utilise la machine à disque oblique pour traiter l'huile lourde, la température à l'intérieur de cette machine, après ltécoulement d'un temps déterminé, s'élève au maximum jusqu'à 70 à 800C, puis reste constante, quel que soit le temps pendant lequel le produit traité dans la machine circule à travers celle-ci, à condition toutefois qu'aucun autre échauffement, dt par exemple à des dispositifs de chauffage extérieurs, ne se produise. I1 est avantageux, lors du traitement de l'huile lourde à l'intérieur de la machine à disque oblique, de faire tourner le disque oblique à une vitesse de rotation suffisamment élevée pour que la vitesse linéaire mesurée à la périphérie extérieure du disque oblique atteigne 40 à 100 m/sec. REVENDICA!IOES 1) Procédé de craquage d'huile lourde en plusieures phases de travail, caractérisé en ce que le produit, qui est traité mécaniquement pendant au moins une des phases de travail au moyen d'une machine à disque oblique connue en soi, est ensuite extrait de cette machine et fractionné en dehors de celle-ci. 2) Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le produit traité est ramené dans la machine à disque oblique. 3) Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le traitement dans la machine à disque oblique a'effectue à une température maximale d'environ 70 à 80oc. 4) Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'huile lourde (ou le produit partiellement traité) est introduite de façon continue dans la machine à disque oblique, et est ensuite amenée dans une colonne de craquage ou dans un autre étage de traitement. 5) Procédé suivant la revendication 4, dans lequel on utilise une colonne de fractionnement formée de plusieurs plateaux, caractérisé en ce que le reflux au moins entre un plateau donné et l'étage inférieur s'effectue par l'intermédiaire d'une machine à disque oblique. 6) Procédé suivant une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que plusieurs étages de traitement sont montés en série avec interposition de machines à disque oblique. 7) Procédé suivant une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, pour augmenter la turbulence, la machine à disque oblique est entratnée en rotation en sens inverse. 8) Procédé suivant une quelconque des revendications 1 å 7, caractérisé en ce que le disque oblique est entraSné à une vitese de rotation suffisamment élevée pour que la vitesse linéaire mesurée à sa périphérie extérieure atteigne 40 à 100 m/sec. 9) Installation de craquage d1huile brute, dans laquelle on utilise au moins un dispositif de fractionnement suivant une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce qu'au moins l'un des étages de traitement est immédiatement précédé dtune machine disque oblique connue en soi. 10) Installation de craquage d'huile brute, dans laquelle on utilise au moins un dispositif de fractionnement suivant une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que le dispositif de fractionnement est immédiatement précédé d'une machine à disque oblique connue en soi, et en ce que ledit dispositif est subdivisé spatialement en direction verticale. 11) Installation suivant la revendication 10, caractérisée en ce que le dispositif de fractionnement comporte au moins deux dispositifs d'égouttement par exemple sous la forme d'entonnoirs disposés l'un dans l'autre. 12) Installation suivant la revendication 10, caractérisée en ce que le dispositif de fractionnement est disposé au-dessus du récipient de remplissage. 13) Installation suivant la revendication 12, caractérisée par, au moins, un capuchon en forme de calotte pour recueillir le produit volatil disloqué. 14) Installation suivant la revendication 12,-caractérisée en ce que le récipient de remplissage est incorporé à un système de circulation et est subdivisé spatialement par au moins une cloison jouant le rible de filtre.