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" Perfectionnements apportés au cracking et à la cokéfaction de matières carbonées distillables ".
Cette invention a pour objet un procédé et un appareil pour le traitement de matières distillables contenant des hydrocarbures, plus spécialement pour la cokéfaction de liquides bitumineux ou asphaltiques, poix, résidus du pétrole et composés analogues, matières qui peuvent être normalement fluides ou semi-fluides ou qui peuvent être rendues fluides par la chaleur, de manière à se trouver fluides sous les conditions du traitement. L'invention concerne aussi le traitement des matières qui contiennent de la substance solide entraînée, telle que carbone, fines de charbon ou analogue, soit par suite de le/nature des matières mêmes, soit par l'addition de substances solides à ces matières, les parties fluides servant de véhicule aux parties solides .
D'une façon . générale, l'invention consiste à traiter les hydrocarbures lourds sous la forme fluide en les introduisant dans une chambre de cokéfaction fermée aveo applioa-
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tion de chaleur, cette chaleur étant poussée à un degré suffisant pour assurer la récupération des constituants volatils et la cokéfaction du résidu restant sur la sole de la chambre de cokéfaction, puis à introduire des gaz ou fluides chauds dans la chambre pour accroître l'efficacité du traitement soit par l'apport ou distribution de chaleur produit par l'intermédiaire de ces gaz ou fluides chauds, soit en effectuant la cokéfaction des fluides ajoutés sous des conditions de forte température qui ne seraient pas obtenues autrement dans la chambre de cokéfaction .
Selon l'invention, des gaz chauds peuvent être introduits dans la ohambre de cokéfaction et être amenés en contact avec le dessus de la couche de matière soumise au traitement ; peuvent ainsi chasser les constituants volatils de cette matière et cokéfier le résidu sans application de chaleur extérieure.
Ces gaz peuvent être de l'oxygène ou un gaz contenant de l'oxygène ou bien ils peuvent être des gaz non-oxydants selon les conditions sous lesquelles le traitement est effeotué et le degré de chaleur qu'il est nécessaire de donner à la matière traitée, puis la vitesse d'admission de la matière traitée et la chaleur provenant des gaz peuvent être mises en rapport de telle manière que la matière soit cokéfiée sensiblement à la même vitesse que quand elle est ohargée dans la chambre de cokéfaction, ce qui fait qu'une mince couche de matière nonookéfiée seulement est soumise au traitement à tout moment quelconque-.
De plus, selon l'invention, l'agent gazeux transportant la chaleur peut être amené à passer sur et en contact avec la couche croissante de matière en traitement, et on peut renverser périodiquement la direction de son passage .
En outre, suivant l'invention, on peut introduire l'agent de chauffage gazeux dans la ohambre à une température supérieure
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à 4820 C, puis les vapeurs venant de la charge et l'agent de ohauffage gazeux peuvent être retirés, fractionnés et condensés ; on peut ensuite arrêter périodiquement le courant de matière devant être traitée et d'agent de chauffage gazeux dans la chambre, après quoi on peut balayer la chambre aveo de la vapeur d'eau et y introduire de l'air pour la combustion d'une partie du ooke dans la mesure nécessaire pour sécher le coke au degré désiré, après quoi on retire ce coke .
Quand on applique un procédé de cokéfaction d'hydrocarbures de ce genre, le réglage de la température du traitement peut être effectué en ajustant les proportions des volumes de la matière et de l'agent de chauffage gazeux introduits dans la ohambre ou bien, lorsqu'il est nécessaire de réduire la température, on peut arrêter temporairement l'introduction de l'agent de chauffage gazeux ou bien la matière devant être traitée peut être introduite avant l'agent de chauffage gazeux en un volume suffisant pour abaisser suffisamment la température pour éviter la surchauffe nuisible de l'agent de chauffage gazeux .
Dans les dessins schématiques annexés, qui illustrent l'invention à titre d'exemple :
La figure 1 est un plan d'un four selon un mode de réalisation de la construction .
La figure 2 est une coupe horizontale suivant la ligne 2-2 de la figure 3.
La figure 3 est une coupe transversale suivant la ligne 3-3 de la figure 2 .
La figure 4 est une vue analogue à la figure 1, mais montrant une variante de construction de four .
La figure 5 est une coupe horizontale suivant la ligne 5-5 de la figure 6 .
La figure 6 est une coupe transversale verticale suivant la ligne 6-6 de la figure 4 .
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La figure 7 est une élévation d'une autre variante de construction de four, avec le chariot de refroidissement et l'appareil à pousser le coke .
La figure 8 est une coupe transversale verticale suivant la ligne 8-8 de la figure 7 .
La figure 9 est une coupe transversale verticale d'une variante de construction, suivant une ligne équivalente à la ligne 9-9 de la figure 7 .
La figure 10 est une coupe verticale transversale analogue à la figure 8, mais montrant une chambre de cokéfaction cylin- driq-ue .
Dans l'application de l'invention au cas de l'utilisation d'une chambre de cokéfaction dans laquelle des gaz chauds sont introduits pour être amenés en contact avec la surface de dessus de la couche de matière, la chambre de cokéfaction comporte une sole faite de préférence en matière réfractaire, qui est chauffée par en dessous par la combustion effectuée dans des carneaux. Ces carneau$ peuvent être chauffés par du combustible gazeux ou liquide introduit par des becs et réglés par des robinets .
Une construction convenable de four pour la mise en oeuvre de ce procédé est illustrée dans les figures 1, 2 et 3 ; ellecomporte une enveloppe métallique horizontale 1 supportée par un soubassement 2 et garnie intérieurement de matière réfractaire 3 pour former une chambre de cokéfaction 4 présentant une sole plate 5 et un toit voûté 6 . Les extrémités de la chambre sont fermées par des portes amovibles 7. Une plate-forme 8 est prévue à chaque extrémité du four pour pousser le coke hors de ce dernier. Le dessus du four est muni d'une admission 9 reliée à un tuyau principal ou collecteur 10; elle sert à l'introduction sous la forme fluide de la matière d'hydrocarbure devant être traitée. Un canal d'extinction de secours 11 est disposé au sommet de la chambre .
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Un cote de la chambre est muni d'une série de becs 12 , reliés à un tuyau principal 13 et servant à l'introduction des gaz ou vapeurs qui fournissent la chaleur nécessaire au cours de la cokéfaction. Le côté opposé du four comporte une série de conduits 14 reliés à un collecteur 15 pour l'évacuation de l'agent chaud véhiculant la chaleur ensemble avec tous produits volatils dégagés de la matière traitée.
Dans le fonctionnement du four décrit, les gaz qui servent à chauffer la chambre sont tout d'abord introduits pendant un certain temps par les becs 12, de manière à chauffer la chambre 4 et à porter la sole réfractaire 5 et la garniture 3 sensiblement à la température de cokéfaction. On fait ensuite arriver le courant de matière à traiter par l'admission 9 et cette matière s'étend en une couche relativement mince sur la sole plate puis s'élève progressivement. Au fur et à mesure qu'elle s'élève, elle est réduite en coke par la chaleur transmise par les gaz introduits par les becs 12 . On établit de préférence un rapport tel entre le courant de gaz et le courant de matière à traiter que la cokéfaction ait lieu sensiblement à la même vitesse que l'admission de matière.
Après avoir dégagé leur chaleur, les gaz sont aspirés par les conduits de sortie 14 et le collecteur 15 en entraînant avec eux les produits volatil: dégagés de la matière traitée. Après formation de l'épaisseur de ooke désirée, le courant de matière devant être traité est coupé au canal d'admission 9. Le courant de gaz peut être continué pendant un certain temps, de manière à cokéfier complètement la dernière matière déposée. On arrête ensuite le courant de gaz et on balaye la chambre avec de la vapeur d'eau, après quoi les portes d'extrémités peuvent être ouvertes et la couche de ooke formée peut être refoulée à l'extérieur à l'aide d'un appareil mécanique pousseur ou titeur .
Dans une autre construction de four, de section ovale,
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représentée dans les figures 4, 5 et 6, qui comporte beaucoup de caractéristiques de celle représentée dans les figures 1 à 3, les pièces étant désignées par les mêmes numéros de référence, des oarneaux de chauffage 16 sont placés sous la sole et peuvent être alimentés en combustible pour la combustion par des becs ou ajutages convenables 17 . Ces oarneaux communiquent avec un carneau longitudinal 18 et avec des carneau$ d'évacuation 19.
Le conduit 20. qui sert à l'introduction de l'agent chauffant dans la chambre 4 du four, est relié par un robinet 21 à un raccord transversal 22 en forme de T. Les robinets 23 et 24 sont prévus de chaque côté du raccord 22 en T et sont reliés aux tuyaux collecteurs 13 et 15 disposés de part et d'autre du four, qui correspondent aux tuyaux collecteurs analogues de la construction des figures 1 à 3. Ces collecteurs sont convenablement reliés à un raccord d'évacuation 25 en forme de T par des robinets correspondants 26 et 27. Ce raccord d'évacuation 27 en T mène par un tuyau à un conduit d'évacuation 29 relié à une tour 30 ou appareil de fractionnement .
Chaque tuyau collecteur 13, 15 comporte une série de canaux 12, 14 respectivement, qui débouchent dans la chambre 4 sur une ligne dirigée vers le sol 5 de cette chambre ou vers la couche de ooke se formant sur la sole .
On fait fonctionner ce four de la façon suivante. Avec cette construction, la sole du four est chauffée par application extérieure de chaleur en passant par les oarneaux de chauffe 16.
Ce chauffage peut se faire par intermittence ou pendant toute l'opération, comme on le désire. Selon un procédé, les oarneaux sont utilisés seulement pour chauffer le four avant de commencer le traitement . Suivant un autre procédé, les carneaux-peuvent être utilisés pendant le traitement initial de chaque charge successive et l'arrivée de chaleur peut être partiellement ou entièrement coupée après que la charge a pris une épaisseur
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notable, de sorte qu'elle constitue un isolant thermique.
Cependant, la principale partie de la chaleur pour la cokéf: tion est de préférence fournie par des gaz qui sont introdi par l'une ou l'autre des séries de tuyaux 12, 14 . Il est é dent qu'en manipulant convenablement les robinets disposés les tuyaux collecteurs, les gaz chauds utilisés comme agent chauffage arrivent dans la ohambre de cokéfaction par l'une l'autre des séries de tuyaux 12 ou 14. Ainsi, en fermant les robinets 24 et 26 et en ouvrant le robinet 21, les gaz chaud sont distribués par les tuyaux 12. Ces gaz frappent sur la 5 et sur la couche de coke se trouvant sur cette sole, ils traversent le four et sortent par la seconde série de tuyaux 14, d'où. ils passent à la tour ou appareil de fractionnement 30.
En fermant les robinets 23 et 27 et en ouvrant les robin 24 et 26, la direction du courant des gaz à travers la chamb 4 est renversée. Un renversement intermittent du courant pen dant le traitement sert à égaliser la distribution de chaleu sur les diverses parties des couches, de façon à donner une épaisseur et une qualité plus àniformes de coke sur les diff rentes parties de la sole. Le coke est retiré du four de cet construction de la même façon que celle décrite pour la première construction de four représentée dans les figures 1 à
Dans la construction modifiée de four représentée dans les figures 7 et 8, l'enveloppe métallique horizontale 1 est supportée par des piliers 2 convenablement placés.
Cette env loppe contient une garniture réfractaire 3 et une sole réfra taire 5, qui délimitent une ohambre de cokéfaction horizonta 4. Des portes 7 sont prévues pour fermer les extrémités de l'enveloppe d'acier et la chambre de cokéfaction. Un palan 3 est prévu à. une extrémité de la chambre de cokéfaction pour élever et abaisser la porte correspondante.
On peut prévoir un dispositif pour faire stationner un
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chariot refroidisseur 32 à une extrémité du four. Une machine formant poussoir 33 est stationnée à l'extrémité opposée du four ; ce poussoir se déplace sur des voies 34 s'il est utilisé avec plusieurs fours analogues. Le poussoir comporte une poutre de poussée 35 munie d'une tête pousseuse 36 ; un mouvement alternatif faisant entrer et sortir cette poutre de la chambre de cokéfaction 4 est imprimé à cette poutre à l'aide d'un moteur 37, d'un méoanisme de commande 38 et d'une chaîne ou d'un câble 39, attelé à la poutre de poussée. La machine formant poussoir est aussi munie d'un palan 40 servant à élever et-abaisser la porte 7 se trouvant à l'extrémité adjacente de la chambre du four.
La chambre! comporte ( figure 8 ) un canal de distribution d'hydrocarbures lourds 41 à sa partie supérieure et un canal opposé 42 servant à l'introduction de vapeur d'huile chaude ou de son équivalent pouvant être utilisé dans la ookéfaction. La partie supérieure de la chambre comporte aussi un canal d'évacuation 43 ( figure 7 ) qui est relié à un collecteur d'évacuation 44 pour évacuer les produits volatils de, l'opération et pour donner une issue à la chambre .
L'enveloppe en acier peut, si nécessaire, être garnie de matière réfractaire en formant une chambre de cokéfaction de section circulaire sans sole plate comme représenté par la figure 10, mais, lorsqu'une sole plate est nécessaire, l'enveloppe est faite avec une section ovale ( figure 9 ) plutôt qu'avec une seotion circulaire, ce qui donne une chambre de cokéfaction ayant une sole plus large qu'avec la forme airou- laire de l'enveloppe. Comme représenté, un certain nombre de carneaux de chauffage 16 peut être prévu sous cette sole de la manière illustrée par la figure 6 .
.La matière traitée dans le four est réduite, si nécessaire, sous une forme fluide par la chaleur et est chauffée au-dessus
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de 3160 0 si cela peut se faire, puis elle peut être refont par le ou les tuyaux 41 sous une pression convenable au cas elle contiendrait une proportion de matières solides l'empê< de couler facilement sous des conditions normales. La vapeur d'huile chaude ou son équivalent introduit dans le four par ou les tuyaux 42 peut être constitué par de l'huile vaporisé fortement chauffée et/ou des gaz fixes chauffés.
Dans un mod de réalisation du procédé, une fraction convenable d'huile, que gaz oil, peut être prélevée par une tour de fraotionneme tel que 30 ( figure 4 ), puis on peut la faire passer par un réchauffeur dans lequel sa température est de préférence éle' au-dessus de 482 0 . Catte huile chaude est ensuite déoharg dans le four par le ou les tuyaux 42 , pour servir d'agent d' chauffage servant à exécuter la cokéfaction, En pareil cas, : température régnant dans le four n'a pas besoin de dépasser température des vapeurs qui entrent et par conséquent le chat fage destructif des vapeurs utilisées comme agent de transpox de la chaleur peut être largement réduit.
Il est évident que d'autres vapeurs d'huile et/ou gaz fixes peuvent être chauffé et introduits d'une manière analogue .
Après qu'une épaisseur suffisante de coke a été formée dans le four, on arrête la distribution de la matière à trait, La distribution de l'agent chauffant peut aussi être arrêtée immédiatement ou elle peut être continuée pendant un temps coi venable pour compléter sensiblement la cokéfaction de la dernière partie de la matière introduite.
Au cours de la dernière période, on évacue du four des vapeurs qui correspondent aux queues cireuses recueillies à la fin de la cokéfaction ordinaire par distillation dans l'envoie pe. Comme ces produits ne sont pas désirables pour un nouveau fractionnement, on préfère ventiler le four et y introduire porgressivement de l'air par des ouvertures appropriées afin d
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brûler ces vapeurs indésirables dans le four, en élévant la température des parois et en chauffant en même temps la charge de coke. Si cela est désirable, on peut aussi admettre suffisamment d'air pour brûler une partie du coke et réduire ainsi la teneur en produits volatils du reste jusqu'à tout point désiré. La chaleur supplémentaire a aussi pour effet de réduire la friabilité du coke et d'en faire ainsi un produit plus facile à vendre.
Le produit de cette cokéfaction et de l'opération de traitement au four à ruche subséquente est d'une qualité différente de tout produit actuellement sur le marché et il est considéré comme un produit industriel nouveau dont les propriétés physiques sont de beaucoup supérieures au coke de chambre de cokéfaction ordinaire et dans lequel la matière volatile est maintenue en une proportion mieux appropriée pour l'usage domestique. Cette proportion est habituellement de 3 à 5 %.
On remarquera que le coke n'est pas refroidi avant son retrait du four et, en raison de l'isolement, la maçonnerie ou garniture réfractaire maintient une température qui correspond à la température de cokéfaction utilisée dans le four, la température s'élévant pendant la période de brûlage, en amor- çant ainsi la cokéfaction de la première poix ou brai de goudron déposé dans ce coke. Ceci étant le cas, le problème de refoulement du coke hors du four n'est plus que celui de disposer d'une force suffisante pour surmonter la friction du coke contre la sole et les parois du four qui le contient. On gagne ainsi du temps et on augmente par suite le débit d'une chambre donnée .
Après avoir atteint le point désiré, les portes 7 sont retirées et le coke est poussé ou tiré par un dispositif méoanique, par exemple par le poussoir 33. Après avoir retiré le coke, les portes 7 sont refermées et on recommence la cokéfaotion. En utilisant une sole approximativement plate dans la
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chambre, la première poussée sur le coke détache le coke 1 plus près de la sole et produit habituellement de nombreus fractures verticales, parfois dans la mesure que le coke rc par dessus celui qui est devant plutôt qu'il n'est poussé la forme d'une nappe plate. De cette manière, la masse de c se détache facilement de la sole.
Un autre avantage obtenu poussant le coke à chaud est qu'il se casse en grosseurs pli rationnelles lorsqu'il tombe dans le chariot à coke qu'il ne le ferait habituellement si on le laissait refroidir et s'il était poussé à l'extérieur sous la forme d'une masse solide
Sous certaines condition-s/de fonctionnement, la tempéra ture de la matière distribuée peut être telle qu'il soit pos: ble d'introduire dans la chambre une profondeur ou épaisseur notable de liquide et ensuite d'agiter ce liquide en le faisa traverser par des gaz dans une mesure suffisante pour amorcer la cokéfaction. L'opération peut être poursuivie en ajoutant davantage de matière de chargement chaude et des gaz jusqu'à ce que la cokéfaction désirée soit obtenue.
Si la chaleur de la matière de chargement est suffisante, il peut être inutile d'ajouter de la chaleur par les gaz, qui peuvent servir simple ment pour l'agitation.
On conçoit que la température à la partie supérieure du four peut parfois être assez haute pour produire le chauffage destructif des hydrocarbures très légers contenus dans les gaz et les vapeurs. Cette chaleur est réglée selon l'invention en amenant la matière de chargement qui est à une température inférieure en quantité convenable pour que la température de la partie supérieure du four soit abaissée à un point sûr avant que les gaz de chauffage soient introduits. pareillement, si la partie supérieure du four est trop froide, on peut introduire davantage de gaz chauffants et moins de matière de chargement .
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Dans certains cas spéciaux, il peut être désirable d'utiliser des types de chambres de distillation à enveloppe ou de chambres de cokéfaction verticales ordinaires, placées horizontalement, avec ou sans garniture isolante et à sole courbe.
Dans ce cas, le mécanisme pousseur est établi de façon à se conformer à la courbure du fond de la chambre et on laisse le coke se former jusqu'à la hauteur quelconque la mieux appropriée pour pousser ce coke au dehors. De cette façon, le coke est de préférence poussé à chaud et on a constaté que ce procédé est de beaucoup préférable à celui consistant à refroidir le coke dans la chambre et à abaisser ainsi de façon importante la température de la chambre. Cependant, si on le désire, après avoir coupé l'arrivée à la fois de la matière traitée et de l'agent de chauffage, on peut balayer le four à la vapeur d'eau pour empêcher l'explosion, puis de l'air peut être admis progressivement dans le four. Pour cela, on relève progressivement les portes 8. L'air admis assure la combustion de la couche de dessus du coke.
On admet suffisamment d'air pour continuer la combustion pendant un temps aussi long qu'il est nécessaire pour chasser la matière volatile du coke et pour durcir ce dernier .
Le procédé peut être exécuté conjointement avec les opérations de cracking ordinaires d'une raffinerie dans laquelle la chambre de cokéfaction fait partie intégrante de l'appareil de cracking. Si on le désire, on peut amener des vapeurs et résidus ou fonds de distillation dans la . chambre de cokéfaction au lieu de les conduire dans les évaporateurs ou chambres de cokéfaction usuels qui constituent une partie intégrante de l'installation de cracking. Dans ce cas, la chambre de cokéfaction est amenée à travailler sous la pression de.cokéfaction régulière et il n'est pas formé de résidus liquides comme résultat de l'opération de cracking.
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Au cas où l'on fait passer directement de la matière chargement par un réchauffeur, on peut constater que la ca lisation de transport peut déboucher directement dans le f au lieu de déboucher dans la chambre de réaction usuelle.. oe cas, on proportionne de préférence la grandeur du four telle manière que la durée de réchauffage ou de réaction ni saire pour obtenir le meilleur fonctionnement de l'installa de cracking soit.obtenue dans la chambre, qui reçoit dans c cas le résidu lourd et le cokéfie sans autre manipulation. un pareil fonctionnement, on installe un certain nombre de fours de cokéfaction pour assurer que le fonctionnement de l'installation de oraoking continue sans interruption, le c@ rant de vapeurs étant transféré d'une des installations de c faotion à une autre, comme nécessaire .
Dans ce mode de réalisation du procédé, la température régnant dans le four de cokéfaction n'est pas réduite par le refroidissement du coke qu'il contient; en conséquence, le f@ de cokéfaction est prêt à être remis en communication avec la canalisation dès qu'il a été vidé et refermé. Si sa températ@ est soit supérieure, soit inférieure à celle de la matière de chargement qui y est admise, le four peut être amené à la tem rature désirée soit par refroidissement avec de la vapeur d'e par exemple, soit en élevant sa température en y introduisant des vapeurs chaudes ou en y brûlant des vapeurs et/ou des gaz.
Ceci est important parce que cela décharge le conducteur de l'installation de la délicate opération consistant à élever la température dans la chambre de cokéfaction pour permettre l'en trée de vapeurs chaudes sans causer des difficultés de fonctio nement et sans soumettre le matériel à de sérieuses sollicitations lorsque la chambre est refroidie.
Bien que la masse de coke soit de préférence poussée ou tirée hors du four pendant qu'elle est chaude, il est évident
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que cela n'est pas toujours essentiel et que dans certaines circonstances il peut être désirable tout d'abord de refroidir le coke avant de décharger le four .
Lorsqu'on désire faire repasser dans la chambre ou le four de cokéfaction des produite de condensation tirés des produits volatils ou d'autres sources, on peut utiliser des constructions d'appareil sensiblement analogues à celle décrite conjointement avec l'appareil auxiliaire nécessité par le procédé particulier qui est appliqué .
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"Improvements in cracking and coking of distillable carbonaceous materials".
This invention relates to a method and apparatus for the treatment of distillable materials containing hydrocarbons, more especially for the coking of bituminous or asphaltic liquids, pitch, petroleum residues and the like, materials which may be normally fluid or semi-fluid. or which can be made fluid by heat so as to be fluid under the conditions of the treatment. The invention also relates to the treatment of materials which contain entrained solid substance, such as carbon, coal fines or the like, either as a result of the nature of the materials themselves or by the addition of solid substances to these materials, the fluid parts serving as a vehicle for the solid parts.
In a way . general, the invention consists in treating the heavy hydrocarbons in the fluid form by introducing them into a closed coking chamber with applioa-
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tion of heat, this heat being pushed to a sufficient degree to ensure the recovery of the volatile constituents and the coking of the residue remaining on the floor of the coking chamber, then to introduce hot gases or fluids into the chamber to increase efficiency treatment either by supplying or distributing heat produced by means of these hot gases or fluids, or by coking the added fluids under high temperature conditions which would not otherwise be obtained in the coking chamber.
According to the invention, hot gases can be introduced into the coking chamber and be brought into contact with the top of the layer of material subjected to the treatment; can thus drive out the volatile constituents of this material and coke the residue without the application of external heat.
These gases can be oxygen or a gas containing oxygen or they can be non-oxidizing gases depending on the conditions under which the treatment is carried out and the degree of heat that it is necessary to give to the material. processed, then the inlet speed of the processed material and the heat from the gases can be related so that the material is coked at substantially the same rate as when it is charged into the coking chamber, thereby that only a thin layer of unookified material is subjected to the treatment at any time.
In addition, according to the invention, the gaseous heat transporting agent can be caused to pass over and in contact with the growing layer of material being processed, and the direction of its passage can be periodically reversed.
Furthermore, according to the invention, the gaseous heating agent can be introduced into the room at a higher temperature.
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at 4820 C, then the vapors coming from the charge and the gaseous heating agent can be removed, fractionated and condensed; the flow of material to be treated and gaseous heating agent into the chamber can then be periodically stopped, after which the chamber can be swept away with water vapor and introduced with air for combustion. part of the ooke to the extent necessary to dry the coke to the desired degree, after which this coke is removed.
When applying such a hydrocarbon coking process, the control of the treatment temperature can be effected by adjusting the proportions of the volumes of the material and the gaseous heating agent introduced into the chamber or, when it is necessary to reduce the temperature, the introduction of the gaseous heating agent can be temporarily stopped or the material to be treated can be introduced before the gaseous heating agent in a volume sufficient to lower the temperature sufficiently to avoid harmful overheating of the gaseous heating medium.
In the accompanying schematic drawings, which illustrate the invention by way of example:
Figure 1 is a plan of a furnace according to one embodiment of the construction.
Figure 2 is a horizontal section taken on line 2-2 of Figure 3.
Figure 3 is a cross section taken on line 3-3 of Figure 2.
FIG. 4 is a view similar to FIG. 1, but showing an alternative construction of the furnace.
Figure 5 is a horizontal section taken on line 5-5 of Figure 6.
Figure 6 is a vertical cross section taken on line 6-6 of Figure 4.
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Figure 7 is an elevation view of another alternate furnace construction, complete with the cooling cart and the coke pushing apparatus.
Figure 8 is a vertical cross section taken on line 8-8 of Figure 7.
Figure 9 is a vertical cross section of an alternative construction, taken on a line equivalent to line 9-9 of Figure 7.
Figure 10 is a vertical cross section similar to Figure 8, but showing a cylindrical coking chamber.
In the application of the invention to the case of the use of a coking chamber in which hot gases are introduced to be brought into contact with the top surface of the layer of material, the coking chamber comprises a hearth preferably made of refractory material, which is heated from below by combustion carried out in flues. These $ flues can be heated by gaseous or liquid fuel introduced by nozzles and regulated by taps.
A suitable furnace construction for carrying out this method is illustrated in Figures 1, 2 and 3; it includes a horizontal metal casing 1 supported by a base 2 and lined internally with refractory material 3 to form a coking chamber 4 having a flat bottom 5 and a vaulted roof 6. The ends of the chamber are closed by removable doors 7. A platform 8 is provided at each end of the furnace to push the coke out of the latter. The top of the oven is provided with an inlet 9 connected to a main pipe or collector 10; it serves for the introduction in the fluid form of the hydrocarbon material to be treated. An emergency extinguishing channel 11 is arranged at the top of the chamber.
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One side of the chamber is provided with a series of nozzles 12, connected to a main pipe 13 and serving for the introduction of gases or vapors which provide the necessary heat during coking. The opposite side of the furnace has a series of ducts 14 connected to a manifold 15 for the discharge of the hot agent conveying the heat together with any volatile products given off from the material treated.
In the operation of the furnace described, the gases which serve to heat the chamber are first introduced for a certain time by the nozzles 12, so as to heat the chamber 4 and to bring the refractory hearth 5 and the lining 3 substantially to the coking temperature. The stream of material to be treated is then made to arrive through the inlet 9 and this material extends in a relatively thin layer on the flat bed and then gradually rises. As it rises, it is reduced to coke by the heat transmitted by the gases introduced by the nozzles 12. Preferably, such a ratio is established between the gas stream and the material stream to be treated that the coking takes place at substantially the same speed as the admission of material.
After releasing their heat, the gases are sucked through the outlet ducts 14 and the collector 15, carrying with them the volatile products: released from the material treated. After the desired thickness of ooke has been formed, the stream of material to be processed is cut off at the inlet channel 9. The stream of gas can be continued for some time, so as to completely coke the last deposited material. The gas flow is then stopped and the chamber is swept with water vapor, after which the end doors can be opened and the formed ooke layer can be forced out using a vacuum cleaner. mechanical pusher or titrator.
In another oven construction, of oval section,
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shown in Figures 4, 5 and 6, which has many features of that shown in Figures 1 to 3, the parts being designated by the same reference numbers, heating rings 16 are placed under the hearth and can be fed fuel for combustion by suitable nozzles or nozzles 17. These oarneaux communicate with a longitudinal flue 18 and with evacuation flue $ 19.
The conduit 20. which serves for the introduction of the heating agent into the chamber 4 of the oven, is connected by a valve 21 to a transverse connection 22 in the form of T. The valves 23 and 24 are provided on each side of the connection. 22 in T and are connected to the manifolds 13 and 15 arranged on either side of the furnace, which correspond to the similar manifolds of the construction of Figures 1 to 3. These manifolds are suitably connected to a discharge connection 25 in T-shaped by corresponding taps 26 and 27. This T-shaped discharge connection 27 leads through a pipe to a discharge duct 29 connected to a tower 30 or fractionation apparatus.
Each collector pipe 13, 15 comprises a series of channels 12, 14 respectively, which open into the chamber 4 on a line directed towards the floor 5 of this chamber or towards the layer of ooke forming on the sole.
This oven is operated as follows. With this construction, the bottom of the oven is heated by external application of heat through the heating rings 16.
This heating can be done intermittently or throughout the operation, as desired. According to one method, the rings are used only to heat the oven before starting the treatment. According to another method, the flues can be used during the initial treatment of each successive load and the heat input can be partially or entirely cut off after the load has assumed a thickness.
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significant, so that it constitutes a thermal insulator.
However, the main part of the heat for coking is preferably supplied by gases which are introduced through either of the series of pipes 12, 14. It is obvious that by properly handling the taps arranged in the collecting pipes, the hot gases used as heating medium arrive in the coking chamber through one of the other series of pipes 12 or 14. Thus, by closing the taps 24 and 26 and by opening the tap 21, the hot gases are distributed through the pipes 12. These gases hit on the 5 and on the layer of coke on this hearth, they pass through the oven and exit through the second series of pipes. 14, hence. they pass to the tower or fractionator 30.
By closing taps 23 and 27 and opening taps 24 and 26, the direction of gas flow through chamber 4 is reversed. Intermittent reversal of the current during processing serves to equalize the heat distribution over the various parts of the layers, so as to give a more uniform thickness and quality of coke to the various parts of the hearth. Coke is removed from the furnace of this construction in the same manner as that described for the first furnace construction shown in Figures 1 through
In the modified furnace construction shown in Figures 7 and 8, the horizontal metal shell 1 is supported by suitably placed pillars 2.
This envelope contains a refractory lining 3 and a refractory hearth 5, which delimit a horizontal coking chamber 4. Doors 7 are provided to close the ends of the steel casing and the coking chamber. A hoist 3 is provided at. one end of the coking chamber for raising and lowering the corresponding door.
A device can be provided for parking a
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cooler cart 32 at one end of the oven. A pusher machine 33 is parked at the opposite end of the oven; this pusher moves on tracks 34 if it is used with several similar ovens. The pusher comprises a thrust beam 35 provided with a pusher head 36; a reciprocating movement bringing this beam in and out of the coking chamber 4 is imparted to this beam using a motor 37, a control mechanism 38 and a chain or a cable 39, coupled to the push beam. The pusher machine is also provided with a hoist 40 for raising and lowering the door 7 located at the adjacent end of the furnace chamber.
Bedroom! comprises (Figure 8) a heavy hydrocarbon distribution channel 41 at its upper part and an opposite channel 42 serving for the introduction of hot oil vapor or its equivalent that can be used in ookifaction. The upper part of the chamber also has an exhaust channel 43 (Figure 7) which is connected to an exhaust manifold 44 to remove volatiles from the operation and to provide an outlet to the chamber.
The steel casing can, if necessary, be lined with refractory material by forming a coking chamber of circular section without a flat hearth as shown in figure 10, but, when a flat hearth is required, the envelope is made with an oval section (Figure 9) rather than a circular seotion, resulting in a coking chamber having a wider hearth than with the air-shaped casing. As shown, a number of heating flues 16 may be provided under this hearth as illustrated in Figure 6.
The material processed in the furnace is reduced, if necessary, to a fluid form by heat and is heated above
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of 3160 0 if it can be done, then it can be remade by the pipe or pipes 41 under a suitable pressure in the event that it contains a proportion of solids preventing it from flowing easily under normal conditions. The hot oil vapor or its equivalent introduced into the furnace through or pipes 42 may consist of highly heated vaporized oil and / or heated fixed gases.
In one embodiment of the process, a suitable fraction of oil, that gas oil, can be taken by a cooling tower such as 30 (figure 4), then it can be passed through a heater in which its temperature is preferably above 482 0. This hot oil is then deoharg in the oven through the pipe or pipes 42, to serve as a heating agent used to carry out the coking, In such a case: the temperature prevailing in the oven does not need to exceed the temperature of the vapors which enter and hence the destructive fage chat of vapors used as heat transpox agent can be greatly reduced.
It is obvious that other oil vapors and / or stationary gases can be heated and introduced in a similar manner.
After a sufficient thickness of coke has been formed in the furnace, the distribution of the trait material is stopped. The distribution of the heating agent can also be stopped immediately or it can be continued for a long time to substantially complete. coking of the last part of the material introduced.
During the last period, vapors are discharged from the oven which correspond to the waxy tails collected at the end of the ordinary coking by distillation in the send pe. As these products are not desirable for further fractionation, it is preferred to ventilate the oven and introduce air into it porgressively through suitable openings in order to
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burning these unwanted vapors in the oven, raising the temperature of the walls and at the same time heating the coke charge. If desired, one can also admit sufficient air to burn off some of the coke and thereby reduce the volatile content of the remainder to any desired point. The additional heat also has the effect of reducing the friability of the coke, making it an easier product to sell.
The product of this coking and the subsequent beehive baking operation is of a different quality from any product currently on the market and is considered to be a new industrial product with physical properties much superior to coke. an ordinary coking chamber and in which the volatile material is maintained in a proportion more suitable for domestic use. This proportion is usually 3 to 5%.
It will be noted that the coke is not cooled before it is removed from the oven and, due to the isolation, the masonry or refractory lining maintains a temperature which corresponds to the coking temperature used in the oven, the temperature rising for the burning period, thus initiating coking of the first pitch or pitch of tar deposited in this coke. This being the case, the problem of pushing the coke out of the furnace is no longer that of having sufficient force to overcome the friction of the coke against the hearth and the walls of the furnace which contains it. This saves time and consequently increases the flow rate of a given chamber.
After having reached the desired point, the doors 7 are withdrawn and the coke is pushed or pulled by a mechanical device, for example by the pusher 33. After having withdrawn the coke, the doors 7 are closed and the coking is started again. Using an approximately flat hearth in the
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chamber, the first push on the coke loosens coke 1 closer to the hearth and usually produces many vertical fractures, sometimes as the coke rc over the one in front rather than being pushed in the form of 'a flat tablecloth. In this way, the mass of c is easily detached from the sole.
Another benefit obtained from pushing hot coke is that it breaks into rational crease sizes when it falls into the coke cart than it usually would if allowed to cool and pushed out. as a solid mass
Under certain operating conditions, the temperature of the material dispensed may be such that it is possible to introduce into the chamber a significant depth or thickness of liquid and then to agitate this liquid by passing it through. by gases to a sufficient extent to initiate coking. The operation can be continued by adding more hot feed material and gases until the desired coking is achieved.
If the heat of the charging material is sufficient, it may be unnecessary to add heat by the gases, which can be used simply for agitation.
It will be appreciated that the temperature at the top of the furnace can sometimes be high enough to produce the destructive heating of the very light hydrocarbons contained in the gases and vapors. This heat is controlled according to the invention by supplying the charging material which is at a lower temperature in an amount suitable so that the temperature of the upper part of the furnace is lowered to a safe point before the heating gases are introduced. similarly, if the upper part of the oven is too cold, more heating gases and less charge material can be introduced.
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In some special cases, it may be desirable to use ordinary, horizontally placed, jacketed or vertical coking chamber types of distillation chambers, with or without insulation and curved hearth.
In this case, the pusher mechanism is set up to conform to the curvature of the bottom of the chamber and the coke is allowed to form to whatever height is best suited to push that coke out. In this way, the coke is preferably hot-pressed and this process has been found to be much preferable to that of cooling the coke in the chamber and thereby significantly lowering the temperature of the chamber. However, if desired, after shutting off the supply of both the treated material and the heating medium, the furnace can be swept with steam to prevent explosion, followed by air. can be gradually admitted into the oven. For this, the doors 8 are gradually raised. The admitted air ensures the combustion of the top layer of the coke.
Sufficient air is admitted to continue combustion for as long a time as is necessary to remove volatile matter from the coke and to harden the latter.
The process can be carried out in conjunction with ordinary cracking operations of a refinery where the coking chamber is an integral part of the cracking apparatus. If desired, vapors and residues or distillation bottoms can be brought into the. coking chamber instead of leading them into the usual evaporators or coking chambers which constitute an integral part of the cracking installation. In this case, the coking chamber is made to work under the steady coking pressure and no liquid residues are formed as a result of the cracking operation.
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If the loading material is passed directly through a heater, it can be seen that the transport pipe can open directly into the f instead of opening into the usual reaction chamber. preferably the size of the oven such that the heating or reaction time necessary to obtain the best operation of the cracking plant is obtained in the chamber, which in this case receives the heavy residue and cokes it without further manipulation. Such operation, a number of coking ovens are installed to ensure that the operation of the oraoking plant continues without interruption, with the vapor stream being transferred from one of the heating plants to another, as necessary. .
In this embodiment of the process, the temperature prevailing in the coking oven is not reduced by the cooling of the coke it contains; as a result, the coking f @ is ready to be put back into communication with the pipeline as soon as it has been emptied and closed. If its temperature is either higher or lower than that of the feed material admitted therein, the furnace can be brought to the desired temperature either by cooling with e steam, for example, or by raising its temperature. by introducing hot vapors into it or by burning vapors and / or gases in it.
This is important because it relieves the operator of the installation of the delicate operation of raising the temperature in the coking chamber to allow the entry of hot vapors without causing operating difficulties and without subjecting the equipment to excessive heat. serious stresses when the chamber is cooled.
Although the coke mass is preferably pushed or pulled out of the oven while it is hot, it is obvious
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that this is not always essential and that in some circumstances it may be desirable to cool the coke first before unloading the furnace.
When it is desired to return condensation products from volatiles or other sources to the coking chamber or oven, apparatus constructions substantially similar to that described in conjunction with the auxiliary apparatus required by the manufacturer may be used. particular process that is applied.