C - Chemistry – Metallurgy – 10 – B
Patent
C - Chemistry, Metallurgy
10
B
C10B 55/10 (2006.01) C10G 9/32 (2006.01)
Patent
CA 2217889
A 2-inch diameter, fluid bed coker using a 21 cm bed of Syncrude fluid coke was adapted to feed bitumen, bitumen-in-water emulsions plus steam and nitrogen. Initially feeding was through a 1/8-inch tube incorporated into a steam nozzle. This was later modified to provide feeding of the bitumen plus steam through a side port nozzle at various depths below the surface of the fluid bed. The reaction system was constructed for once-through operation without recycle of heavy ends. Product liquids were analyzed for microcarbon residue (MCR) and so that calculations could be made to determine the extent of "by passing" of the feed on its passage through the reactor. As a basis for comparison to determine progress being made, a series of eight runs were made under a set of standard conditions. Bitumen feed rates employed ranged from 1.0 to 3.9 g/minute. Steam provided for fluidization and atomization varied from 6.3 to 9.1 g/min. and nitrogen flows were 3.4 L/min. Reaction temperatures ranged from 485 to 540 °C and calculated residence times from 0.50 to 0.64 seconds. Real liquid product yields ranged from 54.6 to 67.3% averaging 61.6%. (ii) Bitumen-in-water emulsions were employed as feed to supply the bitumen as small particles (60 µm) to determine the effects on real liquid product yield. Operating conditions were similar to those described for the standard runs. The real liquid product yields surprisingly were significantly higher ranging from 64.0 to 73.8% averaging 69.6%. The cost and availability of the surfactant to prepare this emulsion on a commercial scale ruled out the possibility of using bitumen-in-water emulsions as feedstocks. To simulate the small particle sizes observed in the bitumen-in-water emulsions and achieve higher real liquid product yields, hypodermic syringe needles (No. 17 and 18 gauge) were built into nozzles which were introduced through a side port to inject feed 5.5 cm below the surface of the fluid bed. With the No. 18 gauge needle and conditions similar to those in the standard runs, real liquid product yields ranging from 83.9 to 86.1% averaging 85.0% were obtained. Using the No. 17 gauge needle and feeding bitumen under similar conditions, real liquid product yields from 77.3 to 80.2%, averaging 79.0% were obtained demonstrating that particle size of the bitumen fed plays a major role in determining the real liquid product yield. It was found that when the syringe needle nozzle was located further below the fluid bed surface, the real liquid product yield decreased to the low 70's, suggesting that longer residence time in the bed causes losses of liquid product in the form of additional coke and gas. (iii) Steam flow rate as part of the feed mixture was found to have a marked effect if insufficient steam were present, causing significantly lower real liquid product yield, eg. 50.6%. However, 51 to 75% more steam than normally fed under standard conditions caused only minor increases in real liquid product yield. Results from a riser pipe reactor feeding into a shallow fluidized bed disengaging zone gave real liquid product yields ranging from 78.2 to 83.9%. These results demonstrate that if the bitumen can be uniformly fed with coke in the riser pipe as small particles from a syringe needle (No. 18 gauge), the MCR values of the liquid product are relatively low, from 3.1 to 5.4%, and the extent of reaction is approximately the same as obtained when the bitumen is fed through a side port into the 2-inch I.D. reactor. In several respects the riser pipe reactor is considered similar to the commercial fluid coker in its mode of operation.
Four à coke à lit fluidisé de deux pouces de diamètre utilisant un lit de 21 cm de coke liquide de Syncrude a été adapté pour réaliser l'alimentation en bitume, en émulsions bitume dans eau, ainsi qu'en vapeur et en hydrogène. L'alimentation s'effectuait initialement par un tube de 1/8 de pouce intégré à une tuyère à vapeur. L'installation a été ultérieurement modifiée pour permettre l'alimentation en bitume et en vapeur par un embout d'orifice latéral à diverses profondeurs sous la surface du lit fluidisé. Le système de réaction a été construit pour un fonctionnement à passage unique sans recyclage des fractions lourdes. Les liquides produits ont été analysés pour détecter les micro-résidus de carbone et pour que des calculs puissent être effectués en vue de déterminer l'importance du contournement de l'alimentation lors de son passage dans le réacteur. Comme base de comparaison afin de déterminer les progrès accomplis, une série de huit essais ont été réalisés dans un ensemble de conditions standard. Les débits d'alimentation en bitume utilisés allaient de 1,0 à 3,9 g/min. La vapeur fournie en vue de la fluidisation et de la pulvérisation allait de 6,3 à 9,1 g/min, et les débits d'azote étaient de 3,4 L/min. Les températures de réaction allaient de 485 à 540 degrés Celsius, et les temps de séjour calculés, de 0,50 à 0,64 seconde. Les rendements réels en produits liquides allaient de 54,6 à 67,3 %, pour une moyenne de 61,6 %. Des émulsions bitume dans eau ont servi d'alimentation pour fournir le bitume sous forme de petites particules (60 micromètres) afin de déterminer les conséquences sur le rendement réel en produits liquides. Les conditions de fonctionnement étaient semblables à celles décrites pour les essais standard. Les rendements en produits liquides ont été, de manière surprenante, considérablement plus élevés puisqu'ils allaient de 64,0 à 73,8 %, pour une moyenne 69,6 %. Le coût et la disponibilité du surfactant servant à préparer cette émulsion à une échelle commerciale éliminait la possibilité d'utiliser des émulsions bitume dans eau en guise de charges d'alimentation. Pour simuler les dimensions des petites particules observées dans les émulsions bitume dans eau et obtenir des rendements réels en produits liquides plus élevés, des aiguilles de seringues hypodermiques (calibre Nos 17 et 18) ont été incorporées dans des embouts qui ont été introduits par un orifice latéral en vue d'injecter l'alimentation à 5,5 cm sous la surface du lit fluidisé. En utilisant l'aiguille hypodermique de calibre No 18 et, pour des conditions similaires à celles des essais standard, des rendements réels en produits liquides allant de 83,9 à 86,1 %, pour une moyenne de 85,0 %, ont été obtenus. En utilisant l'aiguille de calibre No 17 et en envoyant le bitume selon des conditions similaires, des rendements réels en produits liquides allant de 77,3 à 80,2 %, pour une moyenne de 79,0 % ont été obtenus, ce qui démontre que la dimension des particules de bitume de l'alimentation joue un rôle important pour ce qui est de déterminer le rendement en produits liquides. Il a été découvert que, lorsque l'embout de l'aiguille de la seringue se trouvait davantage sous la surface du lit fluidisé, le rendement en produits liquides baissait sous les 75 %, ce qui laisse croire qu'un temps de séjour plus long dans le lit entraîne des pertes de produits liquides sous forme de coke et de gaz additionnels. Il a été découvert que le débit de vapeur en tant que partie du mélange d'alimentation avait un effet marqué si la quantité de vapeur était insuffisante, ce qui cause un rendement en produits liquides moins élevé, p. ex., 50,6 %. Toutefois, 51 à 75 % de vapeur de plus que l'alimentation normale dans des conditions standard n'ont entraîné que des hausses mineures dans le rendement en produits liquides. Les résultats pour un réacteur à colonne montante alimentant une zone de séparation de lit fluidisé peu profonde ont donné des rendements réels en produits liquides allant de 78,2 à 83,9 %. Ces résultats démontrent que si le bitume peut être uniformément alimenté en coke dans la colonne montante sous forme de petites particules à partir d'une aiguille de seringue (calibre No 18), les valeurs en micro-résidus de carbone du produit liquide sont relativement basses, soit de 3,1 à 5,4 %, et l'importance de la réaction est approximativement la même que celle qui est obtenue lorsque le bitume est introduit par un orifice latéral dans un réacteur, dont l
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Tollefson Eric L.
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